Sistem Pentanahan Pada Jaringan Tegangan

Sistem Pentanahan Pada Jaringan Tegangan Menengah

A. Pendahuluan

Sistem pentanahan pada jaringan distribusi digunakan sebagai pengaman langsung terhadap peralatan dan manusia bila terjadinya gangguan tanah atau kebocoran arus akibat kegagalan isolasi dan tegangan lebih pada peralatan jaringan distribusi. Petir dapat menghasilkan arus gangguan dan juga tegangan lebih dimana gangguan tersebut dapat dialirkan ke tanah dengan menggunakan sistem pentanahan.

Sistem pentanahan adalah suatu tindakan pengamanan dalam jaringan distribusi yang langsung rangkaiannya ditanahkan dengan cara mentanahkan badan peralatan instalasi yang diamankan, sehingga bila terjadi kegagalan isolasi, terhambatlah atau bertahannya tegangan sistem karena terputusnya arus oleh alat-alat pengaman tersebut. Agar sistem pentanahan dapat bekerja secara efektif,

3. Menggunakan bahan tahan terhadap korosi terhadap berbagai kondisi kimiawi tanah.

4. Untuk meyakinkan kontiniutas penampilan sepanjang umur peralatan yang dilindungi.

4. Melindungi peralatan / saluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan oleh adanya ganguan fasa ke tanah

5. Melindungi peralatan / saluran dari bahaya kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih

6. Untuk keperluan proteksi jaringan

7. Melindungi makhluk hidup terhadap tegangan langkah (step voltage) 8. Melindungi mahluk hidup dari tegangan sentuh

9. Melindungi peralatan dari tegangan lebih C. Tipe Pentanahan

Pemilihan tipe pentanahan tergantung dari : segi praktis, menjaga kontunitas

sistem, memperkecil gangguan yang lebih besar, dan kompromi keseimbangan antara

arus dan tegangan. Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan tipe pentanahan. harus diperhatikan dalam pemilihan tipe pentanahan dari suatu sistem tenaga, ialah :

• Selektivitas dan sensitivitas dari rele gangguan tanah. • Pembatasan besar arus gangguan tanah.

• Tingkat pengamanan terhadap tegangan surja dengan arester. • Pembatasan tegangan lebih transien.

Faktor di atas mempunyai pengaruh yang besar terhadap ke ekonomisan sistem, perencanaan serta tata letak dari sistem dan kontinuitas pelayanan.

Tipe pentanahan netral dari sistem-sistem tenaga adalah : • Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding) Sistem ini mempunyai tegangan lebih transien yang disebabkan oleh pemutusan relatif rendah. Maksud pengetanahan ini adalah untuk membatasi arus gangguan ke tanah antara 10% sampai 25% dari arus gangguan 3 fasa.

yang hilang pada waktu terjadi gangguan. Sistem pengetanahan melalui tahanan ini sekarang jarang digunakan pada jaringan transmisi tetapi dipakai pada sistem distribusi, sebagai gantinya adalah penggunaan reactor.

Untuk membatasi arus gangguan tanah, alat pembatas arus dipasang antara titik netral dengan tanah. Salah satu dari pembatas arus ini adalah tahanan dan tahanan ada dua yaitu metalik dan cair (liquid).

Besar dan hubungan fasa arus gangguan Iftg tergantung pada-pada harga reaktansi urutan nol dari sumber daya dan harga tahanan dan pentanahan.

Arus gangguan dapat dipecah menjadi dua komponen yaitu yang safasa dengan tengangan ke netral dari fasa terganggu yang lain ke tinggalan 900

Komponen yang ketinggalan dari arus gangguan Iftg dalam, fasanya akan berlawanan arah dengan arus kapasitip Ictg pada lokasi gangguan.

Dengan pemelihan harga tahanan pentanahan yang sesuai, komponen yang logging dari arua gangguan dapat dibuat sama atau lebih besar dari arus kapasitif sehingga tidak ada oscilasi transien karena dapat terjadi busur api.

Gambar 1. Fasa Tegangan Tanah pada Pentanahan Netral dengan Tahanan

Jika harga tahanan pentanahan tinggi sehingga komponen logging dari arus gangguan kurang dari arus kasitif, maka kondisi sistem akan mendekati sistem netral yang tidak ditanahkan dengan resiko terjadinya tegangan lebih.

Pentanahan titik netral melalui tahanan (resistance grounding) mempunyai keuntungan dan kerugian yaitu :

• Besar arus gangguan tanah dapat diperkecil

• Bahaya gradient voltage lebih kecil karena arus gangguan tanah kecil.

• Mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat arus gangguan yang menjadi berkurang dan lokasi gangguan tidak cepat diketahui.

2. Pentanahan melalui reaktor (reactor grounding)

Reaktor pengetanahan ini digunakan bila trafo daya tidak cukup membatasi arus gangguan tanah. Pengetanahan ini digunakan untuk memenuhi persyaratan dari sistem yang diketanahkan dengan pengetanahan ini, besarnya arus gangguan ketanah di atas 25% dari arus gangguan 3 fasa

Keuntungannya dengan mengetanahkan trafo daya adalah untuk menekan tegangan lebih transien, sehingga trafo daya dapat menggunakan isolasi dan tipe arrester yang lebih kecil dan mengurangi penggunaan metode pengetanahan dengan reaktor, terutama untuk sistem-sistem di atas 115 kV.

Suatu sistem dapat dikatakan ditanahkan reatansi bila suatu impendansi yang lebih induktif, disiipkan dalam titik netral trafo (generator) dengan tanah.

Metode ini mempunyai keuntungan dari pentanahan tahanan :

a. Untuk arus gangguan tanah maksimum peralatan reaktor lebih kecil dari resistor. b. Energi yang disisipkan dalam reaktor lebih kecil.

Dengan ketiga tegangan fasa yang dipasang seimbang arus dari masing-masing impedansi akan menjadi sama dan saling berbeda fasa 1200 satu sama lainnya. Secara konsekuen tidak ada perbedaan pontensial antara titik netral dari suplai trafo tenaga.

3. Pentanahan efektif (efective grounding)

Gambar 2. Gangguan fasa T ke tanah pada pentanahan netral langsung

Jika tegangan seimbang, juga kapasitasi fasa ke tanah sama, maka arus-arus kapasitansi fasa tanah akanmenjadi sama dan saling berbeda fasa 1200satu sama lainnya. Titik netral dari impedansi adalah pada potensial tanah dan tidak ada arus yang mengalir antara netral impedansi terhadap netral trafo tenaga.

4. Pentanahan tanpa impedansi/langsung (solid grounding)

Pentanahan tanpa Impedansi atau langsung. Pentanahan ini ialah apabila titik

Gambar 3. Pentanahan Netral Langsung (Solid)

Kemudian selain keempat system pentanahan tersebut ada pula system pentanahan

lain yaitu:

5. Sistem Netral Tidak Diketanahkan

Gambar 4. Sistem netral tidak dketanahkan

Pada sistem ini bila terjadi gangguan phasa ke tanah akan selalu mengakibatkan terganggunya saluran (line outage), yaitu gangguan harus di isolir dengan membuka pemutus daya. Salah satu tujuan pentanahan titik netral secara langsung adalah untuk membatasi tegangan dari fasa-fasa yang tidak terganggu bila terjadi gangguan fasa ke tanah.

Keuntungan :

 Tegangan lebih pada phasa-phasa yang tidak terganggu relatif kecil

 Kerja pemutus daya untuk melokalisir lokasi gangguan dapat dipermudah, sehingga letak gangguan cepat diketahui

 Sederhana dan murah dari segi pemasangan Kerugian :

 Setiap gangguan phasa ke tanah selalu mengakibatkan terputusnya daya  Arus gangguan ke tanah besar, sehingga akan dapat membahayakan makhluk hidup didekatnya dan kerusakan peralatan listrik yang dilaluinya

6. Pentanahan Petersen Coil.

Kumparan petersen biasanya digunakan dalam sistem pentanahan 3 phasa untuk membatasi arus busur selama terjadinya gangguan tanah. Kumparan ini pertama dikembangkan oleh W.Petersen pada tahun 1916. Ketika terjadi sebuah gangguan 1 phasa ke tanah pada sistem 3 phasa yang tidak ditanahkan, tegangan dari phasa yang terganggu berkurang sampai tegangan tanah (0V). Gangguan ini

sistem sedemikian kecilnya sehingga tidak langsung mengerjakan rele gangguan tanah untuk membuka pemutusnya (PMT) dari bagian yang terganggu. Dengan demikian kontinuitas penyaluran tenaga listrik tetap berlangsung untuk beberapa waktu lamanya walaupun sistem dalam keadaan gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, yang berarti pula dapat memperpanjang umur dari pemutus tenaga (PMT).

Sebaliknya sistem pentanahan dengan kumparan Petersen ini mempunyai kelemahan, yaitu sulit melokalisir gangguan satu fasa ke tanah yang bersifat permanen dan biasanya memakan waktu yang lama. Gangguan hubung singkat yang permanen itu dapat mengganggu bagian sistem yang lainnnya. Oleh karena itu hubung singkat tersebut tetap harus dilokalisir dengan menggunakan rele hubung singkat ke tanah (Ground fault relay).

Pentanahan titik netral melalui kumparan Petersen mempunyai keuntungan dan kerugian yaitu :

Keuntungan :

 Arus gangguan dapat dibuat kecil sehingga tidak berbahaya bagi mahluk hidup.

 Kerusakan peralatan sistem dimana arus gangguan mengalir dapat dihindari.  Sistem dapat terus beroperasi meskipun terjadi gangguan fasa ke tanah.  Gejala busur api dapat dihilangkan.

 Operasi kumparan Petersen harus selalu diawasi karena bila ada perubahan pada sistem, kumparan Petersen harus disetel (tuning) kembali.

Lokasi penerapan tipe pentanahan peterson coil di PT PLN (Persero P3B Region Jawa Barat Plengan-Lamajan

D. Metode Pentanahan

tinggi yang disebabkan oleh busur tanah (arching ground atau restriking ground faults). Untuk itu pentanahan yang sesuai dengan kreteria adalah :

• Tahanan Rendah, terutama untuk system yang dipakai mensuplai mesin-mesin berputar, khususnya pemakaian dalam industri.

• Tahanan Tinggi, dengan tahanan tinggi kerusakan karena arus sangat berkurang. Pentanahan ini dipilih dengan tujuan :

• mencegah pemutusan yang tidak direncanakan

• apabila system sebelumnya dioperasikan tanpa pengetanahan dan tidak ada rele tanah yang dipasang.

• apabila pembatasan kerusakan karena arus dan tegangan lebih diinginkan tetapi tidak dibutuhkan rele tanah yang selektif.

Pentanahan Langsung mempunyai biaya paling rendah dari semua metode Pentanahan, untuk sistem distribusi saluran udara ( SUTM ) dan sistem yang disuplai dengan trafo dengan pengaman lebur pada sisi primer perlu memberikan arus gangguan yang cukup untuk melebur pengaman leburnya. Dalam standart SPLN no.2 tahun 1978 ditetapkan pengetanahan Jaringan Tegangan Menengah adalah pengetanahan netral sistem 20 kV beserta pengamannya dengan tahanan Ditinjau dari besarnya tahanan pentanahan, sistem pengetanahan jaringan menengah dapat diklasifkasikan seperti berikut :

1. Pentanahan Tahanan rendah 12 Ohm dan arus gangguan tanah maksimum tiap fasa 1000 A yang dipakai pada saluran kabel atau kabel tanah ( SKTM ) tegangan menengah 20 kV untuk sistem 3 phasa 3 kawat.

Pengetanahan sistem ini dilakukan pada gardu-gardu distribusi dan sambungan kabel Dipakai PLN wilayah kerja DKI Jaya dan Jabar

2. Pentanahan Tahanan rendah 40 Ohm dan arus gangguan tanah maksimum tiap phasa 300A. yang dipakai pada saluran udara tegangan menengah ( SUTM ) 20

kV untuk sistem 3 phasa 3 kawat.

Pentanahan sistem ini dilakukan pada tiap-tiap tiang dengan tahanan maksimum 20 Ohm. Dipakai PLN wilayah kerja DKI dan Jawa Barat.

Gambar 6. Pentanahan di DKI Jaya dan Jabar

3. Pentanahan Tahanan tinggi 500 Ohm dan arus gangguan tanah maksimum tiap phasa 25A. yang dipakai pada saluran udara tegangan menengah 20 kV untuk system 3 phasa 3 kawat.

Dipakai PLN wilayah kerja Jawa Timur.

Gambar 7. Pentanahan di Jatim

4. Khusus untuk sistem 3 phasa 4 kawat, pentanahan langsung tanpa impedansi dengan menggabungkan antara kawat netral dengan grounding pada banyak titik sepanjang jaringan ( multi grounded common netral ). Dipakai PLN wilayah kerja Jawa Tengah dan DI Jogjakarta.

Gambar 8. Pentanahan di Jateng dan DIY

Pentanahan pada saluran kabel tegangan menengah dilakukan pada gardu-gardu distribusi dan sambungan-sambungan kabel dan untuk saluran udara dilakukan pada tiap-tiap tiang dengan tahanan pentanahan maksimum. 20 ohm. Pentanahan gardu distribusi dan sambungan sambungan berfungsi sebagai pengaman saja dan terpisah dari jaringan secara elektrik.

Kreteria pemasangan sistem pengetanahan jaringan distribusi Jaringan Tegangan Menengah di Indonesia disesuaikan dengan kepadatan beban terpasang pada masing

masing wilayah sesuai dengan Tabel dibawah. Sedang untuk pentanahan Jaringan Tegangan Rendah, pada saluran udara tegangan rendah pada setiap jarak tertentu seperti pada gambar berikut :