BAB III METODOLOGI PENELITIAN
C. Gambar Blok Diagram
Gambar 3.2 Diagram Satu Garis Sistem Pembumian Gardu Portal Keterangan dambar :
1. LA (Lightning Arrester) 2. Transformator
3. PHB-TR
4. Sistem Pembumian LA
5. Sistem Pembumian Body Transformator 6. Sistem Pembumian Netral Sekunder
Bagian - bagian yang dibumikan pada gardu portal adalah : - Terminal netral sekunder transformator
- Lightning Arrester (LA)
- Bagian konduktif terbuka, seperti PHB-TR dan body transformator
32 Elektroda pembumian LA terpisah dengan elektroda pembumian titik netral transformator.
Untuk menghindari kerusakan maupun pencurian, penghantar pembumian harus dilindungi dengan pipa galvanis % inch, setinggi 3 meter dari permukaan tanah.
Penghantar pembumian menggunakan kawat tembaga (BC) berukuran 50 mm2 dan elektroda pembumian memakai elektroda batang sepanjang minimal 3 meter dengan minimal 20 cm ditanam ke dalam tanah.
2. Komponen Sistem Pembumian a. Elektroda Pembumian
Elektroda Pembumian adalah suatu komponen yang terbuat dari bahan konduktif; seperti tembaga yang berfungsi sebagai penghantar listrik yang bersentuhan dengan tanah atau ditanam di dalam tanah dengan tujuan untuk mempercepat penyerapan muatan listrik akibat sambaran petir, arus bocor, hubung singkat ataupun tegangan lebih ke dalam tanah.
Pada prinsipnya jenis elektroda dipilih yang mempunyai kontak sangat baik terhadap tanah. Berikut ini penjelasan mengenai jenis-jenis elektroda pembumian:
1) Elektroda Batang (Rod), yaitu elektroda dari pipa atau besi baja profil yang dipancangkan ke dalam tanah Elektroda ini merupakan elektroda yang pertama kali digunakan dan teori-teori berawal dari elektroda jenis ini. Elektroda ini banyak digunakan di gardu induk-gardu induk.
Secara teknis, elektroda batang ini mudah pemasangannya, yaitu
33 tinggal memancangkannya ke dalam tanah, Disamping itu, elektroda ini tidak memerlukan lahan yang luas.
Gambar 3.3 Elektroda Batang (Rod)
2) Elektroda Pita, yaitu elektroda yang terbuat dari hantaran berbentuk pita atau berpenampang bulat atau hantaran pilin yang pada umumnya ditanam secara dangkal. Kalau pada elektroda jenis batang, pada umumnya ditanam secara dalam. Pemancangan ini akan bermasalah apabila mendapati lapisan-lapisan tanah yang berbatu, disamping sulit pemancangannya, untuk mendapatkan nilai tahanan yang rendah juga bermasalah. Ternyata sebagai pengganti pemancangan secara vertikal ke dalam tanah, dapat dilakukan dengan menanam batang hantaran secara mendatar (horisontal) dan dangkal. Di samping kesederhanaannya itu, ternyata tahanan pembumian yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh bentuk konfigurasi elektrodanya, seperti dalam bentuk melingkar, radial atau kombinasi antar keduanya.
34 Gambar 3.4 Elektroda Pita dan Konfigurasinya
3) Elektroda Pelat, yaitu elektroda dari bahan pelat logam (utuh atau berlubang) atau dari kawat kasa. Pada umumnya elektroda ini ditanam dalam. Elektroda ini digunakan bila diinginkan tahanan pembumian yang kecil dan sulit diperoleh dengan menggunakan jenis-jenis elektroda yang lain.
Gambar 3.5 Elektroda Pelat
35 4) Jenis Elektroda Lain seperti :
- Jika jaringan pipa air minum dari logam dipakai sebagai elektrode bumi, maka hams diperhatikan bahwa resistans pembumiannya dapat menjadi besar akibat digunakannya pipa sambungan atau flens dari bahan isolasi. Resistans pembumian yang terlalu besar harus diturunkan dengan menghubungkan jaringan tersebut dengan elektroda tambahan (misalnya selubung logam kabel).
- Jika pipa air minum dari logam dalam rumah atau gedung dipakai sebagai penghantar butni, ujung pipa kedua sisi meteran air harus dihubungkan dengan pipa tembaga yang berlapis timah dengan ukuran minimum 16 mm2, atau dengan pita baja digalvanisasi dengan ukuran minimum 25 mm2 (tebal pita minimum 3 mm).
- Selubung logam kabel yang tidak dibungkus dengan bahan isolasi yang langsung ditanam dalam tanah boleh dipakai sebagai elektrode bumi, jika selubung logam tersebut dikedua sisi sambungan yang dihubungkan dengan penghantar yang konduktivitas minimalnya sama dengan selubung logam tersebut dan luas penampang penghantar itu minimal sebagai berikut:
a) 4 mm2 tembaga untuk kabel dengan penampang inti sampai 6 mm2;
b) 10 mm2 tembaga untuk kabel dengan penampang inti 10 mm2 atau lebih.
36 Masing - masing jenis dari elektroda pembumian diatas memiliki ketentuan ukuran dari berbagai komposisinya. Ukuran minimum elektrode dapat dipilih menurut label 2.1 dengan memperhatikan pengaruh korosinya. Jika keadaan tanah sangat korosif atau jika digunakan elektrode baja yang tidak digalvanisasi, dianjurkan untuk menggunakan luas penampang atau tebal sekurang-kurangnya 150 % dari yang tertera dalam Tabel 2.1.
36 Tabel 3.1 Ukuran Minimum Elektroda Bumi
1 2 3
No Bahan Jenis Elektroda
Baja digalvanisasi dengan proses
pemanasan
Baja berlapis tembaga
Tembaga
1 Elektroda Pita
Pita baja 100 mm2 setebal minimum 3 mm
50mm2 Pita tembaga
50 mm2 tebal minimum 2 mm Penghantar pilin
95
Penghantar pilin 35 mm2 (bukan kawat halus) mm2 (bukan kawat
halus) 2 Elektroda
Batang
- Pipa baja 25 mm - Baja profil (mm) L 65x65x7
U 6,5 T 6x50x3
- Batang profil lain yang setaraf
Baja
berdiameter 1 5 mm dilapisi tembaga setebal 250 urn
3 Elektroda Pelat
Pelat besi tebal 3 mm luas 0,5 m2 sampai 1 m2
Pelat tembaga tebal 2 mm luas 0,5 m2 sampai 1 m2
37 b. Hantaran Penghubung
Hantaran Penghubung adalah suatu komponen yang terbuat dari bahan konduktor, seperti tembaga dan metal yang berfungsi sebagai penghubung antara kutub pembumian dengan terminal, hantaran ini biasanya berupa kawat tembaga pilin atau BC draad dengan diameter minimal 16 mm2.
Gambar 3.6 Kawat BC c. Terminal Pembumian
Hantaran Penghubung adalah terminal atau titik dimana kita hubungkan dengan perangkat kita. Biasanya berupa lempeng tembaga cukup panjangnya 15 cm, lebar 3 cm dan tebal 1 cm.
Gambar 3.7 Terminal Pembumian
38 d. Ground Clamp
Ground Clamp adalah suatu komponen yang terbuat dari bahan konduktor seperti metal ataupun tembaga sebagai pengikat dan penghubung kawat penghantar ke pangkal elektroda.
Gambar 3.8 Ground Clamp H1
Gambar 3.9 Komponen Sistem Pembumian
39 3. Macam-macam Pembumian
a. Pembumian Sistem
Pembumian sistem adalah pembumian dari titik yang merupakan bagian dari jaringan listrik, misalnya titik netral generator atau transformator atau titik hantaran tegangan atau hantaran netral.
b. Sistem Pembumian Peralatan
Sistem pembumian pada peralatan yaitu penghubungan antara bagian-bagian peralatan listrik yang pada keadaan normal tidak dialiri arus.
Tujuannya adalah untuk membatasi tegangan antara bagian-bagian peralatan yang tidak dialiri arus dan antara bagian-bagian ini dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman untuk semua kondisi operasi baik kondisi normal maupun saat terjadi gangguan. Sistem pembumian ini berguna untuk memperoleh impedansi yang rendah sebagai jalan balik arus hubung singkat ke tanah.
Sistem pembumian pada peralatan pada umumnya menggunakan dua macam sistem pembumian yaitu sistem grid (horizontal) dan sistem rod (vertikal).
Sistem pembumian grid ialah menanamkan batang-batang elektroda sejajar dengan permukaan tanah. Sedangkan sistem rod ialah menanamkan batang-batang elektroda tegak lurus kedalam tanah. Jadi yang membedakan sistem ini adalah cara penanaman elektrodanya.
40 c. Pembumian Penangkal Petir
Untuk menghindari timbulnya kecelakaan atau kerugian akibat sambaran petir, maka diadakan usaha pemasangan instalasi penangkal petir pada bangunan-bangunan. Sambaran petir ini akan mengakibatkan kerusakan langsung pada objek yang tersambar. Dengan adanya instalasi penangkal petir ini, maka sambaran petir dapat dikendalikan melalui instalasi penangkal petir yang di teruskan ke bumi. Bahaya yang dapat ditimbulkan dari penyaluran arus petir ini kebumi adalah timbulnya flashover pada saluran hantaran penurunan serta gradien tegangan di sekitar elektroda bumi,
4. Tahanan Pembumian
Tahanan pembumian harus sekecil mungkin untuk menghindari bahaya- bahaya yang ditimbulkan oleh adanya arus gangguan tanah. Hantaran netral harus diketanahkan di dekat sumber listrik atau transformator, pada saluran udara setiap 200 m dan di setiap konsumen. Tahanan pembumian satu elektroda di dekat sumber listrik, transformator atau jaringan saluran udara dengan jarak 200 m maksimum adalah 10 Ohm dan tahanan pembumian dalam suatu sistem tidak boleh lebih dari 5 Ohm (standar PUIL 2000).
41 BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Data Hasil Penelitian
a. Data Peralatan, sebagai berikut : 1. Tegangan sistem 70 KV
2. Tegangan dasar (pengenal) arrester 75 KV 3. Tegangan peiepasan arrester 270 KV 4. Arus peiepasan nominal 10 KA
5. arak arrester dengan alat yang dilindungi 6 m 6. TID Peralatan 325 KV
7. Jenis arrester yang dipergunakan adalah arrester katup jenis stasion untuk pasangan luar.
b. Table Penetapan Tingkat Isolasi transformator dan Penangkap Petir Tebel 4.1 Penetapan Tingkat Isolasi transformator dan Penangkap Petir
Spesifikasi Tegangan Nominal
150 KV 66 KV 20 KV Tegangan Tinggi Untuk Peralatan 170 KV 72,5 KV 24 KV
Pentanahan Netral Efektif Tahanan Tahanan
Transformator
Tegangan Pengenal (Sisi Tegangan Tinggi)
150 KV 66 KV 20 KV
Tingkat Isolasi Dasar (TID) 650 KV 325 KV 125 KV Penangkap Pelir (Arrester)
Tegangan Pengenal 138 KV 75 KV 24 KV
Arus Pelepasan Nominal 10 KA 10 KA 5KA
Tegangan Pelepasan 460 KV 270 KV 87 KV
42 B. Arrester Sebagai Pengaman Transformator Pada Gardu Induk Bontoala
Gardu Induk (Gl) Bontoala melayani 11 feeder dengan menggunakan 3 buah transformator step-down (70 KV menjadi 20 KV). Untuk menjaga kesinambungan penyaluran daya listrik ke setiap feeder, maka ketiga buah transformator yang sebagai sumber penyaluran daya harus dilindungi dari kerusakan yang ditimbulkan oleh gangguan-gangguan baik dari dalam sistem maupun dari luar sistem.
Untuk gangguan yang mungkin timbul dari dalam sistem, peralatan dilindungi dengan menggunakan relay proteksi sedangkan untuk gangguan yang timbul dari luar sistem yang berupa sambaran petir dilindungi dengan menggunakan Arrester.
C. Faktor-faktor Pertimbangan Untuk Mendapatkan Tingkat Perlindungan Yang Baik
Perlindungan yang memadai terhadap tegangan lebih akibat sambaran petir pada sistem distribusi tegangan listrik bergantung pada tiga pertimbangan pokok, yaitu:
1. Pemilihan TID Peralatan.
2. Pemilihan tegangan kerja arrester.
3. Penempatan dan penyambungan arrester.
43 D. Pemilihan TID Peralatan dan Arrester Pada Gardu Induk dengan
Tegangan Sistem 70 KV ,
1. Menentukan Tegangan Dasar Arrester
Untuk sistem yang diketanahkan dengan tahanan, tegangan kerja atau tegangan pengenal arrester diturunkan menjadi 80% dari tegangan sistem maksimum, kemudian diberikan tambahan tegangan dari keadaan normal sebesar 5%. Jadi tegangan dasar arrester untuk tegangan sistem 70% adalah :
(80% X 1,05) X 70 KV = 58,8 KV
Berdasarkan tabel 2.2., standar tegangan pengenal yang mendekati dan lebih besar dari 58,8 KV adalah 60 KV.
2. Menentukan Tegangan Pelepasan Arrester
Untuk arrester dengan tegangan pengenal 60 KV, pada tabel 2.2., tegangan pelepasannya (tegangan kerja) sebesar 216 KV.
3. Menentukan Tingkat Perlindungan Arrester
Berdasarkan azas-azas pemilihan dan penempatan arrester (2.2.4.), tegangan pelepasan arrester ditambahkan dengan 10% dari tegangan pelepasan tersebut adalah nilai tingkat perlindungan (TP) dari arrester. Jadi untuk tegangan pelepasan 216 KV, tingkat perlindungannya adalah:
TP = 216 KV + (10% X 216) 237,6 KV 4. Menentukan TID Peralatan
Seperti yang dibahas pada bagian 2,4.2., TID Peralatan adalah tingkat perlindungan arrester ditambahkan 20 - 30% dari tingkat
44 perlindungan tersebut sebagai faktor perlindungan. Untuk tingkat perlindungan 237,6 KV, TBD Peralatan yang ada adalah :
TID Peralatan = Tingkat Perlindungan + ( 30% X Tingkat Perlindungan ) - 237,6 KV + ( 30% X 237,6 ) = 308,88 KV
5. Menentukan Jarak Arrester dengan Alat Yang Dilindungi
Jarak arrester dengan alat yang dilindungi (X) diperoleh dengan menggunakan rumus.
et = ea + 2µX/v Dimana :
et= tegangan nominal dari peralatan yang dilindungi (KV) = 237,6 KV
ea= tegangan pelepasan dari arrester (KV) = 216 KV
u = kecuraman muka gelombang yang datang (KV/µs) = 500 KV/µs (dianggap konstan, tabel 2.3.)
V = kecepatan rambat gelombang yang datang (m/µs) = 300 m/µs
X = jarak dari arrester ke alat yang dilindungi (m) Jadi :
45 237,6 = 216 +
237,6 = 216 + 3,35 X = 6,44 m
6. Jenis Arrester Yang Dipergunakan
Sesuai dengan lokasi penempatannya yakni pada gardu induk, maka jenis arrester yang dipergunakan adalah arrester katup jenis gardu (station type).
E. Data Teknik Arrester dan TID Peralatan Terpasang
Untuk membandingkan dan mengevaluasi perlindungan yang diberikan oleh arrester terhadap peralatan , maka perlu diketahui data peralatan yang ada, sebagai berikut :
1. Tegangan sistem 70 KV
2. Titik netral diketanahkan dengan tahanan 3. Tegangan dasar (pengenal) arrester 75 KV 4. Tegangan peiepasan arrester 270 KV 5. Arus peiepasan nominal 10 KA
6. Jarak arrester dengan alat yang dilindungi 6 m 7. TID Peralatan 325 KV
8. Jenis arrester yang dipergunakan adalah arrester katup jenis stasion untuk pasangan luar.
46 F. Evaluasi Arrester Terpasang Pada Gardu Induk Bontoala – Makassar
Evaluasi ini dimaksudkan untuk mernbandingkan antara nilai yang diperoleh pada bagian 3.3. dengan data arrester terpasang (3.4.) serta ketetapan tingkat instalasi transformator dan penangkap petir pada label 4.1.
Tabel 4.2. Penetapan Tingkat Isolasi transformator dan Penangkap Petir
Spesifikasi
Tegangan Nominal
150 KV 66 KV 20 KV Tegangan Tinggi Untuk Peralatan 170 KV 72,5 KV 24 KV
Pentanahan Netral Efektif Tahanan Tahanan
Transformator
Tegangan Pengenal (Sisi Tegangan Tinggi)
150 KV 66 KV 20 KV
Tingkat Isolasi Dasar (TID) 650 KV 325 KV 125 KV Penangkap Pelir (Arrester)
Tegangan Pengenal 138 KV 75 KV 24 KV
Arus Pelepasan Nominal 10 KA 10 KA 5KA
Tegangan Pelepasan 460 KV 270 KV 87 KV
47 1. Tegangan Dasar Arrester
Tegangan dasar arrester terpasang adalah 75 KV, sedangkan berdasarkan hasil perhitungan pada 3.3.1. tegangan dasar arrester adalah 60 KV.
Nilai 75 KV diperoleh dari tegangan dasar hasil perhitungan yang dijumlahkan dengan 10% dari tegangan dasar tersebut sebagai faktor keamanan sesuai dengan azas-azas pemilihan dan penempatan arrester (2.3.3.
bagian g), atau :
60 KV+(10 % X 60) = 66 KV
Pada tegangan nominal 66 KV, tegangan dasar arrester berdasarkan tabel 2.2. dan tabel 3.1. adalah 75 KV.
2. Tegangan Pelepasan Arrester
Dengan tegangan dasar 75 KV, tegangan pelepasan arrester berdasarkan tabel 2.2. tabel 3.1. adalah 270 KV.
3. Tingkat Perlindungan
Untuk arrester terpasang, tegangan pelepasan tidak perlu lagi ditambahkan 10% dari tegangan pelepasan tersebut untuk mendapatkan nilai tingkat perlindungan yang diberikan oleh arrester karena pada faktor perlindungan tersebut telah dimasukkan pada nilai tegangan dasar arrester.
48 4. TID Peralatan
Untuk TID peralatan, nilai TID peralatan hasil perhitungan lebih kecil 16,12 KV dari TID peralatan terpasang yakni sebesar 325 KV.
5. Jarak Arrester Dengan Alat Yang Dilindungi
Berdasarkan hasil perhitungan, jarak arrester dengan alat yang dilindungi adalah 6,44 m, sedangkan pada penerapannya hanya 6 m. Jadi terdapat selisih jarak 0,44 m.
6. Analisa Hasil
Berdasarkan hasil perbandingan antara arrester dan TID peralatan terpasang dan hasil perhitungan terdapat selisih nilai dimana nilai arrester dan TID peralatan terpasang lebih besar dari nilai hasil perhitungan. Selisih nilai ini disebabkan karena faktor keamanan 10% terlebih dulu dimasukkan pada tegangan dasar arrester sehingga tegangan dasar arrester terpasang lebih besar dari tegangan dasar arrester hasil perhitungan yang mempengaruhi nilai perlindungan secara keseluruhan.
Selisih nilai ini dimaksudkan untuk menambah tingkat kehandalan sistem perlindungan tanpa mempengaruhi kinerja sistem.
49 BAB IV
PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari hasil evaluasi dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Untuk tegangan sistem 70 KV dengan titik netral diketanahkan, tegangan dasar arrester sebesar 60 KV cukup aman untuk melindungi transformator dari gangguan sambaran petir. Sementara tegangan dasar arrester terpasang sebesar 75 KV dimaksudkan untuk menambah tingkat kehandalan sistem perlindungan.
2. Dengan TID peralatan terpasang sebesar 325 KV, Iebih besar 16,12 KV dari TID peralatan yang direkomendasikan untuk tegangan sistem 70 KV yakni 308,88 KV, akan mampu menahan tegangan sistem, baik dalam keadaan normal maupun keadaan tidak normal yang mungkin timbul dari dalam maupun dari luar sistem.
3. Meskipun penempatan arrester yang baik adalah sedekat mungkin dengan peralatan, tapi dengan jarak 6 meter dari peralatan yang dilindungi, arrester akan mampu mengamankan peralatan dari gangguan sambaran petir.
B. Saran
Pada gardu induk dengan tegangan sistem 70 KV dan titik netral diketanahkan, perlindungan terhadap tegangan Iebih surja dengan menggunakan arrester sebaiknya menempatkan arrester pada jarak yang tidak melebihi nilai hasil perhitungan (6,44 m) dengan peralatan yang dilindungi.
50 DAFTAR PUSTAKA
Arzal, 2018. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta : PT.
Gramedia
Ausumu Kuwuhara, 2018, Teknik Tenaga Listrik, Jilid III, Gardu Induk, Jakarta, PT. Pradnya Paramita
Mason, C. Russel, 2018, The Art and Science Of Protective Relaying, John Wiley And Sons, inc., New York
Warrington, A.R.C. Van, 1978, Vol. 2 and 3, Protective Relays, Chapman and Hall, London..
Ts. Mhd. Soeleman, 2018. Kumpulan Kuliah Mesin Serempak dan Tak Serempak.
Elektronik ITB Bandung.
A. Rida Ismu W. dan Soepratman, 2019. instalasi Cahaya dan Tenaga I.
Departemen P & K Direktorat Pendidikan Menengah dan Kejuruan.
Charles I.H. 2nd Edition. Preventive Maintenance of Electrical Equipment USA : Me Graw Hill Book, Inc.
Eugene C. Lister, 2018. Mesin dan Rangkaian Listrik. Jakarta : Airlangga.
Hutahuruk, T. S.,2018 Gelombang Berjalan dan Proteksi Surja, Jakarta, Penerbit Erlangga
Robert W.S , 1987. Swithcgear and Control Hand Book. USA : Me Graw Hill Book, Inc.
,