1
SKRIPSI
EVALUASI PENTANAHAN DENGAN SISTEM GRID ROAD PADA GARDU INDUK PAREPARE
OLEH
ARMAN AMIR 105 82 00578 10
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR
2014
2
3
4
5
ABSTRAK
Gardu Induk merupakan tempat penyuplaian tenaga listrik utamanya ke konsumen, sehingga dalam pengoperasiannya memerlukan suatu kondisi yang betul-betul stabil dan aman terutama dari arus gangguan tanah. Sistim pentanahan pada Gardu Induk merupakan satu-satunya cara untuk mengatasi arus gangguan tersebut.
Sistem pentanahan bentuk grid merupakan salah satu dampak IPTEK saat ini, yang dulunya sistem pentanahan pada Gardu Induk dilakukan dengan mananamkan batang-batang konduktor tegak lurus permukaan tanah (vertical) dengan kedalaman tertentu. Namun karena berbagai faktor seperti keadaan tanah yang berbatu, sehingga tidak dapat menanamkan elektroda pentanahan lebih dalam, maka sistim pentanahan dengan memakai batang-batang vertikal kurang efektif untuk digunakan. Sebagai hasil kemajuan IPTEK, tentunya sistem pentanahan bentuk grid lebih efektif dan cocok untuk digunakan pada Gardu Induk. Dengan laporan hasil penelitian ini dituangkan dalam bentuk tiugas akhir akan memberikan gambaran singkat tentang sistim pentanahan yang handal pada suatu Gardu Induk khususnya Gardu Induk Pare Pare. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hasil perhitungan pada Tegangan sentuh yang diizinkan= 145,06Volt, Tegangan mesh (Etouch
Sebenarnya) = 514,4 Volt, Tegangan langkah yang diizinkan = 30125,16 Volt, Tegangan Langkah sebenarnya = 1452,3 Volt. Usia Gardu Induk pare pare berpengaruh terhadap komponen-komponen dan struktur tanah pada Gardu Induk.
Pengaruhnya terhadap elektroda pentanahan adalah terjadinya korosi yang dapat menyebabkan berkurangnya sensitifitas hantaran ke tan
vi
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena Rahmat dan Hidayah-Nyalah sehingga penulis dapat menyusun skripsi ini, dan dapat kami selesaikan dengan baik.
Tugas akhir ini disusun sebagai salah pensyaratan akademik yang harus ditempuhdalam rangka penyelesaian program studi pada Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar. Adapun judul tugas akhir adalah :
“Evaluasi pentanahan dengan sistem grid road pada gardu induk pare-pare ”
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan skripsi ini masih terdapat kekurangan-kekurangan, hal ini sdisebabkan penulis sebagai manusia biasa tidak lepas dari kesalahan dan kekurangan baik itu ditinjau dari segi tehnis penulis maupun dari perhitungan-perhitungan. Oleh karena itu penulis menerim dengan ikhlas dan senang hati segala koreksi serta perbaikan guna penyempurnaan tulisan ini agar kelak dapat bermanfaat.
Skripsi ini dapat terwujud berkat adanya bantuan, arahan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segalan ketulusan dan kerendahan hati, kami mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada :
1. Bapak Hamzah Al Imran, ST, MT. sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.
2. Bapak Umar Katu, ST, MT., sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.
vii
3. Bapak. Dr. Ir. Indra Jaya Mansur, M.T, Selaku Pembimbing I dan Bapak Rizal A Duyo, ST, MT, selaku Pembimbing II, yang telah banyak meluangkan waktunya dalam membimbing kami.
4. Bapak dan ibu dosen serta stap pegawai pada fakultas teknik atas segala waktunya telah mendidik dan melayani penulis selama mengukiti proses belajar mengajar di Universitas Muhammadiyah Makassar.
5. Ayahanda dan Ibunda yang tercinta, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala limpahan kasih sayang, doa dan pengorbanan terutama dalam bentuk materi dalam menyelesaikan kuliah.
6. Saudara-saudaraku serta rekan-rekan mahasiswa fakultas teknik terkhusus angkatan 2010 yang dengan keakraban dan persaudaraan banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Spesial untuk Citra Iskandar yang selalu mendukung dan memotifasi saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Semoga semua pihak tersebut di atas mendapat pahala yang berlipat ganda di sisi Allah SWT dan skripsi yang sederhan ini dapat bernabfaat bagi penulis, rekan-rekan, masyarakat serta bangsa dan Negara. Amin.
Makassar, 09 Desember 2014
Penulis
viii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING ... ii
HALAMAN PENGESAHAN TIM PENGUJI ... iii
ABSTRAK ... iv
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang Masalah ... 1
B. Rumusan Masalah ... 3
C. Batasan Masalah... 4
D. Tujuan Penulisan ... 4
E. Metode Penulisan ... 4
F. Sistematika Penulisan ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
A. Umum ... 6
B. Tujuan Pentanahan ... 6
C. Tahanan Jenis Tanah ... 7
D. Macam-macam Elektroda Pentanahan ... 9
E. Bahan Elektroda Pentanahan ... 13
ix
F. Tahanan Tubuh Manusia ... 14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu Dan Tempat ... 36
B. Diagram Blok ... 36
C. Langkah Penelitian ... 37
BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN ... 39
A. Umum ... 39
B. Pengukuran jenis tanah ... 36
C. Besar Arus Hubung Singkat ... 41
D. Penentuan Luas Penampang Konduktor Pentanahan ………... …41
E. Bentuk Sistem Pentanahan Yang Digunakan Pada Gardu Induk Pare Pare……….42
F. Analisa Dan Perhitungan ... 44
- Tahanan Pentanahan ……….. 44
- Perhitungan Tegangan ………. 45
- Arus Fibrilasi………..………..45
BAB V. PENUTUP ... .. 52
A. Kesimpulan ... …52
B. Saran ... 52 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR Halaman
Gambar2.1. Elektroda Batang Serta Posisi Pemasangannya ... 10
Gambar2.2. Elektroda Pentanahan Grid... 11
Gambar 2.3. Elektroda Plat ... 12
Gambar 2.4. Penghantar Elektroda Pentanahan Dari Jenis Tembaga ... 13
Gambar 2.5. Tegangan Sentuh Dengan Rangkaian Penggantinya ... 16
Gambar 2.6. Tegangan Langkah Dekat Peralatan Yang Diketanahkan ... 19
Gambar 2.7. Tegangan Pindah Dengan Rangkaian Pengganti ... 22
Gambar2.8. Pengukuran Tahanan Jenis Tanah Dengan Metode 4 Elektroda .. 28
Gambar 2.9. Metode Tiga Titik... 29
Gambar 2.10. Beberapa Bentuk Penyambungan Elektroda Pentanahan ... 35
Gambar 3.2. Sistim Pentanahan Pada Gardu Induk Pare-Pare ... 43
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Nilai Tahanan Jenis ... 8
Tabel 2.2. Tahanan Tubuh manusia ... 14
Tabel 2.3. Besar Tegangan Sentuh Yang Diizinkan dan Lama Gangguan ... 18
Tabel 2.4. Besar Tegangan Langkah Yang Diizinkan dan Lama Gangguan ... 20
Tabel 2.5. Arus Yang Masih Dapat Ditahan Oleh Tubuh Manusia Dengan Lama Gangguan 0,03 - 3,0 Detik ... 24
Tabel 2.6. Batasan-batasan Arus ... 27
Tabel 2.8. Jenis Elektroda Serta Ukurannya ... 33
Tabel 3.2. Hasil Pengukuran pada Gardu Induk Pare-Pare ... 51
12
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Lokasi gardu induk umumnya tersebar dan berada pada daerah yang kemungkinannya mempunyai struktur tanah yang berbeda-beda. Struktur tanah tersebut meliputi komposisi kandungan mineral-mineral tanah, susunan lapisan tanah ketebalan lapisan. Karakteristik tanah seperti ini akan menyebabkan tahanan jenis tanah berfariasi dan akan mempengaruhi besarnya tegangan sentuh dan tegangan langkah pada lokasi gardu induk. Peralatan gardu induk umumnya mempunyai bahan yang berbuat dari metal. Bilamana isolasi peralatan tidak berfungsi dengan baik, maka bagian-bagian yang tidak bertegangan akan menjadi bertegangan. Akibat lainnya adalah arus gangguan (arus bocor) yang mengalir pada bagian-bagian peralatan dan juga mengalir ke dalam tanah di sekitar gardu induk.
Gardu Induk mempunyai fungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan sistem, memutuskan dan juga menyambung jaringan listrik yang akan menuju ke konsumen. Pada Gardu Induk terdapat beberapa macam peralatan, seperti transformator utama, peralatan hubung, peralatan hubung bagi, peralatan ukur, peralatan pengaman, dan peralatan kontrol. Oleh karena Gardu Induk berhubungan dengan tegangan yang relatif tinggi, maka di dalam dan di sekitar Gardu Induk sangat terpengaruh oleh gradien tegangan. Sehingga untuk itu diperlukan adanya suatu sistem perlindungan (pengaman) untuk mencegah
13
pengaruh tegangan tersebut terhadap makhluk hidup, terutama manusia yang berada di dalam ataupun di sekitar Gardu Induk tersebut.
Menurut Peraturan Umum Instalasi Listrik tahun 2000 (PUIL 2000) terdapat beberapa macam sistem perlindungan (pengaman) yang dapat digunakan untuk menghindari pengaruh arus dan tegangan terhadap manusia antara lain, saklar arus bocor, saklar pengaman arus sisa, pentanahan netral pengaman dan sistem pentanahan pengaman.
Namun khusus untuk Gardu Induk, sistem pengaman yang banyak digunakan adalah sistem pengamanan dengan menggunakan pentanahan pengaman. Seperti halnya dengan Gardu Induk lain, Gardu Induk Pare Pare, juga menggunakan pentanahan pengaman sebagai sistem pengamanan terhadap gangguan yang mungkin terjadi pada Gardu Induk tersebut.
Mengingat Gardu Induk Pare Pare, yang sekian tahun beroperasi, tentu saja berbagai macam komponen yang terdapat di dalamnya besar kemungkinan sudah tidak dalam kondisi yang normal (rusak), khususnya pada bagian pentanahan pengamannya sehingga dianggap perlu untuk diadakan evaluasi terhadap sistem pentanahan pengamannya apakah masih layak untuk digunakan dalam mengatasi gangguan yang terjadi, atau mungkin sudah saatnya untuk diadakan penggantian terhadap komponen yang sudah rusak tersebut.
Khusus pada Gardu Induk, kemungkinan terjadinya bahaya yang disebabkan oleh terjadinya arus gangguan yang cukup besar setiap saat bisa saja terjadi. Arus gangguan tersebut apabila tidak diatasi dengan baik akan dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan serta resiko bahaya terhadap manusia di
14
sekitar Gardu Induk tersebut. Untuk itu diperlukan sistem perlindungan (pengaman) berupa sistem pentanahan (pentanahan) yang baik sehingga dapat menyalurkan arus kesalahan dengan baik ke dalam tanah untuk menghindari bahaya yang lebih besar pada manusia dan peralatan yang ada pada Gardu Induk tersebut.
Berdasarkan pada hal tesebut di atas maka kami mencoba mengangkat topik di atas sebagai tugas akhir dengan judul “Evaluasi pentanahan dengan sistem grid road pada gardu induk pare pare” untuk mengetahui sejauh mana efektifitas sistem
pentanahan pada Gardu Induk Pare Pare, dalam mengatasi gangguan yang berhubungan dengan arus kesalahan setelah sekian tahun beroperasi.
B. Rumusan Masalah
Sistem pentanahan pada prinsipnya adalah bagaimana mengamankan suatu sistem atau peralatan listrik pada saat terjadinya arus gangguan sehingga dapat menghindarkan manusia dari bahaya dan peralatan dari resiko kerusakan dini akibat arus gangguan tersebut.
Berdasarkan pada uraian tersebut di atas, maka selanjutnya dapat dikemukakan identifikasi masalah sebagai berikut;
1. Perlunya sistem pentanahan yang memenuhi syarat-syarat keamanan pada Gardu Induk Pare Pare.
2. Apa Jenis dan tipe sambungan sistem pentanahan dan tahanan sistem pentanahan yang sesuai untuk pemasangan pada Gardu Induk Pare Pare.
C. Batasan Masalah
15
Dalam pembahasan tugas akhir ini, masalah dibatasi hanya pada sistem pentanahan yang digunakan pada Gardu Induk serta perhitungan yang dapat dijadikan sebagai acuan serta bahan evaluasi, antara lain:
1. Besar arus yang dapat ditahan oleh tubuh manusia serta besarnya tahanan jenis tanah pada Gardu Induk Pare Pare.
2. Perhitungan besar tegangan langkah dan tegangan sentuh yang diizinkan dan tegangan sebenarnya.
D. Tujuan Penulisan
1. Untuk mengevaluasi efektifitas kerja dari sistem pentanahan pada Gardu Induk Pare Pare. Baik itu dalam kondisi normal ataupun dalam kondisi terjadi gangguan, sehingga masih dinyatakan aman
2. Untuk mendistribusikan tegangan tinggi serta aman terhadap peralatan dan makhluk hidup di sekitar Gardu Induk tersebut.
E. Metode Penulisan
Metode yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini, antara lain:
1. Survey lapangan dan melakukan peninjauan langsung di lokasi Gardu Induk Pare Pare, untuk mendapatkan nilai tahanan jenis tanah.
2. Melakukan dialog dan meminta pandangan ataupun informasi yang berhubungan dengan tugas akhir ini kepada orang-orang yang berkepentingan.
16
3. Kepustakaan (Library Research), yaitu penulis membaca sejumlah buku yang ada hubungannya dengan sistem pentanahan, terutama yang sering diterapkan pada Gardu Induk.
F. Sistematika Pembahasan
Tugas akhir ini mempunyai susunan pembahasan sebagai berikut:
BAB I Terdiri dari Latar Belakang Masalah, Identifikasi Masalah, Batasan Masalah, Rumusan Masalah, Tujuan Penelitian, Metode Penulisan, dan Sistematika Penulisan
BAB II Tinjauan Pustaka BAB III Metodologi Penelitian BAB IV Kesimpulan dan Saran BAB V Penutup
17
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Umum
Pada daerah kelistrikan yang memiliki tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap manusia, seperti kontak langsung atau berada dalam daerah yang mempunyai gradien tegangan yang cukup besar. Olehnya itu sebuah switchyard selalu membutuhkan suatu sistem pentanahan, baik berupa pentanahan untuk sistem, maupun pentanahan untuk peralatan.
Bahaya yang mungkin terjadi di switchyard terutama disebabkan oleh arus yang mengalir ke tanah akibat adanya gangguan hubung singkat ke tanah.
Gangguan hubung singkat pada sistem akan menimbulkan arus hubung singkat yang besar, tergantung dari besar kecilnya tegangan sistem itu. Untuk mendistribusikan arus gangguan dengan cepat ke tanah, maka dibutuhkan tahanan sistem pentanahan yang sekecil mungkin serta dirancang khusus agar gradien potensial yang timbul dan tegangan kontak ke tanah seiuruhnya seragam dan berada pada batas yang aman.
B. Tujuan pentanahan
Secara umum tujuan pentanahan adalah sebagai pengaman dari arus bocor yang terjadi pada peralatan untuk menghindari tegangan sentuh terhadap orang yang menyentuh peralatan pada saat terjadi gangguan.
18
Gardu Induk adalah daerah yang amat peka dengan gradien tegangan tinggi, karena itu sistem pentanahan yang digunakan pada daerah ini juga harus cukup peka dalam mengamankan peralatan pada saat terjadinya gangguan.
Pentanahan Gardu Induk pada dasarnya dilakukan dengan menanamkan batang-batang konduktor secara vertikal ke dalam tanah, namun dalam perkembangannya juga dilakukan dengan menanamkan batang-batang konduktor secara horizontal dengan permukaan tanah, hal ini dilakukan karena pada daerah berbatu sangatlah sulit untuk menanam konduktor sesuai dengan yang dilakukan pada jenis tanah biasa.
C. Tahanan Jenis Tanah
Tahanan jenis tanah adalah nilai tahanan berdasarkan jenis tanahnya. Di dalam perencanaan sistim pentanahan serta evaluasinya, tahanan jenis tanah merupakan factor penentu keberhasilan pengukuran nilai pentanahan yang diinginkan. Adapun besarnya tahanan jenis tanah sangat dipengaruhi oleh faktor di bawah ini:
- Komposisi tanah - Temperatur tanah - Kelembaban tanah
- Kadar garam dalam tanah 1. Komposisi tanah
Tanah terdiri atas partikel padat, cair dan gas yang membentuk lapisan tanah. Dalam perencanaan dan evaluasi sistim pentanahan, tahanan jenis tanah
19
diperoleh dari nilai rata-rata pada pengukuran di beberapa tempat pada daerah Gardu Induk.
Pada tabel 2.1 dibawah ini diperlihatkan nilai tahanan jenis tanah untuk beberapa jenis tanah
Tabel 2.1 Nilai Tahanan Jenis
Jenis tanah Tahanan Jenis (Q-m) Tanah rawa
Tanah liat dan tanah ladang Pasir basah
Kerikil basah
Pasir dan kerikil kering Tanah berbatu
30 100 200 500 1000 5000
Nilai-niiai tahanan jems tanah pada tabel di atas tidak akan digunakan dalam mengevaluasi sistim pentanahan kerena untuk mendapatkan nilai-nilai tersebut akan dilakukan pengukuran langsung disesuaikan dengan jenis tanah di lapangan.
2. Kelembaban Tanah
Kadar air dalam tanah sangat mempengaruhi tahanan jenis tanah, dimana semakin besar konsentrasi air dalam tanah, konduktivitas tanah akan semakin besar, dengan demikian tahanan jenis tanah akan semakin kecil.
Keadaan tanah dengan konsentrasi air yang terkandung di bawah 10%
mempunyai tahanan jenis tanah yang besar, dengan demikian tanah tersebut menjadi isolator yang baik. Tetapi dengan kenaikan konsentrasi air sampai 15%,
20
tahanan jenis tanah akan menurun dengan cepat sekali atau akan menjadi konduktor yang baik.
3. Temperatur Tanah
Nilai tahanan jenis tanah juga dipengaruhi oleh temperatur tanah di sekitar elektroda pentanahan. Hal ini akan lebih jelas perubahannya pada temperatur dibawah titik beku (0°).
Bila temperatur naik, air akan berubah menjadi fasa air, molekul-molekul akan bebas bergerak sehingga daya hantar listrik tanah akan menjadi lebih besar, tahanan jenis tanah menjadi kecil. Pada temperatur tanah yang lebih tinggi akan menyebabkan air dalam tanah akan menguap yang mengakibatkan keadaan tanah semakin kering, maka tahanan jenis tanah semakin besar.
4. Kadar Garam
Pengaruh musim juga berpengaruh terhadap besar kecilnya nilai tahanan jenis tanah, karenanya untuk mengurangi pengaruh musim tersebut terhadap perubahan tahanan jenis tanah, maka akan dilakukan dengan cara memberikan sodium clorida, dan sodium carbonate, sehingga zat-zat inilah yang menjadi penyeimbang terhadap peningkatan tahanan jenis tanah.
D. Macam-macam Elektroda Pentanahan
Pada dasarnya sistem pentanahan yang dilakukan balk terhadap peralatan- peralatan industri, rumah tangga dan sejenisnya dilakukan dengan menggunakan:
1. Elektroda batang 2. Elektroda strip 3. Elektroda plat
