ANALISIS SISTEM PENTANAHAN GRID ROD GARDU INDUK TEGANGAN TINGGI 150 KV DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM MS VISUAL BASIC Analysis of Grid Rod Grounding System of 150 kV High Voltage Substation Using MS Visual Basic Program Henry B.H. Sitorus (*), Herman H. Sinaga (*), Hendri Albert Nopaer Simanjuntak (**) (*) Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro FT Unila (**) Alumni Jurusan Teknik Elektro FT Unila Jurusan Teknik Elektro UNILA Jl. S. Brojonegoro No.1 Bandar Lampung Telp. 0721-7418373 E-Mail: [email protected], HP: 081369031080 ABSTRAK Phase to ground fault on 150 kV high voltage subtation will caused current fault flows from apparatus part to grounding terminal. This will caused dangerous voltage gradien for human safety around that substation area. To prevent this problem its needed an excellent grounding system. The main issue on this research is how to resolve the good grounding system, which has resistance, step voltage and mesh voltage that match to IEEE/ANSI Std 80-1986 standard. The result shown for gravel soil the deeper the conductor burried the larger ground resistance and mesh voltage and for step voltage its smaller. But for farming and wet sand soil ground resistance, mesh voltage and step voltage will smaller. The larger the grounding area and number of mesh , the smaller grounding resistance, mesh voltage and step voltage. Key Words: Grounding resistance, mesh voltage, step voltage A. Pendahuluan Dalam suatu gardu induk dibutuhkan suatu sistem pentanahan yang handal. Hal ini dimaksudkan agar ketika terjadi gangguan fasa ke tanah pada Gardu Induk Tegangan Tinggi (GITT)150 kV tidak akan membahayakan keselamatan manusia, sebab arus gangguan akan mengalir pada bagian peralatan dan ke piranti pentanahan. Hal ini
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ANALISIS SISTEM PENTANAHAN GRID ROD GARDU INDUK TEGANGAN TINGGI 150 KVDENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM MS VISUAL BASIC
Analysis of Grid Rod Grounding System of 150 kV High Voltage Substation Using MS Visual Basic Program
Henry B.H. Sitorus (*), Herman H. Sinaga (*), Hendri Albert Nopaer Simanjuntak (**)(*) Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro FT Unila
(**) Alumni Jurusan Teknik Elektro FT Unila
Jurusan Teknik Elektro UNILAJl. S. Brojonegoro No.1 Bandar Lampung Telp. 0721-7418373
Phase to ground fault on 150 kV high voltage subtation will caused current fault flows from apparatus part to grounding terminal. This will caused dangerous voltage gradien for human safety around that substation area. To prevent this problem its needed an excellent grounding system. The main issue on this research is how to resolve the good grounding system, which has resistance, step voltage and mesh voltage that match to IEEE/ANSI Std 80-1986 standard. The result shown for gravel soil the deeper the conductor burried the larger ground resistance and mesh voltage and for step voltage its smaller. But for farming and wet sand soil ground resistance, mesh voltage and step voltage will smaller. The larger the grounding area and number of mesh , the smaller grounding resistance, mesh voltage and step voltage. Key Words: Grounding resistance, mesh voltage, step voltage
A. Pendahuluan
Dalam suatu gardu induk dibutuhkan suatu sistem pentanahan yang handal. Hal ini dimaksudkan agar ketika
terjadi gangguan fasa ke tanah pada Gardu Induk Tegangan Tinggi (GITT)150 kV tidak akan membahayakan
keselamatan manusia, sebab arus gangguan akan mengalir pada bagian peralatan dan ke piranti pentanahan.
Hal ini akan menimbulkan gradien tegangan diantara peralatan dengan peralatan, peralatan dengan tanah
dan gradien tegangan pada permukaan tanah yang berbahaya bagi manusia dan peralatan yang berada di
area gardu induk. Oleh sebab itu diperlukan sistem pentanahan yang baik dan efektif meratakan gradien
tegangan yang timbul.
Sistem pentanahan peralatan gardu induk yang umum digunakan saat ini adalah sistem pentanahan Driven
Rod, Counterpoise, menggunakan kisi (Grid) dan gabungan antara sistem pentanahan Grid dan Rod. Dari
ketiga model sistem pentanahan ini sistem kisi (Grid) dan Rod paling sering digunakan untuk Gardu Induk
Tegangan Tinggi 150 kV. Untuk jenis tanah di Lampung yang dikelompokkan dalam 3 jenis tanah yakni jenis
tanah bebatuan, jenis tanah berpasir dan jenis tanah pertanian memiliki tahanan jenis tanah yang berbeda-
beda. Jadi dibutuhkan analisis untuk menghitung nilai tahanan pentanahan, tegangan sentuh dan tegangan
langkah dengan membuat kombinasi antara jumlah mesh dan rodnya, kedalaman penanaman konduktor
dengan mempertimbangkan nilai dari tahanan jenis tanah, pengaruh tahanan jenis tanah untuk beberapa jenis
Ig = Sf If ...........................................................................................(27)
If = 3 I0.............................................................................................(28)
dimana,
IG = arus grid maksimum (A)
Df = decrement factor, nilainya ditentukan berdasar waktu gangguan
= 1 (untuk waktu gangguan 0.5 detik)
Cp = faktor proyeksi korektif yang dihitung untuk kenaikan relatif arus
gangguan selama keberlangsungan sistem. Untuk sistem dengan
pertumbuhan nol Cp = 1
Ig = arus grid simetris (A)
If = nilai rms dari arus gangguan tanah (A)
Sf = faktor pembagi arus gangguan,
= 0.7 (untuk gardu induk yang berkawat tanah)
I0 = arus gangguan urutan nol.
B. Bahan dan Metode
Program ini menggunakan data acuan yang digunakan sebagai input untuk program perhitungan nilai tahanan
pentanahan (R), tegangan mesh (Em), tegangan langkah (Es) dan kriteria tegangan sentuh dan tegangan
langkah yang diijinkan untuk sebuah gardu induk.
Adapun data acuan yang digunakan sebagai berikut :
Tegangan sistem = 150 kV
Tahanan jenis permukaan batu koral (Rho’s) = 3000 Ohm-m
Arus gangguan maksimum (If) = 31,5 kA
Waktu gangguan (tf) = 0,5 detik
Panjang grounding rod (S) = 3,5 m
Ketebalan lapisan koral (hs) = 0,1 m
Jenis Konduktor = Std Soft Cu Wire
Diameter konduktor = 0,0157 m
Nilai dari tahanan jenis tanah yang digunakan diperoleh dari hasil pengukuran tahanan jenis tanah yang ada di
Lampung untuk beberapa kondisi tanah yang berbeda yakni kondisi tanah bebatuan, tanah pasir basah, dan
tanah pertanian (A. Ilahi, 2005). Nilai tahanan jenis tanah ditentukan berdasarkan kedalaman penanaman
konduktor yang ditetapkan yakni 0.3 m, 0.8 m, dan 1.5 m (dapat dilihat pada lampiran yakni data nilai tahanan
jenis tanah oleh Ilahi, A., 2005) Dengan dasar bahwa IEEE standard 80 merekomendasikan kedalaman
penanaman 0.25 m sampai 2.5 m.
Langkah-langkah penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. membangun program aplikasi perhitungan nilai tahanan pentanahan (R), tegangan langkah (EL), dan
tegangan sentuh (ES) dengan mengikuti diagran alir seperti gambar 2.
2. memasukkan data-data masukan ke program aplikasi.
3. menjalankan program (running program)
4. Analisis hasil
Gambar 2. Diagram alir aplikasi perhitungan nilai tahanan pentanahan (R),
tegangan langkah (EL), dan tegangan sentuh (ES)
C. Hasil dan Pembahasan
1. Pengaruh luas area pentanahan
Hasil perhitungan (seperti ditunjukkan dalam gambar 3, gambar 4 dan gambar 5) menunjukkan bahwa
semakin luas area pentanahan maka tahanan pentanahan, tegangan mesh dan tegangan langkah semakin
kecil. Penurunan nilai-nilai secara ekstrim terjadi sampai luas 40.000 2 , sedangkan kenaikan di atas 40.000
m2 tidak begitu signifikan. Apabila ketiga jenis tanah diperbandingkan terlihat bahwa tanah pertanian
mempunyai tahanan pentanahan, tegangan mesh, dan tegangan langkah yang lebih kecil dibandingkan
dengan tanah pasir dan tanah bebatuan. Hal ini sangat wajar karena tahanan jenis tanah pertanian lebih kecil
dari kedua jenis tanah lainnya.
2. Pengaruh Jumlah mesh
Semakin banyak jumlah mesh maka nilai tahanan pentanahan, tegangan mesh, dan tegangan langkah
semakin kecil. Penurunan nilai tahanan pentanahan, tegangan mesh, dan tegangan langkah akibat pengaruh
pertambahan jumlah mesh terlihat signifikan hanya mulai dari jumlah mesh antara 1 mesh sampai dengan 64
mesh. Diatas 64 mesh pertambahan jumlah mesh tidak begitu berpengaruh terhadap penurunan nilai tahanan
pentanahan, tegangan mesh, dan tegangan langkah (ditunjukkan pada gambar 6, gambar 7 dan gambar 8).
3. Pengaruh kedalaman penanaman konduktor
Berdasarkan hasil perhitungan oleh program, pengaruh pertambahan kedalaman penanaman konduktor
terhadap tahanan pentanahan, tegangan mesh, dan tegangan langkah untuk ketiga jenis tanah baik pada grid
dengan bentuk bujur sangkar maupun persegi panjang (ditunjukkan pada gambar 9, gambar 10 dan gambar
11) adalah sebagai berikut :
a. Untuk Tanah Bebatuan semakin dalam penanaman konduktor, nilai tahanan pentanahan dan
tegangan mesh semakin besar sedangkan nilai tegangan langkahnya semakin kecil.
b. Untuk tanah pasir basah nilai dari tahanan pentanahan, tegangan mesh dan tegangan
langkahnya semakin kecil dengan penanaman konduktor yang semakin dalam.
c. Untuk Tanah Pertanian semakin dalam penanaman konduktor, nilai dari tahanan pentanahan,
tegangan mesh, dan tegangan langkahnya
Nilai tahanan pentanahan, tegangan mesh, dan tegangan langkah berdasarkan hasil perhitungan program
MS Visual Basic dapat dilihat pada gambar grafik berikut:
Gambar 3. Grafik pengaruh luas area pentanahan terhadap tahanan pentanahan
Gambar 4. Grafik pengaruh luas area pentanahan terhadap tegangan mesh
Gambar 5. Grafik pengaruh luas area pentanahan terhadap tegangan langkah
Gambar 6. Grafik pengaruh jumlah mesh terhadap tahanan pentanahan
Gambar 7. Grafik pengaruh jumlah mesh terhadap tegangan mesh
Gambar 8. Grafik pengaruh jumlah mesh terhadap tegangan langkah
Gambar 9. Pengaruh kedalaman penanaman konduktor
Terhadap tahanan pentanahan
Gambar 10. Pengaruh kedalaman penanaman konduktor terhadap
tegangan mesh pentanahan
Gambar 11. Pengaruh kedalaman penanaman konduktor terhadap
tegangan langkah pentanahan
Gambar 12. Pengaruh tahanan jenis tanah terhadap nilai tahanan pentanahan
Gambar 13. Pengaruh tahanan jenis tanah terhadap nilai tegangan mesh
Gambar 14. Pengaruh tahanan jenis tanah terhadap nilai tegangan langkah
Gambar 15 tampilan Graphical User Interface (GUI) dengan menggunakan Visual Basic
D. Kesimpulan
1. Pertambahan luas area pentanahan pada sistem pentanahan grid rod menjadikan panjang total
konduktor bertambah sehingga nilai dari tahanan pentanahan, tegangan mesh, dan tegangan langkah
semakin kecil.
2. Penurunan nilai tahanan pentanahan, tegangan mesh, dan tegangan langkah akibat pengaruh
pertambahan jumlah mesh terlihat signifikan hanya mulai dari jumlah mesh antara 1 mesh sampai
dengan 64 mesh. Diatas 64 mesh pertambahan jumlah mesh tidak begitu berpengaruh terhadap
penurunan nilai tahanan pentanahan, tegnagan mesh, dan tegangan langkah.
3. Berdasarkan hasil perhitungan oleh program, pengaruh pertambahan kedalaman penanaman
konduktor terhadap tahanan pentanahan, tegangan mesh, dan tegangan langkah untuk ketiga jenis
tanah baik pada grid dengan bentuk bujur sangkar maupun persegi panjang adalah sebagai berikut :
a. Untuk Tanah Bebatuan semakin dalam penanaman konduktor, nilai tahanan pentanahan dan
tegangan mesh semakin besar sedangkan nilai tegangan langkahnya semakin kecil.
b. Untuk tanah pasir basah nilai dari tahanan pentanahan, tegangan mesh dan tegangan
langkahnya semakin kecil dengan penanaman konduktor yang semakin dalam.
c. Untuk Tanah Pertanian semakin dalam penanaman konduktor, nilai dari tahanan pentanahan,
tegangan mesh, dan tegangan langkahnya
4. Nilai tahanan pentanahan, tegangan mesh, dan tegangan langkah semakin besar seiring dengan
tahanan jenis tanah yang semakin besar untuk ketiga jenis tanah yang berbeda yaitu tanah pertanian,
pasir basah, dan tanah bebatuan.
E. Daftar Pustaka
Gonnos, I.F., et al., 1999, “Transient Impedance of Grounding Rods”, ISH’99Laurent, P. G., Les Bases Generales de la Technique des Mises a la Terre dans les installations Electriques.
Bulletin de la Societe francaise des electriciens, Vol. 1, ser 7, July 1951, pp 368-402 (English Translation available in Appendix I.
Nieman, J., Unstellung von Hochstspannungs-Erdungsalagen Aufden Betrieb Mit Starr Geerdetem Sternpunkt. Electrotechnische Zeitschrift, Vol 73, No. 10, May 1952, pp 333-337.
Verma, R., 1984 dan Mukhedkar, D., 1984, “Fundamental Consideration and Impuls Impedance of Grounding Grid”, IEEE Vol. PAS-100 No.3, pp1023-1030.
Halvorson, Michael. 2003. Step by Step. Microsoft Visual Basic 6.0. Elex Media komputindo.Hutahuruk, T.S., 1991, “Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan”, Penerbit
Erlangga. Bandung.IEEE, 1986, “IEEE Guide For Safety In AC Substation Grounding”. American National Standards Institute /
IEEE Standards 80-1986, IEEE Power Enginering Society.
1
2
n
D2
1 2 m
S256
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
11.11.21.31.41.51.61.71.81.9
22.12.2
0 30000 60000 90000 120000 150000 180000
Luas Area Pentanahan (m2)
Nilai R
(O
hm
)
Bebatuan Tanah Pertanian Pasir Basah
S256
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
0 30000 60000 90000 120000 150000 180000Luas Area Pentanahan (m2)
Nila
i E
m (
Vo
lt)
Bebatuan Tanah Pertanian Pasir basah
S256
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
0 30000 60000 90000 120000 150000 180000Luas Area Pentanahan (m2)
Nila
i E
s (
Vo
lt)
Bebatuan Tanah Pertanian Pasir Basah
Ilahi, A., 2005, “Studi Sistem Pembumian Batang Tunggal Dengan Menganalisis Resistansi Jenis Tanah (Sistem Driven Rod)”, Tugas Akhir. Bandar Lampung.
Haddin, M., 2002, Tumiran, 2002 dan Haryono, T., 2002, “Evaluasi Sistem Pentanahan Grid Rod Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi 500 kV”, Proceedings SNWT V 2002/D-3. Yogyakarta.
F. Gambar dan Tabel
L2
Gambar 1. Sistem pentanahan grid panjang L1 dan L2
Gambar 2. Diagram alir aplikasi perhitungan nilai tahanan pentanahan (R),
tegangan langkah (EL), dan tegangan sentuh (ES)
Gambar 3. Grafik pengaruh luas area pentanahan terhadap tahanan
pentanahan
Gambar 4. Grafik pengaruh luas area pentanahan terhadap tegangan mesh