81

Analisis Sistem Pentanahan Gardu Induk Bagan Batu Dengan Bentuk Konstruksi Grid (Kisi-Kisi)

Abrar Tanjung

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Lancang Kuning

E-mail : abrartanjung_1970@yahoo.co.id Abstrak - Sistem pentanahan peralatan gardu induk menggunakan kisi (Grid) dan gabungan antara sistem pentanahan Grid dan Rod. Model sistem pentanahan sistem Grid-Rod paling sering digunakan untuk Gardu Induk Tegangan Tinggi 150 kV. Untuk pembangunan gardu induk yang baru dibutuhkan disain yang baru pula. Disain dilakukan dengan membuat kombinasi antara jumlah mesh dan rod-nya, kedalaman penanaman konduktor dengan mempertimbangkan nilai dari tahanan jenis tanah, pengaruh tahanan jenis tanah untuk beberapa jenis tanah yang berbeda dengan kedalaman yang sama serta dimensi area pentanahan yang akan digunakan sehingga menghasilkan nilai tahanan pentanahan (R), tegangan sentuh (Em) dan tegangan langkah (Es) yang lebih baik dan lebih aman.

Sistem pentanahan pada Gardu Induk merupakan perlengkapan yang amat penting untuk menghindari bahaya-bahaya terhadap orang yang sedang berada didalam atau didaerah Gardu Induk tersebut. Ada beberapa metode dalam tugas akhir ini diuraikan, tetapi akhirnya dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan ketelitian dalam perencanaannya.

Perencanaan dan hasil analisa untuk Gardu Induk Bagan Batu untuk tegangan sentuh sebenarnya sebesar diperoleh sebesar 186,7 volt dan Tegangan langkah sebenarnya sebesar 209,6 volt, serta jumlah batang pentanahan sebanyak 51 batang dengan besar penampang konduktor sebesar 3,62 mm2 Keyword : sistem pentanahan, gardu induk, tegangan sentuh, tegangan langkah

1. PENDAHULUAN Pengaman dari pengguna tenaga listrik ini

ada bermacam-macam dan salah satunya adalah dengan pentanahan peralatan, guna melindungi bahaya arus listrik terhadap manusia, peralatan dan bangunan. Pentanahan merupakan salah satu cara pengurangan pengaruh arus listrik yang dapat terjadi oleh beberapa macam penyebab, seperti terdapatnya arus bocor atau hubungan singkat akibat kegagalan isolasi dan bencana alam serta akibat adanya surja petir [2][3].

Pengetanahan peralatan merupakan bentuk untuk membatasi tegangan antara bagian alat-alat yang tidak dilalui arus dan antara bagian alat-alat ini dengan tanah sampai didapatnya suatu harga tertentu,

maksudnya tahanan yang aman bagi semua kondisi operasional baik berbentuk normal maupun tidak normal. Demi terciptanya bentuk tahanan yang aman seperti yang tersebut diatas maka diperlukan adanya pentanahan peralatan atau instalasi itu sendiri. Sistem pentanahan ini gunanya adalah untuk memperoleh potensial yang merata (uniform) dalam semua bagian struktur dan peralatan, dan juga untuk menjaga agar operator atau orang yang berada di daerah instalasi itu berada pada potensial yang sama dan tidak berbahaya dalam setiap waktu [4].

Tujuan penelitian ini adalah untuk merencanakan sistem pentanahan dalam bentuk kisi-kisi (grid) dan untuk mengetahui perbandingan besarnya tegangan sentuh yang ada dilapangan dengan tegangan sentuh yang diizinkan berdasarkan standar kelistrikan serta perbandingan tegangan langkah dilapangan dengan tegangan langkah yang diizinkan. 2. BAHAYA SENTUHAN-SENTUHAN LISTRIK

Tubuh manusia merupakan penghantar, maka

berlakunya hukum ohm keterangan besarnya arus yang lewat dalam tubuh manusia tergantung dari besarnya tegangan sentuh dan impedansi tubuh atau dapat ditulis sebagai berikut :

amperZEI ........ (1)

Keterangan : I = Arus kejut (Amp) E = Tegangan sentuh (Volt) Z = Impedensi Total Tubuh (Ohm)

3. PENGARUH BESARAN LISTRIK TERHADAP TUBUH MANUSIA

Dari penyelidikan diketahui bahwa tubuh

manusia bersifat penghantar, yang mempunyai impendansi berkisar antara 500-100.000 ohm, oleh sebab itu bila terjadi kontak langsung salah satu bagian tubuh dengan bodi peralatan yang menjadi bertegangan karena kegagalan isolasi, maka akan ada arus yang mengalir pada tubuh [1].

3.1 Arus Persepsi

Pada Electrical Testing Laboratory New York tahun 1933 telah dilakukan pengujian terhadap 40

82

orang laki-laki dan perempuan, dan dapat arus rata-rata yang disebut threshold of perception current sebagai berikut [7]:

a. Untuk laki-laki : 1,1 mA b. Untuk perempuan: 0,7 mA

3.2 Arus Mempengaruhi Otot

Tegangan yang menyebabkan tingkat arus persepsi naik, maka orang akan merasa sakit dan kalau terus dinaikkan otot-otot akan kaku sehingga orang tersebut tidak berdaya lagi untuk melepaskan konduktor yang dipegangnya itu. Di University Of California Medical School telah dilakukan penyelidikan terhadap 134 orang laki-laki dan 28 orang perempuan dan diperoleh angka rata-rata dari arus yang dipengaruhi otot sebagai berikut: a. Untuk laki-laki : 16 mA b. Untuk Perempuan : 10,5 mA

3.3 Arus Reaksi

Arus reaksi adalah arus terkecil yang dapat mengakibatkan orang menjadi terkejut, hal ini cukup berbahaya karena dapat mengakibatkan kecelakaan sampingan. Karena terkejut orang dapat jatuh dari tangga, melempar peralatan yang sedang dipegang yang dapat mengenai bagian-bagian instalasi bertegangan tinggi sehingga terjadi kecelakaan yang lebih fatal [7].

3.4 Arus Fibrilasi

Apabila yang melewati tubuh manusia lebih besar dari arus yang berpengaruh otot dapat mengakibatkan orang menjadi pingsan bahkan sampai mati. Hal ini disebabkan arus listrik tersebut mempengaruhi jantung yang disebut ventricular Febrilation yang menyebabkan jantung berhenti bekerja dan peredaran darah tidak jalan sehingga segera akan mati [7].

Percobaan Daziel menyatakan bahwa 99,5% dari semua orang yang beratnya lebih kurang 50 kg masih dapat bertahan terhadap arus listrik dan waktu yang ditentukan oleh persamaan sebagai berikut:

tkIkatauktIk .2 (2)

Maka : k80 = 0,116 Amper. k70 = 0,157 Amper.

Jadi : Ik2 . t = 0,0135 untuk berat badan 50 kg

Dan : Ik = t

116,0

Keterangan : Ik = Besar arus lewat tubuh manusia (A) t = Waktu arus lewat tubuh manusia atau lama

gangguan tanah (detik)

3.5 Tegangan Sentuh Tegangan sentuh adalah tegangan yang

terdapat diantara suatu objek yang disentuh dan satu

titik berjarak 1 meter, dengan asumsi bahwa objek yang disentuh dihubungkan dengan kisi-kisi pengetanahan yang berada dibawahnya. Besar arus gangguan dibatasi oleh tahanan kontak ketanah dari kaki orang tersebut [7].

Pada Gambar 1diperlihatkan tegangan sentuh dan rangkaian pengganti. Dari rangkaian pengganti dapat dilihat hubungan sebagai berikut :

Es = (Rk + RF/2). Ik (3) Keterangan :

Es = Tegangan sentuh (volt). Rf = Tahanan kontak ke tanah dari satu kaki pada

tanah yang diberi lapisan koral 10 cm 9 = 3000 ohm)

Ik = Besarnya arus yang melalui badan (dalam amper).

Tahanan badan orang telah diselidiki oleh beberapa ahli dan sebagai harga pendekatan diambil Rk = 1000 ohm. Tahanan Rf mendekati harga 3 s keterangan s adalah tahanan jenis tanah disekitar permukaan. Dengan demikian tegangan sentuh menjadi :

Es = (1000 + 3 s /2) 0,116/ t Keterangan :

s = Tahanan jenis tanah disekitar permukaan tanah (ohm-meter) = 3000 ohm-meter untuk permukaan tanah yang dilapisi koral 10 cm.

T = Waktu kejut (detik) atau lama gangguan tanah. 3.6 Tegangan Langkah

Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul diantara dua kaki orang yang sedang berdiri diatas tanah yang sedang dialiri oleh arus kesalahan ketanah. Dalam hal ini dimisalkan jarak antara kedua kaki orang adalah 1 meter dan diameter kaki dimisalkan 8 cm dalam keadaan tidak memakai sepatu. Pada gambar 2 diperlihatkan tegangan langkah yang dekat dengan peralatan yang diketanahkan [7].

Gambar 1. Tegangan sentuh dan rangkaian pengganti

Dengan menggunakan rangkaian pengganti dapat ditentukan tegangan langkah sebagai berikut :

E1 = ( Rk + 2 Rf ). Ik (4) =

( 1000 + 6 s ) x 0,116/ t

83

E1 = t

s.696,0116

Keterangan :

E1 = Tegangan langkah (Volt) Rk = Tahanan badan (orang ohm) = 1000 ohm. Rf = Tahanan kontak ketanah dari satu kaki (dalam

ohm) = 3 s t = Waktu kejut (dalam detik)

s = tahanan jenis tanah Pada tabel 1 ditunjukkan tegangan senntuh

yang diizinkan dan lamanya gangguan sedangkan pada tabel 2 ditunjukkan teganga langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan.

Tabel 1. Tegangan Sentuh yang Diizinkan dan Lama

Gangguan

Lama Gangguan (t, detik)

Tegangan Sentuh yang Diizinkan

(Volt) 0,1 1.980

0,2 1.400

0,3 1.140

0,4 990

0,5 890

1,0 626

2,0 443

3,0 362

Tabel 2. Tegangan Langkah yang Diizinkan dan Lama Gangguan

Lama

Gangguan (t, detik)

Tegangan Langkah yang Diizinkan

(Volt) 0,1 7,000

0,2 4,950

0,3 4,040

0,4 3,500

0,5 3,140

1,0 2,216

2,0 1,560

3,0 1,280

Gambar 2. Tegangan langkah dekat peralatan yang diketanahkan

4. IMPEDANSI TUBUH MANUSIA

Tubuh manusia terdiri dari unsur-unsur air,

garam, mineral dan lain-lain yang dalam keseluruhan merupakan impedansi tubuh yang mempunyai nilai antara 500 sampai 10000 ohm, keterangan nilai tertinggi adalah kulit ari (zat tanduk) dan nilai terrendah adalah daging dan bagian tubuh lainnya (misalnya jantung dan lain-lain), disebabkan karena sifat selnya dan keadaannya yang selalu basah. Pada tegangan dibawah 240 Volt, kulit arilah yang merupakan faktor utama dalam membatasi besarnya arus pada sentuhan dengan penghantar bertegangan [6]. Adapun Pengaruh Keadaan Tubuh Terhadap Impedansi: a. Keadaan Otot Keadaan yang atletis berarti banyak otot-ototnya

yang berarti sel tubuhnya padat dan merupakan penghantar yang baik (impedensinya rendah). Pada umumnya otot pria lebih banyak dari pada wanita dan berarti impedensi tubuh pria lebih rendah dari wanita.

b. Kelembaban kulit karena keringat atau basah oleh air menyebabkan nilai impedansi sangat menurun.

c. Berat badan yang besar atau orang gemuk mempunyai permukaan yang besar dan kepadatan sel yang tinggi yang berarti impedansi rendah.

5. ANALISIS PENTANAHAN GARDU INDUK

BAGAN BATU PT. PLN (PERSERO) CABANG DUMAI DENGAN

MENGGUNAKAN SISTEM KISI-KISI (GRID)

Luas darah disekitar switch yard 150 KV

untuk perluasan Gardu Induk Bagan Batu adalah 100 m x 95 m dengan letak peralatan seperti dalam gambar 3. Dengan memperhatikan luas dan situasi letak peralatan pada Gardu Induk, maka dapat diperkirakan susunan pentanahan grid yang akan dipasangkan. Arus hubungan singkat ketanah diketahui untuk

84

menentukan besarnya arus maksimum yang mungkin mengalir dalam tanah akibat terjadinya hubungan singkat ketanah [5].

Perencanaan sistem pentanahan pada gardu induk didasarkan pada standar “IEEE 80”, dengan ukuran/langkah-langkah sebagai berikut: a. Pemeriksaan tahanan jenis tanah. b. Perencanaan pendahuluan tata letak (layout). c. Perhitungan arus fibrilasi. d. Menghitung jumlah batang pentanahan yang

diperlukan e. Menghitung tegangan sentuh yang diizinkan. f. Menghitung tegangan sentuh maksimum

sebenarnya. g. Menghitung tegangan langkah yang di izinkan. h. Menghitung tegangan langkah maksimum

sebenarnya.

a. Tahanan Jenis Tanah Tahanan jenis tanah nilai tahanannya dapat

diperoleh dari kondisi dan jenis tanah yang ada disekitar garud induk. Pengukuran tahanan jenis tanah pada lokasi gardu induk diambil pada berapa lokasi pada areal, untuk menghitung tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan mengunakan persamaan berikut :

= 2. . aR (5) Keterangan :

= Tahanan jenis rata-rata tanah. a = Jarak antara batang elektroda yang dekat R = Besar Tahanan yang terukur.

Pengukuran dilokasi gardu induk tersebut diperoleh besar tahanan jenis tanah rata-rata : = 100 ohm-m

b. Arus Fibrilasi

Besarnya arus fibrilasi yang mengalir pada tubuh manusia keterangan arus listrik dapat menyebabkan jantung mulai fibrilasi dapat dihitung berdasarkan persamaan dibawah ini :

K50 = 0,116 amper

Ik = t

116,0 (6)

Keterangan : Ik = Arus fibrilasi (Amp) t = Lama waktu gangguan (detik) = 0,75 detik.

Lama waktu gangguan tergantung dari berapa faktor, antara lain statilitas, tipe switchyard dan tipe relay dan pemutusan daya yang digunakan. Sebegitu jauh belum ada standard mengenai lama waktu gangguan. Waktu yang dianggap realistis berkisar antara 0,5 detik sampai 1,0 detik. Pengambilan waktu 0,75 detik dianggap sudah memenuhi persyaratan dan cukup realistis.

Bila harga-harga tersebut dimasukkan pada persamaan diatas maka :

Ik = 0,134 Amper

c. Tata Letak (Layout) Kisi-kisi (grid) pentanahan menggunakan

konduktor tembaga bulat yang ditanam pada seluruh batas gardu induk. Pengaturan tata letak sistem pentanahan pada suatu gardu induk dapat dilihat pada gambar berikut ini. Pada gambar tersebut diberikan panjang konduktor termasuk batang pentanahan = 1600 meter. d.Jumlah Batang Pentanahan Yang Diperlukan.

Pada waktu arus gangguan mengalir antara batang pentanahan dan tanah akan menjadi panas akibat arus I2. Suhu tanah harus tetap dibawah 100 c, untuk menjaga jangan sampai terjadi penguapan air kandungan dalam tanah dan kenaikan tahanan jenis. Seluruh panjang batang pentanahan yang diperlukan dihitung dari pembagian arus gangguan ketanah dengan kerapatan arus yang diizinkan, sedangkan jumlah batang pentanahan yang di tanahkan diperlukan dari pembagian panjang satu batang. Jadi bila besar arus gangguan ketanah (3500) amper maka jumlah batang pentanahan minimum dengan panjang (3,5 meter):

19,01055,3

3500xx

= 51 Batang

e. Perhitungan Tegangan Sentuh Yang Diizinkan

Tegangan sentuh yang yang diizinkan dapat dihitung dengan memasukkan data-data sebagai berikut :

Ik = 0.134 A Rk = Tahanan Badan Manusia = 1000 Ohm/meter.

s = 100 ohm-m Em = Tegangan Mesh Km = 0,375 Ki = Faktor koreksi untuk ketidak merataan

kerapatan arus yang didapat dari hasil percobaan adalah sebagai berikut :

Ki = 3,410 L = Adalah total panjang konduktor yang ditanam

= 3 meter I = Besar arus gangguan = 3500 A

Maka didapat tegangan sentuh yang diizinkan Es = (Rk + Rf/2) Ik (7) = (1000 + 300/2)0,134

= 154,1 Volt f.Perhitungan Tegangan Sentuh Maksimum

Sebenarnya Berdasarkan luas daerah pentanahan dan

situasi letak peralatan yang kira-kira perlu ditanahkan, maka kita dapat tentukan ukuran dan bentuk sistem pentanahan grid yang akan kita pasangkan.

85

Rumus yang dipakai

LIKiKmEm .., (8)

= 0,375 x 3,410 x 100 x 3500/2400 = 186,7 volt

g. Perhitungan Tegangan Langkah yang Dizinkan Tegangan langkah yang yang diizinkan dapat

dihitung dengan memasukkan data-data sebagai berikut :

Ik = 0.134 A Rk = Tahanan Badan Manusia = 1000 Ohm/meter.

s = Tahanan jenis permukaan tanah yang dilapisi batu kerikil keterangan orang berdiri

= 3000 Ohm-meter. Ks = 0,421

Maka didapat tegangan langkah yang diizinkan EL = (Rk + 2 x Rf) Ik (9) = (1000 + 2 x 300)0,134

= 214,4 Volt Berdasarkan hasil perhitungan dapat disusun tata letak atau layout dari pentanahan yang ditunjukkan pada gambar 3.

80 M 5 - 10 M

Gambar 3. Tata Letak Pentanahan

h.Perhitungan Tegangan Langkah Maksimum

Sebenarnya Tegangan langkah adalah perbedaan

tagangan yang terjadi diantara kedua kaki manusia berjalan diatas sistem dihitung dengan rumus :

LIKiKsElm .., (9)

= 0,421 x 3,410 x 100 x 3500/2400 = 209,6 volt

6. KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan sistem pentanahan untuk perencanaan pentanahan grid perluasan switchyard 150 kV Gardu Induk Bagan Batu adalah sebagai berikut : a. Jumlah batang pentahanan dipasang sebanyak 51

batang dengan diameter konduktor sebesar 3,62 mm2.

b. Tegangan sentuh sebenarnya diperoleh sebesar 186,7 volt, yang berarti bahwa tegangan sentuh sebenarnya diatas tegangan sentuh yang diizinkan sebesar 154, 1 volt. Hasil perhitungan dan analisa tegangan sentuh masih belum berbahaya bagi manusia berdasarkan tabel 1.

c. Tegangan langkah sebenarnya sebesar 209,6 volt, hal ini berarti tegangan langkah sebenarnya masih dibawah standar tegangan langkah diizinkan sebesar 214,4 volt. Hasil perhitungan dan analisa tegangan langkah masih belum berbahaya bagi manusia berdasarkan tabel 2.

d. Berdasarkan hasil analisa dan pembahasan tegangan sentuh dan tegangan langkah dilapangan dibawah standar tegangan sentuh dan tegangan langkah yang diizinkan pada tabel 2 serta masih belum membahayakan manusia.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Artono Arismunandar, DR.M.A.Sc, Teknik

Tenaga Listrik, Pradnya Paramita, Jakarta, 1997.

[2] Baldev Thapar, etc, Ground Resistance Of The Foot In Substation Yard, IEEE, Transactions on Power Delivery, Vol 8 no. 1, Januari, 1993

[3] Baldev Thapar, etc, Effectif Ground Resistenace of Human Feet in High Volatage Switchyards, IEEE, Transactions on Power Delivery, Vol 8 no. 1, Januari, 1993

[4] Y.L. Chow, M.M.A, Salama, A Simplified Methode For Calculating The Substation Grounding Grid Resistance, IEEE, Transactions on Power Delivery, Vol 9 no. 2, April, 1994

[5] PT. PLN (Persero) Sektor Pekanbaru, Gardu Induk Bagan Batu.

[6] Suryatmo.F, Teknik Listrik Instalasi Gaya , Tarsito, Bandung, 1990.

[7] TS. Hutauruk.Ir.MSc, Pengetanahan Netral Sistem Tenaga, Erlangga, Jakarta, 1999