Upload
ancher142317
View
236
Download
10
Embed Size (px)
Citation preview
PEMBUMIAN
DASRINAL TESSAL
PRIMAS EMERALDI
PADSI TANTI GEMPITA
Pendahuluan
Pembumian merupakan sebuah proteksi pada instalasi elektrik
Bertujuan melindungi manusia terhadap sengatan elektrik
Arus gangguan pada impedansi bumi berkisar beberapa kA sampai 20-30 kA
Impedansi bumi sendiri berkisar 0.05 -1 ohm
Pendahuluan
Pada masa dulu. Sistem pembumian dirancang untuk mendapatkan nilai resistansi bumi dibawah nilai yang dispesifikasikan
Praktik sekarang, perancangan sistem dirancang untuk untuk mengendalikan perbedaan potensial didalam dan disekitar instalasi elektrik
Pendahuluan
Tantangan dalam desain sistem pembumian ;
Area yang terbatas Perluasan perkotaan Mobile communication station
tower saluran sistem dipakai juga sebagai base station GSM
Modernisasi jalur elektrifikasi sistem windfarm
8.2.1 Komponen Sistem Pembumian pada Sistem Transmisi
Grid pembumian utama
Pada gardu induk
Pelindung utama sistem terhadap gangguan
Menutupi wilayah kerja 30000 m2
Sistem elektroda pembumian tambahan
Pada tower saluran transmisi
Sebagai pelindung petir
8.2.2 Komponen Sistem Pembumian pada Sistem Distribusi
Waktu penghilangan gangguan lebih lama sehingga menurunkan level tegangan distribusi
Pada sistem 11 kV menggunakan sistem IDMT
Kabel tanah akan membentuk sistem pembumian tambahan
Kawat pelindung pada saluran udara
8.2.3 Metoda Sistem PembumianPerlakuan terhadap Netral
Latar belakang : meningkatnya arus gangguan bumi pada sistem tidak dibumikan akibat kapasitansi saluran transmisi
Keuntungan : gangguan pembumian lebih mudah dideteksi,dibersihkan, dan dilokasikan serta pengurangan besar tegangan lebih
Pembumian Solid
Koneksi titik netral sistem langsung pada instalasi pembumian
Level gangguan pembumian yang tinggi juga meminimalisasi tegangan lebih sistem
Resistansi Pembumian
Titik Netral Trafo dan bumi disambungkan bersama melalui resistor
Pada sistem 11 kV /lebih ,LER dipakai. Ifg = 1000 a
Tegangan Phase tidak meningkat Tegangan lebih transien dapat dijaga
dalam level yang dapat ditoleransi
Reaktansi Pembumian
Reaktor pembumian dipasang antara netral dan bumi
Disarankan level tegangan gangguan pembumian tidak kurang dari 60 % dari level gangguan tiga phasa
Reaktansi pembumian dapat dipasang pada level gangguan pembumian melebihi level gangguan 3 phasa per phasa
Resonansi Pembumian
Pemasukan reaktor antara titik netral dan bumi yang mengkompensasi kapasitansi phase ke bumi dari sistem
Dikenal juga sebagai kumparan Peterson, arc suppresion coil earthing, atau ground fault neutralizer
Resonansi Pembumian
Keuntungan : Gangguan single phase-bumi, busur api
ditekan secara otomatis tanpa harus menghentikan arus
Jika diperlukan jaringan dapat beroperasi selama gangguan karena kapasitansi arus gangguan dikompensasi
Resonansi Pembumian
Tegangan transien dan steady state phase yang sehat selama gangguan lebih besar daripada sistem pembumian solid atau resistansi pembumian
Deteksi dan lokasi gangguan pembumian lebih sulit karena proteksi arus lebih tidak dapat dipakai
Metoda pembumian
Sistem diklasifikasikan efektif pembumiannya apabila :
Ro ≤ X1 dan Xo ≤ 3 X1
Keuntungannya : Busur api gangguan jarang terjadi Rele arus lebih dapat digunakan untuk
mendeteksi dan melokalisasi rangkaian
yang terganggu
8.3.1 Mekanisme Konduksi dan Resistivitas Konduksi elektrik pada bumi didominasi
oleh campuran batuan penyerap dan tanah Resistivitas tergantung pada
Derajat porosity atau pecahan materialTipe elektrolitTemperatur
Efek variasi garam, kelembaban dan temperatur dapat dilihat pada gambar 8.1
Efek variasi batuan dan tanah pada gambar 8.2
8.3.3 Investigasi Lokasi
Map GeologisSolid format
Mendeskisripsikan batuan lokasiDrift format
Berisi data endapan pada tanah BoreHole Data
Perubahan struktur bumiTipe Tanah dengan kedalamanannya
8.3.3 Investigasi Lokasi
Survey seismikDengan menggunakan gelombang akustik
dengan peralatan sledgehammer dan geophone
Radar tanahRadar menggunakan gelombang VHF
dengan frekuensi 35 MHzsampai 900 MHzRefleksi dihasilkan dari batas antara
material yang menanmpilkan resistivitas dengan sifat dielektrik
8.3.3.5 Pengukuran Resistivitas Bumi
1. Metoda Wenner
2. Metoda Schlumberger-Palmer
3. Metoda Lee
4. Metoda Logn
5. Teknik Elektromagnetik Transien
Metoda Wenner
Metoda yang paling umum dan luas digunakan Arus DC dialirkan pada dua elektroda terluar (C1
dan C2) Perbedaan Potensial diukur pada dua elektroda
bagian sisi dalam (P1 dan P2)
Metoda Wenner
aRI
VaA 22
ρA = resistivitasA = jarak antara elektrodaV = Potensial yang diukur pada dua elektroda terdalamI = Arus yang diukur pada dua elektroda terluarR = Resistansi yang terukur
Variasi Metoda Wenner
Dilakukan dengan memperkecil jarak pengukuran perbedaan potensialnya dengan akibat :
Mempermudah perubahan geologis, tapi jika diperlebar jaraknya efek anomali geologi akan terjadi
Sulit dipraktikan karena keterbatasan resolusi instrumentasi akibat noise yang tinggi pada pengukuran sinyal
Metoda Schlumberger-Palmer
Menggunakan space probe yang tidak sama
Jarak elektroda potensial divariasikan mendekati elektroda arus
Menguntungkan bila resolusi pengukur resistivitas terbatas
Teknik Survey Resistivitas Mendapatkan informasi resistivitas bumi
yang berubah sesuai kedalaman Sebuah titik pusat dipasang sebuah
elektroda tetap dan satu elektroda divariasikan jaraknya (vertikal profiling)
Jika seluruh konfigurasi digerakkan pada jarak yang sama disebut dengan horizontal profiling
Metoda Lainnya
Teknik Elektromagnetik Transien
Menyediakan metoda praktis untuk mendapatkan resistivitas bumi dengan kedalaman yang diinginkan
Loop transmiter tertutup dipasang pada permukaan bumi
Arus DC dialirkan pada loop yang nantinya akan terinterupsi
Perubahan induksi arus dipengaruhi resistivitas dan struktur bumi
Arus decay akan menghasilkan medan magnet yang diterima pada pengukur.
Peta Resistivitas
Bumi
• Dibuat pada tahun 1934•Resistivitas bumi diukur dengan jarak 500 kaki
Formasi Model Bumi
1. Kurva bentuk rupa resistivitas
2. Model sederhana
3. Model standar
4. Model dua dimensi/tiga dimensi
1. Kurva Bentuk Rupa Resistivitas
Click icon to add picture A = kasus variasi resistivitas bila jarak divariasikan
Indikasi kondisi homogen bumi
B dan C = karakteristik tiga lapisan bumi.
Permukaan = rendah resistivitas
Bag. tengah = tinggi resistivitas
Bag. dalam = rendah resistivitas
D = resistivitas rendah pada dekat permukaan dan sangat tinggi pada kedalaman
E = resistivitas tinggi dekat permukaan dan rendah pada kedalaman
2. Model Sederhana Beberapa struktur bumi bisa sangat komplek
sehingga pengukuran menghasilkan nilai maksimal dan minimal yang banyak
Bisa disederhanakan dengan mendapatkan nilai efektif atau ekivalen dari kurva resistivitas
Nilai ini bisa digunakan apabila hanya ada variasi yang kecil pada rentang jarak interelektroda yang dipergunakan secara luas
3. Model Standar
Model IEEE Std 80 Digunakan formasi model bumi dua
lapis atau lebih jika diperlukan
4. Model Dua/Tiga Dimensi Model Dua dimensi adalah Penggabungan
vertikal profil dan horizontal profil Jika horizontal profiling pada dua arah
orthogonal maka didapatkan model Tiga Dimensi
Diperlukan banyak elektroda, kabel inti banyak dan sistem switching otomatis dengan pengumpulan data terkomputerisasi
Di plot menggunkan metoda pseudo kontur dimana lokasi horizontal berhubungan dengan titik tengah konfigurasi elektroda
8.4.4 Pengukuran Impedansi dan Potensial Tanah
1. Teknik Pengukuran Jatuh Tegangan (FOP) Resistansi/Impedansi Bumi
Dengan memberikan arus gangguan, dimana dengan kenaikan potensial bumi dapat dihitung impedansi
(i) Fall-of-potential set up
Arus di injeksikan melalui elektroda bumi dan kembali melalui auxilary elektroda
Beda potensial diukur pada tiap-tiap elektroda diantara elektroda bumi dan auxilary elektroda
Rasio arus dan tegangan akan membentuk kurva resistansi
(ii) Effect of non-uniform earth on FOP measurements
Menyebabkan pergeseran lokasi potensial auxilary elektrode sehingga kurva resistansi tanah juga berubah
(iii) Effect of test lead mutual coupling on FOP measurements
Adanya tegangan induksi karena arus tes antara kawat arus dan tegangan pada FOP dengan suplai AC
(iv) Practical testing considerations Pengukuran lebih sulit pada impedansi
pembumian yang rendah karena backgrund noise dan efek mutual coupling
Background noise dapat diukur dengan frequecy selective voltmeter atau spectrum analyzer
(v) Test instrumentation Sistem pembumian yang besar juga akan
memperlihatkan reaktansi Dibutuhkan pengukuran arus dan tegangan
secara terpisah
8.4.5 Maintenance and integrity testing of earthing systems
Regular testing dibutuhkan untuk memastikan sistem pembumian masih sesuai standart
Joint Resistance dan koneksi harus dipastikan aman dan masih dalam nilai batasan
8.4.6 Special installations1. GIS substation Area instalasi GIS kecil dan transient
yang cepat saat operasi switching
2. Earthing systems for electric railways Harus memperhatikan efek gangguan
pada sistem supplay kereta api
3. Cellular phone systems on transmission line towers
Perbedaan rating tegangan sistem tegangan tinggi dan tegangan supplay mobile station
4. Wind farms Pada daerah tinggi dengan resistansi bumi
yang tinggi
8.5 Electrocution hazards and safety issues
1. Step and touch potentials
Touch potensial: saat seseorang yang berdiri pada tanah menyentuh logam yang berhubungan dengan sistem pembumian
Step potensial: saat seseorang berdiri pada tanah yang memungkinkan menyalurkan beda potensial
2. Menetapkan nilai maksimum touch and step voltage
3. Magnitude of touch, mesh and step voltages Program komputer sangat membantu
dalam perhitungan resistansi grid dan tegangan permukaan disekitar grid
Pengukuran secara langsung untuk menentukan nilai step dan touch voltage
8.5.2 Computation of tolerable voltages Batas Tegangan yang diperbolehkan
tidak hanya tergantung pada level arus tetapi juga oleh nilai resistansi tubuh manusia
1. Tolerable body currents
k = konstanta tubuh
Ts = shock duration
2. Accidental earth circuit
Setelah diperoleh nilai arus tubuh (Ib), dapat dihitung step dan touch voltage
3 Typical tolerable touch voltages
4 Transferred potential limits UK Standard: 430 V dan 650 V Tergantung pada kehandalan dan
kecepatan rangkaian yang terhubung ke substation
8.5.3 Metode pembatasan tegangan dan dimensi sistem pentanahan1. Reducing earth grid current Dengan penambahan metalic return path di
atas tanah
2. Reducing earth impedance Koneksi langsung pada existing grid yang
dekat Pemasangan satelit grid pada daerah
dengan resistivitas kecil Pemasangan batangan pembumian yang
lebih dalam
3. Limiting potential differences Mengurangi kerapatan overall grid mesh Pada area pembumian yg terbatas dengan
penambahan potential ramp
4. Increasing resistance/insulation in the accidental path
Dengan menutup seluruh permukaan substation dengan kerikil
Menggunakan lembaran plastik pada permukaan tanah
Jalur jalan menggunakan alas kayu
8.5.4 Risk management approach to earthing safety
Perlunya regulasi mengenai pekerjaan yang berhubungan dengan bahaya gangguan pentanahan
Manajemen resiko harus melingkupi semua kemungkinan skenario yang terjadi
8.6 Impulse performance of earthing systems
1. Standard guidelines for transient earthing
IEEE Std.80 and IEEEStd.142 EA-TS 41-24 CENELEC – HD 637 S1 BS 6651
8.6.2 Soil ionisation
Ionisasi pada tanah : menyebabkan pengurangan impedansi dari elektroda sistem pentanahan akibat arus implus dengan amplitudo tinggi
8.6.2.1 Response of earth electrode systems to high impulse currents
Impedansi transient: rasio tegangan sesaat dengan arus sesaat
Ionisasi tanah terjadi diatas ambang batas arus, yang mana berhubungan dengan intensitas medan listrik pada tanah
Kurva tegangan-arus sesaat menunjukan bentuk hysterisis loop
Elektroda jarum dapat mempertinggi efek ionisasi tanah
Waktu delay saat ionisasi dan deionisasi dibutuhkan untuk pemodelan dinamik
8.6.2.2 Estimation of critical electric field intensity
Critical electric field dapat dihitung dari perkalian nilai resistivitas tanah yang diukur dan kerapatan arus pada permukaan elektroda dengan asumsi distribusi arus merata
8.6.2.3 The mechanisms of soil ionisation
1. Peningkatan Medan Listrik Ionisasi terjadi di celah udara pada
tanah karena peningkatan medan listrik
2. Proses Termal pemanasan pada lapisan tanah
menyebabkan penguapan
3. Models of concentrated earth electrodes exhibiting soil ionisation
Penggunaan Finite Elemen (FE) dan Boundary Element (BE) software untuk memodelkan perilaku elektroda batang untuk memperlihatkan efek ionisasi tanah
.
4. Models sistem pembumian pada kondidi frekwensi tinggi dan transient1. Transmission line per unit length series
impedance and shunt admittance
2. Network analysis of transmission line segments
Pada sistem grounding tower line juga bisa digunakan model rangkaian komponen saluran transmisi
Efek ionisasi tanah juga harus dimasukan
3. Electromagnetic model Berdasarkan Method of Moment
8.6.5 Simulasi performa sistem pentanahan pada kondisi transient dan frekwensi tinggi
Performa pada saat transient: efek induktansi dan kapasitansi lebih signifikan
SEKIAN TERIMA KASIH