EVALUASI NILAI TAHANAN PENTANAHAN TOWER SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI (SUTT) 150kV TRANSMISI MANINJAU – SIMPANG EMPAT Arif Putra Utama(1), Ir. Arnita, M.T(2), Ir. Yani Ridal, M.T(3) (1) Mahasiswa Teknik Elektro, Universitas Bung Hatta, (2) dan (3) Dosen Teknik Elektro, Universitas Bung Hatta Abstrak Penghantar 150kV Maninjau – Simpang Empat menghubungkan Gardu induk Maninjau dengan Gardu induk Simpang empat dengan jumlah tower sebanyak 243, GI Simpang empat tergolong gardu induk radial, karena GI Simpang Empat hanya mendapatkan suplai daya dari PLTA Maninjau melalui Gardu induk Maninjau dengan 2 penghantar (double circuit). Jika penghantar ini mengalami gangguan, misalnya karena petir, maka GI Simpang empat akan mengalami kehilangan tegangan secara total dan suplai aliran daya ke distribusi pun akan terganggu. Sistem pentanahan berperan sangat penting dalam meminimalisir dampak gangguan yang disebabkan oleh petir. Untuk tower SUTT 150kV, Standar untuk nilai pentanahan yang harus pakai adalah harus di bawah 10 Ohm. Dari 9 tower yang dievaluasi, terdapat 1 tower yaitu tower 13 yang memiliki nilai tahanan pentanahan diatas 10Ω, upaya perbaikan pada tower 13 ini dapat dilakukan dengan menambahkan 4 elektroda batang dengan ukuran panjang 2.4 meter, jari-jari elektroda 8mm dan kedalaman penanaman elektroda sedalam 1 meter dibawah permukaan tanah. Metode perbaikan ini dapat mereduksi nilai tahanan pentanahan tower 13 dari semula bernilai 12.8 Ω hingga menjadi 7.21 Ω. Perhitungan menggunakan aplikasi GUI di Matlab dapat mempercepat proses perhitungan dalam perencanaan, baik untuk perhitungan tahanan jenis, maupun tahanan pentanahan. Kata kunci : tower, resistansi jenis tanah, tahanan pentanahan, evaluasi. 1.
Pendahuluan
Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 150 kV adalah bagian dari sistem transmisi tenaga listrik, saluran ini sangat sering terjadi gangguan akibat adanya sambaran petir yang dapat mengakibatkan kenaikan tegangan yang dapat merusak peralatan listrik yang digunakan sebagai pendukung penyaluran tenaga listrik. Untuk meminimalisir hal tersebut, maka harus ada media untuk melindungi penghantar tersebut, yaitu dengan sistem pentanahan atau kawat tanah yang dipasang sepanjang SUTT 150 kV, dan terhubung langsung dengan tower yang diketanahkan. Oleh karena itu, pentanahan adalah suatu hal yang penting pada tower SUTT 150 kV. Besarnya nilai tahanan pentanahan tower SUTT 150 kV harus sesuai dengan ketentuan yang diperbolehkan untuk menjamin keandalan sistem bila terjadi tegangan lebih akibat petir tadi. Pemasangan pentanahan tower SUTT 150 kV, memiliki standar pentanahan yang
sesuai dengan ketentuan, baik jenis elektroda, kedalaman penanaman elektroda, ukuran elektroda maupun jarak antar elektroda yang digunakan dan sebagainya. Sebagaimana diketahui, pentanahan ditanam dalam tanah, dalam kurun waktu yang tertentu akan terjadi perubahan dalam besarnya tahanannya sangatlah besar. Proses pengukuran, pemeriksaan secara berkala dan evaluasi sebaiknya terus dilakukan agar bisa mempertahankan nilai tahanan pentanahan sesuai standar yang ditentukan. 2. Dasar Teori 2.1 Saluran Udara Tegangan Tinggi Saluran udara tegangan tinggi (SUTT) adalah sarana yang terbentang di udara untuk menyalurkan tenaga listrik dari pusat pembangkit ke gardu induk atau dari GI ke GI lainnya yang disalurkan melalui konduktor yang direntangkan antara tiang-tiang (tower) melalui insulator-insulator dengan sistem tegangan tinggi (70 kV, 150 kV)
2.2 Pentanahan Pentanahan peralatan adalah pentanahan bagian dari peralatan yang pada kerja normal tidak dilalui arus. bila terjadi hubung singkat suatu penghantar dengan suatu peralatan, maka akan terjadi terjad beda potensial (tegangan) 2.3 Metoda Empat Titik Untuk mengetahui tahanan jenis tanah, dapat digunakan metode empat titik, dengan peralatan sebagai berikut: 4 batang pentanahan rod 1 buah ampere meter 1 buah volt meter sumber daya AC Cara penyambungan: 4 batang besi (sebut saja sebagai batang C1, P1, P2 dan C2) ditancapkan ke tanah anah dalam satu baris dengan jarak masing-masing masing a meter. Antara P1 dan P2 dipasang Voltmeter, antara C1 dan C2 disambungkan dengan Ampere meter dan sumber daya AC 110/220 VAC.
Gambar 2.2 2. Metode tiga titik
2.5 Elektroda Pentanahan 2.5.1 Elektroda Batang Elektroda batang ialah elektroda dari pipa atau besi baja profil yang dipancangkan ke dalam tanah. Elektroda ini merupakan elektroda yang pertama kali digunakan dan teori-teori teori berawal dari elektroda jenis ini.
Gambar 2.3 penanaman penana elektroda batang Untuk elektroda yang ditanam tegak lurus dekat de permukaan tanah (Gambar 2.14 -a), nilai tahanannya yaitu : R=
ρ 4⋅L − 1 Ln 2.π .L r
Gambar 2.1 metoda 4 titik Cara pengukuran: Sambungkan sumber daya, ukur berapa Ampere arus yang mengalir antara C1 dan C2, misalnya I Ampere. Ukur berapa beda potensial antara P1 dan P2, misalnya V (Volt). Masukkan besaran pada rumus: ρ = 2 πa R dengan π = 3,14 a = jarak antara batang besi (m) 2.4 Metoda Tiga Titik Metode tiga titik (three-point point methode) method dimaksudkan untuk mengukur tahanan pembumian. Misalkan tiga buah batang pentanahan dimana batang 1 yang tahanannya hendak diukur dan batang-batang batang 2 dan 3 sebagai batang pengentanahan pembantu yang juga belum diketahui tahanannya, seperti pada gambar 2.8
Untuk elektroda yang ditanam tegak lurus pada kedalaman beberapa cm dari d permukaan tanah (Gambar 2.14-b), b), nilai tahanannya yaitu : R=
ρ1 2 ⋅ L − 1 Ln 2.π .L r
Untuk elektroda yang ditanam tegak lurus dekat permukaan tanah dan menembus lapisan tanah kedua (Gambar 2.14-c), c), nilai tahanannya yaitu : R=
ρ2 4 ⋅ L − 1 Ln 2.π .L r
Untuk elektroda yang ditanam tegak lurus pada kedalaman beberapa cm dari permukaan tanah dan menembus lapisan tanah kedua (Gambar 2.14-d), 2.14 nilai tahanannya yaitu : ln 2 ln 2 ⋅ L − 1 + R= ( 4 ⋅ ln 2)hb 2 ⋅ π (h − hb ) r 1+ L
ρ2
ρ + 1 ϕ0 h
1 1 ln 2 ⋅π 1 − K ϕ0 = 2 N − 1 + 1 F0 F0 =
L 1 − 0.9 ⋅ K
K=
ρ 2 − ρ1 ρ 2 + ρ1
Dengan : R = Tahanan dari satu batang elektroda (Ω) ( L = Panjang batang elektroda dalam tanah (m) r = Jari-jari batang elektroda (m) ρ1 = Tahanan jenis lapisan tanah pertama (Ω-m) ( ρ2 = Tahanan jenis Lapisan tanah kedua (Ω-m) ( hb = Kedalaman penanaman elektroda (m) h = Jarak permukaan tanah ke tanah lapisan ke dua K = Faktor refleksi N = Jumlah batang elektroda •
Dua batang elektroda yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah Pada Gambar 2.15 dapat dilihat bahwa kedua batang elektroda yang berbentuk silinder dengan panjang L yang ditanam tegak lurus permukaan tanah dan dihubungkan di atas tanah dengan jarak S diantara dua batang elektroda tersebut.
•
Beberapa batang elektroda ditanam tegak lurus ke dalam tanah Untuk jumlah konduktor yang lebih banyak, tahanan pentanahan akan lebih kecil dan distribusi tegangan akan semakin merata. Penanaman elektroda yang tegak lurus ke dalam tanah dapat berbentuk bujur sangkar atau empat persegi panjang dengan jarak antara batang elektroda adalah sama seperti gambar di bawah ini
Gambar 2.5 Beberapa elektroda yang ditanam Nilai tahanan pentanahan untuk beberapa batang elektroda yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah di mana rod menembus lapisan tanah paling bawah/kedua, dihitung dengan mengikuti persamaan berikut:
Rt =
Rb =
Rumus untukk dua batang elektroda yang ditanam tegak lurus di dalam tanah juga diturunkan oleh H.B. Dwight dengan besar tahanan pentanahan ialah : Untuk S < L, yaitu : ρ 4⋅L 4⋅ L S S2 S4 ln R= + ln −2+ − + 2 4 ⋅π ⋅ L r S 2 ⋅ L 16 ⋅ L 512 ⋅ L4
Untuk S > L, yaitu : L2 2 ⋅ L4 ρ 4⋅ L ρ 1 − R= − 1 + + ln 2 4 ⋅π ⋅ L r 5 ⋅ S 4 4 ⋅π ⋅ S 3⋅ S Dengan: S = Jarak penanaman antara kedua elektroda (m)
1 1 + R a Rb
Rt adalah tahanan elektroda batang (rod)
Ra =
Gambar 2.4 Dua elektroda batang
1
ρ2 ( L + hb − h)
ρ1 (h − hb )
1 g0 = 2 ⋅π
⋅ g0 ⋅
⋅ g0 ⋅
F0 N
F0 ρ1 + ⋅ϕ0 N h
2⋅ L ln 2 ⋅ ln −1+ (4 ⋅ ln 2) ⋅ hb r 1+ L
2.5.2
Elektroda Pita Elektroda pita ialah elektroda yang terbuat dari hantaran berbentuk pita atau berpenampang bulat atau hantaran pilin yang pada umumnya ditanam secara dangkal.
2.5.3 Elektroda Pelat Elektroda pelat ialah elektroda dari bahan pelat logam (utuh atau berlubang) atau dari kawat kasa. Pada umumnya elektroda ini ditanam dalam. Elektroda ini digunakan bila diinginkan tahanan
pentanahan entanahan yang kecil dan sulit diperoleh dengan menggunakan jenis-jenis jenis elektroda yang lain. 2.6 Sistem Pentanahan 2.6.1 Sistem Pentanahan Driven Ground Adalah pentanahan yang dilakukan dengan cara menancapkan batang elektroda ke tanah. Sistem Pentanahan Counterpoise Adalah pentanahan yang dilakukan dengan cara menanam kawat elektroda sejajar atau radial, beberapa cm di bawah tanah (30cm -90cm).
2.6.2
Sistem Pentanahan Mesh Adalah cara pentanahan dengan jalan memasang kawat elektroda membujur dan melintang di bawah tanah, yang satu sama lain dihubungkan di setiap tempat sehingga membentuk jala (mesh). esh biasanya dipasang di Sistem pentanahan mesh gardu induk dengan tujuan untuk mendapatkan menda harga tahanan tanah yang sangat kecil (kurang dari 1 ohm).
Gambar 3.2 Pengukuran tahanan jenis tanah (metoda 4 titik) pada lokasi tower Petunjuk pengukuran 1. 2. 3.
4.
2.6.3
3. Metodologi 3.1 Pengukuran Tahanan Jenis
5. 6. 7.
Mempersiapkan alat ukur dan peralatan pengukuran Mengecek tegangan baterai dengan menghidupkan Soil Resistrivity Tester Membuat rangkaian pengujian dengan menjepit elektroda utama yang diuji dan menanamkan elektroda bantu Menentukan jarak elektroda bantu sesuai spesifikasi peralatan. peralatan Jika permukaan tanah cukup keras, elektroda lektroda bantu ditanam dengan memukul kepala elektroda dengan menggunakan me martil. Menekan tombol “Test” beberapa detik Mencatat hasil pengukuran Selesai dan membuka rangkaian pengukuran kembali.
3.2 Pengukuran Tahanan Pentanahan Pengukuran tahanan pentanahan dilakukan dengan menggunakan alat Digital Earth Resistance and Soil Resistivity Tester merk AEMC dengan menggunakan metoda tiga titik seperti gambar 3.5.
Pengukuran tahanan jenis tanah dilakukan dengan menggunakan alat Digital Earth Resistance and Soil Resistivity Tester merk AEMC dengan menggunakan metoda empat titik seperti gambar 3.3.
Gambar 3.3 Rangkaian metoda tiga titik Petunjuk pengukuran: Gambar 3.1 Rangkaian metoda empat titik
1 meter 1 meter
1 meter
AEMC
1. Mempersiapkan alat ukur dan peralatan pengukuran 2. Mengecek tegangan baterai dengan menghidupkan Earth Resistance Tester 3. Membuat rangkaian pengujian dengan menjepit elektroda utama yang diuji dan menanamkan elektroda bantu. bantu seperti pada gambar 3.4 4. Menghubungkan terminal X dengan Xv (linked) 5. Menentukan jarak elektroda bantu sesuai spesifikasi peralatan. Jika permukaan tanah cukup keras, elektroda e bantu
ditanam dengan memukul kepala elektroda dengan menggunakan martil. 6. Menekan tombol “Test” beberapa detik 7. Mencatat hasil pengukuran 8. Selesai dan membuka rangkaian pengukuran kembali. 3.2.1 Pengukuran tahanan pentanahan pada kaki tower Pengukuran ini dilakukan pada kaki tower tanpa terhubung dengan sistem pentanahan sendiri. Jika suatu tower mempunyai pentanahan tambahan berupa counter poise maka kawat pentanahan tersebut harus dipisahkan dulu dari kaki tower dengan cara membuka mur baut pada kaki tower tersebut.
dengan cara memisahkannya dengan kaki tower untuk mendapatkan nilai murni dari tahanan pentanahan pada sistem itu sendiri. Jika suatu tower tidak mempunyai sistem pentanahan tambahan seperti counterpoise, maka pengukuran ini tidak bisa dilakukan.
Gambar 3.5 Pengukuran tahanan pentanahan pada sistem pentanahan (kawat tanahan dilepas) Tabel 3.2 Pengukuran tahanan pentanahan dengan kondisi kawat pentanahan dilepas
Gambar 3.4 Pengukuran tahanan pentanahan pada tower tanpa terhubung kawat tanah Tabel 3.1 Hasil pengukuran tahanan pentanahan menggunakan metoda 3 titik
3.2.2
No
TWR
1
4
2
LOKASI
52 %
62 %
72 %
Bukit
3.9 Ω
6.7 Ω
12.8 Ω
13
Bukit
9.8 Ω
12.8 Ω
21 Ω
3
16
Sawah
4.29 Ω
4.3 Ω
4.6 Ω
4
17
Sawah
3.94 Ω
4.37 Ω
5.3 Ω
5
23
Sawah
5.02 Ω
5.13 Ω
5.9 Ω
6
90
Kebun
5.7 Ω
13.1 Ω
16 Ω
7
91
Kebun
6.1 Ω
10 Ω
11.9 Ω
8
92
Kebun
6.6 Ω
13.3 Ω
15.7 Ω
9
97
Bukit
7.9 Ω
16.6 Ω
20.2 Ω
Pengukuran tahanan pentanahan dengan kondisi kawat pentanahan dilepas Pengukuran ini dilakukan pada kawat pentanahan (sistem pentanahan tambahan) secara langsung. Sistem pentanahan tambahan ini diukur
3.2.3
No
TWR
1
4
2
LOKASI
52 %
62 %
72 %
Bukit
-
-
-
13
Bukit
-
-
-
3
16
Sawah
-
-
-
4
17
Sawah
-
-
-
5
23
Sawah
-
-
-
6
90
Kebun
3.12 Ω
3.8 Ω
4.3 Ω
7
91
Kebun
1.4 Ω
2.0 Ω
3.04 Ω
8
92
Kebun
1.5 Ω
1.57 Ω
1.6 Ω
9
97
Bukit
1.0 Ω
1.2 Ω
1.31 Ω
Pengukuran tahanan pentanahan dengan kondisi kawat pentanahan disambung Pengukuran ini dilakukan pada kaki tower dengan sistem pentanahan tambahan (counterpoise) disambung. Ini bertujuan untuk mendapatkan hasil tahanan pentanahan kaki tower tersebut setelah ditambahkan dengan sistem pentanahan sendiri untuk memperbaiki nilaih tahanan pentanahan sebelumnya. Jika suatu tower tidak mempunyai sistem pentanahan tambahan seperti counterpoise, maka pengukuran ini tidak bisa dilakukan.
N o
Twr
Posisi
Π
A
R
1
4
Bukit
3.14
1
80
502.40 Ohm meter
2
13
Bukit
3.14
1
124
778.72 Ohm meter
3
16
Sawah
3.14
1
8.72
54.76 Ohm meter
4
17
Sawah
3.14
1
9.23
57.96 Ohm meter
5
23
Sawah
3.14
1
10.31
64.75 Ohm meter
6
90
Kebun
3.14
1
38.05
238.95 Ohm meter
Gambar 3.3 Pengukuran tahanan penanahan pada tower (kawat pentanahan disambung)
7
91
Kebun
3.14
1
34.66
217.66 Ohm meter
8
92
Kebun
3.14
1
41
257.48 Ohm meter
Tabel 3.4 Pengukuran tahanan pentanahan pada tower dengan kondisi kawat pentanahan disambung
9
97
Bukit
3.14
1
105
659.40 Ohm meter
No
TOWER
1
4
2
LOKASI
52 %
62 %
72 %
Bukit
-
-
-
13
Bukit
-
-
-
3
16
Sawah
-
-
-
4
17
Sawah
-
-
-
5
23
Sawah
-
-
-
6
90
Kebun
4.3 Ω
5.21 Ω
5.8 Ω
7
91
Kebun
2.61 Ω
3.6 Ω
4.11 Ω
8
92
Kebun
1.9 Ω
2.3 Ω
2.8 Ω
9
97
Bukit
2.1 Ω
3Ω
3.9 Ω
4. Analisis 4.1 Nilai Tahanan Jenis Pada tower 4, nilai tahanan yang didapat setelah melakukan pengukuran dengan menggunakan metoda empat titik adalah 80 Ω. Perhitungan nilai tahanan jenis tanahnya dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 2, dengan R= 80 Ω (pengukuran metoda 4 titik) a = 1 m, π = 3.14 ρ = 2 πa R ρ = 2 x 3.14 x 1 x 80 = 502.40 Ohm meter Untuk selanjutnya hasil pengukuran dan nilai tahanan jenis pada tower 13, 16, 17, 25, 90, 91, 92 dan 97 dapat dilihat pada tabel 4.1 Tabel 4.1. Data hasil perhitungan nilai tahanan jenis tanah
ρ
= Nilai Tahanan Jenis
4.2 Perhitungan Nilai Tahanan Pentanahan Menggunakan Elektroda Batang Perhitungan nilai tahanan pentanahan dengan masing-masing nilai tahanan jenis yang berbeda ini dilakukan dengan menggunakan elektroda jenis rod dengan panjang 240 cm, diameter 5/8 inci (8mm), 16 mm dan 24 mm serta dengan kedalaman penanaman elektroda 1 dan 2 meter serta variabel penggunaan elektroda dari 4 sampai 64 batang. 4.2.1
Satu batang elektroda ditanam tegak lurus ke dalam tanah Pada lokasi tanah di tower 4, tahanan jenis yang didapat sebesar 502.40 Ohm meter, maka perhitungan untuk satu batang elektroda yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah dengan nilai tahanan jenis yang sudah diketahui dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 3, Dengan L = 240 cm (2,4 m), r = 5/8 inci (0.008 m) ρ 4⋅L R= − 1 Ln 2.π .L r
= 203.00Ω Untuk selanjutnya perhitungan pada tower 13, 16, 17, 25, 90, 91, 92 dan 97 dapat dilihat pada tabel 4.2. Tabel 4.2. Hasil perhitungan nilai tahanan pentanahan (single rod) No
Twr
Posisi
Π
r (m)
L (m)
ρ (Ωm)
R (Ω)
1
4
Bukit
3.14
0.008
2.4
502.40
203.00
2
13
Bukit
3.14
0.008
2.4
778.72
314.65
3
16
Sawah
3.14
0.008
2.4
54.76
22.13
4
17
Sawah
3.14
0.008
2.4
57.96
23.42
5
23
Sawah
3.14
0.008
2.4
64.75
26.16
6
90
Kebun
3.14
0.008
2.4
238.95
96.55
7
91
Kebun
3.14
0.008
2.4
217.66
87.95
8
92
Kebun
3.14
0.008
2.4
257.48
104.04
9
97
Bukit
3.14
0.008
2.4
659.40
266.44
4.2.2
Dua batang elektroda ditanam tegak lurus ke dalam tanah 4.2.2.1 Untuk S>L Pada lokasi tanah di tower 4, tahanan jenis yang didapat sebesar 502.40 Ohm meter, maka untuk perhitungan dua batang elektroda yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah dengan nilai tahanan jenis yang sudah diketahui dan, •
Panjang elektroda 240 cm dan jarak penanaman dua elektroda sejauh 800 cm, maka :
R=
ρ 4⋅ L ρ L 2⋅L 1 − − 1 + + ln 2 4 ⋅π ⋅ L r 5 ⋅ S 4 4 ⋅π ⋅ S 3⋅ S 2
4
502 502 2.4 2 2 ⋅ 2.4 4 4 ⋅ 2.4 1 − − 1 + + R= ln 4 ⋅ 3.14 ⋅ 2.4 0.008 4 ⋅ 3.14 ⋅ 8 3 ⋅ 8 2 5 ⋅ 84
R = 106.2828Ω
R=
R=
4⋅ L S S2 S4 ρ 4⋅ L ln + ln −2+ − + 4 ⋅π ⋅ L r S 2 ⋅ L 16 ⋅ L2 512 ⋅ L4
502.40 4 ⋅ 2.4 4 ⋅ 2 .4 2 22 24 ln + ln −2+ − + 2 4 ⋅ 3.14 ⋅ 2.4 0.008 2 2 ⋅ 2.4 16 ⋅ ( 2.4) 512 ⋅ (2.4) 4
R = 93.86Ω Untuk selanjutnya perhitungan pada tower 13, 16, 17, 25, 90, 91, 92 dan 97 dapat dilihat pada tabel 4.4. Tabel 4.4 Hasil perhitungan nilai tahanan pentanahan dua batang elektroda dengan S
Twr
Posisi
Π
r (m)
L (m)
ρ (Ωm)
S (m)
R
1
4
Bukit
3.14
0.008
2.4
502.40
2
93.86
2
13
Bukit
3.14
0.008
2.4
778.72
2
145.60
3
16
Sawah
3.14
0.008
2.4
54.76
2
10.24
4
17
Sawah
3.14
0.008
2.4
57.96
2
10.84
5
23
Sawah
3.14
0.008
2.4
64.75
2
12.11
6
90
Kebun
3.14
0.008
2.4
238.95
2
44.68
7
91
Kebun
3.14
0.008
2.4
217.66
2
40.70
8
92
Kebun
3.14
0.008
2.4
257.48
2
48.14
9
97
Bukit
3.14
0.008
2.4
659.40
2
123.29
4.2.3
Untuk selanjutnya perhitungan pada tower 13, 16, 17, 25, 90, 91, 92 dan 97 dapat dilihat pada tabel 4.3. Tabel 4.3 Hasil perhitungan nilai tahanan pentanahan dua batang elektroda dengan S>L No
Twr
Posisi
Π
r (m)
L (m)
1
4
Bukit
3.14
0.008
2.4
2
13
Bukit
3.14
0.008
3
16
Sawah
3.14
4
17
Sawah
5
23
6
ρ (Ωm)
S (m)
R (Ω)
502.40
8
106.28
2.4
778.72
8
164.87
0.008
2.4
54.76
8
11.59
3.14
0.008
2.4
57.96
8
12.27
Sawah
3.14
0.008
2.4
64.75
8
13.71
90
Kebun
3.14
0.008
2.4
238.95
8
50.59
7
91
Kebun
3.14
0.008
2.4
217.66
8
46.08
8
92
Kebun
3.14
0.008
2.4
257.48
8
54.51
9
97
Bukit
3.14
0.008
2.4
659.40
8
139.61
Beberapa batang elektroda di tanam tegak lurus ke dalam tanah Pada lokasi tanah di tower 4, tahanan jenis yang didapat sebesar 502.40 Ohm meter, maka untuk perhitungan beberapa batang elektroda yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah dengan nilai tahanan jenis yang sudah diketahui dan ρ1=ρ2= 502 Ω, L= 240 cm (2.4 m), hb= 100 cm (1 m), N= 4 batang, r= 5/8 inci (0.008 m), h= 2.2 m • Menentukan nilai K ρ − ρ1 K= 2 ρ 2 + ρ1
K =0 •
Menentukan nilai F0 F0 =
L 1 − 0.9 ⋅ K
F0 = 2.4 4.2.2.2 Untuk S
L = 240 cm (2,4 m), r= 5/8 inci (0.008 m), S= 200 cm (2 m), maka,
•
Menentukan nilai g0
1 2⋅ L ln 2 g0 = ⋅ ln −1+ ( 4 ⋅ ln 2) ⋅ hb 2 ⋅π r 1+ L
g 0 = 0.9106
Menentukan nilai ϕ 0
•
1 2 ⋅π
ϕ0 =
Tabel 4.6 Hasil perhitungan nilai tahanan pentanahan dengan L=2.4m, r=0.008m, hb=1m dan N=4 sampai 64 batang
1 ln 1 − K 2
N − 1 + 1 F0
JUMLAH ELEKTRODA (N) T 4
ϕ0 = 0 •
Mencari nilai Ra
Ra =
ρ2
( L + hb − h)
⋅ g0 ⋅
F0 N
Ra = 228.74Ω •
Mencari nilai Rb
Rb =
ρ1
⋅ g0 ⋅
(h − hb )
F0 ρ1 + ⋅ϕ0 N h
• Maka nilai R total 1
Rt = 114.37Ω Untuk selanjutnya perhitungan pada tower 13, 16, 17, 25, 90, 91, 92 dan 97 dapat dilihat pada tabel 4.5. Tabel 4.5 Hasil perhitungan nilai tahanan pentanahan 4 batang elektroda, r=0.008m, L=2.4m, hb=1m (Multiple Rod). Twr
Posisi
Π
1
4
Bukit
3.14
2
13
Bukit
3
16
4
r (m)
24
32
48
56
64
4
114.37
57.19
28.59
19.06
14.30
9.53
8.17
7.15
13
177.27
88.64
44.32
29.55
22.16
14.77
12.66
11.08
16
12.47
6.23
3.12
2.08
1.56
1.04
0.89
0.78
17
13.19
6.60
3.30
2.20
1.65
1.10
0.94
0.82
23
14.74
7.37
3.69
2.46
1.84
1.23
1.05
0.92
90
54.40
27.20
13.60
9.07
6.80
4.53
3.89
3.40
91
49.55
24.78
12.39
8.26
6.19
4.13
3.54
3.10
92
58.62
29.31
14.65
9.77
7.33
4.88
4.19
3.66
97
150.11
75.06
37.53
25.02
18.76
12.51
10.72
9.38
• Untuk L = 2.4 m, r = 0.016 m, hb= 1 m Tabel 4.7 Hasil perhitungan nilai tahanan pentanahan dengan L=2.4m, r=0.016m, hb=1m dan N=4 sampai 64 batang
1 1 + Ra Rb
No
16
Berdasarkan tabel 4.6, dengan variasi jumlah elektroda batang dari 4 sampai 64 batang, dapat disimpulkan bahwa semakin banyak elektroda batang yang digunakan maka nilai tahanan pentanahan yang diperoleh akan semakin kecil.
Rb = 228.74Ω
Rt =
8
JUMLAH ELEKTRODA (N) T 4
8
16
24
32
48
56
64
4
100.51
50.25
25.13
16.75
12.56
8.38
7.18
6.28
13
155.79
77.89
38.95
25.96
19.47
12.98
11.13
9.74
16
10.96
5.48
2.74
1.83
1.37
0.91
0.78
0.68
L (m)
ρ (Ωm)
hb (m)
N
R (Ω)
17
11.60
5.80
2.90
1.93
1.45
0.97
0.83
0.72
0.008
2.4
502.40
1
4
114.37
23
12.95
6.48
3.24
2.16
1.62
1.08
0.93
0.81
3.14
0.008
2.4
778.72
1
4
177.27
90
47.80
23.90
11.95
7.97
5.98
3.98
3.41
2.99
Sawah
3.14
0.008
2.4
54.76
1
4
12.47
91
43.54
21.77
10.89
7.26
5.44
3.63
3.11
2.72
17
Sawah
3.14
0.008
2.4
57.96
1
4
13.19
92
51.51
25.76
12.88
8.59
6.44
4.29
3.68
3.22
5
23
Sawah
3.14
0.008
2.4
64.75
1
4
14.74
97
131.92
65.96
32.98
21.99
16.49
10.99
9.42
8.24
6
90
Kebun
3.14
0.008
2.4
238.95
1
4
54.40
7
91
Kebun
3.14
0.008
2.4
217.66
1
4
49.55
8
92
Kebun
3.14
0.008
2.4
257.48
1
4
58.61
9
97
Bukit
3.14
0.008
2.4
659.40
1
4
150.11
Dengan menggunakan metode perhitungan yang sama, nilai r, L dan hb yang sama, maka nilai R total untuk N=4 sampai 64 batang hasilnya seperti tabel 4.6.
• Untuk L = 2.4 m, r = 0.024 m, hb= 2 m Tabel 4.8 Hasil perhitungan Nilai tahanan pentanahan dengan L=2.4m, r=0.024m, hb=2m dan N=4 sampai 64 batang JUMLAH ELEKTRODA (N) Tower 4 4
90.15
8
16
24
32
45.08
22.54
15.03
11.27
48
56
64
7.51
6.44
5.63
13
139.74
69.87
34.93
23.29
17.47
11.64
9.98
8.73
16
9.83
4.91
2.46
1.64
1.23
0.82
0.70
0.61
17
10.40
5.20
2.60
1.73
1.30
0.87
0.74
0.65
25
11.62
5.81
2.90
1.94
1.45
0.97
0.83
0.73
90
42.88
21.44
10.72
7.15
5.36
3.57
3.06
2.68
91
39.06
19.53
9.76
6.51
4.88
3.25
2.79
2.44
92
46.20
23.10
11.55
7.70
5.78
3.85
3.30
2.89
97
118.33
59.16
29.58
19.72
14.79
9.86
8.45
7.40
Berdasarkan perbandingan perhitungan nilai tahanan pentanahan pada tabel 4.7 yang menggunakan kedalaman penanaman elektroda sedalam 1 meter dengan perhitungan pada tabel 4.8 yang menggunakan kedalaman penanaman elektroda sedalam 2 meter, dapat dilihat bahwa nilai tahanan pentanahan yang diperoleh pada kedalaman elektroda 2 meter lebih kecil dibandingkan dengan penanaman elektroda sedalam 2 meter. 4.3 Perhitungan Tahanan Jenis Tanah dan Tahanan Pentanahan Menggunakan Aplikasi dari Matlab GUI Tahanan jenis tanah Masukkan data/variabel pengukuran yang dibutuhkan meliputi - Tahanan tanah (metoda 4 titik) - Jarak penanaman elektroda Pada gambar 4.1 ini dilakukan perhitungan untuk mencari nilai tahanan jenis tanah menggunakan aplikasi yang sudah dirancang dengan memasukkan data untuk perhitungan pada tabel 4.1 (tower 13). Dengan nilai tahanan pada metoda 4 titik 124 Ω dan jarak elektroda pengukuran 1 meter.
Tabel 4.9 Data hasil perhitungan nilai tahanan jenis tanah menggunakan aplikasi ρ = Nilai Tahanan Jenis
No
Tower
Posisi
Π
A
R
1
4
Bukit
3.14
1
80
502.40 Ohm meter
2
13
Bukit
3.14
1
124
778.72 Ohm meter
3
16
Sawah
3.14
1
8.2
54.76 Ohm meter
4
17
Sawah
3.14
1
9.23
57.96 Ohm meter
5
23
Sawah
3.14
1
10.31
64.75 Ohm meter
6
90
Kebun
3.14
1
38.05
238.95 Ohm meter
7
91
Kebun
3.14
1
34.66
217.66 Ohm meter
8
92
Kebun
3.14
1
41
257.48 Ohm meter
9
97
Bukit
3.14
1
105
659.40 Ohm meter
Tahanan pentanahan (single rod) Masukkan data/variabel pengukuran yang dibutuhkan meliputi - Tahanan jenis tanah - Panjang elektroda yang digunakan - Jari-jari batang elektroda Pada gambar 4.2 ini dilakukan perhitungan untuk mencari nilai tahanan pentanahan (single rod) menggunakan aplikasi yang sudah dirancang dengan memasukkan data untuk perhitungan pada tabel 4.2 (tower 16). Dengan nilai tahanan jenis tanah 54.76 Ωm, panjang elektroda 2.4 m dan jari-jari elektroda 8mm.
Gambar 4.2 Perhitungan nilai tahanan pentanahan (single rod) menggunakan aplikasi
Gambar 4.1 Perhitungan nilai tahanan jenis tanah menggunakan aplikasi Untuk perhitungan tahanan jenis tanah pada tower 4, 13, 16, 17, 23, 90, 91, 92 dan 97 menggunakan aplikasi yang telah dibuat dapat dilihat pada tabel 4.9
Untuk perhitungan tahanan pentanahan (single rod) pada tower 4, 13, 16, 17, 23, 90, 91, 92 dan 97 menggunakan aplikasi yang telah dibuat dapat dilihat pada tabel 4.10. Tabel 4.10 Hasil perhitungan nilai pentanahan (single rod) menggunakan aplikasi No
Tower
Posisi
Π
r (m)
L (m)
1
4
Bukit
3.14
0.008
2.4
ρ (Ωm) 502.40
R (Ω) 203.00
2
13
Bukit
3.14
0.008
2.4
778.72
314.65
3
16
Sawah
3.14
0.008
2.4
54.76
22.13
4
17
Sawah
3.14
0.008
2.4
57.96
23.42
5
23
Sawah
3.14
0.008
2.4
64.75
26.16
6
90
Kebun
3.14
0.008
2.4
238.95
96.55
7
91
Kebun
3.14
0.008
2.4
217.66
87.95
8
92
Kebun
3.14
0.008
2.4
257.48
104.04
9
97
Bukit
3.14
0.008
2.4
659.40
266.44
Tahanan Pentanahan (multiple rod) Masukkan data/variabel pengukuran yang dibutuhkan meliputi - Tahanan jenis (ρ1 dan ρ2) - Jari-jari elektroda (r) - Panjang elektroda (L) - Jumlah elektroda (N) - Kedalaman elektroda dari permukaan tanah (hb), - Jarak permukaan tanah ke tanah lapisan ke dua (h) Pada gambar 4.3 ini dilakukan perhitungan untuk mencari nilai tahanan pentanahan (multiple rod) menggunakan aplikasi yang sudah dirancang dengan memasukkan data untuk perhitungan pada tabel 4.6 (tower 4). Dengan nilai tahanan jenis 502 Ωm, panjang elektroda 2.4 m, jari-jari elektroda 8mm dan kedalaman penanaman elektroda batang sedalam 1m.
Tabel 4.13 Hasil perhitungan nilai tahanan pentanahan 4 batang elektroda, r=0.008m, L=2.4m, hb=1m (Multiple Rod) menggunakan aplikasi No
Twr
Posisi
Π
1
4
Bukit
3.14
2
13
Bukit
3
16
4
r (m)
L (m)
ρ (Ωm)
hb(m)
N
R (Ω)
0.008
2.4
502.40
1
4
114.37
3.14
0.008
2.4
778.72
1
4
177.27
Sawah
3.14
0.008
2.4
54.76
1
4
12.47
17
Sawah
3.14
0.008
2.4
57.96
1
4
13.19
5
23
Sawah
3.14
0.008
2.4
64.75
1
4
14.74
6
90
Kebun
3.14
0.008
2.4
238.95
1
4
54.40
7
91
Kebun
3.14
0.008
2.4
217.66
1
4
49.55
8
92
Kebun
3.14
0.008
2.4
257.48
1
4
58.61
9
97
Bukit
3.14
0.008
2.4
659.40
1
4
150.11
4.4 Perbaikan Nilai Tahanan Pentanahan Berdasarkan hasil pengukuran tahanan pentanahan dan tahanan jenis menggunakan AEMC Digital Earth Resistance and Soil Resistivity Tester pada 9 tower SUTT transmisi Maninjau – Simpang Empat, Pada tower 13 nilai tahanan pentanahan pada kaki tower adalah 12.8 Ohm, dengan nilai tahanan jenis tanah 778 Ohm-meter. Berdasarkan tabel hasil pengukuran dengan menggunakan variabel jari-jari elektroda, jumlah elektroda dan panjang elektroda yang ditentukan, maka dengan nilai tahanan jenis 778 Ohm-meter tahanan pentanahan tower 13 akan memiliki nilai tahanan pentanahan dibawah 10 Ω (sesuai standar pentanahan tower SUTT) dengan menggunakan panjang elektroda 2.4 meter, jari-jari elektroda 2.4 cm , jumlah elektroda 56 batang dan kedalaman penanaman elektroda sedalam 2 meter dari permukaan tanah (tabel perhitungan pengukuran 4.8). Jika mengacu pada nilai tahanan pentanahan yang didapat yaitu sebesar 12.8 Ohm (tabel pengukuran 3.1), maka perbaikan nilai tahanan pentanahan pada tower 13 ini bisa dirumuskan dengan perhitungan sebagai berikut
Gambar 4.3 Perhitungan nilai tahanan pentanahan (multiple rod) menggunakan aplikasi Untuk perhitungan tahanan pentanahan (multiple rod) pada tower 4, 13, 16, 17, 23, 90, 91, 92 dan 97 berdasarkan nilai tahanan jenis tanah menggunakan aplikasi yang telah dibuat dapat dilihat pada tabel 4.13.
R=
ρ=
ρ 4⋅L − 1 Ln 2.π .L r R ⋅ 2 ⋅π ⋅ L 4⋅ L − 1 ln r
ρ = 31.68Ωm
Dengan menggunakan aplikasi (Matlab) perhitungan tahanan pentanahan multiple rod, nilai ρ1 dan ρ2 31.68 Ohm-meter (struktur tanah dianggap homogen), penggunaan elektroda sebanyak 4 batang, dengan panjang 2.4 meter, jari-jari 8mm serta kedalaman penanaman sedalam 1 meter menghasilkan nilai tahanan pentanahan sebesar 7.21193 Ohm (<10 Ohm).
Berdasarkan pengukuran dan perhitungan pada tabel 4.1 diperoleh nilai resistansi jenis tanah yang paling tinggi yaitu terdapat pada tower 13. Pada tower yang tidak memiliki sistem pentanahan tambahan seperti pada tower 4, 13, 16, 17 dan 23, pengukuran tahanan pentanahan hanya bisa dilakukan dengan satu bentuk pengukuran, yaitu pengukuran langsung pada kaki tower SUTT. Karena sudah memiliki sistem pentanahan tambahan (counterpoise), pengukuran tahanan pentanahan pada tower 90, tower 91, tower 92 dan tower 97 dapat dilakukan dengan 3 kali bentuk pengukuran, diantaranya
Gambar 4.4 Perhitungan perbaikan tahanan pentanahan tower 13 menggunakan aplikasi
1. Pengukuran pada kaki tower (kawat pentanahan dilepas) 2. Pengukuran pada kaki tower (kawat pentanahan disambung) 3. Pengukuran pada kawat pentanahan (kawat pentanahan dan kaki tower dipisah) Pada kondisi kawat pentanahan disambung, nilai tahanan pentanahan pada kaki tower 90, 91, 92 dan 97 ini direduksi karena sistem pentanahan tambahan itu sendiri. Pada tower 13, dengan nilai tahanan jenis 778.72 Ωm, nilai tahanan pentanahan 1 elektroda batang diperoleh 314.65 Ω (tabel 4.1), berdasarkan perhitungan ini maka diperlukan 56 batang elektroda berukuran panjang 2.4 meter dan jari-jari 24mm dengan kedalaman penanaman elektroda sedalam 2 meter (tabel 4.8) untuk mereduksi nilai tersebut hingga 9.98 Ω.
A/C 1m
2.4 m
batang rod pipa galvanis
Gambar 4.5 Model rancangan perbaikan pentanahan pada tower 13 4.5 Analisis Pengukuran tahanan jenis pada 9 jenis tanah di lokasi tower SUTT 150kV transmisi Maninjau – Simpang empat dilakukan dengan menggunakan metoda empat titik. Aplikasi pengukuran ini tidak dilakukan secara manual, melainkan dengan menggunakan digital earth resistance and soil resistivity tester merk AEMC. Pada pengukuran menggunakan metoda empat titik maka didapat nilai tahanan (R). dan nilai resistansi jenis tanah akan dapat diperoleh setelah dilakukan perhitungan menggunakan rumus.
Berdasarkan nilai tahanan pentanahan yang didapatkan dalam pengukuran pada kaki tower 13 yaitu bernilai 12.8 Ω, nilai tahanan pentanahan ini bisa direduksi hingga 7.21 Ω (gambar 4.4) dengan menambahkan 4 batang elektroda berukuran panjang 2.4 meter dan jari-jari 8mm dengan kedalaman penanaman 1 meter. Perhitungan (tahanan jenis dan tahanan pentanahan) dengan menggunakan aplikasi matlab memiliki hasil perhitungan yang sama dengan hasil perhitungan yang dilakukan secara manual. Aplikasi ini akan mempercepat proses perhitungan nilai tahanan pentanahan dan tahanan jenis tanah untuk membuat perencanaan dalam perbaikan nilai tahanan pentanahan.
5.
Kesimpulan
5.1 Kesimpulan 1. Dari 9 tower SUTT penghantar Maninjau – Simpang empat yang dievaluasi, nilai tahanan pentanahan dari 8 diantaranya (tower 4, tower 16, tower 17, tower 23, tower 90, tower 91, tower 92 dan tower 97) sudah memenuhi standar dibawah 10 Ω, sesuai dengan SK Dir PLN 113-114 tahun 2010. Sedangkan untuk tower 13 yang berlokasi diperbukitan belum memenuhi standar yang ditentukan. 2. Dari tiga macam lokasi pengukuran tahanan jenis yaitu daerah sawah, bukit dan perkebunan, Nilai tahanan jenis di daerah sawah adalah yang paling kecil, yaitu 54.76 Ohm-meter pada lokasi tower 16, 57.96 Ohm-meter pada lokasi tower 17, 64.75 Ohm-meter pada lokasi tower 23. Kemudian untuk daerah perkebunan yaitu 238.95 Ohmmeter pada lokasi tower 90, 217.66 Ohm-meter pada lokasi tower 91, 257.48 Ohm-meter pada lokasi tower 92. Dan untuk daerah perbukitan merupakan yang paling tinggi yaitu 502.40 Ohmmeter pada lokasi tower 4, 778.72 Ohm-meter pada lokasi tower 13 dan 659.40 Ohm-meter pada lokasi tower 97. 3. Nilai tahanan pentanahan pada tower 13 yang bernilai 12.8 Ohm dapat direduksi hingga bernilai 7.2119 Ohm dengan menggunakan 4 tambahan elektroda rod yang memiliki panjang 2.4 m, jari-jari 8mm dengan kedalaman penanaman elektroda sedalam 1 m dari permukaan tanah. 4. Nilai tahanan pentanahan dapat direduksi dengan beberapa cara, diantaranya 1. Menambah jumlah rod 2. Memperbesar jari-jari rod 3. Memperdalam penanaman rod 5. Perbaikan nilai tahanan pentanahan paling efektif adalah dengan menambah jumlah elektroda, pemilihan cara ini akan membuat nilai tahanan pentanahan tereduksi cukup banyak dibandingkan dengan memperdalam penanaman atau memperbesar ukuran elektroda 6. Perhitungan yang dilakukan menggunakan aplikasi yang telah dibuat di matlab bernilai sama dengan perhitungan yang dilakukan secara manual, baik untuk tahanan jenis, maupun tahanan pentanahan (single dan multiple rod). 5.2 Saran
Setelah dilakukan evaluasi terhadap 9 tower dari berbagai lokasi jenis tanah maka perlu diperhatikan 1. Untuk tower yang berlokasi di daerah perbukitan sebaiknya memiliki sistem pentanahan sendiri karena tahanan jenis tanah pada lokasi bukit sangat tinggi. 2. Pada tower yang sudah dilengkapi sistem pentanahan sendiri sebaiknya memiliki konduktor penghubung kondukor tanah dan konduktor penghubung konduktor tanah ke tanah untuk mengurangi hambatan kontak pada tiap sambungan tower ke sistem pentanahan. 3. Untuk dilakukan pemeriksaan berkala dalam pengukuran dan pemeriksaan agar nilai kestabilan tahanan pentanahan dan sistem pentanahan secara mekanis terjaga karena faktor perubahan cuaca. 6. Daftar Pustaka 1 Hutauruk, T.S. 1991. “Gelombang Berjalan dan Proteksi Surja”. Jakarta: Erlangga. 2 Hutauruk, T.S. 1999. “Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan pengetanahan Peralatan”. Jakarta: Erlangga 3 PT. PLN (Persero) Jasa Pendidikan dan Pelatihan. 2007. “Grounding System”. Jakarta 4 PT. PLN (Persero). 2010. “Buku Petunjuk Batasan Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Penyaluran Tenaga Listrik Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT/SUTET) (No. Dokumen : 10-22/HARLURPST/2009)”. Jakarta: SK Direksi No. 114.Dir/2010. 5 Sumardjati, Prih. Sofian Yahya. Ali Mashar. 2008. “Teknik Pemanfaatan Listrik”. Jakarta 6 Siregar, Ramdhan Halid. “Perencanaan Penempatan Proteksi Petir pada Menara Transmisi P. Brandan – Langsa untuk mengurangi Kegagalan Perlindungan Akibat Sambaran Petir”. 2007 7 Yunaningrat, Resna. “Analisa Pentanahan pada BTS BSC Banjarsari”. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Siliwangi Tasikmalaya 8 Hasrul. “Evaluasi Sistem Pembumian Instalasi Listrik Domestik di Kabupaten Barru”. Jurusan Pendidikan Teknik Elektro Fakultas TeknikUniversitas Negeri Makassar 9 Dermawan, Arif. “Analisis Perbandingan Nilai Tahanan Pentanahan yang Ditanam di Tanah dan di Septic Tank pada Perumahan”, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro. 10 PUIL 2000 11 User manual AEMC Instrume
