BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Transformator Daya Transformator
Daya
(Transformator
tenaga)
berfungsi
mentransformasikan daya listrik, dengan merubah besaran tegangannya sedangkan frekuensinya tetap. Transformator daya juga berfungsi untuk pengaturan tegangan. Transformator daya dilengkapi
dengan trafo
pentanahan yang berfungsi untuk mendapatkan titik neutral dari trafo daya. 1
Gambar 2.1 Transformator Daya
1
PT PLN ( Persero ) PUSDIKLAT 2009 Pengoperasian Peralatan Gardu Induk Hal :1-4
2.1.1
Konstruksi Transformator Ada 2 bentuk inti transformator yang biasa di gunakan yang di
namakantype inti (core type) dan tipe selubung (shell type) seperti di tinjukan dalam gambar 2. inti dari kedua tipe inidi buat dari baja khusus berkerugian rendah dan di laminasi untuk mengurangi kerugian inti. Macam-macam konstruksi transformator dapat di lihat pada gambar 2a dan 2b. inti
kumparan sekunder
kumparan sekunder Gambar 2.2 Jenis Transformator Tipe Inti (core type)
Inti
Belitan Gambar 2.3 Jenis Transformator tipe selubung ( shell type )
Pada transformator jenis
inti lilitan
mengelilingi besi yang
berlaminasi. Pada gambar 2 a.di atas di tunjukan dalam satu kaki inti dan sekundernya di kaki yang lain. Sebagian besar fluksi yang di hasilkan lilitan primer tidak memotong lilitan sekunder., atau di katakana transformator mempunyai kebocoran fluks yang besar. Untuk menjaga agar kebocoran fluks seminimal mungkin lilitan di bagi dua dan di tempatka pada masingmasing kakinya sedangkan untuk transformator jenis selubung di nyatakan pada gambar 2 b. pada gambar tersebut di perlihatkan konstruksi inti besi mengelilingi lilitan. Kumparan transformator terbuat dari kawat atau lempeng tembaga atau aluminium. Untuk lilitan arus besar beberapa serat konduktior di pararelkan untuk mengurangi kerugian arus pusar dalam konduktor.2 2.1.2 Isolasi Transformator Isolasi transformator daya , khususnya bertegangan tinggi sangatlah rumit. Masing –masing transformer yaitu belitan, elemen kumparan tinggi dan kumparan tegangan rendah harus di isolasi satu sama lain. Elemen kumparan di isolasi juga terhadap bagian-bagian yang di buikan, yaitu inti dan body (gandar). Dengan demikian isolasi transformator dapat di bagi atas tiga jenis, yaitu: 1. isolasi minor, yaitu isoalasi yang mengisolasi antar satu belitan dengan belitan yang lain dalam satu elemen kumparan. 2. isolasi mayor, yaitu isolasi yang mengisolasi kumparan tegangan tingi dengan kumparan teganagn rendah. Isolasi ini di bagi lagi menjadi dua bagian, yaitu isolasi utama, yang mengisiolasi kumparan tegangan tinggi dengan kumparan tegangan rendah dan isolasi gandar yang mengisolasi tegangan tinggi dengan gandar. 3. isolasi fasa yaitu, yaitu isolasi kumparan tinggi dengan kumparan tegangan tinggi yang lain pada transformator tiga fasa.
2
Lister. 1996. Mesin Dan Rangkaian Listrik. Edisi ke-6. Jakarta: Erlangga, Hal : 174-175
2.1.3 Prinsip Kerja Jika kumparan primer di hubungkan ke sumber tegangan biolakbalik sementara kumparan sekunder dalam keadaan tidak bebeban maka di kumparan tersebut akan mengalir arus yang di sebut arus beban nol (I 0). Arus ini akan menimbulakn fluks bolak balik pada inti. Fluks bolak-balik ini di lengkapi oleh kumparan primer dan sekunder. Sehingga pada kumparan tersebut timbul gaya gerak listrik (GGL) yang besarnya: 3 E1
= 4.44. F. N1
…………................…………..
(2.1)
E2
= 4.44. F. N2
…………………………..........
(2.2)
Dimana :
E1
= gaya gerak listrik kumparan primer.
E2
= gaya gerak listrik kumparan sekunder.
N1
= jumlah lilitan kumparan primer.
N2
= jumlah lilitan kumparan sekunder.
f
= frekuensi tegangan sumber = fluksi magnet pada inti.
Jika kumparan sekunder di bebani maka pada kumparan tersebut mengalir arus (I2). Arus sekunder akan menimbulkan fluks pada inti transformator yang berlawanan yang di timbulkan arus I0. N1. I0 = N1. I1- N2. I2 ………………..……………….. Dimana :
N1 = jumlah lilitan kumparan primer. N2 = jumlah lilitan kumparan sekunder. I1 = arus sisi primer I2 = arus sisi sekunder I0 = arus beban nol
3
PT PLN ( Persero ) PUSDIKLAT 2009 Pemeliharaan Trafo Tenaga Hal : 2-4
(2.3)
2.1.4 Rangkaian Ekivalen Transformator dapat di wakili oleh rangkaian ekivalen, di mana resistansi dan reaktansi bocor berada di luar kumparan. Arus tanpa beban I0 di ganti oleh induktansi murni X0 yang menyerap arus magnetisasi dan resistansi R0 yang menyerap komponen aktif Iw , keduanya di sambung pararel melintasi rangkaian primer. Di bawah adalah rangkaian ekivalen transformator.
Gambar 2.4 Rangkaian ekivalen ( ekivalen circuit) 2.1.5 Nilai Rating Tranformator Nilai keluaran atau kapsaitas transformator diberikan dalam kilovoltampere ( kVA ) karena hal ini sama dengan menspesifikasikan arus beban. Nilai kVA ini berdasarkan pada keluaran maksimum yang dapat di berikan oleh transformator pada nilai tegangan sekunder sekunder dan frekuensi tertentu tanpa melebihi temperature yang sudah di tentukan. Karena daya dalam rangkaian AC tergantung pada factor daya beban maupun besarnya arus. Maka keluaran nilai keluaran dalam kilowatt haruslah di nyatakan pada factor daya yang di tetapkan.
Nilai rating transformator untuk 3 fasa. 5
Dimana :
I
= arus maksimum (Ampere)
S
= daya transformator (volt ampere)
kV
= tegangan transfor mator (volt)
(2.4)
2.1.6 Gangguan Pada Transformator Gangguan yang berpengaruh terhadap kerusakan transformator tidak hanya karena adanya gangguan di dalam transformator, tapi karena adanya gangguan di luar pengamanya, justru kerusakan transformator cenderung karena seringnya terjadi diluar daerah pengamanya. a. Gangguan di daerah luar pengaman
Gangguan di luar daerah pengaman transformator daya sering terjad i dan dapat berupa beban lebih, ubung singkat satu fasa ke tanah, maupun gangguan antar fasa. Gangguan ini mempunyai pengaruh terhadap transformator daya, sehingga transformator harus di kelu arkan bila gangguan tersebut terjadi setelah waktu tertentu untuk memberikan kesempatan pengaman daerah yang terganggu bekerja. Kondisi beba n lebih yang berlanjut dapat di deteksi dengan rele thermal atau thermometer yang memberi sinyal sehingga dapat mengatur atau mengadakan manipulasi jaringan sehingga beban berkuang.
b. Gangguan di dalam daerah pengamanan Pada transformator daya di tunjukan sebagai pengaman di dala m pengamanya. Gangguan di dalam sangatlah serius dan selalu ada resiko terjadi kebakaran. Gangguan ini dapat di golongkan menjadi dua kelompok, yaitu: 1. kelompok (a) Gangguan listrik akaan segera menyebabkan kerusakan yang serius tetapi umunya dapat di deteksi oelh adanya arus atau tegangan yang tidak seimbang, diantaranya : 5
Lister. 1996. Mesin Dan Rangkaian Listrik. Edisi ke-6. Jakarta: Erlangga, Hal : 176
• Gangguan satu fasa atau antar fasa padas sisi tegangan tinggi dan menengah determinal luar. • Gangguan satu fasa atau antar fasa pada lilitan sisi tegangan tinggi atau tegangan menengah. • Gangguan hubung singkat antar belitan sisi tegangan tinggi atau tegangan menengah. • Gangguan pada lilitan tersier, atau hubung singkat antar belitan pada lilitan tersier.
2. kelompok (b) Pada kelompok ini di namakan “incipent” adalah suatu gangguan yang di mulai dari gangguan yang kecilatau tidak berarti, namun secara lambat akan menimbulkan kerusakan. Gangguan ini tidak dapatdi deteksi adanya ketidak seimbangan tegangan atau bertambah besarnya arus pada ujung lilitan. Yang termasuk dalam gangguan ini ialah: • Sambungan secara elektris dari koduktor jelek dan gangguan inti, misalnya lapisan isolasi inti serta baut atau ring, klem kurang kencang yang akan menimbulakn busur yang terbatas pada minyak transformator. • Gangguan system pendingin, yang akan menyebabkan panas yang lebih walaupun bebanya belum mencapai nominal. • Sehubungan dengan butir B adalah kemungkinan kurang minyak atau tersumbat aliran minyak sehingga menimbulkan pemanasan setempat pada lilitan. • Gangguan pada pengatur tegangan dan pembagian beban yang tidak baik antara transformaor yang bekerja pararel, yang akan menyebabkan pemansasan lebih, karena kurangnya sirkulasi.
2.1.7 Akibat Gangguan Pada Transformator Banyak kerugian yang di akibatkan oleh gagalnya system proteksi transformator. Selain peralatan tidak sesuai denagn umur pakainya, penyaluran tenaga listrik juga akan terhambat, hal ini selain merugikan perusahaan itu sendiri juga masyarakat sebagai konsumen atau pabrikpabrik yang sebagian besar pengolahan produksinya tergantung dari pasokan tenaga listrik. Oleh karena itu sarat system proteksi mutlak harus di penuhi untuk menghindari kerugian kerugian yang akan terjadi. 2.1.8 Pengaman Transformator Hal yang pelu di perhatikan hal dalam merencanakan pengamanan transformator daya adalah sebagai berikut: • Daerah pengamanan (protective zone). • Pertimbangan Mengenai Kemampuan Pengaman. • Jenis proteksi transformator daya 1. Daerah pengamanan (protective zone) Untuk mendapatkan daerah pengamanan yang cukup baik di dalam system tengaga listrik di bagi di dalam suatu daerah pengamanan yang cukup dengan pemutusan subsistem seminim mungkin. Sistem tenagalistrik yang di bagi dalam daerah pengaman adalah: • Generator • Transformator Step - Up • Busbar. • Transmisi dan Distribusi. • Transformator Step – down • Motor
Gambar 2.5 Sistem tenaga listrik dan daerah pengamanan. 2. Pertimbangan Mengenai Kemampuan Pengaman Bilamana terjadi gangguan di dalam rangkaian listrik,instalasi harus diamankan , dan bagian yang terganggu harus di pisahkan dalm waktu yang secepatnya guna mnecegah atau memperkecil kerusakan yang akan dakibatkan oleh gangguan iru. Hal itu perlu di lakukan secara otomatis dan selektif, sehingga bagian dari instalasi yang tidak terganggua dapat berfungsi secara kontinyu. Hal ini dapat di lakukan dengan berbagai alat pengaman atau proteksi . Sifat utama dari system pengaman adalah sebagaia berikut: a) Selektif. Sistem proteksi harus selektif dan memilih dengan cepat bagian mana dari instalasi yang terganggua dan harus di piahkan dari rangkaian yang atidak terganggu dan harus beroperasi terus. b) Sensitif. Sistem prosteksi perlu memiliki suatu sensitifitas yang tinggi, agar ganggguan dapat di deteksi sedini mungkin sehingga bagian yang terganggu, atau kemungkinan terjadinya kerusakan menjadi sekecil mungkin. c) Andal. Sistem proteksi harus memiliki suatu taraf kenadalan yang tinggi dan senantiasa bekerja pada kondisi gangguan yang terjadi. d) Cepat.
Sistem
proteksi
perlu
memliki
tingkat
kecepattan
sebagaimana yang telah di tentukan, sehingga meningkatkan waktu pelayanan, keamanan manusia dan peralatan, serta stabilitas operasi.
e) Perluasan sistem. Sistem proteksi harus di desain sedemikian rupa, sehingga tidak menggangu kemungkinan terjadinya perluasan instalasi atau jaringan di waktu yang akan datang. Untuk mendapatkan penyetelan yang memenuhi semua criteria di atas ada kalanya sulit tercapai , yaitu antara selektif dan cepat. Sehingga harus di adakan kompromi. Hal yang menimbulkan kegagalan pengaman dapat dikelompokkan : •
Kegagalan pada rele sendiri.
•
kegagalan suplay arus dan atau/ tegangan ke rele teganganya rangkaian suplay ke rele dari trafo tersebut terbuka atau terhubung singkat.
•
kegagalan system arus searah untuk triping pemutus tenaga.
•
kegagalan pemutus tenaga.
Karena adanya kemungkinan kegagalan pada system pengaman maka harus adapat di atasi yaitu dengan penggunaan pengaman cadangan (Back Up Protection). Dengan demikian pengaman menurut fungsinya dapat di kelompokan menjadi: •
Pengaman utama yang pada umumnya selektif adan cepat dan malah jenis tertentu mempunya sifat selektif mutlak misalnya rele diferensial.
•
Pengaman cadangan, umumnya mempunyai perlambatan waktu untuk memberikan kesempatan pada pengaman utama bekerja lebih dahulu, dan jika pengaman utama gagal, baru pengaman cadangan bekerja dan rele ini tidak seselektif pengaman utama.6
2.2 Sistem Pentanahan Salah satu faktor kunci dalam setiap pengamanan atau perlindungan rangkaian listrik, baik keamanan bagi peralatan maupun keamanan bagi manusia. adalah dengan cara menghubungkan bagian dari peralatan dengan sistem pentanahan. Pentanahan adalah penghubung suatu titik rangkaian listrik atau suatu penghantar yang bukan bagian dari rangkaian listrik dengan bumi menurut cara tertentu. Agar
sistem
pentanahan
dapat
bekerja
secara
efektif,
harus
memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut 1 : 1. Membuat jalur impedansi yang rendah ke tanah untuk pengamanan personil dan peralatan, menggunakan rangkaian yang efektif. 2. Menggunakan elektroda pentanahan yang tahan korosi terhadap berbagai macam kondisi kimiawi tanah, untuk meyakinkan kontinuitas penampilannya sepanjang umur peralatan yang dilindungi. 3. Dapat melawan dan menyebarkan gangguan berulang dan arus akibat surja hubung (surge current). 4. Menggunakan sistem mekanik yang kuat namun mudah dalam pelayanan.
2.2.1 Fungsi Pentanahan Fungsi pentanahan adalah untuk mengalirkan arus gangguan ke dalam tanah melalui suatu elektroda pentanahan yang ditanam dalam tanah bila terjadi gangguan. Di samping itu, berfungsi sebagai pengaman baik bagi manusia maupun peralatan dari bahaya listrik. Arus gangguan yang mengalir pada elektroda pentanahan akan mengakibatkan perbedaan tegangan antara elektroda pada suatu titik dengan titik yang lain dipermukaan tanah. Bila perbedaan maksimum sepanjang permukaan tanah ternyata masih begitu besar, maka kondisi ini sangat tidak menguntungkan karena akan membahayakan personil/manusia yang sedang bekerja maupun peralatan yang sedang digunakan. Untuk
mengurangi pengaruh tersebut, maka haruslah dapat direncanakan suatu sistem pentanahan dengan harga tahanan pentanahan yang sekecil mungkin. 2.2.2 Tujuan Pentanahan Tujuan pertama dari pentanahan, yaitu untuk mengatasi tegangan antara bagian-bagian peralatan yang tidak dilalui arus antara bagian-bagian ini dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman (tidak membahayakan) untuk semua kondisi operasi normal atau tidak normal. Untuk mencapai tujuan ini, suatu sistem pentanahan yang baik sangat dibutuhkan. Gunanya adalah untuk memperoleh potensial yang merata (Uniform) dalam semua bagian peralatan dan juga menjaga agar manusia yang berada di daerah tersebut mempunyai potensial yang berada di daerah tersebut mempunyai potensial yang sama dan tidak berbahaya pada setiap waktu. Dengan tercapainya potensial yang hampir merata pada semua titik dalam sistem pentanahan ini, kemungkinan timbulnya perbedaan potensial yang besar pada jarak yang dapat dicapai oleh manusia saat terjadi hubung singkat ke tanah menjadi sangat kecil. Sedangkan tujuan kedua dari pentanahan ini adalah untuk memperoleh impedansi yang kecil (rendah). Kecelakaan pad personil/manusia dapat timbul pada saat terjadi hubung singkat ke tanah. Jadi, bila arus hubung singkat ke tanah itu dipaksakan mengalir melalui impedansi yang tinggi, ini akan menimbulkan perbedaan potensial yang besar dan berbahaya. Secara umum tujuan pentanahan ini dapat diformulisakan sebagai berikut: 1. Mencegah terjadinya tegangan kejut listrik yang berbahaya untuk orang dalam daerah itu. 2. Untuk memungkinkan timbulnya arus tertentu baik besarnya maupun lamanya dalam keadaan gangguan tanah tanpa
menimbulkan
kebakaran atau ledakan pada bangunan dan isinya. 3. Untuk memperbaiki penampilan (performance) dari sistem.
2.3 Jenis-Jenis Pentanahan Secara garis besar sistem pentanahan dapat dibedakan menjadi tiga bagian yaitu : 1. Pentanahan Sistem 2. Pentanahan Peralatan 3. Pentanahan Penangkal Petir 2.3.1 Pentanahan Sistem Pentanahan sistem adalah pentanahan dari titik yang merupakan bagian dari jaringan listrik, misalnya titik netral generator, transformator, titik pada hantaran tengah dan hantaran netral. Suatu gangguan bumi (Ground Fault) pada salah satu bagian dari suatu sistem harus dapat dilokalisir dan dapat diamankan tanpa mematikan atau mengganggu keseluruhan sistem, sehingga keandalan dan kontinuitas pelayanan dapat dijamin. Dengan dipasangnya sistem pentanahan ini, maka dapat diharapkan gangguan yang terjadi dapat dibatasi pada kelompok sistem yang bersangkutan saja. Dewasa ini kita mengenal beberapa macam pentanahan sistem, antara lain: 1. Pentanahan langsung atau tanpa impedansi (solid grounding). 2. Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding). 3. Pentanahan reactor (reactor grounding). 4. Pentanahan efektif (effective grounding). 5. Pentanahan dengan kumpuran Petersen. a.
Pentanahan Langsung Atau Tanpa Impedansi (Solid Grounding) Dalam sistem ini titik netral dihubungkan lagsung pada elektroda yang
mempunyai kontak baik dengan tanah. Jika terjadi suatu gangguan ke tanah akan selalu mengakibatkan terganggunya saluran, maka gangguan tersebut harus dapat dilokalisir dengan membuka pemutus daya. Tujuan pentanahan titik netral secara langsung, yang paling utama adalah untuk membatasi kenaikan tegangan dari fasa-fasa yang terganggu mendekati
harga normal. Tujuan lain dari sistem ini adalah untuk mengurangi sebagian atau seluruh arus kapasitif ke tanah saat terjadi hubung singkat ke tanah. b.
Pentanahan Melalui Tahanan (Resistance Grounding) Jika diperlukan pembatasan arus hubung singkat ke tanah, maka tipe
pentanahan melalui tahanan sangat baik dipakai. Dalam metode ini tahanan dipasang diantara titik netral dan tanah. Jika tahanan pentanahan rendah, maka arus hubung singkat menjadi kecil dan kondisi sistem mendekati pentanahan langsung. Pada keadaan lain jika harga pentanahan terlalu tinggi, maka kondisi sistem mendekati sistem yang tidak diketanahkan dengan resiko terjadinya arus hubung singkat ke tanah sangat besar pula. Pada prakteknya, tahanan pentanahan bekerja pada harga agak rendah dan mempunyai nilai ohm sedemikian rupa sehingga bila terjadi hubung singkat satu fasa ke tanah dari sistem pada sumber tenaga, maka arus yang timbul sama dengan arus beban penuh pada generator atau transformator yang terbesar dan mengalir pada hubungan tanah. c.
Pentanahan Reactor (Reactor Grounding)4 Pentanahan reaktor digunakan bilamana transformator daya tidak cukup
membatasi arus gangguan tanah. Reactor ini digunakan untuk memenuhi persyaratan dari sistem yang diketanahkan dengan reactor di mana besar arus gangguan di atas 25% dari arus gangguan 3 fasa (X0 / X1 10). Dilihat dari besarnya perbandingan X0 dan X1, sistem pentanahan ini terletak antara pentanahan efektif dan sistem yang ditanahkan dengan kumparan Petersen. d.
Pentanahan Efektif (Effective Grounding) Pentanahan efektif adalah pentanahan di mana perbandingan antara
reaktansi urutan nol dan reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama dengan tiga. Perbandingan tahanan urutan nol dan reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama dengan satu, untuk tiap titik pada sistem tersebut.
Persamaan umum pentanahan efektif adalah x0 x1 e.
3 dan
R0 x1
1 ......................................... (2.6)
Pentanahan dengan kumpuran Petersen Pentanahan dengan
kumparan
Petersen
adalah
pentanahan yang
menghubungkan titik netral tranformator daya dengan suatu tahanan yang nilainya dapat berubah-ubah.
2.3.2 Pentanahan Peralatan Dalam keadaan normal bagian-bagian peralatan listrik yang terbuat dari bahan konduktor atau sejenis logam penghantar adalah merupakan salah satu media penghantar listrik yang baik. Jadi, apabila terjadi gangguan hubung singkat atau kegagalan isolasi terhadap bagian badan atau kerangka peralatan listrik, maka antara bagian badan peralatan tersebut dengan bumi akan terdapat perbedaan potensial atau tegangan. Perbedaan ini sangat membahayakan baik terhadap peralatan itu sendiri atau terhadap manusia khususnya tenaga kerja yang menangani peralatan tersebut. Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu diupayakan menyamakan tegangan peralatan dengan bumi dengan jalan menghubungkan bagian-bagian kerangka peralatan dengan sistem pentanahan. Sistem pentanahan ini berguna untuk memperoleh potensial yang sama antara peralatan dan bumi serta memperoleh impedansi yang rendah sebagai jalan mengalirnya arus hubung singkat ke tanah dengan cepat. Pentanahan peralatan umumnya menggunakan dua macam sistem pentanahan yaitu: 1. Pentanahan rod 2. Pentanahan grid
a.
Pentanahan Rod Pentanahan rod adalah sistem pentanahan yang menanamkan elektroda
pentanahan tegak lurus dipermukaan tanah. Fungsinya hanya untuk mengurangi atau memperkecil tahanan pentanahan. Untuk memperkecil tahanan pentanahan, maka jumlah penanaman batang elektroda pentanahan dapat diperbanyak. Bila terjadi arus gangguan ke tanah, maka arus gangguan ini akan mengakibatkan naiknya gradien dipermukaan tanah. Besarnya tegangan maksimum yang timbul sebanding dengan tahanan pentanahan. Bila dilakukan penanaman paralel elektroda yang lebih banyak, maka tahanan pentanahan akan lebih kecil dan distribusi tegangan akan rata. Penanaman batang elektroda tegak lurus dipermukaan tanah dapat berbentuk bujur sangkar atau empat persegi panjang, dengan jarak antara elektroda pentanahan sama. Sedangkan konduktor penghubung antara batang-batang elektroda pentanahan terletak di atas permukaan tanah sehingga tidak diperhitungkan tahanannya, untuk batang-batang elektroda yang ditanam tegak lurus dipermukaan tanah pada luas tertentu dan ujung atasnya bergerak tertentu dipermukaan tanah. Bila jarak antara konduktor makin pendek dan jumlah konduktor yang ditanam makin banyak, maka akan semakin kecil konduktivitas dari masingmasing konduktor. b.
Pentanahan Grid Pentanahan grid adalah sistem pentanahan dengan menanamkan batang-
batang elektroda sejajar dipermukaan tanah. Batang-batang ini terhubung satu sama lain, ini bertujuan untuk meratakan tegangan yang mungkin timbul. Dengan cara ini bila jumlah elektroda yang ditanam banyak sekali, maka bentuknya mendekati bentuk plat dan ini merupakan bentuk maksimum atau bentuk yang mempunyai harga tahanan yang paling kecil untuk daerah tertentu. Tetapi bentuk ini mahal, karena itu perlu dicari bentuk yang sederhana dan murah tetapi tetap mempunyai harga tahanan yang memenuhi persyaratan.
Dengan banyaknya konduktor yang ditanam akan tidak sebanding dengan harga tahanannya, karena fungsi konduktor itu sendiri sebenarnya untuk menyalurkan arus kesalahan ke dalam tanah. Bila konduktor saling berdekatan, maka volume tanah tidak bisa menerima arus dari konduktor-konduktor tersebut. Dengan kata lain volume tanah terbatas kemampuannya untuk menerima arus. Pada pentanahan grid, umumnya elektroda-elektroda ditanam sejajar satu dengan yang lainnya pada kedalaman beberapa puluh centimeter di dalam tanah. Untuk lebih memperkecil harga tahanan pentanahannya harus diperluas daerah pentanahannya karena cara ini lebih mudah bila dibandingkan dengan cara memperdalam konduktor.
2.3.3 Pentanahan Penangkal Petir Untuk menghindari timbulnya kecelakaan atau kerugian akibat sambaran petir, maka diadakan usaha pemasangan instalasi penangkal petir pada bangunanbangunan. Akibat sambaran petir ini akan mengakibatkan kerusakan langsung pada objek yang tersambar. Dengan adanya instalasi penanangkal petir ini, maka diharapkan sambaran petir dapat dikendalikan melalui instalasi penangkal petir yang diteruskan ke bumi.
2.4 Komponen Pentanahan Komponen sistem pentanahan secara garis besar terdiri dari dua bagian yaitu: 1. Hantaran penghubung 2. Elektroda pentanahan
2.4.1 Hantaran Penghubung Hantaran penghubung adalah suatu saluran penghantar (Conductor) yang menghubungkan titik kontak pada badan atau kerangka peralatan listrik dengan elektroda bumi. Fungsi hantaran penghubung adalah untuk menyalurkan arus
gangguan ke elektroda pada sistem pentanahan. Penghantar yang digunakan dapat berupa penghantar yang berisolasi atau kabel dan juga penghantar yang tidak seperti BC (Bace Conductor), ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced). Bahan yang digunakan kebanyakan terbuat dari aluminium dan tembaga. Dalam hal ini pentanahan untuk peralatan sering digunakan penghantar dengan bahan tembaga atau BC. Antara hantaran penghubung dan elektroda pentanahan harus dipasang sambungan yang dapat dilepas untuk keperluan pengujian resistansi pembumian sehingga penempatan sambungan tersebut harus pada tempat yang mudah dicapai. Sambungan hantaran penghubung ini dengan elektroda harus kuat secara mekanis dan menjamin hubungan listrik dengan baik, misalnya dengan menggunakan penyambungan las, klem atau baut kunci yang mudah dilepas. Klem pada elektroda harus menggunakan baut dengan diameter minimal 10 mm. Selain faktor di atas yang perlu diperhatikan juga adalah sambungan antar hantaran penghubung dan elektroda pentanahan tersebut juga harus dilindungi dari korosi sehingga daya tahan untuk sistem pentanahannya bisa lama dan terjamin.
2.4.2 Elektroda Pentanahan Yang dimaksud dengan elektroda pentanahan adalah penghantar yang ditanam dalam bumi dan membuat kontak langsung dengan bumi. Elektroda pentanahan tertanam sedemikian rupa dalam tanah berupa elektroda pita logam, batang konduktor, pipa air minum dari tulang besi beton pada tiang pancang. Untuk mendapatkan harga tahanan pentanahan yang serendah mungkin harus memenuhi beberapa persyaratan antara lain: 1. Resistansi elektroda pentanahan harus lebih kecil daripada harga yang direkomendasikan. 2. Elektroda pentanahan harus mampu dialiri oleh arus hubung singkat yang terbesar. 3. Elektroda pentanahan harus mempunyai sifat kimia yang baik sehingga tidak mudah mengalami korosi.
4. Elektroda pentanahan harus mempunyai sifat mekanis yang baik Pada umumnya elektroda-elektroda pentanahan ditanam sejajar satu sama lainnya untuk kedalaman beberapa centimeter (cm) di dalam tanah. Untuk itu ada beberapa macam elektroda pentanahan yang biasa dipakai antara lain: 1. Elektroda batang 2. Elektroda pita 3. Elektroda plat 4. Elektroda pentanahan jenis lain dalam hal ini adalah jaringan pipa air minum a.
Elektroda Batang 7 Elektroda batang adalah elektroda dari batag besi, baja profil atau batang
logam lainnya yang dipancangkan di dalam tanah. Biasanya digunakan dari bahan-bahan tembaga, bahan tahan karat (stainless steel) atau baja yang digalvanis (galvanized steel). Perlu diperhatikan pula dalam pemilihan bahan agar dihindarkan dari pemakaian kopeling galvanis (galvanic couple) karena dapat menyebabkan korosi. Pemasangan elektroda batang dimasukkan tegak lurus ke dalam tanah dan panjangnya disesuaikan dengan resistansi pembumian. Resistansi pembumiannya sebagian besar tergantung pada panjangnya dan sedikit bergantung pada ukuran penampangnya. Jika beberapa elektroda diperlukan untuk memperoleh resistansi pembumian yang rendah, jarak antara elektroda tersebut minimum harus dua kali panjang elektrodanya. Untuk menghitung tahanan pentanahan satu batang elektroda, rumus yangdigunakan adalah : .............................................. ........
…... .…
…...........
........................................................(2.7)
Ket : R = resistansi pentanahan satu batang elektroda pentanahan (ohm) a = jari-jari elektroda batang (cm) 7
Ir. T.S. Hutauruk, M. E. E. 1991. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga Dan Pengetanahan Peralatan. Erlangga : Jakarta
L = panjang pasang (cm)
ρ = tahanan jenis tanah (ohm cm) Di bawah ini gambar bentuk elektroda batang.
(a) Elektroda batang tunggal
(b) Elektroda batang dalam group
Gambar 2.6 Jenis-jenis elektroda bentuk batang Untuk menghitung tahanan pentanahan di mana elektroda pentanahannya dipasang paralel digunakan rumus sebagai berikut: 1. Dua batang elektroda pentanahan yang dipasang paralel ........................................... (2.8)
Di mana,
.................................................. (2.9)
s adalah jarak antara batang elektroda yang dipasang paralel.
2. Tiga batang elektroda pentanahan yang dipasang paralel Tahanan 3 pasak paralel 1+ 2 A9 = ......................................... (2.10) Tahanan pasak tunggal 3 3. Batang paralel jamak yang tersusun dalam segi emepat kosong atau segi empat terisi. Apabila jumlah pasak n, maka: Tahanan n pasak paralel 1+ kA = .......................................... (2.11) Tahanan pasak tunggal n
Di mana k adalah konstanta yang tergantung dari jumlah batang yang diparalelkan dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut ini:
Tabel 2.1 Nilai Konstanta Suatu Elektroda Paralel Jumlah pasak sepanjang sisi
Jumlah pasak
segi empat
seluruhnya
Harga k
Segi empat terisi
2
4
2,7071
3
8
4,2583
4
12
5,3939
5
16
6,0072
6
20
6,4633
7
24
6,8363
8
28
7,1479
9
32
7,4195
10
36
7,6551
Jumlah pasak sepanjang sisi
Jumlah pasak
segi empat
seluruhnya
Harga k
Segi empat kosong
3
9
5,8917
4
16
8,5545
5
25
11,4371
6
36
14,0650
7
49
16,8933
8
64
19,5003
9
81
22,3069
10
100
24,9587
b.
Elektroda Pita Elektroda pita adalah elektroda yang dibuat dari penghantar berbentuk pita
atau berpenampang bulat atau penghantar pilin yang pada umunya ditanam secara dangkal. Pada prakteknya untuk penanaman, makin dalam akan didapati kandungan air yang lebih besar sehingga akan diperoleh tahanan pentanahan yang kecil. Penanaman lebih dalam ini akan menyebabkan pula tahanan pentanahan lebih stabil dan lebih aman terhadap kerusakan yang mungkin terjadi. Elektroda ini dapat ditanam secara dangkal pada kedalaman antara 0,5 sampai 1 meter dari permukaan tanah, tergantung dari kondisi dan jenis tanah. Dalam pemasangannya elektroda pita ini dapat ditanam dalam bentuk memanjang, radial, melingkar atau kombinasi dari lingkaran dan radial.
0,5 -1
(a) Radial
0,5 -1
0,5 -1
(b) Lingkaran (c) Kombinasi lingkaran radial
Gambar 2.7 Jenis-jenis elektroda pita dan cara pemasangannya c.
Elektroda Plat Elektroda plat adalah elektroda dari plat logam. Pada pemasangannya
elektroda ini dapat ditanam tegak lurus atau mendatar tergantung dari tujuan penggunaannya. Bila digunakan sebagai elektroda pembumian pengaman maka cara pemasangannya adalah tegak lurus dengan kedalaman kira-kira 1 meter di bawah permukaan tanah dihitung dari sisi plat sebelah atas. Bila digunakan sebagai elektroda pengatur yaitu mengatur kecuraman gradien tegangan guna
menghindari tegangan langkah yang besar dan berbahaya.
t b
L Keterangan: L = panjang plat t = kedalaman tertanam b = lebar plat Gambar 2.8 Elektroda plat dipasang vertikal d.
Elektroda Pentanahan Jenis Lain 12 Selain ketiga elektroda pentanahan di atas yaitu elektroda batang,
elektroda pita dan elektroda plat. Ada juga jenis elektroda lain yang bisa digunakan sebagai elektroda pentanahan pada peralatan listrik antara lain: 1. Jaringan pipa air minum Apabila jaringan air minum dari logam dipakai sebagai elektroda pentanahan maka harus diperhatikan tahanan pembumiannya dapat menjadi besar akibat digunakannya pipa sambungan atau flens dari bahan isolasi. Jika pipa air minum dari logam, dalam rumah atau gedung dipakai sebagai elektroda pentanahan, maka ujung pipa kedua sisi meteran air harus dihubungkan dengan pipa tembaga yang berlapis timah dengan ukuran minimum 16 mm2 dengan pita baja yang digalvanasikan dengan ukuran 25 mm2. 2. Selubung logam kabel Selubung logam kabel yang tidak dibungkus dengan isolasi yang langsung ditanam tanah boleh dipakai sebagai elektroda bumi. Jika selubung logam tersebut dikedua sisi sambungan yang dihubungkan 12
Peraturan Umum Instalasi Listrik (PUIL) 2000
dengan penghantar yang konduktivitasnya minimalnya sama dengan selubung logam tersebut dan luas penampang penghantar itu minimal sebagai berikut: -
4 mm2 tembaga untuk kabel dengan penampang inti sampai 6 mm2
-
10 mm2 tembaga untuk kabel dengan penampang inti 10 mm2 atau lebih.
2.5 Dimensi Elektroda Pentanahan Dari rumus-rumus yang digunakan untuk menghitung tahanan pentanahan terlihat bahwa semakin besar ukuran jari-jari elektroda, semakin dalam penanaman elektroda, maka akan semakin kecil tahanan pentanahannya. Jadi untuk memeperbaiki nilai tahanan pentanahannya, maka dilakukan cara memperdalam elektrodanya, maka kemungkinan kontak dengan air akan semakin besar yang akhirnya akan memeperkecil tahanan pentanahannya. Usaha lain untuk memperkecil tahanan pentanahan adalah dengan cara memparalelkan beberapa batang elektroda, serta jarak antara masing-masing elektroda dibuat sekurang-kurangnya dua kali panjang elektroda yang digunakan, sehingga jumlah paralel elektroda akan memperkecil tahanan pentanahannya. 2.6 Sifat-Sifat Dari Sebuah Sistem Elektroda Tanah 13 Hambatan arus melewati sistem elektroda tanah yang mempunyai tiga komponen, yaitu : a. Tahanan pasaknya sendiri dan sambungan-sambungannya. b. Tahanan kontak antara pasak dengan tanah sekitarnya. c. Tahanan tanah disekelilingnya. Pasak-pasak, batang-batang logam, struktur dan peralatan lain biasa digunakan untuk elektroda tanah. Elektroda-elektroda ini umumnya besar dan penampangnya sedemikian, sehingga tahanannya dapat diabaikan terhadap tahanan keseluruhan sistem pentanahan. 13
Pabla. A. S, Ir. Hadi. Abdul. 1991. Sistem Distribusi Daya Listrik. Erlangga : Jakarta
Tahanan antara elektroda dan tanah jauh lebih kecil dari biasa diduga, apabila elektroda bersih dari cat atau minyak, dan tanah dapat dipasak dengan kuat, maka Biro Standarisasi Nasional Amerika Serikat menyatakan bahwa tahanan kontak dapat diabaikan. Pasak dengan
tahanan
seragam yang
ditanam
ke
tanah
akan
menghantarkan arus ke semua jurusan. Ketika suatu elektroda atau pasak yang menghantarkan ditanam di tanah yang terdiri atas lapisan-lapisan tanah dengan ketebalan yang sama lihat gambar 2.4.
Gambar 2.9 Komponen – Komponen Tahanan Elektroda Lapisan tanah terdekat dengan pasak dengan sendirinya memiliki permukaan paling sempit, sehingga memberikan tahanan terbesar. Lapisan berikutnya, karena lebih luas, memberikan tahanan yang lebih kescil. Demikian seterusnya, sehingga pada suatu jarak tertentu dari pasak, lapisan tanah sudah tidak menambah besarnya tahanan tanah sekeliling pasak. Jarak ini disebut dengan daerah tahanan efektif, yang juga sangat tergantung pada kedalaman pasak.
2.7 Tahanan Jenis Tanah Faktor keseimbangan antara tahanan pentanahan dan kapasitansi di sekelilingnya adalah tahanan jenis tanah yang direpresentasikan dengan ρ (rho) dalam satuan ohm-centimeter. Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tidaklah sama. Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis tanah yaitu :
a. Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya, seperti tanah liat, tanah rawa, tanah berbatu, tanah berpasir, tanah gambut dan sebagainya.
b. Unsur kimia yang terkandung dalam tanah, seperti garam, logam, dan mineral-mineral lainnya. c. Keadaan iklim, basah atau kering. d. Temperatur tanah dan jenis tanah Tahanan jenis tanah bervariasi dari 500 sampai 50.000 ohm per cm3. Kadang-kadang harga ini dinyatakan dalam harga ohm-cm. Pernyataan ohm-cm mempresentasikan tahanan diantara dua permukaan yang berlawanan dari suatu volume tanah berisi 1 cm3. Untuk mengubah komposisi kimia tanah dapat dilakukan dengan memberikan garam pada tanah dekat elektroda pentanahan dengan maksud mendapatkan tahanan jenis tanah yang rendah. Cara ini hanya baik untuk sementara, sebab proses penggaraman harus dilakukan secara periodik, sedikitnya enam bulan sekali. Dengan memberi air atau membasahi tanah juga mengubah tahanan jenis tanah. Harga tahanan jenis tanah pada kedalaman yang terbatas sangat tergantung dengan keadaan cuaca. Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah rata-rata, untuk keperluan perencanaan maka memerlukan penyelidikan atau pengukuran dalam jangka waktu tertentu, misalnya selama satu tahun. Biasanya tahanan jenis tanah juga tergantung dari tingginya permukaan air yang konstan. Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah akibat pengaruh jenis musim, pentanahan dapat dilakukan dengan menanamkan elektroda pentanahan mencapai kedalaman di mana terdapat air tanah yang konstan. Pada sistem pentanahan yang baik tidak mungkin atau tidak perlu ditanam lebih dalam sehingga mencapai air tanah yang konstan, variasi tahanan jenis tanah sangat besar. Penanaman memungkinkan kelembaban dan temperatur bervariasi, harga tahanan jenis tanah harus diambil pada keadaan yang paling buruk, yaitu tanah kering
Tabel 2.2 Tahanan Jenis Tanah 14 No
1
Jenis Tanah
Tahanan Jenis Tanah
Tanah Berair dan tanah humus
pada kondisi lembab
(ohm-m) 30
2
Tanah liat dan tanah pertanian
100
3
Tanah berpasir lembab
200
4
Tanah berpasir kering
1000
5
Tanah berbatu
3000
Dalam penggunaan data-data di atas sering terjadi kesulitan karena komposisi tanah biasanya terdiri dari dua atau kombinasi lapisan dari bermacammacam tanah. Hal ini yang sangat penting dalam penyelidikan karakteristik tanah ialah mencari tahanan jenis tanah. Harga tahanan jenis tanah ini selalu bervariasi sesuai dengan keadaan tanah pada saat pengukuran. Pengukuran tahanan jenis tanah pada gardu induk dari titik lokasi yang akan diukur. Tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
ρ = 2 π D R 15 ............................................................................ (2.12) Di mana: = Tahanan Jenis rata-rata tanah (ohm-meter) D = Jarak antara batang elektroda yang terdekat (meter) R = Besar tahanan yang diukur (ohm)
14 15
Peraturan Umum Instalasi Listrik (PUIL), 2000 Pabla. A. S, Ir. Hadi. Abdul. 1991. Sistem Distribusi Daya Listrik. Erlangga : Jakarta
Gambar 2.10 Variasi – Variasi Tahanan Jenis Tanah 16
2.7.1 Pengaruh Unsur Kimia Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah yang lebih rendah, sering dicoba dengan mengubah komposisi kimia tanah dengan memberikan garam pada tanah dekat elektroda pembumian ditanam. Cara ini hanya baik untuk sementara sebab proses penggaraman harus dilakukan secara periodik, sedikitnya 6 (enam) bulan sekali.
16
Pabla. A. S, Ir. Hadi. Abdul. 1991. Sistem Distribusi Daya Listrik. Erlangga : Jakarta
Cara lain untuk mendapatkan tahanan jenis tanah yang rendah dapat dilakukan dengan memberikan air atau membasahi tanah. Harga tahanan jenis tanah pada kedalaman yang terbatas sangat tergantung dengan keadaan cuaca. Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah rata-rata untuk keperluan perencanaan, maka diperlukan penyelidikan atau pengukuran dalam jangka waktu tertentu.
Gambar 2.11 Pengaruh Unsur Kimia Terhadap Tahanan Jenis tanah
2.7.2 Pengaruh Iklim Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah akibat pengaruh musim, pembumian dapat dilakukan dengan menanam elektroda pembumian sampai mencapai kedalaman di mana terdapat air tanah yang konstan. Kadangkala pembenaman elektroda pembumian memungkinkan kelembaban dan temperatur bervariasi sehingga harga tahanan jenis tanah harus diambil untuk keadaan yang paling buruk, yaitu tanah kering dan dingin. Proses mengalirnya arus listrik di dalam tanah sebagian besar akibat dari proses elektrolisasi. Oleh karena itu, air di dalam tanah akan mempengaruhi konduktivitas atau daya hantar listrik dalam tanah tersebut. Dengan demikian tahanan jenis tanah akan dipengaruhi pula oleh besar kecilnya konsentrasi air tanah atau kelembaban tanah, maka konduktivitas daripada tanah akan semakin besar sehingga tahanan tanah semakin kecil.
Gambar 2.12 Pengaruh Kelembaban Terhadap Tahanan Jenis Tanah
2.7.3 Pengaruh Temperatur Tanah Temperatur tanah sekitar elektroda pembumian juga berpengaruh pada besarnya tahanan jenis tanah. Hal ini terlihat sekali pengaruhnya pada temperatur di bawah titik beku air (0°C), di bawah harga ini penurunan temperatur yang sedikit saja akan menyebabkan kanaikan harga tahanan jenis tanah dengan cepat. Gejala di atas dapat dijelaskan sebagai berikut : pada temperatur di bawah titik beku air (0°C), air di dalam tanah akan membeku, molekul-molekul air dalam tanah sulit untuk bergerak, sehingga daya hantar listrik tanah menjadi rendah sekali. Bila temperatur tanah naik, air akan berubah menjadi fase cair, molekulmolekul dan ion-ion bebas bergerak sehingga daya hantar listrik tanah menjadi besar atau tahanan jenis tanah turun.
Gambar 2.13 Pengaruh Temperatur Terhadap Tahanan Jenis Tanah
2.8 Tahanan Pentanahan Tahanan pentanahan harus sekecil mungkin untuk menghindari bahayabahaya yang ditimbulkan oleh adanya arus gangguan tanah. Hantaran netral harus diketanahkan di dekat sumber listrik atau transformator, pada saluran udara setiap 200 m dan di setiap konsumen. Tahanan pentanahan satu elektroda di dekat sumber listrik, transformator atau jaringan saluran udara dengan jarak 200 m maksimum adalah 10 Ohm dan tahanan pentanahan dalam suatu sistem tidak oleh lebih dari 5 Ohm. Seperti yang telah disampaikan di atas bahwa tahanan pentanahan diharapkan bisa sekecil mungkin. Namun dalam prakteknya tidaklah selalu mudah untuk mendapatkannya karena banyak faktor yang mempengaruhi tahanan pentanahan.
2.8.1 Faktor-faktor yang mempengaruhi. • Bentuk elektroda. Ada bermacam-macam bentuk elektroda yang banyak digunakan, seperti jenis batang, pita dan pelat. • Jenis bahan dan ukuran elektroda. Sebagai konsekwensi peletakannya di dalam tanah, maka elektroda dipilih dari bahan-bahan tertentu yang memiliki konduktivitas sangat baik dan tahan terhadap sifat-sifat yang merusak dari tanah, seperti korosi. Ukuran elektroda dipilih yang mempunyai kontak paling efektif dengan tanah. • Jumlah/konfigurasi elektroda. Untuk mendapatkan tahanan pentanahan yang dikehendaki dan bila tidak cukup dengan satu elektroda, bisa digunakan lebih banyak elektroda dengan bermacam-macam konfigurasi pemancangannya di dalam tanah. • Kedalaman pemancangan/penanaman di dalam tanah. Pemancangan ini tergantung dari jenis dan sifat-sifat tanah. Ada yang lebih efektif ditanam secara dalam, namun ada pula yang cukup ditanam secara dangkal. • Faktor-faktor alam. Jenis tanah: tanah gembur, berpasir, berbatu, dan lainlain -
moisture tanah: semakin tinggi kelembaban atau kandungan air dalam tanah akan memperrendah tahanan jenis tanah;
-
kandungan mineral tanah: air tanpa kandungan garam adalah isolator yang baik dan semakin tinggi kandungan garam akan memperendah tahanan jenis tanah, namun meningkatkan korosi.
-
tanah: suhu akan berpengaruh bila mencapai suhu beku dan di bawahnya. Untuk wilayah tropis seperti Indonesia tidak ada masalah dengan suhu karena suhu tanah ada di atas titik beku. Tabel 2.3 tahanan jenis tanah1 Senyawa tanah
Tahanan pada tanah (ohm per m)
Sawa, rawa
30
Tanah liat dan tanah ladang
100
Pasir basah
200
Kerikil basah
500
Pasir dan kerikil kering
1000
Tanah berbatu
3000
2.8.2 Sistem Grid Pada sistem ini batang-batang elektroda ditanam sejajar dibawah permukaan tanah, batang-batang terhubung satu sama lain. Dengan cara ini jumlah konduktor yang ditanam banyak sekali, maka bentuknya mendekati bentuk plat dan ini merupakan maksimum atau mempunyai harga tahanan yang kecil untuk daerah luas tertentu, tetapi bentuk ini tidak efisien atau mahal. Pada sistem ini banhyak konduktor akan tidak sebanding dengan harga tahanan karena fungsi dari konduktor sebenarnya adalah menyalurkan arus kedalam tanah. Bila elektroda saling berdekatan maka volume tanah tidak biasa menerima arus dai elektroda-elektroda tersebut dengan kata lain volume tanah tidak tidak terbatas kemampuannya untuk menerima arus.
Permukaan Tanah
Gambar 2.14 Sistem Grid1
Gambar 2.15 Pengaruh jari-jari terhadap tahanan pentanahan1
2.8.3 Sistem Rod Pada sistem ini untuk memperkecil tahanan pentanahan, maka jumlah batang konduktor dapat diperbanayak penanamannya. Apabila ini terjadi arus gangguan ketanah maka arus ini akan mengakibatkan naiknya gradient tegangan permukaan tanah. Besarnya tegangan maksimum yang timbul tersebut sebanding dengan tahanan pentanahan.
37
h P1 h
P1
R
P2
Tanah lapisan kedua
Gambar 2.16 Sistem Rod1 2.9 Hukum Ohm Hokum Ohm menyatakan hubungan antara tegangan, arus dan tahanan didalam rangkaian listrik, yang dinyatakan dengan persamaan : V = I.R………………………………………………………………………….2.13 I = V / R……………………………………………….………………………..2.14 R =V / I……………………………………………………………………...….2.15 Dimana : V = Tegangan listrik dalam satuan (Volt) I = kuat arus dalam satuan (amper) R = Tahanan listrik dalam satuan ( ) Besarnya suatu tahanan bergantung pada besarnya arus yang diberikan melalui tahanan itu, daya yang diberikan pada tahanan tidak boleh melebihi daya tahanan tersebut.
2.10 Pengukuran Tahanan Pentanahan (Earth Tester) Ada berbagai macam instrument pengukur tanahan pentanahan, salah satu contohnya adalah Earth Tester. Pada instrument cara pengukuran ada 2 macam yaitu : - Pengukuran normal (metoda 3 kutub) - Pengukuran praktis (metoda 2 kutub)
38
2.10.1 Pengukuran Normal (Metoda 3 Kutub) Langkah awal adalah memposisikan saklar terminal pada 3a, selanjutnya : 1. Cek tegangan baterai ! (Range saklar : BATT, aktifkan saklar / ON). Jarum arus dalam range BATT. 2. Cek tegangan pentanahan (Range saklar : ~ V, matikan saklar / OFF) 3. Cek tanahan pentanahan bantu (Range saklar : C & P, matikan saklar / OFF). jarum harus dalam range P/C (lebih baik posisi jarum berada saklar 0). ke x100
4. Ukurlah tahanan pentanahan (Range saklar : x1
) dengan
menekan tombol pengukuran dan memutar selektor, hingga diperoleh jarum pada galvanometer seimbang / menunjuk angka nol. hasil pengukuran adalah angka Instalasi Listrik 175 yang ditunjukkan pada selektor dikalikan dengan posisi range saklar (x1
) atau (x100
).
Gambar 2.17 pengukuran metoda 3 kutub5
2.10.2 Pengukuran Praktis (Metoda 2 Kutub) Langkah awal adalah memposisikan saklar terminal pada 2a. Catatan : Jika jalur pentanahan digunakan sebagai titik referensi pengukuran bersama, maka semua sambungan yang terhubung dengan pentanahan itu selalu terhubung dengan tanah. Jika terjadi bunyi bip, maka putuskan dan cek lagi.
39
1. Cek tegangan baterai dan cek tegangan pentanahan Caranya hampir sama dengan metoda pengukuran normal, hanya pengecekan tekanan tahanan bantu tidak diperlukan. 2. Ukur tahanan pentanahan (Range saklar : x10
atau x100 ).
Hasil pengukuran = Rx + Ro
Gambar 2.18 pengukuran metoda 2 kutub5
2.11. Bahaya-Bahaya Yang Timbul Pada Transformator Bahaya-bahaya yang mungkin timbul dari tergantung dari factor-faktor di bawah ini : •
Tegangan dan kondisi orang terhadap tegangan tersebut
•
Besarnya arus yang melewati tubuh manusia
•
Jenis arus, searah atau bolak-balik
Pada sistem tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap manusia, dalam hal terjadi kontak langsung atau dalam hal manusia berada di dalam suatu daerah yang mempunyai gradien tegangan yang tinggi. Tetapi pada dasarnya yang menyebabkan bahaya tersebut adalah besarnya arus yang mengalir dalam tubuh manusia.
40
Khusus
pada
gardu-transformator kemungkinan
terjadinya
bahaya
terutama disebabkan oleh timbulnya gangguan yang menyebabkan arus mengalir ke tanah. Arus gangguan ini akan mengalir pada bagian-bagian peralatan yang terbuat dari metal
dan
juga
mengalir
transformator. Arus gangguan tegangan
dalam
tersebut
tegangan antara peralatan
tanah
di
menimbulkan
dengan
sekitar gradient
peralatan,
peralatan
dengan tanah dan juga gradient tegangan pada permukaan tanah itu sendiri. Untuk menganalisis lebih lanjut akan ditinjau beberapa kemungkinan terjadinya tegangan dan kondisi orang yang sedang berada didalam dan disekitar transformator tersebut. Sulit
untuk
menentukan
secara
tepat
mengenai
perhitungan
tegangan yang mungkin timbul akibat kesalahan ke tanah terhadap orang yang sedang berada banyaknya
factor
didalam
atau
di
yang mempengaruhi
sekitar dan
transformator,
tidak
diketahui.
karena Untuk
menganalisis keadaan ini maka diambil beberapa pendekatan sesuai dengan kondisi orang yang sedang berada transformator
tersebut
pada
saat
didalam
atau
disekitar
terjadi kesalahan. Hal yang perlu
diperhatikan adalah :
a) Tegangan sentuh Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara suatu obyek yang disentuh dan suatu titik berjarak 1 meter, dengan asumsi bahwa obyek yang disentuh dihubungkan dengan kisi-kisi pengetanahan yang berada di bawahnya. Besar arus gangguan dibatasi oleh tahanan orang dan tahanan kontak ke tanah dari kaki orang tersebut dapat dilihat pada gambar.
41
Gambar 2.19 Tegangan Sentuh dengan rangkaian penggantinya1 Tabel 2.4 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan Lama gangguan t Tegangan sentuh yang diizinkan (detik)
(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
2.12 Sistem Pentanahan Pada Switchyard Yang dimaksud dengan pentanahan switchyard disni adalah pentanahan dari peralatan yang ada di switchyard, maka pentanahannya harus dapat diandalkan untuk melindungi peralatan dari kerusakan maupun keselamatan operator/ personalia. Sistem pentanahan switchyard yang banyak digunakan ada 2 macam, yaitu: - Pentanahan dengan menanam batang elektroda tegak lurus ke dalam tanah (rod ground)
42
- Pentanahan dengan dengan menanam batang elektroda sejajar beberapa kaki di bawah permukaan tanah yang dinamakan sistem pentanahan grid.
1. Rod Ground Pentanahan sistem ini adalah sama dengan driven ground yang digunakan pada menara transmisi. Untuk memperoleh harga tahanan yang lebih kecil maka dapat digunakan batang-batang elektroda yang lebih banyak yang ditanam paralel tegak lurus permukaan tanah. Makin pendek jarak antara elektroda (D) dan makin banyak jumlah elektroda yang ditanam, maka makin kecil konduktansinya. 2. Pentanahan Grid Pentanahan ini mula-mula dimaksudkan untuk mengatasi perbedaan tegangan di permukaan tanah apabila terjadi ganggguan. Tetapi dari hasil penelitian, terbukti bentuk ini juga dapat digunakan sebagai pentanahan utama, malahan mempunyai beberapa kelebihan dari pentanahan sistem lama. Caranya ialah dengan menanam batang elektroda sejajar dengan tanah. Untuk mengecilkan tahanan pentanahan pada suatu area tertentu, kita dapat dengan terus menerus menambah batang elektroda pentanahan, hal ini karena volume tanah terbatas kemampuanya untuk menerima arus. Pentanahan grid yang paling sederhana ialah permukaan tanah. Bayangan konduktor terhadap permukaan tanah dapat dianggap sebagai batang konduktor lain. 2.13
Program Matlab MATLAB adalah sebuah bahasa dengan kemampuan tinggi untuk
komputasi teknis. Ia menggabungkan komputasi, visualisasi, dan pemrograman dalam satu kesatuan
yang mudah
digunakan
di mana masalah dan
penyelesaiannya diekspresikan dalam notasi matematik yang sudah dikenal. Pemakaian MATLAB meliputi : a) Matematika dan komputasi b) Pengembangan algoritma c) Akuisisi data d) Pemodelan, simulasi dan prototype e) Grafik saintifik dan engineering f) Perluasan pemakaian, seperti graphical user interface (GUI).
43
MATLAB adalah system interaktif yang mempunyai basis data array yang tidak membutuhkan dimensi. Ini memungkinkan kita dapat menyelesaikan banyak masalah komputasi teknis, khususnya yang berkaitan dengan formulasi matrik dan vector. Nama MATLAB merupakan singakatan dari matrix labolatory . MATLAB awalnya dibuat untuk memudahkan dalam mengakses software matriks yang
telah
dikembangkan
oleh
LINPACK
dan
EISPACK.
Dalam
perkembangannya, MATLAB mampu mengintegrasikan beberapa software matriks sebelumnya dalam satu software untuk komputasi matriks. Tidak hanya itu, MATLAB juga mampu melakukan komputasi simbolik yang biasa dilakukan oleh MAPLE. Dalam lingkungan perguruan tinggi teknik, Matlab merupakan perangkat standar
untuk
memperkenalkan
dan
mengembangkan
penyajian
materi
matematika, rekayasa dan keilmuan. Di industri, MATLAB merupakan perangkat pilihan untuk penelitian dengan produktifitas yang tingi, pengembangan dan analisanya. 2.13.1 Kelengkapan pada Sistem MATLAB Sebagai sebuah system, MATLAB tersusun dari 5 bagian utama: 1. Development Environment. Merupakan sekumpulan perangkat dan fasilitas yang membantu anda untuk menggunakan fungsi-fungsi dan file-file MATLAB. Beberapa perangkat ini merupakan sebuah graphical user interfaces (GUI). Termasuk didalamnya adalah MATLAB desktop dan Command Window, command history, sebuah editor dan debugger, dan browsers untuk melihat help, workspace, files, dan search path.
2. MATLAB Mathematical Function Library. Merupakan sekumpulan algoritma komputasi mulai dari fungsi-fungsi dasar sepertri: sum, sin, cos, dan complex arithmetic, sampai dengan fungsi-fungsi yang lebih kompek seperti matrix inverse, matrix eigenvalues, Bessel functions, dan fast Fourier transforms.
44
3. MATLAB Language. Merupakan suatu high-level matrix/array language dengan control flow statements, functions, data structures, input/output, dan fitur-fitur objectoriented programming. Ini memungkinkan bagi kita untuk melakukan kedua hal baik "pemrograman dalam lingkup sederhana " untuk mendapatkan hasil yang cepat, dan "pemrograman dalam lingkup yang lebih besar" untuk memperoleh hasil-hasil dan aplikasi yang komplek.
4. Graphics. MATLAB memiliki fasilitas untuk menampilkan vector dan matrices sebagai suatu grafik. Didalamnya melibatkan high-level functions (fungsi-fungsi level tinggi) untuk visualisasi data dua dikensi dan data tiga dimensi, image processing, animation, dan presentation graphics. Ini juga melibatkan fungsi level rendah yang memungkinkan bagi anda untuk membiasakan diri untuk memunculkan grafik mulai dari benutk yang sederhana sampai dengan tingkatan graphical user interfaces pada aplikasi MATLAB anda.
5. MATLAB Application Program Interface (API). Merupakan suatu library yang memungkinkan program yang telah anda tulis dalam bahasa C dan Fortran mampu berinterakasi dengan MATLAB. Ini melibatkan fasilitas untuk pemanggilanroutines dari MATLAB (dynamic linking), pemanggilan MATLAB sebagai sebuah computational engine, dan untuk membaca dan menuliskan MAT-files.
2.13.2 Menyusun Progam Sederhana Anda dapat mengedit suatu file text yang tersusun dari beberapa perintah Matlab. Ini dapat dilakukan dengan menekan double-click pada icon "New MFile" icon in the Matlab toolbar.
45
Gambar 2.20. Langkah Awal Menyusun Program Matlab
Selanjutnya anda buat program yang diinginkan, sebagai contoh :
Garmbar 2.21. Contoh Penuulisan Program Pada Matlab Editor
Lalu anda save dan jalankan programnya dengan cara.
Gambar 2.22 Cara Menyimpan dan Mengeksekusi Program
