Kata kunci : gardu beton; grid; pentanahan; rod

EVALUASI INSTALASI SISTEM PENTANAHAN PADA GARDU DISTRIBUSI BETON TB 54 PT. PLN (PERSERO) AREA JATINEGARA Yasuko Maulina Shigeno, Amien Rahardjo Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Abstrak - Pentanahan pada sistem distribusi diperlukan untuk mengalirkan arus gangguan ke tanah bila terjadi gangguan sehingga kerusakan dapat diminimalisir. Pentanahan yang baik harus memiliki nilai resistansi pentanahan yang sesuai dengan ketentuan yang berlaku. Berdasarkan perhitungan, sistem pentanahan eksisting gardu beton TB 54 dengan sistem grid dan 5 buah rod diperoleh resistansi pentanahan sebesar 0.9159 Ohm yang dapat dikatakan masih memenuhi standar yang berlaku yaitu 1 Ohm. Kemudian setelah dilakukan beberapa variasi terhadap disain pentanahan yang ada, rekomendasi perbaikan disain pentanahan adalah dengan menggunakan grid berukuran 4 x 4 dengan total panjang konduktor grid 55 m tanpa menambahkan rod yang menghasilkan resistansi pentanahan sebesar 0.9876 Ohm. Nilai tersebut juga masih memenuhi standar yang berlaku. Dengan menggunakan disain yang direkomendasikan, PT. PLN (Persero) dapat menghemat biaya bahan pembuatan pentanahan gardu betonnya yang berupa konduktor BC 50 mm2 dan pipa galvanis yaitu sebesar Rp. 927.881,7. Kata kunci : gardu beton; grid; pentanahan; rod Abstract - Grounding in distribution system is needed to drain the ground fault current in the event of distruption so the damage can be minimized. Good grounding should have a grounding resistance value in accordance with applicable regulations. Based on calculations,the grounding resistance for the existing grounding system in TB 54 concrete substation with a grid system and 5 rods is 0.9159 Ohm that meets the applicable standard which is 1 Ohm .Then after a few variations to the design of the existing grounding system, recommendation for its grounding system design is a 4 x 4 grid with a 55 m for total length of conductor grid without adding rod that produces 0.9876 Ohm of grounding resistance. This value is also still meets the applicable standards. By using the recommended design, PT. PLN (Persero) is able to save Rp.927.881,7 from the cost of BC 50 mm2 and galvanized pipe for grounding construction in concrete substation . Keywords: concrete substations; grid; grounding; rod I. PENDAHULUAN Sistem tenaga listrik pada dasarnya dibagi menjadi tiga bagian besar yaitu sistem pembangkitan, sistem transmisi, dan sistem distribusi. Sistem distribusi tenaga listrik merupakan bagian yang langsung berhubungan dengan konsumen. Dengan perannya yang sangat penting, yaitu menyalurkan energi listrik, diharapkan sistem distribusi mempunyai keandalan yang tinggi agar penyediaan energi listrik dapat terus berlangsung. Sistem pentanahan pada sistem ditribusi diperlukan untuk mengalirkan arus gangguan ke tanah bila suatu saat terjadi gangguan sehingga kerusakan dapat dikurangi dan kestabilan sistem dapat terjaga. Arus gangguan dapat menimbulkan gradient antara peralatan dan peralatan, [1] Setiabudy, Rudy. 2007. Pengukuran Besaran Listrik. Jakarta : Lembaga Penerbit FE-UI. [2] http://electricdot.wordpress.com/2012/09/19/sistem-pentanahan/

Evaluasi instalasi ..., Yasuko Maulina Shigeno, FT UI, 2013

peralatan dan tanah, dan gradient tegangan pada permukaan tanah yang berbahaya bagi manusia dan peralatan. Dengan adanya sistem pentanahan yang baik maka kontinuitas dari penyaluran energi listrik pun akan terjaga. PT. PLN (Persero) sebagai perusahaan yang berkecimpung di bidang kelistrikan negara mempunyai peranan penting dalam menyalurkan energi listrik kepada konsumen melalui jaringan distribusinya. Pentanahan pada Gardu Distribusi PLN seharusnya memiliki nilai tahanan pentanahan yang sesuai dengan ketentuan yang berlaku sehingga tujuan dan fungsi dari sistem pentanahan gardu distribusi tersebut dapat terwujud. Pada tanggal 9 Desember 2010 PT. PLN (Persero) telah membuat dan menerbitkan suatu standar dalam bentuk buku yang berjudul “Standar Konstruksi Gardu Distribusi dan Gardu Hubung Jaringan Distribusi Tenaga Listrik”. Adanya standar mempunyai fungsi sebagai patokan atau acuan dalam melaksanakan kegiatan di lapangan. Namun kenyataannya banyak terjadi penyimpangan-penyimpangan yang dilakukan oleh orang lapangan yang tidak sesuai dengan standar yang berlaku. Dengan begitu perlu dilakukan suatu evaluasi apakah standar yang menjadi acuan PT. PLN (Persero) dalam konstruksi gardu pada jaringan distribusi tenaga listrik tersebut sudah diterapkan dengan baik atau justru pelaksanaannya dilapangan tidak mengikuti standar tersebut. Evaluasi ini diharapkan menghasilkan suatu kesimpulan mengenai penerapan standar dari PT. PLN (Persero) sehingga bisa memberikan kontribusi atau masukan bagi PT. PLN (Persero) untuk penerapannya di masa yang akan datang. II. TEORI Pentanahan digambarkan sebagai suatu pelaksanaan koneksi atau hubungan listrik yang sengaja dilakukan dari beberapa bagian instalasi listrik ke bumi [1]. Sistem pentanahan merupakan rangkaian atau jaringan yang terdiri dari kutub pentanahan (elektroda), hantaran penghubung (konduktor) sampai terminal pentanahan, yaitu terminal atau titik dimana perangkat dihubungkan. Sistem pentanahan ada dua macam yaitu pentanahan sistem (netral) dan pentanahan peralatan. Pentanahan peralatan merupakan tindakan pengamanan dari bagian-bagian mesin yang secara normal tidak dialiri arus listrik namun dalam kondisi tidak normal bisa dilalui arus listrik yaitu dengan cara menghubungkan instalasi yang diamankan dengan hantaran netral yang ditanahkan sedemikian rupa sehingga jika terjadi kegagalan isolasi, tegangan sentuh yang tinggi dapat dihindari sampai bekerjanya alat proteksi arus lebih. Sementara itu pentanahan netral biasa


dilakukan pada pembangkit listrik dan transformator daya pada gardu-gardu induk dan gardugardu distribusi. Tujuan dari sistem pentanahan berdasarkan IEEE Std 142TM-2007 adalah [2] : a)

Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam batasan yang diperbolehkan.

b)

Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem dan bumi. Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut. Resistansi atau tahanan pentahanan merupakan seluruh nilai tahanan listrik dari sistem

pentanahan. Tahanan inilah yang harus diperhatikan dalam pemasangan instalasi listrik, yang idealnya bernilai nol. Nilai tahanan pentanahan yang digunakan sebagai referensi dapat berbedabeda tergantung tempat dan kebutuhan. Semakin kecil nilai tahanannya maka semakin baik sistem pentanahannya. Sebagai proteksi manusia dan peralatan diusahakan nilai tahanan pentanahan kurang dari 1 Ohm. Namun hal ini dapat berbeda dengan sistem pentanahan pada sistem distribusi, saluran transmisi, dan sistem tenaga yang lebih besar. Pada beberapa tempat nilai tahanan pentanahan sebesar 5 Ohm sudah cukup baik. III.

METODE Metode penelitian pada skripsi ini adalah dengan pengambilan data pentanahan secara

langsung ke gardu-gardu distribusi jenis beton pada PLN area Jatinegara. Gardu yang dijadikan sebagai objek penelitian adalah gardu beton dengan kode TB 54 yang berlokasi di Jl. L Kebon Baru dan mulai beroperasi pada tanggal 5 April 2013. Pada gardu beton tersebut dilakukan pengecekan apakah instalasi pentanahan yang terpasang sudah sesuai dengan standar yang berlaku dam dilakukan pula pengukuran resistansi pentanahan.. Berikut hasil pengambilan data instalasi pentanahan pada gardu beton TB 54 :


TABEL I. DATA PENTANAHAN GARDU BETON TB 54

Beberapa dokumentasi pengambilan data kelengkapan pentanahan gardu beton TB 54 dapat dilihat pada gambar 1 sampai 7.

Gambar 1 : Gardu Beton TB 54

Gambar 4 : Pentanahan Rak Kabel TM TR

Gambar 2 : Pentanahan Rak PHB TR

Gambar 5 : Pentanahan Kubikel

Gambar 3: Pentanahan Badan Trafo


Gambar 6 : Lingkungan Sekitar Gardu

Gambar 7 : Pengukuran Diameter Konduktor Menggunakan Jangka Sorong

Metode Perhitungan Tahanan Pentanahan Pada skripsi ini metode perhitungan resistansi pentanahan yang digunakan adalah metode Schwarz. Untuk mendapatkan nilai resistansi pentahanan sistem, harus diketahui terlebih dahulu masing-masing resistansi konduktor grid, resistansi batang pentanahan (rod), dan resistansi mutual dari konduktor grid dan rod [3]. Langkah-langkah yang dilakukan untuk perhitungan resistansi pentanahan sistem adalah : 1.

Mengumpulkan data-data yang diperlukan untuk perhitungan. Data-data yang diperlukan untuk perhitungan dapat dilihat pada tabel 2. TABEL 2 DATA UNTUK PERHITUNGAN RESISTANSI PENTANAHAN

2.

Menghitung resistansi konduktor grid (R1). Resistansi konduktor grid didapat dengan menggunakan persamaan (1). =

+

√

−

[3] IEEE Std 80-2000. IEEE Guide for Safety In AC Substation Grounding.


(1)

3.

Menghitung resistansi rod (R2). Resistansi rod didapat dengan menggunakan persamaan (2). =

4.

−1+

√

√ − 1

(2)

Menghitung resistansi pentanahan mutual konduktor grid dan rod (Rm). Resistansi mutual antara konduktor grid dan rod didapat dengan menggunakan persamaan (3). ! =

5.

+

√

− + 1

(3)

Menghitung resistansi pentanahan sistem. Setelah mendapatkan masing-masing resistansi konduktor grid (R1), resistansi rod (R2) dan resistansi mutualnya (Rm), ketiga nilai tersebut disubstitusikan ke persamaan (4) untuk mendapatkan nilai resistansi pentanahan sistem. " =

# # $%

&# $ %

(4)

Metode Perhitungan Kemampuan Hantar Arus pada Konduktor Untuk menghitung kemampuan hantar arus pada konduktor, digunakan persamaan kapasitas arus untuk elektroda tembaga berdasarkan IEEE Standar 80 yaitu : '(!)* = +. -. /0(

(5)

dengan, I

= arus gangguan [kA]

Akcmil = penampang konduktor [kilo circular mills] t

= lama gangguan [detik]

Kf

= Konstanta untuk material dengan nilai Tm bervariasi dan dengan nilai Ta sebesar 40°C

Dengan memasukkan parameter-parameter yang diketahui, akan didapat besarnya arus gangguan dalam satuan kilo Ampere.


Alur Metodologi Evaluasi Diagram alur metodologi penelitian pada skripsi ini dapat dilihat pada gambar 4.1.

Gambar 8 Diagram Alur Metodologi Penelitian

IV.

HASIL DAN ANALISIS

Evaluasi Data Penelitian Pada setiap konduktor pentanahan dilakukan pengukuran diameter konduktor dengan menggunakan jangka sorong. Pada gardu beton TB 54, konduktor yang dipakai sudah memenuhi standar minimal ukuran konduktor dimana diameter yang terukur adalah 9.6 mm. Pada tabel 1 dapat dilihat bahwa bagian-bagian yang ditanahkan pada gardu beton TB 54 tidak sepenuhnya mengikuti standar karena ada satu parameter yang tidak terpenuhi yaitu pintu gardu tidak ditanahkan.


Rod Konduktor Grid

Gambar 9 Disain Elektroda Pentanahan Gardu Beton TB 54

Pada gambar 9 dapat dilihat pemasangan konduktor grid yang melingkar di sekeliling bangunan gardu yang ditambah dengan 5 konduktor rod. Konduktor yang dipakai adalah jenis Bare Copper (BC) dengan luas penampang 50 mm2. Disain perencanaan pentanahan pada gardu beton TB 54 telah mengikuti standar instalasi pentanahan berdasarkan “Buku 4 Standar Konstruksi Gardu Distribusi dan Gardu Hubung Tenaga Listrik” dimana disebutkan bahwa elektroda pentanahan pada gardu beton memakai sistem mesh/grid dengan penghantar tembaga (Cu) berpenampang 50 mm2 yang digelar sekeliling dibawah pondasi bangunan gardu. Evaluasi Nilai Resistansi Pentanahan Setelah dilakukan perhitungan untuk rentang nilai resistivitas tanah 10-200 Ohm-meter diperoleh data pada tabel 3. Baris dengan warna biru adalah hasil perhitungan dengan persentase kesalahan terkecil.


TABEL 3 HASIL PERHITUNGAN RESISTANSI PENTANAHAN

Dari hasil perhitungan diatas, diketahui nilai resistivitas tanah yang memenuhi standar PLN untuk memperoleh nilai resistansi pentanahan sebesar 1 Ohm adalah 20 Ohm-meter dengan persentase kesalahan sebesar 8.41 % yang merupakan nilai kesalahan terkecil jika dibandingkan dengan resistivitas tanah yang lain. Jadi nilai resistivitas tanah yang dipakai untuk evaluasi selanjutnya adalah 20 Ohm-meter. Oleh karena itu penulis melakukan evaluasi mengenai disain sistem pentanahan pada gardu beton TB 54 untuk mengetahui apakah disain pentanahan yang digunakan adalah disain yang paling efisien berdasarkan variasi total panjang konduktor grid dan jumlah rod yang ditanam. Variasi dan kombinasi dari panjang konduktor grid dan jumlah rod untuk memperoleh resistansi pentanahan yang diinginkan dilakukan sebanyak tujuh skenario. nR adalah jumlah rod yang ditanam, LR adalah total panjang konduktor BC 50 mm2 yang digunakan sebagai konduktor rod, Lc adalah panjang konduktor BC 50 mm2 yang digunakan sebagai konduktor grid, total BC adalah total panjang konduktor BC 50 mm2 yang digunakan yang merupakan penjumlahan dari LR dan Lc, dan Rs adalah nilai resistansi pentanahan dengan masing-masing disain tersebut. Untuk lebih mudahnya, tabel 4 akan memperlihatkan pencapaian resistansi pentanahan yang sesuai dengan standar yang berlaku pada masing-masing skenario dengan kombinasi yang digunakannya.

[4] Analisa Harga Jasa Perkerjaan Sipil Periode April 2010. PT. PLN (Persero) Distribusi Jakarta Raya dan Tangerang.


TABEL 4 HASIL SKENARIO DENGAN NILAI RESISTANSI PENTANAHAN MENDEKATI 1 OHM

Dari tabel 4 dapat dilihat dengan beberapa kombinasi panjang konduktor grid dan jumlah rod yang digunakan yang menghasilkan resistansi pentanahan yang mendekati namun tidak melebihi 1 Ohm. Dengan harga konduktor BC 50 mm2 adalah Rp.42.000 per meter, dan harga pipa galvanis adalah Rp. 35.129,39 per meter [4], maka hasil perhitungan biaya bahan berupa konduktor dan pipa galvanis untuk tiap skenario disain pentanahan yang telah dijelaskan sebelumnya dapat dilihat pada tabel 5. TABEL 5 PERBANDINGAN HARGA BAHAN MASING-MASING SKENARIO

Pada tabel 5 dapat dilihat bahwa pengeluaran biaya bahan yang paling rendah adalah pada skenario 7. Jadi sistem pentanahan yang paling efisien adalah sistem pentanahan pada skenario VII tanpa menggunakan rod. Evaluasi Kemampuan Hantar Arus dalam Konduktor Berdasarkan data, instalasi pentanahan pada gardu beton memakai konduktor jenis Bare Copper (BC) 50 mm2. Dimana luas penampang konduktornya adalah 50 mm2. Dengan mengkonversikan satuan luas penampang konduktor ke dalam kilo circular mill, didapat bahwa luas penampang 50 mm2 sama dengan 98700 circular mill. Nilai inilah yang selanjutnya akan dimasukkan ke dalam persamaan (5). Konduktor jenis Bare Copper yang digunakan untuk pentanahan merupakan konduktor dengan material annealed soft-drawn sehingga berdasarkan IEEE std 80, suhu maksimum


konduktor yang diizinkan adalah sebesar 1083 ºC dengan konstanta material bernilai 7. Waktu gangguan (t) akan divariasikan. Untuk lebih lengkapnya dapat dilihat hubungan kemampuan hantar arus pada konduktor BC berpenampang 50 mm2 dengan variasi waktu gangguan 0.1 – 5 detik pada tabel dan grafik dibawah ini. TABEL 6 KEMAMPUAN HANTAR ARUS KONDUKTOR BC 50 MM2

Dengan, A

: luas penampang konduktor BC 50 mm2 yang telah dikonversikan menjadi kilo circular mil. [kcmil]

kf

: konstanta material copper, annealed soft-drawn.

t

: waktu gangguan [detik].

I

: arus gangguan [kA]. Gambar 4.4 memperlihatkan kemampuan hantar arus pada konduktor berbanding terbalik

dengan lama gangguan. Semakin lama waktu gangguan yang terjadi maka akan semakin kecil kemampuan hantar arus pada konduktor tersebut.

Gambar 10 Grafik Kemampuan Hantar Arus


Perbandingan Disain Eksisting dan Disain Rekomendasi Disain pentanahan awal (eksisting) pada gardu beton TB 54 adalah menggunakan konduktor grid yang ditanam dibawah pondasi melingkar pada sekeliling gardu ditambah dengan 5 buah rod, dapat dilihat pada gambar (11). Dengan menggunakan disain sistem pentanahan ini didapat resistansi pentanahan sebesar 0.9159 Ohm (masih memenuhi standar).

Gambar 11 Disain Pentanahan Eksisting Gardu Beton TB 54

Konduktor yang digunakan sebagai konduktor grid adalah BC dengan penampang 50 mm2 . Rod juga memakai konduktor BC dengan penampang 50 mm2 dan dilindungi oleh pipa galvanis sepanjang 6 m. Total biaya bahan yang dikeluarkan untuk disain pentanahan eksisting adalah Rp. 3.237.881,7 Berdasarkan skenario yang telah dilakukan, kombinasi disain konduktor grid dan jumlah rod yang efisien ada pada skenario VII yaitu ketika menggunakan konduktor grid dengan total panjang 55 meter. Disain ini dapat dilihat pada gambar 4.6 dan berdasarkan perhitungan didapat nilai resistansi pentanahan sebesar 0.9876 Ohm (masih memenuhi standar).

Gambar 12 Disain Rekomendasi Sistem Pentanahan Gardu Beton TB 54


Grid yang direkomendasikan sebagai perbaikan dari disain pentanahan sebelumnya berukuran 4 x 4. Tidak digunakannya rod akan menekan biaya bahan pembuatan pentanahan pada suatu gardu. Biaya bahan total yang dikeluarkan untuk disain sistem pentanahan ini adalah Rp. 2.310.000. Sehingga selisih biaya bahan yang dikeluarkan adalah Rp. 927.881,7. Sehingga perbaikan disain ini akan memberikan keuntungan bagi PLN dengan menghemat biaya bahan pembuatan pentanahan gardu betonnya sebesar 28,66 % . TABEL 7 PERBANDINGAN DISAIN SISTEM PENTANAHAN EKSISTING DAN REKOMENDASI

Ringkasan dari perbandingan disain sistem pentanahan eksisting dengan disain pentanahan yang direkomendasikan dapat dilihat pada tabel 7. V.

KESIMPULAN

Dari penelitian yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa berdasarkan perhitungan, sistem pentanahan eksisting gardu beton TB 54 dengan sistem grid dan 5 buah konduktor rod diperoleh resistansi pentanahan sebesar 0.9159 Ohm dan masih memenuhi standar yang berlaku (1 Ohm). Berdasarkan evaluasi dan perhitungan yang dilakukan, rekomendasi perbaikan disain pentanahan adalah dengan menggunakan grid berukuran 4 x 4 dengan total panjang konduktor grid 55 m tanpa menambahkan konduktor rod. Disain ini akan menghasilkan nilai resistansi pentanahan sebesar 0.9876 Ohm sehingga masih memenuhi standar yang berlaku. Dengan menggunakan disain sistem pentanahan yang direkomendasikan, PLN dapat menghemat biaya bahan pembuatan pentanahan gardu betonnya berupa konduktor BC 50 mm2 dan pipa galvanis sebesar 28,66%.


VI. REFERENSI [1] Setiabudy, Rudy. 2007. Pengukuran Besaran Listrik. Jakarta : Lembaga Penerbit FE-UI. [2] http://electricdot.wordpress.com/2012/09/19/sistem-pentanahan/ [3] IEEE Std 80-2000. IEEE Guide for Safety In AC Substation Grounding. [4] Analisa Harga Jasa Perkerjaan Sipil Periode April 2010. PT. PLN (Persero) Distribusi Jakarta Raya dan Tangerang. [5] Tim penulis. 2010. Standar Konstruksi Gardu Distribusi dan Gardu Hubung Tenaga Listrik. PT PLN (Persero) : Jakarta.


Kata kunci : gardu beton; grid; pentanahan; rod

Recommend Documents