2
EVALUASI SISTEM PEMBUMIAN GARDU INDUK BELAWAN
RINGKASAN
Sebelum membangun gardu induk, banyak hal yang perlu diperhatikan mengingat gangguan yang terjadi dapat merusak peralatan yang ada maupun
orang yang berada dalam gardu induk tersebut. Untuk menghindari bahaya tersebut, maka sangat dibutuhkan suatu sistem pembumian yang memenuhi
persyaratan. Salah satu parameter untuk menentukan perencanaan sistem
pembumian gardu induk adalah mengetahui besarnya tahanan jenis tanah di sekitar gardu induk. Untuk mengevaluasi gardu induk perlu dilakukan
pengukuran dari tahanan jenis tanah pada saat sekarang. Kemudian dilakukan perhitungan dari parameter-parameter yang lain. Hasil perhitungan dari sistem
pembumian gardu induk yang diperoleh pada saat ini, akan dibandingkan dengan hasil perhitungan dari sistem pembumian gardu induk yang sebenarnya.
Dari hasil perhitungan, dapat disimpukan bahwa sistem pembumian gardu induk Belawan masih dapat dipertahankan, dengan kata lain masih belum
diperlukan perubahan atau pergantian.
1. PENDAHULUAN
Sistem pembumian sangat dibutuhkan untuk melindungi sistem dari gangguan hubungan singkat ke tanah dan pada saat terjadi pemutusan oleh
circuit breaker. Bunga api yang t imbul karena terjadi gangguan atau pada waktu circuit breaker bekerja melakukan pemutusan, diharapkan dapat padam sendiri,
sebab nasalah ini dapat merusak peralatan-peralatan dan juga membahayakan keselamatan manusia.
Salah satu bagian dari sistem tenaga listrik yang mempunyai peranan yang sangat penting adalah gardu induk. Sebelum membangun gardu induk,
banyak hal yang perlu diperhatikan mengingat gangguan yang terjadi dapat
3
merusak peralatan yang ada maupun orang yang berada dalam gardu induk tersebut . Untuk menghindari bahaya tersebut, maka sangat dibutuhkan suatu
sistem pembumian yang memenuhi persyaratan. Salah satu persyaratan untuk menentukan perencanaan sistem pembumian gardu induk adalah mengetahui
besarnya tahanan jenis tanah di sekitar gardu induk. Hal inilah yang menjadi topik
pembahasan dari isi tulisan ini, yaitu tentang evaluasi pembumian dari gardu induk aplikasi gardu induk Belawan, di mana besarnya tahanan jenis tanah
yang diperoleh pada perhitungan sistem pembumian gardu induk pada saat ini, akan dibandingkan dengan sistem pembumian gardu induk sebenarnya.
Tujuan dari dari peneltian ini adalah untuk mengetahui sistem pembumian dari gardu induk belawan, apakah masih memenuhi persyaratan
yang diizinkan atau tidak. Dengan menghitung besarnya tegangan-tegangan yang berbahaya akibat timbulnya beda potensial t anah pada saat terjadi gangguan,
dengan memperhatikan pengaruh dari jumlah konduktor paralel pada kisi-kisi utama n, jarak antara elektroda D, diameter konduktor d, kedalaman
penanaman konduktor h, tahanan jenis permukaan tanah ρ
s
yang telah dilapisi batu koral dan serta lamanya waktu gangguan t.
2. PERUM USAN M ASALAH
2. 1. Tahanan Jenis Tanah Tahanan jenis tanah suatu daerah diberbagai tempat tidaklah sama,
tergantung dari beberapa faktor yaitu: jenis tanah, lapisan tanah, kelembaban tanah dan temperatur.
Adapun kesulitan yang biasanya dijumpai pada saat pengukuran jenis tanah adalah bahwa dalam kenyataannya komposisi tanah tidak sama, sehingga
pada suatu lapisan tanah mungkin terdapat dua atau lebih jenis tanah dengan tahanan jenis yang berbeda. Sering dicoba untuk mengubah komposisi kimia
tanah dengan memberikan garam ke tanah dekat elektroda pembumian, dengan maksud mendapatkan tahanan jenis tanah yang rendah. Cara ini hanya baik
untuk sementara saja, sebab proses penggaraman harus dilakukan secara periodik sedikitnya enam bulan sekali.
4
Dengan memberikan air atau dengan membasai tanah yang akan diukur juga dapat mengubah tahanan jenis tanah. Untuk mendapatkan tahanan jenis
tanah rata-rata untuk keperluan perencanaan maka diperlukan penelitian atau pengukuran dalam jangka waktu tertentu misalnya dalam jangka waktu satu
tahun. Biasanya tahanan jenis tanah juga tergantung pada tingginya permukaan tanah dari permukaan air yang konstan.
Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah akibat pengaruh musim, pembumian dapat dilakukan dengan menanamkan elektroda pembumian hingga
mencapai tempat dimana terdapat air tanah yang konstan. Pada sistem pembumian batang elektoda tidak perlu ditanam lebih
dalam, karena variasi harga tahanan jenis tanah sangat besar akibat kelembaban dan temperature bervariasi, maka harga tahanan jenis tanah harus diambil untuk
keadaan yang paling buruk yaitu tanah kering dan dingin. Biasanya harga tahanan jenis tanah yang diambil adalah harga tahanan
jenis tanah yang tertinggi, maka berdasarkan harga tahanan jenis tanah ini dibuatkan suatu perencanaan pembumian. Jadi pada suatu sistem perencanaan,
pengukuran tahanan jenis tanah harus dilakukan terlebih dahulu pada tempat dimana akan didirikan gardu induk.
Untuk tujuan mengevaluasi pembumian Gardu induk. Belawan dilakukan pengukuaran tahanan jenis tanah di lokasi gardu induk dengan metode 4 titik.
Pengkuran tahanan jenis tanah dengan metode empat titik menggunakan empat batang elektroda, sebuah batere, sebuah amperemeter dan sebuah voltmeter
yang sensitif, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Pengukuran Tahanan Jenis Tanah Dengan M etode Empat Elektroda
Dari gambar di atas dapat ditentukan bahwa harga tahanan elektroda 3 dan 4 adalah
V A
2 1
a a
a
3 4
Lapisan tanah Elektroda
5
R =
1 Jadi tahanan jenis tanah diperoleh dengan rumus :
ρ
= 2
π
aR
2 dimana:
a = jarak antara elektroda meter R
34
= tahanan antara elektroda 3 dan 4 Ohm ρ = tahanan jenis tanah W-m
2.3. Bahaya-Bahaya Yang Timbul Pada Saat Gangguan Tanah Secara umum bahaya-bahaya yang mungkin dapat ditimbulkan oleh
tegangan maupun arus listrik yang mengalir terhadap manusia mulai dari ringan sampai yang paling berat yaitu: terkejut, pingsan atau mati, yang meliputi:
1. Tegangan dan kondisi orang terhadap tegangan tersebut. 2. Besarnya arus yang melewati tubuh manusia
3. Jenis arus, searah atau bolak-balik. Pada sistem tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap manusia
dalam hal ini terjadi kontak langsung atau dalam hal manusia berada dalam suatu daerah yang mempunyai gradient tegangan yang tinggi. Perlu jelaskan
bahwa yang menyebabkan bahaya terhadap tubuh manusia adalah besarnya arus yang mengalir dalam tubuh manusia.
Pada gardu-gardu induk kemungkinan terjadi bahaya terutama disebabkan oleh timbulnya gangguan arus yang mengalir ke tanah. Arus
gangguan ini akan mengalir pada bagian-bagian peralatan yang terbuat dari metal dan juga mengalir dalam tanah di sekitar gardu induk. Arus gangguan
tersebut menyebabkan gradien tegangan di antara peralatan dengan peralatan, peralatan dengan tanah dan juga tegangan dipermukaan tanah itu sendiri.
Dengan demikian maka dapat disimpulkan bahwa tegangan akan berbahaya apabila sentuhan dengan tegangan yang menyebabkan mengalirnya
arus listrik yang cukup besar di dalam tubuh. Ada tiga jenis tegangan yang dapat menyebabkan terjadinya arus yang mengalir ke tubuh manusia, yaitu:
1. tegangan sentuh touch voltage
6
2. tegangan langkah step voltage 3. tegangan pindah transfer voltage
2.2.1 Tegangan Sentuh Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat antara suatu objek yang
disentuh dalam suatu titik berjarak 1 satu meter, dengan asumsi bahwa objek yang disentuh dihubungkan dengan kisi-kisi pentanahan yang berada
dibawahnya, dimana besar arus gangguan dibatasi oleh tahanan orang dan tahanan kontak ke tanah dari kaki orang tersebut. Hal ini dapat dilihat pada
gambar 2.8.
Dari gambar 2.8. dapat diperoleh hubungan sebagai berikut: E
s
=
R +
I
k
3 dimana :
E
s
= tegangan sentuh volt R
t
= tahanan tubuh manusia 1000 ohm R
k
= tahanan kontak ke tanah R
k
= 3ρ I
k
= besarnya arus yang melalui badan manusia Ampere T
= waktu kejut atau lama gangguan tanah detik = merupakan tahanan jenis permukaan tanah yang dilapisi koral setebal 10
cm = 3000 Ohm-meter
Dengan menggantikan R
k
= 3ρ maka besarnya tegangan sentuh menjadi: E
s
=
R +
ρ
I
k
4 2.3.2.Tegangan Langkah
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul diantara dua kaki manusia yang berdiri di atas permukaan tanah yang sedang dialiri oleh arus
kesalahan tanah, di mana panjang langkah diasumsikan 1 meter sedangkan besar kecilnya tegangan langkah berbanding langsung dengan panjang langkah antara
dua kaki. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.9 berikut ini: E
l
= R
t
+2R
k
I
k
5 dimana:
7
E
l
= tegangan langkah volt R
t
= tahanan badan manusia 1000 Ohm R
k
= tahanan kontak dari suatu kaki = 3 Ohm
I
k
= arus gangguan tanah Ampere Dengan demikian besarnya tegangan langkah menjadi:
E
l
= R
t
+6ρ I
k
6 2.3.3. Tegangan Pindah
E
pindah
= I. R
o
7 Dengan anggapan I
k
I sebab
+ R ≫ R
dan
R =
ρ
+
ρ
dan r =
π
denan : I
= arus gangguan ampere I
k
= arus yang melalui badan ampere r
= jari-jari ekivalen deri luas gardu induk meter L
= panjang total dari konduktor meter A
= luas areal pembumian m
2
R
o
= tahanan pembumian ohm = tahanan jenis rata-rata tanah ohm-meter
Dengan memperhatikan kondisi di atas maka terlihat bahwa arus gangguan total I terbagi menjadi dua, dimana arus I
k
akan melewati badan, dan sisanya sebesar I - I
k
akan langsung menuju ke tanah. Karenan besarnya Arus I adalah dalam orde ratusan sampai ribuan ampere, sedangkan arus I
k
hanya dalam orde miliampere, maka arus I
k
dapat diabaikan terhadap harus I. Dengan demikian maka dapat dianggap bahwa tegangan antara peralatan dengan tanah
sebelum dan sesudah dipegang dapat dikatakan sama. 2.3.4. Tegangan M esh
8
Tegangan mesh merupakan salah satu bentuk tegangan sentuh. Tegangan mesh didefenisikan sebagai tegangan peralatan yang di ketanahkan terhadap
tengah-tengah daerah yang dibentuk kisi-kisi center of mesh selama gangguan tanah. Tegangan mesh ini menyatakan tegangan tertinggi yang mungkin timbul
sebagai tegangan sentuh yang dapat dijumpai dalam sistem pembumian gardu induk. Dan inilah yang diambil sebagai tegangan untuk desain yang sama.
Tegangan mesh ini secara pendekatan sama dengan I, dimana
merupakan tahanan jenis tanah dalam ohm meter dan I adalah arus yang melalui konduktor kisi-kisi. Oleh karena itu untuk mencakup pengaruh-pengaruh
jumlah konduktor paralel n, jarak-jarak konduktor paralel D, diameter konduktor d, dan ke dalam penanaman h, maka tegangan mesh dapat
dihitung dengan persamaan: E
ms
= k
m
k
i
8 dimana :
k
m
= +
…
dimana : k
i =
faktor koreksi untuk ketidakmerataan kerapatan arus yang dihitung dengan rumus empiris = 0,65 + 0,172 n
D = jarak antara konduktor-konduktor paralel pada kisi-kisi m
h = kedalaman penanaman konduktor n
d = diameter konduktor kisi-kisi m
n = jumlah konduktor paralel dalam kisi-kisi utama, tidak termasuk
sambungan melintang I
= besar gangguan tanah ampere = tahanan jenis rata-rata tanah ohm-meter
L = panjang konduktor pentanahan yang ditanam, termasuk semua
batang pertanahan m 2.3.5. Tegangan Langkah M aksimum Sebenarnya
Tegangan langkah sebenarnya adalah perbedaan tegangan yang terdapat diantara kedua kaki, bila manusia berjalan diatas permukaan tanah dari sistem
pertanahan pada keadaan terjadi gangguan. Tegangan langkah maksimum sebenarnya dapat dihitung dengan persamaan:
9
E
l
= k
s
k
i
9 dan
K
s
=
+ +
+ + ⋯ +
dimana
:
= tahanan jenis rata-rata tanah ohm-meter H = kedalaman penanaman konduktor n
D = jarak antara konduktor-konduktor pembumian meter k
i
= 0,65 + 0,172 n I
m
= arus gangguan tanah maksimum ampere L
= panjang konduktor pembumian yang ditanam, termasuk semua batang elektroda pembumian m
3. HASIL DAN PEM BAHASAN
