Sistem Pentanahan Pada Jaringan Tegangan
Sistem Pentanahan Pada Jaringan Tegangan Menengah
A.
Pendahuluan
Sistem pentanahan pada jaringan distribusi digunakan sebagai pengaman langsung
terhadap peralatan dan manusia bila terjadinya gangguan tanah atau kebocoran
arus akibat kegagalan isolasi dan tegangan lebih pada peralatan jaringan distribusi.
Petir dapat menghasilkan arus gangguan dan juga tegangan lebih dimana
gangguan tersebut dapat dialirkan ke tanah dengan menggunakan sistem
pentanahan.
Sistem pentanahan adalah suatu tindakan pengamanan dalam jaringan distribusi
yang
langsung
rangkaiannya
ditanahkan
dengan
cara
mentanahkan
badan
peralatan instalasi yang diamankan, sehingga bila terjadi kegagalan isolasi,
terhambatlah atau bertahannya tegangan sistem karena terputusnya arus oleh alatalat pengaman tersebut. Agar sistem pentanahan dapat bekerja secara efektif,
harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :
1. Membuat jalur impedansi rendah ketanah untuk pengamanan peralatan
menggunakan rangkaian yang efektif.
2. Dapat melawan dan menyebarkan gangguan berulang dan arus akibat surja
hubung (surge current)
3. Menggunakan bahan tahan terhadap korosi terhadap berbagai kondisi kimiawi
tanah.
4. Untuk meyakinkan kontiniutas penampilan sepanjang umur peralatan yang
dilindungi.
5. Menggunakan sistem mekanik yang kuat namun mudah dalam pelayanannya.
B.
Fungsi Pentanahan
Secara umum fungsi dari sistem pentanahan dan grounding pengaman adalah
sebagai berikut :
1.
Mencegah terjadinya perbedaan potensial antara bagian tertentu dari
instalasi secara aman.
2.
Mengalirkan arus gangguan ke tanah sehingga aman bagi manusia dan
peralatan.
3.
Mencegah
tegangan kejut.
timbul
bahaya
sentuh
tidak
langsung
yang
menyebabkan
4.
Melindungi peralatan / saluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan oleh
adanya ganguan fasa ke tanah
5.
Melindungi
peralatan
/
saluran
dari
bahaya
kerusakan
isolasi
yang
diakibatkan oleh tegangan lebih
6.
Untuk keperluan proteksi jaringan
7.
Melindungi makhluk hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
8.
Melindungi mahluk hidup dari tegangan sentuh
9.
Melindungi peralatan dari tegangan lebih
C.
Tipe Pentanahan
Pemilihan tipe pentanahan tergantung dari : segi praktis, menjaga kontunitas
sistem, memperkecil gangguan yang lebih besar, dan kompromi keseimbangan
antara
arus dan tegangan. Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan tipe pentanahan.
harus diperhatikan dalam pemilihan tipe pentanahan dari suatu sistem tenaga,
ialah :
• Selektivitas dan sensitivitas dari rele gangguan tanah.
• Pembatasan besar arus gangguan tanah.
• Tingkat pengamanan terhadap tegangan surja dengan arester.
• Pembatasan tegangan lebih transien.
Faktor di atas mempunyai pengaruh yang besar terhadap ke ekonomisan sistem,
perencanaan serta tata letak dari sistem dan kontinuitas pelayanan.
Tipe pentanahan netral dari sistem-sistem tenaga adalah :
• Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding)
• Pentanahan melalui reaktor (reactor grounding)
• Pentanahan tanpa impedansi/langsung (solid grounding)
• Pentanahan efektif (efective grounding),
1.
Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding)
Sistem pengetanahan melalui tahanan pernah diterapkan pada sistem 230 kV.
Sistem ini mempunyai tegangan lebih transien yang disebabkan oleh pemutusan
relatif rendah. Maksud pengetanahan ini adalah untuk membatasi arus gangguan
ke tanah antara 10% sampai 25% dari arus gangguan 3 fasa.
Batas yang paling bawah adalah batas minimum untuk dapat bekerjanya rele
gangguan tanah, sedangkan batas atas adalah untuk membatasi banyaknya panas
yang hilang pada waktu terjadi gangguan. Sistem pengetanahan melalui tahanan ini
sekarang jarang digunakan pada jaringan transmisi tetapi dipakai pada sistem
distribusi, sebagai gantinya adalah penggunaan reactor.
Untuk membatasi arus gangguan tanah, alat pembatas arus dipasang antara titik
netral dengan tanah. Salah satu dari pembatas arus ini adalah tahanan dan tahanan
ada dua yaitu metalik dan cair (liquid).
Besar dan hubungan fasa arus gangguan Iftg tergantung pada-pada harga reaktansi
urutan nol dari sumber daya dan harga tahanan dan pentanahan.
Arus gangguan dapat dipecah menjadi dua komponen yaitu yang safasa dengan
tengangan ke netral dari fasa terganggu yang lain ke tinggalan 900
Komponen yang ketinggalan dari arus gangguan Iftg dalam, fasanya akan
berlawanan arah dengan arus kapasitip Ictg pada lokasi gangguan.
Dengan pemelihan harga tahanan pentanahan yang sesuai, komponen yang
logging dari arua gangguan dapat dibuat sama atau lebih besar dari arus kapasitif
sehingga tidak ada oscilasi transien karena dapat terjadi busur api.
Gambar 1. Fasa Tegangan Tanah pada Pentanahan Netral dengan Tahanan
Jika harga tahanan pentanahan tinggi sehingga komponen logging dari arus
gangguan kurang dari arus kasitif, maka kondisi sistem akan mendekati sistem
netral yang tidak ditanahkan dengan resiko terjadinya tegangan lebih.
Pentanahan titik netral melalui tahanan
keuntungan dan kerugian yaitu :
Keuntungan :
(resistance
grounding) mempunyai
•
Besar arus gangguan tanah dapat diperkecil
•
Bahaya gradient voltage lebih kecil karena arus gangguan tanah kecil.
•
Mengurangi
kerusakan
peralatan
listrik
akibat
arus
gangguan
yang
melaluinya.
Kerugian :
•
Timbulnya rugi-rugi daya pada tahanan pentanahan selama terjadinya
gangguan fasa ke tanah.
•
Karena arus gangguan ke tanah relatif kecil, kepekaan rele pengaman
menjadi berkurang dan lokasi gangguan tidak cepat diketahui.
2.
Pentanahan melalui reaktor (reactor grounding)
Reaktor pengetanahan ini digunakan bila trafo daya tidak cukup membatasi arus
gangguan tanah. Pengetanahan ini digunakan untuk memenuhi persyaratan dari
sistem yang diketanahkan dengan pengetanahan ini, besarnya arus gangguan
ketanah di atas 25% dari arus gangguan 3 fasa
Keuntungannya dengan mengetanahkan trafo daya adalah untuk menekan
tegangan lebih transien, sehingga trafo daya dapat menggunakan isolasi dan tipe
arrester yang lebih kecil dan mengurangi penggunaan metode pengetanahan
dengan reaktor, terutama untuk sistem-sistem di atas 115 kV.
Suatu sistem dapat dikatakan ditanahkan reatansi bila suatu impendansi yang lebih
induktif, disiipkan dalam titik netral trafo (generator) dengan tanah.
Metode ini mempunyai keuntungan dari pentanahan tahanan :
a. Untuk arus gangguan tanah maksimum peralatan reaktor lebih kecil dari resistor.
b. Energi yang disisipkan dalam reaktor lebih kecil.
Dengan ketiga tegangan fasa yang dipasang seimbang arus dari masing-masing
impedansi akan menjadi sama dan saling berbeda fasa 1200 satu sama lainnya.
Secara konsekuen tidak ada perbedaan pontensial antara titik netral dari suplai
trafo tenaga.
3.
Pentanahan efektif (efective grounding)
Pentanahan netral yang sederhana dimana hubungan langsung dibuat antara netral
dengan tanah
Gambar 2. Gangguan fasa T ke tanah pada pentanahan netral langsung
Jika tegangan seimbang, juga kapasitasi fasa ke tanah sama, maka arus-arus
kapasitansi fasa tanah akanmenjadi sama dan saling berbeda fasa 1200satu sama
lainnya. Titik netral dari impedansi adalah pada potensial tanah dan tidak ada arus
yang mengalir antara netral impedansi terhadap netral trafo tenaga.
4.
Pentanahan tanpa impedansi/langsung (solid grounding)
Pentanahan tanpa Impedansi atau langsung. Pentanahan ini ialah apabila titik
netral trafo kita hubungkan langsung ketanah, pada system ini bila terjadi
gangguan kawat ketanah akan mengakibatkan terganggunya kawat dan gangguan
ini harus diisolasi dengan memutus Pemutus daya ( PMT / CB ). Tujuannya untuk
mentanahkan titik netral secara langsung dan membatasi kenaikan tegangan dari
fasa yang tidak terganggu. digunakan pada sistem dengan tegangan 20 kV. Sistem
ini mengandalkan nilai besarnya tahanan pentanahan (makin kecil tahanan
pentanahan
makin
pentanahannya
baik)
yang
dipengaruhi
oleh
bahan
dari
elektroda
Gambar 3. Pentanahan Netral Langsung (Solid)
Kemudian
selain
keempat
system
pentanahan
tersebut
ada
pula
system
pentanahan
lain yaitu:
5.
Sistem Netral Tidak Diketanahkan
Gambar 4. Sistem netral tidak dketanahkan
Arus Ictg yang mengalir dari fasa yang tergangu ketanah, yang mana mendahului
tegangan fasa aslinya kenetral dengan sudut 900. Akan terjadi busur api (arcing)
pada titik ganguan karena induktansi dan kapasitansi dari system. Tengangan fasa
yang sehat akan naik menjadi tegangan line (fasa-fasa) atau 3 kali tegangan fasa,
bahkan sampai 3 kali tegangan fasa.
Pada sistem ini bila terjadi gangguan phasa ke tanah akan selalu mengakibatkan
terganggunya saluran (line outage), yaitu gangguan harus di isolir dengan
membuka pemutus daya. Salah satu tujuan pentanahan titik netral secara langsung
adalah untuk membatasi tegangan dari fasa-fasa yang tidak terganggu bila terjadi
gangguan fasa ke tanah.
Keuntungan :
Tegangan lebih pada phasa-phasa yang tidak terganggu relatif kecil
Kerja pemutus daya untuk melokalisir lokasi gangguan dapat dipermudah,
sehingga letak gangguan cepat diketahui
Sederhana dan murah dari segi pemasangan
Kerugian :
Setiap gangguan phasa ke tanah selalu mengakibatkan terputusnya daya
Arus gangguan ke tanah besar, sehingga akan dapat membahayakan
makhluk hidup didekatnya dan kerusakan peralatan listrik yang dilaluinya
6.
Pentanahan Petersen Coil.
Kumparan petersen biasanya digunakan dalam sistem pentanahan 3 phasa untuk
membatasi arus busur selama terjadinya gangguan tanah. Kumparan ini pertama
dikembangkan oleh W.Petersen pada tahun 1916. Ketika terjadi sebuah gangguan 1
phasa ke tanah pada sistem 3 phasa yang tidak ditanahkan, tegangan dari phasa
yang
terganggu
berkurang
sampai
tegangan
tanah
(0V).
Gangguan
ini
menyebabkan 2 phasa sehat tegangannya meningkat menjadi 3 kali tegangan
semula.
Peningkatan
tegangan
ini
menyebabkan
suatu
aliran
arus
Ic
melaluikapasitansi phasa ke tanah. Arus Ic yang meningkat 3 kali arus kapasitif
normal dan mengalir pada rangkaiannya. Ini menyebabkan pukulan pada lokasi
gangguan yangdikenal dengan busur tanah (arching ground ). Hal ini juga
menyebabkan tegangan berlebih pada sistem.
Pada hakekatnya tujuan dari pentanahan dengan kumparan Petersen adalah untuk
melindungi sistem dari gangguan hubung singkat fasa ke tanah yang sementara
sifatnya (temporary fault), yaitu dengan membuat arus gangguan yang sekecilkecilnya dan pemadaman busur api dapat terjadi dengan sendirinya. Kumparan
Petersen berfungsi untuk memberi arus induksi (IL) yang mengkonpensir arus
gangguan, sehingga arus gangguan itu kecil sekali dan tidak membahayakan
peralatan listrik yang dilaluinya. Arus gangguan ke tanah yang mengalir pada
sistem sedemikian kecilnya sehingga tidak langsung mengerjakan rele gangguan
tanah untuk membuka pemutusnya (PMT) dari bagian yang terganggu. Dengan
demikian kontinuitas penyaluran tenaga listrik tetap berlangsung untuk beberapa
waktu lamanya walaupun sistem dalam keadaan gangguan hubung singkat satu
fasa ke tanah, yang berarti pula dapat memperpanjang umur dari pemutus tenaga
(PMT).
Sebaliknya
sistem
pentanahan
dengan
kumparan
Petersen
ini
mempunyai
kelemahan, yaitu sulit melokalisir gangguan satu fasa ke tanah yang bersifat
permanen dan biasanya memakan waktu yang lama. Gangguan hubung singkat
yang permanen itu dapat mengganggu bagian sistem yang lainnnya. Oleh karena
itu hubung singkat tersebut tetap harus dilokalisir dengan menggunakan rele
hubung singkat ke tanah (Ground fault relay).
Pentanahan titik netral melalui kumparan Petersen mempunyai keuntungan dan
kerugian yaitu :
Keuntungan :
Arus gangguan dapat dibuat kecil sehingga tidak berbahaya bagi mahluk
hidup.
Kerusakan peralatan sistem dimana arus gangguan mengalir dapat dihindari.
Sistem dapat terus beroperasi meskipun terjadi gangguan fasa ke tanah.
Gejala busur api dapat dihilangkan.
Kerugian :
Rele gangguan tanah (ground fault relay) sukar dilaksanakan karena arus
gangguan tanah relatif kecil.
Tidak dapat menghilangkan gangguan fasa ke tanah yang menetap
(permanen) pada sistem.
Operasi kumparan Petersen harus selalu diawasi karena bila ada perubahan
pada sistem, kumparan Petersen harus disetel (tuning) kembali.
Lokasi penerapan tipe pentanahan peterson coil di PT PLN (Persero P3B Region Jawa
Barat Plengan-Lamajan
D.
Metode Pentanahan
Pada sistem Tegangan Menengah sampai dengan 20 kV harus selalu diketanahkan
karena menjaga kemungkinan kegagalan sangat besar oleh tegangan lebih
transient
tinggi yang disebabkan oleh busur tanah (arching ground atau restriking ground
faults). Untuk itu pentanahan yang sesuai dengan kreteria adalah :
• Tahanan Rendah, terutama untuk system yang dipakai mensuplai mesin-mesin
berputar, khususnya pemakaian dalam industri.
• Tahanan Tinggi, dengan tahanan tinggi kerusakan karena arus sangat berkurang.
Pentanahan ini dipilih dengan tujuan :
•
mencegah pemutusan yang tidak direncanakan
•
apabila system sebelumnya dioperasikan tanpa pengetanahan dan tidak ada
rele tanah yang dipasang.
•
apabila pembatasan kerusakan karena arus dan tegangan lebih diinginkan
tetapi tidak dibutuhkan rele tanah yang selektif.
Pentanahan Langsung mempunyai biaya paling rendah dari semua metode
Pentanahan, untuk sistem distribusi saluran udara ( SUTM ) dan sistem yang
disuplai dengan trafo dengan pengaman lebur pada sisi primer perlu memberikan
arus gangguan yang cukup untuk melebur pengaman leburnya. Dalam standart
SPLN no.2 tahun 1978 ditetapkan pengetanahan Jaringan Tegangan Menengah
adalah pengetanahan netral sistem 20 kV beserta pengamannya dengan tahanan
Ditinjau dari
besarnya
tahanan
pentanahan,
sistem pengetanahan
jaringan
menengah dapat diklasifkasikan seperti berikut :
1.
Pentanahan Tahanan rendah 12 Ohm dan arus gangguan tanah maksimum
tiap fasa 1000 A yang dipakai pada saluran kabel atau kabel tanah ( SKTM )
tegangan menengah 20 kV untuk sistem 3 phasa 3 kawat.
Pengetanahan sistem ini dilakukan pada gardu-gardu distribusi dan sambungan
kabel Dipakai PLN wilayah kerja DKI Jaya dan Jabar
Gambar 5. Pentanahan di DKI Jaya dan Jabar
2.
Pentanahan Tahanan rendah 40 Ohm dan arus gangguan tanah maksimum
tiap phasa 300A. yang dipakai pada saluran udara tegangan menengah ( SUTM ) 20
kV untuk sistem 3 phasa 3 kawat.
Pentanahan sistem ini dilakukan pada tiap-tiap tiang dengan tahanan maksimum 20
Ohm. Dipakai PLN wilayah kerja DKI dan Jawa Barat.
Gambar 6. Pentanahan di DKI Jaya dan Jabar
3.
Pentanahan Tahanan tinggi 500 Ohm dan arus gangguan tanah maksimum
tiap phasa 25A. yang dipakai pada saluran udara tegangan menengah 20 kV untuk
system 3 phasa 3 kawat.
Dipakai PLN wilayah kerja Jawa Timur.
Gambar 7. Pentanahan di Jatim
Keunikan dari sistem ini, karena gangguan tanah sangat kecil maksimum 25 A
sehingga bila terjadi persentuhan kawat Tegangan menengah pada jaringan atau
instalasi Tegangan rendah, bila tahanan tanah pada instalasi mak 1 Ohm
( tegangan sentuhnya 1 x 25A = 25 Voll, tidak melebihi tegangan sentuh 50 volt
yang diijinkan). Mengingat rendahnya arus hubung singkat phasa tanah, maka
sebagian besar gangguan yang sifatnya temporer dapat bebas dengan sendirinya
4.
Khusus untuk sistem 3 phasa 4 kawat, pentanahan langsung tanpa impedansi
dengan menggabungkan antara kawat netral dengan grounding pada banyak titik
sepanjang jaringan ( multi grounded common netral ). Dipakai PLN wilayah kerja
Jawa Tengah dan DI Jogjakarta.
Gambar 8. Pentanahan di Jateng dan DIY
Pentanahan pada saluran kabel tegangan menengah dilakukan pada gardu-gardu
distribusi dan sambungan-sambungan kabel dan untuk saluran udara dilakukan
pada tiap-tiap tiang dengan tahanan pentanahan maksimum. 20 ohm. Pentanahan
gardu distribusi dan sambungan sambungan berfungsi sebagai pengaman saja dan
terpisah dari jaringan secara elektrik.
Kreteria pemasangan sistem pengetanahan jaringan distribusi Jaringan Tegangan
Menengah di Indonesia disesuaikan dengan kepadatan beban terpasang pada
masing
masing wilayah sesuai dengan Tabel dibawah. Sedang untuk pentanahan Jaringan
Tegangan Rendah, pada saluran udara tegangan rendah pada setiap jarak tertentu
seperti pada gambar berikut :
Gambar 9. Jaringan Tegangan Rendah
Gambar 10. Tabel Sistem pengetanahan jaringan distribusi di Indonesia
A.
Pendahuluan
Sistem pentanahan pada jaringan distribusi digunakan sebagai pengaman langsung
terhadap peralatan dan manusia bila terjadinya gangguan tanah atau kebocoran
arus akibat kegagalan isolasi dan tegangan lebih pada peralatan jaringan distribusi.
Petir dapat menghasilkan arus gangguan dan juga tegangan lebih dimana
gangguan tersebut dapat dialirkan ke tanah dengan menggunakan sistem
pentanahan.
Sistem pentanahan adalah suatu tindakan pengamanan dalam jaringan distribusi
yang
langsung
rangkaiannya
ditanahkan
dengan
cara
mentanahkan
badan
peralatan instalasi yang diamankan, sehingga bila terjadi kegagalan isolasi,
terhambatlah atau bertahannya tegangan sistem karena terputusnya arus oleh alatalat pengaman tersebut. Agar sistem pentanahan dapat bekerja secara efektif,
harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :
1. Membuat jalur impedansi rendah ketanah untuk pengamanan peralatan
menggunakan rangkaian yang efektif.
2. Dapat melawan dan menyebarkan gangguan berulang dan arus akibat surja
hubung (surge current)
3. Menggunakan bahan tahan terhadap korosi terhadap berbagai kondisi kimiawi
tanah.
4. Untuk meyakinkan kontiniutas penampilan sepanjang umur peralatan yang
dilindungi.
5. Menggunakan sistem mekanik yang kuat namun mudah dalam pelayanannya.
B.
Fungsi Pentanahan
Secara umum fungsi dari sistem pentanahan dan grounding pengaman adalah
sebagai berikut :
1.
Mencegah terjadinya perbedaan potensial antara bagian tertentu dari
instalasi secara aman.
2.
Mengalirkan arus gangguan ke tanah sehingga aman bagi manusia dan
peralatan.
3.
Mencegah
tegangan kejut.
timbul
bahaya
sentuh
tidak
langsung
yang
menyebabkan
4.
Melindungi peralatan / saluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan oleh
adanya ganguan fasa ke tanah
5.
Melindungi
peralatan
/
saluran
dari
bahaya
kerusakan
isolasi
yang
diakibatkan oleh tegangan lebih
6.
Untuk keperluan proteksi jaringan
7.
Melindungi makhluk hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
8.
Melindungi mahluk hidup dari tegangan sentuh
9.
Melindungi peralatan dari tegangan lebih
C.
Tipe Pentanahan
Pemilihan tipe pentanahan tergantung dari : segi praktis, menjaga kontunitas
sistem, memperkecil gangguan yang lebih besar, dan kompromi keseimbangan
antara
arus dan tegangan. Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan tipe pentanahan.
harus diperhatikan dalam pemilihan tipe pentanahan dari suatu sistem tenaga,
ialah :
• Selektivitas dan sensitivitas dari rele gangguan tanah.
• Pembatasan besar arus gangguan tanah.
• Tingkat pengamanan terhadap tegangan surja dengan arester.
• Pembatasan tegangan lebih transien.
Faktor di atas mempunyai pengaruh yang besar terhadap ke ekonomisan sistem,
perencanaan serta tata letak dari sistem dan kontinuitas pelayanan.
Tipe pentanahan netral dari sistem-sistem tenaga adalah :
• Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding)
• Pentanahan melalui reaktor (reactor grounding)
• Pentanahan tanpa impedansi/langsung (solid grounding)
• Pentanahan efektif (efective grounding),
1.
Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding)
Sistem pengetanahan melalui tahanan pernah diterapkan pada sistem 230 kV.
Sistem ini mempunyai tegangan lebih transien yang disebabkan oleh pemutusan
relatif rendah. Maksud pengetanahan ini adalah untuk membatasi arus gangguan
ke tanah antara 10% sampai 25% dari arus gangguan 3 fasa.
Batas yang paling bawah adalah batas minimum untuk dapat bekerjanya rele
gangguan tanah, sedangkan batas atas adalah untuk membatasi banyaknya panas
yang hilang pada waktu terjadi gangguan. Sistem pengetanahan melalui tahanan ini
sekarang jarang digunakan pada jaringan transmisi tetapi dipakai pada sistem
distribusi, sebagai gantinya adalah penggunaan reactor.
Untuk membatasi arus gangguan tanah, alat pembatas arus dipasang antara titik
netral dengan tanah. Salah satu dari pembatas arus ini adalah tahanan dan tahanan
ada dua yaitu metalik dan cair (liquid).
Besar dan hubungan fasa arus gangguan Iftg tergantung pada-pada harga reaktansi
urutan nol dari sumber daya dan harga tahanan dan pentanahan.
Arus gangguan dapat dipecah menjadi dua komponen yaitu yang safasa dengan
tengangan ke netral dari fasa terganggu yang lain ke tinggalan 900
Komponen yang ketinggalan dari arus gangguan Iftg dalam, fasanya akan
berlawanan arah dengan arus kapasitip Ictg pada lokasi gangguan.
Dengan pemelihan harga tahanan pentanahan yang sesuai, komponen yang
logging dari arua gangguan dapat dibuat sama atau lebih besar dari arus kapasitif
sehingga tidak ada oscilasi transien karena dapat terjadi busur api.
Gambar 1. Fasa Tegangan Tanah pada Pentanahan Netral dengan Tahanan
Jika harga tahanan pentanahan tinggi sehingga komponen logging dari arus
gangguan kurang dari arus kasitif, maka kondisi sistem akan mendekati sistem
netral yang tidak ditanahkan dengan resiko terjadinya tegangan lebih.
Pentanahan titik netral melalui tahanan
keuntungan dan kerugian yaitu :
Keuntungan :
(resistance
grounding) mempunyai
•
Besar arus gangguan tanah dapat diperkecil
•
Bahaya gradient voltage lebih kecil karena arus gangguan tanah kecil.
•
Mengurangi
kerusakan
peralatan
listrik
akibat
arus
gangguan
yang
melaluinya.
Kerugian :
•
Timbulnya rugi-rugi daya pada tahanan pentanahan selama terjadinya
gangguan fasa ke tanah.
•
Karena arus gangguan ke tanah relatif kecil, kepekaan rele pengaman
menjadi berkurang dan lokasi gangguan tidak cepat diketahui.
2.
Pentanahan melalui reaktor (reactor grounding)
Reaktor pengetanahan ini digunakan bila trafo daya tidak cukup membatasi arus
gangguan tanah. Pengetanahan ini digunakan untuk memenuhi persyaratan dari
sistem yang diketanahkan dengan pengetanahan ini, besarnya arus gangguan
ketanah di atas 25% dari arus gangguan 3 fasa
Keuntungannya dengan mengetanahkan trafo daya adalah untuk menekan
tegangan lebih transien, sehingga trafo daya dapat menggunakan isolasi dan tipe
arrester yang lebih kecil dan mengurangi penggunaan metode pengetanahan
dengan reaktor, terutama untuk sistem-sistem di atas 115 kV.
Suatu sistem dapat dikatakan ditanahkan reatansi bila suatu impendansi yang lebih
induktif, disiipkan dalam titik netral trafo (generator) dengan tanah.
Metode ini mempunyai keuntungan dari pentanahan tahanan :
a. Untuk arus gangguan tanah maksimum peralatan reaktor lebih kecil dari resistor.
b. Energi yang disisipkan dalam reaktor lebih kecil.
Dengan ketiga tegangan fasa yang dipasang seimbang arus dari masing-masing
impedansi akan menjadi sama dan saling berbeda fasa 1200 satu sama lainnya.
Secara konsekuen tidak ada perbedaan pontensial antara titik netral dari suplai
trafo tenaga.
3.
Pentanahan efektif (efective grounding)
Pentanahan netral yang sederhana dimana hubungan langsung dibuat antara netral
dengan tanah
Gambar 2. Gangguan fasa T ke tanah pada pentanahan netral langsung
Jika tegangan seimbang, juga kapasitasi fasa ke tanah sama, maka arus-arus
kapasitansi fasa tanah akanmenjadi sama dan saling berbeda fasa 1200satu sama
lainnya. Titik netral dari impedansi adalah pada potensial tanah dan tidak ada arus
yang mengalir antara netral impedansi terhadap netral trafo tenaga.
4.
Pentanahan tanpa impedansi/langsung (solid grounding)
Pentanahan tanpa Impedansi atau langsung. Pentanahan ini ialah apabila titik
netral trafo kita hubungkan langsung ketanah, pada system ini bila terjadi
gangguan kawat ketanah akan mengakibatkan terganggunya kawat dan gangguan
ini harus diisolasi dengan memutus Pemutus daya ( PMT / CB ). Tujuannya untuk
mentanahkan titik netral secara langsung dan membatasi kenaikan tegangan dari
fasa yang tidak terganggu. digunakan pada sistem dengan tegangan 20 kV. Sistem
ini mengandalkan nilai besarnya tahanan pentanahan (makin kecil tahanan
pentanahan
makin
pentanahannya
baik)
yang
dipengaruhi
oleh
bahan
dari
elektroda
Gambar 3. Pentanahan Netral Langsung (Solid)
Kemudian
selain
keempat
system
pentanahan
tersebut
ada
pula
system
pentanahan
lain yaitu:
5.
Sistem Netral Tidak Diketanahkan
Gambar 4. Sistem netral tidak dketanahkan
Arus Ictg yang mengalir dari fasa yang tergangu ketanah, yang mana mendahului
tegangan fasa aslinya kenetral dengan sudut 900. Akan terjadi busur api (arcing)
pada titik ganguan karena induktansi dan kapasitansi dari system. Tengangan fasa
yang sehat akan naik menjadi tegangan line (fasa-fasa) atau 3 kali tegangan fasa,
bahkan sampai 3 kali tegangan fasa.
Pada sistem ini bila terjadi gangguan phasa ke tanah akan selalu mengakibatkan
terganggunya saluran (line outage), yaitu gangguan harus di isolir dengan
membuka pemutus daya. Salah satu tujuan pentanahan titik netral secara langsung
adalah untuk membatasi tegangan dari fasa-fasa yang tidak terganggu bila terjadi
gangguan fasa ke tanah.
Keuntungan :
Tegangan lebih pada phasa-phasa yang tidak terganggu relatif kecil
Kerja pemutus daya untuk melokalisir lokasi gangguan dapat dipermudah,
sehingga letak gangguan cepat diketahui
Sederhana dan murah dari segi pemasangan
Kerugian :
Setiap gangguan phasa ke tanah selalu mengakibatkan terputusnya daya
Arus gangguan ke tanah besar, sehingga akan dapat membahayakan
makhluk hidup didekatnya dan kerusakan peralatan listrik yang dilaluinya
6.
Pentanahan Petersen Coil.
Kumparan petersen biasanya digunakan dalam sistem pentanahan 3 phasa untuk
membatasi arus busur selama terjadinya gangguan tanah. Kumparan ini pertama
dikembangkan oleh W.Petersen pada tahun 1916. Ketika terjadi sebuah gangguan 1
phasa ke tanah pada sistem 3 phasa yang tidak ditanahkan, tegangan dari phasa
yang
terganggu
berkurang
sampai
tegangan
tanah
(0V).
Gangguan
ini
menyebabkan 2 phasa sehat tegangannya meningkat menjadi 3 kali tegangan
semula.
Peningkatan
tegangan
ini
menyebabkan
suatu
aliran
arus
Ic
melaluikapasitansi phasa ke tanah. Arus Ic yang meningkat 3 kali arus kapasitif
normal dan mengalir pada rangkaiannya. Ini menyebabkan pukulan pada lokasi
gangguan yangdikenal dengan busur tanah (arching ground ). Hal ini juga
menyebabkan tegangan berlebih pada sistem.
Pada hakekatnya tujuan dari pentanahan dengan kumparan Petersen adalah untuk
melindungi sistem dari gangguan hubung singkat fasa ke tanah yang sementara
sifatnya (temporary fault), yaitu dengan membuat arus gangguan yang sekecilkecilnya dan pemadaman busur api dapat terjadi dengan sendirinya. Kumparan
Petersen berfungsi untuk memberi arus induksi (IL) yang mengkonpensir arus
gangguan, sehingga arus gangguan itu kecil sekali dan tidak membahayakan
peralatan listrik yang dilaluinya. Arus gangguan ke tanah yang mengalir pada
sistem sedemikian kecilnya sehingga tidak langsung mengerjakan rele gangguan
tanah untuk membuka pemutusnya (PMT) dari bagian yang terganggu. Dengan
demikian kontinuitas penyaluran tenaga listrik tetap berlangsung untuk beberapa
waktu lamanya walaupun sistem dalam keadaan gangguan hubung singkat satu
fasa ke tanah, yang berarti pula dapat memperpanjang umur dari pemutus tenaga
(PMT).
Sebaliknya
sistem
pentanahan
dengan
kumparan
Petersen
ini
mempunyai
kelemahan, yaitu sulit melokalisir gangguan satu fasa ke tanah yang bersifat
permanen dan biasanya memakan waktu yang lama. Gangguan hubung singkat
yang permanen itu dapat mengganggu bagian sistem yang lainnnya. Oleh karena
itu hubung singkat tersebut tetap harus dilokalisir dengan menggunakan rele
hubung singkat ke tanah (Ground fault relay).
Pentanahan titik netral melalui kumparan Petersen mempunyai keuntungan dan
kerugian yaitu :
Keuntungan :
Arus gangguan dapat dibuat kecil sehingga tidak berbahaya bagi mahluk
hidup.
Kerusakan peralatan sistem dimana arus gangguan mengalir dapat dihindari.
Sistem dapat terus beroperasi meskipun terjadi gangguan fasa ke tanah.
Gejala busur api dapat dihilangkan.
Kerugian :
Rele gangguan tanah (ground fault relay) sukar dilaksanakan karena arus
gangguan tanah relatif kecil.
Tidak dapat menghilangkan gangguan fasa ke tanah yang menetap
(permanen) pada sistem.
Operasi kumparan Petersen harus selalu diawasi karena bila ada perubahan
pada sistem, kumparan Petersen harus disetel (tuning) kembali.
Lokasi penerapan tipe pentanahan peterson coil di PT PLN (Persero P3B Region Jawa
Barat Plengan-Lamajan
D.
Metode Pentanahan
Pada sistem Tegangan Menengah sampai dengan 20 kV harus selalu diketanahkan
karena menjaga kemungkinan kegagalan sangat besar oleh tegangan lebih
transient
tinggi yang disebabkan oleh busur tanah (arching ground atau restriking ground
faults). Untuk itu pentanahan yang sesuai dengan kreteria adalah :
• Tahanan Rendah, terutama untuk system yang dipakai mensuplai mesin-mesin
berputar, khususnya pemakaian dalam industri.
• Tahanan Tinggi, dengan tahanan tinggi kerusakan karena arus sangat berkurang.
Pentanahan ini dipilih dengan tujuan :
•
mencegah pemutusan yang tidak direncanakan
•
apabila system sebelumnya dioperasikan tanpa pengetanahan dan tidak ada
rele tanah yang dipasang.
•
apabila pembatasan kerusakan karena arus dan tegangan lebih diinginkan
tetapi tidak dibutuhkan rele tanah yang selektif.
Pentanahan Langsung mempunyai biaya paling rendah dari semua metode
Pentanahan, untuk sistem distribusi saluran udara ( SUTM ) dan sistem yang
disuplai dengan trafo dengan pengaman lebur pada sisi primer perlu memberikan
arus gangguan yang cukup untuk melebur pengaman leburnya. Dalam standart
SPLN no.2 tahun 1978 ditetapkan pengetanahan Jaringan Tegangan Menengah
adalah pengetanahan netral sistem 20 kV beserta pengamannya dengan tahanan
Ditinjau dari
besarnya
tahanan
pentanahan,
sistem pengetanahan
jaringan
menengah dapat diklasifkasikan seperti berikut :
1.
Pentanahan Tahanan rendah 12 Ohm dan arus gangguan tanah maksimum
tiap fasa 1000 A yang dipakai pada saluran kabel atau kabel tanah ( SKTM )
tegangan menengah 20 kV untuk sistem 3 phasa 3 kawat.
Pengetanahan sistem ini dilakukan pada gardu-gardu distribusi dan sambungan
kabel Dipakai PLN wilayah kerja DKI Jaya dan Jabar
Gambar 5. Pentanahan di DKI Jaya dan Jabar
2.
Pentanahan Tahanan rendah 40 Ohm dan arus gangguan tanah maksimum
tiap phasa 300A. yang dipakai pada saluran udara tegangan menengah ( SUTM ) 20
kV untuk sistem 3 phasa 3 kawat.
Pentanahan sistem ini dilakukan pada tiap-tiap tiang dengan tahanan maksimum 20
Ohm. Dipakai PLN wilayah kerja DKI dan Jawa Barat.
Gambar 6. Pentanahan di DKI Jaya dan Jabar
3.
Pentanahan Tahanan tinggi 500 Ohm dan arus gangguan tanah maksimum
tiap phasa 25A. yang dipakai pada saluran udara tegangan menengah 20 kV untuk
system 3 phasa 3 kawat.
Dipakai PLN wilayah kerja Jawa Timur.
Gambar 7. Pentanahan di Jatim
Keunikan dari sistem ini, karena gangguan tanah sangat kecil maksimum 25 A
sehingga bila terjadi persentuhan kawat Tegangan menengah pada jaringan atau
instalasi Tegangan rendah, bila tahanan tanah pada instalasi mak 1 Ohm
( tegangan sentuhnya 1 x 25A = 25 Voll, tidak melebihi tegangan sentuh 50 volt
yang diijinkan). Mengingat rendahnya arus hubung singkat phasa tanah, maka
sebagian besar gangguan yang sifatnya temporer dapat bebas dengan sendirinya
4.
Khusus untuk sistem 3 phasa 4 kawat, pentanahan langsung tanpa impedansi
dengan menggabungkan antara kawat netral dengan grounding pada banyak titik
sepanjang jaringan ( multi grounded common netral ). Dipakai PLN wilayah kerja
Jawa Tengah dan DI Jogjakarta.
Gambar 8. Pentanahan di Jateng dan DIY
Pentanahan pada saluran kabel tegangan menengah dilakukan pada gardu-gardu
distribusi dan sambungan-sambungan kabel dan untuk saluran udara dilakukan
pada tiap-tiap tiang dengan tahanan pentanahan maksimum. 20 ohm. Pentanahan
gardu distribusi dan sambungan sambungan berfungsi sebagai pengaman saja dan
terpisah dari jaringan secara elektrik.
Kreteria pemasangan sistem pengetanahan jaringan distribusi Jaringan Tegangan
Menengah di Indonesia disesuaikan dengan kepadatan beban terpasang pada
masing
masing wilayah sesuai dengan Tabel dibawah. Sedang untuk pentanahan Jaringan
Tegangan Rendah, pada saluran udara tegangan rendah pada setiap jarak tertentu
seperti pada gambar berikut :
Gambar 9. Jaringan Tegangan Rendah
Gambar 10. Tabel Sistem pengetanahan jaringan distribusi di Indonesia