View of ANALISIS PENGARUH GEOTEKSTIL PADA PEMBUMIAN PLTMG TANJUNG SELOR 15 MW
Sinusoida Vol. XX No. 2, April 2018 Program Studi Teknik Elektro - ISTN
ISSN 1411 - 4593
ANALISIS PENGARUH GEOTEKSTIL PADA PEMBUMIAN PLTMG TANJUNG SELOR 15 MW
Mohammad Amir dan Ari Suryani Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri Institut Sains dan Teknologi Nasional
ABSTRAK
Pada pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Gas (PLTMG) di Tanjung Selor dengan kapasitas 15 MW, dilakukan perhitungan ulang perancangan sistem pembumiannya karena pihak perencana sipil menggunakan geotekstil sebagai bahan perkuatan tanah. Geotekstil yang bersifat isolator listrik dan tanah timbunan yang memiliki struktur lebih padat, membuat resistivitas tanahnya menjadi lebih tinggi.Hal itu membuat sistem pembumiannya tetap menggunakan tanah asli sebagai media, namun elektrode ditanam lebih dalam.Dari hasil perhitungan ulang sistem pembumian, didapatkan tahanani lebih kecil dari sebelumnya yaitu 0,474 Ohm.
Kata Kunci : Sistem Pembumian, Geotekstil, Resistivitas tanah.
ABSTRACT
In the construction of a PLTMG in Tanjung Selor with a capacity of 15 MW, the re- calculation of the grounding system is planned since the civil planners use geotextiles as a soil reinforcement material. Geotextiles that are electrical insulators and soil deposits that have more dense structures, make the soil resistivity becomes higher. It keeps the grounding system in the original soil as a medium, but the electrode is planted deeper. From the recalculation of the grounding system, the resistance obtained is smaller than the previous 0.474 Ohm. Keywords: Grounding System, Geotextile, Soil Resistivity.
Sinusoida Vol. XX No. 2, April 2018 Program Studi Teknik Elektro - ISTN
ISSN 1411 - 4593 Pendahuluan dari sistem grid dan sistem rod 1.
adalah sebagai berikut: Pada sistem pembumian
a. Sistem Grid PLTMG Tanjung Selor 15 MW
Sistem pembumian dilakukan penghitungan ulang
grid dilakukan dengan cara
karena pihak konstruksi sipil menanamkan batang- mengubah desain konstruksi batang elektrode tersebut gedung. Pihak perencana sipil terhubung satu dengan menambahkan geotekstil sebagai yang lainnya penguatan fondasi. Hal ini menggunakan konduktor, dilakukan karena kondisi tanah sehingga membentuk yang terlalu basah dan lunak beberapa buah mesh. sehingga tanah tersebut tidak cukup kuatuntuk dijadikan b. Sistem Rod fondasi.
Pembumian rod atau batang adalah sistem yang Penambahan penggunaan menggunakan elektrode geotekstil ini kemungkinan akan berbentuk batang, dapat memengaruhi hasil perhitungan berupa pipa logam, batang dari sistem pembumiannya. Data logam bulat pejal (atau tahanan jenis tanah didapatkan
copper rod, copper weld
dengan menggunakan metode
steel rod) yang
pengukuran geolistrik tahanan dipancangkan tegak lurus jeniskonfigurasi Schlumberger. kedalam tanah. Untuk
Berdasarkan datadari kondisi di memperoleh nilai tahanan lapangan, diharapkan terdapat pentanahan yang lebih kecil, perbedaan setelah digunakan biasanya elektrode ini geotekstil pada permukaan tanah dipasang secara paralel agar dapat dianalisis. dengan beberapa elektrode batang lainnya. Jarak
Konsep Dasar Pembumian 2.
penanaman yang efektif antara dua elektrode adalah Pembumian merupakan dua kali panjang elektrode suatu mekanisme dimana daya batang yang ditanam. listrik dihubungkan langsung dengan tanah (bumi). Sedangkan
Nilai tahanan tanah untuk sistem pembumian merupakan gardu induk dan stasiun suatu sistem yang terpenting pembangkit biasanya kurang dalam sistem tenaga listrik guna dari 1 Ohm. Sedangkan untuk mengamankan terhadap adanya gardu induk jaringan distribusi gangguan dari dalam maupun rendah biasanya harga tahanan luar. tanah bernilai 1 sampai 5 Ohm tergantung pada keadaan sekitar.
Sistempembumian ini Berdasarkan Persyaratan Umum memiliki dua jenis pemasangan Instalasi Listrik (PUIL) 2000, penghantar diantaranya sistem tahanan pembumian total
grid (horizontal) dan sistem rod
seluruh sistem tidak boleh lebih (vertikal). Adapun penjelasan dari 5 Ohm. Untuk daerah yang
Sinusoida Vol. XX No. 2, April 2018 Program Studi Teknik Elektro - ISTN
ISSN 1411 - 4593
memiliki tahanan tinggi, untuk mempelajari variasi pembumian total seluruh sistem resistivitas batuan di bawah tidak boleh lebih dari 10 Ohm. permukaan bumi secara vertikal (Telford, et al., 1990).
Metode Geolistrik Tahanan 3. Jenis Tahapan Perancangan Sistem 4.
Geolistrik merupakan
Pembumian
salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di Menurut IEEE-80 tahun dalam bumi dan bagaimana cara 2000, tahapan perancangan mendeteksinya di permukaan sistem pembumian terdiri dari 8 bumi. Dalam hal ini meliputi langkah. Gambar 2.9 merupakan pengukuran potensial, arus dan diagram alir prosedur medan elektromagnetik yang perancangan dengan penjelasan terjadi baik secara alamiah sebagai berikut: ataupun akibat injeksi arus ke dalam bumi.
Pada metode geolistrik tahanan jenis ini, arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua elektrode arus. Kemudian beda potensial yang terjadi diukur melalui dua elektrode potensial. Dari hasil pengukuran arus dan beda potensial untuk setiap jarak elektrode yang berbeda kemudian dapat diturunkan variasi harga hambatan jenis masing-masing lapisan dibawah titik ukur.
Metode resistivitas konfigurasi Schlumberger
Gambar 4.1 dilakukan dengan caraDiagram Alir Tahapan mengkondisikan spasi Perancangan Sistem Pembumian antarelektrode potensial adalah tetap sedangkan spasi antarelektrode arus berubah
Mencari Data Lapangan a. secara bertahap (Sheriff, 2002).
Pengukuran resistivitas Menghitung Ukuran b. pada arah vertikal atau Vertical
Penghantar
Electrical Sounding (VES)
merupakan salah satu metode Hubungan arus geolistrik resistivitas untuk gangguan dengan luas menentukan perubahan penampang elektrode resistivitas tanah terhadap yaitu: kedalaman yang bertujuan
Total panjang elektrode mendatar dapat dihitung melalui persamaan: L c = L
Program Studi Teknik Elektro - ISTN Sinusoida Vol. XX No. 2, April 2018
- – k
(IEEE Std-80-2000) Nilai tahanan pembumian tegak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
2 ]
ଵ ξ
) +
ଶ ᇱ
[In (
1 = ఘ గ
(IEEE Std-80-2000) Nilai tahanan pembumian mendatar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: R
ோଵ ோଶିோ; ோଵାோଶିଶோ
Tahanan pembumian total dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini: R g =
Sedangkan untuk total panjang elektrode pembumian tegak adalah: L R = L r x n r d. Menghitung Tahanan Pembumian
1 n + L 2 m
Pembumian Grid Untuk menghitung total dari keseluruhan elektrode pembumian dengan menggunakan persamaan berikut: L T = L c + L R
A=
Gambar 2.11 Tata Letak Sistem
(IEEE Std-80-2000) c. Menetapkan Rancangan Awal
ሻ ଶ୦ୱାǡଽ
ǡଽ ሺ ଵି ಙ ಙ౩
dilakukan perhitungan melalui persamaan dibawah ini: C s = 1 -
s
(IEEE Std-80-2000) Untuk mendapatkan nilai faktor reduksi C
ǡଵହ ξ୲ୱ
(IEEE Std-80-2000) E langkah70 = (1000 + 6 Cs ρs)
ǡଵହ ξ୲ୱ
(IEEE Std.80-2000) Persamaan tegangan sentuh dan langkah maksimum setelah memperhitungkan faktor reduksi dan arus minimum dengan mempertimbangkan berat rata rata orang dewasa sebesar 70 kg adalah: E sentuh70 = (1000 + 1,5 Csρs)
ሻ
ሻ୍୬ሺ ేశౣ ేశ
ூ ටሺ ిఽౌ ౮ భబషర ౪ౙ ಉ౨ ಙ౨
ISSN 1411 - 4593
- ଶଵ ξ
- – k 2 + 1] (IEEE Std-80-2000) e.
ଵ ଶ
G
. R
g
(IEEE Std-80-2000) g. Menghitung Tegangan
Mesh dan Tegangan
Langkah Tegangan mesh adalah tegangan sentuh maksimum yang terjadi antara elektrode pembumian mendatar, yang dapat dihitung dengan persamaan berikut: E mesh =
Ǥ ୍ୋ Ǥ ୫ Ǥ ୧ ୡ ା ଵǡହହାଵǡଶଶ ቌ ై౨ ටై౮మశ ై౯మ
ቍ Ǥ ୖ
(IEEE Std-80-2000) Nilai faktor ruang dan koreksi dapat didapatkan dengan menggunakan persamaan: K i = 0,644 + 0,148 n (IEEE Std-80-2000) Sedangkan untuk Km dihitung melalui persamaan: K m =
ሾ
Menghitung Kenaikan Potensial Bumi
ୈ మ
ଵ ୦ୢ
మ ଼ ୈୢ
] +
୧୧ ୦
In [
଼ ሺ ଶ୬ିଵሻ
] (IEEE Std-80-2000)
Program Studi Teknik Elektro - ISTN Sinusoida Vol. XX No. 2, April 2018
Kenaikan potensial bumi akibat mengalirnya arus grid pada sistem yang dibumikan, dan besarnya dihitung menggunakan persamaan: GPR = I
ሻ (IEEE Std-80-2000) f.
ISSN 1411 - 4593
ଶ
R
2 = ఘ ଶగ ோ
[ In (
ସ ோ
) – 1
( ξ݊ݎ െ ͳሻ; ]
(IEEE Std-80-2000) Nilai tahanan pembumian antara mendatar dengan tegak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: R m =
ఘ గ
[In (
) +
షమ౪
ଵ ξ
Menghitung Arus Grid Maksimum
Arus grid maksimum dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
I G = D f x I g (IEEE Std-80-2000)
Nilai dari faktor pelemahan dapat menggunakan persamaan: D
f
= ටͳ
ୟ ୲
ሺ ͳ െ
- ሺୈ ା ଶ୦ሻ
- ୦ ସ ୢ
ISSN 1411 - 4593
Untuk K ii dan K h dihitung dengan persamaan berikut:
ଵ
K =
ii మ
ሺଶ୬ሻ
Gambar 5.1 (IEEE Std-80-2000)
Aplikasi Geotekstil pada PLTMG Tanjung Selor
୦
K =
h
ටͳ
୦୭
Gambar di atas (IEEE Std-80-2000) menunjukkan ilustrasi dari pemasangan geotekstil pada
Jika berlanjut ke PLTMG Tanjung perhitungan tegangan Selor.Geotekstil terdiri dari 3 langkah, menggunakan lapis yang disisipi tanah persamaan di bawah ini: timbunan setebal 2 meter dan ditutup dengan tanah timbunan
ሾሺୱ Ǥ ୧ Ǥ Ǥ ୍ୋሻሿ
E s =
ሾǡହ Ǥ ୡ ା ǡ଼ହ Ǥ ୖሿ terakhir setinggi 0.5 meter. Jadi
total tinggi geotekstil dan tanah (IEEE Std-80-2000) timbunan diatas tanah asli adalah 4.5 meter.
Nilai Ks dapat dihitung Berdasarkan penjabaran di dengan persamaan: atas, telah dijelaskan bahwa
ଵ ଵ ଵ
geotekstil itu terbuat dari bahan
- K = + [
s ଶ୦ ୈା୦
polimer sintetik.Contoh paling
షమ ଵି ǡହ
( ) ] dekat dari polimer yang ada di
ୈ
sekitar manusia adalah plastik (IEEE Std-80-2000) dan DNA.Plastik adalah salah satu bahan yang dikategorikan
Geotekstil sebagai Isolator 5.
sebagai isolator listrik.Isolator
Listrik
listrik merupakan bahan yang tidak bisa atau sulit melakukan PLTMG Tanjung Selor 15 perpindahan muatan
MW dibangun di atas tanah listrik.Isolator juga berfungsi
2
seluas 12.800 meter dengan untuk memisahkan bagian- panjang dan lebar 160 x 80 bagian yang bertegangan. meter.Jenis geotekstil yang digunakan pada PLTMG
Perhitungan Perancangan 6.
Tanjung Selor adalah
Sistem Pembumian
teranyam.Penggunaan geotekstil ini dipilih berdasarkan Berdasarkan diagram alir tahap perancangan sistem keunggulan jenis teranyam yang pembumian pada gambar 4.1, mempunyai tensile strength
(kuat tarik) yang lebih tinggi perhitungansecara detail dibandingkan dengan jenis yang dijelaskan melalui 8 tahap tidak teranyam. dibawah ini. a.
Mencari Data Lapangan Nilai rata-rata resistivitas tanahnya adalah 59,6 Ohm.Daerah yang ingin dilindungi adalah daerah penempatan
Total panjang elektrode
ሻ ଶ୦ୱାǡଽ
= 0.70 Maka tegangan sentuh dan langkahnya adalah: E sentuh70 =(1000 + 1,5 Cs ρs)
ǡଵହ ξ୲ୱ
= 326,25 Volt E langkah70 = (1000 + 6 Cs ρs)
ǡଵହ ξ୲ୱ
= 1035 Volt d. Menetapkan Rancangan Awal
gridmenghasilkan
= 1 -
panjang sebesar: Lc = L1 n + L2 m = 1700 meter
Untuk elektrode batang dirancang sepanjang 6 meter (L r ) dengan jumlah elektrode sebanyak 289 batang (n
r ).
Panjang total elektrode batangnyaadalah: LR = Lr x nr = 6 x 289 = 1734 meter
Total panjang elektrode (L T ) diperoleh dengan menjumlahkan panjang elektrode grid dan batang menggunakan persamaan 2.17 menjadi: LT = LC + LR = 3434 meter
Program Studi Teknik Elektro - ISTN Sinusoida Vol. XX No. 2, April 2018
ISSN 1411 - 4593
ǡଽ ሺ ଵି ಙ ಙ౩
s
power house, tangki, panel
C
listrik, transformator dan EDG.Luas daerah yang dilindungi adalah 50 m x 50 m atau 2500 m
2 .
b.
Menghitung Ukuran Penghantar
Jenis elektrode yang diajukan pada proyek ini adalah tembaga. Menggunakan persamaan dibawah ini didapatkan nilai luas elektrode sebesar: A=
୍ ට൬ ిఽౌ ౮ భబషర ౪ౙ ಉ౨ ಙ౨
൰୍୬ቀ ేశౣ ేశ
ቁ
2 Standar dari PLN
= 111,63 mm
menentukan bahwa luas penampang yang digunakan minimal sebesar 300mm
2. Dengan
luas penampang ini, maka diameter yang diperlukan dapat dihitung melalui persamaan: L =
ଵ ସ
π d
2
d = 19,55 mm ≈ 0,02 m c.
Menghitung Tegangan Sentuh dan Langkah Maksimum
- – k
h.
= ͲǡͶͶ Ohm
Nilai tahanan pembumian ini masuk dalam kriteria standar tahanan pembumian berdasarkan IEEE-Std- 80-2000 dan PUIL 2010 untuk gardu induk dan pembangkit sebesar 1 Ohm atau kurang.
f.
Menghitung Arus Grid Maksimum
Hasil perhitungan arus grid maksimum adalah:
I G = D f x I g = 18180 A g.
Menghitung Kenaikan Potensial Bumi
Nilai kenaikan potensial bumi atau GPR diperoleh: GPR = I G . R g = 8617,32 Volt
Nilai GPR di atas lebih besar dari nilai tengangan sentuhnya, maka perlu dilakukan perhitungan tegangan
mesh dan tegangan
langkah yang dijabarkan pada perhitungan dibawah ini.
Menghitung Tegangan
ͲǡͶͷͺ Ohm Perhitungan tahanan pembumian total adalah: R g =
Mesh dan Tegangan
Langkah Untuk menghitung tegangan meshadalah:
E
mesh
=
Ǥ ୍ୋ Ǥ ୫ Ǥ ୧ ୡ ା ଵǡହହାଵǡଶଶ ቌ ై౨ ටై౮మశ ై౯మ
ቍ Ǥ ୰
= ͻͷǡʹʹ Volt
Nilai tegangan
mesh ternyata lebih kecil
dari tegangan sentuh yang diizinkan, sehingga dapat berlanjut ke perhitungan tegangan
Program Studi Teknik Elektro - ISTN Sinusoida Vol. XX No. 2, April 2018
ோଵ ோଶିோ; ோଵାோଶିଶோ
ଵ ξ
ISSN 1411 - 4593
=
e.
Menghitung Tahanan Pembumian
Perhitungan tahanan pembumian mendatar mendapatkan nilai: R
1 = ఘ గ
[In (
ଶ ᇱ
) +
ଵ ξ
2 ]
= ͲǡͶ Ohm
Perhitungan tahanan pembumian tegak mendapatkan nilai: R
2
ఘ ଶగ ோ
) +
[In(
ସ ோ
)–1+
ଶଵ ξ
( ξ݊ݎ െ ͳሻ; ]
= ͲǡͲͲͳͷ Ohm
Perhitungan tahanan pembumian diantara mendatar dan tegak mendapatkan nilai: R
m
=
ఘ గ
[ In (
ଶ
- – k 2 + 1] =
Sinusoida Vol. XX No. 2, April 2018 Program Studi Teknik Elektro - ISTN
ISSN 1411 - 4593
langkah.Nilai tegangan tanah asli karena memiliki nilai langkah sebagai berikut: resistivitas yang lebih kecil. Hal itu juga menyebabkan nilai
ሾሺୱ Ǥ ୧ Ǥ Ǥ ୍ୋሻሿ
resistivitas tanahnya tidak E =
s ሾǡହ Ǥ ୡ ା ǡ଼ହ Ǥ ୖሿ berubah.
Dengan kondisi tinggi = 212,992 Volt tanah timbunan 4.5 meter, maka
grid ditanam sedalam 5
Nilai tegangan meter.Perbedaan nilai langkah di atas lebih kedalaman ini pasti akan kecil dari tegangan mempengaruhi jumlah elektrode langkah maksimum yang mendatar dan batang yang diizinkan.Oleh karena dibutuhkan. Untuk lebih itu, sudah dapat jelasnya, simak perbedaan dilakukannya detail perancangan awal sebelum dan desain sistem sesudah pemasangan geotekstil pembumian. pada tabel di bawah ini.
Analisis Pengaruh Geotekstil 7. terhadap Sistem Pembumian
Dari hasil perhitungan di subbab 4.1, dapat dibandingkan hasil data sebelum dengan sesudah dipasangnya
Tabel di atas menjelaskan geotekstil.Dimulai dari bahwa rancangan awal jumlah perbedaan general desain data, elektrode grid dan elektrode dapat dilihat dari tabel berikut. batang yang digunakan berbeda. Jumlah elektrode grid danbatang yang diperlukan untuk perancangan sebelum dipasangnya geotekstil lebih banyak daripada sesudahnya. Elektrode batang yang digunakan setelah dipasangnya geotekstil, memiliki ukuran yang lebih panjang daripada sebelumnya.Hal itu menjadi
Berdasarkan tabel di atas, faktor yang berpengaruh perbedaan umum desain sistem terhadap banyaknya jumlah pembumian sebelum dan elektrode yang dibutuhkan. sesudah menggunakan geotekstil
Perbedaan perancangan terletak pada kedalaman grid awal ini jadi mempengaruhi pembumian. Seperti penjelasan beberapa hasil dari perhitungan di awal bab, penanaman grid faktor-faktor lain seperti pembumian ini dilakukan pada tegangan sentuh (E sentuh70 ), Sinusoida Vol. XX No. 2, April 2018 Program Studi Teknik Elektro - ISTN
ISSN 1411 - 4593
tegangan langkah maksimum karena memiliki resistivitas (E langkah70 ), tahanan pembumian yang lebih kecil. (R ), arus grid maksimum (I )
g G
3. Elektrode ditanam lebih dan kenaikan potensial bumi dalam karena terdapat (GPR). Untuk lebih jelas, lapisan geotekstil dan tanah perbandingan dapat dilihat pada timbunan setinggi 4.5 meter dibawah ini: diatas tanah asli.
4. Perhitungan ulang sistem pembumian menghasilkan nilai tahanani yang lebih kecil yakni 0.474 Ohm.
DAFTAR PUSTAKA
IEEE 80. 2000. IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding. Jika kita analisis secara
Chumaidy, Adib. 2015. Sistem fisik, pemasangan geotekstil ini
Pembumian. Materi perkuliahan ISTN.
menjadi solusi untuk Jakarta memperkuat kondisi tanah yang Departemen Pekerjaan Umum. 2009. akan dijadikan fondasi
Perencanaan dan Pelaksanaan
bangunan. Namun tanah
Perkuatan Tanah dengan
timbunan memiliki nilai
Geosintetik. Jakarta
resistivitas yang besar karena BNS. 2000. Persyaratan Umum memiliki sifat lebih padat dan
Instalasi Listrik 2000. Jakarta.
kering, menyebabkan Musyahar, Ghoni. 2017. Jurnal : kemungkinan sulitnya
Perbaikan Sistem Pentanahan
mendapatkan nilai tahanan
Peralatan pada Pmebangkit
pembumian sesuai dengan
Listrik Tenaga Mikro Hidro
standar, yaitu kurang dari 1
(PLTMH) Jenis Tanah Kerikil
Ohm. Hal ini tentu menjadi
Kering. Pekalongan
pertimbangan dalam melakukan Syofian, Andi. 2013. Jurnal : Sistem perancangan sistem
Pentanahan Grid pada Gardu
pembumiannya.Pada akhirnya
Induk PLTU Teluk Sirih. Padang
ditetapkan untuk menggunakan Tanjung, Abrar. 1999. Jurnal : tanah asli sebagai media
Analisis Sistem Pentanahan pembumiannya. Gardu Induk Teluk Lembu dengan Bentuk Konstruksi Grid (Kisi-
Kesimpulan 8.
Kisi). Pekanbaru
1. Secara fisik, geotekstil dapat memperkuat kondisi tanah supaya memenuhi syarat untuk pembangunan fondasi bangunan.
2. Perhitungan sistem pembumian tetap menggunakan tanah asli