PERENCANAAN SISTEM PENTANAHAN

Pengukuran Tahanan Tanah

2222 ba

a

b4a

a21

R.a..4

dimana :

= Tahanan jenis tanah (-m)

R = Tahanan antar elektroda yang diperoleh dari perhitungan antara yang

tegangan dan arus yang terukur ()

a = Jarak antar elektroda (m)

b = Kedalaman penanaman elektroda (m)

a a a

1 2 3 4

V

A

b

Gambar 3.1. Cara mengukur tahanan jenis tanah

Jika nilai b sangat kecil dibandingkan dengan nilai a, maka nilai b dapat diabaikan.

= 2..a.R dimana :

= Tahanan jenis tanah (-m)

R = Tahanan antar elektroda yang diperoleh dari perhitungan antara yang

tegangan dan arus yang terukur ()

a = Jarak antar elektroda (m)

Kriteria Tegangan Sentuh dan Tegangan Langkah

faktor reduksi permukaan tanah

ah2

1

a1Cs

s

s

dimana :

Cs = Faktor reduksi dari rating nilai nominal tahanan jenis lapisan

permukaan tanah.

hs = Ketebalan dari lapisan sistem permukaan crushed rock (m).

a = Konstanta (0,106)

= Tahanan jenis tanah (-m)

s = Tahanan jenis permukaan crushed rock (-m).

t = Lamanya arus kejut (dt)

Sehingga besarnya tegangan sentuh dan tegangan langkah dirumuskan sebagai

berikut :

Es = (1000 + 1,5.s.Cs) . t116,0

El = (1000 + 6 s. Cs) . t116,0

Penentuan Waktu Gangguan

shock duration / ts ialah waktu lamanya sistem dalam mengatasi setiap gangguan yang

terjadi.

fault duration / tc ialah waktu maksimum mengalirnya arus gangguan yang dapat ditahan

oleh konduktor.

Bahan dan Ukuran Konduktor

ao

am

4

rrc

TK

TT1ln

TCAP

10...t

IA

dimana :

A = Luas penampang kawat (mm2)

I = Arus gangguan yang mengalir melalui konduktor (kA)

tc = Waktu lamanya kawat dialiri arus (dt)

Ta = Temperatur sekeliling lokasi (C)

Tm = Temperatur maksimum konduktor yang diperbolehkan

Temperatur yang diijinkan adalah :

450 C untuk sambungan las

250 C untuk sambungan dengan baut

TCAP = Termal Capacity Factor

Tabel 3.1. Konstanta Bahan

Jenis Bahan Conduc-

tivity

(%)

Factor

(r) @ 20

0C

K

(1/0) @ 0

0C

Fusing

Temp.

( 0C)

r @ 20

0C

(/cm)

TCAP

(J/cm3/

0C)

Standard Annealed

Soft Copper Wire

100 0,00393 234 1083 1,7241 3,422

Commercial Hard

Drawn Copper Wire

97 0,00381 242 1084 1,7774 3,422

Copper-Clad Steel

Core Wire

40 0,00378 245 1084 /

1300

4,397 3,846

Copper-Clad Steel

Core Wire

30 0,00378 245 1084 /

1300

5,862 3,846

Commercial EC

Aluminum Wire

61 0,00403 228 657 2,862 2,556

Aluminum Alloy

Wire 5005

53,5 0,00353 263 660 3,2226 2,598

Aluminum Alloy

Wire 6201

52,5 0,00347 268 660 3,2840 2,598

Aluminum-Clad

Steel Core Wire

20,3 0,00360 258 660 /

1300

8,4805 2,67

Zinc-Coated Steel

Core Wire

8,5 0,00320 293 419 /

1300

20,1 3,931

Stainless Steel

No 304

2,4 0,00130 749 1400 72 4,032

Sumber : IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding, IEEE Standard 80-1986

Penentuan Panjang Konduktor

Panjang konduktor grid dapat ditentukan dengan:

na = (Pa / Pm) + 1

nb = (La / Lm) + 1

Pgrid = (na x Pa) + (nb x La)

dimana :

Pa = Panjang daerah pentanahan (m)

La = Lebar daerah pentanahan (m)

Pm = Panjang kisi-kisi / grid (m)

Lm = Lebar kisi-kisi / grid (m)

na = Jumlah konduktor panjang (buah)

nb = Jumlah konduktor pendek (buah)

Pgrid = Panjang konduktor grid total (m)

Panjang konduktor rod yang diperlukan

Prod = nrod x Lrod

dimana :

nrod = Jumlah rod yang dipergunakan (buah)

Lrod = Panjang rod yang dipergunakan (m)

Prod = Panjang konduktor rod total (m)

Resistansi Ground

A4R g

dimana :

Rg = Resistansi ground ()

= Tahanan jenis tanah (-m)

A = Luas daerah pentanahan (m2)

Selanjutnya formula tersebut disempurnakan oleh Laurent dan Niemann dengan

rumus :

LA4R g

dimana L adalah panjang total konduktor yang dipergunakan (m)

Kedua persamaan tersebut dipergunakan pada sistem pentanahan grid dengan

kedalaman kurang dari 0,25 m.

Sedangkan untuk kedalaman antara 0,25 2,5 m menggunakan persamaan dari

Sverak, yaitu :

A/20h1

11

A20

1

L

1R g

dimana h ialah kedalaman penanaman dari konduktor (m)

Untuk mencari nilai resistansi dari sistem pentanahan kombinasi grid-rod

menggunakan formula dari Schwarz, yaitu :

1221

2

1221g

R2RR

RR.RR

dimana :

Rg = Resistansi ground ()

R1 = Resistansi dari konduktor grid ()

R2 = Resistansi dari konduktor rod ()

R12 = Resistansi mutual dari kelompok konduktor grid dan kelompok

konduktor rod ()

2

111

1

1 KA

L.K

a

L.2ln

L.R

22

1

2

2

2

2 1n.A

LK.21

d

L.8ln

L..2R

1K

A

LK

L

L.2ln

L.R 2

11

2

1

1

12

dimana :

= Tahanan jenis tanah (-m)

L1 = Panjang konduktor grid (m)

L2 = Panjang konduktor rod (m)

K1 = Konstanta S.J Schwarzs (Gambar 2.14)

K2 = Konstanta S.J Schwarzs (Gambar 2.14)

A = Luas daerah pentanahan (m2)

h.da 1

d1 = Diameter konduktor grid (m)

d2 = Diameter konduktor rod (m)

n = Jumlah konduktor rod (batang)

h = Kedalaman penanaman konduktor (m)

Arus Ground

Gangguan fasa-fasa ke tanah (line-to-line-to-ground)

0f02220f2011

220

jXR3RjXRXXjR3RRjXR

jXREI

Gangguan satu fasa ke tanah (single-line-to-ground)

021021f0

XXXjRRRR3

EI

dimana :

I0 = Arus gangguan urutan nol (A)

E = Tegangan fasa-netral (V)

Rf = Resistansi minimum gangguan (biasanya diasumsikan, Rf = 0)

R1 = Resistansi urutan positif dihitung menggunakan komputer di lokasi

gangguan (/fasa)

R2 = Resistansi urutan negatif dihitung menggunakan komputer di lokasi

gangguan (/fasa)

R0 = Resistansi urutan nol dihitung menggunakan komputer di lokasi

gangguan (/fasa)

X1 = Reaktansi urutan positif dihitung menggunakan komputer di lokasi

gangguan (/fasa)

X2 = Reaktansi urutan negatif dihitung menggunakan komputer di lokasi

gangguan (/fasa)

X0 = Reaktansi urutan nol dihitung menggunakan komputer di lokasi

gangguan (/fasa)

Besarnya daya hubung singkat:

scsc I.V.3P

dimana :

Psc = Daya hubung singkat (MVA)

V = Tegangan nominal (kV)

Besarnya arus hubung singkat:

V.3

PI scsc

Menentukan Tegangan Sentuh Aktual

L

I..K.KE

gim

m

dimana :

Km = Koefisien potensial permukaan tanah

1n2

8ln

K

K

d.4

h

d.D.8

h2D

d.h.16

Dln

2

1K

h

ii

11

2

1

2

m

D = Jarak antara konduktor paralel dan kisi-kisi (m)

d1 = Diameter konduktor grid (m)

h = Kedalaman penanaman grid (m)

Kii = 1, untuk kombinasi konduktor grid dan rod.

Kh = h1

Ki = Faktor koreksi untuk rapat arus

Ki = 0,656 + 0,172.n

n = Jumlah konduktor paralel dalam kisi-kisi utama, tidak termasuk

semua batang pentanahan

n = ba nn

= Tahanan jenis tanah (-m)

Ig = Arus pentanahan grid (A)

L = Panjang konduktor pentanahan total (m)

L = L1+1,15.L2

L1 = Panjang total konduktor grid

L2 = Panjang total konduktor rod

Menentukan Tegangan Langkah Aktual

L

I..K.KE

gis

)ak(l

dimana :

Ks = Koefisien yang dipengaruhi n, D, h

2ns 5,01D

1

hD

1

h.2

11K

D = Jarak antara konduktor paralel dan kisi-kisi (m)

h = Kedalaman penanaman grid (m)

n = Jumlah konduktor paralel dalam kisi-kisi utama, tidak semua batang

pentanahan.

n = ba nn

Langkah-langkah Perencanaan Sistem Pentanahan Gardu Induk

Adapun urutan langkah-langkah tersebut adalah :

1. Mengumpulkan data masukan yang diperlukan, yaitu

a. Luas daerah pentanahan (A).

b. Tahanan jenis tanah ().

c. Tahanan jenis tanah lapisan crushed rock (s).

d. Tebal lapisan permukaan crushed rock (hs).

e. Tegangan pada gardu induk (EL-L).

f. Menentukan arus gangguan tanah simetri pada gardu induk (If).

g. Waktu fault clearance (tc).

h. Waktu fault current flow (ts).

2. Menentukan ukuran penampang konduktor grid yang digunakan.

3. Menghitung faktor reduksi (Cs).

4. Menghitung kriteria tegangan sentuh (Em) dan tegangan langkah (El) yang

diijinkan.

5. Desain awal sistem pentanahan grid-rod, meliputi :

a. Menentukan jenis konduktor grid yang digunakan.

b. Menentukan kedalaman konduktor (h).

c. Menentukan ukuran kisi-kisi (grid).

d. Menentukan panjang konduktor rod yang digunakan.

e. Menentukan jumlah konduktor rod yang digunakan.

6. Menghitung tahanan pentanahan gardu induk (Rg) yang meliputi :

a. Tahanan grid (R1).

b. Tahanan rod (R2).

c. Tahanan mutual kombinasi grid-rod (R12)

d. Tahanan pentanahan (Rg).

7. Menghitung arus pentanahan (Ig).

8. Menghitung tegangan mesh (Em) dan tegangan langkah yang sebenarnya (El(ak)).

9. Membandingkan tegangan mesh (Em) dengan tegangan sentuh yang diijinkan (Es).

a. Jika Em > Es , desain diubah.

b. Jika Em < Es , melanjutkan langkah.

10. Membandingkan tegangan langkah aktual (El(ak)) dengan tegangan langkah yang

diijinkan (El).

a. Jika El (ak) > El , desain diubah.

b. Jika El (ak) > El , desain sudah memenuhi syarat.

11. Mencetak hasil perencanaan.

Langkah-langkah perencanaan tersebut dapat digambarkan dengan blok diagram

seperti yang terlihat pada Gambar 3.2.

Masukkan Data Gardu Induk

Vsis, Iga, ts, tc, , s, Parea, Larea

Hitung Luas Penampang Konduktor

ao

am

4

rrc

TK

TT1ln

TCAP10...t

IA

Kriteria Tegangan Sentuh dan Langkah

s

ss

st

116,0..C5,11000E

s

ss

lt

116,0..C61000E

Masukkan Data Perencanaan Elektroda

Jenis sistem pentanahan , Tipe konduktor, h, Pmesh, Lmesh,

Penyambungan, Drod, Luasrod, Lrod, Nrod

Hitung Rg

Hitung Tegangan Sentuh dan Langkah Aktual

L

I..K.KE

g

im)ak(s

L

I..K.KE

g

ris)ak(l

Es(ak) < Es

El(ak) < El

Cetak Hasil

Gambar, Es, Es(ak), El, El(ak),

Design Ulang

Ya

Ya

Tidak

Tidak

Gambar 3.2. Blok Diagram Perencanaan Sistem Pentanahan Gardu Induk