modul 1.doc

M O D U L 1 – P E N D A H U L U A N

1. 1. UMUM

Sampai kira – kira tahun 1910, sistem – sistem tenaga listrik tidak diketanahkan. Hal itu dapat dimengerti karena pada waktu itu sistem – sistem tenaga listrik masih relatif kecil dan simple jadi bila ada gangguan fasa ke tanah, arus gangguan yang terjadi masih kecil, dan biasanya masih kurang dari 5 amper. Pada umumnya bila gangguan itu sebesar 5 amper atau lebih kecil, busur listrik yang timbul pada kontak – kontak antara kawat yang terganggu dan tanah masih dapat padam sendiri. Tetapi sistem – sistem tenaga itu makin lama makin besar baik panjangnya maupun tegangannya dan terus berkembang. Dengan demikian arus yang timbul bila terjadi gangguan tanah makin besar dan busur listrik itu tidak dapat lagi padam sendiri. Tambahan lagi gejala – gejala busur tanah atau arcing ground semakin menonjol. Gejala busur tanah adalah suatu proses terjadinya pemutusan (clearing) dan pukul – ulang (restriking) dari busur listrik secara berulang – ulang. Gejala ini sangat berbahaya karena dapat menimbulkan tegangan lebih transien yang tinggi yang dapat merusak peralatan.

Oleh karena itu mulai tahun 1910 – an pada saat mana sistem – sistem tenaga relatif mulai besar, sistem – sistem itu tidak lagi dibiarkan terapung atau yang dinamakan sistem delta, tetapi titik netral sistem itu diketanahkan melalui tahanan atau reaktansi. Pengetanahan itu umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral transformator daya ke tanah.

Metode – metode pengetanahan netral dari sistem-sistem tenaga adalah :

1. Pengetanahan melalui tahanan (resistance grounding)2. Pengetanahan melalui reactor ( reactor grounding)3. Pengetanahan tanpa impedansi ( solid grounding)4. Pengetanahan efektif (effective grounding)5. Pengetanahan dengan reactor yang impedansinya dapat berubah – ubah (resonant grounding)

atau pengetanahan dengan kumparan Petersen.

Pada sistem – sistem yang tidak diketanahkan atau pada sistem delta, arus gangguan itu tergantung dari impedansi kapasitif Za, Zb dan Zc , yaitu impedansi kapasitif masing – masing kawat fasa terhadap tanah. Tetapi bila sistem itu diketanahkan arus gangguan itu tidak lagi tergantung hanya dari Impedansi kapasitif kawat – kawat tetapi juga tergantung pada impedansi alat pengetanahan dan transformator.

Modul Kuliah Pentanahan Sistem Tenaga Lukmanul Hakim – I . 1

Gambar 1.1 sistem yang tidak diketanahkan dalam keadaan gangguan kawat tanah VFG = arus gangguan

Gambar 1.2 sistem yang diketanahkan dalam keadaan gangguan kawat tanah IFG = arus gangguan

Kecuali pada pengetanahan dengan kumparan petersen, impedansi alat pengetanahan itu sangat kecil

dibandingkan dengan impedansi kapasitif

Atau dengan kata lain arus gangguan itu tidak lagi tergantung pada impedansi ZG.

Jadi dengan mengetanahkan netral sistem itu arus gangguan jelas menjadi lebih besar dibandingkan dengan arus gangguan pada sistem delta, namun sebaliknya membatasi tegangan pada fasa – fasa yang tidak terganggu. Jadi dalam menentukan impedansi pengetanahan itu harus diperhatikan hubungan antara besar arus gangguan dan tegangan yang mungkin timbul.

Dari keterangan – keterangan diatas dapat disimpulkan bahwa tujuan dari pengetanahan itu ialah :

1. Pada system yang besar yang tidak diketanahkan arus gangguan itu relative besar (> 5 A) sehingga busur listrik yang timbul tidak dapat padam sendiri, hal mana akan menimbulkan busur tanah; pada system yang diketanahkan gejala tersebut hamper tidak ada.

2. Untuk membatasi tegangan – tegangan pada fasa – fasa yang tidak terganggu ( sehat)

Pada sistem – sistem di bawah 115 KV banyak dipakai pengetanahan melalui kumparan Petersen. Terutama di Eropa pengetanahan dengan kumparan Petersen itu telah dimulai sejak tahun 1900-an dan di amerika serikat tahun 1930-an. Pada system –sistem yang tergangannya lebih tinggi ( 115 KV ke atas ) ada kecendrungan menggunakan pengetanahan tanpa impedansi atau pengetanahan efektif.

Yang dimaksud dengan pengetanahan efektif ialah pengetanahan dimana perbandingan antar reaktansi urutan nol dan reaktasi urutan positif lebih kecil atau sama dengan tiga, dan perbandingan tahanan


urutan nol dan reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama dengan satu, untuk tiap titik pada system itu (Xo/X1<3;R0/X1<1).

1. 2. JENIS GANGGUAN PADA SISTEM TRANSMISI DAN FAKTOR – FATOR PENYEBABNYA

Dalam system tenaga listrik bagian yang paling sering terkena gangguan adalah kawat transmisinya ( kira – kira 70 % s/d 80 % dari seluruh gangguan). Hal ini disebabkan luas dan panjangnya kawat transmisi yang terbentang dan yang beroperasi pada kondisi udara yang berbeda – beda. Pada sisitem transmisi, suatu gangguan dapat terjadi disebabkan kesalahan mekanis, thermos dan tegangan lebih atau karena material yang cacat atau rusak, misalnya gangguan hubung singkat, gangguan ketanah atau konduktor yang putus. Seperti disebut dimuka, busur tanah yang menetap merupakan gelombang berjalan yang mempunyai muka curam yang dapat membahayakan isolasi dari alat – alat instalasi walaupun letaknya jauh dari titik gangguan. Gangguan yang sering terjadi ialah gangguan hubung singkat. Besar dari arus hubung singkat itu tergantung dari jenis dan sifat gangguan hubung singkat itu, kapasitas dari sumber daya, konfigurasi dari system, metode hubungan netral dari trafo, jarak gangguan dari unit pembangkit, angka pengenal dari peralatan – peralatan utama dan pembatas arus, lamanya hubung singkat itu dari kecepatan beraksi dari unit – unit pembangkit menjadi terganggu pula.

Akibat – akibat yang disebakan gangguan anatara lain:

1. Menginterupsi kontinuitas pelayanan daya kepada para konsumen apabila gangguan itu sampai menyebabkan terputusnya suatu rangkain ( sirkuit) atau menyebabakan keluarkan suatu unit pembangkit.

2. Penurunan tegangan yang cukup besar menyebakan rendahnya kualitas tenaga listrik dan merintangi kerja normal pada peralatan konsumen.

3. Pengurangan stabilitas system dan menyebakan jatuhnya generator.

4. Merusak peralatan pada daerah terjadinya gangguan itu.

Faktor–faktor yang dapat menyebabkan terjadinya gangguan pada sistem transmisi tegangan tinggi ialah:

a. Surja petir atau surja hubung .

Dari pengalaman diperoleh bahwa petir sering menyebabkan gangguan pada sistem tegangan tinggi sampai 150 – 220 KV. Sedangkan pada sistem diatas 380 kV, yang menjadi sebab utamanya ialah surja hubung.

b. Burung atau daun – daun.

Jika burung atau daun – daun terbang dekat pada isolator gantung dari saluran transmisi, maka clearance ( jarak aman) menjadi berkurang sehingga ada kemungkinan terjadi loncatan api.

b. Polusi ( debu)

Debu – debu yang menempel pada isolator bisa menyebabkan terjadinya loncatan api.


c. Pohon – pohon yang tumbuh didekat saluran trasnmisi.

d. Retak – retak pada isolator

Dengan adanya retak – retak pada isolator maka secara mekanis apabila ada petir yang menyambar akan terjadi tembus (breakdown) pada isolator.

Klasifikasi dari gangguan dibedakan dari dua segi yaitu:

a. Dari macamnya gangguan :

1. Gangguan dua fasa atau fasa melalui tahap hubung tanah.2. Gangguan fasa ke fasa3. Gangguan dua fasa tanah4. Gangguan satu fasa ke tanah atau gangguan tanah

b. Dari lamanya waktu gangguan :

1. Gangguan permanen2. Gangguan temporer.

Gangguan temporer yaitu apabila gangguan terjadi dalam hanya waktu yang singkat saja dimana kemudian sistem kembali pada normal. Misalnya gangguan yang disebabkan oleh petir atau burung, dimana terjadi loncatan api pada isolasi udara yang terganggu itu diisolir dengan bekerjanya pemutus daya.

Dari pengalaman telah ditunjukkan bahwa makin tinggi tegangan suatu system, frekwensi terjadinya gangguan makin kecil, dan gangguan hubung singkat yang paling banyak terjadi adalah gangguan satu fasa ke tanah, dimana faktor penyebabnya yang paling sering adalah petir. Tetapi untuk system diatas 380 KV penyebab utama gangguan biasanya adalah surja hubung.

1. 3. SIFAT DAN PENYEBAB DARI GANGGUAN

Gangguan dapat disebabkan secara tidak langsung oleh setiap kondisi abnormal yang akibat berkurangnya kekuatan isolasi dasar antara kawat – kawat fasa, atau antara kawat fasa dan tanah, atau pada setiap perisai pentanahan yang mengelilingi penghantar. Berkurangnya isolasi sebenarnya bukan suatu hal yang perlu dianggap sebagai suatu gangguan, sampai ia membawa pengaruh terhadap sistem, yaitu sampai hal ini menghasilkan baik arus lebih maupun berkurangnya impedansi beban yang terendah dari sirkit.

Sebelum kita membahas beberapa penyebab gangguan, terlebih dahulu kita mengklasifikasikan gangguan tersebut berdasarkan penyebabnya, sebagai berikut:

1. Kegagalan dapat terjadi pada tegangan normal, sebagai akibat dari (i) memburuknya isolasinya dan (ii) kerusakan yang tak terduga seperti bertenggernya burung, kecelakaan hubung singkat akibat ular, akibat layang – layang, atau dahan pohon.


2. Kegagalan dapat terjadi dikarenakan tegangan abnormal, dimana pada awalnya isolasi hanya tahan terhadap tegangan normalnya. Tegangan abnormal dapat terjadi baik oleh (i) surja hubung (switching surges) maupun oleh (ii) surja yang ditimbulkan oleh petir.

Pada masa ini, dalam prakteknya tingkat isolasi dibuat lebih tinggi yang ordenya mencapai 3 sampai 5 kali dari tegangan normalnya. Akan tetapi dengan adanya pencemaran udara, maka isolator gantung akan tercemar (misalnya angin laut yang mengandung garam) yang mengakibatkan berkurangnya kekuatan isolasinya. Hal ini merupakan awal berkurangnya tahanan isolasi, dan menyebabkan terjadinya arus yang kecil, dan ini akan mempercepat memburuknya isolasi.

1. 4. AKIBAT – AKIBAT GANGGUAN

Pada umumnya akibat serius dari gangguan – gangguan yang tidak segera dihilangkan adalah kebakaran yang tidak hanya merusak peralatan tetapi dapat merembet kedalam sistem dan ini dapat menyebabkan kegagalan total. Kebanyakan macam gangguan yang digolongkan berbahaya adalah hubung singkat, yang mengakibatkan hal – hal berikut ini :

1. Berkurangnya tegangan jala yang cukup besar pada sebagian besar dari sistem tenaga. Hal ini akan menyebabkan pasokan listrik pada para pelanggan akan terputus.

2. Kerusakan pada elemen sistem yang disebabkan oleh busur listrik yang kebanyakan terjadi bersamaan dengan waktu terjadinya hubung singkat.

3. Kerusakan terhadap peralatan lainnya pada sistem diakibatkan oleh panas yang berlebihan dan akibat timbulnya gaya mekanis yang abnormal.

4. Terganggunya stabilitas sistem listriknya dan ini dapat menyebabkan keseluruhan sistem mengalami kegagalan.

5. Berkurangnya tegangan yang mana kadang – kadang cukup besar sehingga kumparan relainya gagal berfungsi.

Bila hubung singkat dibiarkan berlangsung dengan agak lama pada suatu system tenaga , banyak dari atau semua pengaruh – pengaruh yang tidak diinginkan dapat terjadi seperti berikut ini :

1. Berkurangnya batas – batas kestabilan dari sistem tenaga tersebut.

2. Rusaknya peralatan – peralatan yang berada dekat dengan gangguan yang disebabkan oleh arus – arus yang besar, arus – arus yang tak seimbang, atau tegangan – tegangan yang rendah yang ditimbulkan oleh hubung singkat.

3. Ledakan – ledakan yang mungkin terjadi pada peralatan – peralatan yang mengandung minyak isolasi sewaktu terjadinya hubung singkat, dan hal ini mungkin menimbulkan kebakaran sehingga dapat membahayakan petugas – petugas dan merusak peralatan –peralatan yang lain.

4. Terpecah – pecahnya keseluruhan daerah pelayanan dari sistem tenaga tersebut yang disebabkan serentetan tindakan pengaman yang diambil oleh sistem – sistem pengaman yang berbeda – beda.

Pengaruh mana yang akan lebih menonjol dalam suatu kasus tertentu banyak tergantung pada sifat dan kondisi kerja sistem tenaga tersebut.


1. 5. STATISTIK GANGGUAN

Banyak manfaatnya mengetahui frekwensi gangguan dari berbagai ragam peralatan sistem tenaga. Informasi ini akan membantu menyelesaikan persoalan desain dan aplikasi dari alat pengaman. Table 1.1 terlihat distribusi gangguan pada beraneka ragam peralatan system tenaga.

Tabel 1.1 Frekwensi terjadinya gangguan pada peralatan yang berbeda dari system tenaga

Peralatan % dari total

Saluran udara

Kabel

Peralatan penghubung (Switchgear)

Transformator

Trafo Arus dan Trafo Tegangan

Peralatan Kontrol

Lain – lain

50

10

15

12

2

3

8

Dari tabel di atas ternyata bahwa saluran udara mengambil bagian yang cukup besar, yaitu 50% dari seluruh gangguan. Oleh sebab itu hal ini harus menjadi perhatian dalam menganalisis sifat – sifat gangguan pada saluran udara. Pada tabel 1.2 dapat dilihat prosentase macam gangguan pada saluran udara.

Tabel 1.2 Frekwensi dari bermacam gangguan yang berbeda yang terjadi pada saluran Udara.

Macam gangguan Gambaran Gangguan Prosentase gangguan

Satu fasa ketanah 85

Fase ke fase 8


Dua fase ke tanah 5

Tiga fase 3 atau lebih

1. 6. DAERAH PENGAMANAN

Suatu system pengamanan atau perlindungan mempunyai daerah tangguang jawabnya, daerah ini disebut daerah perlindungan. Masing – masing daerah mengandung satu atau dua komponen pemutus tenaga (PMT). Setiap PMT dimasukkan kedalam dua daerah perlindungan yang berdekatan. Daerah perlindungan yang berdekatan saling tumpang tindih sebagian, hal ini dilakukan untuk mencegah adanya daerah kosong(gap), yaitu daerah dimana bila terjadi gangguan di dalam daerah kosong ini tidak ada rele yang mendeteksinya. Jadi daerah ini tidak ada yang mengamankannya, dikenal sebagai deadzone. Susunan daerah perlindungan yang dimaksud menunjukka bahwa daerah perlindungan saling tumpang tindih untuk mendapatkan perlindungan yang memadai dengan pemadaman yang seminimum mungkin. Perlindungan sistem tenaga dibagi kedalam daerah – daerah perlindungan (1) generator (atau generator transformator) (2) transformator (3) rel (4) saluran transmisi dan (5) motor –motor. Perlu dicatat bahwa setiap daerah perlindungan mempunyai rele pengaman sendiri yang mendeteksi adanya gangguan pada daerah perlindungannya.


modul 1.doc

Documents