NASKAH PUBLIKASI

EVALUASI KEAMANAN PADA SISTEM PENTANAHAN

GARDU INDUK 150 KV JAJAR

Diajukan oleh:

HANGGA KARUNA

D 400 100 002

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2014

LEMBAR PENGESAHAN

Karya ilmiah dengan judul EVALUASI KEAMANAN PADA SISTEM

PENTANAHAN GARDU INDUK 150 KV JAJAR ini diajukan oleh :

Nama : Hangga Karuna

NIM : D400 100 002

Guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program Sarjana Strata-

Satu (S1) pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Surakarta, telah diperiksa dan disetujui pada :

Hari :

Tanggal :

Mengetahui

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

(Agus Supardi, ST, MT) (Hasyim Asyari, ST, MT)

EVALUASI KEAMANAN PADA SISTEM PENTANAHAN GARDU

INDUK 150 KV JAJAR

Hangga Karuna

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani tromol pos 1 pabelan kartasura surakarta

anggakaruna@yahoo.com

ABSTRAKSI

Dasar sistem pentanahan adalah menghubungkan bagian konduktif dengan tanah. Pengoperasian sistem

tenaga listrik, selalu diupayakan agar peralatan-peralatan bekerja pada kondisi normal. Pelaksanaan

penelitian ini dikarenakan ingin mengetahui berapa nilai terjadinya gangguan tegangan pada Gardu

Induk Jajar 150 KV dan perbandingan antara tegangan yang sebenarnya dengan tegangan yang diijinkan yang sangat berbahaya bagi manusia khususnya para pekerja di daerah sekitar Gardu induk

jajar 150 KV.

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai dengan bulan april pada tahun 2014. Beberapa

peralatan yang digunakan antara lain seperti Earth Tester, Thermal Imager dan High Voltage Insulation

Tester dan tidak lupa juga perizinan di Gardu Induk Jajar dari kantor Pusat Area Pelaksana dan

Pemeliharaan Salatiga. Pengumpulan data dan analisis data dilakukan dengan cara memasukkan data,

kemudian dihitung dengan rumus yang berdasarkan teori yang dibahas.

Untuk perhitungan tahanan resistant pentanahan di Gardu Induk Jajar dapat diketahui dengan hasil 0,3

ohm, harga resistant pentanahan ini cukup standar tetapi resistant pentanahan 0,3 ohm ini belum tentu

terjamin keamanannya untuk arus hubung singkat yang lebih besar. Penelitian ini juga dapat mengetahui

beberapa perbandingan dan selisih dari tegangan yang diijinkan dengan tegangan yang sebenarnya

pada Gardu Induk 150 KV Jajar dengan beberapa teori yang digunakan di dalam penelitian ini.

Kata kunci : sistem pentanahan, gardu induk, tegangan diijinkan, tegangan sebenarnya

1. Pendahuluan

Pengoperasian sistem tenaga listrik,

selalu diupayakan agar peralatan-peralatan

bekerja dalam kondisi normal. Pada

kenyataanya sering terdapat suatu kondisi

yang menggangu kerja peralatan-peralatan

tersebut yang disebut sebagai kondisi

abnormal atau gangguan. Terjadinya

gangguan sangat merugikan bagi

kelangsungan dan kelancaran sistem tenaga

listrik. Bukan hanya peralatan tertentu yang

terganggu namun juga menggangu kerja

peralatan-peralatan lainnya dalam suatu

sistem tenaga listrik. Gardu induk sebagai

salah satu bagian sistem tenaga listrik yang

mempunyai fungsi amat penting dalam

penyaluran tenaga listrik dari pusat

pembangkit menuju beban. Apabila dikaitkan

dengan keandalan sistem pelayanan maka

sistem tenaga listrik harus mampu

memberikan keamanan yang baik bagi

peralatan yang terpasang maupun bagi

makhluk hidup yang berada di sekitar gardu

induk tersebut.

Sistem pentanahan tenaga listrik baik

pentanahan titik netral maupun pentanahan

perlengkapan mempunyai pengaruh dalam

kelancaran dan keamanan sistem tersebut,

terutama dalam keadaan gangguan yang

berhubungan dengan tanah, dan diharapkan

dengan satu metode cara pentanahan dapat

mengurangi kerugian yang ditimbulkan oleh

gangguan petir sehingga menjamin

keandalan dan keamanan penyaluran tenaga

listrik.

mailto:anggakaruna@yahoo.com

Pelaksanaan penelitian ini dikarenakan

ingin mengetahui berapa nilai terjadinya

gangguan tegangan pada Gardu Induk Jajar

150 KV yang sangat berbahaya bagi manusia

khususnya para pekerja di daerah sekitar

Gardu induk jajar 150 KV. Maka dari itu,

analisa sistem tegangan akan dibahas dalam

penelitian ini. Untuk memenuhi tuntutan di

atas maka tugas akhir dengan judul Evaluasi

Keamanan pada Sistem Pentanahan Gardu

Induk 150 KV Jajar diharapkan dapat

memberikan suatu nilai tambah bagi sistem

pentanahan gardu induk

2. Metode Penelitian 2.1 Jadwal Penelitian

Penelitian dengan judul Evaluasi

Keamanan pada Sistem Pentanahan Gardu

Induk 150 KV Jajar dapat diselesaikan dalam

waktu 4 bulan yaitu mulai dari studi literatur,

pembuatan proposal sampai analisa data dan

pembuatan.

2.2 Tahap Studi Literatur Studi literatur adalah kajian penulis

atas referensi-referensi yang ada baik berupa

buku maupun karya-karya ilmiah yang

berhubungan dengan penulisan penelitian ini.

Dalam tahap ini,penulis mengkaji karya-

karya ilmiah yang berhubungan dengan

keamanan sistem pentanahan yang berada di

gardu induk jajar.

2.3 Pengumpulan Data Data masukan dari sistem pentanahan

gardu induk jajar adalah resistans

pentanahan, lama waktu gangguan, jarak

antara konduktor-konduktor paralel,

kedalaman penanaman konduktor grid,

diameter batang pentanahan, suhu maksimum

konduktor, jumlah batang dan serta panjang

rod.

2.4 Tahap Pengolahan Data Analisis pengolahan data akan

dimasukkan ke dalam teori yang menghitung

antara lain :

a. Menghitung resistans jenis tanah. b. Menghitung arus fibrilasi. c. Menghitung tegangan sentuh yang

diijinkan.

d. Menghitung tegangan sentuh yang sebenarnya.

e. Menghitung tegangan langkah yang diijinkan.

f. Menghitung tegangan langkah yang sebenarnya.

g. Menghitung tegangan pindah.

2.5 Peralatan yang dipakai Alat dan bahan yang digunakan dalam

penelitian ini antara lain :

a. Earth Tester digunakan untuk mengukur atau mengetahui resistansi sistem

pentanahan.

b. Thermal Imager digunakan untuk mengetahui suhu maksimum konduktor.

c. High Voltage Insulation Tester digunakan untuk mengukur tegangan

pada PMT, PMS dan Trafo.

2.6 Flowchart Penelitian

Gambar 1. Flowchart penelitian

3. Hasil dan Pembahasan

Sistem pentanahan di Gardu Induk

Jajar menggunakan konduktor yang ditanam

secara horisontal dengan bentuk mesh (jaring

laba-laba). Konduktor pentanahan terbuat

dari batang tembaga keras dan memiliki

konduktivitas yang cukup tinggi dari kabel

tembaga yang dipilih (Copper Rope Tinned).

Konduktor ini ditanam sedalam kira-kira 400

cm dan batas atas rod kurang lebih 25 cm

dari pondasi peralatan. Kisi-kisi pentanahan

bersambung satu dengan yang lainnya dan

dihubungkan dengan batang pentanahan yang

terdiri dari batang tembaga. Batang tembaga

ini berdiameter 550 mm dengan panjang

batang itu sendiri, selanjutnya batang

pentanahan ini disebut titik pentanahan.

Hasil dari pengukuran resistans

pentanahan adalah 0,3 ohm dari bulan

februari sampai april.

Penelitian ini menentukan beberapa analisis

di antara lain :

3.1 Jenis Tanah

Resistansi elektroda pentanahan

tergantung pada kedalaman serta luas

permukaan elektroda, serta resistansi jenis

tanah. Gardu Induk Jajar jenis tanahnya

berupa batu-batu kerikil basah dan kering

(standar tanah di daerah switchyard gardu

induk), oleh karena itu di dalam pembahasan

resistant jenis tanah di Gardu Induk Jajar

diambil menurut tabel 1 yang batu-batu

keriki basah serta pasir dan batu kerikil

kering yaitu :

=1000+500

2 = 750 ohm-meter

Gambar 2. Resistans pengukuran pentanahan

Tabel 1. Tahanan Jenis Tanah

NO Jenis Tanah Tahanan Jenis Tanah

(Ohm-Meter)

1 Tanah yang mengandung air garam 5-6

2 Rawa 30

3 Tanah Liat 100

4 Pasir Basah 200

5 Batu-Batu Kerikil Basah 500

6 Pasir dan Batu Kerikil Kering 1000

7 Batu 3000

3.2 Arus Fibrilasi

Arus Fibrilasi adalah arus yang

mengalir pada tubuh manusia, berpengaruh

pada otot manusia yang menyebabkan

jantung berdenyut. Besarnya arus yang

mengalir pada tubuh manusia dimana arus

listrik dapat menyebabkan jantung mulai

fibrilasi, dapat dihitung berdasarkan :

= 0,116

, jika t = 0,5 detik

Maka = 0,164 ampere

3.3 Arus Gangguan Hubung Tanah Besar arus gangguan hubung tanah

maksimum didasarkan pada nilai pemutusan

(interrupting rating) dari peralatan

pentanahan Gardu Induk dan misalkan

tegangan sistem 70 KV maka besar arus

gangguan tanah diambil 30% dari arus

hubung singkat 3 fasa, karena tegangan

sistem yang diambil sebesar 150 KV, maka

besar arus gangguan hubung tanah diambil

80% dari arus hubung singkat 3 fasa. Dalam

hasil ini diperoleh arus hubung singkat 3 fasa

sebesar 1312,5 ampere dan hasil yang

diperoleh dari besar arus gangguan hubung

tanah adalah 80% x 1312,5 = 1050 ampere.

3.4 Tegangan Sentuh Tegangan Sentuh adalah tegangan yang

terdapat diantara suatu subyek yang disentuh

dari suatu titik dengan jarak 1 meter dengan

asumsi bahwa obyek yang disentuh

dihubungkan dengan kisi-kisi pentanahan

yang berada di bawahnya. Tegangan sentuh

memiliki 2 jenis yaitu tegangan sentuh

maksimum yang diijinkan dan tegangan

sentuh maksimum yang sebenarnya.

Gambar 3. Tegangan sentuh dengan rangkaian penggantinya

3.4.1 Tegangan Sentuh Maksimum yang Diijinkan

Tegangan sentuh yang diijinkan dari

teori yang dibahas diperoleh rumus sebagai

berikut :

= ( + 1,5 ) Dengan :

= Tahanan jenis permukaan tanah kerikil dimana orang berdiri untuk

tahanan yang dilapisi batu koral

(3000 ohm-meter)

= Tahanan badan manusia (1000 ohm)

= arus Fibrilasi

Maka didapat tegangan sentuh yang diijinkan

adalah

= 0,164 (1000 + 1,5(3000)) = 902 volt.

Berdasarkan tabel 2 dengan lama gangguan

0,5 detik tegangan yang diperoleh 890 volt,

dalam penelitian ini tegangan sentuh

maksimum yang diijinkan di gardu induk

jajar lebih besar dengan 902 volt.

Tabel 2. Tegangan sentuh yang diijinkan dengan lama gangguan

Lama gangguan (t)

(detik)

Tegangan sentuh yang diijinkan

(volt)

0,1 1.980

0,2 1.400

0,3 1.140

0,4 990

0,5 890

1,0 626

2,0 443

3,0 362

3.4.2 Tegangan Sentuh Maksimum yang Sebenarnya

Tegangan sentuh yang sebenarnya dari

teori yang dibahas diperoleh rumus sebagai

berikut :

=1

2In

2

16+

1

In

3

4

5

6

7

8

2 2 +1

2 2 +2

Dengan ketentuan sebagai berikut :

n = 22

= 0,65 + 0,172 n = 4,434

D = 4 meter

h = 4 meter

d = 550 mm = 0,55 m

= 750 ohm-meter

I = 1050 (arus gangguan hubung tanah)

L = 2232 meter (Panjang konduktor yang

ditanam, termasuk batang pentanahan

KM = 0,3927

Sehingga hasil yang diperoleh adalah :

= . /L

= ( 0,3927 x 4,434) x ( 750 x 1050

2232 )

= 614 volt.

Berdasarkan tabel 3 dengan lama gangguan

0,5 detik tegangan yang diperoleh 90 volt,

dalam penelitian ini tegangan sentuh

maksimum yang sebenarnya di gardu induk

jajar lebih besar dengan 614 volt.

Tabel 3. Tegangan yang sebenarnya dengan lama gangguan

Gambar 4. Tegangan langkah dekat dengan peralatan yang diketanahkan

Lama gangguan (t)

(detik)

Tegangan yang sebenarnya

(volt)

5,0 50

1,0 75

0,5 90

0,2 110

0,1 150

0,05 220

0,03 280

3.5 Tegangan Langkah

Tegangan langkah adalah tegangan

yang timbul diantara 2 kaki orang yang

sedang berdiri diatas tanah yang sedang

dialiri arus gangguan. Tegangan langkah

memiliki 2 jenis yaitu tegangan langkah yang

diijinkan dan tegangan langkah yang

sebenarnya.

3.5.1 Tegangan Langkah yang Diijinkan

Tegangan langkah yang diijinkan dari

teori yang dibahas diperoleh rumus sebagai

berikut :

= (+2 )

= (1000+6 )0,116/t

Dengan :

= Tahanan badan manusia (1000 )

= Tahanan kontak ke tanah dari satu kaki

(3 )

= Tahanan jenis tanah di sekitar permukaan tanah (3000 Ohm-meter)

t = Waktu kejut atau lama gangguan (detik)

maka didapat tegangan langkah yang

diijinkan adalah

= 0,164 (1000+18000)

= 3116 volt

Berdasarkan tabel 4 dengan lama gangguan

0,5 detik tegangan yang diperoleh 3140 volt,

dalam penelitian ini tegangan langkah yang

diijinkan di gardu induk jajar lebih kecil

dengan 3116 volt.

Tabel 4. Tegangan langkah yang diijinkan dengan lama gangguan

Lama Gangguan t

(detik)

Tegangan Langkah yang Diijinkan

(volt)

0,1 7.000

0,2 4.950

0,3 4.040

0,4 3.500

0,5 3.140

1,0 2.216

2,0 1.560

3,0 1.280

3.5.2 Tegangan Langkah yang Sebenarnya

Tegangan langkah yang sebenarnya

dari teori yang dibahas diperoleh rumus

sebagai berikut :

= . ./L

= 1

1

2h+

1

D+h+

1

2D+

1

3D+ +

1

(n1)D

Dengan :

= Nilai Konstanta Tegangan Langkah yang Sebenarnya

= 0,65 + 0,172 n

I = Arus gangguan tanah maksimum

(ampere)

= Tahanan jenis rata-rata tanah (Ohm-meter)

L = Panjang konduktor yang ditanam,

termasuk batang pentanahan (meter)

h = Kedalaman penanaman konduktor

pentanahan (meter)

D = Jarak antara konduktor-konduktor

paralel (meter)

= 0,1232

Sehingga nilai Tegangan Langkah yang

Sebenarnya adalah

= . /L

= (0,1232 x 4,434) (750 x 1050

2232)

= 194 volt.

Berdasarkan tabel 5 dengan lama gangguan

0,5 detik tegangan yang diperoleh 90 volt,

dalam penelitian ini tegangan langkah yang

sebenarnya di gardu induk jajar lebih besar

dengan 194 volt.

Tabel 5. Tegangan yang sebenarnya dengan lama gangguan

Lama gangguan (t)

(detik)

Tegangan yang sebenarnya

(volt)

5,0 50

1,0 75

0,5 90

0,2 110

0,1 150

0,05 220

0,03 280

3.6 Tegangan Pindah

Tegangan pindah adalah tegangan terjadi

pada saat seseorang memegang peralatan

yang ditanahkan pada titik yang jauh

sedangkan peralatan tersebut dialiri arus

gangguan.

Gambar 5. Tegangan Pindah dengan rangkaian penggantinya

Tegangan pindah dari teori yang dibahas

diperoleh rumus sebagai berikut :

= I x

=

4 +

Dengan :

= Tahanan kontak ke tanah yang dialiri tegangan yang timbul selama

gangguan ().

r = jari-jari ekuivalen dari luas switchyard

gardu induk (meter)

L = Panjang total dari konduktor kisi-kisi

dan batang (meter)

=

4r+

L

= 750

4 x 34,55 +

750

2232= 5,77

E pindah = I x

= 1050 x 5,77

= 6058,5 volt.

4. Kesimpulan

Penelitian ini dapat dicari kesimpulan

dengan beberapa analisis dan teori-teori yang

digunakan, maka kesimpulan ini antara lain :

a. Untuk meminimalisir tegangan kejut listrik yang berbahaya bagi manusia

yang berada di dalam maupun di luar

area switcyard Gardu Induk Jajar, perlu

penambahan batu kerikil yang

dicampur dengan pasir dan disamping

itu pula perlunya kesiap-siagaan para

pekerja yang berada di dalam area

switcyard, yang selalu memastikan

peralatan apa saja yang digunakan di

saat pengoperasian itu berlangsung

supaya tingkat keamanan bisa terjamin.

b. Untuk mendapatkan tahanan kontak ke

tanah () yang cukup besar maka perlu penambahan batang elektroda

atau dengan menancapkan batang

elektroda itu sedalam +

5 meter.

c. Untuk mengetahui nilai tegangan yang sebenarnya dan tegangan yang

diijinkan dari hasil perhitungan

berdasarkan analisis serta perbandingan

nilai tegangan yang sebenarnya dengan

nilai tegangan yang diijinkan.

DAFTAR PUSTAKA

Abrar tanjung. 2010. Analisis Sistem

Pentanahan Gardu Induk Teluk Lembu

dengan Bentuk Kontruksi Grdi (kisi-kisi).

Pekan Baru. Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik. Universitas Lamcang

Kuning.

Anang Sunardi, Gamaliel Ketardi, Herman H

Sinaga. 2008. Respons Impuls pada

Elektroda Pentanahan Batang Tunggal

Untuk Menentukan Nilai Impedansi

Pentanahan. Lampung. Universitas

Lampung.

Ismail Muchsin, ST, MT. 2009. Tenaga

Listrik Dan Elektronika. Universitas

Mercu Buana.

Nono, Moelyono. 1999. Pengantar Sistem

Distribusi Tenaga Listrik. Surabaya.

Jurusan Teknik Elektro Fakultas

Teknologi Industri, ITS.

Rini Nur Hasanah. 2009. Evaluasi

Keandalan Sistem Tenaga Listrik Pada

Jaringan Distribusi PrimerTipe Radial

Gardu Induk Blimbing. Surabaya.

Universitas Brawijaya.

Sapari. 2008. Evaluasi Arrester Untuk

Proteksi GI 150 KV Jajar dari Surja Petir

Menggunakan Software PSCAD.

Surakarta. Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

TS Hutauruk, Ir, MSc. 1999. Pengetanahan

Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan

Peralatan. Jakarta. Erlangga.