PEMBUMIAN NETRAL SISTEM 20 KV DENGAN LEBIH DARI SATU SUMBER

PASAL SATU

RUANG LINGKUP DAN TUJUAN

1. Ruang Lingkup

Standar ini mencakup ketentuan pembumian sistem 20 kV yang disuplai oleh lebih dari

satu sumber.

Catatan : Yang dimaksud dengan sumber adalah suatu pusat pembangkit yang dapat terdiri dan

satu atau lebih dari satu unit mesin pembangkit atau suatu gardu induk.

2. Tujuan

Tujuannya ialah memberikan pegangan yang lebih terarah bagi penerapan pembumian

pada sistem 20 kV dengan lebih dari satu sumber yang belum dicakup dalam SPLN

2:1978 dan SPLN 26:1980.

PASAL DUA

LATAR BELAKANG

3. Latar Belakang

Pada sistem ketenagalistrikan yang telah mapan, fungsi distribusi primer menggunakan

jaringan dengan tegangan 20 kV dan dioperasikan secara radial; yang selanjutnya

pembumiannya diatur dalam SPLN 2:1978, SPLN 12:1978 dan SPLN 26:1980. Namun

pada daerah yang sedang berkembang dimana sistem pembangkitnya masih dalam

skala kecil atau menengah, serta sistem transmisi tegangan tinggi berikut gardu

induknya belum diperlukan/dibangun, maka untuk sementara/masa transisi jaringan

20 kV berfungsi pula sebagai penyalur/penghubung utama (tie line) antara dua sumber

(PLTD) atau lebih atau antara PLTD dan Gardu Induk (GI). Kondisi transisi demikian

pada umumnya terdapat di daerah luar Jawa dan pembumiannya menggunakan

resistans rendah. Demikianlah SPLN ini disusun dan diberlakukan bagi daerah tersebut

di atas demi tercapainya penyaluran tenaga listrik yang andal dan aman.

Dalam kondisi seperti itu timbul persoalan mengenai bagaimana pembumian sistem

dengan beberapa sumber tersebut, karena memang belum ada ketentuan yang jelas

yang mengaturnya. SPLN 2:1978 dan SPLN 26:1980 telah mengatur pembumian sistem

20 kV melalui resistans dan SPLN 52-3:1983 mengatur pola pengamanannya, namun

dapat disimpulkan bahwa sistem 20 kV yang dimaksud dalam standar-standar tersebut

adalah sistem distribusi yang disuplai dari GI dan beroperasi radial (walaupun

konfigurasi jaringannya bisa loop atau spindel); jadi sistem 20 kV yang hanya memiliki

satu sumber.

Menurut SPLN 2:1978, SPLN 12:1978 dan SPLN 26:1980 untuk jaringan 20 kV PLN

dimungkinkan tiga macam pembumian yang dapat dipilih yaitu :

a) Pembumian melalui resitans tinggi (500 Ohm) seperti yang berlaku di PLN

Distribusi Jawa Timur.

b) Pembumian langsung sepanjang jaringan (pembumian efektif) untuk sistem

distribusi empat kawat seperti yang berlaku di PLN Distribusi Jawa Tengah.

c) Pembumian melalui resistans rendah (40 Ohm atau 12 Ohm) seperti yang

berlaku di PLN Distribusi Jawa Barat, PLN Distribusi Jakarta Raya dan wilayah-

wilayah PLN di luar Jawa.

Dalam standar ini yang ditinjau adalah suatu sistem 20 kV yang disuplai oleh lebih dari

satu sumber yang belum diatur oleh SPLN 2:1978 dan SPLN 26:1980.

Di beberapa wilayah kerja PLN terdapat beberapa contoh sistem semacam itu dengan

pembumian yang belum mengikuti standar ini (lihat Lampiran 1).

Disamping itu standar ini disusun untuk sistem saluran udara 20 kV dengan

mempertimbangkan segi keamanan bagi konsumen PLN, karena adanya kenyataan

bahwa di bawah SUTM dengan penghantar telanjang pada tiang yang sama terdapat

SUTR di mana tersambung instalasi konsumen. Dalam keadaan konstruksi sedemikian,

sentuhan antara penghantar SUTM dengan penghantar netral SUTR tidak bisa

diabaikan (lihat Lampiran 2).

PASAL TIGA

PERALATAN PEMBUMIAN DAN PENGAMAN

4. Resistans Pembumian

Unit resistans pembumian adalah dua buah resistans 80 Ohm (2x80 Ohm) yang disusun

secara paralel dan masing-masing dilengkapi pemisah dengan maksud agar nilai

resistans dengan cepat dapat diubah dari 40 Ohm ke 80 Ohm dan sebaliknya (lihat

Gambar 1.a). Arus pengenal dari resistans 80 Ohm adalah 150 A, 10 detik.

5. Relai Pengaman Penyulang

Relai pengaman penyulang untuk gangguan antar fase maupun gangguan ke tanah

adalah sesuai SPLN 52-3:1983.

Gambar 1. Unit Resistans Pembumian

6. Relai Pengaman Saluran Penghubung (Tie Line)

6.1 Relai arus lebih pengaman terhadap gangguan hubung singkat antar fase berikut trafo

arusnya.

6.2 Relai arus lebih pengaman terhadap gangguan tanah.

Relai arus lebih pengaman terhadap gangguan tanah harus dapat disetel pada harga

10% dari nilai pengenal trafo arus (CT rating).

6.3 Relai tegangan urutan nol berikut transformator tegangan urutan nol yang terdiri dari

tiga trafo tegangan (potential transformer/PT) yang masing-masing memiliki keluaran

tegangan 100/3 volt atau 110/3 volt disesuaikan dengan relai tegangan urutan nol yang

dipakai (lihat Gambar 2). Relai tegangan urutan nol harus dapat disetel minimum pada

harga 20% dari nilai pengenal trafo tegangan.

Gambar 2. Relai Tegangan Urutan Nol

PASAL EMPAT

PENERAPAN

7. Pembumian

7.1 Pembumian Pada Satu Pusat Listrik Yang Terdiri dari Beberapa Unit Mesin Pembangkit

Bila pada suatu sumber (pusat listrik) terpasang lebih dari satu unit mesin pembangkit,

maka pada sumber tersebut harus disediakan resistans pembumian 2x80 Ohm (lihat

Gambar 3).

Gambar 3

Catatan yang perlu diperhatikan untuk Saklar S :

- Saklar S harus dari jenis air break switch atau load break switch;

- Pada saat menghidupkan atau mematikan mesin saklar S tetap masuk (ON);

- Pada saat ada pekerjaan pemeliharaan pada trafo atau mesin pembangkit atau sirkit

yang berhubungan dengan saklar S, saklar S harus dibuka (OFF). Hal ini untuk

mengamankan pekerja.

7.2 Pembumian Pada Sistem 20 kV Dengan Lebih Dari Satu Sumber

a) Jika suatu sistem 20 kV merupakan interkoneksi antara dua sumber (pusat listrik)

atau lebih maka agar sesuai dengan ketentuan pembumian pada SPLN 26:1980,

sistem tersebut harus dibumikan di dua sumber dari beberapa sumber yang ada,

masing-masing dengan resistans 80 Ohm dengan maksud agar pengaman arus

gangguan tanah masih bisa berfungsi dengan baik. Sedangkan hubungan ke tanah

di sumber-sumber lainnya harus dilepaskan (lihat Gambar 4).

b) Bila kapasitas sumber-sumber yang berinterkoneksi tersebut sepadan/sama, maka

sumber-sumber yang dibumikan adalah yang terletak pada ujung-ujung sistem (lihat

Gambar 4 - sumber A dan sumber D).

Gambar 4

c) Bila kapasitas sumber-sumber yang berinterkoneksi tersebut bervariasi, maka harus

dipilih dua (2) sumber yang akan dibumikan dan sebagai petunjuk dalam

menentukan urutan prioritas sumber yang dibumikan, ditentukan demikian (lihat

Gambar 5) :

- sumber dengan kapasitas terpasang yang besar, bekerja kontinyu dan memiliki

banyak penyulang;

- sumber yang tidak memiliki penyulang namun bekerja kontinyu;

- sumber yang bekerjanya tidak kontinyu atau sifatnya hanya sebagai cadangan

atau hanya membantu pada saat tertentu.

Gambar 5

d) Jika pada suatu ketika terjadi gangguan 1-fase ke tanah permanen pada saluran

penghubung (tie-line) yang mengakibatkan terisolasinya suatu sumber dengan

netral mengambang maka operator pada sumber yang tak dibumikan harus

dilengkapi dengan SOP (Standing Operation Procedure) sebagai berikut :

- PMT pada saluran penghubung (tie-line) harus segera dibuka setelah dipastikan

bahwa gangguan tersebut terjadi pada saluran penghubung;

- Titik netral trafo nisi 20 kV dibumikan melalui resistans 40 Ohm atau maksimum

80 Ohm.

8. Pengamanan

8.1 Pengamanan Penyulang

Pengamanan penyulang adalah relai arus Iebih untuk gangguan antar fase, relai arus

lebih untuk gangguan tanah dan relai penutup balik (sesuai dengan SPLN 52- 3:1983).

8.2 Pengamanan Saluran Penghubung (Tie Line)

Pengamanan saluran penghubung adalah sebagai berikut :

a) Pengamanan terhadap gangguan hubung singkat antar fase adalah relai arus lebih

tipe waktu tertentu dengan tunda waktu dan relai arah dengan peralatan

pelengkapnya (lihat Gambar 6).

b) Pengamanan terhadap gangguan tanah adalah relai arus lebih tanah tipe waktu

tertentu dengan tunda waktu dan relai arah atau relai arah gangguan tanah tipe

waktu tertentu.

c) Bila terdapat relai penutup balik (recloser), relai tersebut harus dinonaktifkan

(diblokir).

Gambar 6. Pengamanan Saluran Penghubung

8.3 Pengamanan Busbar

Pengamanan busbar adalah sebagai berikut :

Bila pada sirkit/rangkaian resistans pembumian trafo terdapat alat pengaman, maka alat

pengaman tersebut harus disetel dengan tunda waktu yang Iebih besar daripada

pengaman penyulang dan pengaman saluran penghubung (lihat Gambar 7).

Gambar 7. Pengamanan Busbar

LAMPIRAN 1

CONTOH KASUS-KASUS SISTEM 20 KV

DENGAN LEBIH DARI SATU SUMBER YANG ADA DI PLN WILAYAH

Kasus-kasus dari masalah ini telah banyak terdapat di beberapa wilayah PLN misalnya :

1. Sistem Samarinda (PLN Wilayah VI)

PLTD lama (6x4 MW) dengan pembumian langsung pada sisi 20 kV diinterkoneksikan

dengan suatu PLTD Baru dari proyek Akselerasi (2x5 MW) dengan pembumian melalui

resistans 2x80 Ohm pada sisi 20 kV (lihat Gambar L.1-1). Pada PLTD Baru yang dibangun

pada tahap berikutnya masing-masing unit dilengkapi dengan resistans 2x80 Ohm.

Pengamanan terhadap gangguan tanah (51-G) selain terdapat pada penyulang juga

terdapat pada sirkit resistans pembumian.

Gambar L.1-1

Sistem Samarinda yang pembumiannya telah disesuaikan menurut standar ini menjadi

sebagai berikut:

Gambar L.1-2

LAM PIRAN 2

PENGARUH PEMBUMIAN NETRAL SISTEM 20 KV 3-KAWAT

TERHADAP PROTEKSI GANGGUAN TANAH DAN BAHAYA SENTUHAN

ANTARA SUTM DAN SUTR YANG ADA DI BAWAHNYA

Dalam standar pembumian netral sistem 20 kV dengan lebih dari satu sumber disebutkan

bahwa jika sistem 20 kV dibumikan di dua sumber, maka tahanan pembumian masing-masing

sumber adalah 800. Lagipula jika karena sesuatu hal kedua sumber tersebut terpisah dan untuk

sementara bekerja sendiri-sendiri, pembumian masing-masing dibolehkan tetap 8052 .

Uraian di bawah ini mencoba menerangkan mengapa dalam hal pembumian di dua sumber

resistans masing¬masing adalah 80Q (bukan 4052 ) dan bahwa dalam hal pembumian di satu

sumber dengan resistans pembumian 800 , relai pengaman gangguan tanah masih dapat

berfungsi dengan baik.

1. Jika suatu JTR berada di bawah JTM pada tiang yang sama, maka kemungkinan terjadinya

hubung singkat antara keduanya tidak bisa diabaikan. Jika hubung singkat sedemildan itu

terjadi maka akan timbul kenaikan tegangan pada JTR nya.

1.1 JTR dengan Pembumian Pengaman (PP)

Gambar L.2-1

Pada sistem Pembumian Pengaman (PP) badan peralatan konsumen melalui hantaran

pengaman dihubungkan ke rel/terminal pengaman di PHB konsumen dan selanjutnya rel

pengaman ini dihubungkan ke elektroda pembumian melalui hantaran pembumian

Sedangkan JTR nya ditanahkan pada titik netral trafo distribusi. Sistem PP inilah yang

sampai sekarang di wilayah-wilayah PLN masih banyak digunakan kecuali di PLN Distribusi

Jawa Tengah.

Dalam Gambar L.2-1 diperlihatkan suatu sistem 20 kV 3- kawat yang dibumikan di satu

sumber dengan resistans pembumian 400 dan di bawahnya terdapat JTR yang

menggunakan sistem Pembumian Pengaman (PP) di mana badan peralatan konsumen

diamankan dengan elektroda pembumian konsumen tersendiri. Misalkan terjadi hubung

singkat antara fase-R (JTM) dengan kawat netral JTR, maka akan terjadi kenaikan

potensial pada netral JTR nya sebagai berikut:

Dalam hal ini JTR dan peralatan listrik konsumen akan menderita tegangan fase sebesar

1503 volt (dari 1283 + 220 V) selama tb detik, dimana tb adalah waktu pembebasan

gangguan oleh pengaman JTM (yaitu PMT dan relai, yang biasanya 0,5 detik). Seperti

diketahui ketahanan peralatan konsumen tegangan rendah adalah 2000 volt selama 1

menit ketika dalam keadaan baru. Tegangan sebesar 1503 V tersebut (75% dari ketahanan

peralatan) selama 0,5 detik masih dapat dianggap tidak membahayakan peralatan listrik

konsumen.

Jika sistem 20 kV tersebut dibumikan di dua sumber dengan resistans pembumian masing-

masing 400, maka sistem tersebut seolah-olah ditanahkan dengan resistans pembumian

ekivalen 200 ; dengan cara yang sama dapat dihitung bahwa kenaikan tegangan kawat

netral adalah VNE(IR) = 2309 volt. Tegangan yang diderita oleh peralatan konsumen

adalah 2529 volt. Tegangan sebesar ini mungkin akan menyebabkan tembusnya isolasi

(breakdown) pada JTR maupun peralatan listrik konsumen.

1.2 JTR dengan Pembumian Netral Pengaman (PNP)

Pada sistem PNP seperti yang dimaksud oleh PUIL ataupun SPLN 3:1978 hantaran netral

JTR dibumikan di sumber (gardu trafo) dan di tiang-tiang tertentu sepanjang saluran dan

juga di setiap konsumen. Badan peralatan konsumen, melalui hantaran pengaman

tersambung ke rel/terminal pengaman di PHB konsumen, sedangkan rel/terminal pengaman

ini selain tersambung ke elektroda pembumian konsumen juga ke netral.

Gambar L.2-2

Dalam Gambar L.2-2 diperlihatkan suatu JTM di mana di bawahnya terdapat JTR yang

menggunakan sistem PNP di mana badan peralatan konsumen diamankan dengan

elektroda pembumian konsumen yang dihubungkan pula dengan penghantar netral JTR

sehingga kenaikan tegangan pada kawat netral JTR akan dirasakan juga oleh konsumen

yang kebetulan menyentuh/memegang badan peralatannya. Untuk ini sudah ada ketentuan

dalam SPLN 3:1978 mengenai besarnya nilai resistans pembumian kawat netral TR nya

yaitu RNE(TR) = 0,2 Ω maksimum. Resistans pembumian total tersebut didapat dari

pembumian di gardu trafo, di beberapa titik sepanjang JTR dan sumbangan dari

pembumian semua konsumen yang tersambung pada JTR tersebut. Dengan resistans

RNE(TR) = 0,2 Ω kenaikan tegangan yang terjadi pada kawat netral termasuk badan

peralatan konsumen kira-kira 60 volt (yaitu dari 300 A x 0,2 Ω ). Sebenarnya dengan waktu

0,5 detik tegangan sentuh yang masih dianggap aman adalah 90 volt, sehingga RNE(TR)

maksimum dengan waktu tb = 0,5 detik boleh sampai 0,3 Ω. Untuk memperoleh resistans

0,2 Ω atau 0,3 Ω ini mungkin akan sulit dicapai, apalagi bila jumlah konsumen yang

tersambung pada JTR masih sedikit.

Jika sistem 20 kV tersebut dibumikan di dua sumber dengan resistans pembumian masing-

masing 40 Ω, sehingga seolah- olah sistem dibumikan dengan resistans pembumian

ekivalen 20 Ω (atau arus gangguan 1-fase ke tanahnya kira-kira 600 A) maka supaya

tegangan sentuh pada kawat netral dan badan peralatan konsumen tidak lebih dari 60 atau

90 volt seperti tersebut di atas, maka RNE tersebut harus lebih kecil lagi (0,1 Ω atau 0,15 Ω )

yang berarti lebih sulit untuk dicapai.

2. Jika suatu sistem 20 kV hanya mempunyai satu sumber dan dibumikan dengan resistans

pembumian 80 Ω (lihat Gambar L.2-3), maka bila terjadi gangguan 1-fase ke tanah pada

salah satu penyulangnya (misalnya penyulang A) maka pada relai pengaman gangguan

tanah RA akan mengalir arus 3I0 yang terdiri dari arus resistif (IR) dari resistans pembumian

dan arus kapasitif (I3Ce) dari penyulang B dan C atau

Pada penyulang B hanya akan mengalir arus kapasitif I3ce.B, demikian pula pada penyulang

C hanya mengalir arus kapasitif I3Ce.c. Dalam hal ini hanya relai gangguan tanah RA yang trip

disebabkan karena anus resistifnya Baja sudah jauh lebih besar dari nilai settingnya (yang

biasanya sebesar 10% sampai 20% dari CT rating), sedangkan relai-relai gangguan tanah

RB dan Rc tidak akan trip disebabkan arus kapasitif yang melewatinya jauh lebih kecil dari

nilai settingnya. Hal tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :

Misalnya CT rating 300/5 A, setting relai gangguan tanah RA, RB dan Rc masing-masing 30

A, panjang penyulang C 100 km (yang terpanjang) dan Ce = 0,005,uF/km/fasa. Pada

penyulang C terdapat 30 buah trafo distribusi 3-fasa yang masing-masing menailiki

kapasitansi 0,004 uFfasa/unit.

Gambar L.2-3

Maka arus kapasitif yang mengalir melalui Rc adalah

Dapat dilihat bahwa I3Ce.c tersebut masih jauh dari setting relainya, oleh karena itu relai

gangguan tanah Rc tidak akan trip.

Pada relai gangguan tanah RA akan mengalir arus resistif dari resistans pembumian (yang

besarnya kira-kira 150 A, bila gangguan tanah tersebut tidak melalui resistans). Karena

besarnya arus resistif tersebut jauh di atas nilai setting relai gangguan tanah, maka relai RA

akan trip.

Jadi pada sistem 20 kV yang dibumikan dengan resistans 80Ω, jika terjadi gangguan 1-fasa

ke tanah pada salah satu pcnyulangnya, maka proteksi gangguan tanahnya yang

menggunakan relai non-directional masih dapat berfungsi dengan baik.

3. Jika sistem 20 kV tersebut memiliki tiga (3) sumber yang dibumikan melalui resistans masing-

masingdengan 80Ω (atau ekivalen dengan 80/3Ω), maka bila terjadi sentuhan penghantar fasa

TM ke penghantar netral TR akan terjadi kenaikan tegangan pada penghantar netral TR

sebesar :

a. Pada JTR dengan sistem PP

Pada kejadian ini isolasi peralatan listrik konsurnen akan menderita tegangan fasa

sebesar 2043 volt. Tegangan sebesar 2043 volt tersebut masih dapat ditahan oleh

peralatan TR dengan asumsi bahwa relai gangguan tanah telah bekerja dalam waktu 1

detik.

b. Pada JTR dengan sistem PNP

Disini terjadi kenaikan tegangan penghantar netral (demikian pula badan peralatan

konsumen) sebesar 87 volt. Tegangan sebesar 87 volt tersebut selama 0,5 detik masih

memenuhi batas tegangan sentuh yang aman menurut IEC Publ 479-1974.

KESIMPULAN

1. Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa dengan RNE(TR) = 5 (untuk JTR dengan

sistem PP) maka resistans pembumian netral sistem 20 kV tidak boleh kurang dari 40Ω

atau arus gangguan tanahnya tidak boleh lebih dari 300 A, sehingga jika dibumikan di

dua sumber maka resistans pembumian di setiap sumber masing-masing tidak boleh

kurang dari 80Ω. Jika karena suatu keadaan, pada sistem 20 kV terdapat tiga sumber

yang dibumikan maka resistans pembumian netral pada masing-masing sumber

diperbolehkan sebesar 80Ω dengan syarat bahwa alat pengaman gangguan tanah pada

penyulang harus bisa trip secara cepat (instantaneous) atau lebih cepat dari 0,5 detik.

2. Resistans pembumian total dari penghantar netral JTR perlu diusahakan sekecil

mungkin dengan batas maksimum 5Ω.

3. Pada sistem 20 kV yang dibumikan dengan resistans 80Ω, proteksi gangguan tanahnya

yang menggunakan relai non-directional masih dapat berfungsi dengan baik.

DAFTAR ISI

Halaman

Pasal Satu : RUANG LINGKUP DAN TUJUAN

1. Ruang Lingkup 1

2. Tujuan 1

Pasal Dua : LATAR BELAKANG

3. Latar Belakang 1

Pasal Tiga : PERALATAN PEMBUMIAN DAN PENGAMAN

4. Resistans Pembumian 3

5. Relai Pengaman Penyulang 3

6. Relai Pengaman Saluran Penghubung (Tie Line) 3

PasalEmpat: PENERAPAN

7. Pembumian 4

7.1 Pembumian pada Satu Pusat Listrik Yang Terdiri Dari Beberapa

Unit Mesin Pembangkit 4

7.2 Pembumian pada Sistem 20 kV Dengan Lebih Dari Satu Sumber 5

8. Pengamanan 7

8.1 Pengamanan Penyulang 7

8.2 Pengamanan Saluran Penghubung (Tie Line) 7

8.3 Pengamanan Busbar 8

Lampiran 1 9

Lampiran 2 11

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1 Unit resistans pembumian 3

Gambar 2 Relai tegangan urutan nol 4

Gambar 3 Pembumian pada satu pusat listrik yang terdiri dari beberapa

unit mesin pembangkit 5

Gambar 4 Pembumian sistem 20 kV dengan lebih dari satu sumber

(Dua sumber pada ujung-ujung sistem dibumikan) 6

Gambar 5 Pembumian sistem 20 kV dengan lebih dari satu sumber

(Dua sumber yang besar yang dibumikan) 6

Gambar 6 Pengamanan saluran penghubung 8

Gambar 7 Pengamanan busbar 8

Gambar L1-1 Sistem Samarinda yang ada 9

Gambar L1-2 Sistem Samarinda dengan pembumian yang telah disesuaikan 10

Gambar L.2-1 JTR dengan pembumian pengaman (PP) 11

Gambar L.2-2 JTR dengan pembumian netral pengaman (PNP) 13

Gambar L.2-3 Sistem 20 kV dengan satu sumber dan dibumikan dengan

resistans pembumian 80Ω 14