pengetanahan dengan kumparan petersen

42
SISTEM PENTANAHAN BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Sampai kira-kira tahun 1910, system-sistem tenaga listrik tidak diketanahkan. Hal itu dapat dimengerti karena pada waktu itu system-sistem tenaga listrik masih kecil jadi bila ada gangguan fasa ke tanah arus gangguan masih kecil, dan biasannya masih kurang dari 5 amper. Pada umumnya bila arus gangguan itu sebesar 5 amper atau lebih kecil, busur listrik yang timbul pada kontak-kontak antara kawat yang terganggu dan tanah masih padam sendiri. Tetapi system-sistem tenaga itu makin lama makin besar baik panjangnya maupun tegangannya. Oleh karena itu mulai tahun 1910-an pada saat mana system-sistem tenaga relative mulai besar, system-sistem itu tidak lagi dibiarkan terapung yang dinamakan system delta, tetapi titik netral system itu diketanahkan melalui tahanan atau reaktansi. Pengetahanan itu umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral transformator daya ke tanah. Metode-metode pengetanahan netral dari system-sistem tenaga adalah: a. Pengetanahan melalui tahanan (ressistance grounding) b. Pengetanahan melalui reactor (reactor grounding) c. Pengetanahan tanpa impedansi (soild grounding) d. Pengetanahan efektif (effective grounding) e. Pengetanahan dengan reactor yang impedansinya dapat berubah- ubah (resonant grounding) atau pengetanahan dengan kumparan Petersen. Istilah kumparan Petersen ini berasal dari nama orang yang pertama-tama menciptakan alat itu, yaitu W. Petersen. Petersen mendapatkan cara ini pada tahun 1916. Di Negara-negara Anglo- Pengetanahan Dengan Kumparan Petersen 1

Upload: chulunk04

Post on 04-Oct-2015

477 views

Category:

Documents


92 download

DESCRIPTION

Pengetanahan Dengan Kumparan Petersen

TRANSCRIPT

SISTEM PENTANAHANBAB IPENDAHULUAN1.1. Latar BelakangSampai kira-kira tahun 1910, system-sistem tenaga listrik tidak diketanahkan. Hal itu dapat dimengerti karena pada waktu itu system-sistem tenaga listrik masih kecil jadi bila ada gangguan fasa ke tanah arus gangguan masih kecil, dan biasannya masih kurang dari 5 amper. Pada umumnya bila arus gangguan itu sebesar 5 amper atau lebih kecil, busur listrik yang timbul pada kontak-kontak antara kawat yang terganggu dan tanah masih padam sendiri. Tetapi system-sistem tenaga itu makin lama makin besar baik panjangnya maupun tegangannya.Oleh karena itu mulai tahun 1910-an pada saat mana system-sistem tenaga relative mulai besar, system-sistem itu tidak lagi dibiarkan terapung yang dinamakan system delta, tetapi titik netral system itu diketanahkan melalui tahanan atau reaktansi. Pengetahanan itu umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral transformator daya ke tanah.Metode-metode pengetanahan netral dari system-sistem tenaga adalah:a. Pengetanahan melalui tahanan (ressistance grounding)b. Pengetanahan melalui reactor (reactor grounding)c. Pengetanahan tanpa impedansi (soild grounding)d. Pengetanahan efektif (effective grounding)e. Pengetanahan dengan reactor yang impedansinya dapat berubah-ubah (resonant grounding) atau pengetanahan dengan kumparan Petersen.Istilah kumparan Petersen ini berasal dari nama orang yang pertama-tama menciptakan alat itu, yaitu W. Petersen. Petersen mendapatkan cara ini pada tahun 1916. Di Negara-negara Anglo-Saxon nama alat itu sering juga disebut Ground Fault Neutralizer atau Arc Suppression Coil. Umumnya kita di Indonesia mengenalnya sebagai kumparan Petersen adau Petersen spoel. Perlu dicatat di sini bahwa analisa serta perbaikan kumparan Petersen dibuat oleh JONAS mulai tahun 1920.Sekalipun penggunaan kumparan Petersen itu sudah mulai berkurang tetapi system 30 dan 70 KV yang ada di Jawa masih diketanahkan dengan kumparan Petersen. Disamping itu, akhir-akhir ini semakin banyak generator yang terhubung dengan transformator (unit connected generator) diketanahkan dengan kumparan Petersen.

1.2. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam pembuatan makalah ini adalah:1. Bagaimana fungsi kumparan Petersen pada keadaan gangguan?2. Apa komponen rugi daya dari arus gangguan residu?3. Bagaimana pemadaman busur listrik dalam keadaan gangguan tanah?4. Bagaimana pengaruh tahanan kontak?5. Apa keuntungan dan kerugian kumparan Petersen?6. Bagaimana persamaan dan diagram lingkaran Jonas?

1.3. Tujuan dan Manfaat

Adapun Tujuan dan Manfaat yang di dapat setelah membaca makalah ini adalah:1. Mengetahui fungsi kumparan Petersen pada keadaan gangguan2. Mengetahui komponen rugi daya dari arus gangguan residu3. Mengetahui pemadaman busur listrik dalam keadaan gangguan tanah4. Mengetahui pengaruh tahanan kontak5. Mengetahui keuntungan dan kerugian kumparan Petersen6. Mengetahui persamaan dan diagram lingkaran Jonas

BAB IIPEMBAHASAN

2.1. FUNGSI KUMPARAN PETERSEN PADA KEADAAN GANGGUANBila suatu system yang tidak diketanahkan terganggu oleh hubung singkat kawat tanah, maka arus gangguan kapasitif itu kembali ke system melalui gangguan itu, Gambar 4.1Suatu keadaan istimewa ialah bila ada dua macam arus gangguan yang sama besarnya tetapi berlawanan arahnya terjadi pada gangguan itu, jadi satu sama lain saling menghilangkan. Hal ini terjadi bila pada arus gangguan yang kapasitif itu ditambahkan arus yang induktif yang tertentu besarnya.Inilah prinsip dasar dari hasil pekerjaan pionir Petersen.Untuk memperoleh arus induktif itu ditambahkan reactor parallel dengan kapasitor pada setiap fasa ke tanah. Gambar 4.2.

Gambar 4.1. Sistem yang tidak diketanahkan dalam keadaan gangguan kawat tanaha) Sistem fasa-tiga pada keadaan gangguanb) Gambar ekivalen pada keadaan gangguan

Gambar 4.2. Sistem fasa tiga dengan reactor fasaTetapi cara ini bukanlah pemecahan yang ekonomis, karena dalam hal ini dibutuhkan tiga reactor yang tidak akan jenuh dan induktansinya harus konstan.Bila reactor itu dihubungkan ke titik netral system, umumnya dipilih netral sekunder transformator, maka dalam hal ini dibutuhkan hanya satu reactor. Gambar 4.3.

Gambar 4.3. Sistem diketanahkan melalui reactor dalam keadaan gangguan.(a) Diagram fasa-tiga(b) Diagram ekivalenGambar 4.3. (b) di atas menggambarkan sirkuit ekivalen system itu dalam keadaan gangguan kawat-tanah. Bila reactor itu mempunyai kesanggupan untuk dapat mengatur impedansinya di samping adanya sadapan, alat itu dinamakan kumparan Petersan. Untuk sementara marilah kita sebut alat itu reactor saja yang impedansinya dapat diatur.Sebutlah impedansinya reactor itu Zp, maka arus melalui reactor IL, dimana, (4.1)Dan arus kapasitif,

= (4.2)Bila dipenuhi kondisi. (4.3)Maka arus yang mengalir dari system melalui kapasitansi pada satu pihak dan melalui reactor netral pada pihak lain akan saling menetralisir. Jadi dalam hal ini tidak ada arus yang mengalir melalui titik gangguan kecuali komponen arus rugi-rugi (lihat pasal 3) dan arus-arus harmonis.Persamaan (4.3) adalah ekspresi matematis dari hokum Petersen, bahwa reactor pengetahanan harus didimensionir sedemikian rupa sehingga dapat ditala dengan system itu.2.2. KOMPONEN RUGI DAYA DARI ARUS GANGGUAN RESIDU.Di dalam system dengan kumparan Petersen, bila terjadi gangguan tanah akan ada arus kapasiif dan arus induktif. Adanya arus-arus ini mengakibatkan tibulnya rugi-rugi pada kumparan Petersen sendiri maupun pada system transmisi serta trafo dayanya.Komponen rugi-rugi di dalam rangkaian pengganti urutan nol dapat dinyatakan dengan tahanan yang memberikan efek yang sama. Untuk itu rugi-rugi tersebut perlu dibahas satu persatu, lihat gambar 4.4.

Gambar 4.4. Komponen-komponen rugi daya pada system dengan kumparan Petersen yang disebabkan oleh arus gangguan.a. Arus bocor yang mengalir melalui permukaan isolator penggantung pada tiang transmisi. Besar arus ini tidak akan melampaui 5% dari arus kapasitif dari system. Pengukuran sesungguhnya terhadap arus bocor pada isolator penggntung tidak memberikan nilai yang tetap, tergantung pada keadaan permukaan isolator, cuaca dan perencanaannya.Rugi-rugi untuk arus bocor ini dinyatakan dengan konduktansi pengganti G1 dalam gambar 4.4.b. Rugi-rugi I2R yang disebabkan oleh arus gangguan kapasitif dan arus kumparan di dalam jala-jala transmisi, transformator daya, dan jalan balik lewat tanah, dinyatakan dengan tahanan pengganti R3.c. Rugi-rugi yang disebabkan adanya efek korona atau rugi-rugi dialektrik, dinyatakan dengan tahanan pengganti R4.d. Rugi-rugi yang dihasilkan di dalam kumparan Petersen sendiri, yang terdiri dari rugi-rugi besi di dalam inti, dan rugi-rugi tembaga pada belitannya, kedua macam rugi-rugi ini dinyatakan masing-masing dengan tahanan shunt R2 dan R5.e. Rugi-rugi yang disebabkan oleh tahanan hubungan tanah dapat dinyatakan oleh tahanan pengganti R6.

Rangkaian pengganti secara lengkapnya untuk menunjukan komponen-komponen rugi-rugi ini diperlihatkan dalam gambar 4.4.Di dalam system tanpa efek korona, harga dalam persen masing-masing komponen rugi-rugi dinyatakan dalam table 4.1.Konduktansi bocor1,5-5%

Kumparan Petersen:Rugi-rugi besiRugi-rugi tembaga0,5-1%1,5%

Rugi-rugi I2R dalam transmisi dan jalan balik lewat tanahSampai 0,5%

Rugi-rugi tambahan pada trafo daya yang diketanahkanSampai 5%

Rugi-rugi pada titik pengetanahan kumparan petersenSampai 1%

Di dalam system tegangan ekstra tinggi (EHV) persen rugi daya total selama terjadi gangguan tanah ini biasanya besarnya tak melampaui 4% dan rugi daya pada kumparan Petersen sendiri sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Bila dipakai isolasi dengan tingkat yang normal, persen rugi daya total dapat berkisar 6-15%. Hal ini dapat dilihat dalam table 4.2 yang didapat dalam praktek untuk berbagai tegangan system dan juga tergantung dari keadaan system.Untuk mencari rugi daya total ini tidak dibutuhkan perhitungan yang teliti, tetapi sudah cukup teliti bila dipakai cara pendekatan dengan berpedoman pada table tadi.Tabel 4.2. Persen rugi total pada system yang berbeda-bedaTegangan system (KV)Jenis hantaranArus gangguan (Amper)Persen rugi daya total (%)

630301025252550110110KabelKabelKabelKawat udaraKawat udaraKawat udaraKawat udaraKawat udaraKawat udaraKawat udara20,545028006,53910-45722-54709,54,53,51112814-109,5-133,3-4,754,3

Sebagai pegangan dalam perhitungan-perhitungan, jumlah rugi-rugi itu adalah kira-kira:

5% untuk tegangan tinggi 110 KV ke atas15% untuk tegangan sedang, dan5% untuk kabel tanah

Jadi bila rugi-rugi itu tidak diabaikan, diagram ekivalen Gambar 2.2. (b) berubah menjadi seperti Gambar 4.5.

Gambar 4.5. Diagram ekivalen system yang diketanahkan dengan kumparan Petersen dalam keadaan gangguan R= rugi-rugi ekivalen.Perlu ditekankan di sini bahwa rugi-rugi ini sangat terpengaruh oleh keadaan cuaca, karena rugi-rugi ini sebagian besar ditentukan korona dan kebocoran isolator. Dalam musim hujan kemungkinan timbulnya korona lebih besar. Jadi rugi-rugi dalam musim hujan lebih besar daripada rugi-rugi dalam musim kering.2.3. PEMADAMAN BUSUR LISTRIK DALAM KEADAAN GANGGUAN TANAHPada saat gangguan dihilangkan, maka pada saat pemutusan arus, busur listrik timbul antara kontak-kontak, yaitu antara fasa yang terganggu dan tanah, atau antara elektroda-elektroda a dan b, Gambar 4.5. Bersamaan dengan pemutusan arus itu tegangan kawat akan berusaha kembali ke tegangan normal melalui waktu transisi. Pada waktu pengembalian tegangan inilah akan kita lihat kegunaan yang sangat besar dari kumparam Petersen itu.Sifat sesuatu gangguan menentukan pergeseran titik netral O sampai Eph. Umumnya kumparan Petersen itu tidak ditala sempurna, jadi selalu ada arus gangguan mengalir (termasuk arus rugi-rugi).Arus itu dinamakan arus residu (residual current) dan diberi dengan notasi Ir. Komponen reaktif dari arus gangguan residu ini, (4.4)Arus gangguan bila tidak ada kumparan Petersen,(4.5)Bila ada penyimpangan dari penalaran yang sempurna dinyatakan dengan , maka:

Atau(4.6)Bila Persamaan (4.3) dipenuhi maka = OSebenarnya, bagaimanapun sempurnanya penalaan selalu ada arus rugi-rugi .Dalam gambar 4.5, L dan Co membentuk sirkuit isolasi. Frekuensi sudut (angular frequency) dari isolasi bebas (free oscillation) adalah:(4.7)Bila w = frekuensi daya maka pada penalaan yang sempurna Sekarang akan kita lihat bagaimana pemadaman bunga api itu terjadi setelah gangguan hilang. Untuk ini kita akan meninjau dua macam keadaan, yaitu pada penalaan yang sempurna dan pada penalaan yang tidak sempurna.2.3.1. Pemadaman Bunga Api pada Penalaan yang SempurnaTerjadinya busur listrik atau loncatan api sebenarnya disebabkan karena udara terionisasi pada waktu adanya gangguan, sehingga yang tadinya bersifat sebagai isolator, sekarang bersifat sebagai konduktor. Setelah gangguan itu hilang pada waktu arus melewati titik nolnya, udara ingin kembali lagi sebagai isolator. Peristiwa kembalinya udara sebagai isolator lagi disebut tegangan pulih dielektrik atau dielectric recovery voltage (DRV) atau build-up of dielectric strength of gap. Pada saat arus nol tegangan system ingin kembali ke harga normalnya melalui gejala peralihan mengikuti lengkung tegangan pulih system atau system recovery voltage (SRV).Penyalaan kembali dari busur listrik dapat terjadi apabila pada timbulnya tegangan pulih system terjadi pukul ulang (restrike), di mana terjadi perpotongan antara kedua lengkung tersebut yaitu tegangan pulih dielektrik dan tegangan pulih system dan kejadian ini bias menyebabkan timbulnya busur tanah, walaupun penyebab dari gangguan itu sendiri sudah hilang. Jadi harus ingat bahwa pada saat arus sama dengan nol, belum tentu busur listrik itu hilang. Karena itu diinginkan supaya lengkung tegangan pulih system lebih rendah dari tegangan pulih dielektrik, atau dengan perkataan lain diinginkan agar kenaikan tegangan system lambat dan kenaikan dari tegangan pulih dielektrik lebih cepat.Perlu dicatat bahwa bila tegangan system makin tinggi berarti kemungkinan terionisasinya udara makin besar, maka bila terjadi gangguan tanah yang menimbulkan busur listrik, arus daya yang mengalir dalam busur listrik itu besar sehingga menyebabkan naiknya tegangan pulih dielektrik menjadi lambat. Tetapi pada pemutus daya udara, busur listrik itu cepat hilang karena itu kenaikan tegangan pulih dielektrik dipercepat.Begitu juga yang terjadi pada kumparan Petersen, dimana tegangan pulih dielektrik dapat dibuat cepat sekali dan tegangan pulih system dibuat cukup lambat. Inilah jasa kumparan Petersen yang terpenting, sebab gangguan tanah dapat diselamatkan tanpa pemutusan saluran yang terganggu. Kumparan Petersen memperlambat naiknya tegangan pulih system, setelah gangguan itu hilang, seperti terlihat pada keterangan-keterangan dibawah ini.Pada penalaan yang sempurna , jadi bila system dibiarkan bebas akan terus menerus berosilasi. Tetapi karena adanya rugi-rugi amplitudenya makin lama makin kecil.Konstanta waktu dari osilasi yang teredam itu ialah(4.8)Dimana: = tahanan ekivalen seriBila konstanta waktu dihitung dari sirkuit ekivalen parallel maka:(4.9)Dimana: R = tahanan ekivalen parallelSuperposisi dari tegangan pulih transien yang berosilasi dan tegangan normal menghasilkan tegangan yang secara perlahan-lahan kembali dari keadaan gangguan ke keadaan normal. Jadi seperti terlihat pada Gambar 4.6. arti yang terpenting dari kumparan Petersen ialah perlambatan dari kembalinya tegangan antara fasa yang terganggu dan tanah. Bila tegangan fasa sin wt dan tegangan transien maka tegangan pulih pada fasa yang terganggu ke tanah menjadi, (4.10)

Gambar 4.6. Pemulihan tegangan pada fasa yang terganggu pada system yang diketanahkan dengan kumparan Petersen.O: titik netralA: fasa yang tergangguB,C: fasa-fasa yang tidak terganggu

Dari gambar 4.7 jelas kelihatan bagaimana tegangan dari fasa yang terganggu itu kembali setelah gangguan dihilangkan.Jadi tegangan adanya kumparan Petersen itu diperoleh beberapa keuntungan.1. Arus gangguan kecil, jadi pada pemutusan arus, busur listrik dapat diabaikan,1. Tegangan pulih system diperlambat sedemikian rupa sehingga , memberikan waktu yang cukup kepada pemulihan dielektrik dari jalan busur listrik (arcpath) yang terjadi karena ionisasi selama gangguan.1. Pemutusan arus tidak menimbulkan busur listrik 1. Kemungkinan timbulnya busur tanah dihindarkanPemadaman sendiri (self-extinguishing) itu bukanlah oleh karena arus kecil, tetapi karena tegangan antara elektroda a dan b ( gambar 4.4 ) lambat kembalinya. Walaupun arus gangguan itu besar, misalanya 50 amper pada system yang diketanahkan dengan kumparan Petersen, adalah jauh lebih baik dari arus 5 amper pada seistem yang tidak diketanahkan. Pada keadaan yang pertama pemadaman sendiri itu dapat terjadi, sebaliknya pada keadaan terakhir belum tentu terjadi.

Gambar 4.7. Superposisi dari tegangan mantap dan transien

2.3.2. Pemadaman Bunga Api Pada Penalaan Tidak SempurnaTelah diterangkan dimuka bahwa kumparan Petersen itu pada umumnya tidak ditala sempurna. Derajat simpangan tala itu diberikan oleh persamaan (4.6), yaitu (4.6) Dan persamaan (4.7)(4.7)Bila persamaan (4.7) diisikan dalam persamaan (4.6) maka diperoleh (4.11)Jadi frekuensi dari tegangan transien menjadi :w (4.12)Tegangan pulih system antara fasa yang terganggu dan tanah diberikan oleh persamaan di bawah ini : Eph sin wt - Eph sin wf t (4.13)Dengan =

Gambar 4.8. Tegangan fasa yang terganggu bila kumparan Petersen ditala tidak sempurna. = -25%, dan redaman diabaikan

Bila redaman diabaikan ( diperoleh hasil yang konservatif), persamaan (4.13) menjadi : Eph ( sin wt sin wf t )(4.14)Atau2 Eph sin(4.15)Gambar 4.8 menggambarka keadaan yang diberikan oleh persamaan (4.14). dari lgambar 4.8 kelihatan bahwa tegangan pulih dari fasa yang terganggu itu masih tetap diperlambat walaupun pada keadaan penalaan yang tidak sempurna, dan redaman diabaikan.Perlu dicatat disini bahwa simpangan yang besar (arus residu makin besar) akan mempercepat naiknya tegangan pulih system. Begitu juga halnya bila makin besar arus rugi-rugi Iw,, dan bila simpangan tala terlalu besar, maka tegangan pulih system menjadi terlalu cepat naiknya sehingga pemadaman sendiri mungkin akan gagal, deionisasi bertambah lambat jadi tegangan pulih dielektrik juga lambat.Oleh karena itu beberapa alas an, penalaan yang sempurna itu tidak diinginkan. never tune to resonance. Demikian kata jonas.Alasan-alasan tersebut disebabkan antara lain oleh :1. Sukar mengatur sehingga diperoleh penalaan sempurna,1. Bila da pergeseran netral yang ditimbulkan oleh ketidakseimbangan kapasitif, tegangan pada kumparan itu pada kerja normal akan sangat besar (mungkin 10 sampai 15 kali sebesar pergeseran netral) bila ditala sempurna,1. Dalam keadaan gangguan pergeseran netral akan maksimum bila ditala sempurna.Kedua alas an terakhir ini akan diterangkan lebih lanjut dalam pasal 7 bab ini. Dari pengalaman-pengalaman, derajat simpangan tala jangan lebih besar dari harga-harga yang diberikan pada table 4.3.

Tabel 4.3. Simpangan dari penalaan sempurnaSimpangan, (%)Tegangan kerja(KV)

25

2569115 dan lebih

Bila positif dinamakan konpensasi kurang, dalam hal ini wf < w dan bila negatif dinamakan konpensasi lebih, dalam hal ini wf > w.Besar arus residu I, (sebagai pecahan dari arus gangguan kapasitif IFG ) tergantung dari derajat simpangan , Gambar 4.9.

Dari Gambar 4.5Iw = Ir = Ir,x = IFG IL = = Jadi, = (4.16)Dari relasi terakhir ini dapat dilukiskan gambar 4.9.Kembali persamaan ( 4.10 ) di atas, yaitu untk penalaan sempurna, laju kenaikan tegangan adalah : Rumus = Dan pada t = 0 = (4.17)Laju kenaikan tegangan inilah sebagian besar yang menentukan apakah akan terjadi pukul ulang (restrike) atau tidak. Pada umumnya harga 2 RC berkisar antara 0,02 detik untuk tegangan tinggi sampai 0,1 detik untuk tegangan menengah.2.4 PENGARUH TAHANAN KONTAKPengaruh dari tahanan kontak ini paling terasa pada saluran transmisi yang menggunakan tiang-tiang kayu.

Kita menginginkan supaya sebagian besar tegangan barada pada R. gambar 4.10. untuk mengindarkan loncatan api samping (side flash over). Tegangan pada kumparan Petersen adalah := = (4.18)Jadi supaya tegangan EN besar , r/R harus diusahakan kecil.Contoh .Misalkan suatu system besar 69 KV, dengan tuang kayu, dan diketanahkan dengan kumparan Petersen. R = 10 % r = 250 ohm. Panjang seluruhnya 1.030 KmsMaka, = = 27,3 Amp = 10 % = 27,3 AmpJadi, R = = 1459 ohm.Maka, = = 0,171 = = 34,02 KV ( = 85 % )Dan = - 34,02 = 5,82 KV ( = 15 % )Bila system tersebut tidak diketanahkan maka diagram ekivalennya diberikan dalam gambar 4.11. ( rugi-rugi system R kecil terhadap I / wC, karena itu diabaikan).Arus kapasitif = 273 Amp., jadi = = 146 ohm.Jadi,

Maka,

Gambar 4.11. Diagram ekivalen tanpa kumparan petersen

2.5. KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN KUMPARAN PETERSEN

Jadi jelas kelihatan sekarang keuntungan-kentungan dari adanya kumparan Petersen.Untuk menggerakkan alarm dipergunakan tegangan dari kumparan Petersen, EN. besar tegangan yang dibutuhkan untuk manggerakkan alarm tersebut kira-kira 80% dari Eph. Di atas telah dihitung bahwa EN = 35% dari Eph, jadi tegangan ini sudah cukup manggerakkan alarm.Jadi bila r terlalu besar, maka di samping Er yang besar (dan ini tidak baik) juga akan kemungkinan EN terlalu kecil sehingga tidak dapat menggerakkan alarm.Dari uraian-uraian diatas dpat disimpulkan bahwa keuntungan yang pslin utama dari metode pengetanahan system dengan kumparan Petersen antara lain :1. Arus gangguan satu fasa ke tanah dapat dibuat kecil sekali, dengan demikian gangguan tanah itu menjadi tidak berbahaya lagi terhadap system dan gangguan dapat hilang sendiri (self-clearing), tanpa operasi pemutus daya.2. Hilangnya gejala busur tanah yang sangat berbahaya terhadap system (karena tegangan lebih yang di hasilkannya), sehingga dengan demikian terhindar kerusakan pada peralatan system, terutama pada titik gangguan.3. Suplai daya menjadi tak terganggu dan dapat berlangsung terus walaupun gangguan belum dihilangkan sama sekali ; artinya system dapat beroperasi terus dalam gannuan tanah.4. Tegangan lebih transien yang terlampubesar dapat dikurangi dibandingkan pada system yang tersolir.5. Efek-efek terhadap gangguan komunikasi dapat di perkecil.6. Mengurani kejutan pada system yang disebabkan gangguan tanah itu.Kerugian dan kelemahan-kelemahan dari metode pengetanahan dengan kumparan Petersen ini antara lain.1. Kumparan Petersen tidak dapat mengkompensir terhadap ganguan dua fasa ke tanah.2. Kumparan Petersen tidak dapat menghilankan gangguan satu fasa yang menetap (substained grount fault) pada system. 3. Kumparan Petersen tidak dapat mengkompersir rugi-rugi daya dari system (watt-component) dan harmonisa-harmonisa, sehingga pemakaiannya terbatas pada system dengan tegangan sanpai 110 KV. Pada sisitem-sistem yang mempunyai tegangan sangat tinggi rugi-rugi daya (termasuk kerugian korona) besar kecil.4. Kumparan Petersen tidak dapat mencegah tegangan lebih secara keseluruhan., hanya membatasi sampai keadaan tertentu sehingga memerlukan peralatan yang mampu menaggulangi tegangan lebih tersebut.

2.6 PERSAMAAN DAN DIAGRAM LINGKARAN JONAS

Dalam pasal 4 telah diterangkan bahwa pada hakekatnya penalaran sempurna itu tidak perlu, malahan selalu dinasehatkan supaya jangan dilakukan penalaan sempurna. Untuk menerangkan hal ini marilah kita tinjau dua macam keadaan, yaitu system dalam keadaan tidak ada ganguan, dan system dalam keadaan gangguan tanah-kawat.

2.6.1. System Pada Keadaan Tidak Ada GangguanGambar 4 menggambarkan suatu system yang di ketanahakan dengan kumparan Petersen dalam keadan tidak ada ganguan.

Gambar 4.12. Sistem yang diketanahkan dengan kumparan Petersen, tidak ada gangguan

Persamaan arus. (4.19)atau (4.19)Persamaan (4.19) dapat di tulis sebagai:

(4.20)atau (4.21)tetapi dari persaman (2.8)

jadi persamaan (4.21) dapat ditulis: (4.22)atau (4.23) pada persamaan di atas :EN = tegangan kumparan Petersen, yaitu tegangan antara titik netral dan tanah pada system yang di ketanahkan dangan kumoaran Petersen. ENG = tegangan netral ke tanah pada system delta.

Mulai sekarang tegangan ketidakseimbangan ENG kita sebut tegangan urutan nol, EO, jadi persaman (4.23) menjadi : (4.24)

Gambar 4.13. Gambar ekivalen dari system yang diketanahkan dengan Kumparan Petersen dan tidak ada gangguanGambar ekivalen dari persamaan (4.24) diberikan oleh gambar 4.13 yaitu satu rangkaian tertutup yang diberikan oleh impedansi kumparan Petersen ZP, dan impedansi ekivalen kapasitif system terhadap tanah, ZG terhubung seri, dan tegangan ketidak seimbangan atau tegangan urutan nol, EO.Jadi pada persamaan (4.24) dan Gambar 4.13 jelas kelihatan bila kumparan Petersen itu ditala semparna (resonasi seri) harga ZP + ZG akan sangat kecil (hanya tahanan rugi-rugi Rse), jadi persamaan (4,24) menadi :

dan teganagan kumparan Petersen akan maksimum, EN, maks dan ini relatif sangat besar, yaitu 10-15 kali sebesar tegangan ketidak seimbangan EO. Ini berarti kalau ada tegangan ketidak seimbangan EO , maka dalam keadaan kerja normal pergeseran titik netral system (neutral displacement) menjadi sangat besar. Jadi jelaslah sekarang bahwa penalaan tidak sempurna itu sangat efektif bila ada ketidak seimbangan kapasitif pada system itu. Tetapi janganlah simpangan tala ini ditunjukan untuk membatasi pergaseran netral yang besa, tetapi lakukanlah dengan transposisi.

Gambar 4.14. Karakteristik kumparan Petersen

Untuk menjaga supaya tegangan kumparan Petersen (tegangan netral) jangan terlalu besar, impedansi kumparan Petersen itu dibuat tidak konstan, yaitu pada arus yang lebih besar impedansinya berkurang. Gambar 4.14 (lihat juga gambar 4.16).

2.6.2. Sistem Dalam Keadaan Gangguan TanahPada keadaan gangguan tanah dan terhubung parallel, gambar 4.15

Gambar 4.15.Gambar ekivalen system dengan kumparan Petersen dalam keadaan gangguan tanah.Telah diterangkan di atas bahwa kumparan Petersen itu tidak ditala sempurna. Jadi arus kumparan Petersen tidak menetralisir seluruh arus kapasitif. Selisih arus ini disebut arus residu, .Besar arus residu , (4.25)Subtitusi persamaanpersamaan (2.10) dan (2.24) dalam persamaan (4.25) diperoleh : (4.26)Persamaan (4.26) ini mulamula diberi oleh Jonas, dan persamaan tersebut dinamakan persamaan junas.Dalam keadaan resonansi (resonansi paralel) tegangan kumparan. Petersen, , akan maksimum dan

Yaitu komponen watt dari arus residu,Jadi tegangan maksimum kumparan Petersen itu menjadi : (4.27)Dari contoh dibawah ini dapat kitalihat berapa besarnya pergeseran netral (tegangan kumparan persen) bila ditala sempurna.Contoh :Suatu system besar 23 KV.Tegangan ketidak seimbangan ENG = EO dimisalkan 3% dari tegangan fasa, dan rugi rugi system 10 % ( = 10% dari ), maka :

Jadi disini kita lihat EN = 3% maka EN, maks = 30% dan yang terakhir ini sudat sangat besar.2.6.3 Diagram lingkaran JonasDari gambar 4.14 dapat dilihat bahwa impedansi kumparan Petersen itu konstan sampai = , dan di atas titik impedansi itu makin berkurang sehingga tegangan kumparan Petersen itu agak konstan.

Gambar 4.16, konstruksi dasar kumparan Petersen.Karena pada umumnya tegangan yang mungkin timbul pada kumparan Petersen itu jarang diatas maka kita cukup meninjau daerah sampaisaja. Kumparan Petersen itu mempunyai sadapansadapan, Gambar 4.16, dan impedansi itu berubah secara linear dengan perubahan sadapan.Misalkan impedansi kumparan Petersen itu, (4.28)Dimana k konstan tergantung dari kedudukan sadapan. Impedansi ekivalen kapasitif, dari system itu adalah konstan. Sekarang akan kita lihat bagaimana kedudukan yaitu tegangan pada kumparan Petersen. Rangkaian ekivalen dalam keadaan tidak adagangguan diberikan oleh Gambar 4.13. Dalam gambar 4.13, dan tetap besarnya, sedangkan dapat diatur, yaitu dengan merubah sadapannya.Karena merupakan tegangan yang tetap yang dimasukkan pada dua impedansi dalam seri, satu diantaranya yang tetap, sedang yang lain berubah secara linear. Maka tempat kedudukan untuk berbagaibagai kedudukan sadapan merupakan sebuah lingkaran, gambar 4.17.Lingkaran gambar 4.17, merupakan tempat kedudukan (tegangan) tanah. Harga maksimum dari yaitu ialah diameter dari lingkaran itu (), hal manater jadi pada keadaan resonansi.Jadi jelas kelihatan dari gambar 4.13, bahwa pada penalaan sempurna pergeseran netral sangat besar pada kerja normal bila ada ketidak seimbangan kapasitif (). Sebabitulah Jonas mengatakan, bila ada ketidak seimbangan kapasitif system janganlah ditala sempurna.

Gambar 4.17 pergeseran netral pada system dengan kumparan petrsen.Dalam gambar 4.17N = titiknetral = system delta () = kompensasi kurang () = ditalsempurna () = kompensasi kurang () = tegangan kumparan Petersen atau tegangan netral ketanah.Cara yang paling mudah untuk memperoleh data untuk melukiskan diagram lingkaran itu ialah dengan cara pengukuran. Untuk tiap kedudukan sedapan dari kumparan Petersen itu diukur tegangantegangan fasa ketanah dan tegangan tegangan jala-jala . Pengukuran itu dilakukan dengan bantuan transformator tegangan tiga fasa dengan netralnya diketanahkan, gambar 4.18.

Gambar 4.18, pengukuaran-pengukuran tegangan dengan transformator tegangan guna melukiskan diagram lingkaran Jonas.Supaya lebih jelas di bawah ini diberikan contoh suatu system 115 KV. Hasilhasil pengukuran tegangan dikumpulkan dalam tabel 4.4 .Prosedur untuk melukiskan diagram lingkaran Jonas adalah sebagai berikut :1. Dari hasil hasil pengukuran tegangantegangan fasa ke tanah (kolom 3, 4, dan 5) dan tegangan jalajala (kolom6, 7, dan 8), diambil harga rata-rata tegangan jala-jala (kolm 10) ,dan tegangan-tegangan fasa tanah dikoreksi ketegangan jala-jala ini. Misalnya untuk baris pertama Tabel 4.4 dalam kolom 11 diperoleh sebagai berikut :

Tabel 4.4 Hasil-hasil pengukuran tegangan dari suatu system 115 kv yang dilengkapi dengan kumparan Petersen

Kumparan PetersenTegangan Ke tanah(KV)Tegangan Jala-Jala(KV)Tegangan di atas 115 KV

PossisiAmpEAEBECEABEBCECAEAEBEC

12345678910111213

Off123400,51,53,81,367,067,870,048,062,464,363,055,181,271,567,068,075,273,564,8115,2115,1115,0115,5115,2115,2115,1115,0115,1115,0115,0114,9114,9115,1115,05050505050115,1115,0115,0115,2115,167,067,870,047,862,364,263,055,181,071,366,968,075,273,064,7

Dengan jalan ini diperoleh harga-harga dari tegangan fasa tanah yang telah diatur (kolom 11,12 dan 13).2 Untuk tiap kedudukan sadapan dari kumparan Petersen, dengan ketiga tegangan fasa-tanah yang telah diatur sebagai radius dilukiskan lingkaran.Melalui ketiga titik perpotongan dari ketiga lingkaran itu dilukiskan segitiga. Titik berat segitiga itu menyatakan titik kedudukan dari sadapan pada lingkaran jonas.3 Dengan jalan yang sama seperti langkah 2 diatas dilakukan untuk semua sadapan dari kumparan Petersen, termaksud kedudukan off.4 Melalui titk-titik yang diperoleh pada langkah 2 dan 3 dilukiskan lingkaran, yaitu lingkaran jonas, gambar 4.19.

Gambar 4.19. Segitiga tegangan dan diagram lingkaran Jonas untuk system pada Tabel 4.4.Lingkaran itu mempunyai radius sebesar 15 KV, atau diameter lingkaran 30 KV.Jadi pada keadaan resonansi, dalam keadaan kerja normal (tidak ada gangguan), pergeseran titk netral ialah 30 KV atau kira-kira 43,5% dari tegangan fasa.Hasil dari pengukuran untuk system lain diberikan dalam Gambar 4.20. Dalam segitiga tegangan ada dua lingkaran, yang pertama kecil dan yang kedua besar. Lingkaran kecil adalah lingkaran yang sebenarnya, sedang yang besar diperoleh dengan melepaskan dua fasa. Hal itu dilakukan karena system agak seimbang (fairly balanced), jadi lingkaran itu terlalu kecil untuk dipelajari. Dengan melepaskan dua fasa diperoleh ketidakseimbangan yang besar dan lingkaran jonas yang besar pula.

BAB IIIPENUTUP

3.1. KesimpulanAdapun kesimpulan-kesimpulan Pengetanahan dengan kumparan Petersen yaitu:1) Pengetahanan dengan kumparan petersenan sangat efektif untuk memadamkan gangguan hubung tanah (ground fault) yang berupa transien maupun gangguan yang berlangsung terus.2) Kumparan petersenan mencegah timbulnya arus gangguan yang besar.3) Kompensasi yang tepat terhadap arus kapasitif pada gangguan satu fasa ketanah menyebabkan arus gangguan itu kecil sekali, sehingga memungkinkan system itu dapat bekerja terus dengan satu fasa terhubung ketanah sampai ada saat yang baik untuk melakukan lokalisasi gangguan. Sementara itu baik disis generator disentral maupun disisi pihak konsumen tak merasai gangguan tersebut.4) Pengurangan arus gangguan sampai harga minimumnya yang tidak lagi membahayakan konduktor maupun isolator-isolator akan mengurangi pemeliharaan terhadap saluran-saluran transmisi, isolator-isolator, dan sekaligus mengurangi operasi daripada pemutus daya.5) Busur tanah dapat dihindarkan. 6) Kerusakan-kerusakan yang diakibatkan oleh gangguan tanah diperkecil.7) Terhadap gangguan satu fasa ketanah yang temporer, kumparan Petersen tidak hanya menyebabkan arus gangguan itu kecil tetapi juga memperlambat kenaikan tegangan pulih system dank arena itu busur listrik mudah hilang sendiri, jadi system kembali normal tanpa bekerjanya pemutus daya.8) Kumparan Petersen sangat sensitive terhadap ketidakseimbangan da dalam sistemnya.9) Kumparan Petersen selalu siap setiap saat untuk menetralisir arus gangguan hubung tanah maupun hubung tanah berurutan.10) Kumparan Petersen paling baik digunakan pada system radial baik yang melalui terdiri dari penghantar kawat udara atau campuran hantaran udara dan kabel tanah dengan tegangan kerja dari 2,4 KV sampai dengan 110 KV.11) Kumparan Petersen praktis tidak membutuhkan pemeliharaan yang berarti.12) Karena arus gangguan tanah yang timbul selain kecil juga distribusinya tidak tergantung kepada letak gangguan, maka arus itu tidak bisa dipakai sebagai dasar untuk rele ganggua tanah yang selektif harus dengan cara-cara yang istimewa atau khusus.13) Mengingat bahwa terhadap gangguan satu fasa ke tanah yang permanen pemutusan pemutus daya dapat ditangguhkan, maka rela gangguan tanah yang selektif bukan suatu keharusan.14) Pemasangan wattmeter type carth leakage relay dapat menunjukkan dengan tepat letak gangguan, sehingga dapat diadakan tindakan pengisolasian bagian system yang mengalami gangguan itu.15) Mengingat bahwa kumparan Petersen itu hanya berjasa terhadap gangguan suatu fasa ketanah, maka system haruslah diusahakan sedemikian rupa sehingga gangguan-gangguan satu fasa ketanah saja. Untuk ini tahanan-tahanan kaki tiang harus diusahakan serendah mungkin.16) Karena pada waktu gangguaan satu fasa ketanah menyebabkan tegangan fasa lainya naik menjadi 3. atau tegangan jala-jala, maka pengenal tegangan arrestnya haruslah berdasarkan tegangan jala-jala.17) System dapat bekerja pada simpangan tala tertentu tanpa mempengaruhi karateristik proteksinya terhadap system, sehingga pada perluasan system tidak menunjukkan adanya pembatasan pemakaian kumparan Petersen ini.18) Untuk membatasi pergeseran netral akibat resonansi maka salah satu atau beberapa kumparan Petersen dipasang pada sadapan maksimum.3.2 Saran

Pengetanahan Dengan Kumparan Petersen