pt. pustek e&t

PT. PUSTEK E&T REINVENTING TECHNOLOGIES

Technical Note

Engineering Division

No. TN01-10-0821

KALKULASI GROUNDING MENGGUNAKAN SOFTWARE ETAP

Technical Note PT. Pustek E&T adalah publikasi hasil penelitian, review, tutorial, analisa teknis berdasarkan kaidah ilmu pengetahuan, standard Industri tekait. Publikasi berikut bebas untuk didownload dan digunakan secara umum tanpa tujuan komersial.

Authors :

Fiqi Mutiah ST.

Technical Note

Kalkulasi Grounding Menggunakan Software ETAP

Sheet 2 / 15

[email protected] | http://pustek.com

1. PENDAHULUAN Dalam instalasi listrik, sistem keamanan perlu mendapatkan perhatian dengan baik, sehingga dapat

dipastikan semua komponen kelistrikan dapat bekerja sesuai dengan fungsinya dan aman untuk

digunakan. Grounding listrik yang merupakan salah satu komponen penting dalam kelistrikan dan

menunjang keberlangsungan aliran listrik menjadi lebih baik. Grounding berfungsi untuk menjamin

keselamatan orang dari sengatan listrik baik saat normal ataupun pada saat terjadi kondisi tertentu.

mencegah kerusahakan peralatan listrik, menstabilkan tegangan, memperkecil kemungkinan terjadinya

flashover ketika terjadi transient, mengalihkan energi RF liar dari peralatan eletronik. Kehandalan dalam

sistem khususnya pada elektrikal perlu dikuatkan. Untuk meningkatkan kehandalan dalam kelistrikan

perlu kalkulasi yang benar dalam grounding1.

Grounding sangat diperlukan pada instalasi listrik di rumah, kantor, apalagi bangunan pabrik dan

industri, dimana keamanan merupakan hal yang utama agar proses produksi dapat berjalan dengan

lancar dan aman. loncatan listrik statis dengan muatan cukup besar dapat menyebabkan timbulnya

sumber api apabila terdapat sumber bahan bakar dan oksigen. manfaat dari grounding dan

implementasinya cukup banyak contoh aktual untuk mereduksi arus gangguan 1 fasa pada sistem

kelistrikan2.

Software ETAP, sering digunakan untuk mendesain dan mengevaluasi grounding, Tujuan grounding pada

gardu induk adalah untuk mengamankan keselamatan orang yang berada di sekitarnya dan memberikan

perlindungan terhadap peralatan saat terjadi gangguan hubung singkat. Desain jaringan grounding

merupakan faktor penting dalam sebuah gardu induk untuk memenuhi persyaratan standar yang

dirumuskan oleh IEEE Std. 80. Umumnya grounding gardu induk adalah konfigurasi grid atau kombinasi

grid dan rod3. software ETAP dengan kemampuan FEA juga dapat digunakan untuk simulasi grounding

grid, groundng grid terdiri dari konduktor horizontal dan vertikal yang dihubungkan dengan batang

vertikal yang terkubur di bawah tanah gardu induk. Fungsi dari struktur ini adalah untuk secara efektif

menghilangkan arus yang sangat tinggi yang dihasilkan di dalam system, baik di Indonesia dan

Internasional ETAP 12.6, juga sering digunakan untuk desain dan Analisa grounding, misalkan krapyak

150 KV substation4, Nigeria 132/33 KV Substation5, Analisa untuk berbagai jenis desain microgrid6 ,

optimalisasi bentuk dari grid terhadap nilai grounding7, gardu 10/0,4 kV dari jaringan distribusi tenaga

perkotaan8

1 Hermansyah, 2019, EVALUASI KEHANDALAN SISTEM GROUNDING PADA INSTALASI LISTRIK RUMAH TINGGAL DI KABUPATEN BANTAENG: Jurnal Ilmiah d’Computare Volume 9 Edisi Juli. 2 Aries Tri Apriliyanto, I Made Wartan : Implementasi Sistem Grounding Resistansi Tinggi untuk Mereduksi Arus Gangguan 1 Fasa ke Tanah pada Sistem Kelistrikan PT Petrokimia Gresik, ITN, Malang. 3 Surya Hardi et al 2021 J. Phys.: Conf. Ser. 1811 012055 4 Omar Abouzeid, et al, 2018 : International Journal of Engineering Science and Computing, Volume 8 Issue No.4 5 Uma Uzubi, et al, 2016 : Optimization Design of Ground Grid Mesh of 132/33 KV Substation using Etap.Nigerian J.of tech. 35(4):926-934 6 G. S. Bendale and K. Bhatia, "Evaluation of different grounding grid designs for Microgrid," 2019 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2019 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe), 2019, pp. 1-6, doi: 10.1109/EEEIC.2019.8783944. 7 T.R. Ayodele, A.S.O. Ogunjuyigbe, O.E. Oyewole,

mailto:[email protected]

Technical Note


Sheet 3 / 15


Modul Sistem Grid Tanah (Ground Grid Systems module) pada software ETAP memungkinkan para

insinyur merancang dan menganalisis perlindungan tanah dengan cepat dan akurat. Metodologi desain

yang fleksibel memungkinkan tata letak yang dirancang otomatis dengan cepat atau skema yang sangat

detail. Perhitungan paralel multi-inti yang efisien tinggi memungkinkan analisis cepat dengan bentuk

yang rumit dan kompleksitas besar9.

2. STATE OF THE ART Ground dalam IEEE-STD-1100 merupakan koneksi konduksi, baik disengaja atau tidak disengaja, dimana

jalur listrik atau peralatan harus terhubung ke bumi atau ke beberapa badan konduktor yang relatif

sebagian besar yang berfungsi menggantikan bumi.

Grounding memiliki empat tujuan dasar :

1. Melindungi orang dari sengatan sengatan listrik dan peralatan dari gangguan hubung singkat

2. Memberikan titik referensi nol atau tegangan nol

3. Mengontrol Noise

4. Menyediakan jalur untuk gangguan petir

Dengan demikian kalkulasi grounding begitu penting untuk tujuan di atas agar dapat mencapai

kehandalan dalam listrik.

3. LANGKAH-LANGKAH Langkah-langkah pembuatan kalkulasi grounding menggunakan Software ETAP adalah:

1. Pastikan telah meng-instal ETAP untuk kalkulasi grounding.

2. Buka aplikasi ETAP, double klik pada simbol dibawah ini.

3. Layar utama ETAP akan muncul kemudian klik file dan pilih new project.

Comparative assessment of the effect of earthing grid configurations on the earthing system using IEEE and Finite Element Methods, Engineering Science and Technology, an International Journal, Volume 21, Issue 5, 2018, Pages 970-983, ISSN 2215-0986, https://doi.org/10.1016/j.jestch.2018.07.003. 8 Konusarov, V.A., Shutov, E.A. and Turukina, T.E. (2019) Grounding Systems for Power Supply Facilities. Energy and Power Engineering, 11, 1-14. 9 https://etap.com/product/ground-grid-systems-software


Technical Note


Sheet 4 / 15


4. Kotak dialog Create New Project File akan muncul. Kotak dialog ini berisikan Project File

dan Unit Systems. Project file diisikan Name untuk penamaan kalkulasi ETAP dan

Directory untuk tempat penyimpanan kalkulasi ETAP ini. Unit Systems terdapat dua

pilihan yaitu standar English atau standar Metric. Pilih Unit Systems dalam Metric atau

standards International yaitu satuan mm, kg, standar yang dipakai di Indonesia.

Kemudian klik OK.

Tambahan : Password untuk menjaga privasi kalkulasi pentanahan grid.


Technical Note


Sheet 5 / 15


5. Kotak dialog User Information akan muncul, berisis data diri untuk dilengkapi User

Name, Full Name, dan Description. Kemudian klik OK.

Tambahan : apabila pada kotak dialog sebelumnya klik penggunaan password, maka

akan menampilkan untuk membuat password dan Confirm Password.

6. Buat sistem pentanahan grid dengan klik gambar Ground Grid seperti kotak merah di

bawah ini. Drag dan klik pada kotak dialog OLV1.

7. Double klik pada grid1 tersebut. Maka akan muncul kotak dialog ETAP Ground Grid

Design. Terdapat dua pilihan study model yaitu IEEE Method dan Finite Element Method


Technical Note


Sheet 6 / 15


(FEM). IEEE Method merupakan metode perhitungan disain sistem pengetanahan

berdasarkan IEEE Std 80-2000, IEEE Std 80-1986, IEEE Std 665-1995. IEEE Std 80-1986

dan IEEE Std 665-1995 digunakan untuk konfigurasi konduktor grid bentuk bujur

sangkar/empat persegi panjang, sedangkan IEEE Std 80-2000 untuk konfigurasi

konduktor grid bentuk bujur sangkar/empat persegi panjang/segitiga/L/T. Sementara itu

IEEE Std 665-1995 digunakan untuk sistem pengetanahan pada pusat pembangkit

tenaga listrik. Sedangkan Finite Element Method (FEM) merupakan metode perhitungan

disain sistem pengetanahan berdasarkan gambar struktur dengan mengasumsikan

sistem pengetanahan sebagai struktur ekuipotensial. Disini pilih model IEEE Method.

Kemudian klik OK.

8. Layar utama Ground Grid Systems akan muncul kemudian klik Editing Screen (nomor 1),

maka tools pada sisi kanan layar (nomer 2) akan aktif. Kemudian klik salah satu bentuk

grid yang tersedia pada design toolbar (nomer 2). Percobaan kali ini pilih bentuk persegi

panjang (rectangular) seperti gambar dibawah ini.


Technical Note


Sheet 7 / 15


9. Setelah pilih bentuk persegi panjang (rectangular) kemudian drag dan klik pada Editing

Screen maka akan seperti pada gambar di bawah ini. Akan muncul persegi panjang pada

Editing Screen, pada kiri atas tampak samping dari penempatan grid. Sedangkan pada

kanan atas informasi tentang soil atau tahanan jenis tanah.

10. Kemudian untuk mengedit nilai parameter tanah di sekitar sistem pengetanahan maka

double klik pada area soil (kanan atas) maka akan muncul kotak dialog soil editor. Kotak

1 2


Technical Note


Sheet 8 / 15


dialog ini berisikan Resistivity dan Depth. Pada Resistivity kita menginput data tahanan

jenis tanah di lokasi yang akan dipasangkan Ground Grid (Top Layer dan Lower Layer).

Data tersebut bisa didapatkan dari survey geolistrik atau dari tabel 1.1 di bawah. Untuk

tahanan jenis di Surface Material, Surface Material sendiri adalah material apa yang

digunakan dalam menimbun konduktor Ground Grid yang telah dirancang. Sedangkan

Depth adalah kedalaman atau tebal dari material pada permukaan dan kedalaman

menempatkan konduktor pada pentanahan grid ini. Kemudian klik OK apabila telah

lengkap data tersebut.

Tabel 1.1 Tahanan jenis tanah

11. Untuk memberi nilai parameter ukuran, dimensi grid, dan batang pentanahan (rod) nya,

double klik pada gambar grid yang dibuat. Maka akan muncul kotak dialog IEEE Group

Editor. Isiliah nilai-nilai pada setiap parameter sama dengan gambar di bawah.


Technical Note


Sheet 9 / 15



Technical Note


Sheet 10 / 15


12. Klik icon Grounding Grid Study pada sisi atas layar untuk studi sistem

pengetanahan. Kemudian klik icon Edit Study Case dan isi beberapa parameter studi

kasus sistem pengetanahan. Untuk pengisisan Study Case ID tulis sembarang, atau

penamanaan GRD1. Pada pengisian Options, Weight terdapat pilihan berat badan yang

biasa berada di gedung atau tempat yang akan dipentanahkan. Dipilih 70kg karena

biasanya laki-laki rata rata memiliki berat badan segitu. Untuk pengisian Ground Short-

Circuit Current, diisi arus hubung singkat dan X/R nya. Untuk pengisian ini dapat

mengguanakan referensi dokumen study short circuit pada dokumen project.


Technical Note


Sheet 11 / 15


13. Pada toolbar sebelah kanan, klik icon Ground Grid Calc untuk melihat hasil

perhitungan dari sistem pengetanahan yang dibuat. Analisis hasilnya!


Technical Note


Sheet 12 / 15


14. Perbaiki profil sistem pengetanahan dengan mengubah beberapa parameter seperti

jumlah grid dan batang pentanahan rod nya. (Dalam contoh di bawah konduktor sumbu

X: 8 dan sumbu Y: 10), kemudian dengan studi kasus yang sama analisislah hasil

perhitungannya!

Ada beberapa yang dapat dilakukan yaitu dengan :

• Memperluas area kisi-kisi (grid), semakin luas area kisi-kisi (grid) ini (Dx dan Dy)

dibuat, semakin kecil pula tahanan pentanahan tersebut dan dapat di lihat di tabel

1.2.


Technical Note


Sheet 13 / 15


Tabel 1.2 Hasil perbandingan nilai tahanan pentanahan antara luas area 60 x 60 m dengan luas area 50 x 50 m

Parameter Nilai yang

diizinkan

Luas Area Grid

60 m x 60 m

Luas Area Grid

50 m x 50 m

Tahanan Grid

Pentanahan 0,5 Ω 0,496 Ω 0,592 Ω

Kenaikan Potensial

Bumi (GPR) - 25814,2 V 30762 V

Tegangan Sentuh 5278,4 4623,2 V 5149,3 V

Tegangan Langkah 20642,6 1634,8 V 2056,8 V

Berdasarkan hasil simulasi dengan software ETAP 12.6.0H yang telah

dilakukan, yaitu simulasi pertama dengan luas area 60 m x 60 m dan simulasi kedua

dengan luas area 50 m x 50 m, dari simulasi tersebut dapat dilihat pada tabel 1.2

bahwa nilai tahanan simulasi kedua (hasil simulasi dapat dilihat pada lampiran 7)

lebih besar dan melewati nilai standar. Sehingga untuk mendapatkan nilai tahanan

pentanahan yang lebih kecil atau sama dengan 0,5 Ohm dilakukan dengan cara

memperluas area kisi-kisi (grid).

• Memperbanyak paralel jarak konduktor (nx dan ny) sehingga semakin sempit jarak

atau panjang antar konduktor dari sisi sumbu x (panjang) dan semakin sempit jarak

atau panjang antar konduktor dari sisi sumbu y (lebar) dan dapat di lihat di tabel

1.3.

Tabel 1.3 Hasil perbandingan nilai tahanan pentanahan antara banyak paralel konduktor 7 dengan 5


diizinkan

7 paralel

(nx = 10 m

ny = 10 m)

5 paralel

(nx = 15 m

ny = 15 m)

Tahanan Grid



Technical Note


Sheet 14 / 15


Kenaikan Potensial

Bumi (GPR) - 25814,2 V 27194 V

Tegangan Sentuh 5278,4 4623,2 V 6281,6 V

Tegangan Langkah 20642,6 1634,8 V 1669 V


dilakukan, yaitu simulasi pertama dengan jarak paralel konduktor 10 m dan simulasi

kedua dengan jarak paralel konduktor 15 m, dari simulasi tersebut dapat dilihat

pada tabel 1.3 bahwa nilai tahanan simulasi kedua (hasil simulasi dapat dilihat pada

lampiran 8) lebih besar dan melewati nilai standar dan nilai tegangan sentuh desain

lebih besar dari nilai tegangan sentuh yang diizinkan. Sehingga untuk mendapatkan

nilai tahanan pentanahan yang lebih kecil atau sama dengan 0,5 Ohm dan nilai

tegangan sentuh dibawah nilai tegangan yang dibolehkan maka dilakukan dengan

cara memperbanyak paralel jarak konduktor (nx dan ny).

• Memperbanyak jumlah batang pentanahan dan dapat di lihat di tabel 1.4.

Tabel 4.13 Hasil perbandingan nilai tahanan pentanahan antara menggunakan 4 rods dengan tanpa rod


diizinkan 4 Rods Tanpa Rod

Tahanan Grid


Kenaikan Potensial

Bumi (GPR) - 25814,2 V 25916,7 V

Tegangan Sentuh 5278,4 4623,2 V 5427 V

Tegangan Langkah 20642,6 1634,8 V 1687,8 V


dilakukan, yaitu simulasi pertama dengan banyak jumlah rod adalah 4 dan simulasi

kedua dengan tanpa rod, dari simulasi tersebut dapat dilihat pada tabel 4.13 bahwa


Technical Note


Sheet 15 / 15


nilai tegangan sentuh desain (hasil simulasi dapat dilihat pada lampiran 9) lebih

besar dari nilai tegangan sentuh yang diizinkan. Sehingga untuk mendapatkan nilai

tegangan sentuh yang masih dibawah nilai tegangan sentuh yang diizinkan maka

dilakukan dengan cara memperbanyak jumlah batang pentanahan (rod).

15. Klik icon Optimize conductor atau Optimize conductor and Rods untuk

mengetahui jumlah konduktor paling optimal dalam sistem pengetanahan, analisis

perbandingan dengan jumlah konduktor yang ditetapkan pada poin 7.

16. Hasil perhitungan sistem pengetanahan dapat dilihat dengan klik ikon Report Manager

.


pt. pustek e&t

Documents