Analisis Pengaruh Jenis Tanah Terhadap Tegangan Pe 5t2069

Ihsan, Analisis Pengaruh Jenis Tanah terhadap Tegangan Permukaan Tanah

Analisis Pengaruh Jenis Tanah terhadap Tegangan Permukaan Tanah Ihsan, Aris Rakhmadi Alumni Teknik Elektro Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Abstrak Pentanahan merupakan salah satu faktor kunci dalam usaha pengamanan (perlindungan) sistem tenaga listrik. Usaha pentanahan sistem merupakan usaha untuk menghubungkan bagian kondusif terbuka perlengkapan dengan tanah. Adanya perbedaan beberapa jenis tanah yang ada di wilayah Yogyakarta sangat berpengaruh pada kelayakan keamanan dari sistem pentanahan yang akan dibangun. Penelitian dilakukan dengan mengalirkan arus gangguan ke dalam tanah melalui elektroda pentanahan, sehingga akan diketahui tegangan permukaan tanahnya. Elektroda pentanahan tersebut dibenamkan ke dalam tanah dengan kedalaman 0,5 dan 1,0 meter. Distribusi tegangan permukaan dapat diketahui dengan menanam dan mengukur tegangan paku di sekitar elektroda pentanahan. Tegangan di dalam, di sekitar, dan pada pemukaan tanah tempat elektroda pentanahan dibenamkan akan meningkat pesat akibat adanya arus gangguan tanah yang mengalir dari elektroda ke tanah di sekitarnya. Besarnya tegangan permukaan tanah akan turun dari titik diatas elektroda pentanahan sampai nilainya sama dengan tegangan tanah sebenarnya begitu menjauhi elektroda pentanahan. Berdasarkan penelitian yang diakukan pada beberapa jenis tanah di wilayah Yogyakarta dapat diketahui bahwasannya perlu dilakukan beberapa analisis dalam pembangunan sistem pentanahan yang handal. Kenaikan nilai arus gangguan tidak menjamin tingginya nilai tegangan permukaan untuk setiap kondisi jenis tanah, karena nilai tegangan permukaan sangat tergantung pada jenis tanah dimana elektroda pentanahan di benamkan.

Kata Kunci: Tegangan Permukaan Tanah, Pentanahan, Analisis.

1. Pendahuluan Sistem petanahan belum digunakan ketika sistem tenaga masih memiliki ukuran kapasitas yang kecil (sekitar tahun 1920). Alasan saat itu karena bila ada gangguan ke tanah pada sistem, dan dimana besarnya arus gangguan sama atau kurang dari 5 ampere, maka pada kondisi demikian busur api akan padam dengan sendirinya. Arus gangguan listrik terjadi semakin besar, seiring sistem tenaga listrik yang berkembang semakin besar. Hal ini sangat berbahaya bagi sistem, karena bisa menimbulkan tegangan lebih transien yang sangat tinggi. Oleh karena itu, para ahli kemudian merancang suatu sistem yang membuat sistem tenaga tidak lagi mengambang. Sistem tersebut kemudian dikenal dengan sistem pentanahan atau grounding system. Usaha pengetanahan sistem merupakan usaha untuk menghubungkan bagian kondusif terbuka

perlengkapan dengan tanah. Bagian yang langsung berhubungan dengan atau ditanam di tanah ialah elektroda pentanahan. Ada beberapa jenis elektroda pentanahan yang sering digunakan, yaitu elektroda pita, batang, horisontal, dan pelat. Pemilihan jenis elektroda pentanahan ini diarahkan kepada usaha pemenuhan hambatan pentanahan sekecil mungkin. Pembahasan tentang pengaruh jenis tanah terhadap tegangan permukaan ini dilakukan mengingat adanya perbedaan fisik terhadap beberapa jenis tanah di wilayah Yogyakarta. Kondisi tersebut akan menjadi pertimbangan dunia industri ketika akan mengembangkan potensi daerah ini. Analisis dilakukan untuk memberi gambaran batas aman tegangan permukaan tanah disebuah sistem tenaga listrik ketika terjadi gangguan antara titik-titik yang mungkin disentuh manusia. Beberapa faktor yang diamati meliputi: jenis tanah, arus gangguan atas tanah, jarak pengukuran atas gangguan tanah, sudut

51

JURNAL TEKNIK ELEKTRO EMITOR Vol. 2, No. 2, September 2002

pengukuran atas gangguan tanah, serta kedalaman penanaman elektroda batang. Tegangan didalam, disekitar, dan pada permukaan tanah tempat elektroda pentanahan dibenamkan akan meningkat pesat akibat adanya arus gangguan tanah yang mengalir dari elektroda ke tanah disekitarnya. Besarnya tegangan permukaan tanah akan turun dari titik diatas elektroda pentanahan sampai nilainya sama dengan tegangan tanah sebenarnya begitu menjauhi elektroda pentanahan. Gambaran yang benar tentang grafik tegangan permukaan tanah penting untuk diketahui, mengingat bahaya yang mungkin ditimbulkan sangat besar. Nilai gradien tegangan permukaan tanah dapat sedemikian tinggi sehingga dapat menimbulkan bahaya tegangan langkah pada manusia yang berada diatas elektroda pentanahan. Demikian juga dengan tegangan sentuh yang dihasilkan dari selisih antara titik sentuh pada perlengkapan terketenahkan dengan titik diatas permukaan tanah dimana seseorang berdiri. Diketahui dari data yang diperoleh bahwa rerata penurunan tegangan permukaan tertinggi nilainya pada daerah dekat dengan elektroda batang, kemudian turun begitu menjauhi elektroda. Andaikan pada saat terjadi gangguan pentanahan ada seseorang yang berada pada permukaan tanah diatas elektroda pentanahan, maka orang tersebut akan merasakan beda tegangan antar kaki yang tinggi pada daerah dekat elektroda batang. Seandainya orang tersebut menyentuh sebuah peralatan terketanahkan melalui elektroda batang, maka ia akan merasakan beda tegangan antara tegangan peralatan tersebut dengan tegangan permukaan tanah di lokasi tempatnya berdiri. Kedua selisih tegangan ini cukup berbahaya karena nilainya bisa mencapai ribuan volt. Saat gangguan tanah terjadi dan arus gangguan mengalir ke tanah melalui suatu sistem elektroda pentanahan, tegangan didalam dan dipermukaan tanah 38 akan mengalami kenaikan. Tegangan permukaan tanah disekitar elektroda pentanahan akan meningkat pesat akibat adanya arus gangguan tanah yang mengalir dari elektroda pentanahan ke tanah disekitarnya. Semakin jauh dari elektroda pentanahan ke arah suatu titik yang jauh, tegangan permukaan tersebut akan semakin turun dan akhirnya tegangan tersebut menjadi tegangan tanah sebenarnya.

2. Bahan/Alat Uji, Rangkaian, dan Tata Cara Pengujian 2.1 Bahan uji Bahan yang digunakan pada pengujian distribusi tegangan permukaan tanah ialah elektroda batang yang berbentuk pejal/silindris dengan data sebagai berikut: 1. Bahan terbuat dari logam tembaga 2. Panjang 1m 3. Dimeter 1,6 Cm 2.2 Alat uji Pada pengujian ini di gunakan beberapa perlatan pendukung dalam pengujian terhadap tegangan permukaan tanah:

52

1.

2.

3.

4.

5. 6. 7. 8.

Generator 1000 W, sebagai sumber tenaga listrik yang bisa dipindahkan dengan mudah dan berbahan bakar bensin. Transformator isolasi, digunakan untuk memisahkan antara titik pentanahan yang diuji dengan pentanahan sistem. a. Tegangan primer 110 Volt b. Tegangan skunder 220 Volt c. Kapasitas 1000 Watt Regulator, digunakan untuk mengatur besarnya tegangan yang akan dialirkan a. Tegangan primer 110 / 220 Volt b. Tegangan skunder 0 – 240 Volt c. Kapasitas 3 KV Earthingmeter, digunakan untuk mengetahui tahanan tanah dari jenis tanah yang digunakan. Voltmeter, alat pengukur tegangan. Amperemeter, alat pengukur arus. Pasak dan paku, sebagai kontak langsung antara kabel dengan tanah. Kabel, sebagai penghantar tenaga listrik

2.3 Rangkaian dan Tata Cara Pengujian Bahan elektroda ditanam sedalam 0,5 m dan 1 m untuk pengujian tegangan permukaan tanah. Kemudian dari bagian elektroda ini dihubungkan dengan kabel yang berasal dari generator diesel yang sebelumnya diatur oleh regulator tegangan. Tegangan yang mengalir dari regulator dianalogikan sebagai arus gangguan tanah. Pengujian dilakukan dengan kedalaman dari pembenaman elektroda 0,5 m dan 1,0 m untuk semua jenis tanah. Kemudian dilakukan pengamatan tegangan permukaan tanah dengan membuat variasi jarak titik setiap 20 cm sejauh 4 m dari elektroda pentanahan. Titik-titik pengukuran penyebaran tegangan permukaan tanah tersebut kemudian ditanami paku. Pengukuran juga dilakukan dengan 3 sudut penyebaran yang berbeda, yakni 00,900,1800. Ini diharapkan mampu mewakili arah penyebaran arus gangguan tanah terhadap tegangan permukaan tanah. Sebelum melakukan pengukuran tegangan primer trafo isolasi diset pada posisi 110 Volt, yang bersumber dari generator diesel. Sisi sekunder trafo isolasi diset pada posisi 220 Volt. Tegangan sekunder transformator isolasi dijadikan sebagai tegangan primer regulator pada 220 Volt. Tegangan sekunder dari regulator dinaikkan setiap 40 Volt, mulai dari 0 hingga 240 Volt. Sebelum melakukan pengujian pada setiap jenis tanah, terlebih dahulu diukur tahanan tanahnya untuk kedalaman 0,5 m dan 1,0 m. Adapun rangkaian pengukuran tahanan tanah, tampak seperti di bawah ini.

You are reading a preview. Would you like to access the full-text?

Access full-text



Ihsan, Analisis Pengaruh Jenis Tanah terhadap Tegangan Permukaan Tanah

resitivitas tanah. Arang kayu dimasukkan dalam lubang yang dibuat di sekitar driven ground dengan dimensi diameter 1 m dan kedalaman 3 m. Abu stasiun pembangkit dan arang digunakan karena kandungan karbon yang tinggi cenderung bersifat kondusif. Namun demikian bahan ini mengandung oksida karbon, titanium, potassium, sodium, magnesium atau kalsium bercampur dengan silika dan karbon. Pada kondisi basah, beberapa zat tersebut tidak dapat dielakkan bereaksi dengan tembaga dan baja menyebabkan korosi. Dengan demikian penggunaan arang kayu sebagai backfill material perlu dievaluasi kembali atau mungkin perlunya lapisan pelindung pada elektroda seperti bitumen ditambahkan.

Tabel 4. Tahanan Jenis Tanah dan Daya Korosinya No

Daya korosi

1

0 – 25

Tinggi

2

25 – 50

Menengah

3

50 – 100

Rendah

4

> 100

Sangat rendah

6. Kesimpulan 1.

1m

2. Arang Driven ground

3. 3m

4. Gambar 15. Perawatan Kimiawi Elektroda Pentanahan

5.2. Perawatan rutin Perawatan dilakukan untuk mempertahankan kondisi optimal kinerja sistem pentanahan dilakukan rutin setiap 1 tahun/6 bulan untuk memantau kondisi fisik saluran transmisi berikut sistem pentanahannya. Tahanan pentanahan diukur dengan metode yang telah dijelaskan sebelumnya. Kerusakan yang terjadi pada sistem pentanahan biasanya diakibatkan sambungan kendur atau korosi antar bagian elektroda. Perbaikan dilakukan dengan mengencangkan kembali baut-baut sambungan dan ihkan bagian elektroda dari korosi. Telah diketahui bahwa logam, khususnya besi dan baja bila ditanam dalam tanah maka akan terjadi pengaratan (korosif). Tahanan jenis tanah yang rendah menunjukan kandungan larutan garam dan air yang tinggi. Tanah dengan daya hantar tinggi maka akan tinggi pula daya korosinya. Keadaan tanah dapat diklasifikasikan dalam 4 kategori mengacu pada tahanan tanah dan daya korosinya, seperti terlihat pada tabel 4. Suatu kajian yang pernah dilakukan menunjukan bahwa korosi menyebabkan logam berkurang sekitar 0,06 mm per tahun. Pemeliharaan terhadap daya korosi yang tinggi dapat dilakukan dengan cara menabur batu kecil-kecil didaerah pentanahan agar terjadi kenaikan tahanan jenis tanah sehingga daya korosi akan berkurang.

Tahanan jenis tanah ( Ohm-Meter )

5.

6.

7.

8.

9.

Adanya perbedaan beberapa jenis tanah yang ada di wilayah Yogyakarta sangat berpengaruh pada kelayakan keamanan dari sistem pentanahan yang ingin dibangun. Berdasarkan penelitian yang dilakukan pada beberapa jenis tanah di wilayah Yogyakarta dapat diketahui bahwasannya perlu dilakukan beberapa analisis dalam pembangunan sistem pentanahan yang handal. Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tergantung beberapa faktor, yaitu; a. Jenis tanah (tanah liat, tanah berpasir, tanah berbatu) b. Lapisan tanah (berlapis-lapis dengan tahanan jenis berlainan atau uniform) c. Kelembaban tanah d. Temperatur Diperoleh dari hasil analisis yang dilakukan, bahwa kenaikan nilai arus gangguan tidak menjamin tingginya nilai tegangan permukaan untuk setiap kondisi jenis tanah, karena nilai tegangan permukaan sangat tergantung pada jenis tanah dimana elektroda batang dibenamkan. Nilai tegangan permukaan tanah untuk sudut 00 ternyata lebih rendah dibanding sudut pengujian yang lain, hal ini dikarenakan titik-titik ukur yang berada dijalur aliran arus gangguan dari elektroda menuju ke pasak netral. Panjang elektroda yang ditanam sedapat mungkin dekat dengan daerah embunan permanen tanah. Kegagalan mencapai embunan tidak hanya menyebabkan resistansi yang tinggi, tetapi juga menyebabkan variasi-variasi tahanan pentanahan yang cukup kompleks selama perubahan musim. Pengujian terhadap jenis tanah kapur pada kedalaman 0,5 m menunjukkan distribusi tegangan permukaan secara horizontal yang sangat berbahaya bagi manusia karena arus gangguan mengalir dipermukaan tanah sampai radius yang cukup besar. Jenis tanah yang baik untuk sistem pentanahan adalah tanah liat-lempung yang mampu mendistribusikan tegangan permukaan dalam radius yang sangat kecil bahkan mendekati nol. Partikel penyusun tanah jenis pasir sangat buruk untuk mendistribusikan aliran arus gangguan, walaupun di tempat dengan suhu rendah.

61

JURNAL TEKNIK ELEKTRO EMITOR Vol. 2, No. 2, September 2002

Daftar Pustaka [1] Adriyanto, S.D., Analisis Pentanahan Kaki Menara Transmisi 150 kV Kentungan-Sanggrahan Bertahanan Tinggi dan Usaha Menurunkannya, Jurusan Teknik Elektro UGM, Yogyakarta, 2003. [2] Arismunandar, A., dan Kuwahara, S., Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik, Jilid III Gardu Induk , Pradnya Paramita, Jakarta, 1997. [3] Charlton, T., Earthing Practice, Copper Development Association Publication 119, Orchad House Mutton Lane, 1997. [4] Dawalibi, F., and Mukhedhar, D., Multi Step Analysis of Interconnected grounding Electrodes, IEEE Transactions on Power Apparatus and System, Vol. PAS-9, No. 1, 1976. [5] Dawalibi, F., and Mukhedhar, D., Soil Effects on Ground Fault Currents, IEEE Transactions on Power Apparatus and System, Vol. PAS-100, No. 7, 1981. [6] Graha, D.S., Batuan dan Mineral, Nova, Bandung, 1987. [7] Hutauruk, T.S., Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan, Erlangga, Jakarta, 1987. [8] IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power System, Power System Engineering Committee of the IEEE Industry Aplication Society, IEEE Standards Board 142, 1991. [9] Mukhedhar, Dinkar, Nagar, R.P., Review of Analytical Methods for Calculating The Performance of Large Grounding Electrodes Part. I, Theoretical Considerations, IEEE Transactions Vol. PAS-104, No. 11, 1985 [10] NPFA 70, National Electrical Code 2002 Edition, An International Electrical Code TM Series, 2002. [11] Pabla, A.S., dan Hadi, A., Sistem Distribusi Daya Listrik, Erlangga, Jakarta, 1994. [12] Satnam, P.S., and Gupta, P.V., Sub-Station Design and Equipment, Dhanpat Rai & Sons, New Delhi, 1979. [13] Setiawan, E., Instalasi Listrik Arus Kuat 3, Binacipta, Bandung, 1992. [14] Stevenson, W.D., dan Idris, K., Analisis Sistem Tenaga Listrik, Erlangga, Jakarta, 1996. [15] Sumerti, I.N., Diktat Kuliah Peralatan Tegangan Tinggi, Jurusan Teknik Elektro UGM. [16] Sverak, J.G., IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding, American National Standard Institute, 1985.

62