Sistem Yang Tidak Diketanahkan
(Floating Grounding)
Suatu sistem dikatakan tidak
diketanahkan (floating grounding) atau sistem delta. Jika tidak ada hubungan
galvanis antara sistem itu dengan tanah.
Metode
Pentanahan Titik Netral
Metode-metode
pentanahan titik netral sistem tenaga listrik adalah sebagai berikut :
-Pentanahan
melalui tahanan (resistance grounding)
-Pentanahan
melalui reaktor (reactor grounding)
-Pentanahan
langsung (effective grounding)
-Pentanahan
melalui reaktor yang impedansinya dapat berubah-ubah(resonant grounding)
-pentanahan
dengan kumparan Petersen (Petersen Coil).
Pengertian
Pentanahan/Grounding
Kumparan Petersen(Peterson Coil)
Kumparan
petersen biasanya digunakan dalam sistem pentanahan 3 phasa untuk membatasi
arus busur selama terjadinya gangguan tanah. Kumparan ini pertama dikembangkan
oleh W.Petersen pada tahun 1916. Ketika terjadi sebuah gangguan 1 phasa ke
tanah pada sistem 3 phasa yang tidak ditanahkan, tegangan dari phasa yang
terganggu berkurang sampai tegangan tanah (0V). Gangguan ini menyebabkan 2
phasa sehat tegangannya meningkat menjadi 3 kali tegangan semula.
Peningkatan
tegangan ini menyebabkan suatu aliran arus Ic melaluikapasitansi phasa ke
tanah. Arus Ic yang meningkat 3 kali arus kapasitif normal dan mengalir pada
rangkaiannya. Ini menyebabkan pukulan pada lokasi gangguan yangdikenal dengan
busur tanah (arching ground ). Hal ini juga menyebabkan tegangan berlebih pada
sistem.
Pada
hakekatnya tujuan dari pentanahan dengan kumparan Petersen adalah untuk
melindungi sistem dari gangguan hubung singkat fasa ke tanah yang sementara
sifatnya (temporary fault), yaitu dengan membuat arus gangguan yang
sekecil-kecilnya dan pemadaman busur api dapat terjadi dengan sendirinya.
Kumparan Petersen berfungsi untuk memberi arus induksi (IL) yang mengkonpensir
arus gangguan, sehingga arus gangguan itu kecil sekali dan tidak membahayakan
peralatan listrik yang dilaluinya.
Arus
gangguan ke tanah yang mengalir pada sistem sedemikian kecilnya sehingga tidak
langsung mengerjakan rele gangguan tanah untuk membuka pemutusnya (PMT) dari
bagian yang terganggu. Dengan demikian kontinuitas penyaluran tenaga listrik
tetap berlangsung untuk beberapa waktu lamanya walaupun sistem dalam keadaan
gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, yang berarti pula dapat
memperpanjang umur dari pemutus tenaga (PMT).
Sebaliknya
sistem pentanahan dengan kumparan Petersen ini mempunyai kelemahan, yaitu sulit
melokalisir gangguan satu fasa ke tanah yang bersifat permanen dan biasanya
memakan waktu yang lama. Gangguan hubung singkat yang permanen itu dapat
mengganggu bagian sistem yang lainnnya. Oleh karena itu hubung singkat tersebut
tetap harus dilokalisir dengan menggunakan rele hubung singkat ke tanah (Ground
fault relay).
Pentanahan
titik netral melalui kumparan Petersen mempunyai keuntungan dan kerugian yaitu
:
Keuntungan
:
Arus gangguan dapat dibuat kecil
sehingga tidak berbahaya bagi mahluk hidup.
Kerusakan peralatan sistem dimana arus
gangguan mengalir dapat dihindari.
Sistem dapat terus beroperasi meskipun
terjadi gangguan fasa ke tanah.
Gejala busur api dapat dihilangkan.
Kerugian
:
Rele gangguan tanah (ground fault
relay) sukar dilaksanakan karena arus gangguan tanah relatif kecil.
Tidak dapat menghilangkan gangguan fasa
ke tanah yang menetap (permanen) pada sistem.
Operasi kumparan Petersen harus selalu
diawasi karena bila ada perubahan pada sistem, kumparan Petersen harus disetel
(tuning) kembali.
Netral
Sistem dari transformator 3 fasa dengan hubungan Y yang dihubungkan dengan
tanah atau bumi melalui reaktor induktif disebut Peterson coil Nilai reaktansi
Induktansi disesuaikan dengan nilai reaktansi kapasitansi jaringan.
Kegunaan
:
Arus
kapasitif gangguan tanah yang besar dikecilkan agar tidak terjadi Arcing Ground
yang berbahaya.
-
Arus gangguan tanah temporer menjadi
bisa self clearing kembali.
-
Dapat mengkompensasikan arus kapasitif.
-
Tegangan Fasa- tanah dalam :
Kondisi
normal : Masih dapat terjaga seimbang, bila Ce seimbang.
Kondisi
gangguan tanah : tegegangan netral-tanah naik, tegangan fasa-tanah naik 3.
Bila
terjadi arus gangguan tanah :
-
Arus kapasitif jaringan dikompensir oleh
arus IL
-
Tidak tergantung lokasi gangguan,
besarnya tetap.
-
Relai gangguan tanah tidak selektif.
-
Arus gangguan tanah tidak membuat
Arcing.
Keuntungan
:
-
Arus gangguan dapat dibuat kecil
sehingga tidak berbahaya bagi mahluk hidup.
-
Kerusakan peralatan sistem dimana arus
gangguan mengalir dapat dihindari.
-
Sistem dapat terus beroperasi meskipun
terjadi gangguan fasa ketanah.
-
Gejala busur api dapat dihilangkan.
Kerugian
:
-
Rele gangguan tanah (ground fault relay)
sukar dilaksanakan karena arus gangguan tanah relatif kecil.
-
Tidak dapat menghilangkan gangguan fasa
ke tanah yang menetap (permanen) pada sistem.
-
Operasi kumparan Petersen harus selalu
diawasi karena bila ada perubahan pada sistem, kumparan Petersen harus disetel
(tuning) kembali.
Impedansi
Dalam teknik elektro, impedansi adalah ukuran sejauh mana rangkaian menghambat aliran listrik. Semua bahan memiliki beberapa tingkat hambatan listrik, yang menyebabkan beberapa energi akan hilang sebagai
Dalam teknik elektro, impedansi adalah ukuran sejauh mana rangkaian menghambat aliran listrik. Semua bahan memiliki beberapa tingkat hambatan listrik, yang menyebabkan beberapa energi akan hilang sebagai
panas,
dan mengurangi aliran arus. Dalam kasus arus searah (DC), impedansi sama dengan
resistansi, dan semata-mata tergantung pada bahan dari mana sirkuit dibuat.
Namun, untuk arus bolak (AC), dua faktor tambahan dapat berkontribusi terhadap
impedansi yakni: kapasitansi dan induktansi. Bersama ini dikenal sebagai
reaktansi, yang merupakan ukuran dari hambatan terhadap perubahan arus yang
tergantung pada frekuensi, dan pada komponen sirkuit.
Arus
bolak-balik terus berubah arah, dan melakukannya pada frekuensi yang diberikan,
yang diukur dalam Hertz (Hz), atau siklus per detik. Biasanya, listrik disuplai
pada 50 atau 60 Hz, tetapi ini dapat diubah untuk aplikasi khusus. Frekuensi
dapat ditampilkan sebagai gelombang pada osiloskop dalam hal arus atau
tegangan, dengan jarak dari puncak ke puncak mewakili siklus lengkap. Tingkat
reaktansi di sirkuit tergantung pada frekuensi pasokan AC. Lebih khusus,
reaktansi kapasitif menurun dengan meningkatnya frekuensi, sedangkan reaktansi
induktif akan meningkat.
Reaktansi
kapasitif
Sebuah
kapasitor adalah sebuah perangkat yang dapat menyimpan muatan listrik, dan
kemudian melepaskannya. Hal ini biasanya terdiri dari bahan non-konduktor, atau
isolator, terjepit di antara dua pelat logam. Sebagai bagian dari rangkaian,
memungkinkan muatan untuk tersimpan pada isolator dan efektif menyimpan energi
dalam medan listrik. Dengan meningkatnya muatan, arus ini akan berkurang.
Setelah waktu tertentu, kapasitor tidak akan mampu menyerap muatan lebih dan
arus akan turun menjadi nol, di mana pada titik itu akan melepaskan,
menghasilkan aliran elektron dalam arah yang berlawanan.
Namun,
jika frekuensi AC tinggi, arus akan mengubah arah dalam waktu kurang dari
kapasitor yang diperlukan untuk “mengisi.” Karena arus berada pada maksimum
pada awal siklus, pasokan AC frekuensi tinggi akan hampir tidak terpengaruh
oleh kapasitor. Sebaliknya, jika frekuensi rendah, hal ini akan memberikan
waktu untuk beberapa muatan dapat terkumpul dalam kapasitor, menyebabkan
penurunan arus sebelum siklus berikutnya. Kapasitor yang digunakan di banyak
perangkat populer dan gadget, dan reaktansi kapasitif sehingga biasanya
merupakan faktor penting dalam impedansi.
Dalam
teknik elektro, impedansi adalah ukuran sejauh mana rangkaian menghambat aliran
listrik. Semua bahan memiliki beberapa tingkat hambatan listrik, yang
menyebabkan beberapa energi akan hilang sebagai
panas,
dan mengurangi aliran arus. Dalam kasus arus searah (DC), impedansi sama dengan
resistansi, dan semata-mata tergantung pada bahan dari mana sirkuit dibuat.
Namun, untuk arus bolak (AC), dua faktor tambahan dapat berkontribusi terhadap
impedansi yakni: kapasitansi dan induktansi. Bersama ini dikenal sebagai
reaktansi, yang merupakan ukuran dari hambatan terhadap perubahan arus yang
tergantung pada frekuensi, dan pada komponen sirkuit.
Arus
bolak-balik terus berubah arah, dan melakukannya pada frekuensi yang diberikan,
yang diukur dalam Hertz (Hz), atau siklus per detik. Biasanya, listrik disuplai
pada 50 atau 60 Hz, tetapi ini dapat diubah untuk aplikasi khusus. Frekuensi
dapat ditampilkan sebagai gelombang pada osiloskop dalam hal arus atau
tegangan, dengan jarak dari puncak ke puncak mewakili siklus lengkap. Tingkat
reaktansi di sirkuit tergantung pada frekuensi pasokan AC. Lebih khusus,
reaktansi kapasitif menurun dengan meningkatnya frekuensi, sedangkan reaktansi
induktif akan meningkat.
Reaktansi
kapasitif
Sebuah
kapasitor adalah sebuah perangkat yang dapat menyimpan muatan listrik, dan
kemudian melepaskannya. Hal ini biasanya terdiri dari bahan non-konduktor, atau
isolator, terjepit di antara dua pelat logam. Sebagai bagian dari rangkaian,
memungkinkan muatan untuk tersimpan pada isolator dan efektif menyimpan energi
dalam medan listrik. Dengan meningkatnya muatan, arus ini akan berkurang.
Setelah waktu tertentu, kapasitor tidak akan mampu menyerap muatan lebih dan
arus akan turun menjadi nol, di mana pada titik itu akan melepaskan,
menghasilkan aliran elektron dalam arah yang berlawanan.
Namun,
jika frekuensi AC tinggi, arus akan mengubah arah dalam waktu kurang dari
kapasitor yang diperlukan untuk “mengisi.” Karena arus berada pada maksimum
pada awal siklus, pasokan AC frekuensi tinggi akan hampir tidak terpengaruh
oleh kapasitor. Sebaliknya, jika frekuensi rendah, hal ini akan memberikan
waktu untuk beberapa muatan dapat terkumpul dalam kapasitor, menyebabkan
penurunan arus sebelum siklus berikutnya. Kapasitor yang digunakan di banyak
perangkat populer dan gadget, dan reaktansi kapasitif sehingga biasanya
merupakan faktor penting dalam impedansi.
multimeter
bisa digunakan untuk mengukur impedansi
Reaktansi
induktif
Induktansi
adalah kecenderungan dari perubahan arus yang mengalir melalui kawat yang akan
melawan arus lawan di dekat konduktor. Hal ini terjadi karena arus listrik yang
berubah menghasilkan medan magnet yang berubah, yang pada gilirannya
menyebabkan elektron mengalir dalam materi. Ketika kawat dililitkan ke koil,
membentuk sebuah induktor, dan akan menghasilkan aliran elektron yang
berlawanan, atau gaya gerak listrik (ggl) dalam dirinya sendiri. Tegangan dari
ggl yang diinduksi meningkat seiring dengan laju perubahan tegangan suplai,
sehingga meningkatkan frekuensi AC akan meningkatkan reaktansi induktif.
Seperti kapasitor, induktor biasanya banyak digunakan dalam berbagai komponen.
Kombinasi
Kapasitor dan induktor
Ketika
kedua perangkat yang terdapat dalam sirkuit, efek tidak hanya tergantung pada
frekuensi AC, tetapi juga pada bagaimana mereka terhubung. Jika kapasitor dan
induktor dihubungkan secara seri, arus awalnya meningkat dengan frekuensi,
mencapai maksimum pada titik tertentu, yang dikenal sebagai frekuensi
resonansi, dan jatuh setelahnya. Jika mereka terhubung secara paralel, arus
jatuh saat meningkatnya frekuensi sampai tercapai suatu titik di mana tidak
mengalir. Di luar titik ini, aliran naik lagi.
Pengukuran
dan satuan
Seperti
hambatan, reaktansi dan impedansi juga diukur dalam ohm. Dalam persamaan,
impedansi biasanya diwakili oleh simbol Z, dan reaktansi oleh X. Reaktansi
kapasitif dan reaktansi induktif masing-masing diwakili oleh XC dan XL.
Demikian pula dengan hukum Ohm untuk hambatan, impedansi keseluruhan dapat
dinyatakan sebagai Z = V / I, di mana Z dalam satuan ohm; V adalah tegangan,
dalam satuan volt; dan I adalah arus, dalam satuam ampere.
Pentanahan Efektif dan Tidak
Efektif
A. Pendahuluan
Sistem
pentanahan pada jaringan distribusi digunakan sebagai pengaman langsung
terhadap peralatan dan manusia bila terjadinya gangguan tanah atau kebocoran
arus akibat kegagalan isolasi dan tegangan lebih pada peralatan jaringan
distribusi. Petir dapat menghasilkan arus gangguan dan juga tegangan lebih
dimana gangguan tersebut dapat dialirkan ke tanah dengan menggunakan sistem
pentanahan.
Sistem
pentanahan adalah suatu tindakan pengamanan dalam jaringan distribusi yang
langsung rangkaiannya ditanahkan dengan cara mentanahkan badan peralatan
instalasi yang diamankan, sehingga bila terjadi kegagalan isolasi, terhambatlah
atau bertahannya tegangan sistem karena terputusnya arus oleh alat-alat pengaman
tersebut. Agar sistem pentanahan dapat bekerja secara efektif, harus memenuhi
persyaratan sebagai berikut :
1.
Membuat jalur impedansi rendah ketanah untuk pengamanan peralatan menggunakan
rangkaian yang efektif.
2.
Dapat melawan dan menyebarkan gangguan berulang dan arus akibat surja hubung
(surge current)
3.
Menggunakan bahan tahan terhadap korosi terhadap berbagai kondisi kimiawi
tanah.
4.
Untuk meyakinkan kontiniutas penampilan sepanjang umur peralatan yang
dilindungi.
5.
Menggunakan sistem mekanik yang kuat namun mudah dalam pelayanannya.
B. Fungsi Pentanahan
Secara
umum fungsi dari sistem pentanahan dan grounding pengaman adalah sebagai
berikut :
1. Mencegah terjadinya perbedaan potensial
antara bagian tertentu dari instalasi secara aman.
2. Mengalirkan arus gangguan ke tanah
sehingga aman bagi manusia dan peralatan.
3. Mencegah timbul bahaya sentuh tidak
langsung yang menyebabkan tegangan kejut.
4. Melindungi peralatan / saluran dari
bahaya kerusakan yang diakibatkan oleh adanya ganguan fasa ke tanah
5. Melindungi peralatan / saluran dari
bahaya kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih
6. Untuk keperluan proteksi jaringan
7. Melindungi makhluk hidup terhadap
tegangan langkah (step voltage)
8. Melindungi mahluk hidup dari tegangan
sentuh
9. Melindungi peralatan dari tegangan
lebih
C. Tipe Pentanahan
Pemilihan
tipe pentanahan tergantung dari : segi praktis, menjaga kontunitas
sistem,
memperkecil gangguan yang lebih besar, dan kompromi keseimbangan antara
arus
dan tegangan. Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan tipe pentanahan.
harus
diperhatikan dalam pemilihan tipe pentanahan dari suatu sistem tenaga,
ialah
:
•
Selektivitas dan sensitivitas dari rele gangguan tanah.
•
Pembatasan besar arus gangguan tanah.
•
Tingkat pengamanan terhadap tegangan surja dengan arester.
•
Pembatasan tegangan lebih transien.
Faktor
di atas mempunyai pengaruh yang besar terhadap ke ekonomisan sistem,
perencanaan
serta tata letak dari sistem dan kontinuitas pelayanan.
Tipe
pentanahan netral dari sistem-sistem tenaga adalah :
•
Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding)
•
Pentanahan melalui reaktor (reactor grounding)
•
Pentanahan tanpa impedansi/langsung (solid grounding)
•
Pentanahan efektif (effective grounding),
1. Pentanahan melalui tahanan (resistance
grounding)
Sistem
pengetanahan melalui tahanan pernah diterapkan pada sistem 230 kV. Sistem ini
mempunyai tegangan lebih transien yang disebabkan oleh pemutusan relatif
rendah. Maksud pengetanahan ini adalah untuk membatasi arus gangguan ke tanah
antara 10% sampai 25% dari arus gangguan 3 fasa.
Batas
yang paling bawah adalah batas minimum untuk dapat bekerjanya rele gangguan
tanah, sedangkan batas atas adalah untuk membatasi banyaknya panas yang hilang
pada waktu terjadi gangguan. Sistem pengetanahan melalui tahanan ini sekarang
jarang digunakan pada jaringan transmisi tetapi dipakai pada sistem distribusi,
sebagai gantinya adalah penggunaan reactor.
Untuk
membatasi arus gangguan tanah, alat pembatas arus dipasang antara titik netral
dengan tanah. Salah satu dari pembatas arus ini adalah tahanan dan tahanan ada
dua yaitu metalik dan cair (liquid).
Besar
dan hubungan fasa arus gangguan Iftg tergantung pada-pada harga reaktansi
urutan nol dari sumber daya dan harga tahanan dan pentanahan.
Arus
gangguan dapat dipecah menjadi dua komponen yaitu yang safasa dengan tengangan
ke netral dari fasa terganggu yang lain ke tinggalan 900
Dengan
pemelihan harga tahanan pentanahan yang sesuai, komponen yang logging dari arua
gangguan dapat dibuat sama atau lebih besar dari arus kapasitif sehingga tidak
ada oscilasi transien karena dapat terjadi busur api.
Gambar
1. Fasa Tegangan Tanah pada Pentanahan Netral dengan Tahanan
Jika
harga tahanan pentanahan tinggi sehingga komponen logging dari arus gangguan
kurang dari arus kasitif, maka kondisi sistem akan mendekati sistem netral yang
tidak ditanahkan dengan resiko terjadinya tegangan lebih.
Pentanahan
titik netral melalui tahanan (resistance grounding) mempunyai keuntungan dan
kerugian yaitu :
Keuntungan
:
• Besar arus gangguan tanah dapat
diperkecil
• Bahaya gradient voltage lebih kecil
karena arus gangguan tanah kecil.
• Mengurangi kerusakan peralatan
listrik akibat arus gangguan yang melaluinya.
Kerugian
:
• Timbulnya rugi-rugi daya pada tahanan
pentanahan selama terjadinya gangguan fasa ke tanah.
• Karena arus gangguan ke tanah relatif
kecil, kepekaan rele pengaman menjadi berkurang dan lokasi gangguan tidak cepat
diketahui.
2. Pentanahan melalui reaktor (reactor
grounding)
Reaktor
pengetanahan ini digunakan bila trafo daya tidak cukup membatasi arus gangguan
tanah. Pengetanahan ini digunakan untuk memenuhi persyaratan dari sistem yang
diketanahkan dengan pengetanahan ini, besarnya arus gangguan ketanah di atas
25% dari arus gangguan 3 fasa
Keuntungannya
dengan mengetanahkan trafo daya adalah untuk menekan tegangan lebih transien,
sehingga trafo daya dapat menggunakan isolasi dan tipe arrester yang lebih
kecil dan mengurangi penggunaan metode pengetanahan dengan reaktor, terutama
untuk sistem-sistem di atas 115 kV.
Suatu
sistem dapat dikatakan ditanahkan reatansi bila suatu impendansi yang lebih
induktif, disiipkan dalam titik netral trafo (generator) dengan tanah.
Metode
ini mempunyai keuntungan dari pentanahan tahanan :
a.
Untuk arus gangguan tanah maksimum peralatan reaktor lebih kecil dari resistor.
b.
Energi yang disisipkan dalam reaktor lebih kecil.
Dengan
ketiga tegangan fasa yang dipasang seimbang arus dari masing-masing impedansi
akan menjadi sama dan saling berbeda fasa 1200 satu sama lainnya. Secara
konsekuen tidak ada perbedaan pontensial antara titik netral dari suplai trafo
tenaga.
3. Pentanahan efektif (effective
grounding)
Pentanahan
netral yang sederhana dimana hubungan langsung dibuat antara netral dengan
tanah
Gambar
2. Gangguan fasa T ke tanah pada pentanahan netral langsung
Jika
tegangan seimbang, juga kapasitasi fasa ke tanah sama, maka arus-arus
kapasitansi fasa tanah akanmenjadi sama dan saling berbeda fasa 1200satu sama
lainnya. Titik netral dari impedansi adalah pada potensial tanah dan tidak ada
arus yang mengalir antara netral impedansi terhadap netral trafo tenaga.
4. Pentanahan tanpa impedansi/langsung
(solid grounding)
Pentanahan
tanpa Impedansi atau langsung. Pentanahan ini ialah apabila titik
netral
trafo kita hubungkan langsung ketanah, pada system ini bila terjadi gangguan
kawat ketanah akan mengakibatkan terganggunya kawat dan gangguan ini harus
diisolasi dengan memutus Pemutus daya ( PMT / CB ). Tujuannya untuk mentanahkan
titik netral secara langsung dan membatasi kenaikan tegangan dari fasa yang
tidak terganggu. digunakan pada sistem dengan tegangan 20 kV. Sistem ini
mengandalkan nilai besarnya tahanan pentanahan (makin kecil tahanan pentanahan
makin baik) yang dipengaruhi oleh bahan dari elektroda pentanahannya
Gambar
3. Pentanahan Netral Langsung (Solid)
Kemudian
selain keempat system pentanahan tersebut ada pula system pentanahan
lain
yaitu:
5. Sistem Netral Tidak Diketanahkan
Gambar
4. Sistem netral tidak dketanahkan
Arus
Ictg yang mengalir dari fasa yang tergangu ketanah, yang mana mendahului
tegangan fasa aslinya kenetral dengan sudut 900. Akan terjadi busur api
(arcing) pada titik ganguan karena induktansi dan kapasitansi dari system.
Tengangan fasa yang sehat akan naik menjadi tegangan line (fasa-fasa) atau 3
kali tegangan fasa, bahkan sampai 3 kali tegangan fasa.
Pada
sistem ini bila terjadi gangguan phasa ke tanah akan selalu mengakibatkan
terganggunya saluran (line outage), yaitu gangguan harus di isolir dengan
membuka pemutus daya. Salah satu tujuan pentanahan titik netral secara langsung
adalah untuk membatasi tegangan dari fasa-fasa yang tidak terganggu bila
terjadi gangguan fasa ke tanah.
Keuntungan
:
Tegangan lebih pada phasa-phasa yang
tidak terganggu relatif kecil
Kerja pemutus daya untuk melokalisir
lokasi gangguan dapat dipermudah, sehingga letak gangguan cepat diketahui
Sederhana dan murah dari segi
pemasangan
Kerugian
:
Setiap gangguan phasa ke tanah selalu
mengakibatkan terputusnya daya
Arus gangguan ke tanah besar, sehingga
akan dapat membahayakan makhluk hidup didekatnya dan kerusakan peralatan
listrik yang dilaluinya
6. Pentanahan Petersen Coil.
Kumparan
petersen biasanya digunakan dalam sistem pentanahan 3 phasa untuk membatasi
arus busur selama terjadinya gangguan tanah. Kumparan ini pertama dikembangkan
oleh W.Petersen pada tahun 1916. Ketika terjadi sebuah gangguan 1 phasa ke
tanah pada sistem 3 phasa yang tidak ditanahkan, tegangan dari phasa yang
terganggu berkurang sampai tegangan tanah (0V). Gangguan ini menyebabkan 2
phasa sehat tegangannya meningkat menjadi 3 kali tegangan semula.
Peningkatan
tegangan ini menyebabkan suatu aliran arus Ic melaluikapasitansi phasa ke
tanah. Arus Ic yang meningkat 3 kali arus kapasitif normal dan mengalir pada
rangkaiannya. Ini menyebabkan pukulan pada lokasi gangguan yangdikenal dengan
busur tanah (arching ground ). Hal ini juga menyebabkan tegangan berlebih pada
sistem.
Pada
hakekatnya tujuan dari pentanahan dengan kumparan Petersen adalah untuk
melindungi sistem dari gangguan hubung singkat fasa ke tanah yang sementara
sifatnya (temporary fault), yaitu dengan membuat arus gangguan yang
sekecil-kecilnya dan pemadaman busur api dapat terjadi dengan sendirinya.
Kumparan Petersen berfungsi untuk memberi arus induksi (IL) yang mengkonpensir
arus gangguan, sehingga arus gangguan itu kecil sekali dan tidak membahayakan
peralatan listrik yang dilaluinya. Arus gangguan ke tanah yang mengalir pada
sistem sedemikian kecilnya sehingga tidak langsung mengerjakan rele gangguan
tanah untuk membuka pemutusnya (PMT) dari bagian yang terganggu. Dengan
demikian kontinuitas penyaluran tenaga listrik tetap berlangsung untuk beberapa
waktu lamanya walaupun sistem dalam keadaan gangguan hubung singkat satu fasa
ke tanah, yang berarti pula dapat memperpanjang umur dari pemutus tenaga (PMT).
Sebaliknya
sistem pentanahan dengan kumparan Petersen ini mempunyai kelemahan, yaitu sulit
melokalisir gangguan satu fasa ke tanah yang bersifat permanen dan biasanya
memakan waktu yang lama. Gangguan hubung singkat yang permanen itu dapat
mengganggu bagian sistem yang lainnnya. Oleh karena itu hubung singkat tersebut
tetap harus dilokalisir dengan menggunakan rele hubung singkat ke tanah (Ground
fault relay).
Pentanahan
titik netral melalui kumparan Petersen mempunyai keuntungan dan kerugian yaitu
:
Keuntungan
:
Arus gangguan dapat dibuat kecil
sehingga tidak berbahaya bagi mahluk hidup.
Kerusakan peralatan sistem dimana arus
gangguan mengalir dapat dihindari.
Sistem dapat terus beroperasi meskipun
terjadi gangguan fasa ke tanah.
Gejala busur api dapat dihilangkan.
Kerugian
:
Rele gangguan tanah (ground fault
relay) sukar dilaksanakan karena arus gangguan tanah relatif kecil.
Tidak dapat menghilangkan gangguan fasa
ke tanah yang menetap (permanen) pada sistem.
Operasi kumparan Petersen harus selalu
diawasi karena bila ada perubahan pada sistem, kumparan Petersen harus disetel
(tuning) kembali.
Lokasi
penerapan tipe pentanahan peterson coil di PT PLN (Persero P3B Region Jawa
Barat Plengan-Lamajan
D. Metode Pentanahan
Pada
sistem Tegangan Menengah sampai dengan 20 kV harus selalu diketanahkan
karena
menjaga kemungkinan kegagalan sangat besar oleh tegangan lebih transient
tinggi
yang disebabkan oleh busur tanah (arching ground atau restriking ground
faults).
Untuk itu pentanahan yang sesuai dengan kreteria adalah :
•
Tahanan Rendah, terutama untuk system yang dipakai mensuplai mesin-mesin
berputar,
khususnya pemakaian dalam industri.
•
Tahanan Tinggi, dengan tahanan tinggi kerusakan karena arus sangat berkurang.
Pentanahan
ini dipilih dengan tujuan :
• mencegah pemutusan yang tidak
direncanakan
• apabila system sebelumnya
dioperasikan tanpa pengetanahan dan tidak ada rele tanah yang dipasang.
• apabila pembatasan kerusakan karena
arus dan tegangan lebih diinginkan tetapi tidak dibutuhkan rele tanah yang
selektif.
Pentanahan
Langsung mempunyai biaya paling rendah dari semua metode Pentanahan, untuk
sistem distribusi saluran udara ( SUTM ) dan sistem yang disuplai dengan trafo
dengan pengaman lebur pada sisi primer perlu memberikan arus gangguan yang
cukup untuk melebur pengaman leburnya. Dalam standart SPLN no.2 tahun 1978
ditetapkan pengetanahan Jaringan Tegangan Menengah adalah pengetanahan netral
sistem 20 kV beserta pengamannya dengan tahanan Ditinjau dari besarnya tahanan
pentanahan, sistem pengetanahan jaringan menengah dapat diklasifikasikan
seperti berikut :
1. Pentanahan Tahanan rendah 12 Ohm dan
arus gangguan tanah maksimum tiap fasa 1000 A yang dipakai pada saluran kabel
atau kabel tanah ( SKTM ) tegangan menengah 20 kV untuk sistem 3 phasa 3 kawat.
Pengetanahan
sistem ini dilakukan pada gardu-gardu distribusi dan sambungan kabel Dipakai
PLN wilayah kerja DKI Jaya dan Jabar
Gambar
5. Pentanahan di DKI Jaya dan Jabar
2. Pentanahan Tahanan rendah 40 Ohm dan
arus gangguan tanah maksimum tiap phasa 300A. yang dipakai pada saluran udara
tegangan menengah ( SUTM ) 20 kV untuk sistem 3 phasa 3 kawat.
Pentanahan
sistem ini dilakukan pada tiap-tiap tiang dengan tahanan maksimum 20 Ohm.
Dipakai PLN wilayah kerja DKI dan Jawa Barat.
Dipakai PLN wilayah kerja DKI dan Jawa Barat.
Gambar
6. Pentanahan di DKI Jaya dan Jabar
3. Pentanahan Tahanan tinggi 500 Ohm dan
arus gangguan tanah maksimum tiap phasa 25A. yang dipakai pada saluran udara
tegangan menengah 20 kV untuk system 3 phasa 3 kawat.
Dipakai
PLN wilayah kerja Jawa Timur.
Gambar
7. Pentanahan di Jatim
Keunikan
dari sistem ini, karena gangguan tanah sangat kecil maksimum 25 A
sehingga
bila terjadi persentuhan kawat Tegangan menengah pada jaringan atau
instalasi
Tegangan rendah, bila tahanan tanah pada instalasi mak 1 Ohm ( tegangan
sentuhnya 1 x 25A = 25 Voll, tidak melebihi tegangan sentuh 50 volt yang
diijinkan). Mengingat rendahnya arus hubung singkat phasa tanah, maka sebagian
besar gangguan yang sifatnya temporer dapat bebas dengan sendirinya
4. Khusus untuk sistem 3 phasa 4 kawat,
pentanahan langsung tanpa impedansi dengan menggabungkan antara kawat netral
dengan grounding pada banyak titik sepanjang jaringan ( multi grounded common
netral ). Dipakai PLN wilayah kerja Jawa Tengah dan DI Jogjakarta.
Gambar
8. Pentanahan di Jateng dan DIY
Pentanahan
pada saluran kabel tegangan menengah dilakukan pada gardu-gardu distribusi dan
sambungan-sambungan kabel dan untuk saluran udara dilakukan pada tiap-tiap
tiang dengan tahanan pentanahan maksimum. 20 ohm. Pentanahan gardu distribusi
dan sambungan sambungan berfungsi sebagai pengaman saja dan terpisah dari
jaringan secara elektrik.
-
Kreteria pemasangan sistem pengetanahan
jaringan distribusi Jaringan Tegangan
-
Menengah di Indonesia disesuaikan dengan
kepadatan beban terpasang pada masing
-
Masing wilayah sesuai dengan Tabel
dibawah. Sedang untuk pentanahan Jaringan
-
Tegangan Rendah, pada saluran udara tegangan
rendah pada setiap jarak tertentu
Gambar
9. Jaringan Tegangan Rendah
Gambar
10. Tabel Sistem pengetanahan jaringan distribusi di Indonesia
