1-4 Sistem Pentanahan_060605

37

PT. PLN (Persero) P3B Pelatihan O&M Relai Proteksi Penghantar : NO.P3B/OMPROT/01/TDSR

: September 2005 No. Dokumen Berlaku Efektif

Halaman : P e n d a h u l u a n - Edisi 02

1.4. Pentanahan Sistem

Dalam pengoperasian instalasi tenaga listrik, seringkali mengalami gangguan

hubung singkat fasa ke-tanah baik hubung singkat secara langsung maupun

melalui tahanan. Pada sistem tenaga listrik tegangan rendah dan berskala

kecil, kejadian tersebut tidak terlalu menjadi masalah, karena arus

gangguan yang ditimbulkan masih relatif kecil ( lebih kecil dari 5 Amper ).

Akan tetapi apabila gangguan hubung singkat terjadi pada sistem tenaga

listrik tegangan menengah atau tinggi dan berskala besar, maka besaran

arus dan tegangan yang timbul akibat gangguan tersebut dapat

membahayakan terhadap ketahanan peralatan instalasi seperti

Transformer, CT, PT, Lighting Arrester dan dapat mempengaruhi terhadap

mutu pelayanan penyaluran tenaga listrik ke konsumen.

Dalam kondisi gangguan ke-tanah, akan terjadi fenomena gejala-gejala

“busur listrik ke tanah (arching ground)” yang sangat berbahaya karena

menimbulkan tegangan lebih transient yang pada akhirnya dapat merusak

peralatan instalasi.

TRAFO 150/20 kV

RESIST

Pentanahan sisi Primer

Pentanahan Netral sisi sekunder

Gambar 1.4. Pentanahan Titik Netral Trafo Tenaga

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

http://www.pdffactory.com

38




Oleh karena itu, pada sistem tenaga listrik tegangan menengah dan

tegangan tinggi, diperlukan sistem pentanahan melalui titik netral

transformator, baik secara langsung (solid grounding) maupun melalui

tahanan (Neutral Grounding Resistor), seperti Trafo Tenaga 150/20 kV

(Gambar 4.1).

1.4.1. Jenis Pentanahan Netral

Metoda pentanahan titik netral yang dipakai pada sistem tegangan tinggi dan

menengah di Jawa, Madura dan Bali adalah sebagai berikut :

§ Pentanahan langsung (effective grounding)

§ Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding)

§ Pentanahan melalui reaktor yang impedansinya dapat berubah-ubah

(resonant grounding) atau pentanahan dengan kumparan Petersen

(Petersen Coil).

1.4.2. Pentanahan Langsung Pentanahan titik netral langsung dikenal juga dengan solid grounded yaitu

titik netral suatu Trafo tenaga langsung dihubungkan ke-tanah. Jenis

pentanahan ini dipakai pada :

§ sistem tegangan tinggi (HV) 150 kV

§ sistem tegangan ekstra tinggi (EHV) 500 kV

§ sistem tegangan menengah 20 kV di Jawa Tengah dan Jogyakarta.

Keuntungan :

§ Tidak terjadi kenaikan tegangan pada fasa tidak terganggu

§ Tidak memerlukan Rele proteksi yang terlalu sensitif yang relatif mahal.

§ Sistem dapat dipergunakan untuk beban yang tidak seimbang.



39




Kerugian :

§ Arus hubung singkat satu fasa lebih besar, hampir sama dengan hubung

singkat fasa-fasa. Untuk itu peralatan instalasi yang terpasang harus

mempunyai ketahanan yang lebih baik, sehingga lebih mahal.

§ Penggunaan SKTM pada sistem tegangan menengah, memerlukan

ketahanan pelindung kabel yang lebih tinggi (khusus).

1.4.3. Pentanahan Titik Netral Melalui Tahanan ( neutral grounding

resistance )

Pentanahan titik netral melalui tahanan adalah suatu sistem petanahan

dimana titik netral transfomator dihubungkan dengan tanah melalui tahanan

(resistor), sebagai contoh terlihat pada Gambar 1 dan rangkaian

penggantinya ditunjukkan pada Gambar 2 .

Umumnya nilai NGR lebih tinggi dari pada reaktansi jaringan dimana NGR itu

dipasang, sehingga besar arus gangguan fasa ke tanah dibatasi oleh nilai

NGR itu sendiri.

Resistor

R

S T

Gambar 1.4.3. Rangkaian Pengganti Pentanahan Titik Netral Melalui Tahanan

(Resistor)



40




Secara umum, besarnya harga tahanan adalah :

dimana :

R = Tahanan ( Ohm )

Ef = Tegangan fasa ke netral

I = Arus nominal peralatan instalasi

Jenis pentanahan (Resistor) yang dipakai adalah jenis logam (metalic

resistor) atau jenis cairan (liquid resistor).

Bedasarkan nilai tahanan yang dipakai dalam Pentanahan Titik Netral melalui

Tahanan adalah, sebagai berikut :

1.4.3.1. Pentanahan dengan tahanan rendah (low resistence)

Besaran nilai tahanan antara 12 – 62 ohm, dipergunakan pada sistem

tegangan tinggi 70 kV dan tegangan menengah 20 kV di daerah Jawa Barat

dan DKI Jaya, seperti tabel 1.4.3.1.

REfI

:=



41




Tabel 1.4.3.1.

No. Sistem Nilai Tahanan

Lokasi

Penggunaan

Keterangan

1.

2.

3.

4.

70 kV

20 kV

20 kV

20 kV

40-60 Ω

40 Ω

20 Ω

12 Ω

Jawa Barat &

DKI

Jawa Barat &

Bali

Jawa Barat &

DKI

Jawa Barat &

DKI

SUTM

SUTM

SKTM

Keuntungan :

§ Besar arus gangguan satu fasa ke-tanah relatif lebih kecil dibandingkan

dengan sistem petanahan langsung.

§ Arus gangguan satu fasa ke-tanah maksimum dapat ditentukan memilih

nilai tanahan NGR, sehingga tidak melebihi arus nominal Trafo dan tidak

merusak ketahanan pelindung kabel tegangan menengah ( shielding

SKTM), tetapi cukup untuk mengejakan relai proteksi (GFR).

§ Koordinasi setting rele gangguan tanah masih dapat digrading

berdasarkan arus dan waktu kerja.

§ Tidak diperlukan relai proteksi yang terlalu mahal.



42




Kerugian :

§ Timbulnya rugi-rugi daya pada tahanan pentanahan selama terjadinya

gangguan fasa ke tanah.

§ Masih dimungkinkan adanya bahaya gradient voltage yang tidak diproteksi

oleh rele.

1.4.3.2. Pentanahan dengan Tahanan Tinggi (high resistance)

Besaran nilai tahanan antara 200–500 ohm, dipergunakan pada sistem

tegangan tinggi 70 kV dan tegangan menengah 20 kV di daerah Jawa Timur,

seperti tabel-2.

Tabel 1.4.3.2.

No. Sistem Nilai Tahanan

Lokasi Penggunaan

Keterangan

1.

2.

70 kV

20 kV

200 Ω

500 Ω

Jawa Timur

Jawa Timur

Keuntungan :

§ Besar arus gangguan satu fasa ke-tanah sangat kecil, aman terhadap

sentuhan benda sekitarnya.

§ Kerusakan peralatan instalasi (trafo, kabel) akibat arus gangguan dapat

diminimalisasi.



43




Kerugian :

§ Timbulnya rugi-rugi daya pada tahanan pentanahan selama terjadinya

gangguan fasa ke tanah.

§ Karena arus gangguan ke tanah sangat kecil, sehingga rele proteksi

gangguan tanah lebih mahal, perlu rele arah.

§ Koordinasi Rele proteksi hubung tanah, hanya dapat di grading

berdasarkan waktu kerja (definite time).

§ Dalam kondisi sistem open circuit, dimungkinkan koordinasi rele menjadi

kurang selektif.

1.4.3.3. Pentanahan Titik Netral Melalui Reaktansi (reactor)

Sistem pentanahan dengan reaktansi adalah dimana titik netral dihubungkan

ke tanah melalui suatu reaktor.

Rangkaian pengganti ditunjukkan pada gambar 3 berikut :

Gambar 1.4.3.3.

Rangkaian Pengganti Pentanahan Titik Netral melalui Reaktor (Reactor)

Reaktor

R

S

T



44




Reaktansi dari reaktor dipilih untuk membatasi arus gangguan ke harga yang

diinginkan.

Seperti untuk meminimumkan tegangan lebih transient, arus gangguan

ketanah harus lebih besar dari 25 % arus gangguan tiga fasa. Keadaan ini

dipenuhi oleh rasio Xo/X1 sama dengan 10. untuk pentanahan dengan

reaktor ini arus gangguan ke tanah pada belitan generator tidak boleh

melebihi arus gangguan tiga fasa. Keadaan ini dipenuhi oleh Xo/X1 sama

dengan 1.

Keadaan-keadaan tersebut di atas merupakan kriteria untuk menentukan

harga maksimum dan minimum reaktansi netral.

Keuntungan :

§ Tegangan lebih pada fasa-fasa yang tidak terganggu tidak melebihi

tegangan jala-jala.

§ Arus gangguan fasa ke tanah dapat diperkecil sehingga tidak melebihi

arus gangguan tiga fasa.

§ Rugi daya pada alat pentanahan relatif kecil

§ Mudah untuk melokalisir gangguan.

Kerugian :

§ Setiap gangguan akan mengakibatkan terputusnya aliran daya

§ Perawatan PMT harus baik karena sering bekerja.

§ Kemungkinan terjadinya kenaikan tegangan transient pada fasa-fasa sehat

saat gangguan fasa ke tanah.



45




1.4.4. Pentanahan Titik Netral Melalui Kumparan Petersen

Sistem pentanahan dengan kumparan Petersen adalah dimana titik netral

dihubungkan ke tanah melalui kumparan Petersen (Petersen Coil). Kumparan

Petersen ini mempunyai harga reaktansi (XL) yang dapat diatur dengan

menggunakan tap. Penggunakan sistem pentanahan jenis ini sudah jarang

dipakai, hanya pada sistem 30 kV Plengan-Lamajan Jawa Barat dan 30 kV

PLTA Ketenger, Jelok dan Timo Jawa Tengah.

Gambar 1.4.4.a. Pentanahan dengan Petersen Coil

Pada hakekatnya tujuan dari pentanahan dengan kumparan Petersen adalah

untuk melindungi sistem dari gangguan hubung singkat fasa ke tanah yang

sifatnya sementara (temporary fault), yaitu dengan membuat arus gangguan

yang sekecil-kecilnya, sehingga busur api dapat padam dengan sendirinya.

Kumparan Petersen berfungsi untuk memberi arus induksi (IL) yang

mengkompensir arus gangguan, sehingga arus gangguan itu kecil sekali dan

tidak membahayakan peralatan listrik yang dilaluinya.

TRAFO

Sistem tegangan 70 kV Sistem tegangan 30 kV

RESISTOR Kumparan Petersen



46




Gambar 1.4.4.b. Rangkaian Pengganti Petersen Coil

Arus gangguan ke tanah yang mengalir pada system, sedemikian kecilnya

sehingga tidak langsung mengerjakan rele gangguan tanah untuk membuka

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 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).

Keuntungan :

§ Arus gangguan dapat dibuat kecil sehingga tidak berbahaya bagi mahluk

hidup.

§ Kerusakan peralatan instalasi akibat arus gangguan dapat diminimalisasi.

§ Sistem dapat terus beroperasi meskipun terjadi gangguan fasa ke tanah.

§ Gejala busur api dapat dihilangkan.

Kumparan Petersen

R

S T



47




Kerugian:

§ Rele gangguan tanah (ground fault relay) sukar dilaksanakan karena arus

gangguan tanah relatif kecil.

§ Tidak dapat menghilangkan gangguan fasa ke tanah yang menetap

(permanent) pada sistem.

§ Koordinasi proteksi tidak dapat dilakukan

§ Operasi kumparan Petersen harus selalu diawasi karena bila ada

perubahan pada sistem, kumparan Petersen harus disetel (tuning)

kembali.



Documents

1-4 Sistem Pentanahan_060605