Upload
arif-d-prasetyo
View
82
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
38
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
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.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
39
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
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)
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
40
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
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
:=
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
41
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
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.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
42
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
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.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
43
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
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
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
44
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
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.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
45
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
1.4.4. 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
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
46
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
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
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
47
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
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.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com