Pentanahan Grid

Bentuk Pentanahan Grid

Dalam sistem pentanahan grid sulit mencari nilai tahanan pentanahan, karena susunan grid agak kompleks. Sehingga digunakan metode bujur sangkar, dengan anggapan bahwa muatan yang tersebar pada permukaan konduktor yang membentuk grid adalah sama.

Jarak minimum antara kisi – kisi 2,5 m, tahanan grid akan menjadi semakin berkurang dengan bertambahnya jumlah mesh. Tetapi bila jumlah mesh telah melampaui 16 buah, maka pengurangan nilai pentanahannya menjadi sedikit. Harga tahanan pentanahan grid akan menjadi rendah kalau konduktor yang bersilangan saling bersentuh / disatukan sehingga membentuk sebuah plat.

Data-data Pentanahan Grid

Data-data sistem pentanahan Grid yang dibutuhkan dalam perencanaan sistem pentanahan Gardu Induk adalah sebagai berikut :

• Luas daerah yang akan diamankan dengan sistem pentanahan
• Tahanan jenis tanah disekitar permukaan
• Tahanan jenis rata-rata untuk tanah yang dianggap sama (uniform)
• Besarnya arus hubung singkat maksimum ke tanah yang mungkin terjadi
• Waktu membukanya sistem proteksi yang ada untuk mengisolir adanya gangguan ke tanah
• Diameter konduktor yang dipakai untuk elektroda pentanahan

Langkah-langkah Perencanaan dan Perhitungan

Perencanaan system pentanahan pada gardu induk didasarkan pada gardu induk didasarkan pada standart IEEE 80” IEEE Guide for Safety in Substation Grounding”, dengan urutan / langkah – langkah perhitungan sebagai berikut :

Tata Letak / Layout

Kisi-kisi pengetanahan dengan menggunakan konduktor tembaga bulat yang ditanam pada keseluruhan batas Gardu Induk.

Tahanan Jenis Tanah

Pengukuran tahanan jenis tanah pada lokasi gardu induk diambil pada beberapa titik lokasi. Tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

dimana

p  = tahanan jenis rata-rata tanah (Ohm-meter)

a  = jarak antara batang elektroda yang terdekat (meter)

R  = besar tahanan yang terukur (Ohm)

Arus Fibrilasi

Besarnya arus yang menglir pada tubuh manusia di mana arus listrik dapat menyebabkan jantung mulai fibrilasi, dapat dihitung berdasarkan Persamaan :

dimana

Ik  =  arus fibrilasi (Ampere)

t    =  lama waktu gangguan (detik)

Lama waktu gangguan t tergantung dari beberapa faktor, antara lain stabilitas sistem, tipe switchgear dan tipe rele dan pemutus daya yang digunakan. Sebegitu jauh belum ada standart mengenai lama waktu gangguan. Waktu yang dianggap realistis berkisar antara 0,5 detik sampai 1,0 detik. 

Jumlah Batang Pentanahan

Pada waktu arus gangguan mengalir antara batang pengetanahan dan tanah, tanah akan menjadi panas akibat arus I²ρ  Suhu tanah harus tetap dibawah 100^o C untuk menjaga jangan sampai terjadi penguapan pada air kandungan dalam tanah dan kenaikan tahanan jenis. Kerapatan arus yang diizinkan pada permukaan batang pengetanahan dapat dihitung dengan persamaan :

dimana

i     =  kerapatan arus yang diizinkan (Amp/cm)

d    =  diameter batang pengetanahan (mm)

p    =  tahanan jenis tanah (Ohm-meter)

t     =  lama waktu gangguan (detik)

=  panas spesifik rata-rata tanah (kuarng lebih 1,75 x 10⁶ watt-detik tiap m³ tiap ^oC)

=  kenaikan suhu tanah yang diizinkan (^o C)

Arus Gangguan

Besar arus gangguan tanah maksimum didasarkan pada nilai pemutusan (interrupting rating) dari peralatan pengetanahan gardu induk. Misalkanlah tegangan system 70 kV dan diketanahkan dengan kumparan Petersen yang dilengkapi dengan tahanan shunt. Besar arus gangguan tanah diambil 30% dari arus hubung singkat tiga-fasa, yaitu setelah kumparan Petersen diparalel oleh tahanan.

Ukuran Konduktor Kisi-kisi

Rumus berikut yang dikembangkan oleh I.M. Onderdonk, dapat digunakan untuk menentukan ukuran dari konduktor tembaga minimum yang dipakai sebagai kisi – kisi pengetanahan.

dimana

A    =  penampang konduktor (circular mills)

I     =  arus gangguan

t     =  lama gangguan

Tm =  suhu maksimum konduktor yang diizinkan, untuk pengelasan 450 ^oC

Ta  =  suhu keliling tahunan maksimum, untuk baut 250 ^oC

Tegangan Sentuh yang di Izinkan

Besar tegangan sentuh yang diizinkan dapat ditentukan dengan persamaan :

dimana

Ik    =  arus fibrilasi (Ampere)

Rk   =  tahanan badan manusia (Ohm)

Ps    =  tahanan jenis permukaan batu kerikil basah dimana orang berdiri (Ohm-meter)

Tegangan Mesh / Tegangan Sentuh Maksimum Sebenarnya

Tegangan mesh merupakan salah satu bentuk tegangan sentuh. Tegangan mesh ini didefinisikan sebagai tegangan peralatan yang diketanahkan terhadap tengah – tengah daerah yang dibentuk konduktor kisi – kisi (center of mesh) selama gangguan tanah. Tegangan mesh ini menyatakan tegangan tertinggi yang mungkin timbul sebagai tegangan sentuh yang dapat dijumpai system pengetanahan gardu induk, dan inilah yang diambil sebagai tegangan untuk disain yang aman.

Tegangan mesh itu secara pendekatan sama dengan  Pi, di mana  P tahanan jenis tanah dalam ohm-meter dan i arus yang melalui konduktor kisi – kisi. Tetapi tahanan jenis tanahnya tidak merata, demikian juga arus i tidak sama pada semua konduktor kisi –kisi. Oleh karena itu untuk mencakup pengaruh – pengaruh jumlah konduktor parallel n, jarak –jarak konduktor parallel, D,  diameter konduktor, d, dan kedalaman penanaman, h, tegangan mesh itu dihitung dari persamaan :

dimana

Ki   =  faktor koreksi untuk ketidakmerataan arus, yang dihitung dengan rumus empiris 0,65+0,172n

D    =  jarak antara konduktor-konduktor pada kisi-kisi (meter)

h     =  kedalaman penanaman konduktor (meter)

d    =  diameter konduktor kisi-kisi (mm2)

n    =  jumlah konduktor paralel dalam kisi-kisi utama, tidak termasuk sambungan melintang

p    =  tahanan jenis rata-rata tanah (Ohm-meter)

I    =  besar arus gangguan tanah (Ampere)

L   =  panjang konduktor pengetanahan yang ditanam termasuk semua batang pengetanahan (meter)

Tegangan sentuh maksimum yang timbul dalam rangkaian (mesh) tidak terletak di pusat kisi – kisi (daerah persegi empat yang dibentuk konduktor kisi – kisi), di mana tegangan mesh di atas dihitung, tetapi terletak agak di bagian luar kisi – kisi (grid). Tetapi bila kisi – kisi mempunyai delapan konduktor parallel atau kurang perbedaan tegangan sentuh maksimum yang ada dan tegangan mesh di bagian luar kisi – kisi tidak akan melebihi 10%. Oleh karena itu, untuk kisi – kisi dengan delapan konduktor parallel atau kurang tidak dibutuhkan perhitungan yang eksak (teliti) bila dipergunakan factor keselamatan yang sesuai dalam perbandingan antara tegangan mesh dan tegangan sentuh yang diizinkan.

Tegangan Langkah Yang diIzinkan

Tegangan langkah yang diizinkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

dimana

Ik    =  arus fibrilasi (Ampere)

Rk   =  tahanan tubuh manusia 

Ps   =  tahanan jenis permukaan tanah

Tegangan Langkah Sebenarnya

Tegangan langkah sebenarnya adalah perbedaan tegangan yang terdapat di antara kedua kaki bila manusia berjalan di atas tanah system pengetanahan pada keadaan terjadi gangguan. Tegangan langkah maksimum sebenarnya dapat dihitung dengan Persamaan :

dimana

P    =  tahanan jenis rata-rata tanah (Ohm-meter)

Ki  =  0,65 + 0,172 n = 3,402 (n=16)

I    =  arus gangguan tanah maksimum (Ampere)

L   =  panjang total konduktor yang ditanam, termasuk batang pengetanahan (meter)

D   =  jarak antara konduktor-konduktor paralel (meter)

h    =  kedalaman penanaman konduktor pengetanahan (meter)

Tahanan Pentanahan / Tahanan Grid

Selanjutnya dapat dihitung tahanan ekivalen sistem pentanahan dengan persamaan :

dimana

P  =  tahanan jenis rata-rata tanah (Ohm-meter)

L  =  panjang total konduktor yang ditanam, termasuk batang pengetanahan (meter)

r   =  jari-jari ekivalen dari luas daerah pengetanahan (meter)

~semoga bermanfaat~