bab 8 pembumian

PEMBUMIAN

DASRINAL TESSAL

PRIMAS EMERALDI

PADSI TANTI GEMPITA

Pendahuluan

Pembumian merupakan sebuah proteksi pada instalasi elektrik

Bertujuan melindungi manusia terhadap sengatan elektrik

Arus gangguan pada impedansi bumi berkisar beberapa kA sampai 20-30 kA

Impedansi bumi sendiri berkisar 0.05 -1 ohm

Pendahuluan

Pada masa dulu. Sistem pembumian dirancang untuk mendapatkan nilai resistansi bumi dibawah nilai yang dispesifikasikan

Praktik sekarang, perancangan sistem dirancang untuk untuk mengendalikan perbedaan potensial didalam dan disekitar instalasi elektrik

Pendahuluan

Tantangan dalam desain sistem pembumian ;

Area yang terbatas Perluasan perkotaan Mobile communication station

tower saluran sistem dipakai juga sebagai base station GSM

Modernisasi jalur elektrifikasi sistem windfarm

8.2.1 Komponen Sistem Pembumian pada Sistem Transmisi

Grid pembumian utama

Pada gardu induk

Pelindung utama sistem terhadap gangguan

Menutupi wilayah kerja 30000 m2

Sistem elektroda pembumian tambahan

Pada tower saluran transmisi

Sebagai pelindung petir

8.2.2 Komponen Sistem Pembumian pada Sistem Distribusi

Waktu penghilangan gangguan lebih lama sehingga menurunkan level tegangan distribusi

Pada sistem 11 kV menggunakan sistem IDMT

Kabel tanah akan membentuk sistem pembumian tambahan

Kawat pelindung pada saluran udara

8.2.3 Metoda Sistem PembumianPerlakuan terhadap Netral

Latar belakang : meningkatnya arus gangguan bumi pada sistem tidak dibumikan akibat kapasitansi saluran transmisi

Keuntungan : gangguan pembumian lebih mudah dideteksi,dibersihkan, dan dilokasikan serta pengurangan besar tegangan lebih

Pembumian Solid

Koneksi titik netral sistem langsung pada instalasi pembumian

Level gangguan pembumian yang tinggi juga meminimalisasi tegangan lebih sistem

Resistansi Pembumian

Titik Netral Trafo dan bumi disambungkan bersama melalui resistor

Pada sistem 11 kV /lebih ,LER dipakai. Ifg = 1000 a

Tegangan Phase tidak meningkat Tegangan lebih transien dapat dijaga

dalam level yang dapat ditoleransi

Reaktansi Pembumian

Reaktor pembumian dipasang antara netral dan bumi

Disarankan level tegangan gangguan pembumian tidak kurang dari 60 % dari level gangguan tiga phasa

Reaktansi pembumian dapat dipasang pada level gangguan pembumian melebihi level gangguan 3 phasa per phasa

Resonansi Pembumian

Pemasukan reaktor antara titik netral dan bumi yang mengkompensasi kapasitansi phase ke bumi dari sistem

Dikenal juga sebagai kumparan Peterson, arc suppresion coil earthing, atau ground fault neutralizer

Resonansi Pembumian

Keuntungan : Gangguan single phase-bumi, busur api

ditekan secara otomatis tanpa harus menghentikan arus

Jika diperlukan jaringan dapat beroperasi selama gangguan karena kapasitansi arus gangguan dikompensasi

Resonansi Pembumian

Tegangan transien dan steady state phase yang sehat selama gangguan lebih besar daripada sistem pembumian solid atau resistansi pembumian

Deteksi dan lokasi gangguan pembumian lebih sulit karena proteksi arus lebih tidak dapat dipakai

Metoda pembumian

Sistem diklasifikasikan efektif pembumiannya apabila :

Ro ≤ X1 dan Xo ≤ 3 X1

Keuntungannya : Busur api gangguan jarang terjadi Rele arus lebih dapat digunakan untuk

mendeteksi dan melokalisasi rangkaian

yang terganggu

8.3.1 Mekanisme Konduksi dan Resistivitas Konduksi elektrik pada bumi didominasi

oleh campuran batuan penyerap dan tanah Resistivitas tergantung pada

Derajat porosity atau pecahan materialTipe elektrolitTemperatur

Efek variasi garam, kelembaban dan temperatur dapat dilihat pada gambar 8.1

Efek variasi batuan dan tanah pada gambar 8.2

8.3.3 Investigasi Lokasi

Map GeologisSolid format

Mendeskisripsikan batuan lokasiDrift format

Berisi data endapan pada tanah BoreHole Data

Perubahan struktur bumiTipe Tanah dengan kedalamanannya

8.3.3 Investigasi Lokasi

Survey seismikDengan menggunakan gelombang akustik

dengan peralatan sledgehammer dan geophone

Radar tanahRadar menggunakan gelombang VHF

dengan frekuensi 35 MHzsampai 900 MHzRefleksi dihasilkan dari batas antara

material yang menanmpilkan resistivitas dengan sifat dielektrik

8.3.3.5 Pengukuran Resistivitas Bumi

1. Metoda Wenner

2. Metoda Schlumberger-Palmer

3. Metoda Lee

4. Metoda Logn

5. Teknik Elektromagnetik Transien

Metoda Wenner

Metoda yang paling umum dan luas digunakan Arus DC dialirkan pada dua elektroda terluar (C1

dan C2) Perbedaan Potensial diukur pada dua elektroda

bagian sisi dalam (P1 dan P2)

Metoda Wenner

aRI

VaA 22

ρA = resistivitasA = jarak antara elektrodaV = Potensial yang diukur pada dua elektroda terdalamI = Arus yang diukur pada dua elektroda terluarR = Resistansi yang terukur

Variasi Metoda Wenner

Dilakukan dengan memperkecil jarak pengukuran perbedaan potensialnya dengan akibat :

Mempermudah perubahan geologis, tapi jika diperlebar jaraknya efek anomali geologi akan terjadi

Sulit dipraktikan karena keterbatasan resolusi instrumentasi akibat noise yang tinggi pada pengukuran sinyal

Metoda Schlumberger-Palmer

Menggunakan space probe yang tidak sama

Jarak elektroda potensial divariasikan mendekati elektroda arus

Menguntungkan bila resolusi pengukur resistivitas terbatas

Teknik Survey Resistivitas Mendapatkan informasi resistivitas bumi

yang berubah sesuai kedalaman Sebuah titik pusat dipasang sebuah

elektroda tetap dan satu elektroda divariasikan jaraknya (vertikal profiling)

Jika seluruh konfigurasi digerakkan pada jarak yang sama disebut dengan horizontal profiling

Metoda Lainnya

Teknik Elektromagnetik Transien

Menyediakan metoda praktis untuk mendapatkan resistivitas bumi dengan kedalaman yang diinginkan

Loop transmiter tertutup dipasang pada permukaan bumi

Arus DC dialirkan pada loop yang nantinya akan terinterupsi

Perubahan induksi arus dipengaruhi resistivitas dan struktur bumi

Arus decay akan menghasilkan medan magnet yang diterima pada pengukur.

Peta Resistivitas

Bumi

• Dibuat pada tahun 1934•Resistivitas bumi diukur dengan jarak 500 kaki

Formasi Model Bumi

1. Kurva bentuk rupa resistivitas

2. Model sederhana

3. Model standar

4. Model dua dimensi/tiga dimensi

1. Kurva Bentuk Rupa Resistivitas

Click icon to add picture A = kasus variasi resistivitas bila jarak divariasikan

Indikasi kondisi homogen bumi

B dan C = karakteristik tiga lapisan bumi.

Permukaan = rendah resistivitas

Bag. tengah = tinggi resistivitas

Bag. dalam = rendah resistivitas

D = resistivitas rendah pada dekat permukaan dan sangat tinggi pada kedalaman

E = resistivitas tinggi dekat permukaan dan rendah pada kedalaman

2. Model Sederhana Beberapa struktur bumi bisa sangat komplek

sehingga pengukuran menghasilkan nilai maksimal dan minimal yang banyak

Bisa disederhanakan dengan mendapatkan nilai efektif atau ekivalen dari kurva resistivitas

Nilai ini bisa digunakan apabila hanya ada variasi yang kecil pada rentang jarak interelektroda yang dipergunakan secara luas

3. Model Standar

Model IEEE Std 80 Digunakan formasi model bumi dua

lapis atau lebih jika diperlukan

4. Model Dua/Tiga Dimensi Model Dua dimensi adalah Penggabungan

vertikal profil dan horizontal profil Jika horizontal profiling pada dua arah

orthogonal maka didapatkan model Tiga Dimensi

Diperlukan banyak elektroda, kabel inti banyak dan sistem switching otomatis dengan pengumpulan data terkomputerisasi

Di plot menggunkan metoda pseudo kontur dimana lokasi horizontal berhubungan dengan titik tengah konfigurasi elektroda

8.4.4 Pengukuran Impedansi dan Potensial Tanah

1. Teknik Pengukuran Jatuh Tegangan (FOP) Resistansi/Impedansi Bumi

Dengan memberikan arus gangguan, dimana dengan kenaikan potensial bumi dapat dihitung impedansi

(i) Fall-of-potential set up

Arus di injeksikan melalui elektroda bumi dan kembali melalui auxilary elektroda

Beda potensial diukur pada tiap-tiap elektroda diantara elektroda bumi dan auxilary elektroda

Rasio arus dan tegangan akan membentuk kurva resistansi

(ii) Effect of non-uniform earth on FOP measurements

Menyebabkan pergeseran lokasi potensial auxilary elektrode sehingga kurva resistansi tanah juga berubah

(iii) Effect of test lead mutual coupling on FOP measurements

Adanya tegangan induksi karena arus tes antara kawat arus dan tegangan pada FOP dengan suplai AC

(iv) Practical testing considerations Pengukuran lebih sulit pada impedansi

pembumian yang rendah karena backgrund noise dan efek mutual coupling

Background noise dapat diukur dengan frequecy selective voltmeter atau spectrum analyzer

(v) Test instrumentation Sistem pembumian yang besar juga akan

memperlihatkan reaktansi Dibutuhkan pengukuran arus dan tegangan

secara terpisah

8.4.5 Maintenance and integrity testing of earthing systems

Regular testing dibutuhkan untuk memastikan sistem pembumian masih sesuai standart

Joint Resistance dan koneksi harus dipastikan aman dan masih dalam nilai batasan

8.4.6 Special installations1. GIS substation Area instalasi GIS kecil dan transient

yang cepat saat operasi switching

2. Earthing systems for electric railways Harus memperhatikan efek gangguan

pada sistem supplay kereta api

3. Cellular phone systems on transmission line towers

Perbedaan rating tegangan sistem tegangan tinggi dan tegangan supplay mobile station

4. Wind farms Pada daerah tinggi dengan resistansi bumi

yang tinggi

8.5 Electrocution hazards and safety issues

1. Step and touch potentials

Touch potensial: saat seseorang yang berdiri pada tanah menyentuh logam yang berhubungan dengan sistem pembumian

Step potensial: saat seseorang berdiri pada tanah yang memungkinkan menyalurkan beda potensial

2. Menetapkan nilai maksimum touch and step voltage

3. Magnitude of touch, mesh and step voltages Program komputer sangat membantu

dalam perhitungan resistansi grid dan tegangan permukaan disekitar grid

Pengukuran secara langsung untuk menentukan nilai step dan touch voltage

8.5.2 Computation of tolerable voltages Batas Tegangan yang diperbolehkan

tidak hanya tergantung pada level arus tetapi juga oleh nilai resistansi tubuh manusia

1. Tolerable body currents

k = konstanta tubuh

Ts = shock duration

2. Accidental earth circuit

Setelah diperoleh nilai arus tubuh (Ib), dapat dihitung step dan touch voltage

3 Typical tolerable touch voltages

4 Transferred potential limits UK Standard: 430 V dan 650 V Tergantung pada kehandalan dan

kecepatan rangkaian yang terhubung ke substation

8.5.3 Metode pembatasan tegangan dan dimensi sistem pentanahan1. Reducing earth grid current Dengan penambahan metalic return path di

atas tanah

2. Reducing earth impedance Koneksi langsung pada existing grid yang

dekat Pemasangan satelit grid pada daerah

dengan resistivitas kecil Pemasangan batangan pembumian yang

lebih dalam

3. Limiting potential differences Mengurangi kerapatan overall grid mesh Pada area pembumian yg terbatas dengan

penambahan potential ramp

4. Increasing resistance/insulation in the accidental path

Dengan menutup seluruh permukaan substation dengan kerikil

Menggunakan lembaran plastik pada permukaan tanah

Jalur jalan menggunakan alas kayu

8.5.4 Risk management approach to earthing safety

Perlunya regulasi mengenai pekerjaan yang berhubungan dengan bahaya gangguan pentanahan

Manajemen resiko harus melingkupi semua kemungkinan skenario yang terjadi

8.6 Impulse performance of earthing systems

1. Standard guidelines for transient earthing

IEEE Std.80 and IEEEStd.142 EA-TS 41-24 CENELEC – HD 637 S1 BS 6651

8.6.2 Soil ionisation

Ionisasi pada tanah : menyebabkan pengurangan impedansi dari elektroda sistem pentanahan akibat arus implus dengan amplitudo tinggi

8.6.2.1 Response of earth electrode systems to high impulse currents

Impedansi transient: rasio tegangan sesaat dengan arus sesaat

Ionisasi tanah terjadi diatas ambang batas arus, yang mana berhubungan dengan intensitas medan listrik pada tanah

Kurva tegangan-arus sesaat menunjukan bentuk hysterisis loop

Elektroda jarum dapat mempertinggi efek ionisasi tanah

Waktu delay saat ionisasi dan deionisasi dibutuhkan untuk pemodelan dinamik

8.6.2.2 Estimation of critical electric field intensity

Critical electric field dapat dihitung dari perkalian nilai resistivitas tanah yang diukur dan kerapatan arus pada permukaan elektroda dengan asumsi distribusi arus merata

8.6.2.3 The mechanisms of soil ionisation

1. Peningkatan Medan Listrik Ionisasi terjadi di celah udara pada

tanah karena peningkatan medan listrik

2. Proses Termal pemanasan pada lapisan tanah

menyebabkan penguapan

3. Models of concentrated earth electrodes exhibiting soil ionisation

Penggunaan Finite Elemen (FE) dan Boundary Element (BE) software untuk memodelkan perilaku elektroda batang untuk memperlihatkan efek ionisasi tanah

.

4. Models sistem pembumian pada kondidi frekwensi tinggi dan transient1. Transmission line per unit length series

impedance and shunt admittance

2. Network analysis of transmission line segments

Pada sistem grounding tower line juga bisa digunakan model rangkaian komponen saluran transmisi

Efek ionisasi tanah juga harus dimasukan

3. Electromagnetic model Berdasarkan Method of Moment

8.6.5 Simulasi performa sistem pentanahan pada kondisi transient dan frekwensi tinggi

Performa pada saat transient: efek induktansi dan kapasitansi lebih signifikan

SEKIAN TERIMA KASIH