Grounding Pada Sistem Tenaga Listrik

Grounding merupakan suatu koneksi antara beberapa part pada peralatan dan instalasi kelistrikan yang terhubung melalui konduktor ke elektroda yang ditimbun di dalam tanah. Sistem grounding ini meliputi seluruh peralatan baik di pembangkit listrik, gardu induk, struktur metal, enclosure metal, tanki dan pipa, tower, ground wire, titik netral trafo, metal seath pada kabel HV dst.

Klasifikasi grounding

Pada sistem tenaga listrik, grounding dibagi ke dalam tiga kategori utama yaitu working grounding, protective grounding dan lightning protection grounding. Sebarnya adalagi yaitu sebagai referensi sinyal pada sistem instrumentasi, tapi sementara kita abaikan dulu. Kita fokus pada yang tiga utama.

Working grounding

Working grounding merupakan grounding yang terhubung dengan titik netral peralatan seperti pada netral transformator daya dengan konfigurasi star.

Sitem grounding ini bertujuan untuk menurunkan rating tegangan sehingga kebutuhan insulasi pada trafo menjadi sebesar √3*V_fasa. Selain mampu menurunkan rating tegangan, koneksi ground pada titik netral juga dapat dimanfaatkan sebagai fasilitas pembatas arus hubung singkat bisa terkoneksi secara solid maupun dengan resitor ke grounding.

Protective grounding

Saat terjadi kegagalan insulasi (breakdown) pada peralatan, maka enclosure baik itu panel atau struktur metal akan bertegangan karena ada arus bocor sehingga dapat membahayakan manusia dan peralatan lain. Untuk dapat menjamin keselamatan pekerja, enclosure pada peralatan listrik harus dihubungkan ke sistem grounding. Inilah yang disebut sebagai protective grounding.

Ketika enclosure pada peralatan listrik menjadi bertegangan akibat kegagalan insulasi, arus yang bocor atau arus gangguan dialirkan melalui sistem grounding sehingga relay dapat merasakan adanya hubung singkat dan mengisolir lokasi gangguan.

Selain itu, reistansi grounding yang lebih rendah dari resistansi tubuh manusia dapat memastikan pekerja dapat melaksanakan pekerjaannya secara aman dari induksi dengan cara menghubungkan konduktor dari peralatan yang sedang dikerjakan ke grounding.

Lightning protection grounding

Grounding ini berfungsi untuk mencegah terjadinya dampak buruk pada peralatan dan manusia akibat sambaran petir. Peralatan proteksi petir seperti lightning rod, shielding wire, surge arrester, arcing horn dll harus terhubung dengan baik ke bumi.

Arus petir yang harus dihantarkan melalui peralatan proteksi petir memiliki amplitudo yang besar pada skala belasan hingga puluhan kilo Ampere tetapi memiliki durasi yang sangat singkat, sekitar puluhan mikro detik.

Desain elektroda grounding

Ada banyak metode dalam mendesain elektroda grounding. Salah satu yang paling umum dijumpai adalah dengan menggunakan vertical ground rod dengan ukuran yang disesuaikan kebutuhan masing-masing.

Untuk menentukan nilai resistansi pentanahan dari desain tersebut, kita bisa menggunakan formula sebagai berikut. Tentu nilai ini hanya kalkulasi dengan memperhitungkan geometris dari elektroda dan mengabaikan soil resistiviti dan sifat karakteristik tanah.

Sekarang kita coba studi kasus.

Jika kita ingin memasang elektroda grounding sebagai proteksi petir untuk tower transmisi dengan panjang L=300 cm; h=30cm; d=10 cm, berapakah nilai resistansi dari elektroda tersebut bila diaplikasikan pada tanah di area ladang dengan Rho=50 mOhm

Perhitungannya berdasarkan formula di atas adalah sebagai berikut.

Sekarang kita bandingkan dengan nilai pengukuran pada kondisi tanah dan panjang elektroda 3 meter.

Artinya dengan desain grounding pada studi kasus, dapat memberikan nilai resistansi yang baik sebagai grounding untuk proteksi petir pada tower karena berada di bawah standard.

Untuk pembahasan minggu depan akan kita kalkulasi apakah grounding dengan desain di atas mampu melindungi insulator dari back flashover saat terjadi sambaran petir pada tower.

Semoga bermanfaat.

Referensi

1. Methodology and Technology for Power System Grounding. Jinliang He, Rong Zeng, Bo Zhang. IEEE. Tsinghua University, China. 2013