Perhitungan Tegangan Sentuh Menggunakan Tahanan kontak kaki dalam Sistem Pembumian pada Gardu Induk Cikupa

## Mustari Lamma
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana JL. Raya Meruya Selatan, Kembangan, Jakarta, 11650 Telepon: 021-5857722 (hunting), 5840816 ext. 2600 Fax: 021-5857733
Abstrak  - Pada  saat  terjadi gangguan  pada Gardu   Induk,arus   gangguan   tanah  yang mengalir  di   tempat   gangguan  maupun  di tempat pembumian, Gardu Induk menimbulkan perbedaan  tegangan     di permukaan       tanah       yang dapat mengakibatkan  terjadinya  tegangan    sentuh yang    melampaui  batas-batas     keamanan bagi manusia yang berada di dalamnya saat terjadi gangguan.perlu    dilakukan    system pembumian   yang   sesuai   dengan standar yang ada.
Untuk    menjamin  keamanan  dan keselamatan  manusia  terhadap  bahaya tegangan   lebih   di   Gardu   Induk diperlukan system  pembumian  yang  baik  agar  tidak melampaui  tegangan  sentuh  yang  diizinkan. Untuk  menentukan   nilai   tegangan   sentuh, diperlukan beberapa parameter.  Parameter- parameter  yang diperlukan diantaranya adalah    besarnya    arus  gangguan  tanah maksimum    yang    mungkin       terjadi,luas Gardu    Induk,  tahanan  jenis  tanah,  tahanan kontak  kaki  dan     ukuran  konduktor  yang akan digunakan.
Dari     perhitungan      diperoleh      tegangan mesh   atau   tegangan   sentuh   maksimum yang     sebenarnya  (yang  mungkin  terjadi) sebesar 588,194 V (nilai ini masih berada di bawah  nilai  maksimum  yang  diizinkan,638V untuk ukuran berat badan 50 kg). Disamping itu   dengan   menggunakan   tahanan kontak kaki   sederhana   dan   tahanan kontak    kaki efektif     diperoleh    tegangan             sentuh masing_masing     sebesar     469,44V dan   494,86V  dengan  kedalaman   kisi_kisi pembumian  75  cm,  jarak  antara  kedua  kaki 70 cm  dan perbandingan    tahanan    jenis tanah  ( ρ s/ ρ ) 100Ω .  m  dan kedua nilai  ini masih   berada   pada   batas yang diizinkan.
Kata  Kunci  :  Tegangan  Sentuh,  Tahanan Kontak Kaki

## PENDAHULUAN
Pada  sistem  tegangan  tinggi  sering  terjadi kecelakaan   terhadap   manusia,   dalam   hal terjadi  kontak  langsung  atau  dalam  hal  ini manusia  berada  dalam  suatu  daerah  yang mempunyai  gradien  tegangan  yang  tinggi, khususnya      pada      Gardu-gardu      induk kemungkinan   terjadinya   bahaya   terutama disebabkan  oleh       timbulnya       gangguan yang  menyebabkan    arus    mengalir    pada bagian-bagian  peralatan  yang  terbuat  dari metal    dan    juga    mengalir    dalam    tanah disekitar      Gardu      Induk.      Maka   untuk menjamin      keamanan      dan  keselamatan manusia  terhadap  bahaya  tegangan    lebih di       Gardu       Induk   diperlukan       sistem pembumian        yang    baik,    yaitu    sistem pembumian    yang    dibuat    melalui    suatu perhitungan yang teliti dari   berbagai   aspek yang mempengaruhinya.        Parameter- parameter    yang    diperlukan    diantaranya adalah    besarnya    arus  gangguan    tanah maksimum  yang mungkin terjadi, luas gardu Induk,  tahanan  jenis  tanah,  tahanan  kontak kaki,      ukuran      konduktor      yang      akan digunakan, dan sebagainya.
Penelitian  menjelaskan pengaruh     jarak kedua     kaki     dan     pengaruh  kisi-kisi pembumian  terhadap  tahanan  kontak  kedua kaki  manusia     ke     tanah.     Perhitungan terhadap   tahanan   sangat    penting karena akan    menentukan besarnya  yang  arus mengalir  di  tubuh  manusia  saat  terjadi gangguan   dan   berapa   besar   tegangan sentuh     maksimum     jika terjadi gangguan hubungan tanah.

## SISTEM PEMBUMIAN
Pembumian     dapat     dibagi     dua     yaitu pembumian      sistem      dan      pembumian peralatan.     Pembumian     sistem     adalah hubungan  ke  tanah  dari  titik  netral  sistem, sedangkan   pembumian   peralatan   adalah hubungan   ke   tanah   dari      bagian-bagian peralatan   yang  terbuat   dari   logam   yang dalam  keadaan   normal   tidak   dialiri   arus listrik.   Pada  penelitian   ini   yang  dimaksud adalah  pembumian  peralatan,   yang selanjutnya      sukup   disebut   pembumian. Sistem     pembumian     di     Gardu     Induk diharapkan    dapat    membuat    permukaan tanah      di      Gardu      Induk      mempunyai perbedaan     tegangan     yang     serendah- rendahnya    pada    waktu    terjadi gangguan hubungan  tanah,  atau  dengan    kata    lain membuat        tahanan    jenis    tanah    yang serendah-rendahnya.   Secara   garis   besar tujuan   pembuman   di   Gardu   Induk   dapat dibagi menjadi dua yaitu :
1.    Untuk  mengatasi  beda  tegangan  antara bagian-bagian  peralatan  yang    tidak dilalui  arus  listrik  dan antara  bagian- bagian  ini  dengan  tanah  sampai  pada suatu  harga  yang  aman   untuk  semua kondisi       operasi   normal   atau   tidak normal.
Untuk    mencapai    tujuan    ini    suatu sistem pembumian peralatan atau instalasi dibutuhkan.  Sistem  pembumian ini         gunanya untuk  menghasilkan potensial  yang  merata dalam    semua bagian   struktur   dan  peralatan.   Selain itu   juga   untuk  menjaga   agar   orang yang    sedang  berada di daerah  instalasi ini  tetap  berada pada potensial  yang sama dan tidak  berbahaya pada  setiap waktu.
Dengan    dicapainya    potensial  yang hampir  merata  di  seluruh  permukaan Gardu  Induk,  kemungkinan  timbulnya perbedaan  potensial  yang  lebih  besar pada  jarak  yang  bisa di  capai      oleh manusia     sewaktu     terjadi     hubung singkat  kawat  ke  tanah  menjadi  sangat kecil.
2.   Untuk    memperoleh    impedansi    yang rendah   dari   jalan   balik    arus  hubung singkat ke tanah. Kecelakaan pada beda potensial dapat terjadi pada saat hubung singkat  ke  tanah  terjadi.  Maka  bila  arus hubung  singkat  ini  dipaksakan  mengalir melalui  impedansi  tanah  yang  tinggi,  ini akan     menimbulkan               perbedaan potensial  yang   besar   dan   berbahaya. Juga    impedansi    yang    besar    pada sambungan-sambunganpada rangkaianpembumian                       dapat menimbulkan       busur       listrik       dan pemanasan   yang   cukup   besar   dapat menyalakan     material     yang     mudah terbakar.
Bahaya-bahaya  yang  mungkin dapat ditimbulkan oleh  tegangan/arus  listrik terhadap   manusia    mulai    dari    yang ringan    sampai    yang    paling    berat adalah  :  terkejut,  pingsan  atau  sampai mati.
Ringan atau berat  bahaya  yang  timbul, tergantung dari faktor-faktor dibawah ini :
1.  Besarnya  arus  yang  melewati  tubuh manusia.
2.   Tegangan   dan   kondisi   orang terhadap tegangan tersebut.
3.  Jenis arus searah atau bolak-balik

## Arus Melalui Tubuh Manusia
Kemampuan     tubuh     manusia  terbatas terhadap besarnya  arus  yang  mengalir didalamnya.  Tetapi berapa besar  dan lamanya  arus  yang  masih  dapat     ditahan oleh    tubuh    manusia  sampai  batas  yang belum membahayakan   sukar   ditetapkan.
Dalam  hal  ini  telah  banyak  diselidiki  oleh para    ahli    dengan    berbagai  macam percobaan  baik  dengan  tubuh  manusia sendiri maupun menggunakan bintang tertentu.     Dalam     batas-batas     tertentu dimana  besarnya  arus belum  berbahaya terhadap      organ      tubuh  manusia    telah diadakan    berbagai percobaan    terhadap beberapa      orang  sekarelawan  yang menghasilkan   batas-batas   besarnya   arus dan  pengaruhnya  terhadap   manusia   yang
berbadan sehat.  Batas-batas arus  tersebut dapat dibagi sebagai berikut :
1.   Arus     mulai     terasa     atau     persepsi (perception current)
2.  Arus mempengaruhi otot (let-go current)
3.  Arus    mengakibatkan   pingsan  ataumati atau   fibrilasi (fibrillating current)
4.  Arus reaksi (reaction current)

## Arus Persepsi
Bila      manusia        memegang  penghantar yang  diberi  tegangan  mulai  dari  harga  nol dan dinaikkan sedikit demi sedikit, arus listrik yang  melalui  tubuh  manusia  tersebut  akan memberi pengaruh.  Mula-mula  syaraf  akan terangsang  sehingga akan  terasa  suatu getaran     yang     tidak     berbahaya,     bila dengan    arus    bolak-balik    yang mengalir. Tetapi bila arus searah yang  mengalir   akan terasa  sedikit  panas pada telapak tangan.
Pada   Electrical  Testing  Laboratory     New York    tahun 1933 telah dilakukan pengujian terhadap 40 orang   laki-laki   dan perempuan dan  didapat   arus   rata-rata   yang   disebut threshold    of    perception    current  sebagai berikut :
• Untuk laki-laki : 1,1 mA
• Untuk perempuan : 0,7 mA

## Arus Mempengaruhi Otot
Bila  tegangan  yang  menyebabkan terjadinya     tingkat    arus     persepsi dinaikkan   lagi,   maka   orang   akan merasa sakit  dan  kalau  terus  dinaikkan  lagi     maka otot-otot      akan      kaku sehingga  orang tersebut  tidak    berdaya    lagi  untuk melepaskan  konduktor  yang   dipegangnya. Di    University   of    California  School  telah dilakukan penyelidikan  terhadap 134 orang laki-laki dan  28  perempuan  dan  diperoleh angka  rata-rata    dari    arus    yang mempengaruhi otot sebagai berikut :
• Untuk laki-laki : 16 mA
• Untuk perempuan : 10,5 mA
Berdasarkan      penyelidikan      ini  telah ditetapkan  batas  arus  maksimal  di  mana orang masih dapat dengan segera melepaskan    konduktor    bila  terkena  arus listrik sebagai berikut :
• Untuk laki-laki : 9 mA
• Untuk perempuan : 6 mA

## Arus Reaksi
Arus    reaksi   adalah    arus    yang  terkecil yang    dapat    mengakibatkan orang  menjadi terkejut,  hal  ini cukup berbahaya  karena dapat  mengakibatkan  kecelakaan sampingan.   Karena   terkejut   orang  dapat jatuh  dari  tangga,  melemparkan  peralatan yang  sedang  dipegang  yang  dapat mengenai bagian-bagian instalasi bertegangan  tinggi,  sehingga  dapat  terjadi kecelakaan yang labih fatal.

## ANALISIS  TAHANAN  KONTAK KAKI
Pengamanan    tegangan    sentuh terhadap manusia     bergantung     pada besarnya tahanan   kontak   kaki (pembumian hanya di bawah kaki). Pada  permukaan  tanah  pada gardu  induk,   biasanya   diletakkan   lapisan batu  koral  dengan  ketebalan  10  sampai  20 cm.  Hal  ini  memberikan tahanan  jenis   yang tinggi    pada    permukaan  tanah.  Biasanya tahanan   kontak   kaki  diambil  sebesar  3 ρ s, di mana ρ s adalah tahanan jenis dari lapisan permukaan di  bawah  kaki  (batu  koral  dalam gardu   induk).   Dengan   keadaan   tersebut yang  berasal   dari   model   kaki   sebagai sebuah  konduktor  lingkaran  dengan radius sebesar    8    cm.    Dalam  bentuk    rangkaian untuk     tegangan    sentuh  tahanan  kaki totalnya adalah 1,5 ρ s.  Pendekatan  ini mungkin  memberikan  kesalahan     tahanan kaki   karena beberapa faktor :
•     Tahanan kontak mutual antara dua kaki.
•  Batas      ketebalan      dari      lapisan permukaan batu koral.
•  Akumulasi    dari    kotoran    dalam  celah- celah udara antara bagian-bagian dari batu  koral.  Debu-debu atau  kotoran- kotoran  ini  turun  ke  bawah  akibat  hujan dan  menurunkan    tahanan    jenis    dari
batu   koral   yang   berada   pada  lapisan bagian bawah.

## Sistem  Kelistrikan  Gardu  Induk Cikupa
Gardu     induk     Cikupa     termasuk  dalam Sistem    INterkoneksi    Jaringan   Transmisi Jawa dan  Bali. Gardu Induk Cikupa   terletak pada   Sub       Jaringan   Sistem   Region   1 Jakarta Raya dan Tangerang.   Gardu  Induk Cikupa memiliki 3 incoming feeder, yaitu dari Gardu   Induk   Kembangan   dan   dua feeder dari   Gardu   Induk   Jatake,   serta   ada   5 outgoing  feeder  yaitu  ke  Gardu  Induk  Pasar Kemis I, II  dan  Gardu Induk  Balaraja I, II.  Di samping  itu  ada  2  feeder  ke  transformator penurun  tegangan  150  kV/20  kV  untuk keperluan  listrik  di  daerah  Cikupa  dan sekitarnya
Perhitungan    Pembumian    untuk  Gardu

## Induk Cikupa
Perhitungan   ini    dilakukan    untuk sistem pembumian  dan  menetapkan batasan yang aman  untuk  perbedaan  potensial  yang mungkin  terjadi pada  Gardu  Induk  yang mengalami  kondisi  gangguan  antara  titik gangguan  yang  mungkin   terhubung    atau tersentuh tubuh   manusia.
Arus   Gangguan   ke   Tanah   (Earth   Fault Current)
Untuk Gardu Induk Cikupa adalah : di mana :  Tegangan  =  150  kV untuk  Gardu  Induk Cikupa. Daya  hubung  singkat  pada  Gardu Induk  Cikupa adalah 10130,55  MVA.  Maka arus hubung singkatnya adalah :
di mana :
arus hubung singkat adalah 3 phasa simetris dengan  menyesuaikan  ukuran  dari  panjang konduktor   parallel   utama   tetapi   60%   dari arus hubung singkat 3 phasa   sebagai   arus gangguan  ke tanah    yang            diterapkan untuk  menghitung   tegangan   sentuh  (touch voltage)   dan   kenaikan   tegangan   kisi-kisi maksimum      (maximum              grid potensial rise) adalah :
di mana :
VLN adalah tegangan line ke netral, Z1=  Z2, Z0  =   3   Z1   (Z0   berasal   dariimpedansi pada  jaringan  pada  masing-masing   Gardu Induk).    Yang    mana  permohonan    harga impedansi   dari  PLN       tidak       dianggapi, maka  diasumsikan   Z0   adalah  3Z1   untuk penggunaan       umum       pada       sistem tegangan tinggi.
(Ip =  His  =  Arus  hubung  singkat  simetris  3 phase)

## KESIMPULAN
Dan    uraian     pembahasan    dan perhitungan   tegangan   sentuh   pada sistem pembumian        Gardu        Induk dengan menggunakan  tahanan  kontak  kaki,   maka dapat   ditarik   beberapa kesimpulan sebagai berikut :
• Dengan     luas     Gardu     Induk     yang meliputi     sistem     pembumian     seluas 12688     m2,     tahanan     jenis     tanah sebesar   50      serta      panjang      total konduktor     pembumian   3773     m   dan memiliki       arus       gangguan   sebesar 23,394       kA    dapat digunakan luas penampang    konduktor    dengan    luas sebesar    150mm2    sebagai    konduktor pengamanpada sistem pembumian ini
•  Dari       hasil       perhitungan       dengan menggunakan      metoda-metoda   yang ada  dapat    dihasilkan    harga    batas maksimum     tegangan     sentuh     yang
diizinkan   sebesar  638   V  untuk  ukuran berat  badan  50  Kg,  dan  tegangan  mesh atau  tegangan sentuh        maksimum sebenarnya  sebesar  588,194 V dengan harga  tahanan  jenis  tanah  sebesar  50 dan  panjang   konduktor  3773   m    dan arus  gangguan  sebesar  23,394  kA,  di mana hasilnya  masih  berada di bawah batas tegangan maksimum yang diizinkan.
•     Pada    kedalaman    kisi-kisi  pembumian 75  cm  dan  jarak  antara     kedua     kaki yang  bervariasi  40  cm  dan  70  cm  serta perbandingan        antara   tahanan   jenis tanah  yang   ada  pada     Gardu     Induk diperoleh tegangan  sentuh  yang  masih berada     di     bawah     tegangan  sentuh maksimum      yang  diizinkan sebesar 638  V.  Jadi     dengan     memperhatikan tahanan     kontak     kaki     efektif   pada perhitungan       tegangan  sentuh  dalam sistem  pembumian     Gardu     Induk Cikupa   didapatkan   hasil   yang   masih berada    di    bawah    kriteria    tegangan sentuh  maksimum yang diizinkan.

## DAFTAR PUSTAKA
1.   Buku    Manual    Operasi    Pemeliharaan Peralatan   Gardu Induk   Cikupa PT.PLN (PERSERO), 2000.
2.   Diwalibi,   F.P.,  W.  Xiong,   J.   Ma,1993, Effect  of  Deteriorated and  Contaminated Surface     Covering  Layers on Foot Resistance  Calcullations,        IEEE Transaction  on  Power  Delivery,  Vol.  8, No. 1, January.
3.   Dawalibi,    F.    P.,    R.D.    Southey,  R.S. Baishiki,  1990,   Validity   of  Conventional Approaches   for Calculating        Body Currents   Resulting     from     Electric
Shocks, IEEE    Transaction    on    Power Delivery, Vol. 5, No. 2, April.
4.  Hutauruk,     T.S.,     Ir,     Msc,  1991, Pengetanahan    Netral    Sistem Tenaga dan  Pengetanahan  Peralatan,  Cetakan kedua, Jakarta : Erlangga.
5.   IEEE     Guide     for     Safety     in     AC Substation   Grounding,   ANSI/IEEE   Std. 80 - 1986.
6.   Persyaratan          Umum             Instalasi Listrik (PUIL) 2000, SNI.
7.    REA    Bulletin    65-1    Design  Guide  for Rural  Substations,  1978,  Power  Supply and  Engineering    Standards    Division Rural   Electrification  Administration  U.S. Departement of Argiculture, June.
8.   Sverak,   J.G.,   W.K.   Dick,   T.H. Dodds, R.H.  Heppe,  1981,     Safe  Subtation Grounding-Part  I,  IEEE  Transactions  on Power  Apparatus  and  System,  Vol.PAS- 100, No. 9, September.
9.   Thapar,   Baldev,   Victory   Gerez,  Arun Balakrishnan,    Donald   A.  Blank,  1992, Finite       Expression   and   Models   for Footing  Resistance  in  Substations,  IEEE Transaction  on  Power  Delivery,  Vol.  7, No. 1,January.
10.Thapar,   Baldev,   Victor   Gerez,  Prince Emmanuel,   1993,   Ground   Resistence of The     Foot      in  Substation  Yards, IEEE Transaction      on      Power Delivery,Vol. 8, No. 1, January.
11. Thapar,    Baldev,    Victory    Gerez,  Vijay Singh,      1993,        Effective  Ground Resistance  of  the  Human Feet  in  High Voltage Switchyards,  IEEE    Transaction on Power   Delivery,   Vol.   8,   No.   1, January.
12.Thapar,   Baldev,   Victory   Gerez,  Harsh Kejriwal,  1992,Reducation  Factor for The Ground  Resistance  of  The  Foot  in Substation  Yards,  IEEE       Transaction on Power   Delivery,   Vol.   9,   No.   1,
January.