Laporan Pengukuran Tahanan Tanah

PERCOBAAN I PENGUKURAN TAHANAN TANAH I. 1.

Tujuan Percobaan Untuk menentukan besarnya tahanan pentanahan pada berbagai jenis kondisi tanah.

I. 2.

Teori Grounding   system   adalah   sebuah   kegiatan   usaha   yang mengkhususkan   diri   pada   jasa   perencanaan   instalasi   kelistrikan,   sistem pentanahan dan sistem proteksi, yang bertujuan untuk memberikan solusi menyeluruh   berupa   perlindungan   peralatan   elektronik,   bangunan, ketersediaan   layanan,   dan   keselamatan   manusia   terhadap   kemungkinan bahaya kejut listrik serta kerusakan akibat petir/tegangan berlebih. Tujuan sistem pentanahan adalah untuk membatasi tegangan pada bagian­bagian peralatan yang tidak dialiri arus dan antara bagian­bagian tersebut dengan tanah, hingga tercapai suatu nilai yang aman untuk semua kondisi operasi, baik kondisi normal maupun saat terjadi gangguan.  Sistem pentanahan berguna untuk memperoleh tegangan potensial yang   merata   dalam   suatu   bagian   struktur   dan   peralatan,   serta   untuk memperoleh jalan balik arus hubung­singkat/arus gangguan ke tanah yang memiliki resistansi rendah.  Sebab apabila arus gangguan dipaksakan mengalir ke tanah dengan tahanan   yang   tinggi,   maka   hal   tersebut   akan   menimbulkan   perbedaan tegangan yang besar sehingga dapat membahayakan. Pada saat terjadi gangguan, arus gangguan yang dialirkan ke tanah akan   menimbulkan   perbedaan   tegangan   pada   permukaan   tanah   yang disebabkan karena adanya tahanan tanah.

Sistem   pentanahan   atau   biasa   disebut   sebagai  grounding  system adalah   sistem   pengamanan   terhadap   perangkat­perangkat   yang mempergunakan   listrik   sebagai   sumber   tenaga,   dari   lonjakan   listrik terutama petir. Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara suatu peralatan atau sirkit  listrik dengan  bumi.  Tujuan   utama   pentanahan   adalah   menciptakan   jalur   yang  low­ impedance  (tahanan rendah) terhadap permukaan bumi untuk gelombang listrik dan transient voltage. Penerangan, arus listrik, circuit switching dan electrostatic   discharge  adalah   penyebab   umum   dari   adanya   sentakan listrik   atau  transient   voltage.   Sistem   pentanahan   yang   efektif   akan meminimalkan efek tersebut. Menurut IEEE Std 142™­2007, tujuan system pentanahan adalah: 

Membatasi   besarnya   tegangan   terhadap    bumi   agar   berada   dalam



batasan yang diperbolehkan  Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor system dan   bumi.  Deteksi   ini  akan   mengakibatkan   beroperasinya   peralatan otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut. Grounding sistem dalam  kebutuhannya untuk klien dan memberi

nilai   lebih   dari   segi   keamanan,   berupa   perlindungan   menyeluruh   untuk investasi   peralatan   elektronik,   bangunan,   ketersediaan   layanan,   dan keselamatan manusia, tercakup dalam standar instalasi Grounding system yaitu sebagai berikut : 

Instalasi   Grounding

 System 

bertujuan   untuk   mencegah

kerusakan/kerugian   yang   ditimbulkan   akibat   tegangan   atau   arus berlebih   yang   terjadi   pada   kasus   sambaran   petir,   kegagalan   trafo distribusi   PLN,   atau   kontak   langsung   secara   tidak   sengaja   dengan kabel yang memiliki tegangan yang lebih tinggi, dengan penerapan sistem proteksi dan sistem pentanahan yang tepat dan terencana.



Instalasi Grounding  System  bertujuan untuk mengoptimalkan sistem kelistrikan   agar   tidak   terjadi   gangguan   yang   dapat   mempengaruhi kualitas   tegangan   secara   keseluruhan,   dan   menjamin   berfungsinya



instalasi listrik dengan baik sesuai dengan maksud kegunaannya. Instalasi   Grounding  System  bertujuan   untuk   memberikan   jaminan keselamatan dari bahaya kejut listrik, baik perlindungan dari sentuh langsung   maupun   tak   langsung,   serta   perlindungan   terhadap   suhu berlebih   yang   dapat   mengakibatkan   kebakaran,   luka   bakar   ataupun efek cedera lainnya. Perencanaan   sistem   pentanahan   membutuhkan   pengukuran

karakteristik   nilai   resistansi   tanah   yang   berbeda­beda   dari   satu   daerah lokasi ke daerah lokasi lainnya.  Dari hasil pengukuran tersebut diperoleh suatu data yang dijadikan acuan dasar dari keseluruhan perencanaan, guna menentukan   target   pencapaian   nilai   yang   aman   untuk   semua   kondisi operasi,   baik   kondisi   normal   maupun   saat   terjadi   gangguan,   yang selanjutnya diterapkan untuk segala jenis sistem instalasi, baik kelistrikan, maupun sistem proteksi. Adapun karakteristik sistem pentanahan yang efektif antara lain adalah: 1. Terencana   dengan   baik,   semua   koneksi   yang   terdapat   pada   sistem harus   merupakan   koneksi   yang   sudah   direncanakan   sebelumnya dengan kaidah­kaidah tertentu.  2. Verifikasi secara visual dapat dilakukan.  3. Menghindarkan   gangguan   yang   terjadi   pada   arus   listrik   dari perangkat.  4. Semua komponen metal harus ditahan/diikat oleh sistem pentanahan, dengan tujuan untuk meminimalkan arus listrik melalui material yang bersifat konduktif pada potensial listrik yang sama.  Penggunaan Pentanahan dalam Aplikasi Proteksi, antara lain:

1. Karena   gejala   alami,   seperti   kilat,   tanah   digunakan   untuk membebaskan sistem dari arus sebelum personil atau pelanggan dapat terluka atau komponen sistem yang peka dapat rusak. 2. Karena potensial dalam kaitan dengan kegagalan sistem tenaga listrik dengan kembalian tanah, tanah membantu dalam memastikan operasi yang   cepat   menyangkut   relay   proteksi   sistem   daya   dengan menyediakan jalan arus gagal tahanan rendah tambahan. Jalan tahanan rendah   menyediakan   tujuan   untuk   mengeluarkan   potensial   secepat mungkin. Tanah harus mengalirkan potensial sebelum personil terluka atau sistem telepon rusak. Dalam   sebuah   instalasi   listrik   ada   empat   bagian   yang   harus ditanahkan atau sering juga disebut dibumikan. Empat bagian dari instalasi listrik ini adalah: 1. Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik) dan dengan mudah bisa disentuh manusia. Hal ini perlu agar potensial dari   logam   yang   mudah   disentuh   manusia   selalu   sama   dengan potensial   tanah   (bumi)   tempat   manusia   berpijak   sehingga   tidak berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya. 2. Bagian   pembuangan   muatan   listrik   (bagian   bawah)   dari   lightning arester.   Hal   ini   diperlukan   agar   lightning   arester   dapat   berfungsi dengan baik, yaitu membuang muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah (bumi) dengan lancar. 3. Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini   sesungguhnya   juga   berfungsi   sebagai   lightning   arester.   Karena letaknya yang ada di sepanjang saluran transmisi, maka semua kaki tiang transmisi harus ditanahkan agar petir yang menyambar kawat petir   dapat   disalurkan   ke   tanah   dengan   lancar   melalui   kaki   tiang saluran transmisi. 4. Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Hal ini diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang menyangkut gangguan hubung tanah.

Piranti yang digunakan dalam sistem proteksi kelistrikan, meliputi penggunaan   alat­alat   proteksi   yang   sesuai   dengan   klasifikasi   dari   IEC (International   Electrotechnical   Commission)   dan   VDE   (Verband Deutscher Elektrotechniker), yaitu sebagai berikut : a. Class   B   (Arester   for   lightning   protection   equipotential   bonding), adalah alat­alat proteksi yang terhubung pada sistem ikatan penyama potensial   (equipotential   bonding).   Alat­alat   proteksi   pada   class   B dirancang   sedemikian   rupa   sehingga   mampu   menahan   tegangan berlebih   yang   terjadi   pada   kasus   sambaran   petir   langsung,   dan mengalirkan   kelebihan   tegangan   tersebut   ke   tanah   dengan   segera. Alat­alat proteksi class B terutama digunakan untuk sistem proteksi pada bangunan yang memiliki instalasi proteksi petir eksternal. b. Class C (Arester for overvoltage protection), digunakan untuk sistem proteksi pada bangunan yang tidak memiliki instalasi proteksi petir eksternal, sehingga kemungkinan terjadinya tegangan berlebih adalah melalui suplai tegangan dari PLN. c. Class D (Arester for mobile use on socket­outlets for overvoltage), alat   proteksi   yang   dipasang   pada   stop­kontak   (socket­outlet)   untuk penggunaan alat­alat elektronik yang sensitif terhadap gangguan yang ditimbulkan oleh tegangan berlebih. Berdasarkan   klasifikasi   yang   mengacu   pada   IEC   (International Electrotechnical   Commission)   dan   VDE   (Verband   Deutscher Elektrotechniker)   tentang   tingkat   perlindungan   suatu   sistem   proteksi terhadap   tegangan   berlebih,   penanganan   instalasi   kelistrikan   dan   sistem pentanahan dibedakan menjadi 2 menurut kategori sistem : 1. Penanganan   instalasi   kelistrikan   dan   sistem   pentanahan   pada bangunan yang memiliki sistem proteksi petir eksternal. Pada sistem ini, mutlak dibutuhkan arester for lightning protection equipotential bonding   (mengacu   pada   DIN   VDE   0185)   untuk   penggunaan   alat proteksi terhadap tegangan berlebih category IV (mengacu pada DIN

VDE   0110/1).   Sistem   ini   mengharuskan   penggunaan   alat   proteksi class   B   yang   didesain   khusus   sebagai   pembatas   yang   mampu memberikan jalan bagi arus petir atau sebagian dari arus petir ke tanah dengan segera pada kasus sambaran petir langsung. 2. Penanganan   instalasi   kelistrikan   dan   sistem   pentanahan   pada bangunan yang tidak memiliki sistem proteksi petir eksternal. Pada sistem   ini,   digunakan   arester   for   over  voltage   protection   (mengacu pada   DIN   VDE   0100)   untuk   penggunaan   alat   proteksi   terhadap tegangan   berlebih   category   III   (mengacu   pada   DIN   VDE   0110/1). Sistem ini cukup menggunakan alat proteksi class C yang merupakan pembatas tegangan berlebih yang terjadi pada kasus sambaran petir tak   langsung   (induksi   sambaran   petir),   maupun   tegangan   berlebih yang   disebabkan   kegagalan   pada   trafo   distribusi   PLN,   atau   kontak langsung secara tidak sengaja dengan kabel yang memiliki tegangan yang lebih tinggi. Pentanahan   merupakan   hal   yang   sangat   penting   dalam   instalasi ,karena dengan pentanahan bila terjadi hubung singkat tidak terjadi suatu hal yang membahayakan. Manfaat pentanahan yaitu: a. Bila terjadi hubung body pada peralatan listrik dengan adanya sistem pentanahan yang baik maka tidak akan menyebabkan suatu hal yang tidak di inginkan, hubung body tersebut dapat menyalur ke yang lain misal kumparan akan, maka kumparan tersebut akan terbakar dengan adanya sistem pentanahan yang baik maka arus pada hubung body tersebut akan menyalur ke tanah. b. Bila   terjadi   Petir   agar   tidak   membuat   kebakaran   atu   hal   yang   lain maka di buat Penangkal petri,  penangkal petir ini berfungsi sebagai penagngkal   atau   menyalurkan   energi   petir   ke   dalam   tanah,  nilai resistansi pada tahanan pentanahan harus sekecil mungkin agar,  bila nilai resistansi besar maka energi petir tersebut akan masuk kedalam

instalasi   rumah/gedung   yang   di   pasang   penangkal   petir  dapat mengakibatkan kebakaran.

` Gambar I.1 Earth Tester Analog Model 4102A Besarnya tahanan tanah sangat penting untuk diketahui sebelum dilakukan pentanahan dalam sistem pengaman dalam instalasi listrik. Untuk mengetahui besar tahanan tanah pada suatu area digunakan alat ukur dengan penampil analog. Hasil pengukuran secara analog sering terjadi kesalahan dalam pembacaan hasil pengukurannya. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, maka dirancanglah suatu alat ukur tahanan tanah digital yang memiliki kemudahan dalam pembacaan nilai tahanan yang diukur.

Gambar I.2 Earth Tester Digital Model 4105A Alat ukur ini penampilnya menggunakan digital pada segmensegmen, sehingga dengan mudah menyimpan data-data yang terukur. Perancangan alat ukur tahanan tanah digital ini menggunakan tiga batang elektroda yang ditanahkan yaitu elektroda E (Earth), elektroda P (Potensial) dan elektroda C (Curren). Tujuan penggunaan tiga batang elektroda tersebut adalah untuk mengetahui sejauh mana tahanan dapat mengalirkan arus listrik. Alat ukur tahanan tanah ini terdiri dari beberapa blok diagram rangkaian, antara lain rangkaian osilator, rangkaian tegangan input, rangkaian arus input, mikrokontroler dan rangkaian penampil. Sebelum hasil pengukuran di tampilkan ke LCD, data diolah dirangkaian mikrokontroler. Keuntungan dengan manggunakan mikrokontroler ini yaitu keluaran dari rangkaian input ini sebelum masuk ke LCD bisa diatur. Sehingga, perancangan alat ukur tahanan tanah digital ini dapat mengukur tahanan tanah dengan teliti dan akurat. Hasil pengukuran tahanan tanah juga bergantung pada kondisi tanah itu

sendiri. Pengukuran

tahanan

tanah

dilakukan

dengan

membandingkan alat ukur rakitan dengan alat ukur yang sudah ada dengan

merek Kyoritsu Earth Tester Digital. Selisih nilai pengukuran antara alat ukur rakitan dengan alat ukur yang sudah ada adalah sebesar 0,31 ohm. Sistem   pentanahan   yang   baik   di   pengaruhi   oleh   beberapa   hal   : tahanan yang mempunyai resistansi yang sekecil mungkin. Tanahan yang untuk pemasangan bila tanah keras maka nilai resistansi akan tinggi dan sebaliknya bila tanah tidak keras maka nilai resistansinya kecil dan hal lain yang   mempengaruhi   sistem   pentanahan   yaitu   bantuk   tahanan   karena tahanan mempunyai bentuk­bentuk  yang berbeda : batang,  pita dan pelat dengan adanya sistem petanahan yang baik maka dalam instalasipun akan aman dan berjangka waktu yang lama.  Pentanahan atau kita sebut grounding adalah sistem pengamanan perangkat perangkat yang menggunakan listrik dari lonjakan listrik,  petir dan lain lain. Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut   diatas   juga   ditimbulkan   oleh   tahanan   sambungan   antara   alat pentanahan dengan kawat penghubungnya.  Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat aliran   muatan   listrik   (arus   listrik)   yang   keluar   dari   alat   pentanahan tersebut.   Arus   listrik   yang   keluar   dari   alat   pentanahan   ini   menghadapi bagian­bagian tanah yang berbeda tahanan jenisnya.  Untuk jenis tanah yang sama, tahanan jenisnya dipengaruhi oleh kedalamannya.   Makin   dalam   letaknya,   umumnya   makin   kecil   tahanan jenisnya,   karena   komposisinya   makin   padat   dan   umumnya   juga   lebih basah. Oleh karena itu, dalam memasang batang pentanahan, makin dalam pemasangannya akan makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan pentanahan yang makin rendah. Diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik pentanahan tersebut di atas tidak melebihi 4 ohm. Secara teoretis, tahanan dari tanah atau bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga. Tetapi

kenyataannya tidak demikian, artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol. Hal ini terutama disebabkan oleh adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana alat tersebut dipasang (dalam tanah).

Gambar I.3 Macam-macam alat pentanahan Dari gambar I.3 tampak bahwa ada empat alat pentanahan, yaitu: 1. Batang pentanahan tunggal (single grounding rod). 2. Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod). Terdiri dari beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel. 3. Anyaman pentanahan (grounding mesh), merupakan anyaman kawat tembaga. 4. Pelat pentanahan (grounding plate), yaitu pelat tembaga. Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan kawat penghubungnya. Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut.

Arus listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang berbeda tahanan jenisnya. Untuk jenis tanah yang sama, tahanan jenisnya dipengaruhi oleh kedalamannya. Makin dalam letaknya, umumnya makin kecil tahanan jenisnya, karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih basah. Oleh karena itu, dalam memasang batang pentanahan, makin dalam pemasangannya akan makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan pentanahan yang makin rendah.

Gambar I.4 Batang pentanahan beserta aksesorisnya. Pada gambar I.4 menggambarkan batang pentanahan beserta aksesorisnya, yaitu; 1. Konduktor tanah 2. Penghubung antara konduktor dengan elektroda tanah 3. Elektroda tanah.

Gambar I.5 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence). Sedangkan gambar I.5 menggambarkan batang pentanahan beserta lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah. Tampak bahwa pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang pentanahan. Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan. Hal ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya, seperti yang dijelaskan pada bagian di bawah ini. Faktor yang mempengaruhi tahanan pentanahan. Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ketika ditanamkan ke dalam tanah seketika memperoleh hasil yang baik, dalam hal ini nilai tahanan yang rendah.

Banyak faktor, keduanya alami dan manusia, bisa mempengaruhi hasil. Faktor-faktor tersebut antara lain: 1. Resistivitas Bumi Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus) menjadi bagian penting. Resistivitas bumi (ohm·meter) merupakan nilai resistansi dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan didefinisikan sebagai tahanan, dalam ohm, antara permukaan yang berlawanan dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume. Suatu unit pengukuran alternatif, ohm centimeter, didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm, antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter kubik dari bumi. Untuk mengkonversi ohm·meter ke ohm·centimeter, kalikan dengan dengan 100. Resistifitas bumi bervariasi. Di Amerika Serikat resistivitas bervariasi dari beberapa ohm meter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu ohm meter dalam daerah berbatu-batu, bergunung-gunung. Resistivitas bumi dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisikondisi lokal tanah. Tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai jenis tanah. Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu pentanahan akan ditempatkan. Tabel I.1 Tahanan jenis berbagai macam tanah dan tahanan pentanahannya

Tabel I.1 menunjukkan tahanan jenis berbagai macam tanah serta tahanan pentanahan dengan berbagai kedalaman dan apabila digunakan pita pentanahan (grounding strip) dengan berbagai ukuran panjang. Dari tabel terlihat bahwa untuk memperoleh tahanan pentanahan 6 Ω di humus lembab, maka batang pentanahannya cukup dipancang sedalam 5 meter tetapi bila di pasir kering kedalamannya harus 165 meter. Suatu tanah memiliki nilai tahanan jenis yang bervariasi tergantung pada jenis tanah, kelembapan, komposisi garam-garam mineral di dalam tanah, dan suhu. Saat sebuah elektroda dilalui oleh arus maka arus akan menyebar ke segala arah.

Gambar I.6 Saat sebuah elektroda dilalui oleh arus Arus akan mengalir menuju tegangan nol yaitu di titik tak terhingga. Apabila kedalaman elektroda dibandingkan dengan jari-jari yang tak terhingga maka elektroda batang dapat dianggap sebagai sebuah bola yang memiliki pusat yang sama dengan sebuah bola yang memiliki jari-jari yang sangat besar.

Tabel I.2 Variasi Nilai Resistivitas Berbagai Tanah

JENIS SOIL

RESISTIVITAS (Ohm-meter)

Loam

5

-

50

Clay

4

-

100

Sand/Gravel

50

-

1,000

Limestone

5

-

10,000

Sandstone

20

-

2,000

Granite

1,000 -

2,000

Slates

600

5,000

-

Tabel I.3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 – 1 PUIL 1987 Jenis Tanah

Resistivitas (ohm –m)

Tanah Rawa

10-40

Tanah Liat

20 -100

Pasir Basah

50-200

Kerikil Basah

200 - 3000

Kerikil Kering

< 10000

Tanah Berbatu

2000 - 30000

2. Kelembaban Tanah Tanah manapun, dengan nilai kelembaban nol, bersifat isolasi. Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim. 3. Kandungan Mineral Tanah

Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol. 4. Temperatur Jika

temperatur

tanah

berkurang,

maka

resistivitasnya

meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air, resistivitas akan meningkat dengan cepat. Elektroda batang untuk menurunkan nilai tahanan grounding tower. Tower adalah merupakan salah satu bagian dari komponen sistem telekomunikasi yang sangat penting mempunyai kemungkinan sangat besar mengalami bahaya yang disebabkan oleh timbulnya gangguan petir sehingga arus yang mengalir ke tanah menyebabkan induksi yang membahayakan

peralatan

telekomunikasi.

Misalnya

akibat

isolasi

peralatan yang tidak berfungsi dengan baik. Arus gangguan tersebut akan mengalir pada bagian bagian peralatan yang terbuat dari metal dan juga mengalir dalam tanah di sekitar tower. Arus gangguan ini menimbulkan gradien tegangan diantara peralatan dengan peralatan, peralatan dengan tanah dan juga gradien tegangan pada permukaan tanah itu sendiri. Besarnya gradien tegangan pada permukaan tanah tergantung pada tahanan jenis tanah atau sesuai dengan struktur tanah tersebut. Salah satu usaha untuk memperkecil tegangan permukaan tanah maka diperlukan suatu grounding yaitu dengan cara menambahkan elektroda grounding yang ditanam ke dalam tanah. Oleh karena lokasi ower yang tersebar di berbagai tempat yang kemungkinannya mempunyai struktur tanah berlapis-lapis maka diperlukan perencanaan grounding yang sesuai, dengan tujuan untuk mendapatkan tahanan grounding yang kecil sehingga tegangan permukaan yang timbul tidak membahayakan baik dalam kondisi normal maupun saat terjadi gangguan ke tanah.

Grounding peralatan adalah penghubungan bagian-bagian peralatan listrik yang pada keadaan normal tidak dialiri arus. Tujuannya adalah untuk membatasi tegangan antara bagian bagian peralatan yang tidak dialiri arus dan antara bagian-bagian ini dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman untuk semua kondisi operasi baik kondisi normal maupun saat terjadi gangguan. Sistem grounding ini berguna untuk memperoleh potensial yang merata dalam suatu bagian struktur dan peralatan serta untuk memperoleh impedansi yang rendah sebagai jalan balik arus hubung singkat ke tanah. Bila arus hubung singkat ke tanah dipaksakan mengalir melalui tanah dengan tahanan yang tinggi akan menimbulkan perbedaan tegangan yang besar dan berbahaya. Dalam analisis ini digunakan beberapa parameter yaitu kedalaman penanaman elektroda grounding, panjang elektroda batang, jumlah elektroda batang (rod), ketebalan lapisan tanah bagian pertama dan tahanan jenis tanah tiap lapisan dengan menggunakan beberapa asumsi yaitu: a. Lapisan-lapisan tanah sejajar terhadap permukaan tanah. b. Tahanan jenis tanah adalah konstan untuk setiap lapisan. c. Analisa hanya dilakukan untuk elektroda rod d. Panjang rod (L) untuk semua kemungkinan pemasangan adalah sama (3.5 meter) Pada saat terjadi gangguan, arus gangguan yang dialirkan ke tanah akan menimbulkan perbedaan tegangan pada permukaan tanah yang disebabkan karena adanya tahanan tanah. Jika pada waktu gangguan itu terjadi seseorang berjalan di atas switch yard sambil memegang atau menyentuh suatu peralatan yang digroundingkan yang terkena gangguan, maka akan ada arus mengalir melalui tubuh orang tersebut. Arus listrik tersebut mengalir dari tangan ke kedua kaki dan terus ke tanah, bila orang tersebut menyentuh suatu peralatan atau dari kaki yang satu ke kaki yang lain, bila ia berjalan di switch yard tanpa menyentuh peralatan. Arus ini

yang membahayakan orang dan biasanya disebut arus kejut. Berat ringannya bahaya yang dialami seseorang tergantung pada besarnya arus listrik yang melalui tubuh, lamanya arus tersebut mengalir dan frekuensinya. 1. Arus Melalui Tubuh Manusia Kemampuan tubuh manusia terhadap besarnya arus yang mengalir di dalamnya terbatas dan lamanya arus yang masih dapat ditahan sampai yang belum membahayakan sukar ditetapkan. Berdasarkan hal ini maka batas – batas arus berdasarkan pengaruhnya terhadap tubuh manusia dijelaskan berikut ini . Bila seseorang memegang penghantar yang diberi tegangan mulai dari harga nol dan dinaikkan sedikit demi sedikit, arus listrik yang melalui tubuh orang tersebut akan memberikan pengaruh. Mula mula akan merangsang syaraf sehingga akan terasa suatu getaran yang tidak berbahaya bila dengan arus bolak balik dan akan terasa sedikit panas pada telapak tangan bila dengan arus searah (arus persepsi). Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya tingkat arus persepsi dinaikkan lagi maka orang akan merasa sakit dan kalau terus dinaikkan maka otot-otot akan kaku sehingga orang tersebut tidak berdaya lagi untuk melepaskan konduktor tersebut. Apabila arus yang melewati tubuh manusia lebih besar dari arus yang mempengaruhi otot dapat mengakibatkan orang menjadi pingsan bahkan sampai mati, hal ini disebabkan arus listrik tersebut mempengaruhi jantung sehingga jantung berhenti bekerja dan peredaran darah tidak jalan. 2. Tahanan Tubuh Manusia Tahanan tubuh manusia berkisar di antara 500 Ohm sampai 100.000 Ohm tergantung dari tegangan, keadaan kulit pada tempat yang mengadakan hubungan (kontak) dan jalannya arus dalam tubuh. Kulit yang terdiri dari lapisan tanduk mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi terhadap tegangan yang tinggi kulit yang menyentuh konduktor

langsung terbakar, sehingga tahanan dari kulit ini tidak berarti apaapa. Tahanan tubuh manusia ini yang dapat membatasi arus. Berdasarkan hasil penyelidikan oleh para ahli maka sebagai pendekatan diambil harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000 Ohm. 3. Karakteristik Tanah Karakteristik tanah merupakan salah satu faktor yang mutlak diketahui karena mempunyai kaitan erat dengan perencanaan dan sistem grounding yang akan digunakan. Sesuai dengan tujuan grounding bahwa arus gangguan harus secepatnya terdistribusi secara merata ke dalam tanah, maka penyelidikan tentang karakteristik tanah sehubungan dengan pengukuran tahanan dan tahanan jenis tanah merupakan faktor penting yang sangat mempengaruhi besarnya tahanan grounding. Pada kenyataannya tahanan jenis tanah harganya bermacammacam, tergantung pada komposisi tanahnya dan faktor faktor lain. Untuk memperoleh harga tahanan jenis tanah yang akurat diperlukan pengukuran secara langsung pada lokasi pembangunan tower karena struktur

tanah

yang

sesungguhnya

tidak

sesederhana

yang

diperkirakan. Pada suatu lokasi tertentu sering dijumpai beberapa jenis tanah yang mempunyai tahanan jenis yang berbeda-beda (non uniform). Pada pemasangan sistem grounding dalam suatu lokasi tower, tidak jarang peralatan grounding tersebut ditanam pada dua atau lebih lapisan tanah yang berbeda yang berarti bahwa tahanan jenis tanah di tempat itu tidak sama. Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi tahanan jenis tanah antara lain:     

Pengaruh temperatur Pengaruh gradien tegangan Pengaruh besarnya arus Pengaruh kandungan air Pengaruh kandungan bahan kimia

Pada sistem pengetanahan yang tidak mungkin atau tidak perlu untuk ditanam lebih dalam sehingga mencapai air tanah yang konstan, variasi tahanan jenis tanah sangat besar. Kadangkala pada penanaman elektroda memungkinkan kelembaban dan temperatur bervariasi, untuk hal seperti ini harga tahanan jenis tanah harus diambil dari keadaan yang paling buruk, yaitu tanah kering dan dingin. Berdasarkan

harga

inilah

dibuat

suatu

perencanaan

pengetanahan. Perbedaan tahanan jenis tanah akibat iklim biasanya terbatas sampai kedalaman beberapa meter dari permukaan tanah, selanjutnya pada bagian yang lebih dalam secara praktis akan konstan. 4. Konduktor Grounding Konduktor yang digunakan untuk grounding harus memenuhi beberapa persyaratan antara lain: a. Memiliki daya hantar jenis (conductivity) yang cukup besar sehingga tidak akan memperbesar beda potensial lokal yang berbahaya. b. Memiliki kekerasan (kekuatan) secara mekanis pada tingkat yang tinggi terutama bila digunakan pada daerah yang tidak terlindung terhadap kerusakan fisik. c. Tahan terhadap peleburan dari keburukan sambungan listrik, walaupun konduktor tersebut akan terkena magnitude arus gangguan dalam waktu yang lama. d. Tahan terhadap korosi. 5. Penentuan panjang elektroda grounding Kebutuhan akan konduktor grounding pada umumnya baru diperkirakan setelah diketahui tata letak peralatan yang akan diketanahkan serta sistem grounding yang akan digunakan. Sebagai dasar pertimbangan dalam penentuan panjang konduktor grounding umumnya digunakan tegangan sentuh, bukan tegangan langkah dan

tegangan pindah. Hal ini disebabkan karena tegangan langkah yang timbul di dalam instalasi yang terpasang pada switch yard umumnya lebih kecil daripada tegangan sentuh tersebut. Grounding peralatan Tower mula mula dilakukan dengan menanamkan batang konduktor tegak lurus permukaan tanah (rod). 6. Penentuan Jumlah Batang Pengetanahan Pada saat arus gangguan mengalir antara batang pengetanahan dengan tanah, tanah akan menjadi panas akibat i2 . Suhu tanah harus tetap di bawah 100

0

C untuk menjaga jangan sampai terjadi

penguapan air kandungan dalam tanah dan kenaikan tahanan jenis tanah. 7. Bentuk-Bentuk Elektroda Grounding Grounding

Rod

(Elektroda

Batang

),

di

bawah

ini

diperlihatkan disribusi tegangan yang terjadi untuk satu batang elektroda dan dua batang elektroda yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah, dimana arus kesalahan mengalir dari elektroda tersebut ke tanah sekitarnya.

Gambar I.7 Distribusi tegangan sekitar satu batang elektroda Dimana : 

Ux : teagangan elektroda grounding atau tegangan antara



elektroda dengan tanah x : jarak dari elektroda

Gambar I.8 Distribusi Tegangan sekitar dua batang elektroda Dengan demikian untuk jumlah elektroda yang lebih banyak yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah maka tahanan grounding semakin kecil dan distribusi tegangan akan lebih merata. Kapasitansi ini termasuk kapasitansi dari bayangan konduktor yang ditanam ke dalam tanah. Untuk menghitung kapasitansi elektroda grounding dan bayangan, digunakan metode potensial rata rata menurut G.W.O Home. Dalam persoalan grounding, elektroda grounding merupakan bahan penghantar yang membawa muatan listrik yang terdistribusi (menyebar) disekeliling elektroda grounding. Dengan cara seperti ini potensial di setiap tempat pada permukaan elektroda akan sama. Bila pada elektroda tersebut diberikan suatu muatan yang merata, maka kapasitansi dapat dihitung dengan metode potensial rata rata. Dua batang elektroda tegak lurus ke dalam tanah. Susunan dari dua batang elektroda berbentuk selinder dengan panjang L yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah dengan jarak antara ke dua elektroda tersebut sebesar S terlihat pada gambar di bawah. Nilai tahanan grounding dan tahanan jenis tanah yang relatif tinggi, maka untuk menguranginya dengan cara menanamkan batangbatang elektroda grounding dalam jumlah yang cukup banyak. Untuk dua batang elektroda grounding yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah oleh Dwight, JL. Marshall dengan memperhatikan efek

bayangan biasanya adalah dengan menghitung tegangan pada salah satu batang elektroda yang disebabkan oleh distribusi muatan yang merata di batang elektroda itu sendiri dan pada batang elektroda yang lain termasuk bayangannya. Dengan menghitung tegangan rata-rata yang disebabkan oleh muatan batang elektroda itu sendiri dan menghitung tegangan rata-rata yang disebabkan oleh muatan batang elektroda yang lain. Tegangan total rata-rata diperoleh dengan menjumlahkan antara keduanya.

Gambar I.9 Dua batang elektroda ditanam tegak lurus ke dalam tanah Beberapa batang elektroda (Multiple-Rod) yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah. Jika susunan batang – batang elektroda yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah dalam jumlah yang lebih banyak, maka tahanan grounding akan semakin kecil dan distribusi tegangan pada permukaan tanah akan lebih merata. Penanaman elektroda yang tegak lurus ke dalam tanah dapat berbentuk bujur sangkar atau empat persegi panjang dengan jarak antara batang elektroda grounding adalah sama seperti pada dalam gambar berikut :

Gambar I.10 Beberapa batang elektroda ditanam tegak lurus ke dalam tanah

Pemasangan grounding (pentanahan) pada bangunan dan menara untuk perlindungan terhadap sambaran petir. Kontinuitas penyaluran tenaga listrik sangat tergantung dari keandalan sistem groundingnya. Sebuah bangunan gedung agar terhindar dari bahaya sambaran petir dibutuhkan nilai tahanan grounding