Mengukur Pentanahan

Praktikum Grounding

Setelah melakukan praktikum ini, diharapkan saya dapat:

1. Menggunakan earthmeter dengan baik dan benar
2. Mengukur hambatan tanah pada electrode

DASAR TEORI

Tahanan pentanahan merupakan hal yang tidak boleh diabaikan dalam pemasangan jaringan instalasi listrik. Pentanahan yang kurang baik tidak hanya membuang-buang waktu saja, tetapi pentanahan yang kurang baik juga berbahaya dan meningkatkan resiko kerusakan peralatan. Tanpa sistem pentanahan yang effektif, maka akan dihadapkan pada resiko kejutan listrik, disamping itu juga mengakibatkan kesalahan instrumen, distorsi harmonik. Masalah faktor daya dan delima kemungkinan adanya intermitten. Jika arus gangguan tidak mempunyai jalur ke tanah melalui sistem pentanahan yang di desain dan dipelihara dengan baik, arus gangguan akan mencari jalur yang tidak diinginkan termasuk manusia. Sebaliknya, pentanahan yang baik tidak hanya sekedar untuk keselamatan; tetapi juga digunakan untuk  mencegah kerusakan peralatan industri. Sistem pentanahan yang baik akan meningkatkan reliabilitas peralatan dan mengurangi kemungkinan kerusakan akibat petir dan arus gangguan. Miliyaran uang telah hilang tiap tahunnya di tempat kerja karena kebakaran akibat listrik. Kerugian-kerugian di atas tidak termasuk biaya pengadilan dan hilangnya produktivitas individu dan perusahaan.

Cara Menguji Sistem Pentanahan

Dalam waktu yang lama, tanah yang korosif dengan kelembaban tinggi, mengandung garam, dan suhu tinggi akan menurunkan batang pentanahan dan sambungan-sambungannya. Walaupun sistem pentanahan saat awalnya dipasang mempunyai harga tahanan pentanahan ke tanah rendah, tahanan sistem pentanahan akan meningkat jika batang pentanahan rapuh. Alat ukur pentanahan, yang dibuat industri, adalah alat pencari kesalahan yang tidak diragukan guna membantu pemeliharaan. Masalah-masalah listrik yang sering mati berkaitan dengan pentanahan kurang baik atau kualitas daya yang rendah. Itulah sebabnya sangat dianjurkan semua pentanahan dan sambungan pentanahan harus diperiksa minimal satu tahun sekali sebagai bagian dari rencana pemeliharaan. Selama periode pemeriksaan, jika terjadi peningkatan nilai tahanan lebih dari 20 %, harus dilakukan pencarian sumber permasalahan dan dilakukan koreksi agar nilai tahanannya lebih rendah, dengan mengganti atau menambah batang pentanahan ke dalam sistem pentanahan.

Pentanahan dan Fungsinya

NEC, National Electrical Code (Kitab Undang-undang Kelistrikan Nasional), Pasal 100 mendefinisikan pentanahan. Pentanahan sebagai: “membuat hubungan, baik sengaja ataupun tidak sengaja antara rangkaian listrik dan tanah, atau menghubungkan dengan benda konduksi yang berada di tanah.” Ketika berbicara tentang pentanahan, sebenarnya ada dua subjek yang berbeda: pentanahan bumi dan pentanahan alat. Pentanahan bumi adalah hubungan sengaja dari rangkaian konduktor, biasanya netral, ke elektroda tanah yang ditempatkan di bumi. Peralatan pentanahan menjamin kerja peralatan dalam struktur bangunan ditanahkan dengan baik. Kedua sistem pentanahan perlu dijaga terpisah kecuali untuk sambungan antara kedua sistem. Ini untuk mencegah perbedaan tegangan potensial kemungkinan loncatan api kalau terjadi sambaran petir. Perlunya pentanahan disamping melindungi manusia, tanaman, dan peralatan juga untuk memperoleh jalur yang aman untuk penghamburan arus liar, sambaran petir, listrik statis, interferensi elektromagnetik (EMI) dan sinyal gangguan frekuensi radio (RFI).

Nilai Tahanan yang Baik

Ada kerancuan antara pentanahan yang baik dan nilai tahanan yang seharusnya. Idealnya suatu pentanahan besar tahanannya nol ohm. Tidak ada satu standar mengenai ambang batas nilai tahanan pentanahan yang harus diikuti oleh semua badan. Tetapi badan NFPA dan IEEE telah merekomendasikan nilai tahanan pentanahan lebih kecil atau sama dengan 5 Ohm.  Badan NEC menyatakan bahwa untuk meyakinkan impedansi sistem ke tanah besarnya kurang dari 25 Ohm dan tercantum dalam NEC 250.56. Fasilitas dengan peralatan yang sensitif nilai tahanan tanahnya harus 5 ohm atau kurang. Industri telekomunikasi telah menggunakan 5 ohm atau kurang sebagai nilai tahanan pentanahan dan sambungan. Tujuan  nilai tahanan pentanahan adalah untuk mendapatkan tahanan pentanahan yang serendah mungkin yang bisa dipertimbangkan baik secara ekonomis dan secara pisik.

Dasar-dasar Pentanahan, Komponen elektroda pentanahan

Elektroda pentanahan umumnya dibuat dari bahan yang sangat konduktif/tahanan rendah seperti baja atau tembaga, besar tahanan elektroda tanah dan sambungannya umumnya sangat rendah sehingga arus mengalir tidak terhambat.

Tahanan kontak tanah di sekitar elektroda menurut National Institute of Standards (lembaga pemerintah dalam Departemen Perdagangan AS) menunjukkan bahwa tahanan hampir dapat diabaikan dengan ketentuan bahwa elektroda pentanahan bebas cat, pelumas, dan lain-lain. Elektroda pentanahan harus dalam hubungan yang tetap dengan tanah. Sedangkan tahanan tanah di sekitar elektroda, pentanahan dikelilingi tanah yang secara konseptual terbentuk dari sel-sel yang melingkari semuanya memiliki ketebalan sama. Sel-sel yang paling dekat dengan elektroda pentanahan memiliki jumlah area terkecil yang menghasilkan tingkat tahanan terbesar. Masing-masing sel berikutnya membentuk area lebih besar yang menghasilkan tahanan lebih rendah. Pada akhirnya ini akan mencapai titik dimana sel-sel tambahan menawarkan tahanan kecil ke tanah di sekitar elektroda pentanahan. Jadi berdasarkan informasi ini,maka akan difokus pada cara-cara untuk mengurangi tahanan tanah ketika memasang sistem pentanahan.

Hal-hal yang mempengaruhi tahanan tanah

Pertama, NEC code (1987, 250- 83-3) mensyaratkan panjang elektroda pentanahan minimum 2,5meter (8 kaki) dihubungkan dengan tanah. Ada empat variabel yang mempengaruhi tahanan sistem pentanahan, yaitu:

Panjang/kedalaman elektroda pentanahan

Satu cara yang sangat efektif untuk menurunkan tahanan tanah adalah memperdalam elektroda pentanahan. Tanah tidak tetap tahanannya dan tidak dapat diprediksi. Ketika memasang elektroda pentanahan, elektroda berada di bawah garis beku (frosting line). Ini dilakukan sehingga tahanan tanah tidak akan dipengaruhi oleh pembekuan tanah di sekitarnya. Secara umum, menggandakan panjang elektroda pentanahan bisa mengurangi tingkat tahanan 40%. Ada kejadiankejadian dimana secara fisik tidak mungkin dilakukan pendalaman  batang pentanahan daerah-daerah yang terdiri dari batu, granit, dan sebagainya. Dalam keadaan demikian, metode alternatif yang menggunakan semen pentanahan (grounding cement) bisa digunakan.

Diameter elektroda pentanahan

Menambah diameter elektroda pentanahan berpengaruh sangat kecil dalam menurunkan tahanan. Misalnya, bila diameter elektroda digandakan tahanan pentanahan hanya menurun sebesar 10%.

Jumlah elektroda pentanahan

Cara lain menurunkan tahanan tanah adalah menggunakan banyak elektroda pentanahan. Dalam desain ini, lebih dari satu elektroda dimasukkan ke tanah dan dihubungkan secara paralel untuk mendapatkan tahanan yang lebih rendah. Agar penambahan elektroda efektif, jarak batang tambahan setidaknya harus sama dalamnya dengan batang yang ditanam. Tanpa pengaturan jarak elektroda pentanahan yang tepat, bidang pengaruhnya akan berpotongan dan tahanan tidak akan menurun. Untuk membantu dalam memasang batang pentanahan yang akan memenuhi kebutuhan tahanan tertentu, maka dapat menggunakan tabel tahanan pentanahan di bawah ini. Ingatlah, ini hanya digunakan sebagai pedoman, karena tanah memiliki lapisan dan jarang yang sama (homogen). Nilai tahanan akan sangat berbeda-beda.

Metode Pengetesen Pentanahan Tanah

Ada empat jenis metode pengetesen pentanahan tanah:

• Tahanan tanah (menggunakan tiang pancang)
• Gerak benda potensial (menggunakan tiang pancang)
• Selektif (menggunakan 1 klem 1 dan tiang pancang)
• Tanpa tiang pancang (hanya menggunakan 2 klem)

Ukuran tahanan tanah

Hal-hal yang menentukan tahanan tanah

Resistivitas tanah (Soil Resistivity) paling penting dalam menentukan desain sistem pentanahan untuk instalasi baru (aplikasi lapangan hijau) guna memenuhi syarat tahanan tanah. Idealnya, harus menemukan lokasi dengan tahanan tanah serendah mungkin. Tapi seperti yang dibahas sebelumnya, kondisi tanah yang buruk bisa diatasi dengan sistem pentanahan yang lebih rumit. Komposisi tanah, kandungan embun, dan suhu mempengaruhi tahanan tanah. Tanah jarang bersifat homogen dan tahanan tanah akan sangat berbeda secara geografis dan pada kedalaman tanah berbeda. Kandungan uap berubah berdasarkan musim, berbeda-beda menurut sifat sublapisan tanah, dan kedalaman posisi air permanen. Karena tanah dan air umumnya lebih stabil di tempat yang lebih dalam, direkomendasikan agar batang pentanahan ditempatkan sedalam mungkin di dalam tanah, pada permukaan air tanah jika memungkinkan. Juga, batang pentanahan harus dipasang di tempat yang suhunya stabil, yaitu di bawah garis beku. Agar sistem pentanahan efektif, maka harus dirancang agar tahan pada kondisi terburuk.

Cara menghitung tahanan tanah

Prosedur pengukuran yang digambarkan di bawah ini menggunakan metode Wenner yang diterima secara universal yang dikembangkan oleh Dr. Frank Wenner dari US Bureau of Standards (Biro Standar AS) tahun 1915. (F. Wenner, A Method of Measuring Rumusnya adalah sebagai berikut:

ρ = 2 πA R

ρ   = rata-rata tahanan tanah pada kedalaman A dalam ohm-cm

π   = 3,1416

A = jarak antara elektroda dalam cm

R = nilai tahanan terukur dalam ohm dari uji instrument

EARTHMETER

 

Gambar Earthmeter

Earthmeter adalah suatu alat untuk menghitung hambatan tanah. Komponen yang terdapat earthmeter yakni:

• Selector switch yang letaknya ditengah
• Tombol push bottom warna merah.
• Penjepit kabel
• Galvanometer
• Voltmeter

ALAT DAN BAHAN

• Tang 1 buah
• Palu 1 buah
• Earthmeter 1 buah
• Kabel secukupnya
• Electrode 1 buah
• Electrode pembantu 2 buah
• Meteran 1 buah

Gambar Rangkaian

CARA KERJA RANGKAIAN

Tegangan yang terserap pada electrode akan dinetralkan dalam tanah. Kemudian yang terbaca pada earthmeter adalah hambatan tanah.

LANGKAH KERJA PRAKTIK

1. Mempersiapkan alat dan bahan praktikum.
2. Mencari tempat yang stategis dan tepat untuk penanaman electrode.
3. Mengukur jarak 5-10 meter dari electrode untuk tempat penanaman electrode pembantu kemudian menanamnya.
4. Mengukur jarak 5-10 meter dari electrode pembantu 1 untuk tempat penanaman electrode pembantu 2 kemudian menanamnya.
5. Memasang kabel penghubung antara earthmeter dengan electrode dan electrode pembantu 1 dan 2.
6. Pada switchkita pilih mode Ω.
7. Menekan push button.
8. Melihat penunjuk voltase tanah apabila jarum bergerak dengan cepat sampai ke ujung volt meter, kita harus mengecheckkembali instalasi kabel.
9. Mengaturohm meter sampai nilai voltase pada galvanometer “0 volt”.
10. Membaca nilai resistansi yang terbaca pada alat tersebut. Itulah nilai resistansi
11. Mencatat hasil praktikum.
12. Menanam lebih dalam electrode.
13. Mencatat hasil praktikum.
14. Melepas semua alat dan bahan yang sudah terpasang.
15. Membuat laporan sementara.

HASIL PRAKTIK

Pada praktik pengukuran pertama dengan menancapkan elektroda utama dalam kedalaman 20 cm didapatkan nilai RTanah adalah 6 ohm. Setelah dilakukan beberapa kali percobaan dengan menambah kedalaman elektroda utama hingga 75 cm ternyata nilai RTanahadalah 3,8 ohm. Padahal nilai RTanah yang disarankan atau yang benar adalah < 3 ohm. Nilai RTanah yang terlalu besar bisa disebabkan karena terlalu jauhnya jarak antara elektroda utama dengan garis air.

KESIMPULAN

• Pada penggunaan alat ukur earthmeter harus mengalibrasinya terlebih dahulu.
• Semakin dalam penanaman earthmeter maka akan semakin kecil nilai hambatan tanahnya.