Pentanahan

Grounding atau Pentanahan

Apa itu pentanahan???

                  Penghubungan bagian-bagia 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 tersebut dengan tanah, sampai pada suatu nilai yang aman untuk semua kondisi operasi, baik kondisi normal maupun saat terjadi gangguan.

Apa saja yang harus ditanahkan?????

a) 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.

b) Bagian pembuangan muatan listrik (bagian bawah) dari lightning arrester. Hal ini diperlukan agar lightning arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitu membuang muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah (bumi) dengan lancar,

c) Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini sesungguhnya juga berfungsi sebagai lightning arrester. 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.

d) Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Hal ini diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang menyangkut gangguan hubung tanah.Dalam praktik, diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik pentanahan tersebut di atas tidak melebihi 4 ohm.

              Secara teoritis, 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).

Mengapa harus ditanahkan???

Pada saat terjadi gangguan, arus gangguan yang dialirkan ke tanah akan menimbulkan perbedaan tegangan pada permukaan tanah yang disebabkan karena adanya tahanan tanah. Bila arus hubung-singkat ke tanah dipaksakan mengalir melalui tanah dengan tahanan yang tinggi, maka hal tersebut akan menimbulkan perbedaan tegangan yang besar dan bisa jadi berbahaya. Oleh sebab itu diperlukan sistim pentanahan yang berguna untuk memperoleh tegangan potensial yang merata dalam suatu bagian struktur dan peralatan, serta untuk memperoleh jalan balik arus hubung-singkat/arus gangguan ke tanah yang memiliki resistansi rendah."

SYARAT – SYARAT SISTEM PENTANAHAN YANG EFEKTIF

              Tahanan pentanahan harus memenuhi syarat yang di inginkan untuk suatu keperluan pemakaian Elektroda yang ditanam dalam tanah harus :

        Bahan Konduktor yang baik

        Tahan Korosi

        Cukup Kuat

    Jangan sebagai sumber arus galvanis

    Elektroda harus mempunyai kontak yang baik dengan tanah sekelilingnya.

    Tahanan pentanahan harus baik untuk berbagai musim dalam setahun.

    Biaya pemasangan serendah mungkin.

    Alat apa saja yang dipakai dalam pentanahan????

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.

FAKTOR-FAKTOR YANG MENENTUKAN TAHANAN PENTANAHAN

Tahanan pentanahan suatu elektroda tergantung pada tiga faktor :

  Tahanan elektroda itu sendiri dan penghantar yang menghubungkan ke peralatan yang ditanahkan.

  Tahan kontak antara elektroda dengan tanah.

  Tahanan dari massa tanah sekeliling elektroda.

Namun demikian pada prakteknya tahanan elektroda dapat diabaikan, akan tetapi tahanan kawat penghantar yang menghubungkan keperalatan akan mempunyai impedansi yang tinggi terhadap impuls frekuensi tinggi seperti misal pada saat terjadi lightningdischarge. Untuk menghindarinya, sambungan ini di usahakan dibuat sependek mungkin.

Dari ketiga faktor tersebut diatas yang dominan pengaruhnya adalah tahanan sekeliling elektroda atau dengan kata lain tahanan jenis tanah (ρ).

TAHANAN JENIS TANAH (ρ)

        Dari rumus untuk menentukan tahanan tanah dari statu elektroda yang hemispherical R = ρ/2πr terlihat bahwa tahanan pentanahan berbanding lurus dengan besarnya ρ. Untuk berbagai tempat harga ρ ini tidak sama dan tergantung pada beberapa faktor :

    sifat geologi tanah

    Komposisi zat kimia dalam tanah

    Kandungan air tanah

    Temperatur tanah

    Selain itu faktor perubahan musim juga mempengaruhinya.Sifat Geologi Tanah Ini merupakan faktor utama yang menentukan tahanan jenis tanah. Bahan dasar dari pada tanah relatif bersifat bukan penghantar. Tanah liat umumnya mempunyai tahanan jenis terendah, sedang batu-batuan dan quartz bersifat sebagai insulator.

KOMPOSISI ZAT – ZAT KIMIA DALAM TANAH

           Kandungan zat – zat kimia dalam tanah terutama sejumlah zat organik maupun anorganik yang dapat larut perlu untuk diperhatikan pula.Didaerah yang mempunyai tingkat curah hujan tinggi biasanya mempunyai tahanan jenis tanah yang tinggi disebabkan garam yang terkandung pada lapisan atas larut. Pada daerah yang demikian ini untuk memperoleh pentanahan yang efektif yaitu dengan menanam elektroda pada kedalaman yang lebih dalam dimana larutan garam masih terdapat.

KANDUNGAN AIR TANAH

Kandungan air tanah sangat berpengaruh terhadap perubahan tahanan jenis tanah ( ρ ) terutama kandungan air tanah sampai dengan 20%.Dalam salah satu test laboratorium untuk tanah merah penurunan kandungan air tanah dari 20% ke 10% menyebabkan tahanan jenis tanah naik samapai 30 kali.Kenaikan kandungan air tanah diatas 20% pengaruhnya sedikit sekali.

TEMPERATUR TANAH

Temperatur bumi pada kedalaman 5 feet (= 1,5 m) biasanya stabil terhadap perubahan temperatur permukaan.Bagi Indonesia daerah tropic perbedaan temperatur selama setahun tidak banyak, sehingga faktor temperatur boleh dikata tidak ada pengaruhnya.

ELEKTRODA PENTANAHAN

Jenis Elektroda pentanahan

Pada dasarnya ada 3 (tiga) jenis elektroda yang digunakan pada sistem pentanahan yaitu :

    Elektroda Batang

    Elektroda Pelat

    Elektroda Pita

Elektroda – elektroda ini dapat digunakan secara tunggal maupun multiple dan juga secara gabungan dari ketiga jenis dalam suatu sistem.

ELEKTRODA BATANG

         Elektroda batang terbuat dari batang atau pipa logam yang di tanam vertikal di dalam tanah.

Biasanya dibuat dari bahan tembaga, stainless steel atau galvanised steel. Perlu diperhatikan pula dalam pemilihan bahan agar terhindar dari galvanic couple yang dapat menyebabkan korosi.

Ukuran Elektroda :

diameter 5/8 ” - 3/4 ”

Panjang 4 feet – 8 feet

Elektroda batang ini mampu menyalurkan arus discharge petir maupun untuk pemakaian pentanahan yang lain.

ELEKTRODA PELAT

             Bentuk elektroda pelat biasanya empat perseguí atau empat persegi panjang yang tebuat dari tembaga, timah atau pelat baja yang ditanam didalam tanah. Cara penanaman biasanya secara vertical, sebab dengan menanam secara horizontal hasilnya tidak berbeda jauh dengan vertical. Penanaman secara vertical adalah lebih praktis dan ekonomis.

ELEKTRODA PITA

              Elektroda pita jenis ini terbuat dari bahan metal berbentuk pita atau juga kawat BCC yang di tanam di dalam tanah secara horizontal sedalam ± 2 feet. Elektroda pita ini bisa dipasang pada struktur tanah yang mempunyai tahanan jenis rendah pada permukaan dan pada daerah yang tidak mengalami kekeringan.

Hal ini cocok untuk daerah – daerah pegunungan dimana harga tahanan jenis tanah makin tinggi dengan kedalaman.

PENGKONDISIAN TANAH            

Bagi daerah – daerah yang mempunyai struktur tanah dengan tahanan jenis tanah yang tinggi untuk memperoleh tahanan pentanahan yang diinginkan seringkali sukar diperoleh. Ada tiga cara untuk mengkondisikan tanah agar pada lokasi elektroda ditanam tahanan jenis tanah menjadi rendah, yaitu :

Dengan membuat lubang penanaman elektroda yang lebar dan dimasukkan mengelilingi elektroda tersebut bahan – bahan seperti tanah liat atau cokas. Mengelilingi elektroda pada statu jarak tertentu diberi zat-zat nimia yang mana akan memperkecil tahanan jenis tanah di sekitarnya. Zat-zat nimia yang biasa di pakai adalah sodium chloride, calsium chloride, magnesium sulfat, dan coper sulfat Dengan Bentonite.

    Bubuk bentonita bersifat mengabsorb air, karena itu dengan mencampur bubuk bentonite, garam dapur dan air maka campuran bentonite tersebut dapat menghasilkan tahanan jenis tanah yang rendah. Dengan menanamkan campuran bentonite tersebut disekeliling elektroda maka tahanan pentanahandapat diperkecil 1/10 – 1/15 kali.

    Komposisi campuran bentonite menurut perbandingan :Bentonite : garam dapur : air = 1 : 0,2 : 2

              SISTEM PENTANAHAN

Gardu induk merupakan salah satu bagian dari sistem tenaga listrik yang mempunyai kemungkinan sangat besar mengalami bahaya yang disebabkan oleh timbulnya gangguan sehingga arus gangguan itu mengalir ke tanah sebagai 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 gardu induk.

Arus gangguan ini menimbulkan gradien tegangan diantara :

     .        peralatan dengan peralatan

    ·         peralatan dengan tanah

    ·         permukaan tanah itu sendiri

Besarnya gradien tegangan pada permukaan tanah tergantung pada:

    ·         Tahanan jenis tanah

    ·         struktur tanah tersebut

Salah satu usaha untuk memperkecil tegangan permukaan tanah maka diperlukan suatu pentanahan yaitu dengan cara menambahkan elektroda pentanahan yang ditanam ke dalam tanah. Oleh karena lokasi peralatan listrik (gardu induk) biasanya tersebar dan berada pada daerah yang kemungkinannya mempunyai struktur tanah berlapis-lapis maka diperlukan perencanaan pentanahan yang sesuai, dengan tujuan untuk mendapatkan tahanan pentanahan yang kecil sehingga tegangan permukaan yang timbul tidak membahayakan baik dalam kondisi normal maupun saat terjadi gangguan ke tanah. Dalam paper ini analisa dilakukan dengan menggunakan elektroda batang (Rod) dengan berbagai jenis pemasangannya

Pentanahan 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 pentanahan 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 pentanahan, panjang elektroda batang, jumlah elektroda batang (rod), ketebalan lapisan tanah bagian pertama dan tahanan jenis tanah tiap lapisan dengan menggunakan beberapa asumsi yaitu:

    ·         Lapisan-lapisan tanah sejajar terhadap permukaan tanah

    ·         Tahanan jenis tanah adalah konstan untuk setiap lapisan

    ·         Analisa hanya dilakukan untuk elektroda rod

    ·         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 diketanahkan 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.Penelitian yang telah dilakukan oleh Dalziel disebutkan bahwa 99.5 % dari semu orang yang beratnya kurang dari 50 kg masih dapat menahan arus pada frekuensi 50 Hz atau 60 Hz yang mengalir melalui tubuhnya dan waktu yang ditentukan oleh persamaan sebagai berikut :

Keterangan :

Ik : besarnya arus yang mengalir melalui tubuh (Ampere)

t : lamanya arus mengalir dalam tubuh atau lama ganguan tanah (detik)

K : konstanta empiris, sehubungan dengan adanya daya kejut yang dapat ditahan oleh X % dari sekelompok manusia.

Untuk X=99.5 %, 50 kg diperoleh K= 0.0135, maka k = 0.116

Untuk X=99.5 %, 70 kg diperoleh K=0.01246 maka k = 0.157Dengan menggunakan persamaan (3) akan diperoleh besarnya arus yang masih dapat ditahan seseorang sebagai berikut :

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 apa-apa. 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 pentanahan yang akan digunakan. Sesuai dengan tujuan pentanahan 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 pentanahan. Pada kenyataannya tahanan jenis tanah harganya bermacam-macam, tergantung pada komposisi tanahnya dan faktor faktor lain.Untuk memperoleh harga tahanan jenis tanah yang akurat diperlukan pengukuran secara langsung pada lokasi pembangunan gardu induk 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 pentanahan dalam suatu lokasi gardu induk, tidak jarang peralatan pentanahan tersebut ditanam pada dua atau lebih lapisan tanah yang berbeda yang berarti bahwa tahanan jenis tanah di tempat itu tidak sama. Apabila lapisan tanah pertama dari sistem pentanahan mempunyai tahanan jenis sebesar r 1 sedangka lapisan bawahnya dengan tahanan jenisnya adalah r 2, maka diperoleh faktor refleksi K seperti pada persamaan.

Dari persamaan (6) di atas memungkinkan faktor refleksi K berharga positif atau negatif. Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi tahanan jenis tanah antara lain: Pengaruh temperatur, pengaruh gradien tegangan, pengaruh besarnya arus, pengaruh kandungan air dan 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.

Nilai tahanan jenis tanah (r ) sangat tergantung pada tahanan tanah ( R ) dan jarak antara elektroda-elektroda yang digunakan pada waktu pengukuran. Pengukuran perlu dilakukan pada beberapa tempat yang berbeda guna memperoleh niai rata-ratanya. Tahanan jenis rata-rata dari dua lapis tanah menurut IEEE standar 81 dimodelkan sebagai berikut :

dimana :

Rhoav : tahanan jenis rata-rata dua lapis tanah (Ohm-m)

r1 : tahanan jenis tanah lapisan pertama (Ohm-m)

a : jarak antara elektroda (meter)

h : ketebalan lapisan tanah bagian pertama (meter)

K : koefesien refleksi

d : diameter elektroda (meter)

n : jumlah pengamatan (sampel) tiap lapisan tanah yang diamati

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 Pentanahan

Konduktor yang digunakan untuk pentanahan harus memenuhi beberapa persyaratan antara lain: 

    Memiliki daya hantar jenis (conductivity) yang cukup besar sehingga tidak akan memperbesar beda potensial lokal yang berbahaya.

    Memiliki kekerasan (kekuatan) secara mekanis pada tingkat yang tinggi terutama bila digunakan pada daerah yang tidak terlindung terhadap kerusakan fisik.

    Tahan terhadap peleburan dari keburukan sambungan listrik, walaupun konduktor tersebut akan terkena magnitude arus gangguan dalam waktu yang lama.

    Tahan terhadap korosi.Dari persamaan kapasitas arus untuk elektroda tembaga yang dianjurkan oleh IEEE Guide standar, Onderdonk menemukan suatu persamaan :

A : penampang konduktor (circular mills)

I : arus gangguan (Ampere)

t : lama gangguan (detik)

Tm : suhu maksimum konduktor yang diizinkan ( 0 C )

Ta : suhu sekeliling tahunan maksimum ( 0 C )

Persamaan di atas dapat digunakan untuk menentukan ukuran penampang minimum dari konduktor tembaga yang dipakai sebagai kisi-kisi pentanahan.

5. Penentuan panjang elektroda pentanahan

Kebutuhan akan konduktor pentanahan pada umumnya baru diperkirakan setelah diketahui tata letak peralatan yang akan diketanahkan serta sistem pentanahan yang akan digunakan. Sebagai dasar pertimbangan dalam penentuan panjang konduktor pentanahan 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.Pentanahan peralatan gardu induk mula mula dilakukan dengan menanamkan batang konduktor tegak lurus permukaan tanah (rod). Penelitian selanjutnya dengan sistem penanaman elektroda secara horisontal dengan bentuk kisi-kisi (grid) dan gabungan sistem grid dengan rod.

6. Penentuan Jumlah Batang Pengetanahan

Pada saat arus gangguan mengalir antara batang pengetanahan dengan tanah, tanah akan menjadi panas akibat i2r . Suhu tanah harus tetap di bawah 100 0 C untuk menjaga jangan sampai terjadi penguapan air kandungan dalam tanah dan kenaikan tahanan jenis tanah.

Kerapatan arus yang diizinkan pada permukaan batang pentanahan dapat dihitung.

Dimana dapat di ketahui :

i : kerapatan arus yang diizinkan (Ampere/cm)

d : diameter batang pengetanahan (mm)

d : panas spesifik rata-rata tanah ( ± 1.75 x 106 watt-detik tiap m2 tiap 0C )

q : kenaikan suhu tanah yang diizinkan ( 0 C )

r : tahanan jenis tanah (Ohm-m)

t : lama waktu gangguan (detik)

Seluruh panjang batang pentanahan yang diperlukan dihitung dari pembagian arus gangguan ke tanah dengan kerapatan arus yang diizinkan, sedang jumlah minimum batang pentanahan yang diperlukan diperoleh dari pembagian panjang total dengan panjang satu batang, atau dalam bentuk lain dituliskan sebagai berikut :

Dima dimana dapat di rumuskan:

Nmin : jumlah minimum batang pentanahan yang diperlukan

Ig : arus gangguan ke tanah (Ampere)

i : kerapatan arus yang diizinkan (Ampere/cm)

Jenis Jenis -jenis Pentanahan (Sistem Grounding)

-jenis Pentanahan (Sistem Grounding) - Sistim grounding/pentanahan perlu dimiliki pada suatu instalasi. Dalam pemasangannya, sistim gorunding tersebut terbagi pada beberapa type tergantung dari kebutuhan dan tingkat keamanan yang dibutuhkan serta regulasi yang berlaku pada suatu wilayah yang kadang-kadang menetapkan type jenis pentanahan yang hanya boleh digunakan pada daerah tersebut oleh pejabat berwenang. Ketika akan mendesain suatu sistim instalasi, hal pertama yang perlu dilakukan adalah menentukan type pentanahan apa yang akan digunakan untuk instalasi tersebut.Terdapat beberapa type pentanahan yang digunakan berdasarkan standar IEEE yang menjadi acuan terhadap sistim pentanahan pada suatu instalasi, sbb :

1. TN-S (Terre Neutral - Separate)

2. TN-C-S (Terre Neutral - Combined - Separate) 3. TT (Double Terre)

4. TN-C (Terre Neutral - Combined)

5. IT (Isolated Terre)

Terre berasal dari bahasa perancis yang berarti pembumian , earth.

TN-S (Terre Neutral - Separate)

Pada sebuah sistem TN-S, bagian netral sumber energi listrik terhubung dengan bumi pada satu titik saja, sehingga bagian netral pada sebuah instalasi konsumen terhubung langsung dengan netral sumber listrik. Type ini cocok pada instalasi yang dekat dengan sumber energi listrik, seperti pada konsumen besar yang memiliki satu atau lebih HV/LV transformer untuk kebutuhan sendiri dan instalsai/perlatan nya berdekatan dengan sumber energi tersebut (transformer).

TN-C-S (Terre Neutral - Combined - Separate)

Sebuah sistem TN-C-S, memiliki saluran netral dari peralatan distribusi utama (sumber listrik) terhubung dengan bumi dan pembumian pada jarak tertentu disepanjang saluran netral yang menuju konsumen, biasanya disebut sebagai Protective Multiple Earthing (PME). Dengan sistim ini konduktor netral dapat berfungsi untuk mengembalikan arus gangguan pentanahan yang mungkin timbul disisi konsumen (instlasi) kembali kesumber listrik. Pada sistim ini, instalasi peralatan pada konsumen tinggal menghubungkan pentanahannya pada terminal (saluran) yang telah disediakan oleh sumber listrik.

TT (Double Terre)

 

Pada sistem TT, bagian netral  sumber listrik tidak terhubung langsung dengan pembumian netral pada sisi konsumen (instalasi peralatan). Pada sistim TT, konsumen harus menyediakan koneksi mereka sendiri ke bumi, yaitu dengan memasang elektroda bumi yang cocok untuk instalasi tersebut.

A.      Pentanahan

Sistem pentanahan atau biasa disebut sebagai grounding  system adalah sistem pengamanan terhadap perangkat-perangkat yang mempergunakan listrik sebagai sumber tenaga, dari lonjakan listrik utamanya petir. Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara suatu peralatan atau sirkit  listrik dengan  bumi.

B. Tujuan Pentanahan

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:

a) Membatasi besarnya tegangan terhadap   bumi  agar berada dalam batasan yang diperbolehkan

b) 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.

C. Karakteristik Sistem Pentanahan yang Efektif

Karakteristik sistem pentanahan yang efektif antara lain adalah:

    Terencana dengan baik, semua koneksi yang terdapat pada sistem harus merupakan koneksi yang sudah direncanakan sebelumnya dengan kaidah-kaidah tertentu.

    Verifikasi secara visual dapat dilakukan.

    Menghindarkan gangguan yang terjadi pada arus listrik dari perangkat.

    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:

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.

D. Bagian-bagian yang Ditanahkan

Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan atau sering juga disebut dibumikan. Empat bagian dari instalasi listrik ini adalah:

a. 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.

b. Bagian pembuangan muatan listrik (bagian bawah) dari lightning arrester. Hal ini diperlukan agar lightning arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitu membuang muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah (bumi) dengan lancar.

c. Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini sesungguhnya juga berfungsi sebagai lightning arrester. 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.

d. Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Hal ini diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang menyangkut gangguan hubung tanah.

Dalam praktik, 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). Alat untuk melakukan pentanahan ditunjukkan oleh Gambar 1.

Dari gambar 1 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 2. Batang pentanahan beserta aksesorisnya.

Gambar 2 menggambarkan batang pentanahan beserta aksesorisnya, yaitu; (1) Konduktor tanah, (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda tanah, dan (3) Elektroda tanah.

Gambar 3. Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence).

Sedangkan gambar 3 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.

Aplikasi sistem pentanahan

1. SISTIM PENTANAHAN ADALAH SISTIM HUBUNGAN ANTARA TANAH DENGAN BAGIAN PERALATAN LISTRIK TERTENTU PADA SUATU SIRKUIT LISTRIK YANG MEMPUNYAI TUJUAN UTAMA UNTUK PENGAMANAN PERALATAN LISTRIK DALAM SIRKUIT ITU, SERTA BAGI MANUSIA DAN LINGKUNGANNYA PADA SAAT TERJADI GANGGUAN DALAM SIRKUIT TERSEBUT

    2. APLIKASI PENTANAHAN PADA GENERATOR DI PPTL I. SISTEM TN (Terra Neutral System) Sistem tenaga listrik TN mempunyai satu titik yang dibumikan langsung, BKT instalasi dihubungkan ke titik tersebut oleh penghantar proteksi. a. TN-S (Terra Neutral Separated) Di mana digunakan penghantar proteksi terpisah di seluruh sistem. b. TN-C-S (Terra Neutral Combined Separated) Di mana fungsi netral dan fungsi proteksi tergabung dalam penghantar tunggal di sebagian sistem.

    3. c. TN-C (Terra Netral Combined) Di mana fungsi netral dan fungsi proteksi tergabung dalam penghantar tunggal di seluruh sistem. II. SISTEM TTS (Terra Terra System) Sistem tenaga listrik TT mempunyai satu titik yang dibumikan langsung. BKT instalasi dihubungkan ke elektrode bumi yang secara listrik terpisah dari elektrode bumi sistem tenaga listrik.

    4. III. SISTEM ITS ( Impedance Terra System ) Sistem tenaga listrik IT mempunyai semua bagian aktif yang diisolasi dari bumi, atau satu titik dihubungkan ke bumi melalui suatu impedans. BKT instalasi listrik dibumikan secara independen atau secara kolektif atau ke pembumian sistem. KETERANGAN : BKT : Bagian Konduktif Terbuka

    5. APLIKASI PENTANAHAN PADA MOTOR 3 FASA DI INDUSTRI I. SISTEM TN (Terra Neutral System) Sistem tenaga listrik TN mempunyai satu titik yang dibumikan langsung, BKT instalasi dihubungkan ke titik tersebut oleh penghantar proteksi. a. TN-S (Terra Neutral Separated) Di mana digunakan penghantar proteksi terpisah di seluruh sistem. b. TN-C-S (Terra Neutral Combined Separated) Di mana fungsi netral dan fungsi proteksi tergabung dalam penghantar tunggal di sebagian sistem.

    6. c. TN-C (Terra Netral Combined) Di mana fungsi netral dan fungsi proteksi tergabung dalam penghantar tunggal di seluruh sistem. II. SISTEM TTS (Terra Terra System) Sistem tenaga listrik TT mempunyai satu titik yang dibumikan langsung. BKT instalasi dihubungkan ke elektrode bumi yang secara listrik terpisah dari elektrode bumi sistem tenaga listrik.

    7. III. SISTEM ITS ( Impedance Terra System ) Sistem tenaga listrik IT mempunyai semua bagian aktif yang diisolasi dari bumi, atau satu titik dihubungkan ke bumi melalui suatu impedans. BKT instalasi listrik dibumikan secara independen atau secara kolektif atau ke pembumian sistem. KETERANGAN : BKT : Bagian Konduktif Terbuka

    8. APLIKASI SISTEM PENTANAHAN PADA TRANSFORMATOR I. TRANSFORMATOR RANGKAIAN BINTANG-SEGITIGA A. SISTEM TN (Terra Neutral System) Sistem tenaga listrik TN mempunyai satu titik yang dibumikan langsung, BKT instalasi dihubungkan ke titik tersebut oleh penghantar proteksi. 1. TN-S (Terra Neutral Separated) Di mana digunakan penghantar proteksi terpisah di seluruh sistem. 2. TN-C-S (Terra Neutral Combined Separated) Di mana fungsi netral dan fungsi proteksi tergabung dalam penghantar tunggal di sebagian sistem.

    9. 3. TN-C (Terra Netral Combined) Di mana fungsi netral dan fungsi proteksi tergabung dalam penghantar tunggal di seluruh sistem. B. SISTEM TTS (Terra Terra System) Sistem tenaga listrik TT mempunyai satu titik yang dibumikan langsung. BKT instalasi dihubungkan ke elektrode bumi yang secara listrik terpisah dari elektrode bumi sistem tenaga listrik.

    10. C. SISTEM ITS ( Impedance Terra System ) Sistem tenaga listrik IT mempunyai semua bagian aktif yang diisolasi dari bumi, atau satu titik dihubungkan ke bumi melalui suatu impedans. BKT instalasi listrik dibumikan secara independen atau secara kolektif atau ke pembumian sistem. KETERANGAN : BKT : Bagian Konduktif Terbuka

    11. II. TRANSFORMATOR RANGKAIAN SEGITIGA-BINTANG A. SISTEM TN (Terra Neutral System) Sistem tenaga listrik TN mempunyai satu titik yang dibumikan langsung, BKT instalasi dihubungkan ke titik tersebut oleh penghantar proteksi. 1. TN-S (Terra Neutral Separated) Di mana digunakan penghantar proteksi terpisah di seluruh sistem. 2. TN-C-S (Terra Neutral Combined Separated) Di mana fungsi netral dan fungsi proteksi tergabung dalam penghantar tunggal di sebagian sistem.

    12. 3. TN-C (Terra Netral Combined) Di mana fungsi netral dan fungsi proteksi tergabung dalam penghantar tunggal di seluruh sistem. B. SISTEM TTS (Terra Terra System) Sistem tenaga listrik TT mempunyai satu titik yang dibumikan langsung. BKT instalasi dihubungkan ke elektrode bumi yang secara listrik terpisah dari elektrode bumi sistem tenaga listrik.

    13. C. SISTEM ITS ( Impedance Terra System ) Sistem tenaga listrik IT mempunyai semua bagian aktif yang diisolasi dari bumi, atau satu titik dihubungkan ke bumi melalui suatu impedans. BKT instalasi listrik dibumikan secara independen atau secara kolektif atau ke pembumian sistem. KETERANGAN : BKT : Bagian Konduktif Terbuka

    14. III. TRANSFORMATOR RANGKAIAN BINTANG-BINTANG A. SISTEM TN (Terra Neutral System) Sistem tenaga listrik TN mempunyai satu titik yang dibumikan langsung, BKT instalasi dihubungkan ke titik tersebut oleh penghantar proteksi. 1. TN-S (Terra Neutral Separated) Di mana digunakan penghantar proteksi terpisah di seluruh sistem. 2. TN-C-S (Terra Neutral Combined Separated) Di mana fungsi netral dan fungsi proteksi tergabung dalam penghantar tunggal di sebagian sistem.

    15. 3. TN-C (Terra Netral Combined) Di mana fungsi netral dan fungsi proteksi tergabung dalam penghantar tunggal di seluruh sistem. B. SISTEM TTS (Terra Terra System) Sistem tenaga listrik TT mempunyai satu titik yang dibumikan langsung. BKT instalasi dihubungkan ke elektrode bumi yang secara listrik terpisah dari elektrode bumi sistem tenaga listrik.

    16. C. SISTEM ITS ( Impedance Terra System ) Sistem tenaga listrik IT mempunyai semua bagian aktif yang diisolasi dari bumi, atau satu titik dihubungkan ke bumi melalui suatu impedans. BKT instalasi listrik dibumikan secara independen atau secara kolektif atau ke pembumian sistem. KETERANGAN : BKT : Bagian Konduktif Terbuka