6.1.
TUJUAN PERCOBAAN
Setelah
selesai melakukan praktikum job “Pengukuran Pentanahan Pengaman”, mahasiswa
diharapkan dapat:
1. Memahami
secara benar tentang: definisi tahanan pentanahan, tahanan jenis tanah, manfaat
pentanahan
2. Mengukur
tahanan pentanahan pengamanan dengan menggunakan Earth Tester
3. Mengevaluasi
dan menentukan kondisi baik tidaknya suatu pentanahan
4. Menghitung
tahanan jenis tanah dari suatu hasil pengukuran tahanan pentanahan
6.2.
TEORI DASAR
Sistem
pentanahan/grounding system adalah suatu rangkaian/jaringan mulai dari
kutub pentanahan/elektroda, hantaran penghubung sampai terminal pentanahan yang
berfungsi untuk menyalurkan arus lebih ke bumi, agar perangkat peralatan dapat
terhindar dari pengaruh petir dan tegangan asing lainnya.
Tujuan
pentanahan peralatan adalah usaha untuk mengamankan system apabila terjadi
hubung singkat pada peralatan, selanjutnya arus hubung singkat tsb akan
disalurkan ketanah dan tidak membahayakan bagi orang dan peralatan, terutama
pada peralatan listrik yang rangka (bodi) terbuat dari logam harus ditanahkan.
Pengukuran
perlu dilakukan sebelum system dioperasikan pertama kali, waktu pemeliharaan
atau setelah system ada gangguan. Sewaktu pelaksanaan pengukuran pentanahan,
saluran (kawat) dari electrode ke rangka peralatan harus dilepas. Pengukuran
dilakukan pada electrode dengan alat ukur EARTH
TESTER.
6.2.1.
Tujuan
Pengetanahan Peralatan
Pengetanahan
peralatan atau yang biasa disebut bagaimana pentanahan pengaman adalah
pengetanahan bagian dari peralatan yang pada kerja normal tidak dialiri arus.
Tujuan
pengetanahan peralatan adalah:
1. Untuk
membatasi tegangan antara bagian-bagian peralatan yang tidak dialiri arus dan
dan antara bagian-bagian ini dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman
(tidak membahayakan) untuk semua kondisi operasi normal atau tidak normal.
Untuk mencapai tujuan ini, suatu sistem pengetanahan peralatan atau instalasi
dibutuhkan. Sistem pengetanahan ini gunanya ialah untuk memperoleh petensial
yang merata (uniform) dalam semua bagian struktur dan peralatan dan juga untuk
menjaga agar operator atau orang yang barada di daerah instalasi itu barada
pada potensial yang sama dan tidak barbahaya pada setiap waktu. Dengan
dicapainya potensial yang hampir merata pada semua titik dalam daerah sistem
pengetanahan ini, kemungkinan timbulnya perbedaan potensial yang besar pada
jarak yang dapat dicapai oleh manusia sewaktu terjadi hubung singkat kawat ke tanah menjadi kecil.
2. Tujuan
kedua dari pengetanahan peralatan ini adalah untuk memperoleh impedansi yang
kecil/rendah dari jalan balik arus hubung singkat ke tanah. Kecelakaan pada
personil timbul pada personil timbul pada saat hubung singkat ke tanah terjadi.
Jadi jika arus hubung singkat ke tanah itu di paksakan mengalir melalui
impedansi tanah tinggi, ini akan menimbulkan perbedaan potensial yang besar dan
berbahaya. Juga impedansi yang besar pada sambungan-sambungan pada rangkaian
pengetanahan dapat menimbulkan busur api listrik dan pemanasan yang besarnya
cukup menyalakan material yang mudah terbakar.
Dari
uraian-uraian di atas, maka secara singkat tujuan dari pengetanahan peralatan
itu diformulasikan sebagai berikut:
a. Untuk
mencegah terjadinya tegangan kejut listrik yang berbahaya untuk orang dalam daerah instalasi listrik,
b. Untuk
memungkinkan timbulnya arus tertentu baik besarnya maupun lamanya dalam keadaan
gangguan tanah tanpa menimbulkan kebakaran atau ledakan pada bangunan dan
isinya,
c. Untuk
memperbaiki penampilan (performance) dari sitem.
6.2.2.
Eksposur
Tegangan
Apabila
ada kontak yang tidak disengaja antara bagian-bagian yang dilalui oleh arus
dengan kerangka metal dan peralatan, kerangka metal itu menjadi bertentangan
yang sama dengan tegangan peralatan. Untuk mencegah terjadinya tegangan kejut
yang berbahaya kerangka metal itu harus dihubungkan ke tanah melalui impedansi
yang rendah. Impedansi pengetanahan itu harus sedemikian kecilnya sehingga
tegangan yang timbul pada kerangka peralatan harus cukup kecil dan tidak
berbahaya. Sesuai dengan standar “International Electrotechnical Commision
(IEC), table di bawah ini adalah tabel harga batas tegangan sentuh maksimum
yang biasanya digunakan untuksistem tegangan konsumen.
Tabel
VI.1 Besar Dan Lama Tegangan Sentuh Maksimum
|
Tegangan Sentuh Volt
(RMS)
|
Waktu Pemutusan Maksimum
(detik)
|
|
<50
|
-
|
|
50
|
5.0
|
|
75
|
1.0
|
|
90
|
0.5
|
|
110
|
0.2
|
|
150
|
0.1
|
|
220
|
0.05
|
|
280
|
0.03
|
Untuk
memenuhi persyaratan dalam table VI.1 di atas, maka tahanan pengetahuan
pengaman RE harus memenuhi persamaam berikut:
RE
<
Ohm…………………………………………………………………………………6.1
Dimana:
In
= arus nominal dari alat pengaman lebur atau alat pengaman arus lebih (A)
k
= bilangan yang besarnya tergantung dari karakteristik alat pengaman
= 2.5 – 5 untuk pengaman lebur atau sekring
= 1.25 – 3.5 pengaman lainnya.
Sebagai
aturan umum disebutkan bahwa seseorang tidak boleh menyentuh, walau sekejappun,
peralatan dengan tegangan di atas 100 volt.
6.2.3.
Tahanan
Jenis Tanah
Tahanan
jenis tanah adalah tahanan listrik dari tahanan tanah yang berbentuk kubus
dengan volume 1 meter kubik. Tahanan jenis dinyatakan dalam ohm-m. Pernyataan
ohm-m merepresentasikan tahanan diantara dua permukaan yang berlawanan dari
suatu volume yang berisi 1 m³. Untuk mendapatkan tahanan pentanahan yang kecil
diperlukan upaya sebagai berikut, mengetahui tahanan jenis tanah, kemudian
membuat bentuk kutub tanah yang sesuai.
Faktor keseimbangan antara tahanan pengetanahan
dan kapasitansi di sekelilingnya adalah tahanan jenis tanah (ρ). Harga tahanan
jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tidaklah sama. Beberapa faktor
yang mempengaruhi tahanan jenis tanah yaitu:
6.2.4.
Metode
Pengukuran
Pengukuran
tahanan jenis tanah biasanya dilakukan dengan cara:
1.
Metode
Tiga Titik (Three-Point Methode)
Metode
tiga titik (three-point method) dimaksudkan untuk mengukur tahanan pentanahan.
Misalkan tiga buah batang pentanahan diman batang 1 yang tahanannya hendak diukur
dan batang-batang 2 dan 3 sebagai batang pengetanahan pembantu yang juga belum
diketahui tahanannya, seperti pada gambar.Bila tahanan diantara tiap-tiap
batang pengetanahan diukur dengan arus konstan, tiap pengukuran dapat ditulis
sebagai berikut:
R1-2
=
= R11 + R12 – 2R12
R1-3 =
= R11 + R13 – 2R13
R2-3 =
= R22 + R33 – 2R23
Tetapi, V1-2 = V1-3 = V2-3
Akhirnya R11 = R + R12 +R13 – R23…………………………………………………………6.2
Gambar
6.1.a.
Rangkaian
Pengukuran Tahanan Jenis Tanah Dengan Metode Tiga Titik
Tahanan
batang pengetanahan dari elektroda 1 dapat dibuat:
R12
+ R13 + R23 = 0……………………………………………………………………………6.3
2.
Metode
Empat Titik (Four Electrode Methode)
Metode
pengukuran yang dipergunakan adalah metode empat titik seperti pada gambar.
Bila arus I masuk ke dalam tanah melalui salah satu satu elektroda dan kembali
ke elektroda yang lain sehingga pengaruh diameter konduktor dapat diabaikan.
Arus masuk ke tanah mengalir secara radial dari elektroda, misalkan arah arus
dalam tanah dari elektroda 1 ke elektroda 2 berbentuk permukaan bola dengan
jari-jari r, luas permukaan tersebut adalah 2 π r², dan rapat arus adalah:
J
=
………………………………………………………………………………………….6.4
Dimana:
J
= kerapatan arus [A/m²]
r
= jari-jari [m]
I
= arus yang mengalir dalam tanah [A]
Gambar
6.1.b.
Rangkaian
Pengukuran Tahanan Jenis Tanah Dengan Metoda Empat Titik
Jika ρ adalah tahanan jenis tanah,
maka medan dalam tanah pada arah radial dengan jarak r adalah:
E(r)
= Jρ [V/m]
Sehingga
menjadi E(r) =
ρ [V/m]………………………………………………………….6.5
Potensial pada jarak r dari
elektroda adalah integral dari gaya listrik dari jarak r ke titik tak
berhingga:
V
=
= I
Perbandingan antara tegangan dan
arus atau tahanan menjadi:
R =
(Ohm)………………………………………………………………………………….6.6
Dari gambar, terlihat, r13 = r34 =
r24,
Jadi
V3
= ρ
(
-
)
Dan
V4 = ρ
(
-
)
Beda
tegangan antara 3 dan 4 adalah:
V34
= ρ
[(
-
) – (
-
)]
V34
= I
Dan
R34 =
=
Sehingga: ρ = R34 (2 π a)
Dimana:
a =
jarak antara elektroda [m]
R34 =
tahanan antara elektroda 3 dan 4 [Ω]
ρ =
tahanan jenis tanah [Ω-m]
6.2.5. Elektroda Pentanahan
Elektroda pentanahan adalah penghantar yang
ditanam dalam tanah dan membuat kontak langsung dengan tanah. Adanya kontak
langsung tersebut bertujuan agar diperoleh perlaluan arus yang sebaik- baiknya
apabila terjadi gangguan sehingga arus tersebut disalurkan ketanah.
Menurut PUIL
2000 [3.18.11] elektroda adalah
penghantar yang ditanam ke dalam tanah
yang membuat kontak langsung dengan tanah. Untuk bahan elektroda
pentanahan biasanya digunakan bahan tembaga, atau baja yang bergalvanis atau
dilapisi tembaga sepanjang kondisi setempat tidak mengharuskan memakai bahan
lain misalnya pada perusahaan kimia.
Jenis-jenis elektroda yang digunakan dalam
pentanahan adalah sebagai berikut:
1.Elektroda
batang
Elektroda batang adalah elektroda dari pipa besi baja
profil atau batangan logm lainya yang dipancangkan ke dalam tanah secara dalam.
Panjang elektroda yang digunakan sesuai dengan pentanahan yang diperlukan.
Untuk menentukan besarnya tahanan pembumian sengan
satu buah elektroda batang dipergunakan rumus sebagai berikut :
dimana:
L = panajang batang yang tertanam [m]
d = diameter elektroda batang [m]
Gambar
6.1.c.
Elektroda
Batang Dan Lapisan-lapisan Tanah Disekeliling Elektroda
Setelah didapatkan
nilai tahanan pentanahan dengan satu buah elektroda batang, dimana belum
didapatkan nilai tahanan yang diinginkan, maka tahanan pentanahan dapat
diperkecil dengan memperbanyak elektroda yang ditanahkan dan dihubungkan
paralel.
Gambar
6.1.d. Pentanahan Dengan Dua Batang Konduktor (Hubungan Paralel)
Disini kedua batang
konduktor tersebut dihunbungkan diatas tanah. Besar tahanan pentanahan adalah
sebagai berikut:
· Untuk
s > Lx
R
=
(ln
- 1) +
· Untuk s < Lx
R =
(ln
- 1)+ Ln
- 2 +
-
+
Dimana:
s = Jarak antara kedua kondutor (cm)
a = Jari – jari batang konduktor
(cm)
Lx = Panjang konduktor yang ditanam
(cm)
Sistem
pentanahan sederhana terdiri dari sebuah elektroda pentanahan yang ditanam ke
tanah . Penggunaan satu buah elektroda adalah yang paling umum dan dapat
ditemukan di masyarakat, di luar rumah atau tempat bisnis. Sistem pentanahan
yang kompleks terdiri dari beberapa elektroda batang, terhubung, jaringan mesh,
network, dan sebagainya. Sistem tersebut umuumnya terpasang pada gardu
pembangkit listrik, pusat perkantoran, dan menara-menara. jaringan kommpleks
dapat jauh meningkatkan jumlah bagian yang kontak langsung dengan tanah
disekitarnya dan mengurangi nilai tahanan pentanahan.
2. Elektroda Bentuk Plat
Elektroda plat adalah elektroda dari
plat logam. Pada pemasangannya elektroda ini dapat dipasang tegak lurus dengan
kedalaman kira-kira 1 meter di bawah permukaan tanah dihitung dari sisi plat
bagian atas. Bila digunakan sebagai elektroda pengatur yaitu mengatur kecuraman
gradien tegangan guna menghindari tegangan langkah yang besar dan berbahaya,
maka elektroda plat tersebut ditanam mndatar.
Gambar
6.1.e.
Elektroda
Plat Dipasang Vertikal
Untuk menghitung besar tahanan
pembumian elektroda plat dipergunakan rumusan sebagai berikut:
dimana :
L
=panjang elektroda plat [m ]
b
=lebar plat [m ]
t
=kedalaman plat tertanam [m ]
3.Elektroda
Bentuk Pita
Elektroda
ini merupakan logam yang mempunyai penampang berbentuk pita atau dapat juga
berbentuk bulat,pita yang dipilih atau dapat juga berbentuk kawat yang
dipilinelektroda ini dapat ditanam secara dangkal pada kedalaman antara 0,5
sampai 1 meter dari permukaan tanah, tergantung dari kondisi dan jenis tanah.
Dalam pemasanganya elektroda pita ini dapat ditanam dalam bentuk memanjang,
radial,melingkar atau kombinasi dari lingkaran dan radial.
Besar tahanan pembumian untuk
elektroda pita dapat dihitung dengan rumus :
dimana :
L =
panjang elektroda pita yang tertanam [m]
d = lebar pita/diameter elektroda pita
lalau bulat [m]
Gambar
6.1.f.
Jenis-jenis
pita dan cara pemasangannya.
4.
Elektroda lain
Bila
persyaratan dipenuhi jaringan air minum dari logam dan selubung logam kabel
yang tidak diisolasi yang langsung ditanamkan ke dalam tanah. Besi tulang beton
atau kontruksi baja bawah tanah lainnya boleh dipakai untuk elektroda.
5. Konduktor Pentanahan
Konduktor yang di gunakan untuk
pentanahan harus memenuhi beberapa persyaratan antara lain:
a. Memiliki
daya hantar jenis (conductivity) yang cukup besar sehingga tidak memperbesar
beda potensial lokal yang berbahaya.
b. Memiliki
kekerasan (kekuatan) secara mekanis pada tinggkat 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
6 .3 DAFTAR BAHAN DAN PERALATAN
Earth Tester lengkap dengan perangkat pendukung : 1 set
6.4 GAMBAR RANGKAIAN PERCOBAAN :
1.
Pisahkan terlebih dahulu pengetanahan
(grounding) yang akan diukur dari sistem
lainnya
2.
Buatlah rangkaian percobaan sesuai dengan diagram rangkaian yang terdapat pada
peralatan “Earth Tester” tersebut.
Terminal E
adalah ujung atas dari elektroda pengetanahan yang akan diukur tahananya
Terminal
dan
adalah ujung atas elektroda-elektroda bantu
Terminal E, C, dan P adalah terminal yang bersusaian
terdapatpada panel Earth Tester , yang
pada saat melakukan pengukuran tahanan pengetahanan akan saling dihubungkan
dengan terminal E,
, dan
tersebut di atas.
Gunakan warna penghantar yang
sesuai dengan warna terminal terminal
yang terdapat di panel alat ukur Earth Tester tersebut.
3.
Sebelum
melakukan penyambungan sebagaimana yang dimaksud pada langkah percobaan 2 di
atas. Lakukan pemeriksaan terhadap tegangan bateray dari Earth Tester terlebih
dahulu. Pemeriksaan dilakukan dengan menekan tombol BATT, CHECK pada Earth
Tester. Pahami terlebih dahulu petunjuk pengunaanya yang tertulis pada Earth
Tester tersebut.
(perhatian : bahwa pemeriksaan
baterey boleh di lakukan hanya bila terminal E, C, dan P dalam keadaan tidak
tersambung).
4.
Ukurlah
tahanan dari pengetanahan pengaman tersebut dengan cara dan urutan proses
sebagai berikut :
·
Mula-mula tekan tombol x10 Ω dan kemudian
tekan tombol MEAS.
·
Bila
defleksi dari penunjuk meter berada pada skala penuh sehingga melampui batas
ukurnya, tekan tombol x100Ω dan lihat pembacaan meter tersebut.
·
Jika
nilai tahanan yang terukur kurang dari 10Ω, tekan x1 Ω, untuk mendapat kan
pembacaan meter yang lebih teliti
·
Selama
pengukuran ini, lampu yang bertanda O.K.
akan menyala, yang menandakan bahwa pengukuran terlaksana dengan baik.
·
Jika
keadaan tidak normal terjadi, maka lampu tersebut akan padam, dan untuk itu
lakukan pemeriksaan terhadap penyambungan ke terminal C dan P.
5.
Catat
nilai tahanan pengetanahan terukur dan masukkan dalam tabel percobaan. Lakukan
percobaan pengukuran untuk jarak-jarak E, C, dan P terhadap
,
, dan
sesuai dengan tabel percobaan yang disediakan.
6.7 TUGAS
DAN PERTANYAAN
1.
Unsur – unsur yang mempengaruhi nilai tahanan pentanahan
suatu sistem pengetanahan ialah :
Seperti yang telah disampaikan di atas bahwa tahanan pentanahan diharapkan
bias sekecil mungkin. Namun dalam prakteknya
tidaklah selalu mudah untukmendapatkannya karena banyak faktor yang
mempengaruhi tahanan pentanahan. Faktor-faktor yang mempengaruhi besar
tahanan pentanahan adalah:
1.
Bentuk elektroda.
Ada bermacam-macam bentuk elektroda yang banyakdigunakan, seperti jenis
batang, pita dan pelat.
2.
Jenis bahan dan ukuran elektroda.
Sebagai konsekwensi peletakannya didalam tanah, maka elektroda dipilih
dari bahan-bahan tertentu yang memilikikonduktivitas sangat baik dan tahan
terhadap sifat-sifat yang merusak daritanah, seperti korosi. Ukuran
elektroda dipilih yang mempunyai kontak palingefektif dengan tanah.
3.
Jumlah/konfigurasi elektroda.
Untuk mendapatkan tahanan pentanahan yangdikehendaki dan bila tidak cukup
dengan satu elektroda, bisa digunakan lebihbanyak elektroda dengan
bermacam-macam konfigurasi pemancangannya didalam tanah;
4.
Kedalaman pemancangan/penanaman di dalam tanah.
Pemancangan initergantung dari jenis dan sifat-sifat tanah. Ada yang
lebih efektif ditanam secaradalam, namun ada pula yang cukup ditanam secara
dangkal;
Faktor-faktor alam.
1.
Jenis tanah : tanah gembur, berpasir, berbatu, dan
lain-lain;
2.
Lapisan tanah : berlapis-lapis dengan tahanan jenis tanah yang berlainan
3.
Moisture tanah
semakin tinggi kelembaban atau kandungan air dalamtanah akan memperrendah
tahanan jenis tanah;
4.
kandungan mineral tanah
airtanpa kandungan garam adalah isolator yang baik dan semakin
tinggikandungan garam akan memperendah tahanan jenis tanah, namunmeningkatkan
korosi; dan
5.
suhu tanah
suhu akan berpengaruh bila mencapaisuhu beku dan di bawahnya. Untuk
wilayah tropis seperti Indonesia tidak adamasalah dengan suhu karena suhu tanah
ada di atas titik beku
2. Prinsip kerja dari
pengukuran tahanan pengtanahan pengaman yang digunakan pada saat percobaan
adalah berdasarkan metode tiga titik, yang menggunakan tiga buah batang
pentanahan dengan kegunaan yang berbeda. Di manaa pada batang pentanahan
tersebut ada yang digunakan sebagai tahanan yang akan di ukur dan ada pula yang
digunakan sebagai batang pentanahan pembantu, dan pada saat hasil pengukuran
akan berdasarkan hukum
ohm, dimana untuk mendapatkan sebuah
nilai tahanan mengunakan rumus
. Earthmeter
memberikan tegangan pada elektroda pentanahan dan bumi. Amperemeter
yang ada di dalam eart tester dipasang secara seri dengan elektroda pentanahan
dan bumi dan voltmeter pada earth tester dipasang pararel dengan elektroda
pentanahan dan bumi. Kemudian
hasil dari keduaa
alat ukur diatas akan dikalkulasikan sesuai dengan hukum ohm.
3. Kriteria yang digunakan
untuk menentukan baik tidaknya suatu instalasi pentanahan adalah sebagai berikut:
v Tahanan pentanahan harus
memenuhi syarat yang di inginkan untuk suatu keperluan pemakaian
v Elektroda yang ditanam dalam
tanah harus mencapapai kedalaman dimana terdapat kandungan air tanah yang
konstan
v Bahan Konduktor yang baik
o
Tahan
Korosi
o
Cukup Kuat
v Elektroda harus mempunyai
kontak yang baik dengan tanah sekelilingnya.
4. Berdasarkan
hasil pengukuran nilai tahanan pentanahan
ini adalah 8,6 Ohm
karena nilai ini paling banyak muncul
pada pengukuran. Serta
pada saat E dsampai C1 (pada table 3) adalah 7 meter.
Menghitung
nilai tahanan jenis tanah :
Nilai
R =,,,,,,,,8,6 ohm
Nilai
a =,,,,,,,, sama dengan jarak pengukuran
ρ
= R. (2
a)
ρ = 8,6. (2.3,14.7)
ρ
= 8,6. (45,36)
ρ
= 390.096 Ω
5. KESIMPULAN
Mengukur tahanan pentanahan
pengaman dengan menggunakan Earth Tester, menentukan atau mengetahui kondisi
baik tidaknya suatu pentanahan tersebut dan juga dapat menghitung tahanan jenis
tanah pada hasil pengukuran yang telah dilakukan.Nilai tahanan pentanahan cukup
baik, jika semakin kecil tahanan jenis tanah maka semakin
baik pula sistem pentanahannya
Pemgukuran
pentanahan bertujuan untuk memperoleh impedansi yang kecil atau rendah apabila
terjadi gangguan maka arus gangguan akan mengalir ke tanah, jika impedansi
pentanahan besar arus gangguan di paksakan melalui impedansi yang besar ini
akan menimbulkan perbedaan potensial yang besar dan berbahaya.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar