LAPORAN PENGUKURAN TAHANAN PENTANAHAN
1. 2. 3. 4.
Oleh: Meidha Nur Arafah Mery Fauziah Fitri H Michael Gabriel .S. Muchtar Prihatmoko
(13/LT-3D) (14/LT-3D) (15/LT-3D) (16/LT-3D)
Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang
2014 LAPORAN PENGUKURAN TAHANAN PENTANAHAN
1. TUJUAN 1. Mahasiswa mampu memahami prosedur pengukuran tahanan pentanahan 2. Mahasiswa mampu melakukan pengukuran tahanan pentanahan. 3. Mahasiswa mampu menganalisa hasil pengukuran tahanan pentanahan 2. DASAR TEORI 2.1 Sistem Pentanahan Sistem pentanahan atau biasa disebut sebagai grounding adalah sistem pengamanan terhadap perangkat-perangkat yang mempergunakan listrik sebagai sumber tenaga, dari lonjakan listrik, petir dll. Sistem pentanahan di data center menjadi salah satu unsur penting dalam data center karena memberikan kebutuhan tenaga utama bagi data center. Standar pentanahan untuk data center tercantum dalam beberapa dokumen antara lain : TIA-942, J-STD-607-A-2002 dan IEEE Std 1100 (IEEE Emerald Book), IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment. (sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Sistem_Pentanahan)
Gambar 1. Teknik Grounding (http://engineeringbuilding.blogspot.com/2012/03/sistem-pentanahan-grounding.html)
Sistem pentanahan digunakan sebagai pengaman langsung terhadap peralatan dan manusia bila terjadinya gangguan tanah atau kebocoran arus akibat kegagalan isolasi dan tegangan lebih pada peralatan jaringan distribusi. Petir dapat menghasilkan arus gangguan dan juga tegangan lebih dimana gangguan tersebut dapat dialirkan ke tanah dengan menggunakan sistem pentanahan. Sistem pentanahan yang digunakan baik untuk pentanahan netral dari suatu sistem tenaga listrik, pentanahan sistem penangkal petir dan pentanahan untuk suatu peralatan khususnya dibidang elektronik perlu mendapatkan perhatian yang serius, karena pada prinsipnya pentanahan tersebut merupakan dasar yang digunakan untuk suatu sistem proteksi. Tidak jarang orang umum atau awam maupun seorang teknisi masih ada kekurangan dalam memprediksikan nilai dari suatu hambatan pentanahan. Besaran yang sangat dominan untuk diperhatikan dari suatu sistem Pentanahan adalah hambatan sistem suatu sistem pentanahan tersebut. Tujuan utama dari adanya grounding sistem pentanahan ini adalah untuk menciptakan sebuah 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. Grounding sistem pentanahan yang efektif akan meminimalkan efek tersebut.
Gambar 2 . Kutub Tanah.
Keterangan a) Kutub tanah merupakan penghantar listrik, ditanam dalam tanah dengan tujuan menghubungkan listrik dengan tanah. b) Hantaran tanah merupakan penghantar yang menghubungkan kutub tanah dengan terminal induk tanah. Hantaran tanah ini terbuat dari kawat tembaga terbuka (open wire) berpilin berukuran minimal 50 mm persegi. c) Terminal induk tanah, sebagai penghantar listrik berbentuk lempengan, sebagai penghubung hantaran tanah dan distribusi induk tanah. Terminal induk ini berbentuk lempeng tembaga, panjang sekitar 40 cm, dipasang dalam handhole, d) Distribusi induk tanah, merupakan penghantar listrik yang menghubungkan terminalinduk tanah dengan terminal cabang tanah. Penghubung ini terbuat dari kawat tembaga terbuka berpilin ukuran minimal 50 mm persegi. e) Terminal cabang tanah, merupakan penghantar listrik berbentuk melingkar mengelilingi dinding gedung sebelah dalam, (ditanam dibawah lantai) menghubung antara distribusi induk tanah dan distribusi cabang tanah. Terminal ini terbuat dari kawat tembaga terbuka berpilin dengan ukuran minimal 35 mm persegi. f) Distribusi cabang tanah, merupakan penghantar listrik yang menghubungkan terminal cabang tanah dengan perangkat telekomunikasi. la terbuat dari kawat tembaga terbuka berpilin dengan ukuran minimal 10 mm persegi. g) Pengaman tambahan sebagai alat tambahan agar sistem pentanahan dapat berfungsi lebih baik dan anda.
2.2 Faktor-Faktor Yang Menentukan Tahanan Pentanahan Tahanan pentanahan suatu elektroda tergantung pada tiga faktor : 1. Tahanan elektroda itu sendiri dan penghantar yang menghubungkan ke peralatan yang ditanahkan. 2. Tahan kontak antara elektroda dengan tanah. 3. Tahanan dari massa tanah sekeliling elektroda.
4. Tahanan jenis tanah (ρ). Pada prakteknya, tahanan elektroda dapat diabaikan namun tahanan kawat penghantar yang menghubungkan keperalatan akan mempunyai impedansi yang tinggi terhadap impuls (arus) frekuensi tinggi misalnya pada saat terjadi sambaran petir. Untuk menghindari hal itu, maka penyambungan diusahakan dibuat sependek mungkin. Hal yang memberikan pengaruh terhadap pentanahan adalah Tahanan jenis tanah (ρ), tahanan jenis tanah memiliki pengaruh yang sangat dominan terhadap pentahanan, sehingga memperhatikan tahanan jenis tanah itu sendiri dalam mentanahkan. 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 : 1. sifat geologi tanah 2. Komposisi zat kimia dalam tanah 3. Kandungan air tanah 4. Temperatur tanah 5. Selain itu faktor perubahan musim juga mempengaruhinya. 1. 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. Tabel 1. Menunjukkan harga-harga ( ρ ) dari berbagai jenis tanah. No.
Jenis Tanah
Tahanan jenis tanah (ohm.meter )
1.
Tanah yang mengandung air
5–6
garam 2.
Rawa
30
3.
Tanah liat
100
4.
Pasir Basah
200
5.
Batu-batu kerikil basah
500
6.
Pasir dan batu krikil kering
1000
7.
Batu
3000
(sumber : http://ak4037.wordpress.com/2008/10/04/tahanan-pentanahan )
2. 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. 3. 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. 4. 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. Hal – hal lain yang mempengaruhi tahanan jenis tanah 1. Kadar air, bila air tanah dangkal/penghujan maka nilai tahanan sebaran mudah didapatkan. 2. Mineral/Garam, kandungan mineral tanah sangat mempengaruhi tahanan sebaran/resistansi karena jika tanah semakin banyak mengandung logam maka arus petir semakin mudah menghantarkan. 3. Derajat Keasaman, semakin asam PH tanah maka arus petir semakin mudah menghantarkan. 4. Tekstur tanah, untuk tanah yang bertekstur pasir dan porous akan sulit untuk mendapatkan tahanan sebaran yang baik karena jenis tanah seperti ini air dan mineral akan mudah hanyut. 2.3 Jenis Elektroda Pentanahan Pada dasarnya ada 3 (tiga) jenis elektroda yang digunakan pada sistem pentanahan yaitu : 1. Elektroda Batang 2. Elektroda Pelat 3. 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.
Gambar 3. Elektroda Batang
Lektroda 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.
Gambar 4. Elektroda Pelat
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.
Gambar 5. Elektroda Pita
2.4 Pengukuran Tahanan Tanah Pengukuran tahanan tanah dilakukan untuk mengetahui kondisi dari sistem pentanahan, baik untuk pentanahan yang baru selesai dibangun maupun yang sudah lama dipasang sebagai upaya pemeliharaan preventif, yang dapat berlanjut kepada perbaikan bila pentanahan sudah melebihi standar yang berlaku. Pada hasil pengukuran tahanan tanah yang dilakukan, dapat dianalisa hasil pengukuran dengan standart tahanan tanah. Standart kelayakan grounding/pembumian harus bisa memiliki nilai Tahanan sebaran/Resistansi maksimal 5 Ohm (Bila di bawah 5 Ohm lebih baik). Material grounding dapat berupa batang tembaga, lempeng tembaga atau kerucut tembaga, semakin luas permukaan material grounding yang di tanam ke tanah maka resistansi akan semakin rendah atau semakin baik. Teknik pengukuran tahanan tanah yakni :
Namun dalam laporan praktikum ini kita kemukakan dua macam cara pengukuran yang biasa dilakukan, yaitu dengan menggunakan amperemeter dan voltmeter, yang disebut juga dengan metode Fall of Potential dan cara kedua melalui pengukur tahanan tanah analog. 1. Metode Fall of Potential (melalui ampere-meter dan voltmeter), dilakukan dengan urutan sebagai berikut. (1) Tanamlah 2 buah kutub tanah batang penolong, yang terletak pada satu garis lurus dengan jarak minimal antara keduanya 20 meter.Dan rangkai seperti gambar berikut.
Gambar 6 . Rangakaian Metode Fall of Potential
(2 ) Amati penunjukan amperemeter dan voltmeter. Besar tahanan pentanahan adalah: Keterangan :
RA = tahanan sistem pentanahan A (ohm); V = pembacaan meter pada voltmeter (volt); I = Pembacaan meter pada amperemeter (ampere). 2. Pengukuran tahanan pentanahan dengan alat pengukur tahanan tanah analog (Earth tester) Pengukuran hal ini pada elektroda dengan menggunakan alat ukur Earth Tester. Standar dalam hambatan adalah 5 ohm, bila standar tersebut masih belum bisa didapatkan maka ditambahkan dengan jarak 2 panjangnya. Untuk mendapatkan nilai resistansi(R) dari elektroda pentanahan, perlu memperhatikan parameter - parameter yang meliputi : 1. Resistivitas tanah 2. Resistivitas air tanah 3. Dimensi elektroda pentanahan 4. Ukuran elektroda pentanahan Pelaksanaan pengoperasian Earth Tester sbb: Prop (A) di hubungkan dengan electrode (di bak kontrol). Prop (B) dan (C) ditancapkan ketanah dengan jarak antara 5 sd. 10 m. Maka alat ukur akan menunjukan besar dari R-tanah lihat.
Gambar 7. Pengoperasian Earth Tester
Standar besar R-tanah untuk electrode pentanahan ±5 Ohm. apabila belum mencapai nilai 5 Ohm, maka electrode bisa ditambah dan dipasang diparalel. Pentanahan paling ideal apabila electrode bias mencapai sumber air atau R-tanah = 0. Contoh: Pemasangan electrode pertama (R1), setelah diukur = 12 Ω Selanjutnya di tanam lagi electrode ke 2 (R2), diukur tahanan = 12 Ω, Maka besar tahanan RI diparoleh dengan R2 = 6 Ω, Karena belum mencapai < 5 Ω, maka ditanam lagi electrode ke 3 (R3) hingga seterusnya sampai pengukuran menunjukkan nilai < 5 ohm. Ada kendala ketika suatu saat kita membangun sistem Grounding, setelah diukur dengan Earth Tester Nilai yang muncul 100 ohm (maks), sehingga kita diwajibkan menurunkan < 5 ohm sesuai standar PUIL .
Gambar 8. Konsep pengukuran yang menunjukkan nilai 100 ohm
Ada trik sederhana dengan menambah Rods sesuai dengan rumus mencari Nilai 2 tahanan yang di- paralelkan. (Rod dianalogikan sebagai tahanan). Kalau 100/100=50 ohm (2 rod), 50/50=25 ohm (menjadi 4 rod), 25/25=12,5 ohm (menjadi 6 rod), 12,5/12,5=6,25 ohm (menjadi 8 rod), bila nilai tahanan masih>0 dan tahanan > 5. Maka perlu berikan tahan kembali sehingga 6,25/6,25 = 3,125 ohm. Hasil 3,125 ohm sudah memenuhi standar < 5 ohm. Maka jumlah rods yang dibutuhkan untuk menurunkan dari 100 ohm ke 3,125 adalah 10 buah rods.
Gambar 9. Konsep pengukuran yang sesuai standar PUIL yakni < 5 ohm
Setelah Grounding Ring sudah terhubung sempurna, mengecek kembali dengan Earth Tester sehingga nilai tahanan akan turun drastis dan sesuai dengan standar PUIL (R < 5ohm). Elektrode bumi selalu harus ditanam sedalam mungkin dalam tanah, sehingga dalam musim kering selalu terletak dalam lapisan tanah yang basah. Phasa sequence tester (drivel) : alat ukur untuk mencari urutan fasa (R, S dan T) pada suatu sumber listrik. 3. ALAT DAN BAHAN 1. Earth Tester : 1 Buah 2. Elektroda batang bantu : 2 Buah 3. kabel hijau +- 5 M beserta Test Lead dan Clip : 1 Buah 4. kabel Kuning +- 10 M beserta Test Lead dan Clip : 1 Buah 5. Kabel Merah +- 15 M beserta Test Lead dan Clip : 1 Buah
4. GAMBAR RANGKAIAN PERCOBAAN
5. LANGKAH KERJA 1. Siapkan komponen percobaan dan pastikan alat dalam keadaan baik 2. Tentukan tempat yang akan diukur tahanan pentanahannya. 3. Menancapkan pemaku dimana jarak 6 – 7 meter dari tempat grounding yang akan diukur. Dan pemaku kedua dimana jarak 6-7 meter dari tempat pemaku pertama. 4. Menghubungkan kabel hijau ke grounding yang diukur dengan penjepit dan dihubungkan ke alat ukur earth tester pada port yang berwarna hijau seperti gambar rangkaian diatas 5. Menghubungkan kabel warna kuning ke pemaku pertama dengan penjepit dan dihubungkan langsung ke alat ukur earth tester pada pada port warna kuning. 6. Menghubungkan kabel warna merah ke pemaku kedua dengan penjepit dan hubungkan langsung ke alat ukur earth tester pada port yang berwarna merah. 7. Setelah semua terhubung dengan benar, mengatur range switch pada earth tester di 20 Ω. Kemudian menekan tombol “Press to tess”.
8. Lalu mencatat hasil pengukuran pada tabel 9. Mengulangi langkah 3 dan seterusnya pada elektroda lain yang berukuran 3 meter lalu mencatat hasil percobaan pada tabel 10. Mengulangi langkah 3 dan seterusnya pada elektroda yang telah diparalel lalu mencatat hasil percobaan pada tabel
NO 1 2 3 4 5
Panjang Elektroda 6m 6m 3m 6m Parallel 1 dan 2
Hasil Ukur 9,63 ohm 5,87 ohm 10,5 ohm 7,6 ohm 3,36 ohm
Skala 20 ohm 20 ohm 20 ohm 20 ohm 20 ohm
6. DATA HASIL PERCOBAAN
7. ANALISA DATA Dari data diatas dapat kita lihat bahwa hasil uku tahanan pentanahan semakin pendek elektroda pentanahan semakin kecil tahanan pentanahannya dan apabila di paralel tahanan pentanahannya semakin kecil. Pada panjang elektroda 6 meter menunjukkan tahanan pentanahan 9,63, 5,87, dan 7,6 ohm dan pada panjang 3 meter 10,5 ohm. Jika diparalelkan tahanan pentanahannya semakin kecil yaitu 3,36 ohm. Setelah kita mengetahui hasil pengukuran pentanahan masing – masing elektroda dan memaralelkan elektroda kita dapat mengetahui p(rho) massa jenis nya. Dengan rumus .
1.
2.
3.
4.
5.
Paralel
Dari data diatas dapat kita lihat bahwa hasil ukur tahanan pentanahan semakin pendek elektroda pentanahan semakin kecil tahanan pentanahannya dan apabila di paralel tahanan pentanahannya semakin kecil. Pada panjang elektroda 6 meter menunjukkan tahanan pentanahan 9,63, 5,87, dan 7,6 ohm dan pada panjang 3 meter 10,5 ohm. Jika diparalelkan tahanan pentanahannya semakin kecil yaitu 3,36 ohm.
8. KESIMPULAN Dari data yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa: 1. Setiap jenis tanah memiliki nilai resistansi tanah yang berbeda. 2. Komposisi tanah yang berbeda disekitar elektroda batang menyebabkan nilai resistansi elektroda pentahanan yang berbeda. 3. Semakin dalam elektroda batang ditanam maka semakin kecil pula nilai resistansi elektroda pentanahanya. 4. Elektroda yang ditanam secara paralel memiliki nilai resistansi elektrida pentanahan yang lebih kecil daripada nilai resistansi elektroda pentanahan yang dipasang tunggal. Ketelitian dalam pembacaan alat ukur serta ketepatan dalam pemasangan alat dan bahan pada waktu pengujian pentanahan memberikan pengaruh pada waktu melakuakan pengukuran.
9. DAFTAR PUSTAKA https://id.scribd.com/search?query=Laporan+Pengukuran+Tahanan+Tanah+isamahfudi
LAMPIRAN Gambar elektroda 6 meter
Gambar elektroda yang delah dijepit
Gambar proses pengukuran
Gambar hasil pengukuran dengan earth tester
