TUGAS RANGKUMAN PENGUKURAN TAHANAN PENTANAHAN diajukan sebagai tugas mata kuliah Pengukuran Sistem Tenaga
oleh Moch. Yogi Frima M. NIM : 2212122091
Program Sarjana (S1-Lanjutan) Jurusan Teknik Elektro (TTL) UNIVERSITAS JENDRAL AHMAD YANI 2013
A.
Sistem Pentanahan Sistem pentanahan atau yang sering disebut dengan istilah grounding system
adalah suatu rangkaian atau 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. Tahanan jenis tanah adalah tahanan listrik dari tahanan tanah yang berbentuk kubus dengan volume 1 meter kubik. Kadang-kadang tahanan jenis dinyatakan dalam ohm-m. Pernyataan ohm-m merepresentasikan tahanan diantara dua permukaan yang 3
berlawanan dari suatu volume yang berisi 1 m . Untuk mendapatkan tahanan pentanahan yang kecil diperlukan upaya sebagai berikut, mengetahui tahanan jenis tanah, kemudian membuat bentuk kutub tanah yang sesuai. Sistem pentanahan yang menggunakan elektroda pentanahan yang ditanam langsung ke dalam tanah terdiri dari berbagai macam cara, antara lain: jenis pentanahan rod, jenis pentanahan grid, pentanahan kombinasi grid-rod. Tahanan pentanahan adalah seluruh tahanan listrik yang dimiliki sistem pentanahan. Idealnya tahanan pentanahan adalah 0 (nol), namun karena mencapainya sulit, maka sebagai referensi, untuk gedung maksimum 5 Ohm.
Syarat-syarat sistem pentanahan yang efektif : 1.
Tahanan pentanahan harus memenuhi syarat yang di inginkan untuk suatu keperluan pemakaian.
2.
Elektroda yang ditanam dalam tanah harus :
Bahan Konduktor yang baik
Tahan Korosi
Cukup Kuat
3.
Jangan sebagai sumber arus galvanis.
4.
Elektroda harus mempunyai kontak yang baik dengan tanah sekelilingnya.
5.
Tahanan pentanahan harus baik untuk berbagai musim dalam setahun.
6.
Biaya pemasangan serendah mungkin.
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.
Akan tetapi 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 diusahakan dibuat sependek mungkin, dari ketiga faktor tersebut di atas yang dominan pengaruhnya adalah tahanan sekeliling elektroda atau dengan kata lain tahanan jenis tanah (ρ). B. 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 dalam tanah
4.
Temperatur tanah
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 di bawah ini menunjukkan harga-harga ( ρ ) dari berbagai jenis tanah.
Tabel nilai ( ρ ) No.
Jenis Tanah
Tahanan Jenis Tanah
yang Mengandung
( ohm.meter )
1. air garam
5–6
2. Rawa
30
3. Tanah liat
100
4. Pasir Basah 5. Batu-batu kerikil basah 6. Pasir
dan
batu
krikil
kering 7. Batu
200 500 1000 3000
IEEE std 142-1991
2. Komposisi 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 dalam Tanah Kandungan air dalam tanah sangat berpengaruh terhadap perubahan tahanan jenis tanah ( ρ ) terutama kandungan air tanah sampai dengan 20%. Dalam salah satu tes 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 tropis perbedaan temperatur selama setahun tidak banyak, sehingga faktor temperatur bias dibilang tidak ada pengaruh yang signifikan.
Tabel efek temperatur terhadap nilai tahanan tanah
C. Jenis Elektroda Pentanahan Ada 3 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 terhubung dan juga secara gabungan dari ketiga jenis dalam suatu sistem.
1. Elektroda Batang
Gambar 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.
2. Elektroda Plat
Gambar elektroda plat
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.
3. Elektroda Pita
Gambar 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.
D. Pengukuran Tahanan Pentanahan Untuk mengetahui apakah suatu tahanan pentanahan sesuai dengan standar, maka diperlukan pengukuran tahanan pentanahan tersebut. Pengukuran tersebut atas beberapa jenis yang secara menyeluruh disebut sebagai pengukuran tahanan pentahanan. Pengukuran yang disebut diatas adalah pengukuran tahanan pentanahan yang bertujuan mengetahui besarnya tahanan pentanahan dari beberapa kondisi tanah. Pengukuran harus dilakukan sebelum sistem dioperasikan pertama kali, waktu pemeliharaan atau setelah sistem ada gangguan. Sewaktu pelaksanaan pengukuran pentanahan,
saluran
(kawat)
dari
elektroda
ke
rangka
peralatan
harus
dilepas. Pengukuran dilakukan pada elektroda dengan alat ukur EARTH TESTER. Dalam perencanaan pengetanahan hal yang harus diperhatikan adalah jenis tanah, seperti yang ditunjukan pada tabel nilai tahanan jenis tanah di halaman sebelumnya. Untuk mendapatkan nilai resistansi R dari elektroda pengetanahan harus memiliki parameter yang meliputi: 1. Resistivitas tanah 2. Resistivitas air tanah 3. Dimensi elektroda pengetanahan 4. Ukuran elektroda pengetanahan Bila hasil pengukurannya belum mencapai 5 Ω, Maka Ground Rood ditambahkan, dengan jarak 2 x panjangnya. (PUIL 2000-3.19.1.4). Hukum OHM (Goerge Simon Ohm-Ahli Fisika Jerman): Pada percobaan dalam bidang listrik dan menemukan dan menemukan hubungan antara tegangan dan arus yang dilewatkan pada suatu tahanan: Apabila dalam suatu jaringan tertutup dihubungkan
tegangan listrik sebesar 1 Volt, dan dipasan tahanan listrik 1 , maka akan mengalir arus listrik sebesar 1 Ampere yang dinyatakan dalam persamaan sbb:
Pelaksanaan operasi 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.
Standar besar R-tanah untuk elektroda pentanahan ± 5 Ohm. apabila belum mencapai
nilai
5
Ohm,
maka
elektroda
bisa
ditambah
dan
dipasang
diparalel. Pentanahan paling ideal ketika elektroda bias mencapai sumber air atau Rtanah = 0. Contoh: Pemasangan elektroda pertama (R1), setelah diukur = 12 Ω Selanjutnya di tanam lagi elektroda ke 2 (R2), diukur tahanan = 12 Ω, Maka besar tahanan RI diperoleh dengan R2 = 6 Ω, Karena belum mencapai 5 Ω, maka ditanam lagi elektroda ke 3 (R3). Maka perhitungan R ekivalennya sbb :
Gambar metode perhitungan tahanan pentanahan
Ada kendala ketika suatu saat kita membangun sistem Grounding, setelah diukur dengan Earth Tester Nilai yang muncul 100 ohm (maks), kalau acuannya PUIL mungkin Anda diwajibkan menurunkannya. Ada trik sederhana dengan menambah Rods sesuai dengan rumus mencari Nilai 2 tahanan yang diparalelkan. (Rod dianalogikan sebagai tahanan). Kalau 100/100 = 50 ohm (2 rod), 50/50 = 25 ohm (menjadi 4 rod), Lalu 25/25 = 12,5 ohm (menjadi 6 rod), trus 12,5 / 12,5 = 6, 25 ohm (menjadi 8 rod). Karena nilainya dianggap bagus kalau nilai tahanannya> 0 dan <5> 6,25 / 6,25 = 3,125 ohm, maka jumlah Rods yang dibutuhkan untuk menurunkan dari 100 ohm ke 3,125 adalah 10 buah Rods. Setelah Grounding Ring dipastikan terhubung sempurna, cek kembali dengan Earth Tester nilai tahanan harusnya sudah turun drastis.
E. Cara Mengukur Grounding dengan Earth Tester Earth Tester adalah alat untuk mengukur nilai resistansi dari grounding, berikut ini adalah cara penggunaan earth tester: ·
Pada switch pilih mode Ω.
·
Tekan push button.
·
Lihat penunjuk tegangan/voltase tanah apabila jarum bergerak dengan cepat sampai mentok ke ujung voltmeter, periksa kembali instalasi kabel.
·
Adjust ohm meter sampai nilai voltase pada galvanometer “0 volt”.
·
Lakukan instalasi earth tester seperti tampak jarak L adalah sebesar 5 meter.
·
Baca nilai resistansi yang terbaca pada alat tersebut. Itulah nilai resistansi tanah.
Peralatan Pengukuran Peralatan–peralatan yang diperlukan dalam proses pengukuran tahanan pentanahan, antara lain : Earth Resistance Tester Dengan data sebagai berikut : a) Merk : KYORITSU b) Sumber tenaga : 9V DC jenis baterai R6P (SUM-3) x 6 c) Jenis : Digital Earth Resistance Tester 4105A d) Alat ini berfungsi untuk menampilkan nilai tahanan pentanahan yang terukur dengan kemampuan mengukur sampai 1999 Ω (ohm). Skema gambar Earth Resistance Tester ini ditunjukan pada gambar e.1.
1. LCD penampil nilai ukur. 2. Simbol baterai dalam keadaan lemah. 3. LED indicator (berwarna hijau). 4. Tombol uji untuk mengunci. 5. Terminal pengukuran. Gambar e.1 Digital Earth Resistance Tester 4105A
Elektroda batang Bantu, yang berfungsi sebagai pembanding dari elektroda utama untuk mendapatkan nilai tahanan pentanahan. Meteran, alat untuk mengukur jarak antar elektroda dan kedalaman elektroda. Kabel penghubung, kabel penghubung berfungsi untuk menghubungkan Earth Resistance Tester dengan elektroda uji dan elektroda bantu. Martil, martil ini adalah alat yang digunakan untuk membantu menanam elektroda ke dalam tanah.
Sistem Pengukuran Rangkaian alat ukur pentanahan dapat dilihat pada gambar e.2
Gambar e.2 (a) Skema pengukuran tahanan dengan elektroda tunggal
Gambar e.2 (b) Skema pengukuran tahanan dengan elektroda ganda
(a) Perencanaan tahapan pengukuran tahanan pentahanan dengan elektroda ditanam di tanah menggunakan elektroda tunggal. Pengukuran tahanan pentanahan elektroda batang tunggal dengan kedalaman bervariasi dilakukan dengan tahapan pengukuran sebagai berikut :
1) Mempersiapkan peralatan dan bahan. 2) Mengecek tegangan baterai dengan menghidupkan Digital Earth Resistance Tester . Jika layar tampak bersih tanpa simbol baterai lemah berarti kondisi baterai dalam keadaan baik. Jika layar menunjukkan simbol baterai lemah atau bahkan layar dalam keadaan gelap berarti baterai pelu diganti. 3) Membuat rangkaian pengujian seperti pada gambar e.2 (a) dengan menanam elektroda utama dan elektroda bantu. Menanam elektroda dengan memukul kepala elektroda menggunakan martil, jika menjumpai lapisan tanah yang keras sebaiknya jangan memaksakan penanaman elektroda. 4) Menetukan jarak antar elektroda bantu minimal 5 meter dan maksimal 10 meter. 5) Mengukur tegangan tanah dengan dengan mengarahkan range switch ke earth voltage dan pastikan bahwa nilai indikator 10 V atau kurang. Jika earth voltage bernilai lebih tinggi dari 10 V diperkirakan akan terjadi banyak kesalahan dalam nilai pengukuran tahanan. 6) Mengecek penghubung atau penjepit pada elektroda utama dan elektroda bantu dengan mensetting range switch ke 2000 Ω dan tekan tombol ” PRESS TO TEST ”. Jika tahanan elektroda utama terlalu tinggi atau menunjukkan simbol ” . . . ” yang berkedip-kedip maka perlu dicek penghubung atau penjepit pada elektroda utama. 7) Melakukan pengukuran. Mensetting range switch ke posisi yang diinginkan dan tekan tombol ” PRESS TO TEST ” selama beberapa detik. 8) Mencatat nilai ukur tahanan yang muncul dari Digital Earth Resistance Tester. 9) Mengembalikan posisi tombol ” PRESS TO TEST ” ke posisi awal. 10) Melakukan pengujian tahanan untuk kedalaman elektroda utama yang berbeda dengan langkah 3, 7, 8, 9. 11) Tahapan yang sama untuk kondisi tanah yang berbeda.
(b) Perencanaan tahapan pengukuran tahanan pentahanan elektroda ditanam di tanah menggunakan elektroda ganda. Pengukuran tahanan pentanahan dengan elektroda batang ganda menggunakan 2 metode yaitu panjang elektroda utama (L) < jarak antar elektroda utama (S) dan panjang elektroda utama (L) > jarak antar elektroda utama (S).
Pengukuran tahanan pentanahan dengan elektroda batang ganda dengan kedalaman bervariasi dilakukan dengan tahapan pengukuran sebagai berikut : 1. Mempersiapkan peralatan dan bahan. 2. Mengecek tegangan baterai dengan menghidupkan Digital Earth Resistance Tester . Jika layar tampak bersih tanpa simbol baterai lemah berarti kondisi baterai dalam keadaan baik. Jika layar menunjukkan simbol baterai lemah atau bahkan layar dalam keadaan gelap berarti baterai pelu diganti. 3. Membuat rangkaian pengujian seperti pada gambar e.2 (b) dengan menanam elektroda utama dan elektroda bantu. Menanam elektroda dengan memukul kepala elektroda menggunakan martil, jika menjumpai lapisan tanah yang keras sebaiknya jangan memaksakan penanaman elektroda. 4. Menetukan jarak antar elektroda bantu minimal 5 meter dan maksimal 10 meter. 5. Menentukan jarak antar elektoda utama (L) < (S). 6. Mengukur tegangan tanah dengan dengan mengarahkan range switch ke earth voltage dan pastikan bahwa nilai indikator 10 V atau kurang. Jika earth voltage bernilai lebih tinggi dari 10 V diperkirakan akan terjadi banyak kesalahan dalam nilai pengukuran tahanan. 7. Mengecek penghubung atau penjepit pada elektroda utama dan elektroda bantu dengan mensetting range switch ke 2000 Ω dan tekan tombol ” PRESS TO TEST ”. Jika tahanan elektroda utama terlalu tinggi atau menunjukkan simbol ” . . . ” yang berkedip-kedip maka perlu dicek penghubung atau penjepit pada elektroda utama. 8. Melakukan pengukuran. Mensetting range switch ke posisi yang diinginkan dan tekan tombol ” PRESS TO TEST ” selama beberapa detik. 9. Mencatat nilai ukur tahanan yang muncul dari Digital Earth Resistance Tester. 10. Mengembalikan posisi tombol ” PRESS TO TEST ” ke posisi awal. 11. Melakukan pengujian tahanan untuk kedalaman elektroda utama yang berbeda dengan langkah 3, 7, 8, 9. 12. Kembali ke langkah 1 sampai langkah 11 untuk pengukuran tahamam pentanahan dengan jarak antar elektoda utama (L) > (S). 13. Tahapan yang sama untuk kondisi tanah yang berbeda.
DAFTAR PUSTAKA
◦ Hutauruk, T.S, Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan. Erlangga: Jakarta, 1991. ◦ Badan Standarisasi Nasional BSN, Peraturan Umum Instalasi Penangkal Petir. ◦ IEEE std 142-1991. ◦ Munandar, A.Aris, Dr, MSc. Dan Susumu Kawahara, Dr. Teknik Tenaga Listrik II, Transmisi Distribusi. Pradnya Paramita: Jakarta. ◦ Badan Standarisasi Nasional (BSN), Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000) ◦ Pabla, AS, Sistem Distribusi Daya Listrik, Erlangga: Jakarta, 1994. ◦ --------------, Instruction Manual Digital Earth Resistance Tester, Kyoritsu Electrical Instrumens Works, Ltd. ◦ http://akintakin.blogspot.com/2011/04/pengukuran-tahanan-pentanahan.html [diakses tanggal 21 Maret 2013]
