342
Improved Earth Electrode Resistance for Utilizing Electrical Installations to Minimize the Hazard of Electric Shock
Sunarto
Jurusan Teknik Eketro/Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung-40012, Indonesia
[email protected] Abstrak
Resistansi pembumian di Laboratorium Instalasi Listrik Politeknik Negeri Bandung (Polban) sebesar 10,3 Ohm. Nilai tersebut melebihi standar maksimum menurut Persyaratan Umum Instalasi Listrik Tahun 2000 (PUIL 2000) yaitu maksimum 5 Ohm. Proteksi petir di Politeknik Negeri Bandung yang semula menggunakan sistem konvensional beralih ke sistem elektrostatis dikarenakan banyak kawat tembaga yang hilang sehingga banyak elektroda pembumian bekas proteksi petir konvensional yang tidak dipakai. Oleh karena itu elektroda pembumian tersebut bisa dimanfaatkan untuk memperbaiki nilai resistansi pembumian instalasi listrik. Hal tersebut menjadi latar belakang dalam penelitian ini yang bertujuan untuk memperbaiki nilai resistansi pembumian instasi listrik di Laboratorium Instalasi Listrik Polban sehingga bisa mengurangi bahaya sengatan listrik yang mungkin terjadi akibat kegagalan isolasi. Metode penelitian dalam penelitian ini adalah metoda eksperimental yaitu dengan melakukan pengukuran nilai resistansi pembumian instalasi listrik sebelum perbaikan dan setelah perbaikan dengan alat ukur Earth Tester. Perbaikan nilai resistansi pembumian instalasi dilakukan dengan cara menggabungkan elektroda pembumian bekas proteksi petir dengan elektroda pembumian instalasi listrik. Hasil yang dicapai dari penelitian ini adalah bisa memperkecil nilai resistansi pembumian instalasi listrik yang semula 10,3 Ohm sebelum perbaikan menjadi 1 Ohm setelah perbaikan, dan telah sesuai dengan Persyaratan Umum Instalasi Listrik Tahun 2000.
Keywords: earthing, earth tester, electrodes, electric shock.
Abstract
The grounding resistance at the Bandung State Polytechnic (Polban) Electrical Installation Laboratory is 10.3 Ohm. This value exceeds the maximum standard according to the 2000 General Electrical Installation Requirements (PUIL 2000), which is a maximum of 5 Ohms. The lightning protection at the Bandung State Polytechnic, which originally used a conventional system, has switched to an electrostatic system because a lot of copper wires are missing so that many former conventional lightning protection electrodes are not used. Therefore the grounding electrode can be used to improve the earthing resistance value of electrical installations. This is the background of this study which aims to improve the earthing resistance value of electrical installations at the Polban Electrical Installation Laboratory so that it can reduce the danger of electric shock that may occur due to insulation failure. The research method in this study is an experimental method, namely by measuring the value of the grounding resistance of electrical installations before repair and after repair with an Earth Tester measuring instrument. Improvement of the grounding resistance value of the installation is carried out by combining the ground electrode from the lightning protection with the earthing electrode of the electrical installation. The results achieved from this study are to reduce the earthing resistance value of electrical installations which was originally 10.3 Ohm before repair to 1 Ohm after repair, and is in accordance with the General Requirements for Electrical Installation in 2000.
Keywords: earthing, earth tester, electrodes, electric shock.
1. Pendahuluan
Pembumian adalah salah satu sistem proteksi yang sangat penting dalam instalasi listrik, karena berfungsi menyalurkan arus listrik dalam keadaan tidak normal ke dalam tanah, sehingga dapat mengamankan manusia. Nilai resistansi pembumian harus sekecil mungkin, karena
dengan resistansi yang kecil dapat mengalirkan arus gangguan langsung ke tanah. Faktor yang mempengaruhi nilai resistansi pembumian di suatu tempat adalah resistansi dari elektroda pembumian, resistansi elektroda pembumian dengan kontak tanah di sekelilingnya dan resistansi jenis tanah. Masing-masing tanah memiliki karakteristik yang berbeda dikarenakan tanah terdiri dari
343
beberapa lapisan dan masing-masing dari lapisan tersebut berbeda kedalaman, strukturnya, komposisi dan campuran kimiawi yang tidak seragam. Resistansi jenis tanah pada tanah yang sama, cenderung meniliki nilai yang seragam. Faktor ligkungan yang dapat mempengaruhi besaran resistansi jenis tanah adalah faktor suhu tanah, kelembaban tanah dan berapa besar bahan campuran kimiawi yang terkandung dalam tanah tersebut [1], [2], [3], [14]. Resistansi pembumian total seluruh sistem tidak boleh lebih dari 5 Ohm. Untuk daerah yang resistansi jenis tanahnya sangat tinggi, resistans pembumian total seluruh sistem boleh mencapai 10 Ohm [4], [6], [9], [10].Pembumian dengan keandalan yang tinggi mempunyai nilai resistansi pembumian sekecil mungkin dan sesuai standar akan meningkatkan keamanan bagi manusia terhadap bahaya sengatan listrik akibat adanya arus bocor ke bagian logam peralatan listrik yang seharusnya tidak boleh bertegangan [5].
Resistansi Pembumian instalasi listrik di Laboratorium Instalasi Listrik Politeknik Negeri Bandung melebihi ketentuan Persyaratan Umum Instalasi Listrik Tahun 2000 yaitu sebesar 10,3 Ohm. Nilai resistansi tersebut diketahui berdasarkan hasil pengukuran menggunakan alat ukur Earth Tester. Di sekitar gedung laboratorium Instalasi Listrik terdapat delapan titik elektroda batang bekas proteksi petir konvensional yang tidak dipakai. Delapan titik elektroda batang tersebut bisa digunakan untuk memperbaiki nilai resistansi pembumian instalasi listrik dengan cara menggabungkan ke delapan titik elektroda batang bekas proteksi petir dengan pembumian instalasi listrik. Permasalahan di atas menjadi latar belakang dilakukannya penelitian ini dengan mengangkat topik perbaikan nilai resitansi pembumian instalasi menggunakan delapan titik elektroda bekas proteksi petir sebagai elektroda tambahan.
Bahan yang digunakan untuk elektroda batang pembumian adalah logam tembaga yang mempunyai konduktivitas tinggi. Elektroda batang dipancangkan ke dalam tanah dan ujung bawahnya lancip dengan kelancipan 45o ± 5o [7].
Sistem elektroda batang adalah suatu sistem pembumian yang menggunakan batang-batang kondutor yang ditanam tegak lurus pada permukaan tanah [8].
Gambar 1. Konstruksi elektroda batang pembumian tunggal [7]
Sistem perbaikan nilai resistansi pembumian dengan cara melakukan pengukuran pada pembumian instalasi listrik merupakan upaya perbaikan pembumian untuk mengurangi efek tegangan sentuh. Sistem pembumian, erat kaitannya dengan suatu usaha pengamanan manusian terhadap bahaya sengatan listrik [11]. Salah satu usaha yang dilakukan manusia untuk mencegah bahaya sengatan listrik adalah membuat pembumian peralatan listrik yang dihubungkan dengan pembumian dibagian netral agar pembumian peralatan listrik dapat berfungsi dengan baik [12]. Keamanan merupakan suatu faktor pertimbangan yang ditempatkan pada urutan pertama dalam sebuah sistem instalasi listrik. Adanya ancaman bahaya bagi keselamatan manusia akibat arus bocor yang menyebabkan bagian logam dari peralatan menjadi bertegangan sehingga bisa menyebabkan bahaya sengatan listrik bagi manusia [13]. Sengatan listrik terjadi ketika tubuh manusia menjadi bagian dari jalur listrik sehingga arus listrik mengalir melalui tubuh ke tanah atau bumi. Agar kejutan terjadi, perbedaan potensial atau muatan listrik yang disimpan harus ada untuk menyebabkan arus mengalir. Arus yang mengalir melalui sistem saraf pusat yang sangat sensitif dapat, dalam kondisi tertentu, menyebabkan cedera serius atau kematian.
Lima faktor penting dalam memahami risiko sengatan listrik :
• Besarnya arus.
• Durasi arus.
• Bagian tubuh manusia yang dialiri arus.
• Resistensi tubuh manusia.
• Frekuensi suplai listrik.
Inti dari semua sistem perlindungan sengatan listrik adalah sistem pembumian. Untuk menyediakan pembumian untuk suatu instalasi, diperlukan terminal pembumian [14], [15]. Hal yang baru dari penelitian ini adalah pemanfaatan elektroda batang bekas proteksi petir konvensional yang sudah tidak dipakai sebagai elektroda tambahan untuk pembumian instalasi listrik.
344
Tujuan dari penelitian ini adalah memperkecil nilai resistansi pembumian instalasi listrik di Laboratorium Instalasi Listrik Politeknik Negeri Bandung. Nilai resistansi pembumian instalasi listrik sebelum perbaikan 10,3 Ohm dan setelah perbaikan menjadi 1 Ohm. Penelitian ini sangat berbeda dengan penelitian sebelumnya karena dalam penelitian sebelumnya belum ada yang menulis topik perbaikan resistansi pembumian instalasi listrik dengan memanfaatkan elektroda batang bekas proteksi petir. Pembumian instalasi listrik merupakan salah satu upaya pengamanan manusia terhadap bahaya sentuhan tidak langsung akibat adanya arus bocor, misalnya manusia menyentuh rangka panel listrik yang bertegangan akibat kegagalan isolasi. Berdasarkan PUIL 2011, tegangan sentuh yang diijinkan≤ 50 Volt (RA x Id ≤ 50 Volt), RA adalah resistansi
pembumian dan Id adalah arus bocor [15]. Besarnya
tegangan sentuh tersebut tergantung pada besarnya arus bocor dan resistansi pembumian. Untuk nilai arus bocor yang sama maka semakin kecil resistansi pembumian maka tegangan sentuh yang terjadi semakin kecil.
2. Metode Penelitian
Penelitian ini dikaukan dengan metode eksperimental di Gedung Laboratorium Instalasi Listrik Politeknik Negeri Bandung dengan tahapan penelitian sebagai beikut : 1. Melakukan persiapan (alat dan bahan)
2. Penyambungan 8 titik elektroda bekas proteksi petir dengan kawat tembaga 16 mm2.
3. Melakukan pengukuran resistansi pembumian instalasi listrik sebelum perbaikan.
4. Melakukan penggabungan ikatan penyama tegangan 8 titik elektroda bekas proteksi petir dengan pembumian instalasi listrik.
5. Melakukan pengukuran resistansi pembumian instalasi listrik setelah perbaikan nilai resistansi pembumian. Untuk mendapatkan data dalam penelitian ini dilakukan dengan cara pengukuran nilai resistansi elektroda pembumian menggunakan alat ukur Earth Tester. Dalam melakukan pengukuran tiap titik elektroda pembumian harus dilakukan beberapa kali sampai didapat nilai yang homogen yaitu hasil pengukuran yang nilainya sama. Untuk menganalisa data hasil pengukuran dipakai nilai yang homogen, yaitu nilai hasil pengukuran yang sering muncul dengan nilai yang sama. Tahapan penelitian mulai dari persiapan alat dan bahan yang digunakan sampai selesai diilustrasikan dalam Gambar 2.
Mulai
Persiapan alat dan bahan
Penyambungan 8 titik elektroda pembumian bekas
proteksi petir Pengukuran nilai resistansi
pembumian instalasi listrik sebelum perbaikan
Pengukuran resistansi pembumian instalasi listrik setelah perbaikan, tegangan sentuh, dan arus yang melalui
tubuh manusia. Selesai Penggabungan elektroda pembumian bekas proteksi petir dengan pembumian instalasi listrik.
Gambar 2. Tahapan penelitian 3. Hasil dan Pembahasan
Gedung Laboratorium Instalasi Listrik Politeknik Negeri Bandung mempunyai ukuran panjang dan lebar 42 meter dan 21 meter dan di sekitar bangunan gedung terdapat 8 titik elektroda batang bekas proteksi petir konvensional yang sudah tidak dipakai karena kawat penyalur dari bahan tembaga sudah hilang, dan sekarang sistem proteksi petir menggunakan sistem elektrostatis.
42 meter
21 meter
Elektroda pembumian instalasi listrik Elektroda pembumianbekas proteksi petir Bak kontrol
Panel listrik
Gambar 3. Lokasi pembumian elektroda petir dan instalasi listrik
3.1. Hasil pengukuran resistansi pembumian
Hasil pengukuran resistansi pembumian instalasi listrik sebelum perbaikan, resistansi total 8 titik elektroda
345
pembumian bekas proteksi petir, dan resistansi pembumian instalasi listrik setelah perbaikan dicantumkan dalam tabel 1.Tabel 1. Hasil Pengukuran resistansi pembumian No. Elektroda
pembumian resistansi pembumian Hasil Pengukuran (Ohm) 1 Pembumian instalasi listrik sebelum perbaikan 10,3 2 Pembumian bekas
proteksi petir (8 titik elektroda paralel) 1,1 3 Pembumian instalasi listrik setelah perbaikan 1
Pada Tabel 1, perbaikan resistansi pembumian instalasi listrik dengan memanfaatkan 8 titik elektroda batang bekas proteksi petir berhasil menurunkan resistansi pembumian instalasi listrik dari 10,3 Ohm sebelum perbaikan, menjadi 1 Ohm setelah perbaikan.
3.2. Pengukuran tegangan sentuh
Dalam pengujian tegangan sentuh (v) diambil beberapa nilai arus bocor (IF) yang diatur menggunakan resistor
variabel. L1 L2 L3 PEN BKT A V IF RF RA
Gambar 3. Rangkaian pengukuran tegangan sentuh Tabel 2. Hasil pengukuran tegangan sentuh No. Arus
Bocor (A)
Tegangan sentuh (Volt) Sebelum perbaikan (RA = 10,3 Ohm) Setelah perbaikan (RA = 1 Ohm) 1 1 10,2 0,8 2 2 20,5 1,9 3 3 31 3.2 4 4 41,2 4 5 5 51,5 5 6 6 61,5 5,8 7 7 72 6,8 8 8 82,5 8.2 9 9 92,5 8,8 10 10 103,2 10,2
Perbaikan nilai resistansi pembumian instalasi listrik bisa menurunkan tegangan sentuh yang terjadi akibat arus bocor sampai sepersepuluh dari nilai tegangan sentuh sebelum perbaikan.
3.3. Pengukuran arus
Pada percobaan sengatan listrik saat terjadi arus kejut sentuhan tidak langsung, diasumsikan bawa manusia dengan resistansi tubuh sebesar 1000 Ohm [16] menyentuh BKT (Bagian Konduktif Terbuka) yang bertegangan akibat adanya arus bocor, dicatat pada Tabel 2.
Tabel 3. Arus yang melalui tubuh manusia
No.
Sebelum perbaikan
resistansi pembumian resistansi pem bumian Setelah perbaikan Tegangan sentuh (Volt) Arus melalui tubuh manusia (mA) Tegangan sentuh (Volt) Arus melalui tubuh manusia (mA) 1 10,2 10,2 0,8 0,8 2 20,5 20,5 1,9 1,9 3 31 31 3.2 3.2 4 41,2 41,2 4 4 5 51,5 51,5 5 5 6 61,5 61,5 5,8 5,8 7 72 72 6,8 6,8 8 82,5 82,5 8.2 8.2 9 92,5 92,5 8,8 8,8 10 103,2 103,2 10,2 10,2
Pada Tabel 3 membuktikan bahwa perbaikan nili resistansi pembumian instalasi listrik bisa meperkecil arus kejut listrik atau sengatan listrik secara tidak langsung. Sesuai dengan Persyaratan Umum instalasi Listrik Tahun 2000 bahwa semakin kecil nilai resistansi pembumian maka nilai arus sentuhan tidak langsung yang melalui tubuh manusia semakain kecil. Dengan kata lain semakin keci nilai resistansi pembumian instalasi listrik bisa meningkatkan keamanan manusia terhadap bahaya sengatan listrik.
4. Kesimpulan
Penelitian ini dilakukan karena di Politeknik Negeri Bandung banya elektroda batang bekas proteksi petir
346
konvensional yang tidak dipakai karena kawat penyalur petir banyak yang hilang sehingga beralih ke system elektrostatis. Di sekitar gedung Laboratorium Instalasli Listrik terdapat 8 titik elektroda batang bekas proteksi petir. Sesuai dengan toipik penelitian, tujuan dari penelitian ini adalah memperbaiki atau memperkecil nilai resistansi pembumian instalasi listrik untuk memperkecil bahaya senagtan listrik atau arus kejut listrik. Dari hasil dan pembahasan dapat disimpulkan bahwa perbaikan resistansi pembumian instalasi listrik yang dilakukan dengan menggabungkan 8 titik elektroda batang bekas proteksi petir dapat memperkecil nilai resistansi pembumian instalasi listrik dari 10,3 Ohm sebelum perbakian menjadi 1 Ohm setelah perbaikan. Hasil perbaikan resistansi pembumian tersebut bisa memperkecil arus kejut listrik sampai sepersepuluh dari sebelum dilakukan perbaikan. Penelitian selanjutnya yang bisa dilakukan sebagai pengembangan penelitian ini adalah “Pengaruh Perbaikan nilai resistansi pembumian terhadap kinerja ELCB”Ucapan terimakasih
Ucapan terimakasih disampaikan kepada P3M Politeknik Negeri bandung yang telah mendanai penelitian ini melalui skema Penelitian Pemula tahun anggaran 2020 dengan kontrak Nomor: B/186.4/PL1.R7/PG.00.03/2020. 6. Daftar acuan
[1] Aris Sunawar, ‘ Analisis Pengaruh Temperatur dan Kadar Garam Terhadap Hambatan Jenis Tanah’ SETRUM – Volume 2, No. 1, Juni 2013, Universitas Negeri Jakarta.
[2] I Wayan Sudiartha, “Analisis Pengaruh Jenis Tanah Terhadap Besarnya Nilai Tahanan Pentanahan”, Jurnal Logic Volume 16 No. 1, Maret 2016, Politeknik Negeri Bali.
[3] Deni Setiawan, ‘Analisis Pengaruh Penambahan Garam dan Arang Sebagai Soil Treatment dalam Menurunkan Resistansi Pentanahan Variasi Kedalaman Elektroda’ Transient Jurnal ilmiah Teknik Elektro, vol. 7, no. 2, 12 September 2018, UNDIP.
[4] SNI 04-0225-2000, “Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000)” Badan Standardisasi Nasional, Jakarta 2000. [5] Dian Eka Putra, ‘Pengukuran Grounding
SDP Panel Distribusi Instalasi Rekam Medis RSUP Dr. Mohammad Hoesin Palembang’ Jurnal Ampere, Volume 3, No.1, Juni 2018, Universitas Palembang. [6] Yul Martin, ‘Pengaruh Pencampuran
Gypsum Sebagai Zat Aditif Untuk
Penurunan Nilai Resistansi Grounding Pada Elektroda Batang Tunggal’, Seminar nasional teknik elektro 2018 Universitas lampung.
[7] Managam Rajagukguk, ‘Penentuan Nilai Impedansi Elektroda Batang Tunggal Berdasarkan Karakteristik Response Impuls’, Jurnal ELKHA Vol 2, Vol. 2, Juli 2010, Universitas Tanjungpura Pontianak. [8] Makmur Saini, ‘Pengembangan Sistem
Penangkal Petir dan Pentanahan Elektroda Rod dan Plat’, Journal INTEK, Volume 3, Nomor 2, 2016, Politeknik Negeri Ujung Pandang.
[9] Achmad Budiman, ‘Analisa Tahanan Pembumian Peralatan Gedung
Laboratorium Teknik Universitas Borneo Tarakan Yang Menggunakan Elektrode Pasak Tunggal Panjang 2 Meter, Jurnal JPE, Vol. 21, No. 1, Bulan Mei, Tahun 2017-Universitas Borneo Tarakan
[10] Achmad Budiman, “ Analisa Perbandingan Tahanan Pembumian Peralatan Elektroda Pasak pada Gedung Teknik Universitas Borneo Tarakan “,Jurnal Nasional Teknik Elektro Vol 6, No. 3, November 2017 Universitas Borneo Tarakan.
[11] [12] [13] [14] [15] [16]
Muhammad Suyanto, ‘Pengukuran Sistem Pentanahan pada Rumah Tinggal Sebagai Upaya Perbaikan Grounding untuk Mengurangi Efek Tegangan Sentuh’, Jurnal Teknik Vol 28 No 3 Oktober 2015 Universitas Pancasila
Thamrin Siahaan, Studi Pembumian Peralatan dan Sistem Instalasi Listrik pada Gedung Kantor BICT PT. Pelindo I (Persero) Belawan, Jurnal Teknologi Energi, Jurnal Teknik Elektro Volume VIII, Nomor 2, September 2019
Fr1ely Didit Sukardi1, Prototipe Pengaman Peralatan Instalasi Listrik dan Tegangan Sentuh Bagi Manusia dengan ELCB ( Earth Leakege Circuit Breaker ), Jurnal Teknologi Elekterika No.2, Vol.16, 2019. Lutfi Al-Sharif, Introduction to Electric Shock Protection, University of Jordan, 2015
SNI 0225-2011, “Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2011 (PUIL 2000)” Badan Standardisasi Nasional, Jakarta 2011. Hutauruk,T.S,“Pengetanahan netral sistem tenaga & pengetanahan peralatan”, Erlangga, Jakarta, 1999
![Gambar 1. Konstruksi elektroda batang pembumian tunggal [7]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/2015155.2685807/2.892.562.706.150.366/gambar-konstruksi-elektroda-batang-pembumian-tunggal.webp)
