PENGUKURAN TAHANAN PEMBUMIAN DENGAN
MENGGUNAKAN METODE FALL-OF-POTENTIAL
ALTERNATIF
Zulkarnaen Pane
1)Mustafrind Lubis
1)1) Staf Pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik USU
Abstrak
Suatu analisis yang diperluas dari pengukuran tahanan pembumian dengan menggunakan metode
fall-of-potential akan dipaparkan. Pertama-tama akan diperoleh suatu kurva yang menyatakan lokasi eksak
dari probe potensial apabila probe potensial dan probe arus berada pada arah yang berbeda. Kurva-kurva yang menggambarkan kesalahan pengukuran juga ditampilkan untuk kasus apabila probe potensial ditempatkan di mana tahanan pembumian yang benar tidak dapat diukur. Studi yang dibahas pada artikel ini telah memperluas teori metode fall-of-potential konvensional dan hasil yang diperoleh dapat menjadi petunjuk praktis untuk pengukuran tahanan pembumian yang dilakukan dengan menggunakan metode ini.
Kata kunci: Fall-of-potential, Pengukuran tahanan pembumian, Pembumian Abstract
An extended analysis of ground resistance measurement using the fall-of-potential method will be presented. A curve that represents the exact locations of the potential probe when the potential and current probes are in different directions is obtained for the first time. Curves representing measurement error are also presented for the case when the potential probe is placed in locations where the correct ground resistance cannot be measured. The study presented in this paper has extended the theory of the conventional fall-of-potential method and the results obtained can serve as a practical guide for ground resistance measurements made using this method.
Keywords: Fall-of-potential, Ground resistance measurement, Grounding
1. Pendahuluan
Metode fall-of-potential merupakan teknik dasar yang secara luas digunakan untuk pengukuran tahanan pembumian (IEEE Std. 81, !983). Pengukuran dilakukan dengan menggunakan tiga titik pengukuran yaitu elektroda pembumian (elektroda yang diuji), elektroda potensial (probe potensial) dan elektroda arus yang diletakkan pada posisi yang segaris dengan jarak yang telah ditentukan. Jarak antara probe potensial dengan elektroda pembumian (LP) adalah sama dengan 0,618 kali
jarak antara elektroda arus dengan elektroda pembumian (LC) atau LP = 0,618 LC.
Meskipun secara teoretis elektroda-elektoda yang diuji dapat ditempatkan segaris dengan probe potensial dan elektroda arus, namun dalam kenyataannya di lapangan tidak
selalu elektroda-elektroda yang diuji tersebut bisa diletakkan segaris dengan probe potensial dan elektroda arus. Hal ini disebabkan karena di lapangan selalu saja ada halangan yang mengakibatkan probe pengujian tidak bisa diletakkan segaris, seperti adanya bangunan-bangunan, batu-batuan, atau pipa metalic pada titik-titik pengujian. Hal seperti ini juga perlu dilakukan untuk mereduksi pengaruh kopling induktif di antara kabel-kabel yang digunakan dalam pengukuran yaitu kabel untuk elektroda arus dan kabel untuk probe potensial (Ma, 2001). Untuk mengatasinya, salah satu titik pengujian dalam hal ini probe potensial, diletakkan pada posisi yang tidak segaris dengan elektroda pengujian dan elektroda arus dan metode seperti ini disebut metode
antara probe potensial dengan elektroda pembumian yang diuji sekarang? Apakah masih sama dengan jarak semula?
Studi mengenai pengukuran tahanan pembumian dengan metode “fall-of-potential” dengan posisi probe-probe yang tidak segaris ini sudah pernah dilakukan oleh Jinxi Ma dan Farid P. Dawalibi (2002). Studi tersebut dilakukan untuk menentukan lokasi probe potensial di mana pengukuran yang akurat masih dapat diperoleh (selanjutnya disebut dengan “lokasi probe eksak”). Studi tersebut juga menghasilkan kurva untuk menentukan kesalahan pengukuran jika probe potensial ditempatkan pada lokasi di mana tahanan pembumian yang sebenarnya tidak dapat diukur dengan tepat. Tertarik akan hal tersebut penulis mencoba menerapkan hasil studi tersebut untuk mengukur tahanan pembumian grid pada sebuah bak air.
Pengukuran Tahanan Pembumian dengan Menggunakan Metode Fall-of-Potential Alternatif (Zulkarnaen Pane dan Mustafrind Lubis) 71
2. Metode “Fall-of-Potential” Alternatif
(Dimcev, 2002)
Pengukuran tahanan pembumian dengan menggunakan metode “fall-of-potential alternatif” diperlihatkan dalam Gambar 1. Arus I diinjeksikan di antara elektroda E (elektroda pembumian) dan elektroda C (elektroda arus). Kemudian diukur tegangan V di antara elektroda E dan elektroda P (elektroda potensial). Nilai tahanan pembumian adalah sama dengan V/I. 2.1 Penentuan Lokasi Probe Eksak (Ma,
2002)
Gambar 1. Ketentuan umum pengukuran tahanan pembumian
Diasumsikan bahwa elektroda pembumian, elektroda arus dan probe potensial adalah elektroda setengah bola dengan radius r. GPR (ground potential rise) dari elektroda pembumian (VE) diberikan oleh:
VE = C I I 2 r 2 L ρ − ρ π π ... (1)
Di mana ρ adalah tahanan jenis tanah dan I adalah arus yang diinjeksikan ke elektroda
pembumian. Potensial bumi pada lokasi probe potensial (Vp) adalah: Vp = 2 2 P C P C P I I 2 L 2 L L 2 L L cos ρ − ρ π π + − θ ... ( 2 )
Perbedaan di antara VE dan Vp merupakan
tegangan yang diukur (ΔV). Tahanan pembumian yang diukur adalah Rm = ΔV/I. Jadi:
Rm = 2 2 C P C P C P 1 1 1 1 2 r L L L L 2 L L cos θ ⎡ ⎤ ρ ⎢ − − + ⎥ π ⎢⎣ + − ⎥⎦ ... (3)
Karena tahanan pembumian sebenarnya dari elektroda pembumian secara pendekatan adalah: Rg = 2 rρπ ... (4)
maka kesalahan pengukuran Re = Rm - Rg
adalah: Re = 2 2 C P C P C P 1 1 2 L L 2 L L cos L 1 L ⎡ ⎤ ρ ⎢ − − ⎥ π ⎢⎣ + − θ ⎥⎦ ... (5) di mana:
LC = jarak antara titik tengah elektroda
pembumian ke elektroda arus
LP = jarak antara titik tengah elektroda
pembumian ke probe tegangan θ = sudut antara LC dan LP
ρ = tahanan jenis tanah
Kesalahan pengukuran ini diakibatkan oleh adanya tahanan bersama antara elektroda pembumian dan probe tegangan, tahanan bersama antara elektroda arus dan probe potensial dan tahanan bersama antara elektroda arus dan elektroda pembumian (Wang, 1998). Untuk mengurangi kesalahan yang diakibatkan oleh tahanan bersama ini dapat dilakukan dengan cara mengubah jarak antara elektroda pembumian ke probe potensial dan jarak elektroda pembumian ke elektroda arus.
Misalkan Re = 0, diperoleh: 2 P P P 1 1 L ' 1 L ' 2L 'cos 1 0 − − = + − θ ... ( 6 ) atau LP’ = ( 1 + LP’ ) 1 L '+ P2−2L 'cosP θ ... ( 7 ) di mana LP’ = LP / LC
Jika LP’ = 1, diperoleh |sin θ/2| = 0,25 yang
menghasilkan sudut |θ| = 28,9550. Sudut 28,9550
pengukuran masih dapat diperoleh dan lokasi
probe potensial pada posisi ini disebut lokasi probe eksak. Pengukuran dengan sudut θ yang lebih besar dari 28,9550 akan menghasilkan
tahanan pembumian yang selalu lebih kecil dari nilai yang sebenarnya.
Untuk nilai θ yang lain, dengan |θ| < 28,9550, lokasi probe potensial eksak (jarak L
P’)
sebagai fungsi sudut θ dapat diperoleh dengan menyelesaikan persamaan (7) secara numerik. Lokasi probe potensial eksak yang dinyatakan dalam (θ,LP’) digambarkan dalam Gambar 2.
Gambar 2. Posisi probe potensial eksak untuk lapisan tanah yang uniform
Tabel 1. Posisi probe potensial eksak Sudut |θ| (derajat) Jarak LP1’ (LP1’ < 1) Jarak LP2’ (LP2’ > 1) 0 .618037 1.618036 2 .618750 1.616166 4 .620908 1.610546 6 .624560 1.601132 8 .629785 1.587855 10 .636699 1.570595 12 .645498 1.549198 14 .656416 1.523417 16 .669824 1.492919 18 .686240 1.457216 20 .706445 1.415546 22 .731718 1.366659 24 .764375 1.308261 26 .809531 1.235292 28 .884921 1.130038 28,955 1.000000 1.000000
Perlu dijelaskan bahwa meskipun posisi
probe potensial eksak yang diperoleh dari
Tabel 1 diturunkan dan dihitung dengan asumsi bahwa elektroda pembumian dan elektroda arus berbentuk setengah bola, namun Tabel 1 masih berlaku untuk sistem pembumian sebenarnya asalkan pengukuran dilakukan dengan jarak elektroda arus dan sistem pembumian jauh lebih besar dari ukuran sistem pembumian itu sendiri.
Dari Gambar 2 terlihat bahwa ketika θ < 28,955o, ada dua akar nyata dari persamaan (7)
dari setiap sudut θ, yang satu lebih kecil dari satu, sedangkan yang lainnya lagi lebih dari satu. Untuk θ > 28,955o tidak terdapat akar nyata, ini menyatakan bahwa posisi probe potensial eksak tidak bisa didapatkan lagi.
Menarik untuk dicatat bahwa setiap pasangan akar yang terdapat dalam Tabel 1 berkaitan dengan sepasang titik simetris pada suatu lingkaran dengan jari-jari 1 dengan titik tengahnya terletak pada (0,0), karena hubungan LP1’ x LP 2’ = 1 selalu terpenuhi. Kita ambil θ =
100 sebagai contoh. Dari Tabel 1 kita dapatkan
0,636699 x 1,570595 = 1. Pada kenyataannya, hanya akar yang lebih kecil atau sama dengan 1 yang diperlukan. Pengukuran pada lokasi-lokasi ini menggunakan kabel yang lebih pendek daripada lokasi untuk LP’>1.
Sebagai catatan bahwa tempat kedudukan titik-titik akar tersebut tidak berupa sebuah lingkaran, melainkan sebuah elips dengan persamaan: ( )2 2 0 2 X X Y A B − + 2 = 1 ... (8)
Di mana X dan Y adalah sumbu koordinat Gambar 3 dengan X0 = 1,105 serta A dan B
adalah konstanta dengan A = 0,5 dan B = 0,54. Perbandingan antara tempat kedudukan akar-akar dan elips dijelaskan pada Gambar 3. Kelihatannya bahwa posisi probe potensial eksak yang sesuai dengan sudut θ tertentu kira-kira bisa dilihat di titik perpotongan antara elips dan garis sepanjang arah radial dari sudut θ. Bisa diamati bahwa ketika titik pengukuran berada di luar elips, tahanan pembumian yang diukur selalu lebih kecil dari tahanan pembumian yang sebenarnya, karena Re dalam
kasus ini negatif. Sebaliknya ketika titik pengukuran berada di dalam elips, tahanan pembumian yang diukur akan selalu lebih besar dari tahanan pembumian yang sebenarnya.
Penjelasan fisik dari hal yang disebutkan di atas adalah sebagai berikut: Pertama, posisi
probe potensial eksak bersesuaian dengan posisi
di mana tegangan terukur sama dengan tegangan elektroda pembumian tanpa elektroda arus (GPR yang sebenarnya). Tegangan terukur adalah perbedaan antara tegangan elektroda pembumian dengan potensial bumi pada posisi probe yang berada di sekitar elektroda arus. Adanya elektroda arus ini akan mengurangi tegangan elektroda pembumian dan juga potensial bumi. Pada posisi probe eksak, perbedaan antara penurunan tegangan elektroda pembumian dan penurunan potensial bumi yang terjadi akan sama dengan tegangan elektroda pembumian tanpa adanya elektroda arus (GPR yang sebenarnya).
Pengukuran Tahanan Pembumian dengan Menggunakan Metode Fall-of-Potential Alternatif (Zulkarnaen Pane dan Mustafrind Lubis) 73
Gambar 3. Elips yang merepresentasikan jejak akar
Sekarang bisa dipahami bahwa ketika lokasi pengukuran terletak di luar elips, pengaruh elektroda arus terhadap potensial bumi tidak cukup kuat untuk mengurangi potensial bumi ke nilai yang diharapkan. Sebaliknya, ketika posisi pengukuran di dalam elips, pengaruh elektroda arus terhadap potensial bumi begitu besar sehingga pengurangan potensial bumi terlalu besar, hasilnya adalah tegangan yang diukur lebih besar dari GPR sebenarnya dari elektroda pembumian, tanpa adanya elektroda arus.
.
2.2 Kesalahan Pengukuran untuk θ > 28,955o Dari uraian sebelumnya, telah dijelaskan bahwa untuk sudut yang lebih besar dari 28,955o tidak ada posisi probe yang cocok. Artinya tahanan pembumian akan memiliki error pada kondisi ini. Kesalahan relatif (ε) bisa diperoleh dari R Re di mana Re adalah kesalahan
pengukuran yang didapat dari persamaan (5), dan R adalah tahanan pembumian yang sebenarnya yang dihitung dari ρ/2πr, dan r adalah jari-jari ekuivalen dari elektroda setengah bola yang diuji, sehingga diperoleh:
ε = Re R = r’ 2 P P P 1 1 1 L ' 1 L ' 2L 'cos ⎛ ⎞ ⎜ + − ⎟ ⎜ + − θ⎟ ⎝ ⎠ ... (9) di mana r’ = r/LC
Untuk elektroda grid, tahanan pembumiannya dihitung berdasarkan rumus pendekatan Sverak (IEEE Std., 80 - 1986], sehingga jari-jari ekuivalen elektroda setengah bolanya adalah: r = 1 1 1 1 2 1 L 20A 1 h 20 A ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ π⎢ + ⎜ + ⎟⎥ ⎜ + ⎟ ⎢ ⎝ ⎠⎥ ⎣ ⎦ ... (10)
Gambar 4 menunjukkan variasi kesalahan pengukuran terhadap θ untuk LP’ = 1 dan untuk
beberapa nilai r’ yang berbeda. Bisa dilihat bahwa pada θ = 28,955o, kesalahan relatif
adalah nol untuk semua nilai r’. Semakin besar nilai r’ maka kesalahan pengukuran juga akan semakin besar. Ini dapat dipahami karena r’ adalah indikasi ukuran relatif sistem pembumian terhadap jarak antara elektroda arus dan titik tengah sistem pembumian. Sebagai contoh untuk r’ = 0,5 artinya diameter sistem pembumian adalah sama dengan jarak antara elektroda arus dengan titik tengah sistem pembumian. Tak pelak lagi, elektroda arus pada kasus ini tidak cukup jauh dari elektroda pembumian. Kesalahan pengukuran relatif meningkat dengan cepat dengan meningkatnya θ ketika θ > 28,955o. Pada θ = 90o, kesalahan
pengukuran relatif lebih dari 65%. Untuk r’ yang lebih kecil, kesalahan pengukuran lebih kecil. Ketika r’ = 0,1, artinya jarak antara elektroda arus dan titik tengah dari sistem pembumian adalah lima kali ukuran sistem pembumian tersebut, kesalahan pengukuran relatif maksimumnya adalah sebesar 10% pada θ = 180o. Bisa dilihat bahwa di antara kisaran
θ = 90o dan θ = 180o, perubahan kesalahan
Gambar 4. Kesalahan pengukuran relatif untuk LP’= 1 dalam koordinat kartesian
Gambar 5. Kesalahan pengukuran relatif untuk r’ = 0,1
Gambar 5 menunjukkan variasi kesalahan pengukuran relatif terhadap θ untuk r’ = 0,1 dan Lp’ yang berbeda. Bisa dilihat bahwa semakin
besar LP’, kesalahan pengukuran akan lebih
kecil. Kenyataannya ketika LP’ = ∞, dari
persamaan (9), diperoleh ε = r’. Pada kasus ini, r’ = 0,1 artinya kesalahan pengukuran relatif untuk LP’ = ∞ adalah sebesar 10% untuk semua
nilai θ. Kenyataannya, meskipun LP’ = 2,5
menunjukkan jarak antara probe potensial dan titik tengah sistem pembumian adalah 2,5 kali jarak antara elektroda arus dan titik tengah sistem pembumian, kesalahan pengukuran maksimum adalah sebesar 11,6%, di mana nilainya hampir mendekati ketika LP’ = ∞.
Ketika LP’ adalah satu, artinya jarak antara
probe potensial dan titik tengah sistem
pembumian adalah sama dengan jarak antara elektroda arus dan titik tengah sistem pembumian, kesalahan pengukuran relatif maksimum adalah sebesar 15,1%. Sama seperti Gambar 4, pada kisaran θ = 90o dan θ = 180o,
kesalahan pengukurannya tidak jauh berbeda.
3. Pengukuran Tahanan Pembumian
Model Grid pada Bak Air
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa Jinxi Ma dan Farid P. Dawalibi telah melakukan studi mengenai pengukuran tahanan pembumian dengan metode “fall-of-potential” untuk probe-probe arus dan potensial yang tidak segaris. Studi tersebut dilaksanakan untuk dua sudut θ. Pertama untuk sudut θ ≤ 290 dan kedua
untuk sudut θ > 290. Hasil studi tersebut
menyatakan bahwa untuk sudut θ ≤ 290 masih
bisa diperoleh hasil yang akurat jika dipenuhi hubungan yang dinyatakan dalam Tabel 1, untuk sudut θ > 290 diperoleh kesalahan pengukuran
yang dapat ditentukan berdasarkan persamaan (9). Untuk membuktikan hasil studi tersebut maka dilakukan pengukuran dengan metode yang sama pada beberapa model grid pada bak air.
3.1 Peralatan Pengujian dan Bahan-Bahan yang Digunakan
Adapun peralatan-peralatan yang dipergunakan dalam pengukuran tahanan pembumian pada bak air ini adalah:
1. 1 set bak air atau bak elektrolitik ukuran : 1 m x 1 m x 0,5 m bahan : plat seng setebal 3,5 mm 2. 1 unit pengatur tegangan bolak-balik (variac)
input : 220 V AC, 50 Hz output : 0 – 240 V AC
kapasitas : 1 KVA
3. 1 buah kapasitor AC 10μF, 300 VAC 4. 1 buah ampere meter digital
5. 1 buah volt meter digital yang mempunyai impedansi 10 MΩ
6. 1 batang aluminium penggantung probe dari model elektroda berukuran 2,5 cm x 2,5cm x 115cm
7. Kabel secukupnya.
Sedangkan bahan-bahan yang diperlukan untuk pengujian ini ialah:
1. Empat buah model elektroda grid dengan diameter konduktor = 0,9 mm masing-masing berukuran:
Grid 1: Ukuran 8 cm x 8 cm: Jumlah Mesh 16 Grid 2: Ukuran 8 cm x 8 cm: Jumlah Mesh 64 Grid 3: Ukuran 16 cm x 16 cm: Jumlah Mesh 16 Grid 4: Ukuran 16 cm x 16 cm: Jumlah
Mesh 64
2. Dua buah probe:
diameter probe : 1 mm bahan probe : baja 3. Air sebagai medium:
jumlah : secukupnya sumber : air ledeng 3.2 Rangkaian Pengujian
Gambar 6 memperlihatkan rangkaian pengujian yang digunakan. Kapasitor C, 10 μF, berfungsi untuk mencegah mengalirnya arus DC yang dapat ditimbulkan karena ketidaksamaan bahan yang digunakan, yaitu model grid
pembumian yang terbuat dari tembaga dan dinding bak yang terbuat dari plat bergalvanis, serta menghindari terjadinya polarisasi. Selama pengujian dioperasikan arus sebesar 10 mA.
Bak air atau bak elektrolitik yang digunakan berukuran 100 cm x 100 cm x 50 cm yang terbuat dari plat bergalvanis (galvanized
iron) dengan ketebalan 0,35 mm. Untuk
memperkecil pengaruh terbatasnya ukuran bak, maka ukuran model sistem pembumian harus lebih kecil atau sama dengan 1/5 ukuran bak. Dengan ukuran bak yang tidak kurang dari 5 kali ukuran model grid pembumian ternyata aliran distribusi arus yang diinjeksikan dan garis-garis ekipotensial yang timbul tidak akan terganggu oleh dinding bak tersebut (Thapar, 1987).
Pengukuran Tahanan Pembumian dengan Menggunakan Metode Fall-of-Potential Alternatif (Zulkarnaen Pane dan Mustafrind Lubis) 75
(a)
(b)
Gambar 6. Rangkaian pengujian tahanan pembumian: a. Gambar rangkaian pengujian; b. Tampak atas bak air
3.3 Prosedur Pengujian
3.3.1 Pengukuran dengan θ ≤ 290
1. Ukur tahanan jenis air dengan menggunakan metode Wenner.
2. Buat rangkaian seperti Gambar 6a.
3. Masukkan elektroda arus dan probe potensial ke dalam air sedalam 3 mm. 4. Masukkan model elektroda grid 1 ke dalam
air sedalam 1 cm.
5. Atur jarak elektroda arus dengan model elektroda grid (LC) sejauh 20 cm.
6. Atur jarak probe potensial dan model elektroda grid sejauh LP, di mana LP =
0,618LC dengan sudut θ = 00.
7. Injeksikan arus pengujian sekitar 10 mA dengan cara mengatur variac.
8. Catat nilai tegangan dan arus pada voltmeter dan amperemeter dan catat hasilnya pada tabel data.
9. Hitung nilai tahanan pembumian dengan menggunakan rumus Rukur = VI
10. Ulangi langkah 5 sampai dengan langkah 9 dengan LP’ yang bersesuaian dengan sudut
tersebut yang dapat dilihat pada Tabel 1 dengan parameter-parameter sebagai berikut:
Tabel 2. Parameter-parameter pengujian untuk θ ≤ 290
Model Elektroda LC Sudut θ
Elektroda Grid 1 20 cm 00, 80, 160 , 240, dan 290 Elektroda Grid 2 20 cm Elektroda Grid 3 40 cm Elektroda Grid 4 40 cm 3.3.2 Pengukuran dengan θ > 290
1. Ulangi kembali langkah 5 sampai dengan langkah 9 dengan sudut θ > 290 dengan
parameter-parameter sebagai berikut: Tabel 3. Parameter-parameter pengujian untuk θ >
290 Model Elektroda LC LP' Sudut θ (0) Elektroda Grid 1 20 cm 0,6; 0,8; 1 300; 450 600; 900; 1200; 1350;1500;1800 Elektroda Grid 2 20 cm Elektroda Grid 3 40 cm Elektroda Grid 4 40 cm
4. Data Hasil Pengujian
Pada bagian ini akan ditunjukkan data hasil pengukuran dengan sudut probe potensial yang berbeda-beda. Harga tahanan pembumian hasil pengukuran ditentukan sesuai dengan langkah 9.
Dari hasil pengukuran yang dilakukan dengan metode Wenner terhadap tahanan jenis air diperoleh = 58,67 Ω. Kemudian harga tahanan hasil teori untuk elektroda grid dihitung berdasarkan rumus pendekatan Sverak dengan tahanan jenis air 58,67 Ω. Perbedaan di antara kedua harga (persen kesalahan) dapat dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut:
ρ
Harga-harga persen kesalahan untuk keempat model elektroda pembumian tersebut dapat dilihat dalam tabel kolom error (%). 4.1 Hasil Pengukuran Tahanan Pembumian
dengan θ ≤ 290
Hasil pengujian untuk elektroda grid dengan ρ = 68,3 Ω-m; h = 1 cm dan I = 10 mA dapat dilihat pada Tabel 4.
Persen Kesalahan (error) = hitung ukur
hitung
R R
R −
x 100% .... (11)
Tabel 4. Tahanan pembumian elektroda grid Model
Grid
LC
(cm) θ LP = LP’LC V (Volt) Rukur Rhitung % error
Grid 1 8 cm x 8 cm 16 mesh d = 0,9 mm 20 00 12,36074 3,88 388 398,73 2,69 80 12,5957 3,89 389 398,73 2,44 160 13,39648 3,89 389 398,73 2,44 240 15,2875 3,91 391 398,73 1,94 290 20 3,90 390 398,73 2,19 Grid 2 8 cm x 8 cm 64 mesh d = 0,9 mm 20 00 12,36074 3,70 370 360,78 -2,56 80 12,5957 3,71 371 360,78 -2,83 160 13,39648 3,72 372 360,78 -3,11 240 15,2875 3,71 371 360,78 -2,83 290 20 3,72 372 360,78 -3,11 Grid 3 16 cm x 16 cm 16 mesh d = 0,9 mm 40 00 12,36074 2,10 210 212,74 1,29 80 12,5957 2,08 208 212,74 2,23 160 13,39648 2,09 209 212,74 1,76 240 15,2875 2,08 208 212,74 2,23 290 20 2,09 209 212,74 1,76 Grid 4 16 cm x 16 cm 64 mesh d = 0,9 mm 40 00 12,36074 1,92 192 193,77 1,02 80 12,5957 1,92 192 193,77 1,02 160 13,39648 1,92 192 193,77 1,02 240 15,2875 1,91 191 193,77 1,33 290 20 1,91 191 193,77 1,33
4.2 Hasil Pengukuran Tahanan Pembumian dengan θ > 290
Dengan harga-harga r untuk model-model elektroda yang diperoleh dari persamaan (10), maka akan didapatkan nilai r’ dan dengan diketahuinya harga-harga LC, LP serta besarnya
sudut θ maka akan diperoleh kesalahan
pengukuran relatif (ε) dengan cara
menyelesaikan persamaan (9). ¾ Elektroda Grid 1
Kesalahan pengukuran relatif dari hasil pengujian untuk elektroda grid 1 (8 x 8 cm; 16
mesh) dengan ρ = 57,86 Ω-m; I = 10 mA; LC =
20 cm; h = 1 cm dan r’ = 0,1365 dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Kesalahan pengukuran relatif elektroda grid 1 untuk LC = 20 cm dengan LP’ yang
berbeda
¾ Elektroda Grid 2
Kesalahan pengukuran relatif dari hasil pengujian untuk elektroda grid 2 (8 x 8 cm; 64
mesh) dengan ρ = 55,23 Ω-m; I = 10 mA; LC =
20 cm; h = 1 cm dan r’ = 0,1506 dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Kesalahan pengukuran relatif elektroda grid 2 untuk LC = 20 cm dengan LP’ yang
berbeda
Pengukuran Tahanan Pembumian dengan Menggunakan Metode Fall-of-Potential Alternatif (Zulkarnaen Pane dan Mustafrind Lubis) 77
¾ Elektroda Grid 3
Kesalahan pengukuran relatif dari hasil pengujian untuk elektroda grid 3 (16 x 16 cm; 16 mesh) dengan ρ = 57,86 Ω-m; I = 10 mA; LC
= 40 cm; h = 1 cm dan r’ = 0,1277 dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Kesalahan pengukuran relatif elektroda grid 3 untuk LC = 40 cm dengan LP’ yang
berbeda
¾ Elektroda Grid 4
Kesalahan pengukuran relatif dari hasil pengujian untuk elektroda grid 4 (16 x 16 cm; 64 mesh) dengan ρ = 57,86 Ω-m; I = 10 mA; LC= 40 cm; h = 1 cm dan r’ = 0,1402 dapat
dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Kesalahan pengukuran relatif elektroda grid 4 untuk LC = 40 cm dengan LP’
5. Analisis Hasil Pengujian
Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa ukuran dan jumlah mesh dari suatu grid sangat mempengaruhi besarnya tahanan pembumian. Semakin besar ukuran grid, maka nilai tahanan pembumian akan semakin kecil, begitu juga jumlah mesh, semakin banyak jumlah mesh dari suatu grid maka tahanan pembumian dari sebuah elektroda grid akan semakin kecil.
Dari tabel tersebut bisa juga dilihat bahwa nilai tahanan yang diperoleh dari pengujian ini sudah cukup akurat dengan persentase kesalahan di bawah 5%. Hal ini juga menunjukkan bahwa untuk pengukuran dengan menggunakan elektroda grid sudah sesuai dengan hasil studi yang dilakukan oleh Jinxi Ma dan Farid P. Dawalibi. Sehingga hasil studi yang dilakukan oleh Jinxi Ma dan Farid P. Dawalibi juga bisa diterapkan di lapangan.
Dari Gambar 7 s.d. Gambar 10 dapat dilihat bahwa hasil pengukuran sudah sesuai dengan hasil studi yang dilakukan oleh Jinxi Ma dan Farid P. Dawalibi. Di mana kesalahan pengukuran relatif akan semakin besar apabila sudut θ semakin besar, dan untuk sudut θ > 290,
hasil pengukuran sudah tidak akurat.
Untuk LP’ ≤ 1 semakin kecil nilai LP’,
maka kesalahan pengukuran relatif akan semakin besar, dan sebaliknya semakin besar nilai LP’, maka kesalahan pengukuran relatif
akan semakin kecil.
Untuk LC yang sama, semakin banyak
jumlah mesh pada suatu elektroda grid, maka kesalahan pengukuran relatif juga akan semakin besar. Ini dapat dipahami karena semakin banyak jumlah mesh, maka akan berpengaruh pada panjang total konduktor grid (L), sehingga dari analisis rumus pendekatan Sverak, dengan bertambahnya panjang total konduktor grid akan mempengaruhi nilai r dan r’, dan dari persamaan (9) dengan bertambahnya nilai r dan r’ maka kesalahan pengukuran relatif juga akan semakin bertambah. Dan hal ini juga diperlihatkan dalam Gambar 7 s.d. Gambar 10 di mana semakin besar nilai r’ maka kesalahan pengukuran relatif juga akan semakin besar.
6. Kesimpulan
1. Hasil pengukuran yang akurat masih bisa diperoleh apabila posisi probe potensial dan probe arus tidak segaris dengan syarat sudut yang dibentuk antara elektroda pembumian dengan probe potensial adalah ≤ 28,9550 dengan ketentuan L
p’ sesuai
dengan Tabel 1.
2. Semakin besar sudut θ yang dibentuk pada elektroda grid, maka akan semakin besar juga persentase error yang didapatkan. 3. Semakin besar ukuran grid dan semakin
banyak jumlah mesh pada grid pembumian maka nilai tahanan pembumian akan semakin kecil.
4. Dengan mengetahui persentase error hasil pengukuran, maka kita dapat mengetahui berapa besar tahanan pembumian yang sebenarnya.
Daftar Pustaka
An American National Standard, “IEEE Guide for Safety In AC Substations Grounding”, ANSI/IEEE Std. 80-1986.
Dimcev, V., Handjiski, B., Vrangalov, P., Sekerinska, R., “Impedance Measurement Systems with Alternative Fall-of Potential Method”, Electrotechnical Faculty, University Sts. Cyril and Methodius, Skopje, Macedonia, 2002.
“IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of Ground System”, IEEE Stand. 81-1983, 1983.
Ma, J. and Dawalibi, F. P., “Influence of Inductive Coupling between Leads on Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-potential Method,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 16, No. 4, October 2001.
Ma, J. and Dawalibi, F. P., “Extended Analysis of Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential Method,” IEEE Trans. On Power Delivery, Vol. 17, No.4, Oct. 2002.
Wang, C., Takasima, T., Sakuta, T., and Tsubota, Y., “Grounding Resistance Measurements Using Fall-of-potential Method with Potential Probe Located in Opposite Direction to the Current Probe”, IEEE Trans. Power Delivery, vol. 13, pp. 1128-1135, Oct 1998.
Thapar, B., Goyal, S.L., “Scale Model Studies of Grounding Grids in Non-Uniform Soils”, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. PWRD-2, No. 4, Oct 1987.
