SISTEM PEMBUMIAN (GROUNDING) DUA BATANG SISTEM PENGAMAN TENAGA LISTRIK
Oleh:
I MADE SUARTIKA NIP: 196503261994121001
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA KAMPUS BUKIT JIMBARAN - BALI
2017
ii
sistem pentanahan saja tidaklah cukup, namun sistem pentanahan haruslah memiliki nilai tahanan pentanahan yang sekecil-kecilnya atau mendekati nol. Namun untuk mendapatkan nilai tahanan pentanahan yang kecil tidaklah mudah. Untuk mendapatkan nilai tahanan pentanahan dengan nilai tertentu dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti : bentuk sistem pentanahan, jenis tanah, suhu tanah, kelembaban tanah, diameter elektroda, kandungan elektrolit tanah dan lain-lain. Bila tanpa memperhatikan faktor-faktor tersebut sangat sulit akan didapatkan nilai tahanan pentanahan yang sekecil-kecilnya atau nilai tahanan pentanahan yang diinginkan, baik dari nilai tahanan pentanahan jangka pendek maupun jangka panjang, karena evaluasi sistem pentanahan wajib dilakukan setiap 6 bulan (PUIL, 2000).
Sistem pentanahan dua batang ditanam vertikal dengan jarak antar elektroda lebih besar dari pada panjang elektroda (S > L) cocok dipasang pada daerah manapun, namun sistem pentanahan tersebut membutuhkan lahan yang sangat luas, tidak efektif untuk daerah yang sempit.
Melihat dari faktor-faktor yang mempengaruhi nilai tahanan pentanahan seperti diameter elektroda dan penambahan zat aditif, maka sangat mungkin dilakukan penelitian dengan memodifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S >
L untuk mengurangi jarak antar elektroda, sehingga akan dapat menngurangi lahan yang dibutuhkan.
Dengan memodifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S > L mampu mengurangi jarak antar elektroda pada sistem pentanahan. Pada kedalaman elektroda yang tetap, dengan memperbesar ukuran elektroda dapat mengurangi jarak antar elektroda, begitu pula sebaliknya dengan memperdalam pemasangan elektroda pada ukuran elektroda tertentu dapat mengurangi jarak antar elektroda.
iii
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat-Nya yang diberikan kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan Karya Tulis dengan judul ” Sistem Pembumian (Grounding) Dua Batang” Sistem Pengaman Tenaga Listrik.
Dimana dalam karya tulis ini berisi mengenai penjelasan tentang Sistem Pembumian (Grounding) Dua Batang yang merupakan salah satu sistem pengaman tenaga listrik yang cukup efesien.
Penulis menyadari sepenuhnya, karya tulis yang tersusun ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan waktu dan buku-buku pedoman, maka banyak kekurangan materi untuk penulisan pada karya tulis ini. Untuk itu penulis mengharapkan kritik, maupun saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan karya tulis ini, dan semoga dapat berguna untuk kedepannya.
Mei 2017
penulis
iv
DAFT AR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFT AR TABEL ... vii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan masalah ... 2
1.3Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ... 3
1.6 Sistematika Pembahasan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Proses Pentanahan ... 5
2.2 Tujuan Pemasangan Sistem Pentanahan ... 5
2.3 Keuntungan Pentanahan ... 6
2.4 Gradien Tegangan Pada Permukaan Tanah ... 7
2.5 Pengertian Pentanahan Peralatan ... 9
2.6 Karakteristik Tanah ... 9
2.7 Konduktor Pentanahan ... 10
2.8 Pengertian dan Bahaya Gradient Tegangan ... 11
2.9 Jenis-jenis Elektroda Sistem Pentanahan ... 11
2.10 Pengujia Elektroda ... 12
2.10.1 Syarat Bahan dan Mutu Elektroda Pentanahan ... 13
2.11 Sifat-sifat Dari Sebuah Sistem Elektroda Tanah ... 15
2.12 Diameter Konduktor Pentanahan ... 16
2.13 Susunan Elektroda Pentanahan ... 16
2.13.1 Pentanahan dengan elektroda ditanam vertikal ... 17
2.13.2 Dua Batang Elektroda Tegak Lurus ke Dalam Tanah ... 20
2.13.3 Pentanahan dengan Elektroda Ditanam Horisontal ... 21
2.13.4 Pentanahan dengan Satu Elektroda Horisontal ... 21
2.13.5 Pentanahan Bentuk Radial ... 22
2.13.6 Pentanahan Bentuk cincin ... 23
2.13.7 Pentanahan Bentuk Grid ... 24
2.13.8 Sistem Pentanahan Bentuk Pelat ... 24
2.14 Tahanan Tubuh Manusia ... 25
2.14.1 Arus Melalui Tubuh Manusia ... 25
2.14.2 Tegangan Sentuh ... 26
v
2.17 Tahanan Jenis Tanah ... 31
BAB III MATERI DAN METODE ... 33
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 33
3.2 Data ... 33
3.2.1 Sumber data ... 33
3.2.2 Jenis Data ... 33
3.3 Rancangan Penelitian ... 33
3.4 Bahan, Alat Penelitian, Cara Pengukuran ... 34
3.4.1 Bahan dan Alat Penelitian ... 34
3.4.2 Cara Penelitian ... 35
3.5 Definisi Operasional Variabel ... 36
BAB IV HASIL ANALISIS DAPEMBAHASAN ... 38
4.1 Pelaksanaan Penelitian ... 38
4.2 Hasil Pengukuran ... 39
4.3 Pembahasan Hasil ... 45
4.3.1 Modifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada system pentanahan dua batang ditanam vertical terhadap tanah dengan S ˃ L untuk mengurangi jarak antar elktroda ... 45
BAB V KESIMPULAN ... 48
5.1 Simpulan ... 48
5.2 Saran ... 48
DAFTAR PUSTAKA ... 49
vi
Gambar 2.5 Pentanahan Satu Batang Elektroda Ditanam Vertikal ... 18
Gambar 2.6 Satu batang Elektroda yang Ditanam dengan Kedalaman Z ... 19
Gambar 2.7 Dua Batang Elektroda Ditanam Tegak Lurus ke Dalam Tanah ... 20
Gambar 2.8 Satu Batang Elektroda yang Ditanam Horisontal ... 21
Gambar 2.9 Pentanahan Bentuk Radial ... 22
Gambar 2.10 Pentanahan Bentuk Cincin ... 23
Gambar 2.11 Tegangan Sentuh yang Terjadi pada Saat Seseorang Menyentuh Peralatan Yang Ditanahkan ... 27
Gambar 3.1 Rangkaian Pengukuran Tahanan Pentanahan ... 35
Gambar 3.2 Alur Analisis ... 37
Gambar 4.1 Grafik Nilai tahanan Pentanahan Dengan Ukuran Elektroda 6 mm2 ... 46
Gambar 4.2 Grafik Nilai tahanan Pentanahan Dengan Ukuran Elektroda 10 mm2 ... 47
Gambar 4.3 Grafik Nilai tahanan Pentanahan Dengan Ukuran Elektroda 16 mm2 ... 47
vii
Tabel 2.4 Tahanan Berbagai Jenis Tanah ... 32
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Tahanan Pentanahan Dengan Nilai ˂ 1 Ohm ... 39
Tabel 4.2 Kedalaman dan Jarak Elektroda dari Masing masing Ukuran Elektroda Untuk Mendapatkan Tahanan Pentanahan ˂ 1 Ohm ... 40
Tabel 4.3 Kedalaman dan Jarak Elektroda dari Masing masing Ukuran Elektroda Untuk Mendapatkan Nilai Tahanan Pentanahan ˂ 1 Ohm ... 41
Tabel 4.4 Panjang elektroda yang Dibutuhkan pada Masing masing Ukuran Elektroda pada tanah lempung ... 41
Tabel 4.5 Batas maksimum THDarus menurut IEEE standard 519 – 1992 di RSUP Sanglah ... 18
Tabel 4.6 Perbandingan THDarus hasil simulasi dengan IEEE 519-1992 ... 19
Tabel 4.7 Analisis THDtegangan menurut IEEE Standard 519 – 1992 di RSUP Sanglah ... 19
Tabel 4.8 Hasil SCratio pada sistem kelistrikan RSUP Sanglah setelah penambahan Filter ... 22
Tabel 4.9 Data THD arus sebelum penambahan filter ... 22
Tabel 4.10 Data THD arus setelah penambahan filter ... 22
Tabel 4.11 Data power factor setelah penambahan filter dengan variasi daya aktif ... 24
Tabel 4.12 Data orde harmonisa di masing-masing MLTP sebelum penambahan filter ... 24
Tabel 4.13 Daya Distorsi sebelum penambahan filter harmonisa ... 25
Tabel 4.14 Data orde harmonisa di masing-masing MLTP setelah penambahan filter ... 25
Tabel 4.15 Penurunan daya distorsi setelah penambahan filter ... 26
1
Tersedianya kebutuhan akan listrik dan peralatan telekomunikasi yang cukup dan modern haruslah memiliki unsur aman, nyaman dan memiliki kwalitas dan keandalan yang tinggi. Didalam pengamanan sebuah sistem tenaga listrik beserta perangkat-perangkat elektronik lain dibutuhkan pemasangan sistem pentanahan.
Tersedianya sistem pentanahan haruslah memiliki nilai tahanan pentanahan yang sekecil-kecilnya. Untuk mendapatkan nilai tahanan pentanahan dengan nilai tertentu dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti : bentuk sistem pentanahan, jenis tanah, suhu tanah, kelembaban tanah, diameter elektroda, kandungan elektrolit tanah dan lain-lain. Bila tanpa memperhatikan faktor-faktor tersebut sangat sulit akan didapatkan nilai tahanan pentanahan yang sekecil-kecilnya atau nilai tahanan pentanahan yang diinginkan, baik dari nilai tahanan pentanahan jangka pendek maupun jangka panjang, karena evaluasi sistem pentanahan wajib dilakukan setiap 6 bulan (PUIL, 2000).
Bentuk sistem pentanahan ada bermacam-macam seperti : bentuk satu batang elektroda ditanam vertikal, dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah, bentuk mesh, bentuk radial, bentuk grid, bentuk mesh dan bentuk pelat. Keseluruhan bentuk sistem pentanahan tersebut memiliki karakteristik yang berbeda-beda, seperti sistem pentanahan bentuk rod (satu batang ditanam vertikal) tidak cocok untuk ditanam pada tanah berbatu, karena untuk daerah berbatu yang cocok adalah sistem pentanahan pelat atau grid. Sistem pentanahan dua batang ditanam vertikal dengan jarak antar elektroda lebih besar dari pada panjang elektroda (S > L) cocok dipasang pada daerah manapun, namun sistem pentanahan tersebut membutuhkan lahan yang sangat luas, tidak efektif untuk daerah yang sempit.
Penelitian tentang sistem pentanahan telah banyak dilakukan, baik bentuk
sistem pentanahan maupun dengan merubah kandungan elektrolit pada tanah dengan penambahan zat aditif pada tanah. tersebut. Namun penelitian mengenai sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah khususnya pada sistem pentanahan dengan jarak antar elektroda lebih besar dari pada panjang elektroda (S > L) sangat jarang dilakukan, karena sistem pentanahan tersebut sangat jarang digunakan, karena sistem tersebut kurang efektif bila ditinjau dari lahan yang dibutuhkan. Bila sistem pentanahan tersebut dapat menghemat lahan yang dibutuhkan, kemungkinan sistem pentanahan tersebut efektif dioperasikan untuk memenuhi kebutuhan sistem pentanahan untuk mengamankan perangkat-perangkat elektronik. Melihat dari faktor-faktor yang mempengaruhi nilai tahanan pentanahan seperti diameter elektroda dan penambahan zat aditif, maka sangat mungkin dilakukan penelitian dengan memodifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S >
L untuk mengurangi jarak antar elektroda, sehingga akan dapat menngurangi lahan yang dibutuhkan.
Berdasarkan masalah tersebut, dalam Paper ini akan diteliti mengenai modifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S > L untuk mengurangi jarak antar elektroda pada sistem pentanahan.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan masalah pada latar belakang tersebut diatas dapat dirumuskan masalahnya sebagai berikut :
1. Apakah dengan memodifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S > L mampu mengurangi jarak antar elektroda pada sistem pentanahan?
2. Berapakah nilai dari besaran diameter dan jarak yang efektif pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S > L mampu mengurangi jarak antar elektroda pada sistem pentanahan dengan nilai
tahanan pentanahan mencapai < 1 Ohm.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui cara memodifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S
> L mampu mengurangi jarak antar elektroda pada sistem pentanahan dengan nilai tahanan pentanahan mencapai < 1 Ohm.
2. Untuk mengetahui nilai dari besaran diameter dan jarak yang efektif pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S > L mampu mengurangi jarak antar elektroda pada sistem pentanahan.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari hasil penelitian ini diharapkan didapatkan suatu data yang dapat digunakan sebagai acuan didalam pembuatan sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S > L.
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah
Melihat luasnya permasalahan mengenai pemberian zat aditif pada sistem pentanahan, maka dalam tugas akhir ini akan dibatasi masalahnya sebagai berikut : 1. Jenis tanah yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah lempung.
2. Sistem pentanahan digunakan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S > L.
3. Rod yang digunakan pada penelitian adalah elektroda dari tembaga murni.
4. Penelitiannya hanya mengukur perubahan nilai tahanan pentanahan dengan memodifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S > L hingga mampu mengurangi jarak antar elektroda pada sistem pentanahan dengan nilai tahanan pentanahan mencapai < 1 Ohm.
1.6 Sistematika Pembahasan
Adapun sistematika pembahasan Tugas Akhir ini adalah:
BAB I : PENDAHULUAN
Pada Bab ini berisikan latar belakang mengenai masalah-masalah sistem pentanahan berupa modifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah untuk mengurangi jarak antar elektroda pada sistem pentanahan, Rumusan Masalah, Tujuan Penelitian, Manfaat Penelitian, Ruang Lingkup dan Batasan Masalah dan Sistematika Pembahasan.
BAB II: TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan teori-teori yang rnenunjang penelitian yaitu teori mengenai sistem pentanahan, bahan-bahan sistem pentanahan, jenis tanah dan zat aditif.
BAB III: METODE
Menguraikan tentang Tempat dan Waktu Penelitian, Data, Sumber Data, Jenis Data, Rancangan Penelitian, Bahan dan Alat Penelitian, Cara Penelitian dan Pengambilan Data, Definisi Operasional Variabel , Analisis data dan Alur Analisis.
BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN
Menguraikan tentang data-data hasil pengukuran tahanan pentanahan dengan memodifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah mampu mengurangi jarak antar elektroda pada sistem pentanahan
BAB V: PENUTUP
Berisikan simpulan dan saran.
5
Proses pentanahan dilakukan dengan menghubungkan semua bagian benda- benda yang mungkin menjadi sumber muatan yang akan mengalir ke tanah. Proses pentanahan dapat juga dikatakan membuat jalur bagi arus gangguan ke tanah atau membuat benda berada dalam potesial yang mendekati nilai potensial tanah (nol).
Dalam teori yang sederhana hal ini akan mencegah adanya beda potensial antara tanah dengan benda yang ditanahkan sekaligus juga memungkinkan adanya aliran arus gangguan yang akan menyebabkan sistem pengaman bekerja. Metode standar untuk menguji adanya catu daya dari sebuah benda ke tanah adalah dengan menghubungkan keduanya. Tahanan pentanahan adalah tahanan antara elektroda sistem pentanahan dengan elektroda lain pada jarak tertentu. Pentanahan ada dua peruntukan yaitu pentanahan sistem dan pentanahan peralatan Sehingga pentanahan dapat didefinisikan, pentanahan merupakan penghubung bagian-bagian peralatan listrik yang pada keadaan normal tidak dialiri arus atau penghubung titik netral suatu sistem tenaga listrik atau badan dari peralatan listrik dengan tanah. Kontak dengan tanah ini dilakukan dengan menanam elektroda ke dalam tanah yang disebut dengan elektroda. (Hutauruk,1987.,Tajuddin, 1998).
2.2 Tujuan Pemasangan Sistem Pentanahan
Tujuan dari pemasangan sistem pentanahan adalah (Hutauruk,1987.,Tajuddin, 1998) :
1. Untuk membatasi tegangan antara bagian-bagian peralatan yang tidak dialiri arus dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman untuk semua kondisi operasi, baik kondisi normal maupun saat terjadi gangguan.
2. Untuk memperoleh potensial yang merata dalam suatu bagian struktur dan peralatan serta untuk memperoleh impedansi yang rendah sebagai jalan balik arus hubung singkat ke tanah. Bila arus hubung singkat ke tanah dipaksakan mengalir melalui tanah dengan tahanan yang tinggi akan menimbulkan perbedaan tegangan yang besar dan berbahaya.
2.3 Keuntungan Pentanahan
Keuntungan penerapan pentanahan ada dua hal :
1. Semua sistem kelistrikan berada dalam potensial yang seragam dan tidak dimungkinkan adanya tegangan yang mengambang.
2. Dengan menghubungkan benda kerja yang terbuat dari logam ke tanah dengan menggunakan konduktor pengaman, jalur untuk arus gangguan ke tanah telah tersedia. Hal ini terlihat dalam Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Jalur Untuk Arus Gangguan
Gambar 2.2. Bahaya Pada Sistem Tanpa Pentanahan.
(a) Keamanan semu: tidak ada jalur yang jelas untuk arus kejut.
(b) bahaya yang sebenarnya: arus kejut karena adanya resistansi dan kapasitansi tanah.
2.4 Gradien tegangan pada permukaan tanah
Menurut Tadjuddin, dkk (2000), Sudiarto (2000), Mulianto (2000) gradien tegangan antara titik sentuh pada peralatan dengan titik pada permukaan tanah tempat berdiri, atau gradien tegangan pada permukaan tanah yang bersentuhan dengan kedua kaki, dianggap menimbulkan bahaya bagi seseorang.
Secara umum gradien tegangan yang timbul pada permukaan tanah selama mengalir arus gangguan tanah meliputi :
1. Tegangan sentuh
Tegangan sentuh adalah beda potential antara kenaikan potential tanah dengan potential pada suatu titik berjarak 1 meter pada permukaan tanah. Pada permukaan tanah ini seseorang berdiri sambil menyentuh suatu peralatan yang diketanahkan pada saat terjadi gangguan. Besarnya arus ganguan dibatasi oleh tahanan tubuh orang dan tahanan kontak ketanah dari kaki orang tersebut.
2. Tegangan langkah
Tegangan langkah adalah beda potential pada permukaan tanah dari dua titik yang berjarak satu langkah (1 meter) yang dialami seseorang yang
menghubungkan kedua titik tersebut dengan kedua kakinya tanpa menyentuh suatu peralatan apapun.
3. Tegangan pindah (transferred voltage)
Tegangan pindah (tegangan peralihan) merupakan hal khusus dari tegangan sentuh, yang terjadi bila pada saat terjadi gangguan seseorang berada dalam suatu switch yard dan menyentuh suatu peralatan yang ditanahkan pada tempat/titik yang jauh, dan alat tersebut dialiri arus gangguan ke tanah.
Tegangan pindah ini akan sama dengan tegangan pada tahanan kontak pengetanahan total. Untuk waktu tertentu dari arus gangguan, tegangan pindah yang dizinkan adalah sama dengan tegangan sentuh.
4. Tegangan sentuh
Tegangan sentuh adalah beda potential antara kenaikan potential tanah dengan potential pada suatu titik berjarak 1 meter pada permukaan tanah. Pada permukaan tanah ini seseorang berdiri sambil menyentuh suatu peralatan yang diketanahkan pada saat terjadi gangguan. Besarnya arus ganguan dibatasi oleh tahanan tubuh orang dan tahanan kontak ketanah dari kaki orang tersebut.
5. Tegangan langkah
Tegangan langkah adalah beda potential pada permukaan tanah dari dua titik yang berjarak satu langkah (1 meter) yang dialami seseorang yang menghubungkan kedua titik tersebut dengan kedua kakinya tanpa menyentuh suatu peralatan apapun.
6. Tegangan pindah (transferred voltage)
Tegangan pindah (tegangan peralihan) merupakan hal khusus dari tegangan sentuh, yang terjadi bila pada saat terjadi gangguan seseorang berada dalam suatu switch yard dan menyentuh suatu peralatan yang ditanahkan pada tempat/titik yang jauh, dan alat tersebut dialiri arus gangguan ke tanah. Tegangan pindah ini akan sama dengan tegangan pada tahanan kontak pengetanahan total. Untuk
waktu tertentu dari arus gangguan, tegangan pindah yang dizinkan adalah sama dengan tegangan sentuh.
2.5 Pengertian Pentanahan Peralatan
Pentanahan peralatan merupakan penghubungan bagian bagian peralatan listrik yang pada keadaan normal tidak dialiri arus. Kontak dengan tanah ini dilakukan dengan menanamkan konduktor kedalam tanah. Konduktor yang ditanam didalam tanah disebut elektroda pentanahan( Tampubolon, 1989 ).
Sedangkan batang pentanahan adalah sebuah konduktor yang ditanam didalam tanah dan dipergunakan untuk mengalirkan dan melepaskan arus pentanahan ke dalam bumi ( IEEE, 1990 ). Agar sistem pentanahan dapat bekerja secara efektif, harus memenuhi persyaratan – persyaratan sebagai berikut :
a. Membuat jalur impedansi rendah ke tanah untuk mengamankan personil dan peralatan, menggunakan rangkaian yang efektif.
b. Dapat mengatasi gangguan arus akibat surja hubung ( surge currents ).
c. Menggunakan bahan tahan korosi terhadap berbagai kondisi kimiawi tanah, untuk meyakinkan kontinuitas penampilannya sepanjang umur peralatan yang dilindungi
2.6 Karakteristik Tanah
Karakteristik tanah merupakan salah satu faktor yang mutlak diketahui karena mempunyai kaitan erat dengan perencanaan dan sistem pentanahan yang akan digunakan. Sesuai dengan tujuan pentanahan bahwa arus gangguan harus secepatnya terdistribusi secara merata ke dalam tanah, maka penyelidikan tentang karakteristik tanah sehubungan dengan pengukuran tahanan dan tahanan jenis tanah merupakan faktor penting yang sangat mempengaruhi besarnya tahanan pentanahan. Pada kenyataannya tahanan jenis tanah harganya bermacam-macam, tergantung pada komposisi tanahnya dan faktor faktor lain.
Untuk memperoleh harga tahanan jenis tanah yang akurat diperlukan pengukuran secara langsung pada lokasi pembangunan. Pada suatu lokasi tertentu sering dijumpai beberapa jenis tanah yang mempunyai tahanan jenis yang berbeda- beda (non uniform).
Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi tahanan jenis tanah antara lain: Pengaruh temperatur, pengaruh gradien tegangan, pengaruh besarnya arus, pengaruh kandungan air dan pengaruh kandungan bahan kimia. Pada sistem pengetanahan yang tidak mungkin atau tidak perlu untuk ditanam lebih dalam sehingga mencapai air tanah yang konstan, variasi tahanan jenis tanah sangat besar.
Kadangkala pada penanaman elektroda memungkinkan kelembaban dan temperatur bervariasi, untuk hal seperti ini harga tahanan jenis tanah harus diambil dari keadaan yang paling buruk, yaitu tanah kering dan dingin. Berdasarkan harga inilah dibuat suatu perencanaan pengetanahan. Perbedaan tahanan jenis tanah akibat iklim biasanya terbatas sampai kedalaman beberapa meter dari permukaan tanah, selanjutnya pada bagian yang lebih dalam secara praktis akan konstan.
Nilai tahanan jenis tanah ( ) sangat tergantung pada tahanan tanah ( R ) dan jarak antara elektroda-elektroda yang digunakan pada waktu pengukuran. Pengukuran perlu dilakukan pada beberapa tempat yang berbeda guna memperoleh niai rata- ratanya.
Perbedaan tahanan jenis tanah akibat iklim biasanya terbatas sampai kedalaman beberapa meter dari permukaan tanah, selanjutnya pada bagian yang lebih dalam secara praktis akan konstan.
2.7. Konduktor Pentanahan
Konduktor yang digunakan untuk pentanahan harus memenuhi beberapa persyaratan antara lain:
Memiliki daya hantar jenis (conductivity) yang cukup besar sehingga tidak akan memperbesar beda potensial lokal yang berbahaya.
Memiliki kekerasan (kekuatan) secara mekanis pada tingkat yang tinggi terutama bila digunakan pada daerah yang tidak terlindung terhadap kerusakan fisik.
Tahan terhadap peleburan dari keburukan sambungan listrik, walaupun konduktor tersebut akan terkena magnitude arus gangguan dalam waktu yang lama.
Tahan terhadap korosi.
2.8 tegangan pada permukaan Gradien tanah
Gradien tegangan antara titik sentuh pada peralatan dengan titik pada permukaan tanah tempat berdiri, atau gradien tegangan pada permukaan tanah yang bersentuhan dengan kedua kaki, dianggap menimbulkan bahaya bagi seseorang.
Secara umum gradien tegangan yang timbul pada permukaan tanah selama mengalir arus gangguan tanah meliputi (Tadjuddin, dkk 2000),:
2.9 Jenis-jenis Elektroda Sistem Pentanahan
Jenis elektroda pentanahan yang biasa digunakan untuk pengamanan sistem maupun pengamanan peralatan yaitu (Hermawan, 1985) :
a. Elektroda Pita
Elektroda pita adalah elektroda yang terbuat dari hantaran berbentuk pita atau berpenampang bulat atau hantaran pilin yang pada umumnya ditanam secara dangkal. Kedalaman pemasangan minimal 0,5 m.
b. Elektroda Batang
Elektroda Batang atau pasak adalah elektroda dari pipa atau besi baja yang dilapisi tembaga yang ditancapkan kedalam tanah secara tegak lurus atau mendatar.
c. Elektroda Pelat
Elektroda Pelat adalah elektroda dari bahan pelat logam atau pelat logam berlubang atau dari kawat kasa yang dipasang tegak lurus didalam tanah dengan tepi atasnya sekurang-kurangnya 1 m dibawah permukaan tanah.
Gambar 2.3 Jenis Elektroda Pentanahan
d. Elektroda Pentanahan Jenis Batang Bulat Berlapis Tembaga
Elektroda pentanahan adalah penghantar yang terbuat dari batang logam bulat yang dilapisi tembaga yang ditanam/ dipancangkan kedalam tanah dan membuat kontak langsung dengan tanah.
Elektroda pentanahan harus terbuat dari batang baja pejal yang berlapis tembaga dan salah satu ujungnya lancip dengan sudut kelancipan (45 ± 5)º, seperti terlihat pada Gambar 2.4 (Nugraha, 1999; SPLN 102).
Gambar 2.4 Elektroda Pentanahan
2.10 Pengujian Elektroda
Pengujian sebuah elektroda sangat penting dilakukan agar terjaminnya sebuah sistem pentanahan. Elektroda pentanahan sebelum dipasarkan harus melalui beberapa pengujian seperti :
1. Uji jenis : pengujian untuk mengetahui sifat-sifat menyeluruh (lengkap) dari elektroda pentanahan. Pengujian ini pada umumnya hanya dilakukan sekali untuk setiap jenis dari setiap pabrik pembuat.
2. Uji contoh : pengujian untuk mengetahui sifat-sifat tertentu dari sejumlah elektroda pentanahan yang akan diserah terimakan. Pengujian ini dilaksanakan pada beberapa elektroda pentanahan yang diambil menurut cara tertentu sedemikian rupa sehingga mewakili sejumlah elektroda pentanahan.
3. Uji rutin : pengujian untuk memisahkan elektroda pentanahan yang cacat atau menyimpang dari persyaratan dalam standar yang telah ditentukan. Pengujian ini dilaksanakan pada setiap elektroda pentanahan yang diproduksi.
2.10.1 Syarat bahan dan mutu elektroda pentanahan
Bahan-bahan yang digunakan pada sistem pentanahan harus memenuhi persyaratan sehingga mutu dari material sistem pentanahan dapat sesuai standar yang berlaku. Syarat-syarat tersebut antara lain (Pabla, 1986) :
a. Syarat bahan :
Batang elektroda pentanahan harus terbuat dari baja karbon tinggi dengan kuat tarik minimum 51 kg/mm², serta mempunyai kekerasan minimum 74 HrB (Hardness Brinell).
- Lapisan tembaga
Untuk lapisan tembaga harus mempunyai kadar tembaga minimum 99,9%.
- Klem dan baut
Klem dan baut harus terbuat dari tembaga paduan dengan kadar tembaga minimum 60%.
b. Syarat mutu :
Elektroda pentanahan harus mempunyai permukaan yang halus, rata, bersih dan tidak berpori. Kelancipan ujung batang elektroda pentanahan diperiksa dengan
menggunakan busur berskala. Kelurusan elektroda diperiksa dengan menggunakan benang. Diameter diukur dengan menggunakan jangka sorong atau micrometer yang mempunyai resolusi pembacaan minimum 0,001 mm.
Panjang batang diukur dengan meteran yang mempunyai resolusi pembacaan 1 mm. Tebal lapisan tembaga diukur dengan alat yang sesuai dengan resolusi pembacaan minimum 1 mikron. Untuk komposisi bahan diuji secara analisa kimia atau spektrofotometer secara atom. Kuat tarik diuji dengan menggunakan mesin kuat tarik. Kekerasan diukur dengan alat ukur kekerasan Brinell atau yang sejenis.
Sedangkan sifat mekanis diharuskan memiliki : - Kemampuan penancapan
Ujung lancip elektroda ditancapkan kedalam tanah, lalu bagian ujung lainnya dipukul dengan menggunakan martil (palu tangan) atau palu luncur yang beratnya 2 – 4 kg. Pemukulan dilakukan sampai seluruh batang elektroda pentanahan masuk kedalam tanah. Selama penancapan elektroda tidak boleh pecah, bengkok atau patah.
- Kelekatan lapisan
Ujung lancip pada batang elektroda dimasukkan diantara dua rahang plat baja kemudian didorong hingga 50 cm. Jarak rahang plat baja adalah diameter elektroda dikurangi 1,02 mm. Lapisan tembaga yang terdapat pada elektroda tidak boleh terkelupas kecuali pada bagian yang terkena rahang plat baja.
- Kemampuan tekuk
Batang elektroda pentanahan dijepit kemudian ditekuk dengan gaya pada jarak 40 x diameter batang elektroda dari titik jepit sehingga membentuk sudut tetap sebesar 30º terhadap sumbu batang elektroda, lapisan tembaga pada elektroda tidak boleh rusak.
- Korosi
Batas maksimum laju korosi yang diijinkan pada batang elektroda pentanahan adalah sebesar 50 mg/dm²/hari.
- Sifat listrik
- Resistan kontak sebelum arus uji waktu singkat.
Pengukuran resistan kontak antara penghantar dan batang elektroda dilakukan dengan mengalirkan arus searah 100 A selama 1 menit.
Pengukuran dilakukan dengan mengukur turun tegangan (∆V) dan pengukuran dilakukan pada suhu ruang (27 ± 2)o C. Sebelum dilakukan pengujian dengan arus uji waktu singkat, nilai resistan kontak antara penghantar dan batang elektroda maksimum 15 mikro ohm.
- Resistan kontak sesudah arus uji waktu singkat.
Sesudah dilakukan pengujian dengan arus uji waktu singkat, nilai resistan kontak antara penghantar dan batang elektroda maksimum 20 mikro ohm.
- Resistan batang elektroda pentanahan.
Pengukuran resistan elektroda pentanahan dilakukan dengan menggunakan alat ukur Double Bridge. Nilai resistan batang elektroda pentanahan setelah pengukuran maksimum 5 x 10-3 ohm/meter pada suhu 27º C.
2.11 Sifat-Sifat Dari Sebuah Sistem Elektroda Tanah
Hambatan arus yang melewati sistem elektroda tanah mempunyai tiga komponen yaitu ( Pabla, 1986) :
a. Tahanan pasaknya sendiri dan sambungan-sambungannya.
b. Tahanan kontak antara pasak dengan tanah sekitarnya.
c. Tahanan tanah sekelilingnya.
Pasak-pasak tanah, batang-batang logam, struktur dan peralatan lain biasa digunakan untuk elektroda tanah. Elektroda-elektroda ini umumnya besar dan penampangnya sedemikian sehingga tahanannya dapat diabaikan terhadap tahanan
keseluruhan sistem pentanahan. Tahanan antara elektroda dan tanah jauh lebih kecil dari yang biasanya diduga. Apabila elektroda bersih dari minyak atau cat dan tanah dapat dipasak dengan kuat, maka Biro Standarisasi Nasional Amerika Serikat menyatakan bahwa tahanan kontak dapat diabaikan (Pabla, 1986).
Pasak dengan tahanan seragam yang ditanam ke tanah akan menghantarkan arus kesemua jurusan. Ditinjau dari suatu pasak yang ditanam ditanah yang terdiri atas lapisan-lapisan tanah dengan ketebalan yang sama. Lapisan tanah terdekat dengan pasak dengan sendirinya memiliki permukaan paling sempit, sehingga memberikan tahanan terbesar. Lapisan berikutnya karena lebih luas, memberikan tahanan yang lebih kecil. Demikian seterusnya sehingga pada suatu jarak tertentu dari pasak, lapisan tanah tidak menambah besarnya tahanan tanah sekeliling pasak, jarak ini disebut daerah tahanan efektif (Pabla, 1986).
2.12 Diameter Konduktor Pentanahan
Diameter konduktor pentanahan sangat menentukan nilai tahanan pentanahan.
Ukuran konduktor pentanahan yang digunakan berpengaruh terhadap nilai tahanan pentanahan. Sehingga untuk mendapatkan nilai tahanan pentanahan yang tepat atau mendapatkan nilai tahanan pentanahan yang diinginkan harus memperhatikan ukuran elektroda atau konduktor pentanahan disamping memperhatikan faktor-faktor yang lain seperti jenis tanah, kandungan elektrolit tanah dan lain-lain. Pemilihan ukuran diameter konduktor pentanahan ini dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu (Nugraha, 1999) :
1. Tidak melebur atau rusak apabila dialiri arus kesalahan yang mungkin terjadi.
2. Tahan secara mekanis terhadap tekanan-tekanan yang mungkin timbul.
3. Mempunyai konduktivitas yang baik dan merata.
2.13 Susunan Elektroda Pentanahan
Dengan memperhatikan tekstur tanah atau jenis tanah, maka susunan elektroda pentanahan yang dipasang sangat penting memperhatikan teknik
pemasangan elektroda pentanahan. Secara garis besar susunan elektroda pentanahan dapat dibedakan menjadi dua yaitu :
1. Pentanahan elektroda yang ditanam secara vertikal 2. Pentanahan elektroda yang ditanam secara horisontal.
Pemilihan bentuk pentanahan elektroda ini dipengaruhi oleh jenis tanah dan tempat dimana sistem pentanahan itu dipasang. Untuk daerah-daerah yang tanahnya keras dan berbatu lebih praktis kalau menggunakan pentanahan secara horisontal karena tidak memerlukan penanaman yang dalam, tetapi memerlukan lebih banyak batang pentanahan sehingga biayanya akan lebih besar. Sedangkan untuk daerah yang struktur tanahnya tidak terlalu keras, pentanahan secara vertikal dapat dipakai.
Karena memungkinkan untuk menanam elektroda lebih dalam kedalam tanah, sehingga tahanan pentanahan dapat dikurangi.
2.13.1 Pentanahan dengan elektroda ditanam vertikal (pentanahan rod)
Pentanahan dengan elektroda secara vertikal/ rod adalah pentanahan dengan cara menanam batang-batang elektroda kedalam tanah secara tegak lurus. Untuk memperkecil tahanan pentanahan maka jumlah batang-batang elektroda yang ditanam diperbanyak dan antara ujung-ujung elektroda dihubungkan dengan ground bus.
Pentanahan dengan elektroda yang ditanam vertikal (rod) sesuai untuk daerah yang mempunyai struktur tanah tidak terlalu keras, karena jika tanahnya terlalu keras dan berbatu, maka pemasangannya menjadi sulit.
Untuk satu batang elektroda yang ditanam tegak lurus permukaaan tanah dan ujung atasnya tepat pada permukaan tanah seperti Gambar 2.5, dimana tahanan pentanahannya menurut Dwight didapat dengan persamaan (2.1) (Hutauruk, 1987;
Hermawan, 1985).
Gambar 2.5 Pentanahan Satu Batang Elektroda Ditanam Vertikal
R =
4 1 2 ln a
L
L
(Ω) ………... (2.1)
Untuk n batang pentanahan berlaku persamaan berikut : Rn =
n
R
(Ω) Keterangan :
R = tahanan pentanahan (Ω) ρ = tahanan jenis tanah (Ω-m)
L = panjang elektroda pentanahan (m) a = jari-jari elektroda pentanahan (m) η = koefisien kombinasi
n = banyaknya elektroda pentanahan
η tergantung dari jarak antara dari masing-masing yang harganya diperlihatkan dalam Tabel 2.1 (Arismunandar, 1991).
Tabel 2.1 Nilai Koefisien Kombinasi
Jarak antara (meter) 0,5 1 2 3 4 5
Koefisien Kombinasi 1,35 1,20 1,15 1,10 1,05 1,0 (Arismunandar, 1991).
Persamaan (2.2) yang telah umum yang bisa dipergunakan untuk menghitung tahanan pentanahan elektroda yang ujung atasnya tidak tepat diatas permukaan tanah seperti Gambar 2.6 (Pabla, 1986., Hutauruk, 1987).
Tanah z
L Elektroda
a
Gambar 2.6 Satu Batang Elektroda yang Ditanam dengan Kedalaman Z dari Ujung Atasnya
Persamaan yang digunakan menghitung tahanan pentanahannya adalah :
R =
2
2
4 4 1
4 4 2 ln
1 1 ln 4 1
2 ln
zL zL
zL zL
L z zL zL a
L
L
………...(2.2)
dimana :
R = tahanan pentanahan ()
L = panjang elektroda pentanahan (m)
z = jarak ujung atas batang elektroda dengan permukaan tanah (m)
= tahanan jenis tanah (-m) a = jari-jari elektroda pentanahan (m)
Keuntungan sistem pentanahan satu batang elektroda yang ditanam vertikal (rod) : - Bentuknya sederhana.
- Biaya investasinya lebih murah.
- Pemasangan lebih mudah dan cepat.
- Tidak memerlukan daerah pentanahan yang luas.
Kerugian sistem pentanahan satu batang elektroda yang ditanam vertikal adalah : - Sulit diterapkan pada daerah dengan struktur tanah yang keras dan berbatu.
- Kurang efektif digunakan pada daya yang besar.
- Apabila terjadi kerusakan pada saluran, maka sistem pentanahan benar-benar terputus, sehingga perlu dilakukan pemasangan ulang.
2.13.2 Dua Batang Elektroda Tegak Lurus ke Dalam Tanah
Susunan dari dua batang elektroda berbentuk selinder dengan panjang L yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah dengan jarak antara ke dua elektroda tersebut sebesar S terlihat pada gambar di bawah. Nilai tahanan pentanahan dan tahanan jenis tanah yang relatif tinggi, maka untuk menguranginya dengan cara menanamkan batang-batang elektroda pentanahan dalam jumlah yang cukup banyak. Untuk dua batang elektroda pentanahan yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah oleh Dwight, JL. Marshall dengan memperhatikan efek bayangan biasanya adalah dengan menghitung tegangan pada salah satu batang elektroda yang disebabkan oleh distribusi muatan yang merata di batang elektroda itu sendiri dan pada batang elektroda yang lain termasuk bayangannya.
Dengan menghitung tegangan rata - rata yang disebabkan oleh muatan batang elektroda itu sendiri dan menghitung tegangan rata – rata yang disebabkan oleh muatan batang elektroda yang lain. Tegangan total rata-rata diperoleh dengan menjumlahkan antara keduanya ( Hutauruk, 1987).
Gambar 2.7 Dua batang elektroda ditanam tegak lurus ke dalam tanah
Rumus tahanan pentanahan untuk dua batang elektroda yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah adalah :
S L
Permukaan tanah
………... ( 2.3 ) untuk S > L
………….... ( 2.4) untuk S < L
dimana : S : jarak antara kedua elektroda (meter)
2.13.3 Pentanahan dengan elektroda ditanam horisontal
Pentanahan elektroda horisontal adalah pentanahan dengan cara menanamkan elektroda pentanahan sejajar permukaan tanah dengan kedalaman tertentu (30-90 cm). Pentanahan seperti ini dilakukan pada daerah yang berbatu karena tidak memerlukan penggalian yang terlalu dalam. Yang termasuk didalam pentanahan elektroda secara horisontal adalah pentanahan bentuk cincin dan pentanahan bentuk bintang (Nugraha, 1999)
2.13.4 Pentanahan dengan Satu Elektroda Horisontal
Cara pentanahan seperti ini adalah pentanahan sederhana, yakni hanya satu batang elektroda yang ditanam sejajar permukaan tanah seperti Gambar 2.8 (Hermawan,1985).
L
Gambar 2.8 Satu batang elektroda yang ditanam horisontal permukaan tanah
Elektroda Tanah d
Persamaan tahanan pentanahan untuk satu batang elektroda yang ditanam horisontal (sejajar) permukaan tanah.adalah :
R =
...
512 16
2 2 ln4
ln4
4 4
4 2
2
L d L d L d d
L a
L
L
………...…...(2.5)
Keterangan :
R = tahanan pentanahan (Ω) ρ = tahanan jenis tanah (Ω-m)
L = panjang elektroda pentanahan (m) a = diameter konduktor pentanahan (m) d = jarak elektroda dari permukaan tanah (m) 2.13.5 Pentanahan bentuk radial
Pentanahan bentuk radial merupakan susunan pentanahan yang ditanam sejajar permukaan tanah dan berpotongan secara radial seperti Gambar 2.9, bentuk ini sering dipakai pada pentanahan menara transmisi (Hermawan, 1985).
Gambar 2.9 Pentanahan Bentuk Radial
Besarnya tahanan pentanahan bentuk radial dapat dicari dengan persamaan (2.4) berikut :
R =
2 1 ( )
ln N n
a L
nL
……….………...(2.6)
dengan :
N(n) =
1
1 sin( )
) sin(
1 ln
n
m
n m
n m
……….………... (2.7)
Keterangan :
R = tahanan pentanahan (Ω) ρ = tahanan jenis tanah (Ω-m) a = jari-jari diameter (m) n = banyaknya lengan elektroda m = 1,2,3,...n-1
L = panjang elektroda (meter) 2.13.6 Pentanahan bentuk cincin
Pentanahan bentuk cincin adalah pentanahan dengan menanamkan elektroda pentanahan berbentuk cincin (lingkaran) sejajar permukaan tanah, seperti Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Pentanahan Bentuk Cincin
Tahanan pentanahannya dapat dihitung dengan persamaan (2.6) yang diturunkan oleh H.B.Dwight, (Hutauruk, 1987)
R =
ad L Lln1,27 2
... (2.8)
Keterangan :
R = tahanan pentanahan (Ω) ρ = tahanan jenis tanah (Ω - m)
a = jari-jari cincin (m)
d = kedalaman pentanahan (m) 2.13.7 Pentanahan bentuk grid.
Pada kenyataannya pentanahan rod yang dilakukan dengan menanam beberapa elektroda tegak lurus dengan permukaan tanah, akan memerlukan batang elektroda untuk menghubungkan dengan ground bus. Bila konduktor penghubung tersebut ditanam dibawah permukaan tanah, maka susunan konduktor penghubung tersebut akan berbentuk grid sehingga akan didapatkan metode pentanahan gabungan dari rod dan grid. Keuntungan pentanahan gabungan ini adalah akan didapatkannya tahanan pentanahan yang lebih kecil daripada kedua pentanahan tersebut, namun memerlukan biaya tambahan untuk penggabungan kedua jenis pentanahan tersebut.
Perhitungan tahanan pentanahan dengan sistem grid Rg = {
L 1 +
A 20
1 [ 1 +
A h 20/ 1
1
] }() ... (2.9) Dimana: Rg = adalah tahanan pentanahan dengan sistem grid (ohm)
ρ = tahanan jenis tanah ( ohm – meter) L = adalah panjang keseluruhan rod (meter) A =Luas Grid meter)
h = tinggi penanaman grid (meter) 2.13.8 Sistem pentanahan bentuk pelat
Pentanahan bentuk pelat merupakan elektroda pentanahan yang berbentuk lembaran pelat terbuat dari tembaga yang ditanam secara tegak lurus terhadap permukaan tanah. Jarak ujung pelat elektroda paling sedikit 60 cm dari permukaan tanah (Hutauruk, 1987).
R = ( )
512 16
1 2 ln4 ) ( 2 ln4
4 4
4 2
2 2
2
L s L s L s s
L b
a ab a a
L L
....( 2.10 )
Dimana : L = (s + a) panjang elektroda pentanahan (meter)
a = Panjang sisi pelat tegak lurus permukaan tanah (meter)
b = Panjang sisi pelat sejajar permukaan tanah (meter) s = Jarak pelat dari permukaan tanah (meter)
= Tahanan jenis tanah (ohm – meter) R = Tahanan pentanahan (ohm)
2.14 Tahanan Tubuh Manusia
Tahanan tubuh manusia berkisar di antara 500 sampai 100.000 ohm tergantung dari tegangan, keadaan kulit pada tempat yang mengadakan hubungan (kontak) dan jalannya arus dalam tubuh. Kulit yang terdiri dari lapisan tanduk mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi terhadap tegangan yang tinggi kulit yang menyentuh konduktor langsung terbakar, sehingga tahanan dari kulit ini tidak berarti apa-apa. Berdasarkan hasil penyelidikan oleh para ahli maka sebagai pendekatan diambil harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000 Ohm ( Hutauruk, 1987 ).
2.14.1 Arus Melalui Tubuh Manusia
Bila seseorang memegang penghantar yang diberi tegangan mulai dari harga nol dan dinaikkan sedikit demi sedikit, arus listrik yang melalui tubuh orang tersebut akan memberikan pengaruh. Mula-mula akan merangsang syaraf sehingga akan terasa suatu getaran yang tidak berbahaya bila dengan arus bolak balik dan akan terasa sedikit panas pada telapak tangan bila dengan arus searah (arus persepsi). Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya tingkat arus persepsi dinaikkan lagi maka orang akan terasa sakit dan kalau terus dinaikkan maka otot-otot akan kaku sehingga orang tersebut tidak berdaya lagi untuk melepaskan konduktor tersebut.
Apabila arus yang melewati tubuh manusia lebih besar dari arus yang mempengaruhi otot dapat mengakibatkan orang menjadi pingsan bahkan sampai mati, hal ini disebabkan arus listrik tersebut mempengaruhi jantung sehingga jantung berhenti bekerja dan peredaran darah tidak jalan. Adapun batas arus yang melewati tubuh manusia dan pengaruhnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini ( Hutauruk, 1987 )
Tabel 2.2 Batas arus yang melewati tubuh manusia
Batas Arus (mA ) Pengaruh Pada Tubuh Manusia 0 – 0,9 Belum merasakan pengaruh
0,9 – 1,2 Baru terasa adanya arus listrik namun belum merasa kejang 1,2 – 1,6 Mulai merasa seakan-akan ada yang merayap di dalam
tangan
1,6 –6,0 Tangan sampai ke siku merasa kesemutan
6,0 – 13,0 Tangan mulai kaku, rasa kesemutan semakin bertambah 13,0 – 15,0 Rasa sakit tak tertahankan namun penghantar masih dapat
dilepas
15,0 – 20,0 Otot tidak sanggup lagi melepaskan penghantar 20,0 – 50,0 Dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh manusia 50,0 – 100,0 Batas arus yang dapat menyebabkan kematian
Sumber: (PUIL, 2000) 2.14.2 Tegangan Sentuh
Tegangan sentuh adalah beda potensial antara kenaikan potensial tanah dengan potensial pada suatu titik berjarak 1 meter pada permukaan tanah. Pada permukaan tanah ini seseorang berdiri sambil menyentuh suatu peralatan yang diketanahkan pada saat terjadi gangguan. Besarnya arus gangguan dibatasi oleh tahanan tubuh orang dan tahanan kontak ke tanah dari kaki orang tersebut.
Terjadinya tegangan sentuh pada seseorang yang memegang suatu peralatan yang ditanahkan pada Gardu Induk dapat diperlihatkan pada gambar dibawah ( IEEE,1986 ).
Gambar 2.11 Tegangan sentuh yang terjadi pada saat seseorang menyentuh peralatan yang ditanahkan
Dengan :
A1 = Kontak kaki yang pertama dari seseorang pada areal pentanahan A2 = Kontak kaki yang kedua dari seseorang pada areal pentanahan B = Kontak tangan seseorang dengan peralatan yang ditanahkan V eq = Tegangan ekivalen yang timbul pada tubuh manusia
req = Tahanan pengganti antara A1, A2 dengan ground
Penelitian yang telah dilakukan oleh Dalziel disebutkan bahwa 99.5 % dari semua orang yang beratnya kurang dari 50 kg masih dapat menahan arus pada frekuensi 50 Hz atau 60 Hz yang mengalir melalui tubuhnya dan waktu yang ditentukan ( Hutauruk, 1987 ).
2.15 Tahanan Jenis Tanah
Tahanan jenis tanah merupakan faktor keseimbangan antara tahanan dan kapasitansi disekelilingnya yang direpresentasikan dengan ρ. Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tergantung dari beberapa faktor yaitu : - Jenis tanah : tanah liat, berpasir, berbatu dan lain-lain.
- Lapisan tanah : berlapis-lapis dengan tahanan berbeda atau uniform.
- Kelembaban tanah.
- Suhu.
Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah akibat pengaruh musim, dapat dilakukan dengan menanam elektroda pentanahan sampai mencapai kedalaman tertentu dimana terdapat air tanah yang konstan. Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah rata-rata untuk keperluan perencanaan diperlukan penyelidikan atau pengukuran dalam jangka waktu tertentu. Setelah diperoleh harga tahanan jenis tanah maka diambil harga yang paling tinggi pada suatu kondisi tanah.
Karena kadang kala penanaman memungkinkan kelembaban dan suhu bervariasi, harga tahanan jenis tanah harus diambil untuk keadaan yang paling buruk yaitu tanah kering dan dingin. Berikut ini tabel 2.2 memperlihatkan tahanan jenis tanah rata-rata untuk bermacam-macam jenis tanah (PUIL 2000).
Tabel 2.3 Tahanan Berbagai Jenis Tanah
Jenis Tanah Tahanan Jenis Tanah (ohm-meter)
Tanah rawa 30
Tanah liat dan tanah lading 100
Pasir basah 200
Kerikil basah 500
Pasir dan kerikil kering 1000
Tanah berbatu 3000
Sumber: (PUIL, 2000) 2.16 Klasifikasi Tanah
Suatu sistem pengaturan beberapa jenis tanah yang berbeda-beda, tapi mempunyai sifat yang serupa kedalam kelompok-kelompok atau sub-sub kelompok
tertentu disebut dengan klasifikasi tanah. Sistem klasifikasi dalam mekanika tanah bertujuan untuk memberikan keterangan mengenai sifat-sifat teknis dari bahan-bahan itu dengan cara yang sama seperti halnya pernyataan-pernyataan secara geologis dimaksudkan untuk memberikan keterangan mengenai asal geologis dari bahan- bahan tersebut ( Hadjowigeno, 1993).
Tujuan klasifikasi tanah adalah :
1. Mengorganisasi (menata) pengetahuan kita tentang tanah.
2. Untuk mengetahui hubungan masing-masing individu tanah satu sama lain.
3. Memudahkan mengingat sifat-sifat tanah.
4. Mengelompokkan tanah untuk tujuan-tujuan yang lebih praktis seperti dalam hal :
Menaksir sifat-sifatnya.
Menentukan lahan-lahan terbaik.
Menaksir produktivitas.
Menentukan areal untuk penelitian, atau kemungkinan ekstrapolasi hasil penelitian disuatu tempat.
5. Mempelajari hubungan-hubungan dan sifat-sifat tanah yang baru.
Dari sudut pandang teknis, tanah-tanah dapat digolongkan kedalam macam pokok berikut ini (Hadjowigeno,1993) :
1. Batu krikil (gravel).
2. Pasir ( Sand).
3. Lanau (Silt).
4. Lempung (Clay).
2.16.1 Batu Kerikil dan Pasir
Golongan batu kerikil dan pasir ini terdiri atas pecahan-pecahan batu dengan berbagai ukuran dan bentuk. Butir-butir batu kerikil biasanya terdiri dari pecahan- pecahan batu, tetapi kadang-kadang terdiri dari satu macam zat mineral tertentu,
seperti kwartz atau flint. Butir-butir pasir hampir selalu terdiri dari satu macam zat mineral terutama kwartz. Dalam beberapa hal mungkin hanya terdapat butiran-butiran dari satu ukuran saja(seragam). Pada macam ini terdapat ukuran-ukuran butir yang mencakup semua daerah ukuran dari ukuran batu besar sampai ke ukuran pasir halus yang dalam hal ini dikatakan bergradasi baik.
Sifat-sifat utama pasir adalah sebagai berikut : 1. Pasir sama sekali tidak melekat
2. Jenis tanah yang berbutir kasar 3. Mempunyai sifat gesekan 4. Mudah dilalui air
5. Bila murni butir-butir pasir lepas 6. Kembang susutnya kecil
7. Bersifat nonplastis 2.16.2 Tanah Lempung
Tanah lempung terdiri dari butiran yang sangat kecil dan menunjukkan sifat- sifat plastis dan kohesi. Kohesi menunjukkan kenyataan bahwa bagian-bagiannya melekat satu sama lain, sedangkan plastisitas adalah sifat yang memungkinkan bentuknya diubah-ubah tanpa perubahan isi atau tanpa kembali ke bentuk aslinya dan tanpa terjadi retakan-retakan atau terpecah-pecah. Sifat-sifat tanah lempung adalah sebagai berikut :
1. Mempunyai sifat melekat 2. Bersifat plastis
3. Mempunyai kembang susut 4. Impermiabel
5. Angka pori tinggi
6. Koefisien gesekan sangat kecil 2.16.3 Tanah lanau
Tanah lanau merupakan bahan peralihan antara lempung dan pasir halus.
Tanah lanau kurang plastis dan lebih mudah ditembus air dari pada tanah lempung, dan menunjukkan sifat dilatasi yang tidak terdapat pada tanah lempung. Sifat-sifat tanah lanau adalah sebagai berikut :
1. Diameternya halus sehingga mudah hanyut 2. Jika basah berupa lumpur
3. Jika kering berupa debu.
2.17 Tahanan Jenis Tanah
Tahanan jenis tanah merupakan faktor keseimbangan antara tahanan dan kapasitansi disekelilingnya yang direpresentasikan dengan ρ. Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tergantung dari beberapa faktor yaitu : - Jenis tanah : tanah liat, berpasir, berbatu dan lain-lain.
- Lapisan tanah : berlapis-lapis dengan tahanan berbeda atau uniform.
- Kelembaban tanah.
- Suhu.
Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah akibat pengaruh musim, dapat dilakukan dengan menanam elektroda pentanahan sampai mencapai kedalaman tertentu dimana terdapat air tanah yang konstan. Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah rata-rata untuk keperluan perencanaan diperlukan penyelidikan atau pengukuran dalam jangka waktu tertentu. Setelah diperoleh harga tahanan jenis tanah maka diambil harga yang paling tinggi pada suatu kondisi tanah.
Karena kadang kala penanaman memungkinkan kelembaban dan suhu bervariasi, harga tahanan jenis tanah harus diambil untuk keadaan yang paling buruk
yaitu tanah kering dan dingin. Berikut ini tabel 2.2 memperlihatkan tahanan jenis tanah rata-rata untuk bermacam-macam jenis tanah (PUIL 2000).
Tabel 2.4 Tahanan Berbagai Jenis Tanah
Jenis Tanah Tahanan Jenis Tanah (ohm-meter)
Tanah rawa 30
Tanah liat dan tanah lading 100
Pasir basah 200
Kerikil basah 500
Pasir dan kerikil kering 1000
Tanah berbatu 3000
Sumber: (PUIL, 2000)
33
Penelitian dilakukan di Desa Werdhi Buwana – Mengwi Badung dari bulan Oktober 2009 hingga Mei 2010.
3.2 Data
3.2.1 Sumber Data
Data yang digunakan dalam analisis Paper ini bersumber dari : 1. Hasil pengukuran pada lokasi penelitian
2. Buku tentang sistem pentanahan 3.2.2 Jenis Data
Data yang digunakan dalam analisis ini adalah:
1. Data primer yang didapat dari pengukuran langsung dilapangan mengenai modifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang ditanam tegak lurus terhadap tanah
2. Data sekunder (hasil-hasil penelitian) 3.3 Rancangan Penelitian
Dalam pelaksanaan penelitian ini akan mengacu ke pada rancangan penelitian di bawah ini.
… ……….
D1 - K1 RK1
. .
. .
. .
… ……….
Dn - Kn R < 1 Ohm
Keterangan :
D1 – K1 = adalah masing-masing diameter elektroda 10 mm2, kedalaman elektroda 6 meter, dengan jarak antar elektroda 50 meter.
RK1 = Hasil pengukuran tahanan pentanahan dari pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S > L dari elektroda 10 mm2, kedalaman elektroda 6 meter dengan jarak antar elektroda 50 meter.
Dn – Kn = adalah masing-masing diameter elektroda tertentu, kedalaman elektroda tertentu hingga mencapai nilai tahanan pentanahan < 1 ohm.
R < 1 Ohm = Nilai tahanan pentanahan yang ingin dicapai < 1 Ohm.
3.4 Bahan, Alat Penelitian, Cara Pengukuran 3.4.1 Bahan dan Alat Penelitian
Bahan dan alat penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
- Elektroda yang terbuat dari tembaga murni berdiameter dan panjang bervariasi dan kawat BC secukupnya selama penelitian berlangsung.
- Bentonit
- Sedangkan alat Bantu yang digunakan pada penelitian ini adalah:
- Martil - Linggis - Bor
Alat ukur yang digunakan adalah : Ground Resistance Meter.
- Merk Elohmi Z
- Model 42/ 35-86-2 XP.
- Jumlah terminal 4 buah ( E, Es, S, H ).
- Perubahan skala pengukuran dilakukan secara manual dengan menekan switch on dan off pada RE.
3.4.2 Cara Penelitian
Untuk mendapatkan data-data dalam penelitian ini dilakukan beberapa langkah pengukuran antara lain :
I. Pengukuran Tahanan Pentanahan :
1. Pengeboran tanah dengan kedalaman 6 meter
2. Pemasangan elektroda dengan diameter 10 mm2, panjang 6 meter ke dua elektroda dengan jarak antar elektroda 50 meter.
3. Sistem pentanahan disambungkan ke terminal.
4. Pemasangan kawat BC 10 mm2 sepanjang 50 meter pada tanah yang menghubungkan ke dua elektroda
5. Pengukuran tahanan pentanahan seperti pada Gambar 3.1.
6. Pengambilan data/pengukuran nilai tahanan pentanahan dilakukan setiap hari pada pukul 12.00 Wita dan 14.00 Wita dengan kondisi yang sama.
7. Cara pengukuran seperti pada gambar 3.1.
Gambar 3.1Rangkaian Pengukuran Tahanan Pentanahan
Keterangan :
RE = Elektroda Pentanahan (batang besi bulat dilapisi tembaga)
Hubungkan kabel penghubung ke terminal alat ukur (E, P, C) dan ke batang (stake) pembantu seperti pada Gambar 3.1.
- Apabila kabel terhubung seluruhnya, maka lakukanlah pengukuran dengan menekan tombol batas ukur (skala) terbesar x 1000 terlebih dahulu untuk menghindari kerusakan alat ukur kemudian tekan tombol MEAS.
- Apabila jarum penunjukkan bergeser sedikit (harga penunjukkan kecil), maka rubahlah batas ukur yang lebih kecil (x 100 , x 10 ) agar harga pengukuran dapat terbaca dengan jelas.
- Selama dalam pengukuran lampu indikator menyala apabila terminal C dan E terhubung dengan baik, dan apabila terminal C dan E tidak terhubung dengan baik maka lampu indikator tidak menyala (mati).
- Posisi tombol MEAS selalu dalam keadaan normal (tidak ditekan) apabila selesai melakukan pengukuran sebab alat ukur menghasilkan tegangan max 130 V, akan terbaca harga tahanan pentanahannya.
3.5 Definisi Operasional Variabel
Variabel – variabel yang digunakan dalam penelitian ini dapat didefinisikan sebagai berikut :
- Tahanan pentanahan pada penelitian ini adalah nilai tahanan pentanahan pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S
> L.
- Tanah yang menjadi tempat penelitian adalah jenis tanah lempung yang berlokasi di Mengwi Kabupaten Badung.
- Alat ukur Ground Resistance Meter adalah alat ukur untuk mengukur tahanan jenis tanah dan tahanan pentanahan dengan spesifikasi alat merk Elohmi Z, Model 42/ 35-86-2 XP, Berat mendekati 0,8 Kg dengan 4 buah terminal ( E, Es, S, H ).
3.6 Analisis Data
Data hasil pengukuran dianalisis secara deskriptif.
3.7 Alur Analisis
Gambar 3.2 Alur Analisis
Mulai
Perencanaan
Pengumpulan Material
Pengambilan Sampel (lokasi)
Pelaksanaan Pemasangan elektroda
Pengukuran /Pengambilan Data
Analisis Data
Selesai
38
Sistem pentanahan dua batang ditanam vertikal dengan jarak antar elektroda lebih besar dari pada panjang elektroda (S > L) cocok dipasang pada daerah manapun, namun sistem pentanahan tersebut membutuhkan lahan yang sangat luas, tidak efektif untuk daerah yang sempit, sehingga sangat jarang dipilih untuk sistem pentanahan. Padahal dilihat dari faktor-faktor yang mempengaruhi nilai tahanan pentanahan seperti diameter elektroda dan penambahan zat aditif, maka sangat mungkin dilakukan penelitian dengan memodifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S > L untuk mengurangi jarak antar elektroda, sehingga akan dapat menngurangi lahan yang dibutuhkan.
Berdasarkan masalah tersebut, telah dicoba diberikan perlakuan mengenai modifikasi kedalaman dan diameter elektroda pada sistem pentanahan dua batang elektroda ditanam vertikal terhadap tanah dengan S > L untuk mengurangi jarak antar elektroda pada sistem pentanahan. Pada penelitian tersebut diambil beberapa perlakuan dari 3 (tiga) ukuran elektroda yaitu 6 mm2, 10 mm2, dan 16 mm2, dengan kedalaman (L) 2 m, 4 m dan 6 m, dan jarak antar elektroda (S) 1 meter lebih besar dari panjang elektroda (S) masing-masing hingga mencapai nilai tahanan pentanahan < 1 ohm.
Perlakuan pada penelitian tersebut adalah, masing-masing diameter elektroda 6 mm2, kedalaman elektroda (L) 2 m dengan jarak antar elektroda (S) 3 m, 4 m, 5 m, ...m, hingga mencapai nilai tahanan pentanahan < 1 Ohm, diameter elektroda 10 mm2, kedalaman elektroda (L) 2 m dengan jarak antar elektroda (S) 3 m, 4 m, 5 m, ...m, hingga mencapai nilai tahanan pentanahan < 1 Ohm, diameter elektroda 16 mm2, kedalaman elektroda (L) 2 m dengan jarak antar elektroda (S) 3 m, 4 m, 5 m, ...m, hingga mencapai nilai tahanan pentanahan < 1 Ohm.
Ke 3 (tiga) perlakuan tersebut dilanjutkan dengan penelitian dari masing- masing elektroda 6 mm2, 10 mm2 dan 16 mm2 dengan merubah kedalaman(L) menjadi 4 m dan jarak antar elektroda (S) 5 m, 6 m, 7 m, ...m hingga mencapai R < 1 Ohm dan kedalaman (L) 6 m dengan jarak antar elektroda 7 m, 8 m, 9 m, ...m, hingga mencapai R < 1 Ohm.
Pemilihan ukuran elektroda pada penelitian ini, didasarkan atas penggunaan dari elektroda tersebut sangat umum digunakan pada panel-panel.
4.2 Hasil Pengukuran
Mengacu kepada rancangan penelitian tersebut di atas didapatkan hasil pengukuran tahanan pentanahan seperti pada tabel 4.1 di bawah :
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Tahanan Pentanahan Dengan Nilai Tahanan Pentanahan < 1 Ohm
Nilai R() No Ukuran
Elektroda (mm2)
L (m)
S (m)
3 4 5 6 7 8 9 10
1 6 2 6,5 6,0 4,6 4,0 3,0 1,8 1,2 0,7
4 3,1 2,0 1,2 0,8
6 0,7 0,7 0,7 0,7 0,6
2 10 2 5,8 4,6 3,2 2,9 1,6 0,9
4 0,9 0,9 0,8
6 0,5 0,5 0,5 0,4 0,4
3 16 2 3,8 2,8 1,6 0,8
4 0,9 0,9 0,8
6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3
Tabel 4.2 Kedalaman dan Jarak Elektroda Dari Masing-Masing Ukuran Elektroda Untuk Mendapatkan Nilai Tahanan Pentanahan < 1 Ohm Dengan S > L.
No Ukuran
Elektroda (mm2)
Kedalaman L L1 & L2 (m)
Jarak Elektroda S (m)
Nilai Tahanan Pentanahan
()
1 6 2 10 0,7
4 6 0,8
6 7 0,6
2 10 2 8 0,9
4 5 0,8
6 7 0,4
3 16 2 6 0,8
4 5 0,8
6 7 0,3
Berdasarkan hasil penelitian tersebut, ada beberapa jarak antar elektroda yang masih dapat diperpendek yang dengan S < L, sehingga dicoba dengan melakakukan percobaan dengan mengurangi panjang antar elektroda hingga mencapai nilai tahanan pentanahan < 1 Ohm. Berdasarkan hasil percobaan hingga mendapatkan nilai tahanan pentanahan < 1 Ohm, ukuran penghantar 6 mm2 dengan kedalaman 6 meter hanya membutuhkan jarak antar elektroda 1 meter, sehingga jarak antar elektroda <
kedalaman elektroda (S < L). Bila ukuran penghantar 10 mm2 dengan kedalaman 4 meter hanya membutuhkan jarak antar elektroda 2 meter (S < L) dan dengan kedalaman 6 meter hanya membutuhkan jarak antar elektroda 0,5 meter (S < L).
Untuk elektroda 16 mm2 dengan kedalaman 4 meter hanya membutuhkan jarak antar elektroda 1 meter dan dengan kedalaman 6 meter hanya membutuhkan 0,5 meter (S <
L). Hasil percobaan seperti pada tabel 4.3 di bawah.
