SISTEM PEMBUMIAN IV (Metode Pengukuran Tahanan Pembumian)

 METODE PENGUKURAN TAHANAN PEMBUMIAN

1.           Pengukuran Tahanan Pembumian

Pengukuran tahanan pembumian bertujuan untuk menetukan tahanan antara besi atau plat tembaga yang ditanam dalam tanah yang digunakan untuk melindungi peralatan listrik terhadap gangguan petir dan hubung singkat. Dengan demikian pelat tersebut harus ditanam hingga mendapatkan tahanan terhadap tanah sekitar yang sekecil-kecilnya. Untuk mengukur tahanan pembumian digunakan alat ukur Megger Tanah (Earth Resistance Tester).

Megger Tanah

 Keterangan :

1. OK Lamp.

2. Function Switch Buttons.

3. Ohm Range Switch Buttons

4. Terminal.

5. Scale Plate.

6. Panel

 

Pengukuran Tahanan Pembumian

 Pelaksanaan pengoperasian earth resistance tester sbb:

a.           Prop (A) di hubungkan dengan elektrode (di bak kontrol). Prop (B) dan (C) ditancapkan ketanah dengan jarak antara 5 sd. 10 m. Maka alat ukur akan menunjukan besar dari R - tanah.

b.           Standar besar R-tanah untuk electrode pembumian ±5 Ohm. Apabila belum mencapai nilai 1 Ohm, maka elektrode dapat ditambah dan dipasang diparalel. Pembumian paling ideal apabila elektrode dapat mencapai sumber air atau R-tanah = 0.

c.           Contoh: Pemasangan electrode pertama (R1), setelah diukur = 12 Ω Selanjutnya di tanam lagi electrode ke 2 (R2), diukur tahanan = 12 Ω, Maka besar tahanan RI diperoleh dengan R2 = 6 Ω, Karena belum mencapai 1 Ω, maka ditanam lagi electrode ke 3 (R3), dan seterusnya.

Maka perhitungan R ekivalennya sbb;

Metode Perhitungan Nilai Tahanan Pentanahan

 

Rangkaian Pengganti Tahanan Pentanahan

Pada saat dibangun sistem pembumian, setelah diukur dengan Earth resistance tester, nilai yang muncul 100 Ohm (maks), kalau acuannya PUIL maka nilai tersebut harus diturunkan.

Yang dilakukan apabila dijumpai permasalahan tersebut, maka harus dilakukan menambah Rod sesuai dengan rumus mencari nilai 2 tahanan yang diparalelkan. (Rod dianalogikan sebagai tahanan). Kalau 100/100 = 50 Ohm (2 rod); 50/50 = 25 Ohm (menjadi 4 rod); 25/25= 12.5 Ohm (menjadi 6 rod); 12.5/12.5 = 6.25 Ohm (menjadi 8 rod), 6.25/6.25 = 3.125 Ohm (menjadi 10 rod); 3.125/3.125=1.56Ohm (menjadi 11 rod); 1.56/1.56 = 0.78 Ohm (menjadi 12 rod), sehingga dengan menempatkan rod dengan jumlah 12 buah maka didapatkan nilai tahanan pembumian di bawah 1 Ohm. Setelah Grounding Ring dipastikan terhubung sempurna, dilakukan kembali pengecekan nilai tahanan pembumiannya dengan menggunakan earth resistance tester.

2.           Pemasangan Sistem Pembumian dan Pengukuran

Dilakukan penentuan titik dimana elektrode pentanahan akan ditanam. Dalam melakukan penanaman elektroda bisa diupayakan pada titik yang mudah untuk menanam / tidak terbentur dengan batu atau kerikil. Jika pada saat penanaman elektroda pentanahan masih membentur dengan kerikil yang keras atau batu, maka bisa dipindahkan ke titik sampingnya. Untuk memudahkan penanaman elektroda bisa dibantu dengan menggunakan penyiraman air pada titik tersebut. Setelahnya dilakukan pengukuran tahanan pentanahan dengan menggunakan Digital Earth Resistance Tester 4105 A.

Elektrode pentanahan dalam penelitian ini menggunakan tembaga pejal (Copper Rod) dengan diameter 5/8 inchi = 15.89 mm sepanjang 4 m. Copper rod ini ditanam ke dalam tanah mulai kedalaman 1 m dan ditambah 0.5 m pengukuran.

Pada tiap-tiap kedalaman dilakukan pengukuran tahanan pentanahannya dengan mempergunakan alat Digital Earth Resistance Tester 4105 A. Sedangkan spesifikasi alat yang digunakan untuk mengukur tahanan pentanahan adalah sebagai berikut :

a.           Merk : KYORITSU

b.           Jenis : Digital Earth Resistance Tester 4105A

c.           Alat ini berfungsi untuk menampilkan nilai tahanan pentanahan yang terukur dengan kemampuan mengukur sampai 1999 Ω (ohm). Skema gambar Earth Resistance

 

Earth Resistance Tester

Keterangan :

1. LCD penampil nilai ukur.

2. Simbol baterai keadaan lemah.

3. LEDindicator (berwarna hijau).

4. Tombol uji untuk mengunci.

5. Terminal pengukuran.

 

 

Langkah – langkah pelaksanaan pengukuran tahanan adalah :

1)       Mempersiapkan elektroda pentanahan dan alat – alat bantu pemasangannya.

2)       Dilakukan pengecekan tegangan baterai dengan menghidupkan Digital Earth Resistance Tester . Jika layar tampak bersih tanpa simbol baterai lemah berarti kondisi baterai dalam keadaan baik. Jika layar menunjukkan simbol baterai lemah atau bahkan layar dalam keadaan gelap berarti baterai perlu diganti.

3)       Membuat rangkaian pengujian seperti pada gambar di bawah ini. dengan menanam elektroda utama dan elektroda bantu. Menanam elektroda dengan memukul kepala elektroda menggunakan martil, jika menjumpai lapisan tanah yang keras sebaiknya jangan memaksakan penanaman elektroda.        

Pemasangan Earth Tester

 

4)       Menentukan jarak antarelektroda bantu minimal 5 meter dan maksimal 10 meter.

5)       Mengukur tegangan tanah dengan mengarahkan range switch ke earth voltage dan pastikan bahwa nilai indikator 10 V atau kurang. Jika earth voltage bernilai lebih tinggi dari 10 V diperkirakan akan terjadi banyak kesalahan dalam nilai pengukuran tahanan.

6)       Mengecek penghubung atau penjepit pada elektroda utama dan elektroda bantu dengan menyetting range switch ke 2000 Ω dan tekan tombol ” PRESS TO TEST ”. Jika tahanan elektroda utama terlalu tinggi atau menunjukkan simbol ” . . . ” yang berkedip-kedip maka perlu dicek penghubung atau penjepit pada elektroda utama.

7)       Melakukan pengukuran. Menyetting range switch ke posisi yang diinginkan dan tekan tombol ” PRESS TO TEST ” selama beberapa detik.

8)       Mencatat nilai ukur tahanan yang muncul dari Digital Earth Resistance Tester.

9)       Mengembalikan posisi tombol ” PRESS TO TEST ” ke posisi awal.

10)   Melakukan pengujian tahanan untuk kedalaman elektroda yang berbeda dengan langkah 3, 7, 8, 9.

11)   Perubahan kedalaman elektroda utama adalah sebesar 0.5 m pada tiap tiap pengukuran.

SISTEM PEMBUMIAN III (Faktor Tahanan Pembumian)

FAKTOR TAHANAN PEMBUMIAN

Tahanan pembumian harus sekecil mungkin untuk menghindari bahaya[1]bahaya yang ditimbulkan oleh adanya arus gangguan tanah. Nilai standar mengacu pada Persyaratan Umum Instalasi Listrik atau PUIL 2000 (peraturan yang sesuai dan berlaku hingga saat ini) yaitu kurang dari atau sama dengan 5 (lima) ohm. Dijelaskan bahwa nilai sebesar 5 Ohm merupakan nilai maksimal atau batas tertinggi dari hasil resistan pembumian (grounding) yang masih bisa ditoleransi. Nilai yang berada pada range 0 ohm-5 Ohm adalah nilai aman dari suatu instalasi pembumian grounding. Nilai tersebut berlaku untuk seluruh sistem dan instalasi yang terdapat pembumian (grounding) di dalamnya. Faktor-faktor yang mempengaruhi besar tahanan pembumian adalah :

1.           Bentuk Elektroda

Elektroda pembumian adalah penghantar yang ditanam dalam tanah dan membuat kontak langsung dengan tanah. Adanya kontak langsung tersebut bertujuan agar diperoleh pelaluan arus yang sebaik- baiknya apabila terjadi gangguan sehingga arus tersebut disalurkan ke tanah.

Menurut PUIL (2000), elektroda adalah pengantar yang ditanamkan ke dalam tanah yang membuat kontak langsung dengan tanah. Untuk bahan elektroda pembumian biasanya digunakan bahan tembaga, atau baja yang bergalvanis atau dilapisi tembaga. Jenis-jenis elektroda yang digunakan dalam pembumian adalah sebagai berikut :

a.        Elektroda Batang

Elektroda batang yaitu elektroda dari pipa atau besi baja profil yang dipancangkan ke dalam tanah. Elektroda ini merupakan elektroda yang pertama kali digunakan dan teori-teori berawal dari elektroda jenis ini. Elektroda ini banyak digunakan pada gardu induk. Secara teknis, elektroda jenis ini mudah pemasangannya dan tidak memerlukan lahan yang luas. Elektroda batang biasanya ditanam dengan kedalaman yang cukup dalam.

Elektroda Batang

 Rumus tahanan pembumian untuk elektroda Batang –Tunggal:

 

 

Dimana :

R = Tahanan pembumian untuk batang tunggal (ohm)

ρ = Tahanan jenis tanah (ohm-meter)

L = Panjang elektroda (meter)

A = Diameter Elektroda (meter)

Rumus tahanan pembumian untuk 2 elektroda batang :

Untuk s<L, jarak antar elektroda s

 

Untuk s>L, jarak antar elektroda s

 

b.        Elektroda Pelat

Elektroda pelat ialah elektroda dari bahan pelat logam (utuh atau berlubang) atau dari kawat kasa. Pada umumnya elektroda ini ditanam dalam. Elektroda ini digunakan bila diinginkan tahanan pembumian yang kecil dan sulit diperoleh dengan menggunakan jenis elektroda yang lain.

Elektroda Plat

 Rumus tahanan pembumian untuk elektroda Pelat–Tunggal:

 

 

Dimana,

Rp = Tahanan pembumian pelat (ohm)

ρ = Tahanan jenis tanah (ohm-meter)

Lp = Panjang pelat (m)

Wp = Lebar Pelat (m)

Tp = Tebal Pelat (m)

 

c.        Elektroda Pita

Elektroda pita ialah elektroda yang terbuat dari hantaran berbentuk pita atau berpenampang bulat atau hantaran pilin yang pada umumnya ditanam secara dangkal. Kalau pada elektroda jenis batang, pada umumnya ditanam secara dalam. Pemancangan ini akan bermasalah apabila mendapati lapisan-lapisan tanah yang berbatu, disamping sulit pemancangannya, untuk mendapatkan nilai tahanan yang rendah juga bermasalah. Ternyata sebagai pengganti pemancangan secara vertikal ke dalam tanah, dapat dilakukan dengan menanam batang hantaran secara mendatar (horisontal) dan dangkal. Disamping kesederhanaannya itu, ternyata tahanan pembumian yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh bentuk konfigurasi elektrodanya, seperti dalam bentuk melingkar, radial atau kombinasi antar keduanya.

Elektroda Pita

 

Contoh rumus perhitungan tahanan pembumian untuk elektroda pita-tunggal:

 

 

Dimana,

Rw = Tahanan dengan kisi-kisi (grid) kawat (ohm)

ρ = Tahanan jenis tanah (ohm-meter)

Lw = Panjang total grid kawat (m)

dw = Diameter kawat (m)

Zw = Kedalaman penanaman (m)

Aw = Luasan yang dicakup oleh grid (m²)

  

Di bawah ini ada ukuran minimum elektroda bumi yang perlu diketahui :

Tabel 1 Ukuran Minimum Elektroda Bumi

No	Bahan Jenis Elektrode	Baja digalvanisasi dengan proses pemanasan	Baja berlapis tembaga	Tembaga
1	Elekrode Pita	- Pita baja 100 mm2 setebal minimum 3 mm	50 mm2	Pita tembaga 50 mm2 tebal minimum 2 mm
		- Penghantar pilin 95 mm2 (bukan kawat halus)		Penghantar pilin 35 mm2 (bukan kawat halus)
2	Elektrode batang	- Pipa baja 25 mm - Baja profil (mm) L 65 x 65 x 7 U 6.5 T 6 x 50 x 3 - Batang profil lam yang setaraf	baja berdiameter 15 mm dilapisi tembaga setebal 250 mm
3	Elektrode pelat	Pelat besi tebal 3 mm luas 0.5 m2 sampai 1 m2		Pelat tembaga tebal 2 mm luas o,5 m2 sampai 1 m2

2.           Jenis bahan dan ukuran elektroda

Sebagai konsekwensi peletakannya di dalam tanah, maka elektroda dipilih dari bahan-bahan tertentu yang memiliki konduktivitas sangat baik dan tahan terhadap sifat-sifat yang merusak dari tanah, seperti korosi. Ukuran elektroda dipilih yang mempunyai kontak paling efektif dengan tanah.

Tabel berikut ini dapat digunakan sebagai acuan kasar harga tahanan pembumian pada tanah dengan tahanan jenis tanah tipikal berdasarkan jenis dan ukuran elektroda.

Tabel 2 Nilai rata-rata dari resistansi pembumian untuk elektrode bumi

Jenis Elektrode	Pita atau hantaran pilin				Batang atau Pipa				Pelat vertikal 1 m dibawah permukaan tanah dlm m2
	Panjang (m)				Panjang (m)
	10	25	50	100	1	2	3	4	0,5 x 1	1 x 1
Tahanan Pentanahan	20	10	5	3	70	40	30	20	35	25

 

 3.           Jumlah/konfigurasi elektroda

Untuk mendapatkan tahanan pembumian yang dikehendaki dan bila tidak cukup dengan satu elektroda, bisa digunakan lebih banyak elektroda dengan bermacam-macam konfigurasi pemancangannya di dalam tanah.

4.           Kedalaman pemancangan/penanaman di dalam tanah

Pemancangan ini tergantung dari jenis dan sifat-sifat tanah. Ada yang lebih efektif ditanam secara dalam, namun ada pula yang cukup ditanam secara dangkal.

5.           Faktor-faktor alam (tahanan jenis tanah)

Dari rumus untuk menentukan tahanan tanah dari status elektroda yang hemispherical R = ρ/2πr terlihat bahwa tahanan pembumian berbanding lurus dengan besarnya . Untuk berbagai tempat harga ini tidak sama dan tergantung pada beberapa faktor :

a. Sifat Geologi Tanah

Ini merupakan faktor utama yang menentukan tahanan jenis tanah. Bahan dasar dari pada tanah relatif bersifat bukan penghantar. Nilai resistansi jenis tanah, sangat berbeda tergantung komposisi tanah seperti dapat dilihat dalam PUIL 2000.

Tabel 3 Resistansi Jenis Tanah

Jenis Elektrode	Pita atau hantaran pilin				Batang atau Pipa				Pelat vertikal 1 m dibawah permukaan tanah dlm m2
	Panjang (m)				Panjang (m)
	10	25	50	100	1	2	3	4	0,5 x 1	1 x 1
Tahanan Pentanahan	20	10	5	3	70	40	30	20	35	25

 

b. Komposisi Zat-Zat Kimia di dalam Tanah

Kandungan zat – zat kimia dalam tanah terutama sejumlah zat organik maupun anorganik yang dapat larut perlu untuk diperhatikan pula. Di daerah yang mempunyai tingkat curah hujan tinggi biasanya mempunyai tahanan jenis tanah yang tinggi disebabkan garam yang terkandung pada lapisan atas larut. Pada daerah yang demikian ini untuk memperoleh pembumian yang efektif yaitu dengan menanam elektroda pada kedalaman yang lebih dalam dimana larutan garam masih terdapat.

c. Kandungan Air Tanah

Kandungan air tanah sangat berpengaruh terhadap perubahan tahanan jenis tanah ( ) terutama kandungan air tanah sampai dengan 20%. Dalam salah satu test laboratorium untuk tanah merah penurunan kandungan air tanah dari 20% ke 10% menyebabkan tahanan jenis tanah naik samapai 30 kali. Kenaikan kandungan air tanah di atas 20% pengaruhnya sedikit sekali.

d. Temperatur tanah

Temperatur bumi pada kedalaman 5 feet = (1,5 m) biasanya stabil terhadap perubahan temperatur permukaan. Bagi Indonesia daerah tropik perbedaan temperatur selama setahun tidak banyak, sehingga faktor temperatur boleh dikatakan tidak ada pengaruhnya.