Grounding / Pentahanan

A. Sistem dengan titik netral di tanahkan (di-grounding-kan)

Grounding Sign

Sistem dengan titik netral ditanahkan adalah suatu sistem yang titik netral dari sistem tersebut sengaja dihubungkan ke tanah, baik melalui impedansi maupun secara langsung.
 

Tujuan dari pentanahan (grounding)
 adalah untuk mencegah timbulnya busur listrik pada sistem serta untuk membatasi tegangan pada fasa-fasa sistem tidak terganggu.

Ada beberapa metode pentanahan titik netral sistem tenaga listrik diantaranya yaitu: Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding). Sistem yang ditanahkan dengan tahanan adalah sistem yang titik netralnya dihubungkan dengan tanah melalui tahanan. Pada umumnya nilai tahanan pentanahan lebih tinggi daripada reaktansi sistem pada tempat dimana tahanan itu dipasang. Salah satu masalah dalam pentanahan netral melalui tahanan adalah timbulnya rugi daya pada tahanan netral tersebut ketika terjadi gangguan fasa ke tanah. Nilai tahanan pentanahan netral tersebut harus dapat membatasi arus gangguan ke tanah antara 10% sampai 25% dari arus gangguan tiga fasa agar tidak banyak panas yang hilang pada waktu terjadi gangguan ke tanah. Nilai tahanan netral yang dapat digunakan tergantung pada kapasitas tegangan kerja sistem seperti yang diperlihatkan pada gambar 1.

Ada dua penggolongan pentanahan dengan tahanan yaitu:

• Pentanahan dengan tahanan tinggi, adalah pentanahan netral sistem dengan tahanan yang akan membatasi arus gangguan ketanah ke harga yang sama atau sedikit lebih besar dari arus pelepasan kapasitif sistem. Biasanya untuk sistem ini arus gangguan ketanah tidak lebih dari 25A dan digunakan pada sistem distribusi tenaga listrik bertegangan rendah dan menengah. Sistem pentanahan ini secara efektif mengontrol transient overvoltage selama terjadi gangguan ke tanah dan memperkecil kerusakan karena kejutan dan busur listrik yang berbahaya pada titik gangguan.

•  Pentanahan dengan menggunakan tahanan rendah, adalah pentanahan netral sistem dengan tahanan rendah hampir sama dengan dengan pentanahan secara langsung (solid). Besar tahanan dipilih sedemikian rupa sehingga rele gangguan ketanah dapat bekerja mendeteksi arus gangguan. Untuk arus gangguan ketanah yang lebih besar dari 25% tidak direkomendasikan untuk menggunakan tahanan sebab akan banyak rugi daya dalam bentuk panas yang tidak banyak panas yang hilang pada waktu terjadi gangguan ke tanah. Nilai tahanan netral yang dapat digunakan tergantung pada kapasitas tegangan kerja sistem seperti yang diperlihatkan pada gambar 1..

Kedua jenis pentanahan ini dibuat untuk membatasi tegangan lebih agar tidak melampui batas tegangan normal.

Gambar 1.. Nilai tahanan netral pada berbagai kapasitas dan tegangan kerja.

Gbr.. 1.  Nilai Tahan netral pada berbagai kapasitas dan tegangan kerja

B.Kebutuhan Akan Pentanahan

Pada prinsipnya desain sistem pentanahan yang aman mempunyai tujuan:

1. Membawa arus listrik kedalam tanah pada saat terjadi gangguan tanpa menimbulkan gangguan pada peralatan
2. Memastikan bahwa operator yang mengoperasikan peralatan aman terhadap bahaya sengatan listrik.

Pada saat terjadi gangguan fasa ke tanah, maka ada arus yang masuk ke tanah. Jika suatu sistem tidak mempunyai sistem pentanahan, arus tersebut akan berada pada tanah di sekitar sistem yang terjadi gangguan sehingga tanah tersebut mempunyai beda potensial yang dapat menyengat operator pada waktu mengoperasikan peralatan. Tegangan tersebut sangat besar karena tidak ada lintasan arus yang kembali pada sumber arus, dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi rangkaian terbuka. Tetapi apabila pada sistem tersebut mempunyai pentanahan yang baik seperti pada gambar 2.4, maka saat terjadi gangguan akan ada lintasan arus untuk kembali ke sumber arus. Dengan demikian tanah sekitar sistem mengandung beda potensial kecil yang masih aman bagi operator. Sistem dengan pentanahan tersebut menjadi suatu rangkaian tertutup.

Gbr. 2. Lintasan arus gangguan di tanah

Selama kondisi gangguan ke tanah, arus gangguan yang masuk kedalam tanah akan menimbulkan gradient voltage pada substation dan sekitarnya. Gradient voltage ini akan membahayakan manusia pada daerah tersebut dan akan menimbulkan tegangan yang berbahaya pada peralatan yang ditanahkan. Untuk mengurangi luas dari gradient voltage, digunakan Grounding grid yang akan mengurangi luas dari gradient voltage. Beberapa hal yang diperhatikan dalam kontrol gradient over voltage.

Beberapa hal yang diperhatikan dalam kontrol gradient over voltage adalah :

1. Tegangan sentuh merupakan tegangan yang diterima manusia saat berdiri diatas tanah dan menyentuh benda yang di tanahkan saat terjadi gangguan.
2. Tegangan langkah yang artinya adalah tegangan yang timbul saat terjadi gangguan, dan masuk dalam tubuh manusia ketika berdiri diatas tanah pada jarak satu langkah.
3. Tegangan mesh yang sebenarnya adalah suatu keadaan khusus dari tegangan sentuh yang dialami manusia, dimana berdiri tepat di tengah-tengah mesh dan menyentuh benda yang di tanahkan saat terjadi gangguan .

C. Tahanan jenis tanah.

Faktor keseimbangan antara tahanan pembumian dan kapasitansi di sekelilingnya adalah tahanan jenis tanah yang direpresentasikan dengan Harga tahanan jenis tanah dalam kedalaman tertentu tergantung pada beberapa faktor yaitu :

1. Jenis tanah : liat, berpasir, berbatu dan lain-lain.
2. Lapisan tanah : berlapis-lapis dengan tahanan jenis berlainan atau uniform.
3. Komposisi kimia dari larutan garam dalam kandungan air
4. Kelembaban tanah
5. Temperatur
6. Kepadatan tanah

Jenis tanah, seperti berpasir, berbatu, tanah liat dan lain-lain mempengaruhi besar tahanan jenis. Berdasarkan Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000) tahanan jenis tanah dari berbagai jenis tanah dapat dilihat pada Tabel 2.1

Tabel 2.1 Resistansi Jenis Tanah (ohm-meter):

• Tanah Rawa 30 ohm-meter
• Tanah Liat dan Tanah Ladang 100 ohm-meter
• Pasir Basah 200 ohm-meter
• Kerikil Basah 500 ohm-meter
• Pasir dan Kerikil kering 1000 ohm-meter
• Tanah Berbatu 3000 ohm-meter

Untuk perhitungan digunakan table 2.2

Tabel 2.2 Resistansi Rata-rata Jenis Tanah (ohm-meter)

• Tanah organik yg basah 1O Ohm-meter
• Tanah basah 100 ohm-meter
• Tanah kering 1000 ohm-meter
• Lapisan tanah keras 10000 ohm-meter

Nilai Pentanahan (Grounding) yang Aman Pada Instalasi, Puil 2000 bahwa pada instalasi listrik ada dua jenis resiko utama :

1. Arus kejut listrik suhu berlebih yang sangat mungkin mengakibatkan kebakaran, luka bakar, efek cedera Listrik.
2. Untuk menghindarkan manusia dan ternak dari bahaya yang timbul karena sentuhan dengan bagian aktif instalasi listrik maka dapat dilakukan cara-cara berikut.:- Mencegah mengalirnya arus melalui badan manusia atau ternak
   - Membatasi nilai arus yang dapat  mengalir melaluai badan manusia sampai suatu nilai yang lebih kecil dari arus kejut.
   - Memasang Pengaman otomatis yang bisa memutuskan sirkit apabila terjadi arus ganguan atau kegagalan isolasi yang menimbulkan arus bocor, ( alat seperti ELCB / GPAS, dll )

Nilai Tahanan Pembumian  

Untuk sistem pembumian instalasi kondisi ini harus terpenuhi.

Ra  = Besar tahanan Pembumian

Ia  = Arus Listrik yang menyebabkan operasi  otomatis dari gawai proteksi yang tergantung dari jenis dan karasteristik gawai proteksi yang digunakan. Dalam hal ini gawai dengan karasteristik waktu terbalik ( invers ) yaitu pengaman lebur ( PL atau sikring ) atau pemutus sirkit ( misal MCB ) dan Ia haruslah arus yang menyebabkan bekerjanya gawai proteksi dalam waktu 5 detik.

50 volt = adalah Tegangan yang aman untuk manusia.

Contoh

Sebuah instalansi dengan daya 900 VA  mempunyai pengaman jenis MCB   4 A  Supaya instalasi aman untuk manusia,  instalasi tersebut harus digrounding dengan nilai :

Diketatahui:

Tegangan yang aman bagi manusia  V =  50 Volt

Daya listrik 900 VA mempunyai proteksi arus Ia = 4 ampere

Ditanya  Ra........?

Ra  =  V / Ia

       .   50 / 4    = 12.5 ohm

DAFTAR PUSTAKA:

1. Central Station Engineers Of The Westinghouse Electric Corporation Elecrical Transmision and Distribution Reference Book-Fourth Edition.USA: Westinghouse Electric Corporation,1964.
2. IEEE Guide for safety in AC Substation Grounding. ANSI/IEEE Std 80-1986.New York: The Institute of Electrical and electronics Enginers Inc,1985
3. Persyaratan Umum Instalasi Listrik Indonesia. Jakarta: Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia 2000