Embed Size (px)
DESCRIPTION
Teori
Citation preview
10
BAB II
KAJIAN TEORI
A Bahaya Sengatan Listrik
Dalam menjalankan aktivitas sehari-hari listrik dapat dipandang sebagai
kebutuhan namun di sisi lain listrik dapat membahayakan keselamatan kita jika
tidak digunakan dengan baik Sebagian besar orang pernah mengalami dan
merasakan sengatan listrik Seperti halnya merasa terkejut saja sampai dengan
merasa sangat menderita Oleh karena itu untuk mencegah dari hal-hal yang tidak
diinginkan kita perlu meningkatkan kewaspadaan terhadap bahaya listrik dan
sebaiknya meningkatan pemahaman terhadap sifat dasar kelistrikan yang kita
gunakan
Bahaya listrik dibedakan menjadi dua yaitu bahaya primer dan bahaya
sekunder Bahaya primer adalah bahaya-bahaya yang disebabkan oleh listrik
secara langsung seperti bahaya sengatan listrik dan bahaya kebakaran atau
ledakan pada gambar berikut
Gambar 2 Sengatan listrik
Gambar 3 Kebakaran atau ledakan
11
Sedangkan bahaya sekunder adalah bahaya-bahaya yang diakibatkan
listrik secara tidak langsung Namun bukan berarti bahwa akibat yang
ditimbulkannya lebih ringan dari yang primer
Contoh bahaya sekunder antara lain adalah tubuhbagian tubuh terbakar
baik langsung maupun tidak langsung jatuh dari suatu ketinggian dan lain-lain
seperti pada gambar berikut
Gambar 4 luka bakar karena kontak langsung
Gambar 5 Luka terbakar akibat percikan api
Gambar 6 Jatuh akibat sengatan listrik
12
Dampak sengatan listrik bagi manusia antara lain adalah
1 Gagal kerja jantung (Ventricular Fibrillation) yaitu berhentinya
denyut jantung atau denyutan yang sangat lemah sehingga tidak
mampu mensirkulasikan darah dengan baik
2 Gangguan pernafasan akibat kontraksi hebat (suffocation) yang
dialami oleh paru-paru
3 Kerusakan sel tubuh akibat energi listrik yang mengalir di dalam
tubuh
4 Terbakar akibat efek panas dari listrik
1) Proses Terjadinya Sengatan Listrik
Ada dua cara listrik bisa menyengat tubuh yaitu melalui sentuhan
langsung dan tidak langsung Bahaya sentuhan langsung merupakan akibat dari
anggota tubuh bersentuhan langsung dengan bagian yang bertegangan sedangkan
bahaya sentuhan tidak langsung merupakan akibat dari adanya tegangan liar yang
terhubung ke bodi atau selungkup alat yang terbuat dari logam (bukan bagian
yang bertegangan) sehingga bila tersentuh akan mengakibatkan sengatan listrik
Gambar berikut memberikan ilustrasi tentang jenis bahaya listrik
Gambar 7 Sentuhan Langsung
13
Gambar 8 Sentuhan Tak Langsung
2) Tiga Faktor Penentu Tingkat Bahaya Listrik
Ada tiga faktor yang menentukan tingkat bahaya listrik bagi manusia
yaitu tegangan (V) arus (I) dan tahanan (R) Ketiga faktor tersebut saling
mempengaruhi antara satu dan lainnya yang ditunjukkan dalam hukum Ohm
Tegangan (V) dalam satuan volt (V) merupakan tegangan sistem jaringan listrik
atau sistem tegangan pada peralatan Arus (I) dalam satuan ampere (A) atau mili
amper (mA) adalah arus yang mengalir dalam rangkaian dan tahanan (R) dalam
satuan Ohm kilo Ohm atau mega Ohm adalah nilai tahanan atau resistansi total
saluran yang tersambung pada sumber tegangan listrik Sehingga berlaku
Gambar 9 Segitiga tegangan arus dan tahanan
14
Gambar 10 Tubuh manusia bagian dari rangkaian
Dimana
Ru1 = Tahanan penghantar
RKi = Tahanan tubuh
Ru2 = Tahanan penghantar
Rk = Tahanan total
Rk =Ru1 + RKi + Ru2
Dalam hal ini yang menjadi titik perhatian pada unsur manusia maka
selain kabel (penghantar) sistem pentanahan dan bagian dari peralatan lain tubuh
termasuk bagian dari tahanan rangkaian tersebut (Gambar 10) Salah satu
faktornya ditentukan oleh tinggi rendah arus listrik yang mengalir ke dalam tubuh
Sedangkan kuantitas arus akan ditentukan oleh tegangan dan tahanan tubuh
manusia serta tahanan lain yang menjadi bagian dari saluran
Berarti peristiwa bahaya listrik berawal dari sistem tegangan yang
digunakan untuk mengoperasikan alat Semakin tinggi sistem tegangan yang
digunakan maka semakin tinggi pula tingkat bahayanya
15
3) Tiga faktor penentu keseriusan akibat sengatan listrik
Ada tiga faktor yang menentukan keseriusan sengatan listrik pada tubuh
manusia yaitu besar arus lintasan aliran dan lama sengatan pada tubuh
a) Besar arus listrik
Besar arus yang mengalir dalam tubuh akan ditentukan tegangan dan
tahanan tubuh Tegangan tergantung sistem tegangan yang digunakan sedangkan
tahanan tubuh manusia bervariasi tergantung pada jenis kelembabanmoistur kulit
dan faktor-faktor lain seperti ukuran tubuh berat badan dan lain sebagainya
Tahanan kontak kulit bervariasi dari 1000 KΩ (kulit kering) sampai 100 Ω (kulit
basah) Tahanan dalam (internal) tubuh sendiri antara 100 - 500 Ω Contoh
Jika tegangan sistem yang digunakan adalah 220 V berapakah
kemungkinan arus yang mengalir ke dalam tubuh manusia
1 Kondisi terjelek
- Tahanan tubuh adalah tahanan kontak kulit di tambah tahanan
internal tubuh (Rk)=100Ω +100Ω = 200 Ω
- Arus yang mengalir ke tubuh I = VR = 220 V200 Ω = 11 A
2 Kondisi terbaik
- Tahanan Tubuh Rk= 1000 kΩ
- I = 220 V1000 kΩ = 022 mA
b) Lintasan arus listrik dalam tubuh
Lintasan arus listrik dalam tubuh juga akan sangat menentukan tingkat
akibat sengatan listrik Lintasan yang sangat berbahaya adalah yang melewati
jantung dan pusat saraf (otak) Untuk menghindari kemungkinan terburuk adalah
16
saat bekerja pada sistem kelistrikan khususnya yang bersifat ONLINE adalah
sebagai berikut
1 gunakan topi isolasi untuk menghindari kepala dari sentuhan listrik
2 gunakan sepatu yang berisolasi baik agar kalau terjadi hubungan
listrik dari anggota tubuh yang lain tidak mengalir ke kaki agar
jantung tidak dilalui arus listrik
3 gunakan sarung tangan isolasi minimal untuk satu tangan untuk
menghindari lintasan aliran ke jantung bila terjadi sentuhan listrik
melalui kedua tangan Bila tidak satu tangan untuk bekerja sedangkan
tangan yang satunya dimasukkan ke dalam saku
c) Waktu sengatan
Lama sengatan listrik sangat menentukan kefatalan akibat sengatan
listrik Semakin lama tubuh dalam sengatan semakin fatal pengaruh yang
diakibatkannya Oleh karena itu yang menjadi pertimbangan dalam
pengembangan teknologi adalah bagaimana bisa membatasi sengatan agar dalam
waktu sependek mungkin
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang pengaruh besar dan lama waktu
arus sengatan terhadap tubuh ditunjukkan pada gambar 11 Dalam gambar
diperlihatkan bagaimana pengaruh sengatan listrik terhadap tubuh khususnya
yang terkait dengan dua faktor yaitu besar dan lama arus listrik mengalir dalam
tubuh
Arus sengatan pada daerah 1 (sampai 05 mA) merupakan daerah aman
dan belum terasakan oleh tubuh (arus mulai terasa 1-8 mA)
17
Daerah 2 merupakan daerah yang masih aman walaupun sudah
memberikan dampak rasa pada tubuh dari ringan sampai sedang walaupun masih
belum menyebabkan gangguan kesehatan
Daerah 3 sudah berbahaya bagi manusia karena akan menimbulkan
kejang-kejangkontraksi otot dan paruparu sehingga menimbulkan gangguan
pernafasan
Daerah 4 merupakan daerah yang sangat memungkinkan menimbulkan
kematian si penderita
Gambar 11 Pengaruh Besar Dan Lama Waktu Arus Sengatan Listrik Terhadap
Tubuh
Dalam gambar tersebut di atas juga ditunjukkan karakteristik salah satu
pengaman terhadap bahaya sengatan listrik dimana ada batasan kurang dari 30
mA dan waktu kurang dari 25 ms Berikut ini dijelaskan daerah dan reaksi tubuh
terhadap sengatan listrik untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar berikut
18
Gambar 12 Reaksi Tubuh Terhadap Sengatan Listrik
Untuk mengatasi bahaya sengatan listrik tersebut maka diperlukan suatu
proteksi yang mana dalam situasi ini pengamanan yang diterapkan berupa sistem
grounding atau pentanahan
B Pengamanan Terhadap Tegangan Sentuh
Pentanahan merupakan salah satu cara untuk mengatasi bahaya tegangan
sentuh tidak langsung yang dimungkinkan terjadi pada bagian peralatan yang
terbuat dari logam Untuk peralatan yang mempunyai selungkup rumah tidak
terbuat dari logam tidak memerlukan sistem ini Agar sistem ini dapat bekerja
secara efektif maka baik dalam pembuatannya maupun hasil yang dicapai harus
sesuai dengan standard
Ada 2 fungsi utama sistem pentanahan yaitu (1) menyalurkan arus dari
bagian-bagian logam peralatan yang teraliri arus listrik liar ke tanah melalui
19
saluran pentanahan dan (2) menghilangkan beda potensial antara bagian logam
peralatan dan tanah sehingga tidak membahayakan bagi yang menyentuhnya
i) Tegangan Sentuh
Peralatan yang menggunakan sistem tegangan fasa-satu menggunakan
sekering 2 A Bila terjadi arus bocor pada selungkuprumah mesin maka
teganganbeda potensial antara selungkup mesin dan tanah sebesar 220 V
Tegangan sentuh ini sangat berbahaya bagi manusia Bila selungkup yang
bertegangan ini tersentuh maka akan ada arus yang mengalir ke tubuh orang
tersebut
Gambar 13 Kondisi tegangan sentuh pada mesin
Pada keadaan sebelum ditanahkan bila terjadi arus gangguan (arus
bocor) maka selungkup alat mempunyai tegangan terhadap tanah sama dengan
tegangan sumber (tegangan antara L-N) Tegangan ini sudah tentu sangat
membahayakan operator atau orang yang menyentuh selungkup alat tersebut
ii) Cara pengamanan tegangan sentuh
Pengamanan tegangan sentuh dapat dilakukan dengan membuat saluran
pentanahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 Saluran pentanahan ini
harus memenuhi standard SNI yakni mempunyai tahanan pentanahan tidak lebih
20
dari 05 Ω Jika tahanan saluran pentanahan sebesar 01 Ω dan arus kesalahan 200
A maka kondisi tegangan sentuh akan berubah menjadi
Gambar 14 Saluran Pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh
Bila tegangan ini tersentuh maka arus yang akan mengalir ke tubuh
maksimum sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan ini terlihat demikian berbedanya tingkat
bahaya tegangan sentuh antara yang tanpa pentanahan dan dengan pentanahan
Dengan saluran pentanahan peralatan jauh lebih aman Berdasarkan fungsi
tersebut saluran pentanahan ini juga disebut saluran pengaman
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
11
Sedangkan bahaya sekunder adalah bahaya-bahaya yang diakibatkan
listrik secara tidak langsung Namun bukan berarti bahwa akibat yang
ditimbulkannya lebih ringan dari yang primer
Contoh bahaya sekunder antara lain adalah tubuhbagian tubuh terbakar
baik langsung maupun tidak langsung jatuh dari suatu ketinggian dan lain-lain
seperti pada gambar berikut
Gambar 4 luka bakar karena kontak langsung
Gambar 5 Luka terbakar akibat percikan api
Gambar 6 Jatuh akibat sengatan listrik
12
Dampak sengatan listrik bagi manusia antara lain adalah
1 Gagal kerja jantung (Ventricular Fibrillation) yaitu berhentinya
denyut jantung atau denyutan yang sangat lemah sehingga tidak
mampu mensirkulasikan darah dengan baik
2 Gangguan pernafasan akibat kontraksi hebat (suffocation) yang
dialami oleh paru-paru
3 Kerusakan sel tubuh akibat energi listrik yang mengalir di dalam
tubuh
4 Terbakar akibat efek panas dari listrik
1) Proses Terjadinya Sengatan Listrik
Ada dua cara listrik bisa menyengat tubuh yaitu melalui sentuhan
langsung dan tidak langsung Bahaya sentuhan langsung merupakan akibat dari
anggota tubuh bersentuhan langsung dengan bagian yang bertegangan sedangkan
bahaya sentuhan tidak langsung merupakan akibat dari adanya tegangan liar yang
terhubung ke bodi atau selungkup alat yang terbuat dari logam (bukan bagian
yang bertegangan) sehingga bila tersentuh akan mengakibatkan sengatan listrik
Gambar berikut memberikan ilustrasi tentang jenis bahaya listrik
Gambar 7 Sentuhan Langsung
13
Gambar 8 Sentuhan Tak Langsung
2) Tiga Faktor Penentu Tingkat Bahaya Listrik
Ada tiga faktor yang menentukan tingkat bahaya listrik bagi manusia
yaitu tegangan (V) arus (I) dan tahanan (R) Ketiga faktor tersebut saling
mempengaruhi antara satu dan lainnya yang ditunjukkan dalam hukum Ohm
Tegangan (V) dalam satuan volt (V) merupakan tegangan sistem jaringan listrik
atau sistem tegangan pada peralatan Arus (I) dalam satuan ampere (A) atau mili
amper (mA) adalah arus yang mengalir dalam rangkaian dan tahanan (R) dalam
satuan Ohm kilo Ohm atau mega Ohm adalah nilai tahanan atau resistansi total
saluran yang tersambung pada sumber tegangan listrik Sehingga berlaku
Gambar 9 Segitiga tegangan arus dan tahanan
14
Gambar 10 Tubuh manusia bagian dari rangkaian
Dimana
Ru1 = Tahanan penghantar
RKi = Tahanan tubuh
Ru2 = Tahanan penghantar
Rk = Tahanan total
Rk =Ru1 + RKi + Ru2
Dalam hal ini yang menjadi titik perhatian pada unsur manusia maka
selain kabel (penghantar) sistem pentanahan dan bagian dari peralatan lain tubuh
termasuk bagian dari tahanan rangkaian tersebut (Gambar 10) Salah satu
faktornya ditentukan oleh tinggi rendah arus listrik yang mengalir ke dalam tubuh
Sedangkan kuantitas arus akan ditentukan oleh tegangan dan tahanan tubuh
manusia serta tahanan lain yang menjadi bagian dari saluran
Berarti peristiwa bahaya listrik berawal dari sistem tegangan yang
digunakan untuk mengoperasikan alat Semakin tinggi sistem tegangan yang
digunakan maka semakin tinggi pula tingkat bahayanya
15
3) Tiga faktor penentu keseriusan akibat sengatan listrik
Ada tiga faktor yang menentukan keseriusan sengatan listrik pada tubuh
manusia yaitu besar arus lintasan aliran dan lama sengatan pada tubuh
a) Besar arus listrik
Besar arus yang mengalir dalam tubuh akan ditentukan tegangan dan
tahanan tubuh Tegangan tergantung sistem tegangan yang digunakan sedangkan
tahanan tubuh manusia bervariasi tergantung pada jenis kelembabanmoistur kulit
dan faktor-faktor lain seperti ukuran tubuh berat badan dan lain sebagainya
Tahanan kontak kulit bervariasi dari 1000 KΩ (kulit kering) sampai 100 Ω (kulit
basah) Tahanan dalam (internal) tubuh sendiri antara 100 - 500 Ω Contoh
Jika tegangan sistem yang digunakan adalah 220 V berapakah
kemungkinan arus yang mengalir ke dalam tubuh manusia
1 Kondisi terjelek
- Tahanan tubuh adalah tahanan kontak kulit di tambah tahanan
internal tubuh (Rk)=100Ω +100Ω = 200 Ω
- Arus yang mengalir ke tubuh I = VR = 220 V200 Ω = 11 A
2 Kondisi terbaik
- Tahanan Tubuh Rk= 1000 kΩ
- I = 220 V1000 kΩ = 022 mA
b) Lintasan arus listrik dalam tubuh
Lintasan arus listrik dalam tubuh juga akan sangat menentukan tingkat
akibat sengatan listrik Lintasan yang sangat berbahaya adalah yang melewati
jantung dan pusat saraf (otak) Untuk menghindari kemungkinan terburuk adalah
16
saat bekerja pada sistem kelistrikan khususnya yang bersifat ONLINE adalah
sebagai berikut
1 gunakan topi isolasi untuk menghindari kepala dari sentuhan listrik
2 gunakan sepatu yang berisolasi baik agar kalau terjadi hubungan
listrik dari anggota tubuh yang lain tidak mengalir ke kaki agar
jantung tidak dilalui arus listrik
3 gunakan sarung tangan isolasi minimal untuk satu tangan untuk
menghindari lintasan aliran ke jantung bila terjadi sentuhan listrik
melalui kedua tangan Bila tidak satu tangan untuk bekerja sedangkan
tangan yang satunya dimasukkan ke dalam saku
c) Waktu sengatan
Lama sengatan listrik sangat menentukan kefatalan akibat sengatan
listrik Semakin lama tubuh dalam sengatan semakin fatal pengaruh yang
diakibatkannya Oleh karena itu yang menjadi pertimbangan dalam
pengembangan teknologi adalah bagaimana bisa membatasi sengatan agar dalam
waktu sependek mungkin
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang pengaruh besar dan lama waktu
arus sengatan terhadap tubuh ditunjukkan pada gambar 11 Dalam gambar
diperlihatkan bagaimana pengaruh sengatan listrik terhadap tubuh khususnya
yang terkait dengan dua faktor yaitu besar dan lama arus listrik mengalir dalam
tubuh
Arus sengatan pada daerah 1 (sampai 05 mA) merupakan daerah aman
dan belum terasakan oleh tubuh (arus mulai terasa 1-8 mA)
17
Daerah 2 merupakan daerah yang masih aman walaupun sudah
memberikan dampak rasa pada tubuh dari ringan sampai sedang walaupun masih
belum menyebabkan gangguan kesehatan
Daerah 3 sudah berbahaya bagi manusia karena akan menimbulkan
kejang-kejangkontraksi otot dan paruparu sehingga menimbulkan gangguan
pernafasan
Daerah 4 merupakan daerah yang sangat memungkinkan menimbulkan
kematian si penderita
Gambar 11 Pengaruh Besar Dan Lama Waktu Arus Sengatan Listrik Terhadap
Tubuh
Dalam gambar tersebut di atas juga ditunjukkan karakteristik salah satu
pengaman terhadap bahaya sengatan listrik dimana ada batasan kurang dari 30
mA dan waktu kurang dari 25 ms Berikut ini dijelaskan daerah dan reaksi tubuh
terhadap sengatan listrik untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar berikut
18
Gambar 12 Reaksi Tubuh Terhadap Sengatan Listrik
Untuk mengatasi bahaya sengatan listrik tersebut maka diperlukan suatu
proteksi yang mana dalam situasi ini pengamanan yang diterapkan berupa sistem
grounding atau pentanahan
B Pengamanan Terhadap Tegangan Sentuh
Pentanahan merupakan salah satu cara untuk mengatasi bahaya tegangan
sentuh tidak langsung yang dimungkinkan terjadi pada bagian peralatan yang
terbuat dari logam Untuk peralatan yang mempunyai selungkup rumah tidak
terbuat dari logam tidak memerlukan sistem ini Agar sistem ini dapat bekerja
secara efektif maka baik dalam pembuatannya maupun hasil yang dicapai harus
sesuai dengan standard
Ada 2 fungsi utama sistem pentanahan yaitu (1) menyalurkan arus dari
bagian-bagian logam peralatan yang teraliri arus listrik liar ke tanah melalui
19
saluran pentanahan dan (2) menghilangkan beda potensial antara bagian logam
peralatan dan tanah sehingga tidak membahayakan bagi yang menyentuhnya
i) Tegangan Sentuh
Peralatan yang menggunakan sistem tegangan fasa-satu menggunakan
sekering 2 A Bila terjadi arus bocor pada selungkuprumah mesin maka
teganganbeda potensial antara selungkup mesin dan tanah sebesar 220 V
Tegangan sentuh ini sangat berbahaya bagi manusia Bila selungkup yang
bertegangan ini tersentuh maka akan ada arus yang mengalir ke tubuh orang
tersebut
Gambar 13 Kondisi tegangan sentuh pada mesin
Pada keadaan sebelum ditanahkan bila terjadi arus gangguan (arus
bocor) maka selungkup alat mempunyai tegangan terhadap tanah sama dengan
tegangan sumber (tegangan antara L-N) Tegangan ini sudah tentu sangat
membahayakan operator atau orang yang menyentuh selungkup alat tersebut
ii) Cara pengamanan tegangan sentuh
Pengamanan tegangan sentuh dapat dilakukan dengan membuat saluran
pentanahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 Saluran pentanahan ini
harus memenuhi standard SNI yakni mempunyai tahanan pentanahan tidak lebih
20
dari 05 Ω Jika tahanan saluran pentanahan sebesar 01 Ω dan arus kesalahan 200
A maka kondisi tegangan sentuh akan berubah menjadi
Gambar 14 Saluran Pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh
Bila tegangan ini tersentuh maka arus yang akan mengalir ke tubuh
maksimum sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan ini terlihat demikian berbedanya tingkat
bahaya tegangan sentuh antara yang tanpa pentanahan dan dengan pentanahan
Dengan saluran pentanahan peralatan jauh lebih aman Berdasarkan fungsi
tersebut saluran pentanahan ini juga disebut saluran pengaman
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
12
Dampak sengatan listrik bagi manusia antara lain adalah
1 Gagal kerja jantung (Ventricular Fibrillation) yaitu berhentinya
denyut jantung atau denyutan yang sangat lemah sehingga tidak
mampu mensirkulasikan darah dengan baik
2 Gangguan pernafasan akibat kontraksi hebat (suffocation) yang
dialami oleh paru-paru
3 Kerusakan sel tubuh akibat energi listrik yang mengalir di dalam
tubuh
4 Terbakar akibat efek panas dari listrik
1) Proses Terjadinya Sengatan Listrik
Ada dua cara listrik bisa menyengat tubuh yaitu melalui sentuhan
langsung dan tidak langsung Bahaya sentuhan langsung merupakan akibat dari
anggota tubuh bersentuhan langsung dengan bagian yang bertegangan sedangkan
bahaya sentuhan tidak langsung merupakan akibat dari adanya tegangan liar yang
terhubung ke bodi atau selungkup alat yang terbuat dari logam (bukan bagian
yang bertegangan) sehingga bila tersentuh akan mengakibatkan sengatan listrik
Gambar berikut memberikan ilustrasi tentang jenis bahaya listrik
Gambar 7 Sentuhan Langsung
13
Gambar 8 Sentuhan Tak Langsung
2) Tiga Faktor Penentu Tingkat Bahaya Listrik
Ada tiga faktor yang menentukan tingkat bahaya listrik bagi manusia
yaitu tegangan (V) arus (I) dan tahanan (R) Ketiga faktor tersebut saling
mempengaruhi antara satu dan lainnya yang ditunjukkan dalam hukum Ohm
Tegangan (V) dalam satuan volt (V) merupakan tegangan sistem jaringan listrik
atau sistem tegangan pada peralatan Arus (I) dalam satuan ampere (A) atau mili
amper (mA) adalah arus yang mengalir dalam rangkaian dan tahanan (R) dalam
satuan Ohm kilo Ohm atau mega Ohm adalah nilai tahanan atau resistansi total
saluran yang tersambung pada sumber tegangan listrik Sehingga berlaku
Gambar 9 Segitiga tegangan arus dan tahanan
14
Gambar 10 Tubuh manusia bagian dari rangkaian
Dimana
Ru1 = Tahanan penghantar
RKi = Tahanan tubuh
Ru2 = Tahanan penghantar
Rk = Tahanan total
Rk =Ru1 + RKi + Ru2
Dalam hal ini yang menjadi titik perhatian pada unsur manusia maka
selain kabel (penghantar) sistem pentanahan dan bagian dari peralatan lain tubuh
termasuk bagian dari tahanan rangkaian tersebut (Gambar 10) Salah satu
faktornya ditentukan oleh tinggi rendah arus listrik yang mengalir ke dalam tubuh
Sedangkan kuantitas arus akan ditentukan oleh tegangan dan tahanan tubuh
manusia serta tahanan lain yang menjadi bagian dari saluran
Berarti peristiwa bahaya listrik berawal dari sistem tegangan yang
digunakan untuk mengoperasikan alat Semakin tinggi sistem tegangan yang
digunakan maka semakin tinggi pula tingkat bahayanya
15
3) Tiga faktor penentu keseriusan akibat sengatan listrik
Ada tiga faktor yang menentukan keseriusan sengatan listrik pada tubuh
manusia yaitu besar arus lintasan aliran dan lama sengatan pada tubuh
a) Besar arus listrik
Besar arus yang mengalir dalam tubuh akan ditentukan tegangan dan
tahanan tubuh Tegangan tergantung sistem tegangan yang digunakan sedangkan
tahanan tubuh manusia bervariasi tergantung pada jenis kelembabanmoistur kulit
dan faktor-faktor lain seperti ukuran tubuh berat badan dan lain sebagainya
Tahanan kontak kulit bervariasi dari 1000 KΩ (kulit kering) sampai 100 Ω (kulit
basah) Tahanan dalam (internal) tubuh sendiri antara 100 - 500 Ω Contoh
Jika tegangan sistem yang digunakan adalah 220 V berapakah
kemungkinan arus yang mengalir ke dalam tubuh manusia
1 Kondisi terjelek
- Tahanan tubuh adalah tahanan kontak kulit di tambah tahanan
internal tubuh (Rk)=100Ω +100Ω = 200 Ω
- Arus yang mengalir ke tubuh I = VR = 220 V200 Ω = 11 A
2 Kondisi terbaik
- Tahanan Tubuh Rk= 1000 kΩ
- I = 220 V1000 kΩ = 022 mA
b) Lintasan arus listrik dalam tubuh
Lintasan arus listrik dalam tubuh juga akan sangat menentukan tingkat
akibat sengatan listrik Lintasan yang sangat berbahaya adalah yang melewati
jantung dan pusat saraf (otak) Untuk menghindari kemungkinan terburuk adalah
16
saat bekerja pada sistem kelistrikan khususnya yang bersifat ONLINE adalah
sebagai berikut
1 gunakan topi isolasi untuk menghindari kepala dari sentuhan listrik
2 gunakan sepatu yang berisolasi baik agar kalau terjadi hubungan
listrik dari anggota tubuh yang lain tidak mengalir ke kaki agar
jantung tidak dilalui arus listrik
3 gunakan sarung tangan isolasi minimal untuk satu tangan untuk
menghindari lintasan aliran ke jantung bila terjadi sentuhan listrik
melalui kedua tangan Bila tidak satu tangan untuk bekerja sedangkan
tangan yang satunya dimasukkan ke dalam saku
c) Waktu sengatan
Lama sengatan listrik sangat menentukan kefatalan akibat sengatan
listrik Semakin lama tubuh dalam sengatan semakin fatal pengaruh yang
diakibatkannya Oleh karena itu yang menjadi pertimbangan dalam
pengembangan teknologi adalah bagaimana bisa membatasi sengatan agar dalam
waktu sependek mungkin
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang pengaruh besar dan lama waktu
arus sengatan terhadap tubuh ditunjukkan pada gambar 11 Dalam gambar
diperlihatkan bagaimana pengaruh sengatan listrik terhadap tubuh khususnya
yang terkait dengan dua faktor yaitu besar dan lama arus listrik mengalir dalam
tubuh
Arus sengatan pada daerah 1 (sampai 05 mA) merupakan daerah aman
dan belum terasakan oleh tubuh (arus mulai terasa 1-8 mA)
17
Daerah 2 merupakan daerah yang masih aman walaupun sudah
memberikan dampak rasa pada tubuh dari ringan sampai sedang walaupun masih
belum menyebabkan gangguan kesehatan
Daerah 3 sudah berbahaya bagi manusia karena akan menimbulkan
kejang-kejangkontraksi otot dan paruparu sehingga menimbulkan gangguan
pernafasan
Daerah 4 merupakan daerah yang sangat memungkinkan menimbulkan
kematian si penderita
Gambar 11 Pengaruh Besar Dan Lama Waktu Arus Sengatan Listrik Terhadap
Tubuh
Dalam gambar tersebut di atas juga ditunjukkan karakteristik salah satu
pengaman terhadap bahaya sengatan listrik dimana ada batasan kurang dari 30
mA dan waktu kurang dari 25 ms Berikut ini dijelaskan daerah dan reaksi tubuh
terhadap sengatan listrik untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar berikut
18
Gambar 12 Reaksi Tubuh Terhadap Sengatan Listrik
Untuk mengatasi bahaya sengatan listrik tersebut maka diperlukan suatu
proteksi yang mana dalam situasi ini pengamanan yang diterapkan berupa sistem
grounding atau pentanahan
B Pengamanan Terhadap Tegangan Sentuh
Pentanahan merupakan salah satu cara untuk mengatasi bahaya tegangan
sentuh tidak langsung yang dimungkinkan terjadi pada bagian peralatan yang
terbuat dari logam Untuk peralatan yang mempunyai selungkup rumah tidak
terbuat dari logam tidak memerlukan sistem ini Agar sistem ini dapat bekerja
secara efektif maka baik dalam pembuatannya maupun hasil yang dicapai harus
sesuai dengan standard
Ada 2 fungsi utama sistem pentanahan yaitu (1) menyalurkan arus dari
bagian-bagian logam peralatan yang teraliri arus listrik liar ke tanah melalui
19
saluran pentanahan dan (2) menghilangkan beda potensial antara bagian logam
peralatan dan tanah sehingga tidak membahayakan bagi yang menyentuhnya
i) Tegangan Sentuh
Peralatan yang menggunakan sistem tegangan fasa-satu menggunakan
sekering 2 A Bila terjadi arus bocor pada selungkuprumah mesin maka
teganganbeda potensial antara selungkup mesin dan tanah sebesar 220 V
Tegangan sentuh ini sangat berbahaya bagi manusia Bila selungkup yang
bertegangan ini tersentuh maka akan ada arus yang mengalir ke tubuh orang
tersebut
Gambar 13 Kondisi tegangan sentuh pada mesin
Pada keadaan sebelum ditanahkan bila terjadi arus gangguan (arus
bocor) maka selungkup alat mempunyai tegangan terhadap tanah sama dengan
tegangan sumber (tegangan antara L-N) Tegangan ini sudah tentu sangat
membahayakan operator atau orang yang menyentuh selungkup alat tersebut
ii) Cara pengamanan tegangan sentuh
Pengamanan tegangan sentuh dapat dilakukan dengan membuat saluran
pentanahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 Saluran pentanahan ini
harus memenuhi standard SNI yakni mempunyai tahanan pentanahan tidak lebih
20
dari 05 Ω Jika tahanan saluran pentanahan sebesar 01 Ω dan arus kesalahan 200
A maka kondisi tegangan sentuh akan berubah menjadi
Gambar 14 Saluran Pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh
Bila tegangan ini tersentuh maka arus yang akan mengalir ke tubuh
maksimum sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan ini terlihat demikian berbedanya tingkat
bahaya tegangan sentuh antara yang tanpa pentanahan dan dengan pentanahan
Dengan saluran pentanahan peralatan jauh lebih aman Berdasarkan fungsi
tersebut saluran pentanahan ini juga disebut saluran pengaman
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
13
Gambar 8 Sentuhan Tak Langsung
2) Tiga Faktor Penentu Tingkat Bahaya Listrik
Ada tiga faktor yang menentukan tingkat bahaya listrik bagi manusia
yaitu tegangan (V) arus (I) dan tahanan (R) Ketiga faktor tersebut saling
mempengaruhi antara satu dan lainnya yang ditunjukkan dalam hukum Ohm
Tegangan (V) dalam satuan volt (V) merupakan tegangan sistem jaringan listrik
atau sistem tegangan pada peralatan Arus (I) dalam satuan ampere (A) atau mili
amper (mA) adalah arus yang mengalir dalam rangkaian dan tahanan (R) dalam
satuan Ohm kilo Ohm atau mega Ohm adalah nilai tahanan atau resistansi total
saluran yang tersambung pada sumber tegangan listrik Sehingga berlaku
Gambar 9 Segitiga tegangan arus dan tahanan
14
Gambar 10 Tubuh manusia bagian dari rangkaian
Dimana
Ru1 = Tahanan penghantar
RKi = Tahanan tubuh
Ru2 = Tahanan penghantar
Rk = Tahanan total
Rk =Ru1 + RKi + Ru2
Dalam hal ini yang menjadi titik perhatian pada unsur manusia maka
selain kabel (penghantar) sistem pentanahan dan bagian dari peralatan lain tubuh
termasuk bagian dari tahanan rangkaian tersebut (Gambar 10) Salah satu
faktornya ditentukan oleh tinggi rendah arus listrik yang mengalir ke dalam tubuh
Sedangkan kuantitas arus akan ditentukan oleh tegangan dan tahanan tubuh
manusia serta tahanan lain yang menjadi bagian dari saluran
Berarti peristiwa bahaya listrik berawal dari sistem tegangan yang
digunakan untuk mengoperasikan alat Semakin tinggi sistem tegangan yang
digunakan maka semakin tinggi pula tingkat bahayanya
15
3) Tiga faktor penentu keseriusan akibat sengatan listrik
Ada tiga faktor yang menentukan keseriusan sengatan listrik pada tubuh
manusia yaitu besar arus lintasan aliran dan lama sengatan pada tubuh
a) Besar arus listrik
Besar arus yang mengalir dalam tubuh akan ditentukan tegangan dan
tahanan tubuh Tegangan tergantung sistem tegangan yang digunakan sedangkan
tahanan tubuh manusia bervariasi tergantung pada jenis kelembabanmoistur kulit
dan faktor-faktor lain seperti ukuran tubuh berat badan dan lain sebagainya
Tahanan kontak kulit bervariasi dari 1000 KΩ (kulit kering) sampai 100 Ω (kulit
basah) Tahanan dalam (internal) tubuh sendiri antara 100 - 500 Ω Contoh
Jika tegangan sistem yang digunakan adalah 220 V berapakah
kemungkinan arus yang mengalir ke dalam tubuh manusia
1 Kondisi terjelek
- Tahanan tubuh adalah tahanan kontak kulit di tambah tahanan
internal tubuh (Rk)=100Ω +100Ω = 200 Ω
- Arus yang mengalir ke tubuh I = VR = 220 V200 Ω = 11 A
2 Kondisi terbaik
- Tahanan Tubuh Rk= 1000 kΩ
- I = 220 V1000 kΩ = 022 mA
b) Lintasan arus listrik dalam tubuh
Lintasan arus listrik dalam tubuh juga akan sangat menentukan tingkat
akibat sengatan listrik Lintasan yang sangat berbahaya adalah yang melewati
jantung dan pusat saraf (otak) Untuk menghindari kemungkinan terburuk adalah
16
saat bekerja pada sistem kelistrikan khususnya yang bersifat ONLINE adalah
sebagai berikut
1 gunakan topi isolasi untuk menghindari kepala dari sentuhan listrik
2 gunakan sepatu yang berisolasi baik agar kalau terjadi hubungan
listrik dari anggota tubuh yang lain tidak mengalir ke kaki agar
jantung tidak dilalui arus listrik
3 gunakan sarung tangan isolasi minimal untuk satu tangan untuk
menghindari lintasan aliran ke jantung bila terjadi sentuhan listrik
melalui kedua tangan Bila tidak satu tangan untuk bekerja sedangkan
tangan yang satunya dimasukkan ke dalam saku
c) Waktu sengatan
Lama sengatan listrik sangat menentukan kefatalan akibat sengatan
listrik Semakin lama tubuh dalam sengatan semakin fatal pengaruh yang
diakibatkannya Oleh karena itu yang menjadi pertimbangan dalam
pengembangan teknologi adalah bagaimana bisa membatasi sengatan agar dalam
waktu sependek mungkin
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang pengaruh besar dan lama waktu
arus sengatan terhadap tubuh ditunjukkan pada gambar 11 Dalam gambar
diperlihatkan bagaimana pengaruh sengatan listrik terhadap tubuh khususnya
yang terkait dengan dua faktor yaitu besar dan lama arus listrik mengalir dalam
tubuh
Arus sengatan pada daerah 1 (sampai 05 mA) merupakan daerah aman
dan belum terasakan oleh tubuh (arus mulai terasa 1-8 mA)
17
Daerah 2 merupakan daerah yang masih aman walaupun sudah
memberikan dampak rasa pada tubuh dari ringan sampai sedang walaupun masih
belum menyebabkan gangguan kesehatan
Daerah 3 sudah berbahaya bagi manusia karena akan menimbulkan
kejang-kejangkontraksi otot dan paruparu sehingga menimbulkan gangguan
pernafasan
Daerah 4 merupakan daerah yang sangat memungkinkan menimbulkan
kematian si penderita
Gambar 11 Pengaruh Besar Dan Lama Waktu Arus Sengatan Listrik Terhadap
Tubuh
Dalam gambar tersebut di atas juga ditunjukkan karakteristik salah satu
pengaman terhadap bahaya sengatan listrik dimana ada batasan kurang dari 30
mA dan waktu kurang dari 25 ms Berikut ini dijelaskan daerah dan reaksi tubuh
terhadap sengatan listrik untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar berikut
18
Gambar 12 Reaksi Tubuh Terhadap Sengatan Listrik
Untuk mengatasi bahaya sengatan listrik tersebut maka diperlukan suatu
proteksi yang mana dalam situasi ini pengamanan yang diterapkan berupa sistem
grounding atau pentanahan
B Pengamanan Terhadap Tegangan Sentuh
Pentanahan merupakan salah satu cara untuk mengatasi bahaya tegangan
sentuh tidak langsung yang dimungkinkan terjadi pada bagian peralatan yang
terbuat dari logam Untuk peralatan yang mempunyai selungkup rumah tidak
terbuat dari logam tidak memerlukan sistem ini Agar sistem ini dapat bekerja
secara efektif maka baik dalam pembuatannya maupun hasil yang dicapai harus
sesuai dengan standard
Ada 2 fungsi utama sistem pentanahan yaitu (1) menyalurkan arus dari
bagian-bagian logam peralatan yang teraliri arus listrik liar ke tanah melalui
19
saluran pentanahan dan (2) menghilangkan beda potensial antara bagian logam
peralatan dan tanah sehingga tidak membahayakan bagi yang menyentuhnya
i) Tegangan Sentuh
Peralatan yang menggunakan sistem tegangan fasa-satu menggunakan
sekering 2 A Bila terjadi arus bocor pada selungkuprumah mesin maka
teganganbeda potensial antara selungkup mesin dan tanah sebesar 220 V
Tegangan sentuh ini sangat berbahaya bagi manusia Bila selungkup yang
bertegangan ini tersentuh maka akan ada arus yang mengalir ke tubuh orang
tersebut
Gambar 13 Kondisi tegangan sentuh pada mesin
Pada keadaan sebelum ditanahkan bila terjadi arus gangguan (arus
bocor) maka selungkup alat mempunyai tegangan terhadap tanah sama dengan
tegangan sumber (tegangan antara L-N) Tegangan ini sudah tentu sangat
membahayakan operator atau orang yang menyentuh selungkup alat tersebut
ii) Cara pengamanan tegangan sentuh
Pengamanan tegangan sentuh dapat dilakukan dengan membuat saluran
pentanahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 Saluran pentanahan ini
harus memenuhi standard SNI yakni mempunyai tahanan pentanahan tidak lebih
20
dari 05 Ω Jika tahanan saluran pentanahan sebesar 01 Ω dan arus kesalahan 200
A maka kondisi tegangan sentuh akan berubah menjadi
Gambar 14 Saluran Pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh
Bila tegangan ini tersentuh maka arus yang akan mengalir ke tubuh
maksimum sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan ini terlihat demikian berbedanya tingkat
bahaya tegangan sentuh antara yang tanpa pentanahan dan dengan pentanahan
Dengan saluran pentanahan peralatan jauh lebih aman Berdasarkan fungsi
tersebut saluran pentanahan ini juga disebut saluran pengaman
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
14
Gambar 10 Tubuh manusia bagian dari rangkaian
Dimana
Ru1 = Tahanan penghantar
RKi = Tahanan tubuh
Ru2 = Tahanan penghantar
Rk = Tahanan total
Rk =Ru1 + RKi + Ru2
Dalam hal ini yang menjadi titik perhatian pada unsur manusia maka
selain kabel (penghantar) sistem pentanahan dan bagian dari peralatan lain tubuh
termasuk bagian dari tahanan rangkaian tersebut (Gambar 10) Salah satu
faktornya ditentukan oleh tinggi rendah arus listrik yang mengalir ke dalam tubuh
Sedangkan kuantitas arus akan ditentukan oleh tegangan dan tahanan tubuh
manusia serta tahanan lain yang menjadi bagian dari saluran
Berarti peristiwa bahaya listrik berawal dari sistem tegangan yang
digunakan untuk mengoperasikan alat Semakin tinggi sistem tegangan yang
digunakan maka semakin tinggi pula tingkat bahayanya
15
3) Tiga faktor penentu keseriusan akibat sengatan listrik
Ada tiga faktor yang menentukan keseriusan sengatan listrik pada tubuh
manusia yaitu besar arus lintasan aliran dan lama sengatan pada tubuh
a) Besar arus listrik
Besar arus yang mengalir dalam tubuh akan ditentukan tegangan dan
tahanan tubuh Tegangan tergantung sistem tegangan yang digunakan sedangkan
tahanan tubuh manusia bervariasi tergantung pada jenis kelembabanmoistur kulit
dan faktor-faktor lain seperti ukuran tubuh berat badan dan lain sebagainya
Tahanan kontak kulit bervariasi dari 1000 KΩ (kulit kering) sampai 100 Ω (kulit
basah) Tahanan dalam (internal) tubuh sendiri antara 100 - 500 Ω Contoh
Jika tegangan sistem yang digunakan adalah 220 V berapakah
kemungkinan arus yang mengalir ke dalam tubuh manusia
1 Kondisi terjelek
- Tahanan tubuh adalah tahanan kontak kulit di tambah tahanan
internal tubuh (Rk)=100Ω +100Ω = 200 Ω
- Arus yang mengalir ke tubuh I = VR = 220 V200 Ω = 11 A
2 Kondisi terbaik
- Tahanan Tubuh Rk= 1000 kΩ
- I = 220 V1000 kΩ = 022 mA
b) Lintasan arus listrik dalam tubuh
Lintasan arus listrik dalam tubuh juga akan sangat menentukan tingkat
akibat sengatan listrik Lintasan yang sangat berbahaya adalah yang melewati
jantung dan pusat saraf (otak) Untuk menghindari kemungkinan terburuk adalah
16
saat bekerja pada sistem kelistrikan khususnya yang bersifat ONLINE adalah
sebagai berikut
1 gunakan topi isolasi untuk menghindari kepala dari sentuhan listrik
2 gunakan sepatu yang berisolasi baik agar kalau terjadi hubungan
listrik dari anggota tubuh yang lain tidak mengalir ke kaki agar
jantung tidak dilalui arus listrik
3 gunakan sarung tangan isolasi minimal untuk satu tangan untuk
menghindari lintasan aliran ke jantung bila terjadi sentuhan listrik
melalui kedua tangan Bila tidak satu tangan untuk bekerja sedangkan
tangan yang satunya dimasukkan ke dalam saku
c) Waktu sengatan
Lama sengatan listrik sangat menentukan kefatalan akibat sengatan
listrik Semakin lama tubuh dalam sengatan semakin fatal pengaruh yang
diakibatkannya Oleh karena itu yang menjadi pertimbangan dalam
pengembangan teknologi adalah bagaimana bisa membatasi sengatan agar dalam
waktu sependek mungkin
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang pengaruh besar dan lama waktu
arus sengatan terhadap tubuh ditunjukkan pada gambar 11 Dalam gambar
diperlihatkan bagaimana pengaruh sengatan listrik terhadap tubuh khususnya
yang terkait dengan dua faktor yaitu besar dan lama arus listrik mengalir dalam
tubuh
Arus sengatan pada daerah 1 (sampai 05 mA) merupakan daerah aman
dan belum terasakan oleh tubuh (arus mulai terasa 1-8 mA)
17
Daerah 2 merupakan daerah yang masih aman walaupun sudah
memberikan dampak rasa pada tubuh dari ringan sampai sedang walaupun masih
belum menyebabkan gangguan kesehatan
Daerah 3 sudah berbahaya bagi manusia karena akan menimbulkan
kejang-kejangkontraksi otot dan paruparu sehingga menimbulkan gangguan
pernafasan
Daerah 4 merupakan daerah yang sangat memungkinkan menimbulkan
kematian si penderita
Gambar 11 Pengaruh Besar Dan Lama Waktu Arus Sengatan Listrik Terhadap
Tubuh
Dalam gambar tersebut di atas juga ditunjukkan karakteristik salah satu
pengaman terhadap bahaya sengatan listrik dimana ada batasan kurang dari 30
mA dan waktu kurang dari 25 ms Berikut ini dijelaskan daerah dan reaksi tubuh
terhadap sengatan listrik untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar berikut
18
Gambar 12 Reaksi Tubuh Terhadap Sengatan Listrik
Untuk mengatasi bahaya sengatan listrik tersebut maka diperlukan suatu
proteksi yang mana dalam situasi ini pengamanan yang diterapkan berupa sistem
grounding atau pentanahan
B Pengamanan Terhadap Tegangan Sentuh
Pentanahan merupakan salah satu cara untuk mengatasi bahaya tegangan
sentuh tidak langsung yang dimungkinkan terjadi pada bagian peralatan yang
terbuat dari logam Untuk peralatan yang mempunyai selungkup rumah tidak
terbuat dari logam tidak memerlukan sistem ini Agar sistem ini dapat bekerja
secara efektif maka baik dalam pembuatannya maupun hasil yang dicapai harus
sesuai dengan standard
Ada 2 fungsi utama sistem pentanahan yaitu (1) menyalurkan arus dari
bagian-bagian logam peralatan yang teraliri arus listrik liar ke tanah melalui
19
saluran pentanahan dan (2) menghilangkan beda potensial antara bagian logam
peralatan dan tanah sehingga tidak membahayakan bagi yang menyentuhnya
i) Tegangan Sentuh
Peralatan yang menggunakan sistem tegangan fasa-satu menggunakan
sekering 2 A Bila terjadi arus bocor pada selungkuprumah mesin maka
teganganbeda potensial antara selungkup mesin dan tanah sebesar 220 V
Tegangan sentuh ini sangat berbahaya bagi manusia Bila selungkup yang
bertegangan ini tersentuh maka akan ada arus yang mengalir ke tubuh orang
tersebut
Gambar 13 Kondisi tegangan sentuh pada mesin
Pada keadaan sebelum ditanahkan bila terjadi arus gangguan (arus
bocor) maka selungkup alat mempunyai tegangan terhadap tanah sama dengan
tegangan sumber (tegangan antara L-N) Tegangan ini sudah tentu sangat
membahayakan operator atau orang yang menyentuh selungkup alat tersebut
ii) Cara pengamanan tegangan sentuh
Pengamanan tegangan sentuh dapat dilakukan dengan membuat saluran
pentanahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 Saluran pentanahan ini
harus memenuhi standard SNI yakni mempunyai tahanan pentanahan tidak lebih
20
dari 05 Ω Jika tahanan saluran pentanahan sebesar 01 Ω dan arus kesalahan 200
A maka kondisi tegangan sentuh akan berubah menjadi
Gambar 14 Saluran Pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh
Bila tegangan ini tersentuh maka arus yang akan mengalir ke tubuh
maksimum sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan ini terlihat demikian berbedanya tingkat
bahaya tegangan sentuh antara yang tanpa pentanahan dan dengan pentanahan
Dengan saluran pentanahan peralatan jauh lebih aman Berdasarkan fungsi
tersebut saluran pentanahan ini juga disebut saluran pengaman
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
15
3) Tiga faktor penentu keseriusan akibat sengatan listrik
Ada tiga faktor yang menentukan keseriusan sengatan listrik pada tubuh
manusia yaitu besar arus lintasan aliran dan lama sengatan pada tubuh
a) Besar arus listrik
Besar arus yang mengalir dalam tubuh akan ditentukan tegangan dan
tahanan tubuh Tegangan tergantung sistem tegangan yang digunakan sedangkan
tahanan tubuh manusia bervariasi tergantung pada jenis kelembabanmoistur kulit
dan faktor-faktor lain seperti ukuran tubuh berat badan dan lain sebagainya
Tahanan kontak kulit bervariasi dari 1000 KΩ (kulit kering) sampai 100 Ω (kulit
basah) Tahanan dalam (internal) tubuh sendiri antara 100 - 500 Ω Contoh
Jika tegangan sistem yang digunakan adalah 220 V berapakah
kemungkinan arus yang mengalir ke dalam tubuh manusia
1 Kondisi terjelek
- Tahanan tubuh adalah tahanan kontak kulit di tambah tahanan
internal tubuh (Rk)=100Ω +100Ω = 200 Ω
- Arus yang mengalir ke tubuh I = VR = 220 V200 Ω = 11 A
2 Kondisi terbaik
- Tahanan Tubuh Rk= 1000 kΩ
- I = 220 V1000 kΩ = 022 mA
b) Lintasan arus listrik dalam tubuh
Lintasan arus listrik dalam tubuh juga akan sangat menentukan tingkat
akibat sengatan listrik Lintasan yang sangat berbahaya adalah yang melewati
jantung dan pusat saraf (otak) Untuk menghindari kemungkinan terburuk adalah
16
saat bekerja pada sistem kelistrikan khususnya yang bersifat ONLINE adalah
sebagai berikut
1 gunakan topi isolasi untuk menghindari kepala dari sentuhan listrik
2 gunakan sepatu yang berisolasi baik agar kalau terjadi hubungan
listrik dari anggota tubuh yang lain tidak mengalir ke kaki agar
jantung tidak dilalui arus listrik
3 gunakan sarung tangan isolasi minimal untuk satu tangan untuk
menghindari lintasan aliran ke jantung bila terjadi sentuhan listrik
melalui kedua tangan Bila tidak satu tangan untuk bekerja sedangkan
tangan yang satunya dimasukkan ke dalam saku
c) Waktu sengatan
Lama sengatan listrik sangat menentukan kefatalan akibat sengatan
listrik Semakin lama tubuh dalam sengatan semakin fatal pengaruh yang
diakibatkannya Oleh karena itu yang menjadi pertimbangan dalam
pengembangan teknologi adalah bagaimana bisa membatasi sengatan agar dalam
waktu sependek mungkin
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang pengaruh besar dan lama waktu
arus sengatan terhadap tubuh ditunjukkan pada gambar 11 Dalam gambar
diperlihatkan bagaimana pengaruh sengatan listrik terhadap tubuh khususnya
yang terkait dengan dua faktor yaitu besar dan lama arus listrik mengalir dalam
tubuh
Arus sengatan pada daerah 1 (sampai 05 mA) merupakan daerah aman
dan belum terasakan oleh tubuh (arus mulai terasa 1-8 mA)
17
Daerah 2 merupakan daerah yang masih aman walaupun sudah
memberikan dampak rasa pada tubuh dari ringan sampai sedang walaupun masih
belum menyebabkan gangguan kesehatan
Daerah 3 sudah berbahaya bagi manusia karena akan menimbulkan
kejang-kejangkontraksi otot dan paruparu sehingga menimbulkan gangguan
pernafasan
Daerah 4 merupakan daerah yang sangat memungkinkan menimbulkan
kematian si penderita
Gambar 11 Pengaruh Besar Dan Lama Waktu Arus Sengatan Listrik Terhadap
Tubuh
Dalam gambar tersebut di atas juga ditunjukkan karakteristik salah satu
pengaman terhadap bahaya sengatan listrik dimana ada batasan kurang dari 30
mA dan waktu kurang dari 25 ms Berikut ini dijelaskan daerah dan reaksi tubuh
terhadap sengatan listrik untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar berikut
18
Gambar 12 Reaksi Tubuh Terhadap Sengatan Listrik
Untuk mengatasi bahaya sengatan listrik tersebut maka diperlukan suatu
proteksi yang mana dalam situasi ini pengamanan yang diterapkan berupa sistem
grounding atau pentanahan
B Pengamanan Terhadap Tegangan Sentuh
Pentanahan merupakan salah satu cara untuk mengatasi bahaya tegangan
sentuh tidak langsung yang dimungkinkan terjadi pada bagian peralatan yang
terbuat dari logam Untuk peralatan yang mempunyai selungkup rumah tidak
terbuat dari logam tidak memerlukan sistem ini Agar sistem ini dapat bekerja
secara efektif maka baik dalam pembuatannya maupun hasil yang dicapai harus
sesuai dengan standard
Ada 2 fungsi utama sistem pentanahan yaitu (1) menyalurkan arus dari
bagian-bagian logam peralatan yang teraliri arus listrik liar ke tanah melalui
19
saluran pentanahan dan (2) menghilangkan beda potensial antara bagian logam
peralatan dan tanah sehingga tidak membahayakan bagi yang menyentuhnya
i) Tegangan Sentuh
Peralatan yang menggunakan sistem tegangan fasa-satu menggunakan
sekering 2 A Bila terjadi arus bocor pada selungkuprumah mesin maka
teganganbeda potensial antara selungkup mesin dan tanah sebesar 220 V
Tegangan sentuh ini sangat berbahaya bagi manusia Bila selungkup yang
bertegangan ini tersentuh maka akan ada arus yang mengalir ke tubuh orang
tersebut
Gambar 13 Kondisi tegangan sentuh pada mesin
Pada keadaan sebelum ditanahkan bila terjadi arus gangguan (arus
bocor) maka selungkup alat mempunyai tegangan terhadap tanah sama dengan
tegangan sumber (tegangan antara L-N) Tegangan ini sudah tentu sangat
membahayakan operator atau orang yang menyentuh selungkup alat tersebut
ii) Cara pengamanan tegangan sentuh
Pengamanan tegangan sentuh dapat dilakukan dengan membuat saluran
pentanahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 Saluran pentanahan ini
harus memenuhi standard SNI yakni mempunyai tahanan pentanahan tidak lebih
20
dari 05 Ω Jika tahanan saluran pentanahan sebesar 01 Ω dan arus kesalahan 200
A maka kondisi tegangan sentuh akan berubah menjadi
Gambar 14 Saluran Pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh
Bila tegangan ini tersentuh maka arus yang akan mengalir ke tubuh
maksimum sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan ini terlihat demikian berbedanya tingkat
bahaya tegangan sentuh antara yang tanpa pentanahan dan dengan pentanahan
Dengan saluran pentanahan peralatan jauh lebih aman Berdasarkan fungsi
tersebut saluran pentanahan ini juga disebut saluran pengaman
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
16
saat bekerja pada sistem kelistrikan khususnya yang bersifat ONLINE adalah
sebagai berikut
1 gunakan topi isolasi untuk menghindari kepala dari sentuhan listrik
2 gunakan sepatu yang berisolasi baik agar kalau terjadi hubungan
listrik dari anggota tubuh yang lain tidak mengalir ke kaki agar
jantung tidak dilalui arus listrik
3 gunakan sarung tangan isolasi minimal untuk satu tangan untuk
menghindari lintasan aliran ke jantung bila terjadi sentuhan listrik
melalui kedua tangan Bila tidak satu tangan untuk bekerja sedangkan
tangan yang satunya dimasukkan ke dalam saku
c) Waktu sengatan
Lama sengatan listrik sangat menentukan kefatalan akibat sengatan
listrik Semakin lama tubuh dalam sengatan semakin fatal pengaruh yang
diakibatkannya Oleh karena itu yang menjadi pertimbangan dalam
pengembangan teknologi adalah bagaimana bisa membatasi sengatan agar dalam
waktu sependek mungkin
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang pengaruh besar dan lama waktu
arus sengatan terhadap tubuh ditunjukkan pada gambar 11 Dalam gambar
diperlihatkan bagaimana pengaruh sengatan listrik terhadap tubuh khususnya
yang terkait dengan dua faktor yaitu besar dan lama arus listrik mengalir dalam
tubuh
Arus sengatan pada daerah 1 (sampai 05 mA) merupakan daerah aman
dan belum terasakan oleh tubuh (arus mulai terasa 1-8 mA)
17
Daerah 2 merupakan daerah yang masih aman walaupun sudah
memberikan dampak rasa pada tubuh dari ringan sampai sedang walaupun masih
belum menyebabkan gangguan kesehatan
Daerah 3 sudah berbahaya bagi manusia karena akan menimbulkan
kejang-kejangkontraksi otot dan paruparu sehingga menimbulkan gangguan
pernafasan
Daerah 4 merupakan daerah yang sangat memungkinkan menimbulkan
kematian si penderita
Gambar 11 Pengaruh Besar Dan Lama Waktu Arus Sengatan Listrik Terhadap
Tubuh
Dalam gambar tersebut di atas juga ditunjukkan karakteristik salah satu
pengaman terhadap bahaya sengatan listrik dimana ada batasan kurang dari 30
mA dan waktu kurang dari 25 ms Berikut ini dijelaskan daerah dan reaksi tubuh
terhadap sengatan listrik untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar berikut
18
Gambar 12 Reaksi Tubuh Terhadap Sengatan Listrik
Untuk mengatasi bahaya sengatan listrik tersebut maka diperlukan suatu
proteksi yang mana dalam situasi ini pengamanan yang diterapkan berupa sistem
grounding atau pentanahan
B Pengamanan Terhadap Tegangan Sentuh
Pentanahan merupakan salah satu cara untuk mengatasi bahaya tegangan
sentuh tidak langsung yang dimungkinkan terjadi pada bagian peralatan yang
terbuat dari logam Untuk peralatan yang mempunyai selungkup rumah tidak
terbuat dari logam tidak memerlukan sistem ini Agar sistem ini dapat bekerja
secara efektif maka baik dalam pembuatannya maupun hasil yang dicapai harus
sesuai dengan standard
Ada 2 fungsi utama sistem pentanahan yaitu (1) menyalurkan arus dari
bagian-bagian logam peralatan yang teraliri arus listrik liar ke tanah melalui
19
saluran pentanahan dan (2) menghilangkan beda potensial antara bagian logam
peralatan dan tanah sehingga tidak membahayakan bagi yang menyentuhnya
i) Tegangan Sentuh
Peralatan yang menggunakan sistem tegangan fasa-satu menggunakan
sekering 2 A Bila terjadi arus bocor pada selungkuprumah mesin maka
teganganbeda potensial antara selungkup mesin dan tanah sebesar 220 V
Tegangan sentuh ini sangat berbahaya bagi manusia Bila selungkup yang
bertegangan ini tersentuh maka akan ada arus yang mengalir ke tubuh orang
tersebut
Gambar 13 Kondisi tegangan sentuh pada mesin
Pada keadaan sebelum ditanahkan bila terjadi arus gangguan (arus
bocor) maka selungkup alat mempunyai tegangan terhadap tanah sama dengan
tegangan sumber (tegangan antara L-N) Tegangan ini sudah tentu sangat
membahayakan operator atau orang yang menyentuh selungkup alat tersebut
ii) Cara pengamanan tegangan sentuh
Pengamanan tegangan sentuh dapat dilakukan dengan membuat saluran
pentanahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 Saluran pentanahan ini
harus memenuhi standard SNI yakni mempunyai tahanan pentanahan tidak lebih
20
dari 05 Ω Jika tahanan saluran pentanahan sebesar 01 Ω dan arus kesalahan 200
A maka kondisi tegangan sentuh akan berubah menjadi
Gambar 14 Saluran Pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh
Bila tegangan ini tersentuh maka arus yang akan mengalir ke tubuh
maksimum sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan ini terlihat demikian berbedanya tingkat
bahaya tegangan sentuh antara yang tanpa pentanahan dan dengan pentanahan
Dengan saluran pentanahan peralatan jauh lebih aman Berdasarkan fungsi
tersebut saluran pentanahan ini juga disebut saluran pengaman
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
17
Daerah 2 merupakan daerah yang masih aman walaupun sudah
memberikan dampak rasa pada tubuh dari ringan sampai sedang walaupun masih
belum menyebabkan gangguan kesehatan
Daerah 3 sudah berbahaya bagi manusia karena akan menimbulkan
kejang-kejangkontraksi otot dan paruparu sehingga menimbulkan gangguan
pernafasan
Daerah 4 merupakan daerah yang sangat memungkinkan menimbulkan
kematian si penderita
Gambar 11 Pengaruh Besar Dan Lama Waktu Arus Sengatan Listrik Terhadap
Tubuh
Dalam gambar tersebut di atas juga ditunjukkan karakteristik salah satu
pengaman terhadap bahaya sengatan listrik dimana ada batasan kurang dari 30
mA dan waktu kurang dari 25 ms Berikut ini dijelaskan daerah dan reaksi tubuh
terhadap sengatan listrik untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar berikut
18
Gambar 12 Reaksi Tubuh Terhadap Sengatan Listrik
Untuk mengatasi bahaya sengatan listrik tersebut maka diperlukan suatu
proteksi yang mana dalam situasi ini pengamanan yang diterapkan berupa sistem
grounding atau pentanahan
B Pengamanan Terhadap Tegangan Sentuh
Pentanahan merupakan salah satu cara untuk mengatasi bahaya tegangan
sentuh tidak langsung yang dimungkinkan terjadi pada bagian peralatan yang
terbuat dari logam Untuk peralatan yang mempunyai selungkup rumah tidak
terbuat dari logam tidak memerlukan sistem ini Agar sistem ini dapat bekerja
secara efektif maka baik dalam pembuatannya maupun hasil yang dicapai harus
sesuai dengan standard
Ada 2 fungsi utama sistem pentanahan yaitu (1) menyalurkan arus dari
bagian-bagian logam peralatan yang teraliri arus listrik liar ke tanah melalui
19
saluran pentanahan dan (2) menghilangkan beda potensial antara bagian logam
peralatan dan tanah sehingga tidak membahayakan bagi yang menyentuhnya
i) Tegangan Sentuh
Peralatan yang menggunakan sistem tegangan fasa-satu menggunakan
sekering 2 A Bila terjadi arus bocor pada selungkuprumah mesin maka
teganganbeda potensial antara selungkup mesin dan tanah sebesar 220 V
Tegangan sentuh ini sangat berbahaya bagi manusia Bila selungkup yang
bertegangan ini tersentuh maka akan ada arus yang mengalir ke tubuh orang
tersebut
Gambar 13 Kondisi tegangan sentuh pada mesin
Pada keadaan sebelum ditanahkan bila terjadi arus gangguan (arus
bocor) maka selungkup alat mempunyai tegangan terhadap tanah sama dengan
tegangan sumber (tegangan antara L-N) Tegangan ini sudah tentu sangat
membahayakan operator atau orang yang menyentuh selungkup alat tersebut
ii) Cara pengamanan tegangan sentuh
Pengamanan tegangan sentuh dapat dilakukan dengan membuat saluran
pentanahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 Saluran pentanahan ini
harus memenuhi standard SNI yakni mempunyai tahanan pentanahan tidak lebih
20
dari 05 Ω Jika tahanan saluran pentanahan sebesar 01 Ω dan arus kesalahan 200
A maka kondisi tegangan sentuh akan berubah menjadi
Gambar 14 Saluran Pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh
Bila tegangan ini tersentuh maka arus yang akan mengalir ke tubuh
maksimum sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan ini terlihat demikian berbedanya tingkat
bahaya tegangan sentuh antara yang tanpa pentanahan dan dengan pentanahan
Dengan saluran pentanahan peralatan jauh lebih aman Berdasarkan fungsi
tersebut saluran pentanahan ini juga disebut saluran pengaman
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
18
Gambar 12 Reaksi Tubuh Terhadap Sengatan Listrik
Untuk mengatasi bahaya sengatan listrik tersebut maka diperlukan suatu
proteksi yang mana dalam situasi ini pengamanan yang diterapkan berupa sistem
grounding atau pentanahan
B Pengamanan Terhadap Tegangan Sentuh
Pentanahan merupakan salah satu cara untuk mengatasi bahaya tegangan
sentuh tidak langsung yang dimungkinkan terjadi pada bagian peralatan yang
terbuat dari logam Untuk peralatan yang mempunyai selungkup rumah tidak
terbuat dari logam tidak memerlukan sistem ini Agar sistem ini dapat bekerja
secara efektif maka baik dalam pembuatannya maupun hasil yang dicapai harus
sesuai dengan standard
Ada 2 fungsi utama sistem pentanahan yaitu (1) menyalurkan arus dari
bagian-bagian logam peralatan yang teraliri arus listrik liar ke tanah melalui
19
saluran pentanahan dan (2) menghilangkan beda potensial antara bagian logam
peralatan dan tanah sehingga tidak membahayakan bagi yang menyentuhnya
i) Tegangan Sentuh
Peralatan yang menggunakan sistem tegangan fasa-satu menggunakan
sekering 2 A Bila terjadi arus bocor pada selungkuprumah mesin maka
teganganbeda potensial antara selungkup mesin dan tanah sebesar 220 V
Tegangan sentuh ini sangat berbahaya bagi manusia Bila selungkup yang
bertegangan ini tersentuh maka akan ada arus yang mengalir ke tubuh orang
tersebut
Gambar 13 Kondisi tegangan sentuh pada mesin
Pada keadaan sebelum ditanahkan bila terjadi arus gangguan (arus
bocor) maka selungkup alat mempunyai tegangan terhadap tanah sama dengan
tegangan sumber (tegangan antara L-N) Tegangan ini sudah tentu sangat
membahayakan operator atau orang yang menyentuh selungkup alat tersebut
ii) Cara pengamanan tegangan sentuh
Pengamanan tegangan sentuh dapat dilakukan dengan membuat saluran
pentanahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 Saluran pentanahan ini
harus memenuhi standard SNI yakni mempunyai tahanan pentanahan tidak lebih
20
dari 05 Ω Jika tahanan saluran pentanahan sebesar 01 Ω dan arus kesalahan 200
A maka kondisi tegangan sentuh akan berubah menjadi
Gambar 14 Saluran Pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh
Bila tegangan ini tersentuh maka arus yang akan mengalir ke tubuh
maksimum sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan ini terlihat demikian berbedanya tingkat
bahaya tegangan sentuh antara yang tanpa pentanahan dan dengan pentanahan
Dengan saluran pentanahan peralatan jauh lebih aman Berdasarkan fungsi
tersebut saluran pentanahan ini juga disebut saluran pengaman
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
19
saluran pentanahan dan (2) menghilangkan beda potensial antara bagian logam
peralatan dan tanah sehingga tidak membahayakan bagi yang menyentuhnya
i) Tegangan Sentuh
Peralatan yang menggunakan sistem tegangan fasa-satu menggunakan
sekering 2 A Bila terjadi arus bocor pada selungkuprumah mesin maka
teganganbeda potensial antara selungkup mesin dan tanah sebesar 220 V
Tegangan sentuh ini sangat berbahaya bagi manusia Bila selungkup yang
bertegangan ini tersentuh maka akan ada arus yang mengalir ke tubuh orang
tersebut
Gambar 13 Kondisi tegangan sentuh pada mesin
Pada keadaan sebelum ditanahkan bila terjadi arus gangguan (arus
bocor) maka selungkup alat mempunyai tegangan terhadap tanah sama dengan
tegangan sumber (tegangan antara L-N) Tegangan ini sudah tentu sangat
membahayakan operator atau orang yang menyentuh selungkup alat tersebut
ii) Cara pengamanan tegangan sentuh
Pengamanan tegangan sentuh dapat dilakukan dengan membuat saluran
pentanahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 Saluran pentanahan ini
harus memenuhi standard SNI yakni mempunyai tahanan pentanahan tidak lebih
20
dari 05 Ω Jika tahanan saluran pentanahan sebesar 01 Ω dan arus kesalahan 200
A maka kondisi tegangan sentuh akan berubah menjadi
Gambar 14 Saluran Pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh
Bila tegangan ini tersentuh maka arus yang akan mengalir ke tubuh
maksimum sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan ini terlihat demikian berbedanya tingkat
bahaya tegangan sentuh antara yang tanpa pentanahan dan dengan pentanahan
Dengan saluran pentanahan peralatan jauh lebih aman Berdasarkan fungsi
tersebut saluran pentanahan ini juga disebut saluran pengaman
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
20
dari 05 Ω Jika tahanan saluran pentanahan sebesar 01 Ω dan arus kesalahan 200
A maka kondisi tegangan sentuh akan berubah menjadi
Gambar 14 Saluran Pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh
Bila tegangan ini tersentuh maka arus yang akan mengalir ke tubuh
maksimum sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan ini terlihat demikian berbedanya tingkat
bahaya tegangan sentuh antara yang tanpa pentanahan dan dengan pentanahan
Dengan saluran pentanahan peralatan jauh lebih aman Berdasarkan fungsi
tersebut saluran pentanahan ini juga disebut saluran pengaman
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
21
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
RB
Pada keadaan setelah dilakukan pentanahan bila terjadi arus gangguan
karena tahanan pentanahan sangat kecil (persyaratan) maka akan mengalir arus
gangguan yang sangat besar sehingga membuat bekerjanya pengaman arus lebih
yaitu dengan memutuskan peralatan dari sumber listrik Dalam waktu terjadinya
arus gangguan dengan tahanan pentanahan sangat rendah tegangan sentuh dapat
dibatasi pada batas aman
iii) Tegangan Sentuh yang diizinkan
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara tangan dan kaki
seseorang yang berdiri di atas tanah yang dialiri arus kesalahan ke tanah Dengan
asumsi bahwa objek yang disentuh dalam hal ini peralatan dihubungkan dengan
elektroda pembumian yang ditanam dalam tanah seperti gambar berikut ini
Gambar 15 Rangkaian tegangan sentuh dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah paralel
R2Kp = 120785 120646119930
120784= 120783 120787 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan sentuh
Esentuh = (RB +R2Kp) IB
atau
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
22
Esentuh = (RB +15 120646119930) IB
atau
Esentuh 50 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Esentuh 70 = 120783120782120782120782 + 120783 120787 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Esentuh = tegangan sentuh yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan sentuh dapat
dihitung sebagai berikut
ES = 120783120783120788+120782120783120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
23
AC
IB
U
IA
RK
RK
RMK
IA
dk
Besarnya tegangan sentuh yang diizinkan dan lamanya ganguan
diberikan pada tabel 1
Tabel 1 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
0l 1980
02 1400
03 1140
04 990
05 890
10 626
20 443
30 362
iv) Tegangan Langkah yang diizinkan
Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul antara dua kaki orang
yang berdiri dipermukaan tanah dan dibawah tanah tersebut terdapat elektroda
pembumian yang sedang dialiri arus kesalahan ke tanah Pada gambar 16
ditunjukkan tegangan langkah dan rangkaian penggantinya dimana dalam keadaan
tidak menggunakan sepatu
Gambar 16 Rangkaian tegangan langkah dekat dengan benda yang di bumikan
Tahanan kontak antara tanah dengan kedua kaki adalah seri
R2KS = 120784(120785120646119930) = 120788 120646119930
Tahanan ekivalen dari rangkaian tegangan langkah
Elangkah = (RB +R2KS) IB
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
24
atau
Elangkah = (RB +6 120646119930) IB
atau
Elangkah 50 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120783120788
119853119826
Elangkah 70 = 120783120782120782120782 + 120788 120646119930 120782120783120787120789
119853119826
dimana
Elangkah = tegangan langkah yang diizinkan (V)
RB = tahanan tubuh manusia (1000Ω)
IA = arus ganguan (A)
IB = 0116
119905119878 untuk berat rata-rata 50 kg manusia (A)
= 0157
119905119878 untuk berat rata-rata 70 kg manusia (A)
Rk = tahanan kontak satu kaki ke tanah yang diberi lapisan koral 10 cm
RMk = tahanan mutual kedua kaki (Ω)
120588s = tahanan jenis batu koral (3000 ohm-m)
tS = lama arus mengalir melalui tubuh manusia (detik)
Untuk memudahkan menentukan besarnya tegangan langkah dapat
dihitung sebagai berikut
EL = 120783120783120788+120782120789 120646119930
119957119930
dimana
120588S = tahanan jenis batu koral = 3000 (Ohm-m)
tS = waktu lamanya gangguan (det)
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
25
Besarnya tegangan langkah yang diizinkan dan lamanya gangguan diberikan pada
tabel 2 berikut
Tabel 2 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan tS (det) Tegangan sentuh yang diizinkan (Volt)
01 7000
02 4950
03 4040
04 3500
05 3140
10 2216
20 1560
30 1280
C Pengertian Sistem Pentanahan
Pentanahan didefenisikan membuat sambungan atau hubungan
sedemikian rupa antara peralatan listrik dan tanah atau menghubungkan dengan
benda konduksi yang berada di tanah Sistem pentanahan adalah sistem hubungan
penghantar yang menghubungkan sistem badan atau rangka peralatan dan
instalasi dengan bumitanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan
listrik dan mengamankan komponen-komponen instalasi dari bahaya tegangan
atau arus abnormal Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara
suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi
Sistem pentanahan terdiri dari pentanahan sistem (netral) berfungsi
untuk (1) Melindungi peralatansaluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan
oleh adanya ganguan fasa ke tanah (2) melindungi peralatansaluran dari bahaya
kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih (3) melindungi makhluk
hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
26
Sedangkan pentanahan Umum Berfungsi Melindungi mahluk hidup dari
tegangan sentuh dan melindungi peralatan dari tegangan lebih
1) Tujuan Utama Sistem Pentanahan
Tujuan sistem pentanahan adalah
1) Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal maupun abnormal
2) Menjamin kerja peralatan listrikelektronik
3) Mencegah kerusakan peralatan listrikelektronik
4) Menyalurkan energi serangan petir ke tanah
5) Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient
6) Mengalihkan energi RF liar dari peraltan-peralatan seperti audio
video kontrol dan komputer
Sedangkan tujuan sistem pentanahan menurut PUIL 2000 adalah
1) Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agar berada dalam
batasan yang diperbolehkan
2) Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapat memberikan deteksi
terjadinya hubungan yang tidak dikehendaki antara konduktor sistem
dan bumi Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan
otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut
2) Bagian-bagian yang Ditanahkan
Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan
dari instalasi listrik adalah
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
27
1 Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik)
dan dengan mudah bisa disentuh manusia Hal ini perlu agar potensial
dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan
potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak
berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya
2 Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator Hal ini
diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang
menyangkut gangguan hubung tanah
Dalam praktik diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik
pentanahan tersebut tidak melebihi 5 ohm Secara teoritis tahanan dari tanah atau
bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga Tetapi kenyataannya
tidak demikian artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol Hal ini terutama
disebabkan adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana
alat tersebut dipasang (dalam tanah) Alat yang digunakan untuk melakukan
pentanahan ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 16 Macam-macam alat pentanahan
Dari gambar di atas tampak bahwa ada empat alat pentanahan yaitu
1 Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
28
2 Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod) terdiri dari
beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel
3 Anyaman pentanahan (grounding mesh) merupakan anyaman kawat
tembaga
4 Pelat pentanahan (grounding plate) yaitu pelat tembaga
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut
diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan
kawat penghubungnya Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan
adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat
aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut Arus
listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang
berbeda tahanan jenisnya Untuk jenis tanah yang sama tahanan jenisnya
dipengaruhi oleh kedalamannya Makin dalam letaknya umumnya makin kecil
tahanan jenisnya karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih
basah Oleh karena itu dalam memasang batang pentanahan makin dalam
pemasangannya maka makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan
pentanahan yang makin rendah
Gambar 17 Batang pentanahan beserta aksesorisnya
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
29
Gambar di atas menunjukkan batang pentanahan beserta aksesorisnya
yaitu (1) Konduktor tanah (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda
tanah dan (3) Elektroda tanah
Gambar 18 Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence)
Sedangkan gambar 18 diatas menggambarkan batang pentanahan beserta
lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah Tampak bahwa
pengaruh batang pentanahan akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan
pengaruh terkecil pada kedalaman yang sama dengan kedalaman batang
pentanahan Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan Hal
ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya
D Sistem Pentanahan Titik Netral
Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil gangguan hubung
singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang
besar Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah
arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper) sehingga busur listrik
yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih
dapat padam sendiri Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik
baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan maka bila terjadi gangguan
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
30
fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat
lagi padam dengan sendirinya
Timbulnya gejala-gejala ldquobusur listrik ke tanah (arching ground)rdquo sangat
berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak
peralatan Apabila hal diatas dibiarkan maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik
akan terhenti yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar Oleh
karena itu sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) tetapi
titik netralnya ditanahkan melalui tahanan reaktor dan ditanahkan langsung (solid
grounding) Pentanahan pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral
transformator daya atau generator ke tanah seperti dicontohkan pada gambar 19
berikut
Gambar 19 Contoh sistem yang ditanahkan
Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (floating grounding) atau
sistem delta jika tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah
Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 20 berikut
Gambar 20 Contoh sistem yang tidak ditanahakan
GENER
ATOR
GENER
ATOR
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
31
1) Tujuan dan Macam-macam Sistem Pentanahan Titik Netral
Adapun tujuan sistem pentanahan titik netral adalah sebagai berikut
1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem
2 Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada
fasa yang sehat)
3 Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran
tenaga listrik
4 Mengurangimembatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh
penyalaan bunga api yang berulang ulang (restrike ground fault)
5 Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan
dalam menentukan lokasi gangguan
Dalam sistem pentanahan titik netral ada lima macam skema pentanahan
netral sistem daya yaitu
1 TN (Terra Neutral) Sistem terdiri dari 3 jenis skema yaitu
a TN-C
b TN-C-S dan
c TN-S
2 TT (Terra Terra)
3 IT (Impedance Terra)
(Terra = bahasa Perancis yang berarti bumi atau tanah)
i TN-C (Terra Neutral-Combined) Saluran Tanah dan Netral
Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada
sistem secara keseluruhan Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN yang
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
32
merupakan kombinasi antara saluran N dan PE Disini seluruh bagian sistem
mempunyai saluran PEN yang sama
Gambar 21 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
ii TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated) Saluran Tanah dan
Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi
satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain Di
sini terlihat bahwa bagian sistem 1 dan 2 mempunyai satu hantaran PEN
(combined) Sedangkan pada bagian sistem 3 menggunakan dua hantaran N dan
PE secara terpisah (separated)
Gambar 22 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN-C-S)
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
33
iii TN-S (Terra Neutral-Separated) Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem
secara keseluruhan Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara
tersendiri (separated)
Gambar 23 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
iv TT (Terra Terra) Sistem Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah namun bagian-
bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang
berbeda (berdiri sendiri) Dari gambar 24 di bawah ini terlihat bahwa pentanahan
peralatan dilakukan melalui sistem pentanahan yang berbeda dengan pentanahan
titik netral
Gambar 24 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
34
v IT (Impedance Terra) System Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun
melalui suatu impedansi sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung
ke elektroda pentanahan secara terpisah Sistem ini juga disebut sistem
pentanahan impedansi Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak
langsung ini yaitu melalui reaktansi tahanan dan kumparan petersen Antara
ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan Namun
secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja
terbaik
Gambar 25 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Berikut ini adalah keterangan dari lambang pada beberapa gambar di atas
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
35
E Faktor Yang Mempengaruhi Tahanan Pentanahan
Suatu elektroda pentanahan tidak bisa ditanamkan ke dalam tanah begitu
saja dan memperoleh hasil yang baik karena dipengaruhi oleh karakteristik tanah
Karakteristik tanah merupakan hal terpenting dalam perencanan sistem
pentanahan karena dapat secara signifikan mempengaruhi nilai pentanahan
Namun ada faktor-faktor lain yang bisa mempengaruhi hasil nilai pentanahan
faktor-faktor tersebut antara lain
1) Resistivitas Bumi
Resistivitas listrik dari bumi (tahanan bumi untuk mengalirkan arus)
menjadi bagian penting Resistivitas bumi (ohm-meter) merupakan nilai resistansi
dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan
didefinisikan sebagai tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan
dari suatu kubus satu meter kubik dalam volume Faktor keseimbangan antara
tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang
direpresentasikan dengan ρ Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman
yang terbatas tidaklah sama Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis
tanah yaitu
a) Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya seperti
tanah liat tanah rawa tanah berbatu tanah berpasir tanah gambut dan
sebagainya
b) Unsur kimia yang terkandung dalam tanah seperti garam logam dan
mineral-mineral lainnya
c) Kelembaban tanah seperti basah atau kering
d) Temperatur tanah dan jenis tanah
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
36
Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh
tahanan jenis tanah Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian harus
dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut
Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut maka selanjutnya dibuat
perencanaan sistem pembumiannya
Suatu unit pengukuran alternatif ohmmiddotcentimeter didefinisikan sebagai
tahanan dalam ohm antara permukaan yang berlawanan dari satu centimeter
kubik dari bumi Untuk mengkonversi ohm-meters ke ohm-centimeters kalikan
dengan dengan 100
Resistivitas bumi bervariasi di Amerika Serikat resistivitas bervariasi
dari beberapa ohmmiddotmeter sepanjang beberapa pantai sampai beribu-ribu
ohmmiddotmeter dalam daerah berbatu-batu bergunung-gunung Resistivitas bumi
dapat berubah-ubah dalam jarak sangat kecil dalam kaitan dengan kondisi-kondisi
lokal tanah Tabel-tabel berikut menunjukkan resistivitas bumi untuk berbagai
jenis tanah Tabel ini bermanfaat di dalam pemilihan penempatan di mana suatu
pentanahan akan ditempatkan
Tabel 3 Nilai Resistivitas Tanah menurut pasal 320 ndash 1 PUIL 2000
Jenis Tanah Resistivitas (ohm ndashm)
Tanah Rawa 10-40
Tanah Liat 20 -100
Pasir Basah 50-200
Kerikil Basah 200 ndash 3000
Kerikil Kering lt 10000
Tanah Berbatu 2000 ndash 30000
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
37
2) Kelembaban Tanah
Pada tanah kering berpasir tanah bersifat sebagai isolator yang baik
karena tahanan pentanahan tinggi dan sebaliknya dimana kondisi tanah yang
lembab dan basah akan memiliki tahanan pentanahan yang rendah oleh sebab itu
pada kondisi tanah seperti itu dianjurkan elektroda tanah ditanam pada kedalaman
tanah yang dalam agar elektroda tanah berada pada lapisan yang memiliki
kandungan air yang cukup karena pada kedalaman tanah yang dalam kandungan
air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim Tanah manapun dengan nilai
kelembaban nol bersifat isolasi Kondisi ini jarang ditemui kecuali di area padang
pasir atau selama periode dari musim kering ekstrim
3) Kandungan Mineral Tanah
Pada dasarnya tahanan jenis tanah ditentukan oleh kandungan elektrolit air
mineral dan garam Tanah kering memiliki tahanan yang tinggi sedangkan tanah
basah bisa saja memiliki tahanan tinggi apabila tidak mengandung garam yang
mudah larut Air yang tidak mengandung garam mineral merupakan bahan isolasi
sama halnya dengan tanah dengan kelembaban nol
4) Temperatur
Tahanan jenis tanah berkaitan erat dengan kandungan air dan suhu maka
dapat diasumsikan bahwa tahanan pentanahan sistem dapat saja berubah sesuai
dengan perubahan iklim Jika temperatur tanah berkurang maka resistivitasnya
meningkat terutama ketika temperatur tanah turun di bawah titik beku air
resistivitas akan meningkat dengan cepat
Misalkan suatu elektroda ditanamkan kedalam tanah pada saat musim
hujan dimana kondisi tanah lembab dan basah sehingga tahanan pentanahan
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
38
rendah tetapi pada saat musim kemarau keadaan tanah menjadi kering akibatnya
tahanan pentanahan menjadi tinggi oleh sebab itu agar diperoleh tahanan
pentanahan yang tetap rendah elektroda tanah harus ditanam pada kedalaman
yang cukup dimana dipastikan bahwa elektroda tanah senantiasa mendapatkan
kandungan air yang cukup sepanjang musim karena pada kedalaman tanah yang
dalam kandungan air relatif cukup stabil terhadap perubahan musim
5) Pengaruh uap lembab dalam tanah
Kandungan uap lembab dalam tanah merupakan faktor penentu nilai
tegangan tanah Variasi dari perubahan uap lembab akan membuat perbedaan
yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah
Hal ini jelas telihat pada kandungan uap lembab di bawah 20 Nilai di atas 20
resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh tetapi di bawah 20 resistivitas tanah
meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab
Berkaitan dengan kandungan uap lembab tes bidang menunjukkan
bahwa dengan lapisan permukaan tanah 10 kali akan lebih baik ditahan oleh batas
dasar Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas
pentanahan yang baik hal ini disebabkan dasar-dasar batu sering tidak dapat
tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap
lembab yang tinggi
6) Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan
elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh
tahanan yang rendah Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
39
berubah menurut cuaca Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit
di dalamnya kandungan air mineral-mineral dan garam-garam
Tanah yang kering biasanya mempunyai tahanan yang tinggi namun
demikian tanah yang basah juga dapat mempunyai tahanan yang tinggi apabila
tidak mengandung garam-garam yang dapat larut Tahanan tanah berkaitan
langsung dengan kandungan air dan suhu dengan demikian dapat diasumsikan
bahwa tahanan suatu sistem pentanahan akan berubah sesuai dengan perubahan
iklim setiap tahunnya Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan
elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat
kandungan air yang tetap
7) Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah
dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan
tanah Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras dan tanah
membeku pada kedalaman tertentu Air di dalam tanah membeku pada suhu di
bawah 0deg C dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien
temperatur resistivitas tanah Koefisien ini negatif dan pada saat temperatur
menurun resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi Pengaruh
temperatur terhadap resistivitas tanah dijelaskan dalam tabel 3 sebagai berikut
Tabel 4 Efek Temperatur Terhadap Resistivitas Tanah
No Temperatur (0deg C) Resistivitas (Ohm)
1 -5 70000
2 0 30000
3 0 10000
4 10 8000
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
40
5 20 7000
6 30 6000
7 40 5000
8 50 4000
8) Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat
tergantung dengan material pendukung tanah temperatur dan kelembaban Daerah
dengan struktur tanah berpasir berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas
mempunyai resistivitas yang tinggi Disinyalir kondisi tanah yang demikian
diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah berkurangnya tumbuhan
tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan
berkurang kelembabannya
9) Korosi
Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan
tanah keduanya menghadapi karakteristik lingkungan yang berlainan Bagian
yang berada di atas permukaan tanah asap dan partikel debu dari proses industri
serta partikel terlarut yang terkandung dalam air hujan akan mengakibatkan korosi
pada konduktor Bagian di bawah tanah kondisi tanah basah yang mengandung
materi alamiah bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat
mengakibatkan korosi
