Unlock Bab2

Embed Size (px)

Citation preview

atau sistem delta bilamana tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan 4

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Pentahanan Sistem Pentanahan adalah suatu rangkaian atau jaringan mulai dari kutub pentanahan atau elektroda, hantaran penghubung sampai terminal pentanahan yang berfungsi untuk menyalurkan arus lebih ke bumi atau tanah dengan tujuan agar suatu peralatan dapat terhindar dari tegangan asing seperti hubung singkat atau arus bocor sehingga peralatan dapat bekerja sesuai dngan fungsi yang semestinya. Adapun fungsi dari bagian-bagian sistem pentanahan adalah sebagai berikut : 1. Kutub Pentanahan atau elektroda adalah suatu komponen yang terbuat dari bahan metal yang berfungsi sebagai penghantar listrik yang bersentuhan dengan tanah atau ditanam di dalam tanah dengan tujuan untuk mempercepat penyerapan muatan listrik akibat sambaran petir, arus bocor, hubung singkat ataupun tegangan lebih ke dalam tanah. 2. Hantaran Penghubung adalah suatu komponen yang terbuat dari bahan metal yang berfungsi sebagai penghubung antara kutub pentahanan dengan terminal, metal ini biasanya berupa kawat tembaga pilin atau BC dengan diameter minimal 16 mm. 3. Terminal Pentahanan adalah terminal atau titik dimana kita hubungkan dengan perangkat kita. Biasanya berupa lempeng tembaga cukup panjangnya 15 cm, lebar 3 cm dan tebal 1 cm. Salah satu faktor kunci dalam setiap usaha pengamanan (perlindungan) suatu bangunan adalah sistem pentanahan. Tindakan pengamanan ini maksudkan untuk mencegah bahaya kecelakan atau kebakaran yang diakibatkan oleh hubung singkat atau tegangan asing lainnya. draad

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

5

Apabila suatu tindakan pengamanan (perlindungan) yang baik akan dilaksanakan, maka harus ada sistem pentanahan yang dirancang dengan benar sesuai dengan peraturan yang berlaku. Adapun syarat-syarat agar sistem pentanahan dapat bekerja secara efektif, sistem pentanahan harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut : 1. 2. 3. Membuat jalur impedansi rendah ke tanah untuk pengamanan personil dan peralatan menggunakan rangkain yang efektif. Dapat melawan dan menyebarkan gangguan berulang dan arus akibat surja hubung ( surge current ). Menggunakan bahan tahan korosi terhadap berbagai kondisi kimiawi tanah, untuk meyakinkan kontinuitas penampilannya sepanjang umur peralatan yang lindungi. 4. Menggunakan sistem mekanik yang kuat namun mudah dalam pelayanan.

2.2 Macam-macam pentanahan Sistem pentahanan pada kelistrikan dibagi menjadi 3 (tiga) macam yaitu sebagai berikut : 1.Sistem yang ditanahkan. 2.Sistem yang tidak ditanahkan. 3.Sistem pentanahan pada peralatan. Dimana ketiganya merupakan pengaman dari sistem kelistrikan, adapun penjelasan dari ketiga sistem pentahanan tersebut sebagai berikut : 2.2.1 Sistem Tenaga yang Ditanahkan a. Pentanahan Langsung (pentanahan tanpa impedansi), ialah menghubungkan langsung titik netral dari trafo tenaga dengan konduktor penghubung yang impedansinya sangat kecil. Pada sistem ini bila terjadi gangguan tanah selalu mengakibatkan terganggunya saluran ( line outage ), maka gangguan tersebut harus diisolir dengan membuka pemutus daya.

Sistem yang tidak ditanahkan adalah suatu sistem yang tidak diketanahkan atau sistem delta bilamana tidak ada hubungan galvanis antara sistem itu dengan

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

6

Tujuan dari pengetanahan titik netral secara langsung, terutama untuk membatasi kenaikan tegangan dari fasa-fasa yang terganggu sampai mendekati harga normal, tujuan lainnya adalah untuk menghilangkan arus kapasitif ke tanah pada saat terjadi arus hubung singkat satu fasa ke tanah dan dari arcing ground benar-benar dikurangi. Sistem yang ditanahkan langsung didefinisikan berdasarkan dari perbandingan dan R 0/X1). Dimana : R0 = Tahanan urutan nol dari rangkaian. X0 = Reaktansi urutan nol dari rangkaian. X1 = Reaktansi urutan positif dari rangkaian. b. Pentanahan Efektif, yaitu pentanahan dimana perbandingan antara reaktansi urutan nol dan reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama dengan tiga, dan perbandingan tahanan urutan nol dan reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama dengan satu, untuk tiap titik pada sistem tersebut. (X0/X13; R 0/X11). c. Pentanahan Reaktor, yaitu menghubungkan titik netral trafo tenaga ketanah dengan suatu reaktansi yang besarnya tertentu. Dilihat dari besarnya perbandingan X kumparan Petersen. d. e. Pentanahan melalui Tahanan, yaitu pentanahan titik netral trafo daya dihubungkan ketanah dengan suatu tahanan tertentu. (R0 2 X 0). Pentanahan dengan Kumparan Petersen, yaitu menghubungkan titik netral trafo daya dengan suatu tahanan yang nilainya dapat berubah ubah. 0

(X0/X1

(X010 X 1).

dan X 1 sistem pentanahan ini

terletak anatara pentanahan efektif dan sistem yang ditanahkan dengan

2.2.2 Sistem yang Tidak Ditanahkan

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

7

tanah. Pada sistem biasanya hanya konstruksi atau badan dari peralatan tersebut yang diketanahkan untuk menghindarkan peralatan tersebut dari tegangan yang mambahayakan manusia. 2.2.3 Sistem Pentanahan pada Peralatan Sistem pentanahan pada peralatan yaitu penghubungan antara bagian bagian peralatan listrik yang pada keadaaan normal tidak dialiri arus. Tujuannya adalah untuk membatasi tegangan antara bagian-bagian peralatan yang tidak dialiri arus dan antara bagian-bagian ini dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman antara bagian-bagian ini dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman untuk semua kondisi operasi baik kondisi normal maupun saat terjadi gangguan. Sistem pentanahan ini berguna untuk memperoleh impedansi yang rendah sebagai jalan balik arus hubung singkat ke tanah. Sistem pentanahan pada peralatan pada umumnya menggunakan dua macam sistem pentanahan yaitu sistem grid (horizontal) dan sistem rod (vertikal). Sistem pentanahan grid ialah menanamkan batang-batang elektroda sej ajar dengan permukaan tanah, hal ini merupakan usaha untuk meratakan tegangan yang timbul. Sedangkan sistem rod ialah menanamkan batang-batang elektroda tegak lurus kedalam tanah, hal ini fungsinya hanya mengurangi (memperkecil) tahanan pentanahan. Jadi yang membedakan sistem ini adalah pentanahan ini hanya dengan cara penanaman elektrodanya. Adapun penjelasan dari sistem dan sistem rod adalah sebagai berikut : 1. Sistem Grid Pada sistem ini batang-batang elektroda ditanam sejajar dibawah permukaan tanah, batang-batang yang terhubung satu sama lain. Dengan cara ini bila jumlah konduktor yang ditanam banyak sekali, maka bentuknya mendekati bentuk plat dan ini merupakan bentuk maksimum atau yang mempunyai harga tahanan yang kecil untuk luas daerah tertentu, tetapi bentuk ini tidak efesien atau mahal. Pada sistem ini banyak konduktor akan tidak sebanding dengan harga grid -

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

8

tahanan karena fungsi dari konduktor sebenarnya adalah menyalurkan arus ke dalam tanah. Bila elektroda saling berdekatan maka volume tanah tidak bisa menerima arus dari elektroda-elektroda tersebut, dengan kata lain volume tanah tidak terbatas kemampuannya untuk menerima arus. 2. Sistem Rod Pada sistem ini untuk memperkecil tahanan pentanahan, maka jumlah batang konduktor dapat diperbanyak penanamannya. Apabila terjadi arus gangguan ke tanah maka arus ini akan mengakibatkan naiknya gradient tegangan permukaan tanah. Besarnya tegangan maksimum yang timbul tersebut sebanding dengan tahanan pentanahan. 2.3 Tahanan Jenis tanah Faktor keseimbangan antara tahanan pentanahan dan kapasitansi disekelilingnya adalah tahanan jenis tanah yang direpresentasikan dengan beberapa faktor yaitu : 1.Jenis tanah : tanah liat, berbatu, dan lain-lain. 2.Lapisan tanah : berlapis-lapis dengan tahanan jenis berlainan atau 3.Kelembaban tanah. 4.Temperatur. Tahanan jenis tanah bervariasi dari 500 sampai 50.000 ohm per cm kadang-kadang harga ini dinyatakan dengan harga ohm per cm. Pernyataan ohm per cm memrepresentasikan tahanan antara dua permukaan yang berlawanan dari suatu volume tanah berisi 1 cm 3. Untuk mengubah komposisi kimia tanah dapat dilakukan dengan memberikan garam pada tanah dekat elektroda pentanahan dengan maksud mendapatkan tahanan jenis tanah yang rendah. Cara ini hanya baik untuk sementara sebab penggaraman harus dilakukan secara periodik, sedikitnya 63

(rho).

Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tergantung dari

uniform .

.

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

9

(enam) bulan sekali. Dengan memberi air atau membasahi tanah juga mengubah tahanan jenis tanah. Harga tahanan jenis tanah pada kedalaman yang terbatas sangatlah tergantung dengan keadaan cuaca. Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah ratarata, maka diperlukan suatu perencanaan maka diperlukan penyelidikan atau pengukuran dalam jangka waktu yang tertentu misalnya selama 1 (satu) tahun. Biasanya tahanan jenis tanah juga tergantung dari tingginya permukaan air yang konstan. Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah akibat pengaruh musim, pentanahan dapat dilakukan dengan menanamkan elektroda pentanahan mencapai kedalaman dimana terdapat air yang konstan. Pada sistem pentanahan yang tidak mungkin atau tidak perlu ditanam lebih dalam sehingga mencapai air tanah yang konstan, variasi tahanan jenis tanah sangat besar. Penanaman memungkinkan kelembaban dan temperatur bervariasi, harga tahanan jenis tanah harus diambil pada keadaaan yang paling buruk, yaitu tanah kering dan dingin. Setelah memperoleh harga tahanan jenis tanah, dan biasanya diambil harga yang tertinggi, maka berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut dibuat perencanaan pentanahan pengukuran tahanan jenis tanah harus dilakukan terlebih dahulu seperti tabel dibawah ini : Tabel 1. Tahanan Jenis Tanah Jenis Tanah Sawah, Rawa Tanah liat dan Tanah ladang Pasir basah Kerikil basah Pasir dan Kerikil kering Tanah berbatu1

Tahanan pada tanah (ohm per m) 30 100 200 500 1000 3000

1)

hlm. 17. PLN (Persero) Grounding & Lightning Protection

PT. PLN (Persero) Udiklat Bogor

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

10

2.4 Tahanan Tubuh Mausia Tahanan tubuh manusia berkisar siantara 500 ohm sampai dengan 100.000 ohm tergantung dari tegangan, keadaan kulit pada tempat kontak dan jalannya arus dalam tubuh manusia. Kulit yang terdiri pada tempat kontak dan mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi terhadap tegangan tinggi kulit yang menyentuh konduktor langsung terbakar, jadi tahanan kulit ini tidak berarti apa-apa. Jadi hanya tahanan tubuh manusia yang dapat membatasi arus. Dibawah ini adalah tabel dari penyelidikan dan penelitian yang menunjukkan harga tahanan tubuh manusia Tabel 2. Berbagai Harga Tahanan Tubuh ManusiaPeneiti Dalziel AIEE Committeereport 1958 Tahanan (ohm) 500 2.330 1130 1680 800 30002

Keterangan Dengan tegangan 60 cps Dengan tegangan 21 volt tangan ke tangan I k = 9 mA tangan ke kaki tangan ke tangan dengan arus searah tangan ke kaki dengan 50 cps

Laurent

Berdasarkan dari hasil penyelidikan diatas sebagai pendekatan diambil harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000 ohm. 2.5 Arus Melalui Tubuh Manusia Kemampuan tubuh manusia terbatas terhadap besarnya arus yang mengalir didalamnya. Tetapi besar dan lamanya arus yang masih dapat ditahan oleh tubuh manusia sampai batas yang belum membahayakan sukar ditetapkan. Dalam hal ini telah banyak diselidiki oleh para ahli dengan berbagai macam percobaan baik dengan tubuh manusia maupun dengan menggunakan binatang tertentu. Dalam batas tertentu dimana besarnya arus belum berbahaya terhadap organ tubuh manusia yang berbadan sehat. Batas-batas arus tersebut dibagi sebagai berikut :2

hlm. 137. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga & Pengetanahan Netral. T.S Hutauruk

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

11

1.Arus mulai terasa atau persepsi ( perception current ). 2.Arus mempengaruhi otot ( let-go current ). 3.Arus mengakibatkan pingsan atau mati atau arus fibrasi ( 4.Arus reaksi ( reaction current ). 2.5.1 Arus Persepsi Bila orang memegang penghantar yang diberi tegangan mulai dari harga nol dan dinaikan sedikit demi sedikit, arus listrik yang melalui tubuh manusia tersebut akan memberi pengaruh. Mula-mula akan merangsang syaraf sehingga akan terasa suatu getaran yang tidak berbahaya, bila terasa panas pada telapak tangan. Pada Electrical Testing Laboratory New York tahun 1933 telah dilakukan fibrillating current ).

pengujian terhadap 40 orang laki-laki dan perempuan, dan didapati arus rata-rata yang disebut threshold of perception current sebagai berikut : - Untuk laki-laki = 1,1 mA

- Untuk perempuan = 0,7 mA 2.5.2 Arus Mempengaruhi Otot Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya tingkat arus persepsi dinaikan lagi maka orang akan terasa sakit dan kalau terus dinaikkan maka otot-otot akan terasa kaku sehingga orang tersebut tidak berdaya lagi untuk melepaskan konduktor yang dipegangnya itu. Di University of California Medical School telah dilakukan penyelidikan

terhadap 134 orang laki-laki dan 28 orang perempuan dan memperoleh angka rata-rata dari arus yang mempengaruhi otot adalah sebagai berikut : - Untuk laki-laki = 16 mA

- Untuk perempuan = 10,5 mA Berdasarkan atas penyelidikan ini telah ditetapkan batas arus maksimal dimana orang masih dapat dengan segera melepaskan konduktor bila terkena arus listrik sebagai berikut :

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

12

- Untuk laki-laki

= 9 mA

- Untuk perempuan = 6 mA 2.5.3 Arus Fibrasi Apabila arus yang melewati tubuh manusia lebih besar dari arus yang mempengaruhi otot dapat mengakibatkan orang pingsan bahkan sampai mati. Hal ini disebabkan arus listrik yang mempengaruhi jantung yang disebut vebtricular fibrillation yang menyebabkan jantung berhenti bekerja dan peredaran darah tidak jalan dan orang akan segera mati. Untuk menyelidiki keadaan ini tidak mungkin dapat dilakukan terhadap manusia. Untuk mendapatkan nilai pendekatan suatu percobaan telah dilakukan pada University of California oleh Dalziel pada tahun kira bahwa 1968, dengan menggunakan binatang yang mempunyai badan dan jantung kira sama dengan manusia. Dari percobaan tersebut Daziel menarik kesimpulan terhadap besar arus dan waktu yang ditentukan oleh persamaan sebagai Ik t = K atau Ik = k/ t2

99,5 % dari semua orang yang beratnya lebih kurang 50 kg masih dapat bertahan berikut :

= Dimana :

A ...................................................................................

2.1)

k = K K = 0,0135 untuk manusia dengan berat 50 kg = 0,0 125 untuk manusia dengan berat 70 kg Maka k 50 = 0,116 Ampere k 70 = 0,157 Ampere Jadi Dan Ik2.t = Ik=

0,0135 untuk berat badan 50 kg0,116 t

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

13 .2.2)

= .......... A Dimana :

3

Ik = Besarnya arus lewat tubuh manusia (Ampere) t = Waktu arus lewat tubuh manusia atau lama gangguan tanah (detik) 2.5.4 Arus Reaksi Arus Reaksi adalah arus yang terkecil yang dapat mengakibatkan orang menjadi terkejut, hal ini cukup berbahaya karena dapat mengakibatkan kecelakaan sampingan. Karena terkejut orang dapat jatuh dari tangga, melemparkan alat yang sedang dipegang yang dapat mengenai bagian-bagian instalasi tegangan tinggi sehingga terjadi kecelakaan yang lebih fatal. Penyelidikan yang terperinci ditemukan oleh Dr. Hans Prinz dimana batasan-batasan tersusun menurut tabel 3 dibawah ini : Tabel 3. Batasan-batasan Arus dan Pengaruhnya Pada Manusia 4 Besar Arus (I) Pengaruh pada tubuh manusia 0-0,9 mA Belum dirasakan pengaruhnya, tidak menimbulkan reaksi apa-apa 0,9-1,2 mA Baru terasa adanya arus listrik, tetapi tidak menimbulkan akibat kejang, konstraksi atau kehilangan kontrol 1,2-1,6 mA Mulai terasa seakan-akan ada yang menyerap didalam tangan 1,6-6,0 mA Tangan sampai ke siku merasa kesemutan 6,0-8,0 mA Tangan mulai kaku rasa, kesemutan makin bertambah 13-15,0 mA Rasa sakit tidak tertahankan, penghantar masih dapat dilepaskan dengan gaya yang besar sekali 15,0-20,0 mA Otot tidak sanggup lagi melepaskan penghantar 20-50 mA Dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh 50-100 mA Batas arus dapat mengakibatkan kematian 2.6 Pengaruh Kelembaban

3 4

hlm. 135. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga & Pengetanahan Netral. T.S Hutauruk hlm. 136. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga & Pengetanahan Netral. T.S Hutauruk

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

14

Harga tahanan jenis tanah sangat dipengaruhi oleh konsentrasi air tanah. Pada kelembaban tanah yang rendah tahanan jenis tanah besar, sebaiknya semakin besar konsentrasi air didalam tanah maka harga tahanan jenis tanah akan semakin kecil. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut . Proses mengalirnya arus listrik kedalam tanah sebagian besar adalah karena proses elektrolisasi, maka dari konsentrasi air dalam tanah akan mempengaruhi konduktivitas atau daya hantar listrik ketanah tersebut. Dengan demikian tahanan jenis tanah akan dipengaruhi pula oleh besarnya konsentrasi air tanah. Semakin besar konsentrasi air dalam tanah maka konduktivitas tanah akan semakin besar, sehingga tahanan jenis tanah akan turun sesuai dengan hubungan dibawah ini : = 1 / T = ......... -cm Dimana : = Tahanan jenis tanah (ohm-cm) T = Konduktivitas tanah Tanah yang kering atau tanah dengan konsentrasi air dalam tanahnya rendah sekali (dibawah 10 %) mempunyai tahanan jenis yang sangat besar sekali atau dengan kata lain merupakan suatu isolator yang baik. Tetapi dengan kenaikkan konsentrasi air sampai 15 % tahanan jenis tanah akan menurun dengan cepat sekali. Gambar 1 menunjukkan pengaruh kelembaban tanah terhadap tahanan jenis tanah. Satu hal yang menarik dari gambar 1 adalah bahwa harga tahanan jenis tanah menunjukkan adanya kejenuhan untuk kelembaban diatas 15 % maka kenaikkan daripada kelembaban tidak banyak pengaruhnya terhadap tahanan jenis tanah. Harga tahanan jenis tanah biasanya dipakai adalah dibawah harga jenuh tersebut. 2.3)

Politeknik Undip Teknis. Politeknik Universitas Diponegoro

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

15

Gambar 1. Perubahan Tahanan Jenis Tanah Terhadap Kelembaban

5

Oleh karena itu, penting bagi kita untuk menambahkan elektroda pentanahan pada tempat yang berhubungan langsung dengan air tanah. Untuk melakukan hal ini elektroda-elektroda pentanahan ditanam ditempat-tempat yang cukup dalam dibawah permukaan lapisan air. Dengan jalan demikian pula, maka pengaruh perubahan musim terhadap tahanan jenis tanah atau terhadap tahanan pentanahan elektroda dapat diperkecil. Cara lain untuk memperkecil tahanan jenis tanah serta pengaruh daripada musim adalah dengan jalan memberikan semacam zat kimia elektroda secara periodik seperti gambar terlihat pada gambar 2. rock salt disekitar

Politeknik Undip Teknis. Politeknik Universitas Diponegoro

16POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

Gambar 2. Penggaraman Tanah (Soil Treatment)

6

Zat kimia tersebut akan memperkecil tahanan jenis tanah disekitar elektroda pentanahan, sehingga tahanan pentanahan serta perubahannya menjadi kecil. 2.7 Pengaruh Temperatur Temperatur disekitar elektroda pentanahan juga berpengaruh terhadap besarnya tahanan jenis tanah terutama bila temperaturnya dibawah titik beku pada gambar 3. terlihat pengaruh temperatur terhadap tahanan jenis tanah. Dibawah harga titik beku, perubahan temperatur yang sedikit saja akan menyebabkan harga tahanan jenis tanah tersebut dengan cepat mengalami kenaikkan. Pada temperatur titik beku, air dalam tanah akan membeku, molekul molekul air dalam tanah akan sulit bergerak sehingga daya hantar listrik (konduktivitas) tanah menjadi rendah sekali. Dengan demikian tahanan jenis tanah -

Politeknik Undip Teknis. Politeknik Universitas Diponegoro

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

17 akan menjadi besar sekali. Jadi jelas bahwa temperatur disekitar elektroda haruslah dibawah titik beku jika menghendaki tahanan jenis tanah yang rendah.

Gambar 3. Temperatur Terhadap Tahanan Jenis Tanah Elektroda Pentanahan

7

2.8

Dalam sistem pentanahan sangat diperlukan elektroda pentanahan, yang mana macam dan bentuk elektroda yang digunakan dipilih sedemikian rupa sehingga tahanan pentanahan yang dihasilkan lebih kecil daripada yang diperbolehkan / diizinkan.Untuk mendapatkan tahanan pentanahan yang serendah mungkin memiliki beberapa persyaratan elektroda yang harus dipatuhi adalah : 1. Tahanan elektroda pentanahan harus lebih kecil daripada harga yang direkomendasikan 2. Elektroda pentanahan harus mampu dialiri arus hubung singkat yang besar 3. Elektroda pentanahan harus mempunyai sifat kimia yang baik sehingga tidak mudah mengalami korosi

hlm 10 PT. Stanvac Indonesia

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

18

Bahan konduktor merupakan bahan yang digunakan sebagai elektroda pentanahan, berdasarkan ketentuan maka bahan tersebut adalah besi, aluminium, dan tembaga. Dari ketiga jenis bahan tersebut ditinjau dari sifat mekanis, elektris, dan kimiawi maka tembaga mempunyai keunggulan yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahan yang lain, namun ditinjau dari segi biaya tembaga lebih mahal, tetapi mengingat kesulitan yang timbul bila elektroda tersebut mengalami kerusakan baik karena pengaruh elektris, mekanis, dan kimiawi maka tembaga lebih unggul. Pada umumnya elektroda-elektroda pentanahan ditanam sejajar satu sama lainnya, dalam beberapa puluh sentimeter ke dalam tanah. Untuk memperkecil harga tahanan pentanahannya diperluas daerah pentanahan karena cara ini lebih mudah dibandingkan dengan cara memperdalam konduktor.Adapun macam macam bentuk dari elektroda yaitu : 1. Berbentuk Batang, yaitu elektroda bentuk batang yang terbuat dari pipa atau profil. Elektroda ini ditanam tegak lurus dalam tanah, elektroda batang yang digunakan memiliki bentuk L, U, dan T yang digalvanisasikan. Dibawah ini macam-macam bentuk elektroda batang. Seperti gambar 4 dibawah ini : -

Gambar 4. Elektroda Batang

8

hlm 10 PT. Stanvac Indonesia

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

19

2. Berbentuk Plat , yaitu elektroda tanah berbentuk plat yang terbuat dari sebuah plat yang di hipersink dengan permukaan 1 m2

dengan tebal 3 mm. Plat ini m dalam terpasang

ditanam tegak lurus dengan tanah. Sisi plat bagian atas paling sedikit harus 1 dibawah permukaan tanah. Semakin banyak jumlah plat yang diparalelkan arde tersebut, maka makin kecil tahanan arde itu, dan plat yang itu jaraknya satu sama lain paling sedikit 3 m. Seperti gambar 5 Gambar 5. Elektroda Bentuk Plat9

dibawah ini

3. Berbentuk Pita , yaitu elektroda bentuk pita yang dihipersink dengan penampang 100 mm2

dan tebal 3 mm, dibuat dengan tembaga

penampangnya 50 mm 2. Elektroda ditanam dalam tanah sedalam 0,5-1 m. elektroda bentuk band terdiri dari 3 macam Stharl, Cincin, dan Maschen.

hlm 10 PT. Stanvac Indonesia

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

20

Gambar 6. Elektroda Bentuk Pita 2.8.1 Sifat-Sifat dari Sebuah Sistem Elektroda Tanah

10

Sistem elektroda tanah mempunyai 3 (tiga) komponen yaitu : 1.Tahanan pasaknya sendiri dan sambungan-sabungannya 2.Tahanan kontak antara pasak dengan tanah sekitar 3.Tahanan tanah disekelilingnya. Pasak tanah, batang logam, struktur dan peralatan lain biasanya biasa digunakan untuk elektroda tanah. Elektroda-elektroda ini umumnya besar dan penampangnya sedemikian rupa, sehingga tahanannya dapat diabaikan terhadap tahanan keseluruhan sistem pentanahan. Tahanan antara elektroda dan tanah jauh lebih kecil dari biasa diduga, apabila elektroda bersih dari cat atau minyak, dan tanah dapat dipasak dengan kuat. Maka Biro Standarisasi Nasional Amerika Serikat menyatakan bahwa tahanan kontak dapat diabaikan.

hlm. 158 Sistem Distribusi Daya Listrik As Pabla & Ir. Abdul Hadi

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

21 Pasak dengan tahanan seragam yang ditanam ke tanah menghantarkan arus ke semua jurusan. Ketika suatu elektroda atau pasak yang ditanam di tanah yang terdiri atas lapisan-lapisan tanah dengan ketebalan yang sama, lapisan tanah terdekat dengan elektroda atau pasak dengan sendirinya memiliki permukaan paling sempit sehingga memberikan tahanan terbesar. Lapisan berikutnya, karena lebih luas memberikan tahanan yang lebih kecil dan seterusnya, sehingga pada suatu jarak sekeliling elektroda atau pasak jarak ini disebut daerah tahanan efektif yang sangat tergantung pada kedalaman elektroda atau pasak. Dari ke 3 (tiga) macam komponen tahanan tanah merupakan besaran yang paling kritis dan paling sulit dihitung ataupun diatasi.

Gambar 7. Komponen-Komponen Tahanan Elektroda.

11

Faktorfaktor yang menentukan Tahanan Pentanahan Tahanan pentanahan elektroda tergantung dari beberapa faktor yaitu : 1.Panjang elektroda itu sendiri dan penghantar yang menghubungkannya. 2.Tahanan kontak antara elektroda dengan tanah. 3.Tahanan dari jenis tanah sekeliling elektroda. 2.8.2 Menghitung Tahanan Pentanahan

hlm. 158 Sistem Distribusi Daya Listrik As Pabla & Ir. Abdul Hadi

R=

2 ?L

?

(1n 4 L - 1) a12

Dimana,

=

2.4)

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

22

Persamaan-persamaan untuk tahanan tanah dari berbagai sistem elektroda cukup rumit, dan dalam beberapa hal dapat dinyatakan dengan pendekatan pendekatan. Semua pernyataan dalam persamaan-persamaan itu diperoleh dari hubungan R = L / A dan didasarkan pada asumsi bahwa tahanan tanah seragam pada seluruh volume tahan, kendati hal ini tidak mungkin atau sangat jarang ada. Rumus yang biasa digunakan untuk elektroda atau pasak tunggal dikembangkan oleh Proff. H.B Dwight dari Institut Teknologi Massachusetts yaitu : -

L a R

= Tahanan rata-rata tanah (ohm-cm) = Panjang elektroda atau pasak tanah (cm) = Jari-jari penampang elektroda atau pasak (cm) = Tahanan elektroda atau pasak ke tanah (ohm)

2.8.3 Pengaruh Ukuran Elektroda atau Pasak Terhadap Tahanan Apabila elektroda atau pasak ditanam lebih dalam ke tanah, maka tahanan akan berkurang. Secara umum dapat dikatakan dua kali lipat lebih dalam tahanan berkurang 40 % namun dengan bertambahnya diameter elektroda atau pasak secara material tidak akan mengurangi tahanan. Dua kali lipat diameter misalnya, hanya mengurangi besarnya tahanan kurang dari 10 %. 2.8.4 Pengaruh Tahanan Tanah Terhadap Tahanan Elektroda Tahanan elektroda pentahanan ke tanah tidak tidak hanya tergantung pada kedalaman dan luas permukaan elektroda, tetapi juga pada tahanan tanah. Tahanan tanah merupakan faktor kunci yang menentukan tahanan elektroda dan

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

23

pada kedalaman berapa elektroda atau pasak harus ditanam agar diperoleh tahanan yang rendah. Tahanan tanah sangat bervariasi di berbagai tempat, dan berubah tahanannya menurut iklim. Tahanan tanah ini ditentukan oleh kandungan elektrolit didalamnya, kandungan air, mineral-mineral, dan garam-garam. Tanah yang kering mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi tanah yang basa dapat juga mempunyai tahanan yang tinggi apabila tidak mengandung garam-garam yang dapat larut. Karena tahanan tanah berkaitan langsung dengan air dan suhu, maka dapat saja diasumsikan bahwa tahanan pentanahan suatu sistem akan berubah sesuai perubahan iklim setiap tahunnya. Variasi-variasi tersebut dapat dilihat karena kandungan air dan suhu lebih stabil pada kedalaman yang lebih besar, maka agar dapat bekerja efektif sepanjang waktu, sistem pentanahan dapat dikonstruksikan dengan elektroda atau pasak tanah yang ditancapkan cukup dalam dibawah permukaan tanah. Hasil terbaik akan diperoleh apabila kedalaman elektroda atau pasak mencapai tingkat kandungan air yang tetap. 2.8.5 Ukuran-ukuran Penghantar Tanah Penghantar-penghantar dan elektroda-elektroda baja digunakan unuk saluran distribusi dan pentanahan substation. Luas minimum penghantar yang diperlukan dapat dicari dari rumus berikut : Luas dalam mm 2 = 12,15 x 1 0 3 It untuk sambungan-sambungan yang dilas = 15,7 x 10 -3 It untuk sambungan-sambungan dengan sekrup Dimana : I T = Arus gangguan (Ampere) = Lamanya terjadi gangguan, biasanya diambil dari 5 Dalam memilih penghantar, selain stabilitas termal sesuai dengan penggunaan rumus diatas, kekuatan terhadap gerak mekanis dan terhadap korosi pemilihan penghantar dapat dipertimbangkan. Terhadap gerak mekanis ukuran minimum penghantar baja plat strip tidak boleh kurang dari 10 x 6 mm2

dan untuk

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

24 hal

ketahanan terhadap korosi pemilihan penghantar dapat mempertimbangkan hal berikut : 1. 2. Untuk tanah yang bersifat korosif sangat lambat, dengan tahanan diatas 100 ohmm, tidak ada batas perkenan korosi ( corrosion allowance )

Untuk tanah yang bersifat korosif lambat, dengan tahanan 25-100 ohmm, batas perkenan korosi adalah 15 % dengan pemilihan penghantar sudah mempertimbangkan faktor stabilitas termal.

3.

Untuk tanah yang bersifat korosif cepat, dengan tahanan kurang dari 25 ohm-m, batas perkenan korosi adalah 30 % dengan pemilihan penghantar sudah mempertimbangkan faktor stabilitas termal Dibandingkan dengan sambungan sekrup pada sambungan las dapat

timbul sedikit korosi pada sambungan oleh bahan las atau teknik pengelasannya sendiri. Hindarkan cara las titik dan gunakan las kontinyu. Penghantar dapat dipilih dari ukuran-ukuran standar seperti 10 x 6 mm2

, 20

x 6 mm 2, 30 x 6 mm 2, 40 x 5 mm 2, 50 x 6 mm 2, 60 x 6 mm 2, 50 x 8 mm 2, 65 x 8 mm 2. 2.8.6 Perencanaan Elektroda-Elektroda Pentanahan Di tempat-tempat dengan tahanan tinggi dimana tahanan pentanahan yang diperoleh dengan susunan atau konstruksi melampaui harga batas yang ditentukan maka digunakan elektroda jamak. Dalam hal ini digunakan 2 elektroda, hubungan antar elektroda dibuat dengan plat strip MS dengan ukuran yang sama dengan penghantar pentanahan, dan jarak antara elektroda tidak boleh kurang dari 2 kali panjang elektroda. Apabila masih diperlukan elektroda ketiga maka elektroda ketiga harus ditempatkan sedemikian rupa sehingga tiga buah elektroda membentuk segitiga sama sisi, dengan panjang sisinya tidak boleh kurang dari 2 kali panjang elektroda. Untuk praktisnya, tahanan dari dua atau tiga elektroda atau pasak dapat dihitung paralel dan tahanan total menjadi setengah atau sepertiga dari tahanan tanah dengan menggunakan elektroda tunggal. Kadang-kadang jarak

hlm. 163 Sistem Distribusi Daya Listrik As Pabla & Ir. Abdul Hadi

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

25

antar elektroda tidak dapat dibuat besar, untuk itu ada rumus empiris penentuan tahanan total dari berbagai macam susunan paralel, seperti dibawah ini : 1. Dua elektroda dipasang paralel Tahanan 2 Pasak paralel Tahanan pasak tunggal Dimana, X=( L 1n 48 L / a-I )/d =1+x 2 = .....................

2.5)

d = Jarak antara 2 pasak paralel (meter) L = Panjang elektroda (meter)a = Diameter elektroda (meter)

(a) Gambar 8. Elektroda Tanah13

(b)

a).Dalam susunan Segi-empat kosong. b).Dalam susunan Segi-empat terisi. 2.Tiga pasak paralel berbentuk segitiga sama sisi = Tahanan 3 pasak paralel Tahanan pasak tunggald

=

1 + 2x 3

= . ................. 2.6) 0.Pasak jamak tersusun dalam segi-empat kosong atau segi-empat terisi seperti seperti gambar diatas. Apabila jumlah pasak adalah Tahanan N pasak paralel Tahanan pasak tunggalN, maka :

=

1 + kx N 2.6)

= ............

hlm. 163 Sistem Distribusi Daya Listrik As Pabla & Ir. Abdul Hadi

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

26

Dimana, K = konstanta yang tergantung jumlah pasak = Jumlah Pasak Dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 4. Harga Konstanta Pada Jumlah Pasak Jumlah pasak Jumlah pasak Sepanjang sisi segi-empat seluruhnya Segi-empat terisi 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Segi-empat kosong 3 4 5 6 7 8 9 10 4 8 12 16 20 24 28 2 6 9 16 25 36 49 64 81 10014

N

Harga k

2.7071 4.2583 5.3939 6.0072 6.4633 6.8363 7.1479 7.4195 7.6551 5.8917 8.5545 11.4371 14.0650 16.8933 19.5003 22.3069 24.9587

2.8.7 Nomogram Pentanahan Untuk membantu dalam menentukan kira-kira kedalaman yang diperlukan untuk memperoleh tahanan yang diinginkan, dapat digunakan nomogram pentanahan seperti gambar dibawah ini.

27POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

Gambar 9. Nomogram Pentanahan

15

163 Sistem Distribusi Daya Listrik As Pabla & Jr. Abdul Hadi 2.9 Tahanan Pentahanan 45. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga & Pengetanahan Netral. T.S Hutauruk

Besar tahanan dari berbagai elektroda tanah telah diturunkan oleh H.B. Dwight, dan hasil-hasilnya diberikan tabel 5. Tabel 5. Rumus-Rumus Pendekatan Untuk Menghitung Tahanan Pentanahan 16

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

28

Tabel 5. Lanjutan

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

29

Tabel 5. Lanjutan

2.10 Penghantar Tanah Fungsi penghantar untuk menyalurkan energi dari satu titik ke titik yang lain. Penghantar yang digunakan dalam kelistrikan adalah berisolasi dapat berupa kawat berisolasi atau kabel. Ada juga penghantar tanpa isolasi atau BC. Bahan BC (Bare Conductor ), penghantar berlubang ( Hollow Conductor ), ACSR ( Almunium Conductor Steel Reinforced ), dan ACAR ( Almunium Conductor Alloy Reinforced ) bahan penghantar yang kebanyakan digunakan adalah aluminium dan tembaga. Dalam hal ini bahan penghantar yang digunakan untuk pentanahan sering mengunakan penghantar dari bahan tembaga atau BC. Berikut perbandingan beberapa sifat antara aluminium dan tembaga dapat dilihat dari tabel yang ada dibawah ini :

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

30

Tabel 6. Perbandingan Antara Aluminium dan Tembaga 17 Sifat Aluminium Tembaga Massa Jenis Kekuatan Tarik Daya Tahan Jenis Daya Hantar Jenis 2,7 g / cm 3 20-30 kg / cm 2 0,0 175 -m / mm 2 57 mm 2 / -m 8,96 g / cm 3 40 kg /cm 2 0,029 -m / mm 2 35 mm 2 / -m

2.11 Pengukuran Tahanan Jenis Tanah Pengukuran tahanan jenis tanah biasanya dilakukan dengan 2 (dua) metode, yaitu sebagai berikut : 1.Metode empat elektroda ( four electrode method ) atau 2.Metode tiga titik ( three point method ) Pengukuran tahanan jenis tanah dengan metoda empat elektroda menggunakan empat buah elektroda, sebuah batere, sebuah amperemeter, dan sebuah voltmeter yang sensitif, sebagaimana terlihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 10. Pengukuran Tahanan Jenis Tanah 18 Metode Empat Elektroda ( Four Electrode Method ) Bila arus I masuk ke tanah melalui salah satu elektroda dan kembali ke elektroda yang lain yang cukup jauh sehingga pengaruh diameter dapat diabaikan. Arus yang masuk ke tanah mengalir secara radial dari elektroda, misalkan arah

= 2it

p a

.2.12)

17 18

hlm. 67 Bahan-bahan Listrik Untuk Politeknik. Drs. Muhaimin hlm. 142. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga & Pengetanahan Netral. T.S Hutauruk

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

31

arus dalam tanah dari elektroda 1 ke elektroda 2 berbentuk permukaan bola dengan jari-jari r, luas penampang tersebut adalah 2 pada jarak r adalah J = I/2it r2. it

r2, dapat rapat arus radial

Bila p adalah tahanan jenis tanah, maka kuat medan tanah pada arah radial dengan jarak r adalah E( r) = J Jadi, E( r) = I p 2 it r22.7)

potensial pada jarak r dari elektroda adalah integral dari gaya listrik dari jarak r ke titik tak terhingga : V = E( r) dr =Ip 2 it r2

= .............. V

....2.8)

perbandingan antara tegangan dan arus atau tahanan menjadi : R dari gambar 10. terlihat r jadi, V3 =Ip ( 1 1 ) 2 it a 2a

=

p 2 it r2

= ........... .

2.9)

13

= r 34 = r 24 = a

2.10)

dan V4 =I (11) 2 it 2a ap

2.11)

Beda tegangan antara titik 3 dan 4 adalah : V4 = I p(11-1+1 ) 2 it a 2a 2a a

= 2it

p a

.2.12)

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

32 dan, R34 Jadi : p = 2 a R34 =............... 2.14) -m 19 = V34 = I 2a 2.13)

Bila a dalam meter dan R dalam ohm maka tahanan jenis dalam ohm-meter. Dengan alat ukur yang dibuat khusus untuk ini yang terdiri dari generator yang diputar dengan tangan dan ohm meter dapat dibaca langsung tahanan antara elektroda arus dan elektroda tegangan. Metode tiga titik ( three point method ) dimaksudkan untuk mengukur tahanan pengetanahan. Misalkan tiga buah batang elektroda dimana batang 1 yang tahanannya hendak diukur dan batang-batang 2 dan 3 sebagai batang pengetanahan pembantu yang juga belum diketahui tahanannya. Lihat gambar dibawah ini : Gambar 11. Pengukuran Tahanan Jenis Tanah Metode Tiga Titik ( Three Point Method )20 Bila tahanan diantara tiap-tiap batang pengetanahan diukur dengan arus konstan, tiap pengukuran dapat ditulis sebagai berikut :

19 20

hlm. 143. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga & Pengetanahan Netral. T.S Hutauruk hlm. 144. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga & Pengetanahan Netral. T.S Hutauruk

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

33 .2.15)

R1-2 =

V 1-2 = R 11 + R 22 R 12 I V1-3 I

............................................................................

R1-3 =

= R 11 + R 33 R 13 ............................................................................

.2.16)

R2-3 =

V 2-3 = R 22 + R 33 R 23 I

...............................................................................

.2.17)

V 1-2 + V 1-3 V 2-3 = 2 R 11 2 R 12 2 Tetapi, V 1-3 = V 1-2 + V 2-3 = ........... V Jadi, R = V 1 -2 = R 11 - R 12 R 13 + R 2 3 = ............... Akhirnya : ............................................... .2.21) R11 = R + R1 2 + R 13 - R 23 = 2.12 Hukum Ohm

R13

+ 2 R 23 .......................... .2.18)

2.19)

.2.20)

21

Tegangan volt ialah tegangan yang dapat mengalirkan arus ampere melalui tahanan ohm. Hasil penyelidikan George Simon Ohm bahwa jika tegangan dinaikkan 2 kali tahanan tetap, maka kuat arusnya juga akan naik 2 kali. Sedangkan arus dalam rangkaian berubah sebanding lurus dengan tegangan yang dipakai.21

hlm. 145. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga & Pengetanahan Netral. T.S Hutauruk

22

Hlm. 8 Dasar-dasar Listrik. F. Suryatmo

.2.24) .2.22)

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

.2.23)

34

Jika tegangannya tetap tetapi tahanannya diperbesar 2 kali maka arus yang mengalir akan menjadi setengah dan jika tahanannya diperkecil menjadi setengahnya, maka arusnya naik menjadi 2 kali. Arus dalam rangkaian akan naik apabila tahanannya turun, dan arus turun jika tahanannya naik. Untuk tegangan dc yaitu : V = I.R = ...... .V I = V R22

= ............ .A R = V I = ............ ..

Dimana : V = I R = =

Tegangan listrik dalam satuan (V) Kuat arus dalam satuan (A) Tahanan listrik dalam satuan ( )