SISTIM PENTANAHAN / GROUNDING SYSTEM
Dirangkum dan disunting ulang dari artikel tulisan OM Harno, YB1HN
Sistem pentanahan (grounding system) adalah sebuah rangkaian/jaringan yang terdiri dari kutub pentanahan (elektroda), hantaran penghubung (konduktor) sampai terminal pentanahan, yang berfungsi untuk menyalurkan arus lebih ke bumi, agar perangkat (elektronika maupun listrik) dapat bekerja sesuai dengan ketentuan teknis yang semestinya serta terhindar dari sambaran petir atau tegangan asing lainnya.
Istilah:
• Kutub Pentanahan adalah komponen logam sebagai penghantar listrik yang bersentuhan dengan atau ditanam di dalam tanah untuk mempercepat penyerapan muatan listrik akibat petir atau tegangan lebih ke tanah. Bentuknya bermacam-macam tergantung pada keperluannya, yang akan diuraikan pada paragraph-paragrap di bawah.
• Hantaran Penghubung adalah logam penghubung antara kutub pentanahan dengan terminal, biasanya berupa kawat tembaga pilin/BC draad dengan diameter minimal 16 mm.
• Terminal Pentanahan adalah terminal atau titik di mana perangkat dihubungkan; biasanya berupa lempeng tembaga ukuran 15 (p) x 3 (l) x 1 (t) cm.
• Tahanan kutub pentanahan atau Tahanan Pentanahan adalah seluruh tahanan listrik yang dimiliki sistem pentanahan. Idealnya tahanan pentanahan adalah 0 (nol), namun karena mencapainya sulit, maka sebagai referensi, operator telekomunikasi menetapkan tahanan pentanahan untuk perangkat telekom maksimum sebesar 3 (tiga) Ohm, sedangkan untuk gedung maksimum 5 (lima) Ohm.
• Tahanan Jenis Tanah adalah tahanan listrik dari tahanan tanah yang berbentuk kubus dengan volume 1 meter kubik, yang dinyatakan dalam Ohm-meter kubik.
Untuk mendapatkan Tahanan Pentanahan yang kecil diperlukan upaya yang serius, yaitu dimulai dengan mengetahui Tahanan Jenis Tanah dan kemudian membuat bentuk Kutub Pentanahan yang sesuai.
MENGUKUR TAHANAN JENIS TANAH
Salah satu cara mengukur Tahanan Jenis Tanah (Rho) adalah dengan metoda Wenner
Peralatan yang dibutuhkan:
• 4 batang kutub tanah pertolongan (batang besi)
• 1 buah Ampere meter
• 1 buah Voltmeter
• sumber daya AC.
Cara penyambungan:
4 batang besi (sebut saja sebagai batang C1, P1, P2 dan C2) ditancapkan ketanah dalam satu baris dengan jarak masing-masing a meter.
Antara P1 dan P2 dipasang Volt meter, antara C1 dan C2 disambungkan dengan Ampere meter dan sumber daya AC 110/220 VAC.
Cara pengukuran:
Sambungkan sumber daya, ukur berapa Ampere arus yang mengalir antara C1 dan C2, misalnya I
Ampere. Ukur berapa beda potensial antara P1 dan P2, misalnya V Volt. Masukkan besaran yang didapat pada rumus:
Rho = 2π x a x R
dimana π = 3,17, a = jarak antara batang besi dan R = V/I.
Besaran Rho yang didapat dari perhitungan dengan rumus di atas adalah nilai Tahanan Jenis Tanah yang terukur pada kedalaman 3/4 x a (meter)
Perlu diperhatikan Tahanan Jenis Tanah atau Rho tergantung pada struktur tanah, komposisi zat kimia dalam tanah tanah, kandungan air tanah dan temperatur tanah.
Struktur tanah, tentunya bisa dimaklumi kalau struktur tanah liat, misalnya -- akan berbeda nilai tahanan jenis tanahnya dengan struktur bebatuan.
Komposisi zat kimia dalam tanah, terutama zat organik maupun anorganik yang dapat larut di dalam tanah.
Daerah yang mempunyai curah hujan tinggi (seperti di Bogor) biasanya mempunyai Rho yang tinggi di permukaan, karena garam yang terkandung pada lapisan tanah bagian atas larut kebawah. Pada daerah yang demikian, besaran Tahanan Pentanahan yang baik akan didapatkan dengan menanam Kutub Pentanahan yang lebih dalam.
Kandungan air tanah minimal 20%, kurang dari 20% akan menaikkan Rho secara signifikan.
Temperatur tanah minimal 30 derajat Fahrenheit (+/- -1,10 Celcius). Pada kedalaman 2 meter biasanya temperatur cukup stabil, lagi pula di Indonesia tidak terlalu berpengaruh karena temperatur sepanjang tahun
relatif sama.
Sebagai rujukan silah lihat tabel berikut:
Jenis tanah Rho (ohm)
Tanah yang mengandung garam 5-6
Rawa 30
Tanah liat 100
Pasir basah 200
Batuan kerikil basah 500
Pasir dan batu kerikil kering 1000
Batu 3000
Lantas bagaimana cara menghitung Tahanan Pentanahan? Hal ini akan saling tergantung pada Rho, struktur tanah, keadaan lingkungan serta ukuran dan bentuk kutub tanah yang dipasang.
Berjenis Kutub Pentanahan:
Yang sering digunakan adalah kutub pentanahan batang/rod, plaat/plate/sheet dan mendatar.
• Kutub pentanahan batang (= ground rod) terbuat dari batang tembaga murni pejal atau batang besi baja yang dilapis tembaga dengan ketebalan cukup, yang mampu menyalurkan arus petir atau arus liar lainnya (spike) dengan baik. Dapat dibeli di toko alat listrik, biasanya dengan ukuran panjang 1,75 meter. Nilai tahanan kutub pentanahan batang satu kutub adalah:
R = 0,75 x Rho/L (jika L/d < 100 dan > 25)
R = Rho/L (jika L/d < 600 dan >100)
R = 120 x Rho/L (jika L/d < 3000 dan > 600)
dimana R = Tahanan Kutub Pentanahan, Rho = Tahanan jenis tanah,
L = panjang batang kutub dan
d = diameter batang kutub
Kutub Pentanahan batang ini sangat cocok pada struktur tanah yang mempunyai Rho kecil.
Bila tahanan pentanahan yang dikehendaki tidak dapat tercapai dengan satu batang kutub pentanahan, maka dapat digunakan lebih dari satu batang yang jika diintegrasikan akan memiliki tahanan pentanahan gabungan, yang cenderung mengikuti perhitungan tahanan paralel dengan sedikit koreksi kenaikan, tergantung pada jumlah dan jarak antar batang.
Betapun panjang kutub pentanahan batang harus disesuaikan dengan kebutuhan setelah mengetahui
tahanan jenis tanah, dan tentunya juga harus mempertimbangan segi atau aspek ekonomisnya.
• Kutub pentanahan plaat (ground plate/sheet), berupa plaat tembaga tebal 2 mm (cukup ideal) berbentuk bujur sangkar dengan panjang/lebar sisi disesuaikan dengan kebutuhan (sangat ideal bila panjang sisinya bisa 1 meter).
Cara menanamnya bisa mendatar maupun tegak lurus, disesuaikan dengan lahan.
Kedalaman penanaman disesuaikan dengan hasil pengukuran tahanan jenis tanah dilokasi. Perhitungan tahanan kutub pentanahan berbentuk plaat adalah :
R = 0,25 x Rho/(1,13 x D)
dimana
R = tahanan kutub pentanahan
Rho = tahanan jenis tanah
D = panjang sisi plaat
Untuk memperoleh Tahanan Pentanahan yang lebih baik, bisa digunakan 2 atau lebih Kutub Penta-nahan plaat.
• Kutub pentanahan mendatar, terbuat dari bahan penghantar arus tembaga pejal (rod) atau berupa kawat tembaga pilin telanjang (stranded BC = bare copper wire) dengan diameter disesuaikan (minimal
16 mm), ditanam pada kedalaman 60 cm dengan panjang yang disesuaikan -- semakin panjang semakin baik.
Bentuk ini biasanya dipasang pada struktur tanah yang mempunyai nilai Rho yang rendah di permukaan, serta daerah yang tidak pernah mengalami kekeringan air.
Perhitungan tahanan kutub pentanahan mendatar :
R = C x (2 x Rho)/ L
dimana
R = tahanan kutub pentanahan
C = faktor pengali yang besarnya antara 0,5 sampai 1,4, tergantung pada kedalaman dan panjang Kutub Pentanahan
Rho = tahanan jenis tanah
L = panjang kutub pentanahan mendatar.
Biasanya model ini memerlukan ukuran kutub yang panjang. Bila lahan terbatas bisa diatasi dengan membuatnya dalam bentuk kawat silang (bentuk star atau radial) dengan total panjang yang cukup.
Dengan pengetahuan tentang cara-cara membuat sistim pentanahan, mengukur tahanan jenis tanah dan menghitung tahanan kutub pentanahan yang diulas di depan, perencanaan pembuatan sistem pentanahan yang paling sesuai dengan sikon setempat bisa dilakukan. Berturut-turut bisa diawali dengan survey untuk menetukan lokasi sedekat mungkin dengan perangkat yang hendak diamankan, mengukur tahanan jenis tanah, dan memilih jenis kutub pentanahan yang paling cocok di lokasi tersebut dengan semaksimal mungkin mengacu pada ratio terbaik antara kinerja, pertimbangan teknis serta biaya.
PENGUKURAN TAHANAN KUTUB PENTANAHAN
dapat dilakukan dengan berbagai cara, a.l.:
• Menggunakan alat ukur khusus pentanahan yang disebut direct reading earth/grounding tester, yang sayangnya agak susah terjangkau/terbeli oleh kebanyakan rekans amatir, atau walaupun terbeli penggunaannya akan sangat jarang sehingga kurang menarik untuk dimiliki untuk pemakaian pribadi/perorangan.
• Menggunakan metoda triangulasi, namun metoda ini punya keterbatasan, yaitu hanya dapat mengukur instalasi sistim pentanahan ukuran kecil, disamping dibutuhkan alat2 yang lebih banyak.
• Menggunakan metoda Fall of potential
Metoda ini lebih mudah dan banyak digunakan, dengan menggunakan peralatan yang kurang lebih sama dengan peralatan untuk mengukur Rho yang disebutkan di depan, yang terdiri dari:
▪ 2 (dua) buah kutub batang pertolongan (sebut saja batang P dan D),
▪ 1 buah Ampere meter,
▪ 1 buah Volt meter,
▪ 1 buah resistor 100 Ohm,
▪ sumber daya AC
Cara penyambungan:
Tancapkan batang P sejauh 20 meter atau lebih dari kutub pentanahan yang akan diukur, kemudian tancapkan batang D sejauh 20 meter atau lebih dari batang P. Kutub Pentanahan, batang P dan batang D harus terletak dalam satu garis lurus.
Pasang Volt meter antara kutub pentanahan dengan batang P. Sambungkan Ampere meter yang diseri dengan resistor 100 Ohm menuju sumber daya AC kemudian ke batang D.
Cara pengukuran:
Baca masing-masing nilai pada Volt meter (misal V volt) dan Ampere meter (misal I ampere), maka besarnya tahanan kutub pentanahan adalah:
V R = I
BEBERAPA SARAN TERKAIT PERENCANAAN SISTEM PENTANAHAN
• Waktu pembuatan Sistem Pentanahan perlu mendapatkan perhatian, apakah dimusim kering atau dimusim hujan. Sebaiknya pengukuran dilakukan pada musim kering, dimana kondisi tanah adalah yang paling buruk, sehingga bisa diketahui jenis maupun dImensi Kutub Pentanahan yang paling cocok dengan kondisi tanah setempat.
• Bila sistem pentanahan terpaksa dibuat dimusim hujan, maka pada hasil pengukuran Rho harus ditambahkan faktor koreksi sepantasnya.
Di lokasi atau daerah dengan Rho yang tinggi, maka solusinya adalah dengan melakukan pengkondisian tanah sehingga bisa didapatkan kondisi yang paling mendekati kondisi ideal. Lagi-lagi dituntut kejelian dalam melakukan pemilihan cara terbaik dan termurah untuk mendapatkan hasil optimal.
Teknik pengkondisian tanah dimaksudkan untuk memperoleh nilai Rho yang lebih rendah dari semula, sehingga akan menurunkan nilai R (Tahanan Kutub Pentanahan)
Dalam memilih teknik/cara pengkondisian tanah, ada beberapa hal yang harus dipertimbangkan agar tidak menjadikan hambatan pada saat pembangunan maupun pemeliharaannya, diantaranya kemudahan mendapatkan bahan, kemudahan pemasangan, kemudahan pemeliharaan, nilai tahanan efektif yang bisa didapatkan dan kemungkinan bahaya karat terhadap bahan kutub pentanahan itu sendiri.
Beberapa teknik/cara pengkondisian tanah adalah dengan menggunakan bentonite, arang kayu, tepung logam, garam, semen konduktif
• Menggunakan bentonite
Bahan: bentonite jenis bleaching earth, air dan garam CaCL2.
Adonan: setiap 1 kg bentonite dicampur dengan 111 gram garam CaCL2 dan air sebanyak 2 liter.
Banyaknya adonan sesuai dengan lubang yang dibuat, asal sesuai dengan perbandingan tersebut diatas.
Pemasangan: buat lubang sesuai dengan ukuran yang diperlukan, tanam/masukkan kutub pentanahan apapun bentuknya, tuangkan adonan bentonite sampai menutup seluruh kutub pentanahan, urug kembali dengan tanah urug.
• Menggunakan arang kayu
Bahan: arang kayu, garam dapur dan air
Adonan: tidak kritis, semuanya secukupnya
Pemasangan: buat lubang sesuai dengan ukuran yang diperlukan, tanam/masukkan kutub pentanahan apapun bentuknya, tuangkan adonan arang kayu sampai menutup seluruh kutub pentanahan, urug kembali dengan tanah urug.
• Menggunakan tepung logam
Bahan: Tepung logam
Pemasangan: buat lubang sesuai dengan ukuran yang diperlukan, tanam/masukkan kutub pentanahan apapun bentuknya, tuangkan adonan tepung logam sampai menutup seluruh kutub pentanahan, urug kembali dengan tanah urug.
• Menggunakan garam
Bahan: garam NaCL atau CaCL2 atau CuSO4
Adonan: campur sejumlah garam dengan air
Pemasangan: Buat parit disekeliling kutub pentanahan, tuangkan cairan air garam dan tutup kembali.
• Menggunakan semen konduktif (biasanya digunakan dengan kutub mendatar) : Bahan: semen konduktif, bikin adukan secukupnya
Pemasangan: Gali parit dengan kedalaman sesuai kebutuhan, tanam kutub tanah mendatar dalam
adukan semen konduktif, tutup kembali dengan tanah urug
TIP UNTUK MELAKUKAN PEMELIHARAN.
Untuk mendapatkan daya dan hasil guna maksimal dari sebuah Sistim Pentanahan, seiring dengan perjalaan waktu diperlukan upaya pemeliharaan yang baik, yang a.l. dapat dilakukan dengan:
• Melakukan pengukuran tahanan kutub pentanahan secara berkala. Disarankan setahun dua kali pada saat musim berbeda, atau setidaknya lakukan satu kali setahun di musim kemarau/kering.
• Melakukan pengechekan seluruh sambungan metal (titik terminasi) yang ada, mulai dari antara Kutub Pentanahan dengan metal penghubung (konduktor), konduktor dengan terminal serta terminal dengan kabel ke perangkat. Meskipun tahanan kutub tanah bagus, namun bila kabel penghubung dan koneksinya jelek akan menghasilkan nilai pentanahan yang jelek di perangkat.
• Melakukan pengkondisian ulang/tambahan bila diperlukan.
Semoga rekans bisa mengambil manfaat dari tulisan ini, sebagai rujukan dalam merencanakan, membuat dan memelihara Sistim Pentanahan dalam upaya meningkatkan keamanan (safety) di QTH -- khususnya di hamshack masing-masing [73, de Harno, YB1HN]
No comments:
Post a Comment