Pengertian Tahanan Pentanahan

PENGERTIAN TAHANAN PENTANAHAN (EARTH GROUND RESISTANCE)

          Tahanan pentanahan merupakan hal yang tidak boleh diabaikan dalam pemasangan jaringan instalasi listrik . Pentanahan yang kurang baik tidak hanya membuang-buang waktu saja, tetapi pentanahan yang kurang baik juga berbahaya dan meningkatkan resiko kerusakan peralatan. Tanpa sistem pentanahan yang effektif, maka akan dihadapkan pada resiko sengatan listrik, disamping itu juga mengakibatkan kesalahan instrumen, distorsi harmonik, masalah faktor daya dan delima kemungkinan adanya intermitten. Jika arus gangguan tidak mempunyai jalur ke tanah melalui sistem pentanahan yang di desain dan dipelihara dengan baik, arus gangguan akan mencari jalur yang tidak diinginkan termasuk manusia.

          Sebaliknya, pentanahan yang baik tidak hanya sekedar untuk keselamatan; tetapi juga digunakan untuk mencegah kerusakan peralatan industri. Sistem pentanahan yang baik akan meningkatkan reliabilitas peralatan dan mengurangi kemungkinan kerusakan akibat petir dan arus gangguan. Miliyaran uang telah hilang tiap tahunnya di tempat kerja karena kebakaran akibat listrik. Kerugian-kerugian di atas tidak termasuk biaya pengadilan dan hilangnya produktivitas individu dan perusahaan.

          Organisasi pemberi rekomendasi standar untuk kemananan pentanahan antara lain adalah :

1. OSHA (Occupational Safety Health Administration)

2. NFPA (National Fire Protection Association)

3. ANSI/ISA (American National Standards Institute and Instrument Society of America)

4. TIA (Telecommunications I ndustry Association)

5. IEC (International Electrotechnical Commission)

6. CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization)

7. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

A. Cara Menguji Sistem Pentanahan

          Dalam waktu yang lama, tanah yang korosif dengan kelembaban tinggi, mengandung garam, dan suhu tinggi akan menurunkan kwalitas batang pentanahan dan sambungan-sambungannya. Walaupun sistem pentanahan saat awalnya dipasang mempunyai nilai tahanan pentanahan ke tanah rendah, tahanan sistem pentanahan akan meningkat jika batang pentanahan rapuh. Alat ukur pentanahan (earth tester) baik yang analog maupun digital, adalah alat pencari kesalahan yang tidak diragukan guna membantu pemeliharaan.

          Masalah-masalah listrik yang sering mati berkaitan dengan pentanahan yang kurang baik atau kualitas daya yang rendah. Itulah sebabnya sangat dianjurkan semua pentanahan dan sambungan pentanahan harus diperiksa minimal satu tahun sekali sebagai bagian dari program pemeliharaan. Selama periode pemeriksaan, jika terjadi peningkatan nilai tahanan pentanahan lebih dari 20 %, harus dilakukan pencarian sumber permasalahan dan dilakukan koreksi agar nilai tahanannya lebih rendah, dengan mengganti atau menambah batang pentanahan ke dalam sistem pentanahan.

B. Pentanahan dan Fungsinya

        NEC, National Electrical Code (Kitab Undang-undang Kelistrikan Nasional), Pasal 100 mendefinisikan bahwa pentanahan sebagai: “pembuat hubungan, baik sengaja ataupun tidak sengaja antara rangkaian listrik dan tanah, atau menghubungkan dengan benda konduksi yang berada di tanah.” Ketika berbicara tentang pentanahan, sebenarnya ada dua subjek yang berbeda yaitu pentanahan bumi dan pentanahan alat.

          Pentanahan bumi adalah hubungan sengaja dari rangkaian konduktor, biasanya netral, ke elektroda tanah yang ditempatkan di bumi. Sedangkan peralatan pentanahan menjamin kerja peralatan dalam struktur bangunan ditanahkan dengan baik. Kedua subjek pentanahan perlu dijaga terpisah kecuali untuk sambungan antara kedua subjek .Hal ini untuk mencegah perbedaan tegangan potensial dari kemungkinan terjadinya loncatan api ketika terjadi sambaran petir. Perlunya pentanahan disamping melindungi manusia, tanaman, dan peralatan juga untuk memperoleh jalur yang aman untuk penghamburan arus liar, sambaran petir, listrik statis, interferensi elektromagnetik (EMI) dan sinyal gangguan frekuensi radio (RFI).

Gambar 1 Sambaran petir

C. Nilai Tahanan Yang Baik

          Ada kerancuan antara pentanahan yang baik dan nilai tahanan yang seharusnya. Idealnya suatu pentanahan mempunyai nilai tahanan 0 (nol) Ohm. Tidak ada satu standar mengenai ambang batas nilai tahanan pentanahan yang harus diikuti oleh semua badan. Tetapi badan NFPA dan IEEE telah merekomendasikan bahwa nilai tahanan pentanahan tidak boleh lebih besar dari 5 Ohm.

          Badan NEC menyatakan bahwa untuk meyakinkan impedansi sistem ke tanah besarnya kurang dari 25 Ohm maka fasilitas dengan peralatan yang sensitif nilai tahanan tanahnya harus 5 ohm atau kurang. Industri telekomunikasi telah menggunakan nilai 5 ohm atau kurang sebagai nilai tahanan pentanahan dan sambungan. Tujuan nilai tahanan pentanahan adalah untuk mendapatkan tahanan pentanahan yang serendah mungkin yang bisa dipertimbangkan baik secara ekonomis dan secara pisik.

D. Komponen Elektroda Pentanahan

          Elektroda pentanahan umumnya dibuat dari bahan yang sangat konduktif (tahanan rendah) seperti baja atau tembaga, besar tahanan elektroda tanah dan sambungannya umumnya sangat rendah sehingga arus mengalir tidak terhambat. Hubungan antara penghantar tanah dan elektroda tanah seperti terlihat pada gambar 2 di bawah ini.

Gambar 2. Hubungan antara penghantar dan elektrode pentanahan

          Tahanan kontak tanah di sekitar elektroda menurut National Institute of Standards (lembaga pemerintah dalam Departemen Perdagangan USA) menunjukkan bahwa tahanan hampir dapat diabaikan dengan ketentuan bahwa elektroda pentanahan bebas cat, pelumas, dan lain-lain. Elektroda pentanahan harus dalam hubungan yang tetap dengan tanah. Sedangkan tahanan tanah di sekitar elektroda pentanahan dikelilingi tanah yang secara konseptual terbentuk dari sel-sel yang melingkari semuanya memiliki ketebalan sama. Sel-sel yang paling dekat dengan elektroda pentanahan memiliki jumlah area terkecil yang menghasilkan tingkat tahanan terbesar. Masing-masing sel berikutnya membentuk area lebih besar yang menghasilkan tahanan lebih rendah. Pada akhirnya ini akan mencapai titik dimana sel-sel tambahan menawarkan tahanan kecil ke tanah di sekitar elektroda pentanahan. Jadi berdasarkan informasi ini, maka akan difokuskan pada cara-cara untuk mengurangi tahanan tanah ketika memasang sistem pentanahan.

E. Hal-Hal Yang Mempengaruhi Tahanan Tanah

          Menurut NEC (1987, 250-83-3) mensyaratkan bahwa panjang elektroda pentanahan minimum 2,5 meter (8 kaki) dihubungkan dengan tanah. Ada empat variabel yang mempengaruhi tahanan sistem pentanahan, yaitu :

1. Panjang/kedalaman elektroda pentanahan

          Satu cara yang sangat efektif untuk menurunkan tahanan tanah adalah memperdalam elektroda pentanahan. Tanah tidak tetap tahanannya dan tidak dapat diprediksi. Ketika memasang elektroda pentanahan, elektroda berada di bawah garis beku (frosting line). Hal ini dilakukan agar tahanan tanah tidak akan dipengaruhi oleh pembekuan tanah di sekitarnya. Secara umum, menggandakan panjang elektroda pentanahan bisa mengurangi tingkat tahanan sebesar 40%. Ada kejadian-kejadian dimana secara fisik tidak mungkin dilakukan pendalaman batang pentanahan di daerah-daerah yang terdiri dari batu, granit, dan sebagainya. Dalam keadaan yang demikian, metode alternatif bisa menggunakan semen pentanahan (grounding cement).

2. Diameter Elektroda Pentanahan

          Menambah diameter elektroda pentanahan berpengaruh sangat kecil dalam menurunkan tahanan. Misalnya, bila diameter elektroda digandakan maka tahanan pentanahan hanya menurun sebesar 10%.

3. Jumlah Elektroda Pentanahan

          Cara lain menurunkan tahanan tanah adalah menggunakan banyak elektroda pentanahan. Dalam desain ini, lebih dari satu elektroda dimasukkan ke tanah dan dihubungkan secara paralel untuk mendapatkan tahanan yang lebih rendah. Agar penambahan elektroda efektif, jarak batang tambahan setidaknya harus sama dalamnya dengan batang yang ditanam. Tanpa pengaturan jarak elektroda pentanahan yang tepat, bidang pengaruhnya akan berpotongan dan tahanan tidak akan menurun. Untuk membantu dalam memasang batang pentanahan yang akan memenuhi kebutuhan tahanan tertentu, maka dapat menggunakan tabel tahanan pentanahan di bawah ini. Ingatlah, ini hanya digunakan sebagai pedoman, karena tanah memiliki lapisan dan jarang yang sama (homogen), jadi nilai tahanannya akan sangat berbeda-beda.

Gambar 3. Elektrode pentanahan yang mempunyai pengaruh lapisan

Tabel 1 Tahanan pentanahan

Jenis Tanah       Tah Jenis Tanah     Kedalaman Electroda          Potongan    Pentanahan

                                                            3 Ohm   6 Ohm   10 Ohm      5 Ohm   10 Ohm   20 Ohm

Tanah lembab,        30 MOhm           10 m       5 m        3 m             12 m       6 m          3 m

seperti rawa

Tanah Pertanian,   100 MOhm          33 m      17 m     10 m             40 m      20 m       10 m

seperti tanah liat

Tanah liat                150 MOhm          50 m       25 m     15 m            60 m      30 m       15 m

berpasir

Tanah lembab        300 MOhm          66 m       33 m      20 m           80 m       40 m      20 m

berpasir

Campuran 1:5        400 MOhm              -              -           -                160 m      80 m      40 m

Kerikil lembab        500 MOhm        160 m      80 m      48 m          200 m     100 m     50 m

Tanah kering         1000 MOhm        330 m    165 m    100 m         400 m     200 m    100 m

berpasir

Kerikil kering        1000 MOhm         330 m    165 m    100 m         400 m     200 m    100 m

Tanah berbatu     30.000 Mohm      1000 m   500 m    300 m        1200 m    600 m     300 m

Batu karang          10^7 Mohm              -              -             -                     -              -              -

4. Desain Sistem Pentanahan

          Sistem pentanahan sederhana terdiri dari satu elektroda pentanahan yang dimasukkan ke tanah. Penggunaan satu buah elektroda pentanahan adalah hal yang umum dilakukan dalam pentanahan dan biasa ditemukan di luar rumah atau di toko-toko perorangan (lihat gambar 4).

Gambar 4 Satu buah elektrode pentanahan

          Ada pula sistem pentanahan kompleks terdiri dari banyak batang pentanahan yang terhubung, jaringan bertautan atau kisi-kisi, plat tanah, dan loop tanah (lihat gambar 5, 6 dan 7). Sistem-sistem ini dipasang secara khusus di substasiun pembangkit listrik, gedung perkantoran, dan tempat-tempat menara seluler. Jaringan kompleks meningkatkan secara dramatis jumlah kontak dengan tanah sekitarnya dan menurunkantahanan tanah.

Gambar 5. Hubungan beberapa elektrode pentanahan

Gambar 6.  Jaringan bertautan

Gambar 7. Pelat pentanahan