Peraturan Umum untuk Elektrode Bumi dan Penghantar Bumi

Peraturan Umum untuk elektrode bumi - penghantar bumi dan persyaratan mengenai keterangan bentuk dari elektrode bumi, bahan dan penampang dapat dilihat dalam PUIL 1987 (Peraturan Umum Instalasi Listrik Indonesia - 1987); Bab 300 - Pasal 320.
Untuk istilah-istilah teknis akan disesuaikan sedapat mungkin dengan terminologinya PUIL.

Karakteristik Tanah

Nilai-nilai tersebut pada Tabel 1 seluruhnya berlaku untuk tanah lembab sampai basah. Pasir kering mutlak atau batu adalah suatu bahan isolasi yang bagus, sama seperti air destilasi. Maka elektrode bumi selalu harus ditanam sedalam mungkin dalam tanah, sehingga dalam musim kering selalu terletak dalam lapisan tanah yang basah.

1.2. Resistans pembumian elektrode bumi rt tergantung pada jenis dan keadaan tanah serta pada ukuran dan susunan elektrode.

Jenis elektrode	Panjang pita atau penghantar pilin	Panjang batang atau pipa	Pelat vertikal dengan sisi atas + 1 m dalam tanah
Resistans pembumian	10m 25m 50m 100m 20 10 5 3	1m 2m 3m 5m 70 40 30 20	0,5x1m 1x1m 35 25

Tabel 2. Menununjukkan nilai rata-rata dari resistans pembumian untuk elektrode bumi
(lihat tabel 320-2 dalam PUIL 1987)

Contoh: untuk mencapai resistans pembumian suatu elektrode bumi sebesar 5 ohm, maka menurut Tabel 1 dan 2 untuk tanah liat atau ladang dengan resistans jenis tanah liat atau tanah ladang dengan rt = 100 ohm-m, diperlukan sesuatu elektrode pita dengan panjang 50 m atau 4-elektrode batang, masing-masing panjangnya 5m, yang disusun dalam lingkaran dengan diameter 15 m.
Untuk pasir basah dengan rt=200 ohm maka terdapat resistans pembumian sama dengan 6 ohm dan panjang pita pembumian 100m

Untuk mendapatkan reistans pembumian yang hasilnya sama bila dipakai pelat elektrode, maka memerlukan bahan yang lebih banyak dari pada elektrode pita atau batang tanah.

Contoh untuk menentukan resistans pembumian suatu elektrode:

- Suatu elektrode pita dengan ukuran 30mm x 4mm (l x t) dengan panjang L=40 mm.
- Resistans jenis tanah rt = 180 ohm-m.
- Resistans pembumian dapat dihitung dengan rumus dalam Tabel 3.

2. Pengukuran resistans jenis tanah rt

Seperti juga telah dikatakan dalam tulisan Ir. Tadjuddin bahwa untuk memperoleh nilai tahanan jenis tanah yang akurat diperlukan pengukuran secara langsung pada lokasi. Jika diperlukan di lapangan harus disiapkan hubungan atau koneksi yang mudah dilepas untuk dapat diadakan pengukuran pada tiap-tiap elektrode.

Dalam tingkat perencanaan suatu sistim pembumian dengan elektrode bumi adalah sangat bermanfaat bila dihitung dahulu dengan bantuan resistans jenis tanah supaya mendapat besarnya biaya yang diperlukan.

Untuk hal tersebut dalam Tabel 3 dapat dilihat rumus-rumus pendekatan untuk resistans pembumian R suatu elektrode bumi untuk beberapa susunan elektrode bumi. Resistans pembumian Rt suatu elektrode adalah resistans dari lapisan tanah antara elektrode bumi atau sistim pembumian dan bumi acuan/referens.

Jenis elektrode	Perhitungan tepat	Perbandingan pendekatan
Batang	Rbt = (rt / 2pL) x (ln 4L / d)	pada L < 10 m; Rbt=rt / L pada L > 10m; Rbt=1,5 rt / L
Pita	Rpt = (rt / pL) x (ln 2L / d)	pada L < 10 m; Rpt=2rt / L pada L > 10m; Rpt=3 rt / L
	dst.nya

Tabel 3. Rumus untuk menghitung resitans pembumian untuk macam-macam elektrode bumi

Di lapangan atau lokasi sering dilaksanakan dua cara pengukuran untuk menentukan tahanan jenis tanah untuk memperoleh perubahan dalam lapisan tanah:

2.1. Pengukuran dengan elektrode ukur yang tetap

Satu elektrode ukur, panjang 1 m ditanamkan tegak lurus dalam lapisan tanah. Dengan alat ukur jembatan-tahanan, diukur tahanan jenis tanah dalam daerah antara permukaan lapisan tanah dan dalamnya pemasukan elektrode tersebut. Rumus untuk tahanan pentanahan batang adalah :

Rt = (rt / 2pL) x (ln (4L / d))

di mana :
Rt = tahanan bentang suatu elektrode dalam ohm,
rt = tahanan jenis tanah dalam ohm-meter,
L = panjang elektrode batang dalam m,
d = jari-jari batang elektrode dalam m,
ln = logarithmus (dasar e=2.7182818)

Tahanan jenis tanah adalah :

rt = ( Rt x 2pL ) / (ln 4L/d)
= (Rt 6,28 m) / ( ln 157,5) = 1,24 Rt

Dapat dilihat bahwa nilai ukur elektrode batang (batang pengukur) dikalikan dengan 1,24 untuk mendapatkan hasil tahanan jenis tanah. Untuk elektrode dengan ukuran yang lain harus ditentukan faktor yang sesuai.

2.2. Cara mengukur menurut metode von Werner atau cara 4-batang acuan.

Dalam Gambar 1 dapat dilihat cara mengukur resistans jenis tanah dengan digunakan 4-batang acuan yang dimasukkan dalam tanah dengan jarak a sepanjang satu garis lurus yang sama dan dihubungkan ke alat ukur resistans pembumian.

Pada ujung-ujung luar batang elektrode 1 dan 4 dialirkan arus dan pada bagian dalam dari batang elektrode 2 dan 3 diukur susut tegangan dalam lapisan tanah. Dari hasil pengukuran perbandingan jembatan dapat dibaca nilai tahanan R, maka resistans jenis tanah dapat dihitung dengan rumus :

Qt = 2 p x a x Rt

Bila jarak a dalam m dan R dalam ohm, maka terdapat resistans jenis tanah dalam ohm-m yang diukur di sini bukan resistans jenis tanah, hanya resistans jenis tanah semu. Cara atau metode ukur sesuai von Werner ini hanya dapat mengukur lapisan tanah sampai jarak sedalam a dari elektrode acuan. Dengan merobah-robah jarak a dapat ditemukan nilai tahanan jenis tanah dalam beberapa lapisan tanah.

Seperti telah diterangkan sebelumnya lembab tanah sangat mempengaruhi resistans pembumian. Dalam musim panas dengan terik panas yang panjang, lapisan tanah sangat kering. Bila diadakan pengukuran dalam periode musim kering tersebut harus ditanam elektrode acuan yang lebih panjang untuk menembus dalam lapisan yang basah, atau daerah lapisan tanah sekitar elektrode acuan harus dibasahinya.

3. Pengukuran resistansi pembumian

Besarnya resistansi pembumian hanya dapat ditentukan dengan pengukuran. Ini tak mungkin dapat dilakukan dengan alat ukur ohm-meter yang biasa, karena alat ohm-meter mempunyai tegangan AS yang kecil dan cara pengukuran ini tidak mungkin, karena logam dalam tanah yang basah menunjukkan elemen galvanis.

Untuk mengukur resistansi pembumian suatu elektrode bumi dapat dilaksanakan menurut proses pengukur arus-tegangan atau dengan alat ukur pembumian menurut pengukuran cara kompensasi:

a. Pengukuran dengan metode ukur arus tegangan dalam jaringan dengan titik bintang (netral) yang dibumikan sesuai PUIL 1987 Pasal 323,

b. Penghantar bumi dari elektrode bumi RA yang akan diukur dihubung dengan konduktor fase L melalui resistans yang dapat diatur dari 1000 ohm sampai 2000 ohm di belakang gawai pengaman dalam sirkuit amperemeter, lihat Gambar 2.

Dalam sirkuit tersebut dipasang juga voltmeter dengan tahanan internal R1 dari kira-kira 40 k-ohm, di mana diukur tegangan antara elektrode acuan dan elektrode bumi bantu dengan jarak 20 ohm. Resistans pembumian dari sistim pembumian pengamanan didapatkan dari rumus RA = U/1

Kejelekan dari metode b) ini adalah:

• tegangan ukur antara elektrode bumi bantu dan RA tak boleh melebihi tegangan sentuh yang diizinkan, karena dapat terjadi kecelakaan,
• hanya dapat dilaksanakan dalam jaringan di mana titik netral langsung dibumikan (lihat a), karena bila terdapat arus bocor kecil yang mengalir ke bumi, dapat menimbulkan susut tegangan antara RA dan RS, sehingga terdapat hasil pengukuran yang tak tepat.

Untuk elektrode tersendiri yang diperlukan untuk pengukuran, jarak antara elektrode bantu H dan elektrode acuan S dipasang dalam jarak kira-kira 20m, sedangkan untuk elektrode bumi yang disusun dalam bentuk lingkaran, radial atau kombinasi harus berjarak kira-kira 3 kali diameter sistim pembumian.

Pengukuran dilakukan dengan alat ukur pembumian dengan sumber tegangan tersendiri. Tahan elektrode RE yang akan diselidiki adalah tahanan antara koneksi pembumian dan elektrode acuan, dan terdiri dari tahanan peralihan dari penghantar dalam lapisan tanah dan tahanan lapisan tanah di sekitar elektrode.

Tahanan peralihan ini adalah relatif kecil, karena bagian penghantar adalah sangat pendek. Makin jauh dari elektrode, makin menurun tahanan dari lapisan tanah, karena penampang dari lapisan tanah adalah sangat besar. Dalam jarak 20m untuk pengukuran dapat ditanam elektrode acuan dalam tanah.

Bila tahanan diukur antara elektrode acuan RS dan elektrode batang RE, maka tentu termasuk juga tahanan pembumian dari elektrode acuan. Kesulitan ini dapat disingkirkan dengan susunan sesuai Gambar 3.

Dengan perantara suatu elektrode bantu H, suatu generator G menyuplai ABB dengan umpama 110 Hz dalam lapisan tanah. Susut tegangan (voltage drop) yang terjadi pada tahanan RE dari elektrode diukur dengan alat ukur tegangan U. Tahanan dari elektrode bantu RH sama sekali tak mempunyai pengaruh, juga tidak ada dari tahanan elektrode acuan RS, bila arus ukur IS dari alat ukur tegangan adalah nol; atau sangat kecil.

Resistans pembumian dapat dihitung dari : RE = U/I

Cara yang lain adalah :

c) Pengukuran dengan alat ukur pembumian menurut metode kompensasi

Pengukuran resistans pembumian dengan alat ukur pembumian sering digunakan dari pada pengukuran menurut cara ukur arus-tegangan, karena pengukurannya sangat sederhana dan tak tergantung dari tegangan jaringan.

Persyaratan bahwa arus ukur IS adalah nol, dapat dicapai dengan pengukuran dengan rangkaian jembatan. Pada pengukuran ini dengan perbandingan resistans, maka tegangan antara elektrode pembumian, elektrode acuan dan elektrode bumi bantu dibandingkan, lihat Gambar 4.

Suatu generator ABB 1-fase membangkitkan arus pembumian, tegangan AS galvanik dalam lapisan tanah tidak mempengaruhinya.

Alat penunjuk arus A tidak menunjuk adanya arus mengalir, bila tegangan U1 pada resistans pembumian adalah sama dengan U2 atau pada tahanan perbandingan. Frekuensi generator menyimpang dari 50 Hz atau 60 Hz, dan mengkontrol rectifier dari amperemeter A, maka tegangan asing dari jaringan disingkirkan. Hasil nilai tahanan dapat langsung dibaca dari alat ukur pembumian, Gambar 4 dan 5.

Gambar 4 menunjukkan pengukuran dalam sirkuit 3-konduktor. Tahanan dari penghantar E1 ke elektrode langsung dapat diukur, sedangkan sirkuit 4-konduktor dalam Gambar 5 membutuhkan konduktor ke 4, untuk menghubungkan E2 ke bumi.

Pengukuran seluruh tahanan pembumian dalam jaringan TR Dalam tulisan "Elektrode Batang Mereduksi Nilai Tahanan Pentanahan", ELEKTRO No. 23 telah dibahas juga susunan batang-batang elektrode ditanam dalam tanah dalam jumlah yang banyak (multi-rod). Bila dalam jaringan yang luas sekali terdapat jumlah elektrode yang banyak yang ingin diketahui seluruh resistans pembumian, maka harus diselidiki menurut cara pengukuran teknis.

Suatu perhitungan tiap-tiap elektrode dalam jaringan hanya akan menghasilkan resistans pembumian total yang terlalu kecil, karena tiap-tiap elektrode dalam jaringan akan saling mempengaruhinya.

Pada pengukuran adalah sangat menentukan, titik pengukur yang mana dipilih, dan untuk mendapatkan sustu hasil yang tepat, hanya bila diukur dari beberapa titik ukur dari pinggir keliling jaringan.

Jarak antara titik ukur tergantung dari luasnya jaringan dan biasanya terletak antara 4000m dan 1000m.

Dari tiap-tiap pengukuran tersebut dapat ditentukan jumlah resistans pembumian dari jaringan dengan menghitung secara aritmetik. Pada umumnya penyimpangan dari nilai yang dihasilkan adalah + 10% dari nilai yang sebenarnya dari jumlah resistans pembumian efektif.

Cara mengukur untuk elektrode yang jumlahnya banyak adalah dengan cara atau metode sudut, di mana jarak antara elektrode ukur dan elektrode bantu yang paling cocok adalah 200m sampai 300m.

Daftar Acuan

• Peraturan Umum Instalasi Listrik Indonesia 1987.
• VDE 0100 Und Die Praxis.
• BBC Handbook.
• VDE Seminda Protection in Installation. q

• Model Perencanaan Pembangkitan dengan Optimisasi Sekuensial yang Disederhanakan