Sistem pembumian penangkal petir (grounding system) adalah suatu rangkaian instalasi yang tertanam di dalam tanah dan berfungsi untuk melepaskan arus petir ke dalam bumi atau membuang arus berlebih pada instalasi listrik. Tingkat kehandalan sebuah grounding ada di nilai konduktivitas logam terhadap tanah yang berhubungan secara langsung atau logam tertanam. Semakin konduktif tanah terhadap benda logam, maka semakin baik.
Grounding diukur nilainya dengan OHM. Alat pengukurnya menggunakan Earth Ground Tester. Nilai standar mengacu pada Persyaratan Umum Instalasi Listrik atau PUIL 2000 (peraturan yang sesuai dan berlaku hingga saat ini) yaitu kurang dari atau sama dengan 5 (lima) ohm. Dijelaskan bahwa nilai sebesar 5 ohm merupakan nilai maksimal atau batas tertinggi dari hasil resistan pembumian (grounding) yang masih bisa ditoleransi. Nilai yang berada pada range 0 ohm – 5 ohm adalah nilai aman dari suatu instalasi pembumian / grounding. Nilai tersebut berlaku untuk seluruh sistem dan instalasi yang terdapat pembumian (grounding) di dalamnya.
Untuk membuat instalasi pembumian (grounding) dengan nilai resistan pembumian yang sesuai peraturan, bisa dilakukan dengan beberapa teknik. Beberapa teknik pendekatan di antaranya yaitu : memparalel, menambah kedalaman atau memperbesar luas penampang hataran. Dengan melakukan salah satu atau ketiga tehnik tersebut, sehingga dapat memperoleh hasil yang diharapkan. Terdapat banyak cara untuk mendapatkan hasil nilai resistan pembumian (grounding) yang standar, tetapi diharapkan melakukan cara yang sesuai (legal) dan tidak mengandung unsur non legal yang dapat merugikan untuk kedepannya.
Harus anda ketahui dahulu bahwa pembumian yang baik atau yang benar-benar efektif mempunyai nilai dibawah 1 Ohm, namun itu semua bisa dicapai dengan kondisi tanah yang agak lembab. Kalau tanah ini kering atau gersang atau bahkan berpasir, maka akan berbeda lagi nilainya. Itulah mengapa kita sering menjumpai sistem pentanahan yang digali sangat dalam, hal itu untuk mencari kondisi tanah yang baik dan mencari nilai grounding dibawah 1 ohm.
Aspek-aspek yang Mempengaruhi Sistem Pembumian (Grounding System)
Tabel di atas hanya dapat digunakan sebagai pedoman karena tanah memiliki lapisan dan jarang yang sama (homogen). Maka dari itu, nilai tahanannya akan sangat berbeda-beda.
Untuk mencapai nilai tahanan sebaran tersebut, tidak semua daerah bisa terpenuhi karena ada beberapa aspek yang mempengaruhinya, yaitu:
1. Kadar air
Bila air tanah dangkal/penghujan, maka nilai tahanan sebaran mudah didapatkan, sebab sela-sela tanah mengandung cukup air bahkan berlebih, sehingga konduktivitas tanah akan semakin baik.
2. Mineral/garam
Kandungan mineral tanah sangat mempengaruhi tahanan sebaran/resistansi karena semakin berlogam dan bermineral tinggi, maka tanah semakin mudah menghantarkan listrik. Daerah pantai kebanyakan memenuhi ciri khas kandungan mineral dan garam tinggi, sehingga tanah sekitar pantai akan jauh lebih mudah untuk mendapatkan tahanan tanah yang rendah.
3. Derajat keasaman
Semakin asam (PH rendah atau PH<7) tanah, maka arus listrik semakin mudah dihantarkan. Begitu pula sebaliknya, semakin basa (PH tinggi atau PH >7) tanah, maka arus listrik sulit dihantarkan. Ciri tanah dengan PH tinggi: biasanya berwarna terang, misalnya Bukit Kapur.
4. Tekstur tanah
Untuk daerah yang bertekstur pasir dan berpori (porous) akan sulit untuk mendapatkan tahanan sebaran yang baik karena jenis tanah seperti ini air dan mineral akan mudah hanyut dan tanah mudah kering.
Jadi kondisi tanah yang bagus untuk grounding adalah : tanah liat (persawahan/ladang), tanah rawa. Untuk mengkondisikan agar tanah selalu lembab, bisa dengan menambahkan tanah humus, garam dan areng ke sekitar elektroda yang ditanam.
Berbagai Bentuk Sistem Pembumian (Grounding System)
Ukuran kabel standar minimal untuk penyalur arus petir adalah 50mm, baik BCC maupun NYY.
Sistem pembumian dapat dibuat dalam 4 bentuk, di antaranya:
1. Single Grounding Rod (Batang Grounding Tunggal)
Grounding system yang hanya terdiri atas satu buah titik penancapan batang (rod) pelepas arus atau ground rod di dalam tanah dengan kedalaman tertentu (misalnya 6 meter). Untuk daerah yang memiliki karakteristik tanah yang konduktif, biasanya mudah untuk didapatkan tahanan sebaran tanah di bawah 5 ohm dengan satu buah ground rod. Untuk mendapatkan tahanan di bawah 0,5 Ohm, berarti perlu berapa grounding rod ?
2. Paralel Grounding Rod (multiple grounding rod)
Jika sistem single grounding rod masih mendapatkan hasil kurang baik (nilai tahanan sebaran >5 ohm), maka perlu ditambahkan ground rod ke dalam tanah yang jarak antar batang minimal 3 meter dan dihubungkan dengan kabel BC/BCC. Semakin jauh jarak antar ground rod, maka akan semakin bagus untuk fail over jika salah satu ground rod tidak berfungsi. Penambahan ground rod dapat juga ditanam mendatar dengan kedalaman tertentu, bisa mengelilingi bangunan membentuk cincin atau cakar ayam. Kedua teknik ini bisa diterapkan secara bersamaan dengan acuan tahanan sebaran/resistansi kurang dari 5 ohm setelah pengukuran dengan earth ground tester.
3. Multi Grounding System (maximal grounding)
Atau juga yang disebut dengan anyaman grounding (grounding mesh), merupakan anyaman kawat tembaga (BC) yang saling terhubung satu dengan yang lain.
4. Pelat Grounding (grounding plate)
Yaitu menggunakan plat tembaga yang ditanam di dalam tanah.
Bila didapati kondisi tanah yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut:
- kering atau air tanah dalam
- kandungan logam sedikit
- basa (berkapur)
- pasir dan berpori (porous).
maka penggunaan 2 cara pertama akan sulit dan besar kemungkinan gagal untuk mendapatkan resistansi kecil. Maka dari itu, teknis yang digunakan adalah dengan cara penggantian tanah dengan tanah yang mempunyai sifat menyimpan air atau tanah yang kandungan mineral garam dapat menghantar listrik dengan baik. Misalnya : tanah liat, tanah humus. Lalu Ground rod ditancapkan pada daerah titik logam dan di kisaran kabel penghubung antar ground rod-nya. Tanah humus, tanah dari kotoran ternak, dan tanah liat sawah cukup memenuhi standar hantar tanah yang baik. Adapun cara pembuatannya adalah sebagai berikut.
- Letak titik ground rod dibor dengan lebar kisaran 5 cm atau lebih.
- Kemudian, diisi dengan tanah humus sampai penuh. Bisa juga ditambah dengan arang dan garam agar tetap lembab.
- Kemudian, diisi air.
- Kemudian, ground rod dimasukkan.
- Parit penghubung antar ground rod yang sudah terpasang kabel penghubung (BC) ditimbun kembali dengan tanah humus (tanah kotoran hewan / sapi).
- Semakin jauh jarak antar titik akan semakin bagus (> 6 meter). Jika memungkinankan, hubungkan kabel BC antar titik membentuk jala-jala.
- Hubungkan kabel BC antar titik dan dengan ground rod menggunakan LAS KUNINGAN / LAS TEMBAGA. Anda bisa meminta bantuan tukang las untuk hal ini (harganya memang lumayan mahal, tapi lebih bagus hasilnya dibanding menggunakan mur besi yang bisa karatan sehingga menaikkan tahanan).
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 grounding, makin dalam pemasangannya akan makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan grounding yang makin rendah.
Beberapa Variabel yang Memengaruhi Sistem Pembumian (Grounding System) berdasarkan NEC Code (1987, 250-83-3)
Ada beberapa variabel yang dapat memengaruhi performa grounding system pada jaringan listrik. Salah satu yang menjadi acuan, yaitu NEC code (1987, 250-83-3), mensyaratkan panjang elektroda grounding system minimum 2,5 meter (8 kaki) dihubungkan dengan tanah. Ada empat variabel yang mempengaruhi tahanan grounding system. Adapun empat variabel tersebut adalah sebagai berikut.
1. Panjang/Kedalaman Elektroda
Satu cara yang sangat efektif untuk menurunkan tahanan tanah adalah memperdalam elektroda. Tanah tidak tetap tahanannya dan tidak dapat diprediksi. Maka dari itu, ketika memasang elektroda, elektroda berada di bawah garis beku (frosting line). Ini dilakukan sehingga tahanan tanah tidak akan dipengaruhi oleh pembekuan tanah di sekitarnya. Secara umum, menggandakan panjang elektroda bisa mengurangi tingkat tahanan 40%.
Ada kejadian-kejadian di mana secara fisik tidak mungkin dilakukan pendalaman batang elektroda di daerah-daerah yang terdiri atas batu, granit, dan sebagainya. Dalam keadaan demikian, metode alternatif yang dapat digunakan adalah grounding cement.
Jika tahanan pada masing-masing ground rod belum mencapai kurang dari 5 ohm, maka harus ditambah panjangnya hingga mencapai air. Anda bisa menggunakan jasa pengeboran untuk proses ini, karena kadang butuh kedalaman 12 meter untuk mencapai air di bawah tanah.
Harga ground rod yang terbuat dari batang tembaga full cukup mahal, sekitar 800 ribu untuk 6 meter. Untuk menghemat, Anda bisa menggunakan pipa besi galvanis dengan panjang 6 – 18 meter (1-3 pipa), lalu dililit dengan kabel BC sepanjang minimal 60 cm. Semakin panjang lilitannya, akan semakin bagus kontaknya dengan tanah, sehingga semakin bagus pula tahanannya.
2. Diameter Elektroda
Menambah diameter elektroda berpengaruh sangat kecil dalam menurunkan tahanan. Misalnya, bila diameter elektroda digandakan, maka tahanan grounding system hanya menurun sebesar 10%. Jadi mendingan memperpanjang elektroda.
3. Jumlah Elektroda
Cara lain menurunkan tahanan tanah adalah dengan menggunakan banyak elektroda. Dalam desain ini, lebih dari satu elektroda yang dimasukkan ke dalam 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 yang tepat, bidang pengaruhnya akan berpotongan dan tahanan tidak akan menurun. Untuk membantu dalam memasang batang grounding system yang akan memenuhi kebutuhan tahanan tertentu, maka dapat menggunakan tabel tahanan grounding system di bawah ini.
4. Desain
Grounding system sederhana terdiri atas satu elektroda yang dimasukkan ke dalam tanah. Penggunaan satu elektroda adalah hal yang umum dilakukan dalam pembuatan grounding system dan bisa ditemukan di luar rumah atau tempat usaha perorangan. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut.
Ada pula grounding system kompleks terdiri atas banyak batang pentanahan yang terhubung, jaringan bertautan atau kisi-kisi, plat tanah, dan loop tanah. Sistem-sistem ini dipasang secara khusus di substasiun pembangkit listrik, kantor pusat, dan tempat-tempat menara seluler. Jaringan kompleks meningkatkan secara dramatis jumlah kontak dengan tanah sekitarnya dan menurunkan tahanan tanah.
Cara Pemasangan Elektroda (Ground rod)
Untuk tanah yang teksturnya lembut, Anda bisa menggunakan air untuk mempermudah memasukkan elektroda, kemudian dipukul-pukul ataupun menggunakan mesin hammer drill. Sedang untuk tanah yang keras, Anda bisa meminta bantuan tukang bor agar bisa tembus sampai didapat permukaan air di dalam tanah.
Kemudian buat bak terminal yang berfungsi untuk menghubungkan antara grounding dengan bus bar grounding.
Alat dan Material Bantu dalam Sistem Pembumian (Grounding System)
1. Alat Ukur Resistansi / Earth Ground Tester
Alat ukur ini digunakan untuk mengetahui hasil dari resistans atau tahanan grounding system pada sebuah instalasi penangkal petir yang telah terpasang. Alat ukur ini digital, sehingga hasil yang ditunjukan memiliki tingkat akurasi yang cukup tinggi. Diketahui bahwa pihak Dinas Tenaga Kerja (disnaker) juga menggunakan alat ini untuk mengukur resistansi, sehingga pengukuran oleh pihak kontraktor sama dengan hasil pengukuran pihak disnaker.
Earth tester yang cukup banyak digunakan adalah merek KYORITSU. Harganya sekitar 2,5 juta. Anda bisa membelinya di https://www.tokopedia.com/sanstechtools/earth-tester-grounding-tester-kyoritsu-4105a
2. Bus Bar Grounding (Terminal)
Alat ini digunakan sebagai titik temu antara kabel penyalur petir dengan kabel grounding. Biasanya terbuat dari plat tembaga atau logam yang berfungsi sebagai konduktor, sehingga kualitas dan fungsi instalasi penangkal petir yang terpasang dapat terjamin. Pilih Copper Bar yang TEBAL, jangan yang TIPIS). Anda bisa membelinya di https://www.tokopedia.com/visiotekindo/bus-bar-tembaga
Jadi dengan menggunakan Bus Bar atau Copper Bar, Anda bisa membuat COMMON GROUNDING SYSTEM. Maksudnya adalah Anda tidak perlu membuat grounding untuk masing-masing peralatan, tapi Anda bisa menggunakan 1 grounding untuk semua peralatan. Misal kabel down penangkal petir, kabel BC dari grounding, kabel ground dari listrik PLN, kabel ground dari pemancar, kabel ground dari arrester LAN, kabel ground dari kabel kabel antena dll. Istilah lainnya untuk hal ini disebut dengan BONDING (ikatan/mempersatukan). Bonding ke grounding system yang sama telah digunakan secara luas untuk memastikan bahwa semua konduktor (orang, permukaan dan peralatan) berada pada potensial listrik yang sama. Ketika semua konduktor berada pada potensial yang sama, maka tidak akan terjadi loncatan arus listrik.
Air, deposit kalsium dan korosi adalah masalah yang sering terjadi pada bus bar grounding full tembaga. Hal ini harus mendapat perhatian agar sistem penangkal petir tetap berfungsi maksimal (Sumber gambar : https://washington-dc-metro.com/2010/12/09/corroded-ground-bus-bar/)
3. Copper Butter Connector
Alat ini digunakan untuk menyambung antar kabel atau kabel dengan Bus bar grounding. Biasanya kabel yang disambung pada instalasi penangkal petir adalah kabel grounding system, karena kabel penyalur pada penangkal petir tidak boleh terputus atau tidak boleh ada sambungan. Setelah kabel tersambung oleh alat ini tentunya harus diperkuat dengan isolasi sehingga daya rekat dan kualitas sambungannya dapat terjaga dengan baik. Penyambungan kabel instalasi penyalur petir konvensional umumnya menggunakan alat ini, karena pada penangkal petir konvensional jalur kabel terbuka hanya dilindungi oleh tingkah laku (conduct) dari PVC.
4. Ground Rod Drilling Head
Alat ini berfungsi untuk membantu mempercepat pembuatan grounding suatu instalasi penangkal petir, yaitu dengan cara memasang di bagian bawah copper rod atau ground rod yang akan dimasukkan ke dalam tanah, sehingga copper rod atau ground rod tersebut ketika didorong ke dalam tanah akan cepat masuk karena bagian ujung alat ini runcing. Selain itu, alat ini juga dapat menghindari kerusakan copper rod ketika dipukul ke dalam tanah.
5. Ground Rod Drive Head
Alat ini dipasang di bagian atas copper rod atau ground rod dan berfungsi untuk menghindari kerusakan copper rod atau ground rod bagian atas yang akan dimasukkan ke dalam tanah. Hal tersebut karena: pada saat copper rod didorong ke dalam tanah dengan cara dipukul, alat pemukul tersebut tidak mengenai copper rod, akan tetapi mengenai alat ini.
6. Ground Rod Coupler
Alat ini digunakan ketika kita akan menyambung beberapa segmen copper rod atau ground rod yang dimasukkan ke dalam tanah, sehingga copper rod atau ground rod yang masuk ke dalam tanah akan lebih panjang. Misalnya, ketika kita akan membuat grounding penangkal petir sedalam 12 meter dengan menggunakan copper rod, maka alat ini sangat diperlukan karena copper rod yang umumnya ada dipasaran paling panjang hanya 4 meter.
7. Bentonit
Bentonit adalah istilah pada lempung yang mengandung monmorillonit dalam dunia perdagangan dan termasuk kelompok dioktohedral. Dalam aplikasi grounding system, bentonit digunakan untuk membantu menurunkan nilai resistansi atau tahanan tanah. Bentonit digunakan saat pembuatan grounding (jika sudah tidak ada cara lain untuk menurunkan nilai resistansi). Pada umumnya, para kontraktor cenderung memilih menggunakan cara pararel grounding rod atau multi grounding system untuk menurunkan resistans.
Cara Mengukur Tahanan Pembumian
Tester grounding atau Earth Tester Meter menjadi perangkat utama dalam pemasangan penangkal petir, yakni untuk pengujian kelayakan grounding penangkal petir. Selain itu, alat ini berfungsi untuk mengukur dan mengetahui seberapa besar tahanan sebaran tanah pada daerah tersebut dan berapa nilai tahanan tanah yang didapatkan.
Ada berbagai merk dan seri produk peralatan tester ini, salah satunya yang cukup populer digunakan adalah Digital Earth Tester Meter “KYORITSU 4105A”.
Measurement Ranges
Earth Resistance: 0~ 20© / 0~ 200© / 0~ 2000©
Earth Voltage [ 50, 60Hz] : 0~ 200V AC
Accuracy
Earth Resistance: ± 2% rdg± 0.1© ( 20© range)
| ± 2% rdg± 3dgt ( 200© / 2000© range)
Earth Voltage: ± 1% rdg± 4dgt
Overload Protection
Earth Resistance: 280V AC for 10 seconds
across 2 of the 3 terminals
Earth Voltage: 300V AC for 1 minute
Safety Standard
IEC 61010-1 CAT.III 300V Pollution Degree 2, IEC 61557
Applicable Standards
IEC 60529 IP54
Withstand Voltage
3700V AC for 1 minute
Power Source
R6P ( AA) ( 1.5V) × 6
Dimensions
105( L) × 158( W) × 70( D) mm
Weight
550g approx.
Accessories
7095 ( Test Leads) × 1set ( red-20m, yellow-10m, green-5m)
8032 ( Auxiliary earth spikes) × 1set
7127 ( Simplified measurement probe) × 1set
R6P ( AA) × 6
Neck strap
Instruction Manual
Carrying Case : 4105A ( Soft Case)
Optional
7100 ( Precision measurement Cord Set)
Tahanan Sebaran Grounding haruslah diketahui dengan satuan Ohm. Perangkat tes yang digunakan serupa dengan Ohm Meter elektronik, akan tetapi kerja perangkatnya dengan kemampuan daya tembus tanah yang besar dan dilengkapi 2 colokan (anoda).
Proses netralisasi tanah atas muatan listrik yang di buang di sebuah grounding menyebar dalam radius 2 meter – semakin jauh akan semakin habis ternetralkan.
Bila grounding yang kita buat menyatu dengan baik ke tanah, maka proses netralisasi muatan akan sangat cepat dan baik. Tetapi bila kurang baik, maka akan terjadi perlambatan proses netralisasinya.
Karena muatan listrik yang terkandung di dalam petir sangat besar, maka jarak penetralan grounding sejauh 6 mtr dari titik grounding sudah dianggap habis dan netral .
Cara Penggunaan Tester Grounding penangkal petir untuk mengetahui besarnya tahanan sebaran grounding dengan cara :
- Kalibrasi jarum pada alat ukur harus dalam posisi nol
- Hubungkan ground dengan Kutub (+) Colokan warna Hijau
- Tancapkan Pasak sejauh 6 – 8 mtr dari posisi ground sebanyak 2 buah – bisa membentuk sudut tertentu Minimal 15 derajat.
- Dan Masing masing pasak dihubungkan dengan kabel merah dan kuning dari alat uji ( kyoritsu )
- Posisikan Selector di 20
- Dan Tekan – TEST
- Hasil test 0,xx artinya hasil memang di bawah Nol koma, dan ini yang bagus. Jika hasilnya antara 1-5 ohm, maka itu termasuk sedang.
- Catat hasil pengukuran (G1=…? G2=…? dst )
- Ulang pengetesan beberapa kali sambil goyang goyang Jepit buaya – sekiranya ada yang kurang terkonek dengan baik .
- Setelah itu, pindahkan Posisi Pasak dengan membuat sudut yang lebih besar 45 derajat , 90 derajat , 180 derajat ( semakin banyak sudut yang kita uji, maka semakin lengkap data kita )
Dari data pengetesan grounding penangkal petir yang kita lakukan, kadangkala kita mendapati hasil yang kurang rata ( hasil tidak sama ). Hal ini disebabkan oleh ada perbedaan kualitas dan struktur lapisan tanah di sudut pengujian yang dilakukan ( kelembapan, tekstur, mineral dll akan mempengaruhi ).
Bila mendapati hasil pengukuran tahanan grounding tidak Sama dari beberapa sudut berbeda, maka Nilai Terrendah sebanyak 2 hasil pengukuran yang digunakan sebagai acuan, lalu dibuat rata-rata.
Kenapa Demikian ? Sebab dengan asumsi bahwa saluran penetralan sudah ada dengan membentuk sudut minimal 15 derajat.
Apa yang terjadi bila nilai tahanan grounding Penangkal Petir besar ? Bisa dijelaskan dengan sederhana : semisal Koneksi di Bak sambungan lepas yang terjadi bahwa arus petir akan lari tidak terkendali, demikian juga ketika nilai grounding penangkal petir besar – arus rambatan petir bisa mengenai perangkat penting yang ada. Jadi sebaiknya Anda melakukan pengukuran secara berkala terhadap grounding Anda untuk mengetahui apakah sistem penangkal petir masih tetap berfungsi normal.
Jika Anda tidak mau lelah untuk bereksperimen, Anda bisa menggunakan jasa kontraktor pemasangan penangkal petir. Umumnya memang mahal, bisa sampai puluhan bahkan ratusan juta. Hal itu karena untuk mendapatkan tahanan pembumian yang bagus terkadang butuh beberapa titik ground rod yang dihubungkan secara parallel. Hal ini bergantung dengan besarnya investasi peralatan Anda, besarnya anggaran Anda dan peluang terjadinya petir (tidak semua daerah rawan petir).
Perlindungan terhadap petir :
1. Jalur PLN : arester
2. Jalur kabel telfon
3. Jalur Tower
Medical Doctor, WordPress Fan & Radio Broadcasting. Founder KLIKHOST.COM
Ini Baru ilmu yg mantap.
terima kasih banyak ilmunya om
Tks Ilmunya bermanfaat
Maaf om,apakah diperbolehkan kabel bc terkoneksi dalam posisi melengkung U seperti digambar busbar diatas? Terima kasih
@Win art, boleh saja