Sistem Pembumian

BAB II

SISTEM PEMBUMIAN INSTALASI RUMAH TANGGA

II.1 Umum2

Instalasi listrik merupakan susunan perlengkapan-perlengkapan listrik yang

saling berhubungan serta memiliki ciri terkoordinasi untuk memenuhi satu atau

sejumlah tujuan tertentu. Instalasi listrik terdiri atas sistem penerangan, sistem

pensaklaran, sistem pengkabelan, sistem pembumian dan sistem lain yang yang

dibutuhkan. Instalasi listrik dapat berupa sebuah instalasi yang sederhana yang hanya

terdiri atas satu titik atau satu instalasi listrik yang rumit dan kompleks.

Sistem pembumian merupakan bagian dari sebuah instalasi listrik. Sistem

pembumian adalah sistem yang dirancangkan sedemikian rupa untuk

menghubungkan bagian konduktif terbuka dari peralatan-peralatan listrik yang

dipakai dengan bumi sebagi referensi tegangan nol, pembuatan sistem pembumian

ini bertujuan untuk menghindarkan manusia dari kejut listrik apabila tersentuh

bagian konduktif terbuka yang bertegangan. Bagian konduktif ini bisa bertegangan

apabila instalasi listrik mengalami kegagalan isolasi sehingga kawat phasa terhubung

dengan bagian konduktif tertentu.

Sistem pembumian terdiri dari beberapa sistem sesuai dengan cara

pemasangannya. Sistem-sistem tersebut adalah sistem TT, Sistem TN yang terdiri

dari TN-C,TN-S, dan TN-CS, serta sistem IT. Pembahasan lebih lanjut untuk sistem

yang dipakai pada instalasi rumah tangga akan dibahas pada pembahasan berikutnya.

Universitas Sumatera Utara

Sistem pembumian terdiri dari beberapa perlengkapan listrik berupa penghantar

pembumian dan elektroda pembumian.

Pemasangan sistem pembumian sangat tergantung pada kondisi lingkungan

dimana sistem pembumian dibuat, sehingga sebuah sistem pembumian tidak bisa

disamakan di semua tempat, misalkan tempat dengan jenis tanah lembab dan kering

pasti akan sangat berbeda usaha-usaha yang dilakukan supaya sistem yang dibuat

sesuai dengan standar yang ditetapkan.

II.2 Instalasi Listrik Rumah Tangga 2

Instalasi Listrik rumah tangga yang dimaksudkan adalah instalasi listrik

dalam bangunan yang digunakan sebagai tempat tinggal. Pada dasarnya kebutuhan

instalasi rumah tangga tergantung kepada kebutuhan listrik rumah tangga tersebut.

Instalasi rumah tangga dapat hanya berupa instalasi listrik yang sederhana yang

hanya terdiri dari satu titik maupun instalasi listrik yang kompleks.

Instalasi listrik rumah tangga secara umum adalah untuk kebutuhan

penerangan dan kebutuhan sumber tenaga listrik untuk peralatan-peralatan listrik

yang digunakan, seperti pemanas makanan, setrika listrik, dll. Untuk memenuhi

tujuan ini beberapa perlengkapan listrik yang umum dipakai adalah:

1. Pipa Instalasi

2. Sakelar

3. Kotak kontak

4. Papan Hubung Bagi (PHB)

5. Kabel


6. Fitting

7. Sekering dan MCB

8. Perlengkapan Pembumian.

Gambar 2.1 menunjukkan skema instalasi listrik dari sebuah rumah sederhana yang

terdiri atas 2 kamar tidur, 1 ruang tamu, 1 ruang keluarga, 1 dapur, 1 kamar mandi,

dan taman.

Simbol-simbol yang digunakan pada Gambar 2.1 dijelaskan sebagai berikut:

Sakelar dua kutub

Sakelar 1 Kutub

Lampu

Kotak kontak

Papan hubung bagi (PHB)


Gambar 2.1 Skema instalasi listrik sederhana.


II.3 Pembumian Instalasi Rumah Tangga 6,7,9

Di dalam PUIL 2000 disebutkan bahwa pada instalasi listrik ada dua jenis

resiko utama yaitu:

a. Arus kejut listrik

b. Suhu berlebihan yang sangat mungkin mengakibatkan kebakaran, luka bakar

atau efek cedera listrik.

Untuk mengindarkan manusia ataupun ternak dari bahaya yang timbul karena

sentuhan dengan bagian aktif instalasi listrik maka dapat dilakukan cara-cara berikut:

a. Mencegah mengalirnya arus melalui badan manusia atau ternak.

b. Membatasi arus yang dapat mengalir melalui badan manusia sampai suatu

nilai yang lebih kecil dari arus kejut.

c. Pemutusan suplai secara otomatis dalam waktu yang ditentukan pada saat

terjadi gangguan yang sangat mungkin menyebabkan mengalirnya arus

melalui manusia yang bersentuhan dengan body peralatan, yang nilai arusnya

sama dengan atau lebih besar dari arus kejut listrik.

Untuk mengetahui sejauh mana tubuh manusia sanggup menahan aliran listik

dan akibat-akibat yang ditimbulkan, Tabel 2.1 di bawah memperlihatkan batasan

batasan tersebut, ini berguna sebagai informasi sehingga seorang perancang maupun

instalateur dapat merancangkan suatu instalasi yang aman bagi manusia maupun

ternak.


Tabel 2.1: Batasan-batasan arus dan pengaruhnya terhadap manusia

Besar Arus (mA) Pengaruh Pada Tubuh Manusia

0-0,9 Belum dirasakan pengaruhnya, tidak menimbulkan

reaksi apa-apa

0,9-1,2 Baru terasa adanya arus listrik, tetapi tidak

mengakibatkan kejang, kontraksi atau kehilangan

kontrol.

1,2-1,6 Mulai terasa seakan-akan ada yang merayap di dalam

tangan

1,6-6 Tangan sampai ke siku merasa kesemutan

6-8 Tangan mulai kaku,rasa kesakitan makin bertambah

13-15 Rasa sakit tidak tertahankan, penghantar masih dapat

dilepaskan dengan gaya yang besar sekali

15-20 Otot tidak sanggup lagi melepaskan penghnatar

20-50 Dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh manusia

50-100 Batas arus yang dapat menyebabkan kematian

Untuk memenuhi tujuan keamanan yang telah diebutkan di atas maka di

dalam bangunan yang digunakan sebagai tempat tinggal dapat dibuat sebuah sistem

pembumian. Sistem pembumian yang umum digunakan adalah sistem pembumian

TT.

Huruf T pertama adalah singkatan dari kata terre yang berasal dari Bahasa

Perancis yang mengandung pengertian bahwa hubungan sistem tenaga listrik ke

bumi adalah hubungan langsung satu titik ke bumi. Sedangkan huruf T kedua

menjukkan hubungan BKT instalasi ke bumi dan mengandung arti hubungan listrik


langsung ke bumi, yang tidak tergantung pembumian setiap titik tenaga listrik.

Gambar 2.2 memperlihatkan sebuah sistem pembumian dengan sistem TT.

Transformator Pensuplai

R

S

T

N

Instalasi

Elektroda Pentanahan Netral

Elektroda Pentanahan Konsumen

P

N

E

Bumi

Gambar 2.2 Sistem pembumian TT

II.4 Tahanan Pembumian5

Tahanan pembumian adalah hambatan yang dialami oleh arus ketika mengalir

ke tanah. Arus ini mengalir menuju tanah melalui elektroda pembumian yang

ditanam atau ditancapkan ke dalam tanah pada ke dalam tertentu. PUIL 2000

mendefenisikan tahanan pembumian sebagai jumlah tahanan elektroda pembumian

dan tahanan penghantar pembumian. Tahanan ini terdiri dari tahanan yang

disebabkan penghantar logam dan tanah. Tahanan yang ditimbulkan penghantar

sangan kecil sehingga dapat diabaikan. Tahanan yang paling besar adalah tahanan

yang ditimbulkan oleh tanah.


Suatu tanah memiliki nilai tahanan jenis yang bervariasi tergantung pada

jenis tanah, kelembapan, komposisi garam-garam mineral di dalam tanah, dan suhu.

Saat sebuah elektroda dilalui oleh arus maka arus akan menyebar ke segala arah

seperti terlihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Sebaran Arus dari Elektroda

Arus akan mengalir menuju tegangan nol yaitu di titik tak terhingga. Apabila

kedalaman elektroda dibandingkan dengan jari-jari yang tak terhingga maka

elektroda batang dapat dianggap sebagai sebuah bola yang memiliki pusat yang sama

dengan sebuah bola yang memiliki jari-jari yang sangat besar, seperti Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Ekivalensi Elektroda untuk Perhitungan Tahanan Pembumian

I

rdr ro


Tahanan yang dimiliki lapisan tanah yang merupakan bola dengan jari-jari r dan r+dr

pada Gambar 2.4 dapat dihitung dengan Persamaan 2.1. Dengan menganggap bahwa

jarak r berada di jauh tak hingga maka tahanan tanah dengan elektroda yang

memiliki jari-jari ro menjadi seperti Persamaan 2.2.

2.1

2.2

Dimana

R = Tahanan Tanah

r = Jari-jari bola luar (m)

ro = Jari-jari/ panjang elektroda (m)

= Tahanan jenis tanah ( Ohm-m)

Jika nilai tahanan pentanahan terlalu besar maka untuk memperkecilnya

dapat menggunakan material khusus yang ditanam di dalam tanah yaitu bentonit.

Secara tradisional dapat menggunakan garam atau arang.

Beberapa jenis tanah yang nilai tahanan jenisnya dicantumkan dalam PUIL

2000 dapat dilihat pada Tabel 2.2


Tabel 2.2 Tahanan Jenis Tanah

Jenis Tanah Tahanan Jenis (Ω-m)

Tanah Rawa 30

Tanah Liat dan Tanah Ladang 100

Pasir Basah 200

Kerikil basah 500

Pasir dan kerikil kering 1000

Tanah Berbatu 3000

Beberapa hal lain yang mempengaruhi nilai tahanan pembumian yaitu:

a. Jenis Elektroda Pembumian

Jenis elektroda pembumian berkaitan dengan tahanan jenis elektroda tersebut.

Misalkan elektroda berbahan dasar aluminium dibandingkan dengan elektroda

berbahan dasar tembaga yang memiliki luas penampang dan panjang yang sama.

Nilai tahanan elektroda aluminium akan lebih besar dibandingkan dengan elektroda

berbahan dasar tembaga. Karena tahanan jenis aluminium lebih besar dibanding

tahanan jenis tembaga. Dimana aluminium memiliki tahanan jenis 0.0283 x 10 -6 Ωm

dan tembaga 0.0177 x x 10 -6 Ωm. Tetapi karena nilainya yang sangat kecil maka

pengaruh dari tahanan jenis diabaikan.


b. Kedalaman elektroda dan luas penampang elektroda

Semakin dalam elektroda tertanam dan semakin besar luas penampang elektroda

yang bersentuhan dengan tanah sehingga nilai tahanan pembumian akan semakin

kecil karena semakin besar permukaan yang bersentuhan dengan tanah.

c. Bentuk elektroda

Beberapa bentuk elektoda pembumian adalah sebagai berikut

1. Elektroda pita

Elektroda pita dibuat dari penghantar berbentuk pita atau penampang bulat, atau

penghantar pilin yang pada umumnya ditanam secara dangkal. Ukuran minimum

elektroda pita adalah 2mm2 dan tebalnya 2 mm atau penghantar pilin 35 mm2.

Berbagai bentuk elektroda pita dapat dilihat pada Gambar 2.5

(a) (b)

h = 0.5-1 m

60

Cabang Enam Cincin

h = 0.5-1 m

D

d


(c)

Gambar 2.5 Bentuk Elektroda Pita (a) Cabang enam, (b) Cincin, (c) Disk

Tahanan pembumian masing-masing bentuk adalah sebagai berikut:

- Cabang enam

2.3

- Cincin

2.4

- Disk

2.5

Dimana Rp = Tahanan pembumian Elektroda (Ω)

ℓ = Panjang pita (m)

D = Diameter cincin

d = Diameter cincin elektroda

Disk

h = 0.5-1 m


h = 1 m

Pelat

2. Elektroda pelat

Elektroda pelat terbuat dari besi dengan ukuran minimum tebal 3 mm, luas 0.5

m2-1 m2 atau pelat tembaga dengan tebal 2 mm, luas 0.5 m2-1 m2 yang ditanam

secara vertical dengan sisi atas ± 1 m di bawah permukaan tanah seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.6

Gambar 2.6 Elektroda pelat

Tahanan pembumian Elektroda pelat adalah:

2.6

3. Elektroda batang

Elektroda ini dapat dibuat dari pipa besi, baja profil,batang tembaga, atau batang

logam lainnya. Elektroda dipancangkan ke tanah sedalam ℓ meter seperti Gambar

2.7.

Gambar 2.7 Elektroda Batang

l


Tahanan elektroda pembumian elektroda batang adalah:

2.7

Dimana a adalah jari-jari elektroda batang. Bentuk elektroda yang umum dipakai

pada sistem pembumian instalasi rumah tangga adalah bentuk elektroda batang.

II.5 Persyaratan Pembumian4

Menurut PUIL 2000 ada bebarapa persyaratan dalam instalasi sistem

pembumian. Syarat-syarat tersebut adalah sebagai berikut:

a. Warna Penghantar Pembumian

Penghantar proteksi diberi warna loreng hijau kuning sebagai pengenal,

termasuk penghantar proteksi yang merupakan salah satu inti dari kabel dan kabel

tanah. Pengecualiannya adalah terhadap penghantar geser jika penghantarnya dapat

dikenal dengan jelas, misalnya melalui bentuknya dan tulisan yang ada padanya.

b. Luas Penghantar pembumian

Luas penampang penghantar proteksi tidak boleh kurang dari nilai yang

tercantum dalam Tabel 2.3 di bawah.

Tabel 2.3 Ukuran Penampang Penghantar Pembumian

Luas Penampang Penghantar phasa instalasi S (mm2)

Luas Penampang Minimum Penghantar Proteksi Yang Berkaitan

Sp (mm2)

S ≤16 S 16≤S ≤35 16

S> 35 S/2


Sumber: PUIL 2000, hal 80

Tabel ini hanya berlaku jika penghantar proteksi dibuat dari bahan yang sama

dengan penghantar phasa. Jika bahannya tidak sama, maka luas penampang

penghantar proteksi ditentukan dengan cara memilih luas penampang yang

mempunyai konduktansi yang ekivalen dengan hasil dari Tabel.

Luas penampang setiap penghantar proteksi yang tidak merupakan bagian

dari kabel suplai atau selungkup kabel, dalam setiap hal tidak boleh kurang dari 2,5

mm2 jika terdapat proteksi mekanis dan 4 mm2 jika tidak terdapat proteksi mekanis.

c. Ukuran Elektroda

Ukuran mimimum elektroda dapat dipilih menurut Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Ukuran Elektroda Pembumian

1 2 3

No Bahan jenis elektroda

Baja digalvanisasi dengan proses pemanasan

Baja berlapis tembaga Tembaga

1

Elektroda pita

Pita baja 100 mm2 setebal minimum 3 mm

50 mm2 Pita tembaga 50 mm2 tebal minimum 2 mm

Penghantar pilin 95 mm2

(bukan kawat halus) Penghantar

pilin 35 mm2 (bukan kawat halus)

2

Elektroda batang

- Pipa baja 25 mm2 - Baja profil (mm)

L 65 mm2x65x7 U 6,5 T 6x50x3

- Batang Profil lain yang setaraf

Baja berdiameter 15 mm dilapisi tembaga setebal 250 µm

3 Elektroda pelat

Pelat besi tebal 3 mm luas 0,5 m2

Pelat tembaga tebal 2mm luas 0,5 m2 sampai


1 m2 Sumber: PUIL 2000, hal 82

d. Nilai Tanahan Pembumian

Untuk sistem pembumian rumah tangga kondisi berikut harus terpenuhi.

2.8

Dimana :

Ra = Besar tahanan pembumian

Ia = Arus listrik yang menyebabkan operasi otomatis dari gawai proteksi yang

tergantung dari jenis dan karakteristik gawai proteksi yang digunakan. Dalam hal ini gawai dengan karakteristik waktu terbalik (invers) yaitu pengaman

lebur (PL atau sekering) atau pemutus sirkit (misalnya MCB) dan Ia haruslah arus

yang menyebabkan bekerjanya gawai proteksi dalam waktu 5 detik.

e. Persyaratan lain

• Penghantar aluminium tanpa perlindungan mekanis tidak diperkenankan

dipakai sebagai penghantar bumi

• Penghantar bumi harus dilindungi jika menembus langit-langit atau dinding, atau

berada di tempat dengan bahaya kerusakan mekanis.

• Pada penghantar bumi harus dipasang sambungan yang dapat dilepas untuk

keperluan pengujian resistans pembumian, pada tempat yang mudah dicapai, dan

sedapat mungkin memanfaatkan sambungan yang karena susunan instalasinya

memang harus ada.

• Sambungan penghantar bumi dengan elektroda bumi harus kuat secara mekanis

dan menjamin hubungan listrik dengan baik, misalnya dengan menggunakan las,


klem, atau baut kunci yang tidak mudah lepas. Klem pada elektroda pipa harus

menggunakan baut dengan diameter minimal 10 mm.

II.6 Metode Pengukuran Tahanan Pembumian1,4

Nilai tahanan pembumian merupakan suatu syarat aman tidaknya suatu

sistem pembuamian yang dibuat. Untuk mengetahui nilai Tahanan Pembumian ini

maka dapat dilakukan beberapa metode untuk mengukurnya, metode-metode tersebut

adalah sebagai berikut.

a. Metode Von Werner

Metode ini disebut juga dengan metode empat batang karena menggunakan

empat elektroda dalam pengukurannya. Skema pengukuran dengan metode ini

terlihat pada Gambar 2.8

Gambar 2.8 Metode Pengukuran Von Werner

a a a

1 3 2 4


Cara pengukuran dilakukan dengan terlebih dahulu mengatur jarak antar

elektroda. Seperti terlihat pada gambar, jarak antar elektroda adalah sejauh a meter,

sehingga jarak antara terminal secara berurut adalah sama. Setelah dibuat rangkaian

seperti gambar maka proses pengukuran dapat dikerjakan. Peralatan ukur akan

mengalirkan arus melalui terminal 1 dan 4 lalu susut tegangan pada terminal 2 dan 3

akan diukur. Jika beda tegangan antara elektroda 2 dan 3 adalah ∆V, dan arus yang

dialirkan melalui elektroda 1 dan 4 adalah I, maka perbandingan ini adalah Nilai

tahanan pentanahan R . sesuai dengan Persamaan 2.9

2.9

b. Pengukuran dengan Volt meter dan Amperemeter

Cara pengukuran adalah seperti terlihat pada Gambar 2.9. Penghantar

pembumian dihubungkan dengan penghantar phasa instalasi melalui gawai proteksi

arus lebih, sakelar, tahanan yang dapat diatur dari 20 Ω sampai 1000Ω, dan

Amperemeter. Antar titik sirkit setelah amperemeter dengan elektroda bumi bantu

dipasang voltmeter. Jarak elektroda bantu disesuaikan dengan jenis elektroda yang

digunakan. Jika elektroda batang atau pipa maka elektroda bantu harus berjarak

sekurang-kurangnya 20 meter dari elektroda yang akan diukur.

Pada saat sakelar dimasukkan, tahanan tersebut harus dalam keadaan

maksimum. Setelah sakelar dimasukkan, tahanan diatur sedemikian rupa hingga

amperemeter dan voltmeter menunjukkan simpangan secukupnya sesuai dengan apa


yang diharapkan oleh operator. Hasil bagi dari tegangan dan arus yang ditunjukkan

oleh alat ukur tersebut adalah tahanan pembumian yang diukur. Persamaan

matematiknya seperti pada Persamaan 2.9.

Gambar 2.9 Metode pengukuran dengan voltmeter dan amperemeter

c. Pengukuran dengan menggunakan Earthtester.

Pengukuran dengan Earthtester ini menggunakan dua buah elektroda bantu, dan

pengukurannya lebih mudah dilakukan dibandingkan dengan dua metode yang telah

disebutkan terdahulu. Pengukuran dilakukan dengan terlebih dahulu menentukan

Fuse

Tahanan Variabel


jarak antara elektroda pembumian dengan elektroda bantu, jarak yang umum

digunakan berkisar 5-10 meter. Pegukuran dengan metode ini dapat dilihat pada

Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Pengukuran dengan Earthtester

Setelah elektroda bantu ditancapkan di tanah pada kedalaman sekitar 30 cm

maka elektroda dihubungkan dengan alat ukur dengan menggunakan kabel yang

sudah ditentukan. Ada tiga warna kabel yaitu hijau, kuning dan merah. Kabel warna

hijau salah satu ujungnya dihubungkan dengan terminal earth pada alat ukur dengan

simbol E dan ujung satu lagi dihubungkan dengan elektroda pembumian.Kabel

warna kuning dihubungkan dengan terminal P (potential) pada alat ukur dan ujung

yang lain dihubungkan dengan elektroda bantu yang paling dekat ke elektroda utama.

Kabel warna merah dihubungkan ke termina dengan simbol C (Current) pada alat

ukur dan ujung yang lain dihubungkan dengan elektroda bantu yang paling jauh dari

l

Elektroda BantuElektroda Pembumian

E P C

B RV SW

HijauKuning

Merah

Permukaan Tanah

l


elektroda bantu. Instrumen ukur adalah earthtester dan dapat digantikan dengan

peralatan lain yang dapat melakukan fungsi yang sama dengan earthtester. Gambar

alat-alat yang digunakan dengan metode ini dapat dilihat pada lampiran A.

Setelah semuanya terangkai dengan benar maka pengukuruan dapat

dilakukan tetapi perlu diperhatikan dahulu apakah baterai masih baik atau tidak dan

besar tegangan rangkaian dengan memilih selector yang tersedia di peralatan.

Apabila semua dalam kondisi baik maka pengukuran tahanan pembumian dapat

dilakukan dengan menekan tombol sw pada peralatan setelah terlebih dahulu

memindah selector ke sebalah symbol Ω, la lu memutar piringan penunjuk besar

hambatan sampai jarum penunjuk telah menunjuk angka nol. dan nilai yang

ditunjukkan oleh piringan yang diputar tersebut adalah nilai tahanan pembumian

yang terukur.

Pengukuran dengan earthtester menggunakan prinsip jembatan wheathstone.

Seperti pada Gambar 2.11 berikut.

Gambar 2.11 Jembatan Wheathstone

G

Ix

Ib

Ia

Is

IsRs

Ra Rb

Rx

b

a

c

d


Pada saat sakelar ditekan maka arus akan mengalir melalui galvanometer, sehingga

jarum penunjuk galvanometer akan menunjukkan nilai tertentu. Jika nilai yang

ditunjuk adalah nol berarti arus yang mengalir melalui galvanometer adalah nol.

Prinsip jembatan wheathstone adalah membuat arus yang mengalir melalui

galvanometer bernilai nol dengan mengubah nilai tahanan variabel Rx, hal ini

dilakukan dengan memutar piringan logam tahanan variabel pada earthtester sampai

galvanometer menunjukkan nilai nol. Ketika nilai yang ditunjukkan pada

galvanometer adalah nol maka nilai yang ditunjukkan pada piringan tahanan varibel

tersebut adalah nilai tahanan pentanahan yang sedang diukur. Persamaannya terlihat

pada Persamaan 2.10 berikut.

2.10


Sistem Pembumian

Documents

Transcript of Sistem Pembumian