TUGAS RANGKUMAN

PENGUKURAN TAHANAN PENTANAHAN

diajukan sebagai tugas mata kuliah Pengukuran Sistem Tenaga

oleh

Moch. Yogi Frima M.

NIM : 2212122091

Program Sarjana (S1-Lanjutan)

Jurusan Teknik Elektro (TTL)

UNIVERSITAS JENDRAL AHMAD YANI

2013

A. Sistem Pentanahan

Sistem pentanahan atau yang sering disebut dengan istilah grounding system

adalah suatu rangkaian atau jaringan mulai dari kutub pentanahan/elektroda, hantaran

penghubung sampai terminal pentanahan yang berfungsi untuk menyalurkan arus lebih

ke bumi, agar perangkat peralatan dapat terhindar dari pengaruh petir dan tegangan

asing lainnya.

Tahanan jenis tanah adalah tahanan listrik dari tahanan tanah yang berbentuk

kubus dengan volume 1 meter kubik. Kadang-kadang tahanan jenis dinyatakan dalam

ohm-m. Pernyataan ohm-m merepresentasikan tahanan diantara dua permukaan yang

berlawanan dari suatu volume yang berisi 1 m3. Untuk mendapatkan tahanan

pentanahan yang kecil diperlukan upaya sebagai berikut, mengetahui tahanan jenis

tanah, kemudian membuat bentuk kutub tanah yang sesuai.

Sistem pentanahan yang menggunakan elektroda pentanahan yang ditanam

langsung ke dalam tanah terdiri dari berbagai macam cara, antara lain: jenis pentanahan

rod, jenis pentanahan grid, pentanahan kombinasi grid-rod. Tahanan pentanahan adalah

seluruh tahanan listrik yang dimiliki sistem pentanahan. Idealnya tahanan pentanahan

adalah 0 (nol), namun karena mencapainya sulit, maka sebagai referensi, untuk gedung

maksimum 5 Ohm.

Syarat-syarat sistem pentanahan yang efektif :

1. Tahanan pentanahan harus memenuhi syarat yang di inginkan untuk suatu

keperluan pemakaian.

2. Elektroda yang ditanam dalam tanah harus :

Bahan Konduktor yang baik

Tahan Korosi

Cukup Kuat

3. Jangan sebagai sumber arus galvanis.

4. Elektroda harus mempunyai kontak yang baik dengan tanah sekelilingnya.

5. Tahanan pentanahan harus baik untuk berbagai musim dalam setahun.

6. Biaya pemasangan serendah mungkin.

Faktor-Faktor yang Menentukan Tahanan Pentanahan :

Tahanan pentanahan suatu elektroda tergantung pada tiga faktor :

1. Tahanan elektroda itu sendiri dan penghantar yang menghubungkan ke peralatan

yang ditanahkan.

2. Tahan kontak antara elektroda dengan tanah.

3. Tahanan dari massa tanah sekeliling elektroda.

Akan tetapi pada prakteknya tahanan elektroda dapat diabaikan, akan tetapi

tahanan kawat penghantar yang menghubungkan keperalatan akan mempunyai

impedansi yang tinggi terhadap impuls frekuensi tinggi seperti misal pada saat terjadi

lightningdischarge. Untuk menghindarinya, sambungan ini diusahakan dibuat sependek

mungkin, dari ketiga faktor tersebut di atas yang dominan pengaruhnya adalah tahanan

sekeliling elektroda atau dengan kata lain tahanan jenis tanah (ρ).

B. Tahanan Jenis Tanah (ρ)

Dari rumus untuk menentukan tahanan tanah dari statu elektroda yang

hemispherical R = ρ/2πr terlihat bahwa tahanan pentanahan berbanding lurus dengan

besarnya ρ. Untuk berbagai tempat harga ρ ini tidak sama dan tergantung pada beberapa

faktor :

1. Sifat geologi tanah

2. Komposisi zat kimia dalam tanah

3. Kandungan air dalam tanah

4. Temperatur tanah

1. Sifat Geologi Tanah

Ini merupakan faktor utama yang menentukan tahanan jenis tanah. Bahan dasar

dari pada tanah relatif bersifat bukan penghantar. Tanah liat umumnya mempunyai

tahanan jenis terendah, sedang batu-batuan dan quartz bersifat sebagai insulator.

Tabel di bawah ini menunjukkan harga-harga ( ρ ) dari berbagai jenis tanah.

Tabel nilai ( ρ )

No.Jenis Tanah

yang Mengandung

Tahanan Jenis Tanah

( ohm.meter )

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

air garam

Rawa

Tanah liat

Pasir Basah

Batu-batu kerikil basah

Pasir dan batu krikil

kering

Batu

5 – 6

30

100

200

500

1000

3000

IEEE std 142-1991

2. Komposisi Zat Kimia dalam Tanah

Kandungan zat – zat kimia dalam tanah terutama sejumlah zat organik maupun

anorganik yang dapat larut perlu untuk diperhatikan pula.

Didaerah yang mempunyai tingkat curah hujan tinggi biasanya mempunyai tahanan

jenis tanah yang tinggi disebabkan garam yang terkandung pada lapisan atas larut. Pada

daerah yang demikian ini untuk memperoleh pentanahan yang efektif yaitu dengan

menanam elektroda pada kedalaman yang lebih dalam dimana larutan garam masih

terdapat.

3. Kandungan Air dalam Tanah

Kandungan air dalam tanah sangat berpengaruh terhadap perubahan tahanan

jenis tanah ( ρ ) terutama kandungan air tanah sampai dengan 20%. Dalam salah satu tes

laboratorium untuk tanah merah penurunan kandungan air tanah dari 20% ke 10%

menyebabkan tahanan jenis tanah naik samapai 30 kali.Kenaikan kandungan air tanah

diatas 20% pengaruhnya sedikit sekali.

4. Temperatur Tanah

Temperatur bumi pada kedalaman 5 feet (= 1,5 m) biasanya stabil terhadap

perubahan temperatur permukaan. Bagi Indonesia daerah tropis perbedaan temperatur

selama setahun tidak banyak, sehingga faktor temperatur bias dibilang tidak ada

pengaruh yang signifikan.

Tabel efek temperatur terhadap nilai tahanan tanah

C. Jenis Elektroda Pentanahan

Ada 3 jenis elektroda yang digunakan pada sistem pentanahan yaitu :

1. Elektroda Batang

2. Elektroda Pelat

3. Elektroda Pita

Elektroda – elektroda ini dapat digunakan secara tunggal maupun terhubung dan

juga secara gabungan dari ketiga jenis dalam suatu sistem.

1. Elektroda Batang

Gambar elektroda batang

Elektroda batang terbuat dari batang atau pipa logam yang di tanam vertikal di

dalam tanah. Biasanya dibuat dari bahan tembaga, stainless steel atau galvanised steel.

Perlu diperhatikan pula dalam pemilihan bahan agar terhindar dari galvanic couple yang

dapat menyebabkan korosi. Ukuran Elektroda :

diameter 5/8 ” - 3/4 ”

Panjang 4 feet – 8 feet

Elektroda batang ini mampu menyalurkan arus discharge petir maupun untuk

pemakaian pentanahan yang lain.

2. Elektroda Plat

Gambar elektroda plat

Bentuk elektroda pelat biasanya empat perseguí atau empat persegi panjang

yang tebuat dari tembaga, timah atau pelat baja yang ditanam didalam tanah. Cara

penanaman biasanya secara vertical, sebab dengan menanam secara horizontal hasilnya

tidak berbeda jauh dengan vertical. Penanaman secara vertical adalah lebih praktis dan

ekonomis.

3. Elektroda Pita

Gambar elektroda pita

Elektroda pita jenis ini terbuat dari bahan metal berbentuk pita atau juga kawat

BCC yang di tanam di dalam tanah secara horizontal sedalam ± 2 feet. Elektroda pita ini

bisa dipasang pada struktur tanah yang mempunyai tahanan jenis rendah pada

permukaan dan pada daerah yang tidak mengalami kekeringan.

Hal ini cocok untuk daerah – daerah pegunungan dimana harga tahanan jenis tanah

makin tinggi dengan kedalaman.

D. Pengukuran Tahanan Pentanahan

Untuk mengetahui apakah suatu tahanan pentanahan sesuai dengan standar,

maka diperlukan pengukuran tahanan pentanahan tersebut. Pengukuran tersebut atas

beberapa jenis yang secara menyeluruh disebut sebagai pengukuran tahanan

pentahanan. Pengukuran yang disebut diatas adalah pengukuran tahanan pentanahan

yang bertujuan mengetahui besarnya tahanan pentanahan dari beberapa kondisi tanah.

Pengukuran harus dilakukan sebelum sistem dioperasikan pertama kali, waktu

pemeliharaan atau setelah sistem ada gangguan. Sewaktu pelaksanaan pengukuran

pentanahan, saluran (kawat) dari elektroda ke rangka peralatan harus

dilepas. Pengukuran dilakukan pada elektroda dengan alat ukur EARTH TESTER .

Dalam perencanaan pengetanahan hal yang harus diperhatikan adalah jenis tanah,

seperti yang ditunjukan pada tabel nilai tahanan jenis tanah di halaman sebelumnya.

Untuk mendapatkan nilai resistansi R dari elektroda pengetanahan harus

memiliki parameter yang meliputi:

1. Resistivitas tanah

2. Resistivitas air tanah

3. Dimensi elektroda pengetanahan

4. Ukuran elektroda pengetanahan

Bila hasil pengukurannya belum mencapai 5 Ω, Maka Ground Rood

ditambahkan, dengan jarak 2 x panjangnya. (PUIL 2000-3.19.1.4).

Hukum OHM (Goerge Simon Ohm-Ahli Fisika Jerman): Pada percobaan dalam bidang

listrik dan menemukan dan menemukan hubungan antara tegangan dan arus yang

dilewatkan pada suatu tahanan: Apabila dalam suatu jaringan tertutup dihubungkan

tegangan listrik sebesar 1 Volt, dan dipasan tahanan listrik 1 , maka akan mengalir arus

listrik sebesar 1 Ampere yang dinyatakan dalam persamaan sbb:

Pelaksanaan operasi Earth Tester sbb: Prop (A) di hubungkan dengan electrode

(di bak kontrol). Prop (B) dan (C) ditancapkan ketanah dengan jarak antara

5 sd. 10 m. Maka alat ukur akan menunjukan besar dari R-tanah lihat.

Standar besar R-tanah untuk elektroda pentanahan ± 5 Ohm. apabila belum

mencapai nilai 5 Ohm, maka elektroda bisa ditambah dan dipasang

diparalel. Pentanahan paling ideal ketika elektroda bias mencapai sumber air atau R-

tanah = 0.

Contoh: Pemasangan elektroda pertama (R1), setelah diukur = 12 Ω

Selanjutnya di tanam lagi elektroda ke 2 (R2),

diukur tahanan = 12 Ω, Maka besar tahanan RI diperoleh dengan R2 = 6 Ω, Karena

belum mencapai 5 Ω, maka ditanam lagi elektroda ke 3 (R3).

Maka perhitungan R ekivalennya sbb :

Gambar metode perhitungan tahanan pentanahan

Ada kendala ketika suatu saat kita membangun sistem Grounding, setelah diukur

dengan Earth Tester Nilai yang muncul 100 ohm (maks), kalau acuannya PUIL

mungkin Anda diwajibkan menurunkannya. Ada trik sederhana dengan menambah

Rods sesuai dengan rumus mencari Nilai 2 tahanan yang diparalelkan. (Rod

dianalogikan sebagai tahanan).

Kalau 100/100 = 50 ohm (2 rod),

50/50 = 25 ohm (menjadi 4 rod),

Lalu 25/25 = 12,5 ohm (menjadi 6 rod),

trus 12,5 / 12,5 = 6, 25 ohm (menjadi 8 rod).

Karena nilainya dianggap bagus kalau nilai tahanannya> 0 dan <5> 6,25 / 6,25 =

3,125 ohm, maka jumlah Rods yang dibutuhkan untuk menurunkan dari 100 ohm ke

3,125 adalah 10 buah Rods. Setelah Grounding Ring dipastikan terhubung sempurna,

cek kembali dengan Earth Tester nilai tahanan harusnya sudah turun drastis.

E. Cara Mengukur Grounding dengan Earth Tester

Earth Tester adalah alat untuk mengukur nilai resistansi dari grounding, berikut

ini adalah cara penggunaan earth tester:

· Pada switch pilih mode Ω.

· Tekan push button.

· Lihat penunjuk tegangan/voltase tanah apabila jarum bergerak dengan cepat sampai

mentok ke ujung voltmeter, periksa kembali instalasi kabel.

· Adjust ohm meter sampai nilai voltase pada galvanometer “0 volt”.

· Lakukan instalasi earth tester seperti tampak jarak L adalah sebesar 5 meter.

· Baca nilai resistansi yang terbaca pada alat tersebut. Itulah nilai resistansi tanah.

Peralatan Pengukuran

Peralatan–peralatan yang diperlukan dalam proses pengukuran tahanan

pentanahan, antara lain :

Earth Resistance Tester

Dengan data sebagai berikut :

a) Merk : KYORITSU

b) Sumber tenaga : 9V DC jenis baterai R6P (SUM-3) x 6

c) Jenis : Digital Earth Resistance Tester 4105A

d) Alat ini berfungsi untuk menampilkan nilai tahanan pentanahan yang terukur

dengan kemampuan mengukur sampai 1999 Ω (ohm). Skema gambar Earth

Resistance Tester ini ditunjukan pada gambar e.1.

1. LCD penampil nilai ukur.

2. Simbol baterai dalam keadaan lemah.

3. LED indicator (berwarna hijau).

4. Tombol uji untuk mengunci.

5. Terminal pengukuran.

Gambar e.1 Digital Earth Resistance Tester 4105A

Elektroda batang Bantu, yang berfungsi sebagai pembanding dari elektroda utama

untuk mendapatkan nilai tahanan pentanahan.

Meteran, alat untuk mengukur jarak antar elektroda dan kedalaman elektroda.

Kabel penghubung, kabel penghubung berfungsi untuk menghubungkan Earth

Resistance Tester dengan elektroda uji dan elektroda bantu.

Martil, martil ini adalah alat yang digunakan untuk membantu menanam elektroda

ke dalam tanah.

Sistem Pengukuran

Rangkaian alat ukur pentanahan dapat dilihat pada gambar e.2

Gambar e.2 (a) Skema pengukuran tahanan dengan elektroda tunggal

Gambar e.2 (b) Skema pengukuran tahanan dengan elektroda ganda

(a) Perencanaan tahapan pengukuran tahanan pentahanan dengan elektroda

ditanam di tanah menggunakan elektroda tunggal.

Pengukuran tahanan pentanahan elektroda batang tunggal dengan kedalaman

bervariasi dilakukan dengan tahapan pengukuran sebagai berikut :

1) Mempersiapkan peralatan dan bahan.

2) Mengecek tegangan baterai dengan menghidupkan Digital Earth Resistance

Tester . Jika layar tampak bersih tanpa simbol baterai lemah berarti kondisi baterai

dalam keadaan baik. Jika layar menunjukkan simbol baterai lemah atau bahkan

layar dalam keadaan gelap berarti baterai pelu diganti.

3) Membuat rangkaian pengujian seperti pada gambar e.2 (a) dengan menanam

elektroda utama dan elektroda bantu. Menanam elektroda dengan memukul kepala

elektroda menggunakan martil, jika menjumpai lapisan tanah yang keras

sebaiknya jangan memaksakan penanaman elektroda.

4) Menetukan jarak antar elektroda bantu minimal 5 meter dan maksimal 10 meter.

5) Mengukur tegangan tanah dengan dengan mengarahkan range switch ke earth

voltage dan pastikan bahwa nilai indikator 10 V atau kurang. Jika earth voltage

bernilai lebih tinggi dari 10 V diperkirakan akan terjadi banyak kesalahan dalam

nilai pengukuran tahanan.

6) Mengecek penghubung atau penjepit pada elektroda utama dan elektroda bantu

dengan mensetting range switch ke 2000 Ω dan tekan tombol ” PRESS TO TEST

”. Jika tahanan elektroda utama terlalu tinggi atau menunjukkan simbol ” . . . ”

yang berkedip-kedip maka perlu dicek penghubung atau penjepit pada elektroda

utama.

7) Melakukan pengukuran. Mensetting range switch ke posisi yang diinginkan dan

tekan tombol ” PRESS TO TEST ” selama beberapa detik.

8) Mencatat nilai ukur tahanan yang muncul dari Digital Earth Resistance Tester.

9) Mengembalikan posisi tombol ” PRESS TO TEST ” ke posisi awal.

10) Melakukan pengujian tahanan untuk kedalaman elektroda utama yang berbeda

dengan langkah 3, 7, 8, 9.

11) Tahapan yang sama untuk kondisi tanah yang berbeda.

(b) Perencanaan tahapan pengukuran tahanan pentahanan elektroda ditanam di

tanah menggunakan elektroda ganda.

Pengukuran tahanan pentanahan dengan elektroda batang ganda menggunakan 2

metode yaitu panjang elektroda utama (L) < jarak antar elektroda utama (S) dan panjang

elektroda utama (L) > jarak antar elektroda utama (S).

Pengukuran tahanan pentanahan dengan elektroda batang ganda dengan

kedalaman bervariasi dilakukan dengan tahapan pengukuran sebagai berikut :

1. Mempersiapkan peralatan dan bahan.

2. Mengecek tegangan baterai dengan menghidupkan Digital Earth Resistance

Tester . Jika layar tampak bersih tanpa simbol baterai lemah berarti kondisi baterai

dalam keadaan baik. Jika layar menunjukkan simbol baterai lemah atau bahkan

layar dalam keadaan gelap berarti baterai pelu diganti.

3. Membuat rangkaian pengujian seperti pada gambar e.2 (b) dengan menanam

elektroda utama dan elektroda bantu. Menanam elektroda dengan memukul kepala

elektroda menggunakan martil, jika menjumpai lapisan tanah yang keras

sebaiknya jangan memaksakan penanaman elektroda.

4. Menetukan jarak antar elektroda bantu minimal 5 meter dan maksimal 10 meter.

5. Menentukan jarak antar elektoda utama (L) < (S).

6. Mengukur tegangan tanah dengan dengan mengarahkan range switch ke earth

voltage dan pastikan bahwa nilai indikator 10 V atau kurang. Jika earth voltage

bernilai lebih tinggi dari 10 V diperkirakan akan terjadi banyak kesalahan dalam

nilai pengukuran tahanan.

7. Mengecek penghubung atau penjepit pada elektroda utama dan elektroda bantu

dengan mensetting range switch ke 2000 Ω dan tekan tombol ” PRESS TO TEST

”. Jika tahanan elektroda utama terlalu tinggi atau menunjukkan simbol ” . . . ”

yang berkedip-kedip maka perlu dicek penghubung atau penjepit pada elektroda

utama.

8. Melakukan pengukuran. Mensetting range switch ke posisi yang diinginkan dan

tekan tombol ” PRESS TO TEST ” selama beberapa detik.

9. Mencatat nilai ukur tahanan yang muncul dari Digital Earth Resistance Tester.

10. Mengembalikan posisi tombol ” PRESS TO TEST ” ke posisi awal.

11. Melakukan pengujian tahanan untuk kedalaman elektroda utama yang berbeda

dengan langkah 3, 7, 8, 9.

12. Kembali ke langkah 1 sampai langkah 11 untuk pengukuran tahamam pentanahan

dengan jarak antar elektoda utama (L) > (S).

13. Tahapan yang sama untuk kondisi tanah yang berbeda.

DAFTAR PUSTAKA

Hutauruk, T.S, Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan.

Erlangga: Jakarta, 1991.

Badan Standarisasi Nasional BSN, Peraturan Umum Instalasi Penangkal Petir.

IEEE std 142-1991.

Munandar, A.Aris, Dr, MSc. Dan Susumu Kawahara, Dr. Teknik Tenaga Listrik II,

Transmisi Distribusi. Pradnya Paramita: Jakarta.

Badan Standarisasi Nasional (BSN), Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL

2000)

Pabla, AS, Sistem Distribusi Daya Listrik, Erlangga: Jakarta, 1994.

--------------, Instruction Manual Digital Earth Resistance Tester, Kyoritsu Electrical

Instrumens Works, Ltd.

http://akintakin.blogspot.com/2011/04/pengukuran-tahanan-pentanahan.html [diakses

tanggal 21 Maret 2013]