SISTIM PENTANAHAN / GROUNDING SYSTEM

Sistem pentanahan (grounding system) adalah sebuah rangkaian/jaringan yang terdiri dari kutub pentanahan (elektroda),   hantaran   penghubung   (konduktor)   sampai   terminal   pentanahan,   yang   berfungsi   untuk menyalurkan arus lebih ke bumi, agar perangkat (elektronika maupun listrik) dapat bekerja sesuai dengan ketentuan teknis yang semestinya serta terhindar dari sambaran petir atau tegangan asing lainnya.

Istilah:

•  Kutub Pentanahan adalah komponen logam sebagai penghantar listrik yang bersentuhan dengan atau ditanam di dalam tanah untuk mempercepat penyerapan muatan listrik akibat petir atau tegangan lebih ke tanah.   Bentuknya   bermacam-macam   tergantung   pada   keperluannya,   yang   akan   diuraikan   pada paragraph-paragrap di bawah.

•  Hantaran Penghubung adalah logam penghubung antara kutub pentanahan dengan terminal, biasanya berupa kawat tembaga pilin/BC draad dengan diameter minimal 16 mm.

•  Terminal  Pentanahan  adalah  terminal  atau  titik  di  mana  perangkat  dihubungkan;  biasanya  berupa lempeng tembaga ukuran 15 (p) x 3 (l) x  1 (t) cm.

•  Tahanan  kutub  pentanahan  atau  Tahanan  Pentanahan  adalah  seluruh  tahanan  listrik yang  dimiliki sistem pentanahan. Idealnya tahanan pentanahan adalah 0 (nol), namun karena mencapainya sulit, maka sebagai referensi,  operator  telekomunikasi  menetapkan  tahanan pentanahan  untuk perangkat  telekom maksimum sebesar 3 (tiga) Ohm, sedangkan untuk gedung maksimum 5 (lima) Ohm.

•  Tahanan Jenis Tanah adalah tahanan listrik dari tahanan tanah yang berbentuk kubus dengan volume 1 meter kubik, yang dinyatakan dalam Ohm-meter kubik.

Untuk mendapatkan Tahanan Pentanahan yang kecil diperlukan upaya yang serius, yaitu dimulai dengan mengetahui Tahanan Jenis Tanah dan kemudian membuat bentuk Kutub Pentanahan yang sesuai.

Salah satu cara mengukur Tahanan Jenis Tanah (Rho) adalah dengan metoda Wenner

Peralatan yang dibutuhkan:

•  4 batang kutub tanah pertolongan (batang besi)

•  1 buah Ampere meter

•  1 buah Voltmeter

•  sumber daya AC.

Cara penyambungan:

4  batang  besi  (sebut  saja  sebagai  batang  C1,  P1,  P2  dan  C2)  ditancapkan  ketanah  dalam  satu baris dengan jarak masing-masing a meter.

Antara P1 dan P2 dipasang Volt meter, antara C1 dan C2 disambungkan  dengan Ampere meter dan sumber daya AC 110/220 VAC.

Cara pengukuran:

Sambungkan  sumber  daya,  ukur  berapa  Ampere  arus  yang  mengalir  antara C1  dan  C2,  misalnya  I

Ampere. Ukur berapa beda potensial antara P1 dan P2, misalnya V Volt. Masukkan besaran yang didapat pada rumus:

Rho = 2π x a x R

dimana π = 3,17, a = jarak antara batang besi dan R = V/I.

Besaran Rho yang didapat dari perhitungan dengan rumus di atas adalah nilai Tahanan Jenis Tanah yang terukur pada kedalaman 3/4 x a (meter)

Perlu  diperhatikan  Tahanan  Jenis  Tanah  atau  Rho  tergantung  pada  struktur  tanah,  komposisi  zat kimia dalam tanah tanah, kandungan air tanah dan temperatur tanah.

Struktur tanah, tentunya bisa dimaklumi kalau struktur tanah liat, misalnya — akan berbeda nilai tahanan jenis tanahnya dengan struktur bebatuan.

Komposisi zat kimia dalam tanah, terutama zat organik maupun anorganik yang dapat larut di dalam tanah.

Daerah  yang  mempunyai  curah  hujan  tinggi  (seperti  di Bogor)  biasanya  mempunyai  Rho yang  tinggi  di permukaan, karena garam yang terkandung pada lapisan tanah bagian atas larut kebawah. Pada daerah yang  demikian,  besaran  Tahanan  Pentanahan  yang  baik  akan  didapatkan  dengan  menanam  Kutub Pentanahan yang lebih dalam.

Kandungan air tanah minimal 20%, kurang dari 20% akan menaikkan Rho secara signifikan.

Temperatur  tanah minimal 30 derajat Fahrenheit  (+/- -1,10   Celcius). Pada kedalaman  2 meter biasanya temperatur cukup stabil, lagi pula di Indonesia tidak terlalu berpengaruh karena temperatur sepanjang tahun

relatif sama.

Sebagai rujukan silah lihat tabel berikut:

Jenis tanah                           Rho (ohm)

Tanah yang mengandung garam                          5-6

Rawa                                                                 30

Tanah liat                                                           100

Pasir basah                                                        200

Batuan kerikil basah                                           500

Pasir dan batu kerikil kering                               1000

Batu                                                                  3000

Lantas  bagaimana  cara  menghitung  Tahanan  Pentanahan?  Hal  ini  akan  saling  tergantung  pada  Rho, struktur tanah, keadaan lingkungan serta ukuran dan bentuk kutub tanah yang dipasang.

Berjenis Kutub Pentanahan:

Yang sering digunakan adalah kutub pentanahan batang/rod, plaat/plate/sheet dan mendatar.

•  Kutub pentanahan batang (= ground rod) terbuat dari batang tembaga murni pejal atau batang besi baja yang dilapis tembaga dengan ketebalan cukup, yang mampu menyalurkan arus petir atau arus liar lainnya (spike) dengan baik. Dapat dibeli di toko alat listrik, biasanya dengan ukuran panjang 1,75 meter. Nilai tahanan kutub pentanahan batang satu kutub adalah:

R = 0,75 x Rho/L            (jika L/d < 100 dan > 25)

R = Rho/L                       (jika L/d < 600 dan >100)

R = 120 x Rho/L             (jika L/d < 3000 dan > 600)

dimana R     = Tahanan Kutub Pentanahan, Rho = Tahanan jenis tanah,

L     = panjang batang kutub dan

d     = diameter batang kutub

Kutub Pentanahan batang ini sangat cocok pada struktur tanah yang mempunyai Rho kecil.

Bila tahanan pentanahan yang dikehendaki tidak dapat tercapai dengan satu batang kutub pentanahan, maka dapat digunakan lebih dari satu batang yang jika diintegrasikan akan memiliki tahanan pentanahan gabungan, yang cenderung mengikuti perhitungan tahanan paralel dengan sedikit koreksi kenaikan, tergantung pada jumlah dan jarak antar batang.

Betapun panjang  kutub pentanahan  batang harus disesuaikan  dengan kebutuhan  setelah mengetahui

tahanan jenis tanah, dan tentunya juga harus mempertimbangan segi atau aspek ekonomisnya.

•  Kutub  pentanahan  plaat  (ground  plate/sheet),  berupa  plaat  tembaga  tebal  2  mm  (cukup  ideal) berbentuk  bujur  sangkar  dengan  panjang/lebar  sisi disesuaikan  dengan  kebutuhan  (sangat  ideal  bila panjang sisinya bisa 1 meter).

Cara menanamnya bisa mendatar maupun tegak lurus, disesuaikan dengan lahan.

Kedalaman penanaman disesuaikan dengan hasil pengukuran tahanan jenis tanah dilokasi. Perhitungan tahanan kutub pentanahan berbentuk plaat adalah :

R = 0,25 x Rho/(1,13 x D)

dimana

R     = tahanan kutub pentanahan

Rho = tahanan jenis tanah

D     = panjang sisi plaat

Untuk memperoleh Tahanan Pentanahan yang lebih baik, bisa digunakan 2 atau lebih Kutub Penta-nahan plaat.

•  Kutub pentanahan  mendatar,  terbuat  dari bahan penghantar  arus tembaga  pejal (rod) atau berupa kawat tembaga pilin telanjang (stranded BC = bare copper wire) dengan diameter disesuaikan (minimal

16 mm), ditanam pada kedalaman 60 cm dengan panjang yang disesuaikan — semakin panjang semakin baik.

Bentuk ini biasanya dipasang pada struktur tanah yang mempunyai nilai Rho yang rendah di permukaan, serta daerah yang tidak pernah mengalami kekeringan air.

Perhitungan tahanan kutub pentanahan mendatar :

R = C x (2 x Rho)/ L

dimana

R     =   tahanan kutub pentanahan

C     =   faktor  pengali  yang  besarnya  antara  0,5  sampai  1,4,  tergantung pada kedalaman dan panjang Kutub Pentanahan

Rho =   tahanan jenis tanah

L     =   panjang kutub pentanahan mendatar.

Biasanya  model  ini memerlukan  ukuran  kutub yang panjang.  Bila lahan terbatas  bisa diatasi  dengan membuatnya dalam bentuk kawat silang (bentuk star atau radial) dengan total panjang yang cukup.

Dengan pengetahuan  tentang cara-cara  membuat sistim pentanahan,  mengukur  tahanan jenis tanah dan menghitung tahanan kutub pentanahan yang diulas di depan, perencanaan pembuatan sistem pentanahan yang paling sesuai dengan sikon setempat bisa dilakukan. Berturut-turut bisa diawali dengan survey untuk menetukan  lokasi sedekat mungkin  dengan perangkat  yang hendak diamankan,  mengukur  tahanan jenis tanah, dan memilih jenis kutub pentanahan yang paling cocok di lokasi tersebut dengan semaksimal mungkin mengacu pada ratio terbaik antara kinerja, pertimbangan teknis serta biaya.

dapat dilakukan dengan berbagai cara, a.l.:

•  Menggunakan  alat ukur  khusus  pentanahan  yang  disebut  direct  reading  earth/grounding  tester,  yang sayangnya agak susah terjangkau/terbeli oleh kebanyakan rekans amatir, atau walaupun terbeli penggunaannya akan sangat jarang sehingga kurang menarik untuk dimiliki untuk pemakaian pribadi/perorangan.

•  Menggunakan metoda triangulasi, namun metoda ini punya keterbatasan, yaitu hanya dapat mengukur instalasi sistim pentanahan ukuran kecil, disamping dibutuhkan alat2 yang lebih banyak.

•  Menggunakan metoda Fall of potential

Metoda ini lebih mudah dan banyak digunakan, dengan menggunakan peralatan yang kurang lebih sama dengan peralatan untuk mengukur  Rho yang disebutkan di depan, yang terdiri dari:

▪ 2 (dua) buah kutub batang pertolongan (sebut saja batang P dan D),

▪ 1 buah Ampere meter,

▪ 1 buah Volt meter,

▪ 1 buah resistor 100 Ohm,

▪ sumber daya AC

Cara penyambungan:

Tancapkan  batang P sejauh 20 meter atau lebih dari kutub pentanahan  yang akan diukur, kemudian tancapkan batang D sejauh 20 meter atau lebih dari batang P. Kutub Pentanahan, batang P dan batang D harus terletak dalam satu garis lurus.

Pasang Volt meter antara kutub pentanahan dengan batang P. Sambungkan Ampere meter yang diseri dengan resistor 100 Ohm menuju sumber daya AC kemudian ke batang D.

Cara pengukuran:

Baca masing-masing  nilai pada Volt meter (misal V volt) dan Ampere  meter (misal I ampere),  maka besarnya tahanan kutub pentanahan adalah:

V R =   I

•  Waktu  pembuatan  Sistem  Pentanahan  perlu  mendapatkan  perhatian,  apakah  dimusim  kering  atau dimusim hujan. Sebaiknya pengukuran dilakukan pada musim kering, dimana kondisi tanah adalah yang paling buruk, sehingga bisa diketahui jenis maupun dImensi Kutub Pentanahan yang paling cocok dengan kondisi tanah setempat.

•  Bila  sistem  pentanahan  terpaksa  dibuat  dimusim  hujan,  maka  pada  hasil  pengukuran  Rho  harus ditambahkan faktor koreksi sepantasnya.

Di lokasi atau  daerah dengan Rho yang tinggi, maka solusinya adalah dengan melakukan pengkondisian tanah sehingga bisa didapatkan kondisi yang paling mendekati kondisi ideal. Lagi-lagi dituntut kejelian dalam melakukan pemilihan cara terbaik dan termurah untuk mendapatkan hasil optimal.

Teknik pengkondisian  tanah dimaksudkan  untuk memperoleh  nilai Rho yang lebih rendah dari semula, sehingga akan menurunkan nilai R (Tahanan Kutub Pentanahan)

Dalam memilih teknik/cara pengkondisian tanah, ada beberapa hal yang harus dipertimbangkan agar tidak menjadikan hambatan pada saat pembangunan maupun pemeliharaannya, diantaranya kemudahan mendapatkan  bahan, kemudahan  pemasangan,  kemudahan pemeliharaan,  nilai tahanan efektif yang bisa didapatkan dan kemungkinan bahaya karat terhadap bahan kutub pentanahan itu sendiri.

Beberapa  teknik/cara  pengkondisian  tanah  adalah  dengan  menggunakan  bentonite,  arang  kayu,  tepung logam, garam, semen konduktif

•  Menggunakan bentonite

Bahan: bentonite jenis bleaching earth, air dan garam CaCL2.

Adonan:  setiap 1 kg bentonite dicampur dengan 111 gram garam CaCL2 dan air sebanyak 2 liter.

Banyaknya  adonan  sesuai  dengan  lubang  yang  dibuat,  asal  sesuai  dengan  perbandingan tersebut diatas.

Pemasangan: buat lubang sesuai dengan ukuran yang diperlukan, tanam/masukkan  kutub pentanahan apapun  bentuknya,  tuangkan  adonan  bentonite  sampai  menutup  seluruh  kutub  pentanahan, urug kembali dengan tanah urug.

•  Menggunakan arang kayu

Bahan: arang kayu, garam dapur dan air

Adonan: tidak kritis, semuanya secukupnya

Pemasangan: buat lubang sesuai dengan ukuran yang diperlukan, tanam/masukkan  kutub pentanahan apapun bentuknya, tuangkan adonan arang kayu sampai menutup seluruh kutub pentanahan, urug kembali dengan tanah urug.

•  Menggunakan tepung logam

Bahan: Tepung logam

Pemasangan: buat lubang sesuai dengan ukuran yang diperlukan, tanam/masukkan  kutub pentanahan apapun bentuknya, tuangkan adonan tepung logam sampai menutup seluruh kutub pentanahan, urug kembali dengan tanah urug.

•  Menggunakan garam

Bahan: garam NaCL atau CaCL2 atau CuSO4

Adonan: campur sejumlah garam dengan air

Pemasangan: Buat parit disekeliling kutub pentanahan, tuangkan cairan air garam dan tutup kembali.

•  Menggunakan semen konduktif (biasanya digunakan dengan kutub mendatar) : Bahan: semen konduktif, bikin adukan secukupnya

Pemasangan:  Gali  parit  dengan  kedalaman  sesuai  kebutuhan,  tanam  kutub  tanah  mendatar  dalam

adukan semen konduktif, tutup kembali dengan tanah urug

Untuk mendapatkan daya dan hasil guna maksimal dari sebuah Sistim Pentanahan, seiring dengan perjalaan waktu diperlukan upaya pemeliharaan yang baik, yang a.l. dapat dilakukan dengan:

•  Melakukan  pengukuran  tahanan kutub pentanahan  secara berkala. Disarankan  setahun dua kali pada saat musim berbeda, atau setidaknya lakukan satu kali setahun di musim kemarau/kering.

•  Melakukan pengechekan seluruh sambungan metal (titik terminasi) yang ada,  mulai dari antara Kutub Pentanahan  dengan metal penghubung  (konduktor),  konduktor dengan terminal serta terminal dengan kabel ke perangkat. Meskipun tahanan kutub tanah bagus, namun bila kabel penghubung dan koneksinya jelek akan menghasilkan nilai pentanahan yang jelek di perangkat.

•  Melakukan pengkondisian ulang/tambahan bila diperlukan.

Semoga rekans bisa mengambil manfaat dari tulisan ini, sebagai rujukan dalam merencanakan,  membuat dan memelihara Sistim Pentanahan dalam upaya meningkatkan keamanan (safety) di QTH — khususnya di hamshack masing-masing [73, de Harno, YB1HN]