Elektroda Batang

Elektroda Batang Untuk Menurunkan

Nilai Tahanan Grounding Tower

Tower adalah merupakan salah satu bagian dari komponen sistem telekomunikasi yang sangat penting mempunyai kemungkinan sangat besar mengalami bahaya yang disebabkan oleh timbulnya gangguan petir sehingga arus yang mengalir ke tanah menyebabkan induksi yang membahayakan peralatan telekomunikasi. Misalnya akibat isolasi peralatan yang tidak berfungsi dengan baik. Arus gangguan tersebut akan mengalir pada bagian bagian peralatan yang terbuat dari metal dan juga mengalir dalam tanah di sekitar Tower. Arus gangguan ini menimbulkan gradien tegangan diantara peralatan dengan peralatan, peralatan dengan tanah dan juga gradien tegangan pada permukaan tanah itu sendiri. Besarnya gradien tegangan pada permukaan tanah tergantung pada tahanan jenis tanah atau sesuai dengan struktur tanah tersebut. Salah satu usaha untuk memperkecil tegangan permukaan tanah maka diperlukan suatu grounding yaitu dengan cara menambahkan elektroda grounding yang ditanam ke dalam tanah. Oleh karena lokasi Tower  yang tersebar di berbagai Site kemungkinannya mempunyai struktur tanah berlapis-lapis maka diperlukan perencanaan grounding yang sesuai, dengan tujuan untuk mendapatkan tahanan grounding yang kecil sehingga tegangan permukaan yang timbul tidak membahayakan baik dalam kondisi normal maupun saat terjadi gangguan ke tanah. Dalam paper ini analisa dilakukan dengan menggunakan elektroda batang (Rod) dengan berbagai jenis pemasangannya.

Grounding peralatan adalah penghubungan bagian bagian peralatan listrik yang pada keadaan normal tidak dialiri arus. Tujuannya adalah untuk membatasi tegangan antara bagian bagian peralatan yang tidak dialiri arus dan antara bagian bagian ini dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman untuk semua kondisi operasi baik kondisi normal maupun saat terjadi gangguan. Sistem grounding ini berguna untuk memperoleh potensial yang merata dalam suatu bagian struktur dan peralatan serta untuk memperoleh impedansi yang rendah sebagai jalan balik arus hubung singkat ke tanah. Bila arus hubung singkat ke tanah dipaksakan mengalir melalui tanah dengan tahanan yang tinggi akan menimbulkan perbedaan tegangan yang besar dan berbahaya.

Dalam analisis ini digunakan beberapa parameter yaitu kedalaman penanaman elektroda grounding, panjang elektroda batang, jumlah elektroda batang (rod), ketebalan lapisan tanah bagian pertama dan tahanan jenis tanah tiap lapisan dengan menggunakan beberapa asumsi yaitu:

• Lapisan-lapisan tanah sejajar terhadap permukaan tanah.

• Tahanan jenis tanah adalah konstan untuk setiap lapisan.

• Analisa hanya dilakukan untuk elektroda rod

• Panjang rod (L) untuk semua kemungkinan pemasangan adalah sama (3.5 meter)

Pada saat terjadi gangguan, arus gangguan yang dialirkan ke tanah akan menimbulkan perbedaan tegangan pada permukaan tanah yang disebabkan karena adanya tahanan tanah. Jika pada waktu gangguan itu terjadi seseorang berjalan di atas switch yard sambil memegang atau menyentuh suatu peralatan yang digroundingkan yang terkena gangguan, maka akan ada arus mengalir melalui tubuh orang tersebut. Arus listrik tersebut mengalir dari tangan ke kedua kaki dan terus ke tanah, bila orang tersebut menyentuh suatu peralatan atau dari kaki yang satu ke kaki yang lain, bila ia berjalan di switch yard tanpa menyentuh peralatan. Arus ini yang membahayakan orang dan biasanya disebut arus kejut. Berat ringannya bahaya yang dialami seseorang tergantung pada besarnya arus listrik yang melalui tubuh, lamanya arus tersebut mengalir dan frekuensinya.

1. Arus Melalui Tubuh Manusia

Kemampuan tubuh manusia terhadap besarnya arus yang mengalir di dalamnya terbatas dan lamanya arus yang masih dapat ditahan sampai yang belum membahayakan sukar ditetapkan. Berdasarkan hal ini maka batas – batas arus berdasarkan pengaruhnya terhadap tubuh manusia dijelaskan berikut ini .

Bila seseorang memegang penghantar yang diberi tegangan mulai dari harga nol dan dinaikkan sedikit demi sedikit, arus listrik yang melalui tubuh orang tersebut akan memberikan pengaruh. Mula mula akan merangsang syaraf sehingga akan terasa suatu getaran yang tidak berbahaya bila dengan arus bolak balik dan akan terasa sedikit panas pada telapak tangan bila dengan arus searah (arus persepsi) Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya tingkat arus persepsi dinaikkan lagi maka orang akan merasa sakit dan kalau terus dinaikkan maka otot-otot akan kaku sehingga orang tersebut tidak berdaya lagi untuk melepaskan konduktor tersebut.

Apabila arus yang melewati tubuh manusia lebih besar dari arus yang mempengaruhi otot dapat mengakibatkan orang menjadi pingsan bahkan sampai mati, hal ini disebabkan arus listrik tersebut mempengaruhi jantung sehingga jantung berhenti bekerja dan peredaran darah tidak jalan.

2. Tahanan Tubuh Manusia

Tahanan tubuh manusia berkisar di antara 500 Ohm sampai 100.000 Ohm tergantung dari tegangan, keadaan kulit pada tempat yang mengadakan hubungan (kontak) dan jalannya arus dalam tubuh. Kulit yang terdiri dari lapisan tanduk mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi terhadap tegangan yang tinggi kulit yang menyentuh konduktor langsung terbakar, sehingga tahanan dari kulit ini tidak berarti apa-apa. Tahanan tubuh manusia ini yang dapat membatasi arus. Berdasarkan hasil penyelidikan oleh para ahli maka sebagai pendekatan diambil harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000 Ohm.

3. Karakteristik Tanah

Karakteristik tanah merupakan salah satu faktor yang mutlak diketahui karena mempunyai kaitan erat dengan perencanaan dan sistem grounding yang akan digunakan. Sesuai dengan tujuan grounding bahwa arus gangguan harus secepatnya terdistribusi secara merata ke dalam tanah, maka penyelidikan tentang karakteristik tanah sehubungan dengan pengukuran tahanan dan tahanan jenis tanah merupakan faktor penting yang sangat mempengaruhi besarnya tahanan grounding. Pada kenyataannya tahanan jenis tanah harganya bermacam-macam, tergantung pada komposisi tanahnya dan faktor faktor lain.

Untuk memperoleh harga tahanan jenis tanah yang akurat diperlukan pengukuran secara langsung pada lokasi pembangunan Tower karena struktur tanah yang sesungguhnya tidak sesederhana yang diperkirakan. Pada suatu lokasi tertentu sering dijumpai beberapa jenis tanah yang mempunyai tahanan jenis yang berbeda-beda (non uniform). Pada pemasangan sistem grounding dalam suatu lokasi Tower, tidak jarang peralatan grounding tersebut ditanam pada dua atau lebih lapisan tanah yang berbeda yang berarti bahwa tahanan jenis tanah di tempat itu tidak sama.

Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi tahanan jenis tanah antara lain: Pengaruh temperatur, pengaruh gradien tegangan, pengaruh besarnya arus, pengaruh kandungan air dan pengaruh kandungan bahan kimia. Pada sistem pengetanahan yang tidak mungkin atau tidak perlu untuk ditanam lebih dalam sehingga mencapai air tanah yang konstan, variasi tahanan jenis tanah sangat besar. Kadangkala pada penanaman elektroda memungkinkan kelembaban dan temperatur bervariasi, untuk hal seperti ini harga tahanan jenis tanah harus diambil dari keadaan yang paling buruk, yaitu tanah kering dan dingin. Berdasarkan harga inilah dibuat suatu perencanaan pengetanahan.

Perbedaan tahanan jenis tanah akibat iklim biasanya terbatas sampai kedalaman beberapa meter dari permukaan tanah, selanjutnya pada bagian yang lebih dalam secara praktis akan konstan.

4. Konduktor Grounding

Konduktor yang digunakan untuk grounding harus memenuhi beberapa persyaratan antara lain:

• Memiliki daya hantar jenis (conductivity) yang cukup besar sehingga tidak akan memperbesar beda potensial lokal yang berbahaya.
• Memiliki kekerasan (kekuatan) secara mekanis pada tingkat yang tinggi terutama bila digunakan pada daerah yang tidak terlindung terhadap kerusakan fisik.
• Tahan terhadap peleburan dari keburukan sambungan listrik, walaupun konduktor tersebut akan terkena magnitude arus gangguan dalam waktu yang lama.
• Tahan terhadap korosi.

5. Penentuan panjang elektroda grounding

Kebutuhan akan konduktor grounding pada umumnya baru diperkirakan setelah diketahui tata letak peralatan yang akan diketanahkan serta sistem grounding yang akan digunakan. Sebagai dasar pertimbangan dalam penentuan panjang konduktor grounding umumnya digunakan tegangan sentuh, bukan tegangan langkah dan tegangan pindah. Hal ini disebabkan karena tegangan langkah yang timbul di dalam instalasi yang terpasang pada switch yard umumnya lebih kecil daripada tegangan sentuh tersebut.

Grounding peralatan Tower mula mula dilakukan dengan menanamkan batang konduktor tegak lurus permukaan tanah (rod). Penelitian selanjutnya dengan sistem penanaman elektroda secara horisontal dengan bentuk kisi-kisi (grid) dan gabungan sistem grid dengan rod.

6. Penentuan Jumlah Batang Pengetanahan

Pada saat arus gangguan mengalir antara batang pengetanahan dengan tanah, tanah akan menjadi panas akibat i^2 . Suhu tanah harus tetap di bawah 100 ⁰ C untuk menjaga jangan sampai terjadi penguapan air kandungan dalam tanah dan kenaikan tahanan jenis tanah.

7. Bentuk-Bentuk Elektroda Grounding

7.1 Grounding Rod (Elektroda Batang )

Di bawah ini diperlihatkan disribusi tegangan yang terjadi untuk satu batang elektroda dan dua batang elektroda yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah, dimana arus kesalahan mengalir dari elektroda tersebut ke tanah sekitarnya.

Gambar 1

dimana Ux : teagangan elektroda grounding atau tegangan antara elektroda dengan tanah

x : jarak dari elektroda

Gambar 2

Dengan demikian untuk jumlah elektroda yang lebih banyak yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah maka tahanan grounding semakin kecil dan distribusi tegangan akan lebih merata.

7.1.1 Satu batang elektroda yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah

Dari suatu konduktor terdapat hubungan antara tahanan dan kapasitansi sebesar :

R = / 2C   (11)
dimana :

R : tahanan (Ohm)
 : tahanan jenis tanah tiap lapisan (Ohm-m)
C : kapasitansi (statt Farad)

Kapasitansi ini termasuk kapasitansi dari bayangan konduktor yang ditanam ke dalam tanah. Pada gambar-3 satu batang elektroda berbentuk selinder dengan panjang L yang ditanam tegak lurus permukaan tanah berdiameter 2a, dengan bayangan di atas permukaan tanah. Untuk menghitung kapasitansi elektroda grounding dan bayangan, digunakan metode potensial rata rata menurut G.W.O Home. Dalam persoalan grounding, elektroda grounding merupakan bahan penghantar yang membawa muatan listrik yang terdistribusi (menyebar) disekeliling elektroda grounding. Dengan cara seperti ini potensial di setiap tempat pada permukaan elektroda akan sama. Bila pada elektroda tersebut diberikan suatu muatan yang merata, maka kapasitansi dapat dihitung dengan metode potensial rata rata.

7.1.2 Dua batang elektroda tegak lurus ke dalam tanah

Susunan dari dua batang elektroda berbentuk selinder dengan panjang L yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah dengan jarak antara ke dua elektroda tersebut sebesar S terlihat pada gambar di bawah. Nilai tahanan grounding dan tahanan jenis tanah yang relatif tinggi, maka untuk menguranginya dengan cara menanamkan batang-batang elektroda grounding dalam jumlah yang cukup banyak. Untuk dua batang elektroda grounding yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah oleh Dwight, JL. Marshall dengan memperhatikan efek bayangan biasanya adalah dengan menghitung tegangan pada salah satu batang elektroda yang disebabkan oleh distribusi muatan yang merata di batang elektroda itu sendiri dan pada batang elektroda yang lain termasuk bayangannya. Dengan menghitung tegangan rata-rata yang disebabkan oleh muatan batang elektroda itu sendiri dan menghitung tegangan rata-rata yang disebabkan oleh muatan batang elektroda yang lain. Tegangan total rata-rata diperoleh dengan menjumlahkan antara keduanya.

7.1.3 Beberapa batang elektroda (Multiple-Rod) yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah

Jika susunan batang – batang elektroda yang ditanam tegak lurus ke dalam tanah dalam jumlah yang lebih banyak, maka tahanan grounding akan semakin kecil dan distribusi tegangan pada permukaan tanah akan lebih merata. Penanaman elektroda yang tegak lurus ke dalam tanah dapat berbentuk bujur sangkar atau empat persegi panjang dengan jarak antara batang elektroda grounding adalah sama seperti pada dalam gambar berikut :

Kesimpulan

Dari analisa ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

• Bila struktur tanah dianggap homogen

• • Tahanan elektroda grounding untuk satu batang rod akan semakin kecil bila elektroda tersebut ditanam semakin jauh dari permukaan tanah
  • Untuk dua batang elektroda, bila jarak antara keduanya menjadi lebih besar dari panjang elektroda nilai tahanan grounding akan semakin kecil.
  • Bila jarak antara kedua elektroda menjadi semakin kecil dibandingkan dengan panjang elektroda diperoleh tahanannya semakin besar.

• Dengan menganggap struktur tanah tidak homogen untuk satu batang elektroda diperoleh tanahan grounding yang lebih kecil dibandingkan dengan tanah homogen

• Bilamana jumlah elektroda semakin banyak, tahanan groundingnya semakin kecil, baik pada tanah homogen maupun tidak homogen

Sumber Bacaan

• T.S Hutauruk [1991], “Pengetanahan Netral Sistem tenaga & Pengetanahan Peralatan” , Benerbit Erlangga Jakarta.
• Tadjuddin, Elektroda Batang  Mereduksi Nilai Tahanan Grounding,