MEMBUAT SISTIM GROUNDING (PENTANAHAN) SEDERHANA Fungsi grounding ddidalam sistim kelistrikan Grounding memiliki 3 fungsi utama, yaitu: 1. Sebagai perlindungan terhadap over voltage atau tegangan lebih, yang mungkin disebabkan oleh tegangan kejut yang di hasilkan oleh sambaran petir lightning surge.yang dapat menyebabkan kerusakan peralatan listrik. 2. Penyetabil tegangan listrik Voltage stabilization, karena sumber tegangan dari sistim distribusi normalnya disalurkan oleh multi transformer, dengan demikian setaip transformer memerlukan tegangan referensi, yaitu tegangan phase ke ground. 3. Sebagai perlindungan terhadap arus lebih, yang dapat membahayakan komponen2 listrik. Namun demikian, alasan utama kenapa sistim kelistrikan harus di lengkapi dengan grounding adalah untuk keamanan, baik untuk peralatan maupun untuk manusia yang dihasilkan baik oleh voltage surge dan short circuit akan dapat menghasilkan arus gangguan yang cukup besar untuk dapat menggerakkan sistim pengaman untuk bekerja, seperti, sekering, circuit breaker, atau jenis pengaman yang lain. Grounding Electrode (elektroda pentanahan) Ada beberapa cara untuk membuat grounding, yang terpenting dalam hal ini adalah mendapatkan tahanan pentanahan grounding resistance kecil, max. 10Ω. Berikut adalah cara2 pemasangan eletroda pentanahan grounding electrode pada berbagai posisi: 1. Pemasangan grounding electrode rod secara vertical: Panjang elektroda minimum 2.5 M Diameter pipa elektroda +/-17 mm Luas penampang kabel grounding minimum 16 mm2 Siswanto Page 1
2. Pemasangan grounding electrode rod secara miring Panjang elektroda minimum 2.5 m Diameter pipa elektroda +/-17 mm Luas penampang kabel grounding minimum 16 mm2 3. Pemasangan grounding electrode rod secara horizantal Panjang elektroda minimum 2.5M Diameter pipa elektroda +/-17 mm Luas penampang kabel grounding minimum 16 mm2 Kabel grounding, BCC 16 mm2 Siswanto Page 2
Mengapa begitu penting kedalaman penanaman grounding electrode? Bila terjadi gangguan listrik akibat voltage surge, tegangan listrik akan terdistribusi kedalam tanah, tegangan tertinggi akan berada di permukaan tanah dan akan semakin mengecil sesuai dengan kedalaman permukaan tanah. Berikut adalah ilustrasi penyebaran voltage surge pada lapisan tanah. Tahanan Pentanahan (grounding resistance) Grounding resistance sangat dipengaruhi oleh jenis tanah dimana grounding electrode tersebut ditanam, Berikut adalah table tahanan jenis dari berbagai jenis tanah Tanah humus Tanah lempung Tanah Pasir Tanah kerikil +/- 50 ΩM +/- 50 ΩM +/- 100 ΩM +/- 160 ΩM Siswanto Page 3
Namun demikian target tahanan grounding ketika memasang grounding electrode adalah max: 10 Ω, normalnya selalu diusahakan pada range 4Ω. Jika untuk mendapatkan nilai tahanan pentanahan ( grounding resistance ) yang dikehendaki sangat sulit karena jenis tanahnya sangat jelek, maka bisa dilakukan dengan memakai grounding parallel. Grounding parallel digunakan untuk memperbaiki contact resistance terhadap tanah. dengan menggunakan grounding parallel, grounding resistance menjadi sangat kecil, tergantung dari jumlah grounding parallel yang di gunakan. Jarak antara graounding parallel hendaknya tidak kurang dari 1.5 x panjang elektroda yang digunakan, dengan panjang minimum elektroda 2.5M. Berikut adalah correction factor k untuk penggunaan grounding parallel. Jumlah elektroda parallel Faktor k 2 0.6 3 0.4 5 0.25 10 0.13 Misal, hasil pengukuran grounding resistance dengan menggunakan sinle rod adalah 12Ω, untuk mendapatkan grounding resistance 4Ω, maka paling tidak harus menggunakan grounding parallel sebanyak: 12Ω / 4Ω = 3 grounding parallel. Siswanto Page 4
Untuk mendapatkan grounding resistance yang lebih baik usahakan ketika menanam grounding electrode di tempat (tanah) yang lembab, Karena tanah yang lembab dapat menyebabkan pipa elektroda dan kabel grounding menjadi berkarat, oleh karena itu, usahakan kabel grounding tidak langsung ditanam / bersentuhan dengan tanah tetapi menggunakan pipa pembungkus yang di galvanized, dan antara pipa dengan kabel grounding harus memiliki contact yang sangat baik, untuk itu harus di baut dengan keras. Loose contact antar keduanya menyebabkan kenaikan tahanan pentanahan ( grounding resistance ). Tahanan jenis tanah vs kelembaban LIGHTNING STRIKE Petir (lightning) adalah suatu phenomena alam yang disebabkan oleh proses pelepasan muatan ion positive dan negative di atsmosper. Jika kandungan pelepasan muatan ion positive negative tersebut cukup besar, dapat menyebakan tahanan isolasi udara menjadi tembus sehingga dapat menimbulkan loncatan / percikan yang sangat besar, loncatan / percikan tersebut dapat timbul hanya terjadi antara awan positive negative disebut sebagai intra-cloud stroke dan jika muatan pelepasannya sangat besar, loncatan ion dapat menembus awan menuju bumi yang disebut cloud ground stroke. Loncatan muatan dapat menghasilkan ratusan ribu ampere dan menimbulkan panas di udara dengan suhu yang di laluinya bisa sampai 54.000 0F (30.000 0 C). dan menghasilkan kilatan cahaya (lightning) dan gelombang yang sangat besar (thunder). Hampir 80% sambaran petir (lightning stroke) terjadi didalam awan itu sendiri (intra cloud), dan sisanya adalah sambaran ke ground (cloud-ground stroke), Siswanto Page 5
Sambaran petir ke bumi (cloud-ground) adalah merupakan pelepasan muatan listrik negative dengan tegangan puluhan juta volt bahkan lebih, arus puncak yang dihasilkan pada saat terjadi sambaran ke bumi sangat bervaisi mulai dari ribuan ampere sampai 200.000 ampere atau lebih, walau waktunya berlangsung sangat singkat hanya beberapa micro second. Pelepasan muatan listrik yang timbul pada saat terjadi sambaran petir ke ground sangat besar sehingga dapat menyebabkan kerusakan peralatan yang terhubung dengan kabel, banguanan, bahkan pipa bawah tanah dan instalasi listrik bawah tanah sekalipun, dengan jangkauan lebih dari 1.6 km dari titik terjadinya sambaran petir Basic Grounding Ref NEC (National Electrical Code) Art 810 NEC mensyaratkan, semua sistim pengkabelan (wiring) didalam gedung harus di groundkan kedalam satu titik ground, untuk kabel coaxial, hanya bagian shielding nya yang di groundkan.(nec Art 810) Semua sistim harus dihubungkan ke satu sistim grounding sebagai titik sentral grounding untuk menyalurkan arus listrik dari sambaran petir, NEC tidak merekomendasikan sistim grounding yang terpisah pisah (unbonded grounding). NEC mensyaratkan, untuk semua pipa metal (metal piping), metal structure building, harus di groundkan kedalam satu titik grounding. Tujuan dari sistim grounding satu titik adalah untuk mencegah timbulnya beda potential yang akan terjadi antar structure saat terjadi sambaran petir, karena beda potential akan menghasil aliran arus yang dapat menimbulkan loncatan arus listrik, Siswanto Page 6
Perlindungan Petir Std NEC (National Electrical Code) Cara menghitung radius perlindungan terhadap sambaran petir dengan menggunakan air terminal rod / lightning rod (batang penangkal petir). Berikut adalah step by step membuat plot area proteksi terhadap bahaya sambaran petir. Ref: IEEE Std 1048-2003, FGH (German) recommendation dengan Rolling Sphere Method Misal, kita akan membuat perlindungan terhadap bahaya sambaran petir untuk sebuah rumah tinggal 2 lantai, dengan ukuran seperti pada gambar, yaitu: Tinggi atap dari tanah = 12.62M Tinggi Air terminal ( penangkal petir? ) = 1.3M jumlah 2 buah Jarak antar air termination = 2M Panjang bangunan dari tembok paling belakang sampai pagar = 12.5M Siswanto Page 7
Step 1, Ukur tinggi total air termination / lightning rod ke tanah. Missal : 13.92 M Dari air termination / lightning rod, tarik garis horizontal sejauh 5 x tinggi total air termination / lightning rod = 5 x 13.92 M = 31.13 M Dari ujung garis tsb, tarik garis vertical (M1) setinggi : 3H = 3 x 13.92M = 41.76M, lalu dar ujung M1 buat lingkaran dengan R (Jari-jari) = M1 atau 3H, maka lingkaran akan menyentuh pada ujung air termination / lightning rod dan ujung 5H. Lihat ilustrasi dibawah: Siswanto Page 8
Step 2: Hilangkan garis lingkaran yang diluar potongan dengan air termination / lightning rod dan 5H, maka membentuk busur yang merupakan area proteksi dari Air termination 1. Lihat ilustrasi dibawah. Area yang dilindungi dari oleh air termination / lightning rod dari bahaya petir adalah area dibawah busur, Sudut antara busur dengan air termination adalah 42 0 Siswanto Page 9
Step 3: Buat / plot lingkaran seperti pada langkah 1&2, untuk air termination ke 2, lihat ilustrasi. Step 4: Buat / plot linkaran seperti pada langkah 1,2&4 untuk air termination / lightning rod ke 1&2, dari sisi yang berlawanan, maka di peroleh gambaran / plot area yang terlindungi, lihat ilustrasi.dibawah Bagian ini ada yang terbuka tidak terlindungi Dalam kasus ini dengan tinggi bangunan 12.62 M + 1.3M tinggi air termination,/ lightning rod, ada bagian2 yang terbuka (tidak ter lindungi) thd bahaya sambaran petir. Siswanto Page 10
Sebagai solusinya adalah dengan meninggikan air termination / lightning rod atau menambah pada setiap pojok dari sisa atau area yng tidak terlindungi tersebut. Jika akan di tambahkan air termination pada area yang masih terbuka, sebaiknya masing2 air termination / lightning rod, dihubungkan menjadi satu titik dengan menggunakan wire grounding, lihat ilustrasi dibawah, jika menggunakan air termination dengan jumlah lebih dari 1 dengan jarak yang cukup jauh. Referensi: 1. NFPA 70 National Electrical Code 2008 Edition. An International Codes and Standards Organization.NFPA, 1 Batterymarch Park, Quincy, MA 02169-7471. 2. National Electrical Safety Code, C2-2007. Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. 3. IEEE Guide for Protective Grounding of Power Lines, IEEE Std 1048-2003. IEEE Power Engineering Society. 4. Understanding Lightning and Lightning Protection, A Multimedia Teaching Guide, RSP Series in Electrostatics and application. 5. Lightning Protection Principles and Applications part I, Gerard Berger, Laboratory of Physics of Gases and Plasmas UMR 8578 SUPELEC, Plateau de Moulon, 91190 Gif sur Yvette, France 6. FGH German recommendation 7. Electrical Engineers Design Manual (Electrical engineering), Siemens Siswanto Page 11