[ Selingan ] : GROUNDING BASIC

1. Apa Tujuan Pemasangan Grounding ( Pentanahan ) ?

• Keselamatan Manusia / Personel dari petir dan kerusakan jaringan tenaga listrik.
• Proteksi Struktur dan Infrastruktur dari petir dan kerusakan jaringan tenaga listrik.
• Disipasi / pembuangan Muatan Elektrostatis
• Penyediaan Referensi Tegangan Nol ( Zero Reference Voltage )
• Proteksi pada perangkat elektronik
• Membatasi atau memperlemah ‘noise’ dan ‘interferensi’

2. Berapakah resistansi ground yang dianggap bagus ?

• Target dari sistem grounding adalah untuk mencapai nilai resistansi / impedansi ground yang serendah mungkin, yang optimal secara ekonomis dan secara fisis bisa direalisasikan.
• Idealnya resitansi / impedansi ground harus NOL.
• Tidak ada satupun bakuan resistansi ground yang diterima oleh semua pihak. Namun contohnya, NFPA1 dan IEEE2 merekomendasikan resistansi ground maksimal sebesar 5.0 ohm untuk sistem ground yang boleh digunakan.
• Contoh lain, NEC3 menetapkan agar memastikan impendansi sistem ke ground harus kurang dari 25 ohm ( artikel NEC 250.56 ), dan pada fasilitas dengan perangkat yang sensistif impedansi tersebut harus lebih kecil dari 5.0 ohm.
• Industri telekomunikasi sering menetapkan angka 5.0 ohm untuk resitansi / impedansi maksimum sebagai angka-aman untuk sistem grounding dan bonding.

3. Faktor apa saja yang menentukan nilai resistansi pentanahan ?

Paling tidak ada 4 parameter yang menentukan besar-kecilnya resistansi pentanahan, yaitu :

• Panjang atau kedalaman elektrode ground.⁽⁴⁾
• Diameter elektrode ground
• Jumlah elektrode ground yang digunakan
• Rancangan / topologi dari sistem ground yang digunakan.

Selain itu faktor lain yang mempengaruhi resistansi pentanahan adalah :

• Kandungan air dalam tanah
• Jenis dan Kualitas elektrolit yang terkandung dalam tanah
• Adanya konduktor yang berdekatan dengan elektrode
• Temperatur tanah

A. Panjang dan kedalaman elektrode :

• Cara yang paling efektip untuk memperkecil resistansi ground adalah dengan cara menanam elektrode sedalam-dalamnya.
• Resistansi tanah tidak terlau konsisten dan sering sangat tidak dapat diprediksi dengan tepat. Di daerah yang dingin perlu diperhatikan kedalaman garis-beku dari permukaan tanah. Di atas garis -beku resistansi tanah sangat tidak konsisten.
• Secara umum, memperpanjang elektrode akan memperkecil resistansi ( acuan kasar, memperpanjang 2 kali akan memperkecil resistansi hingga sekitar 40% - 60%.)
• Sangat sering dijumpai kasus di mana tidak memungkinkan memperdalam penanaman elektrode ground seperti misalnya pada daerah yang berbatu-karang, granite, kapur dsb.
• Pada kasus semacam ini harus digunakan cara dengan membentuk artificial-ground (ground tiruan), misalnya dengan menggunakan garam-mineral ⁽⁵⁾ ( chemical enhancement ) dan / atau semen khusus yang disebut GEM ( Ground Enhancement Material )  ⁽⁶⁾ .

B. Diameter elektrode :

• Memperbesar diameter elektrode akan memperkecil resistansi ground. Akan tetapi dari beberapa pengujian ternyata cara ini tidak banyak membantu memperkecil resistansi ground. Sebagai contoh, melipat-duakan diameter elektrode ternyata hanya akan menurunkan resistansi sekitar 10%.

C. Jumlah Elektrode :

Elektrode yang dipancangkan di tanah akan membentuk ruang-konduktif yang dikenal sebagai sphere-of-influence seperti diperlihatkan pada ilustrasi berikut ini :

Dengan memperbanyak elektrode ground pada suatu jaringan grounding akan memperkecil resistansi ground. Penurunan resistansi dari elektrode tunggal adalah sbb. :

• 2 elektrode akan berkurang sekitar 40%
• 3 elektrode akan berkurang sekitar 60%
• 4 elektrode akan berkurang sekitar 66%

Lihat ilustrasi berikut :

Agar efektip jarak / spasi antar elektrode paling tidak harus sebesar kedalaman elektrode yang tertanam dalam tanah. Tanpa spasi yang tepat maka sphere-of-influence ( lihat ilustrasi ) dari masing-masing elektrode akan saling berpotongan / interseksi sehingga penurunan resistansi ground tidak akan optimal / signifikan.

Mengingat karakter konduktifitas tanah yang berbeda-beda, maka untuk mendapatkan jarak antar-elektrode yang optimal perlu dilakukan beberapa pengujian dengan berbagai spasi antar-elektroda.

Tabel berikut dapat digunakan sebagai ancer-ancer ( rule of thumb ) dalam penentuan jumlah elektrode grounding.

D. Rancangan dari sistem ground yang digunakan.

• Grounding sederhana terdiri dari elektrode tunggal. Rancangan ini yang paling banyak digunakan seperti pada sistem grounding rumah.
• Grounding yang lebih kompleks menggunakan sejumlah elektrode, yang saling terhubung baik dengan jaringan mesh atau grid, ground plate dan ground loops. Sistem semacam ini umumnya digunakan pada instalasi pembangkit tenaga listrik, gedung yang besar, tower antena dsb. Jumlah elektrode yang banyak akan sangat memperbaiki resistansi ground.

Apakah yang dimaksud dengan STEP POTENTIAL dan TOUCH POTENTIAL ? ⁽⁷⁾

STEP POTENTIAL adalah perbedaan potensial pada permukaan bidang datar yang tidak di-ground yang akan dialami seseorang apabila berpijak pada permukaan tersebut dengan kedua telapak kaki berjarak 1 meter ( lihat ilustrasi ).

Bila bidang / halaman di sekitar grounding buangan arus penangkal petir tidak dalam kondisi ekuipotensial , entah itu karena sistem grounding total yang tidak sempurna, sistem grounding yang rusak, atau intinya ground system impedance di halaman tersebut tinggi, maka pada saat terjadi discharging petir, tanah di sekitarnya akan mengalami potensial yang bergradasi, yang tergantung pada tinggi-rendahnya impedansi tanah.

Bahayanya, khususnya terhadap keselamatan manusia, dapat dilihat pada ilustrasi ini. Dancer sebelah kiri, kebetulan kedua telapak kakinya menginjak pada garis ekipotensial yang sama. Meski garis tersebut misalnya berpotensial 75kV, tetapi beda potensial antara kedua telapak kaki sebesar 0 volt. Ini mirip kenapa burung yang hinggap di kawat tegangan tinggi tidak pernah kesetrum.

Lain halnya dengan dancer sebelah kanan. Kedua kakinya berada di garis ekuipotensial yang berbeda, yaitu di 80 KV dan 75 KV. Akibatnya kedua telapak kakinya akan mengalami beda potensial sebesar 5 KV. Ini akan menyebabkan adanya arus listrik yang mengalir dari telapak kaki yang satu ke telapak kaki yang lain melintasi bagian bawah tubuh si dancer. Kalau dalam keadaan demikian maka si burung bisa jadi korban meski tidak hinggap di kabel sutet (saluran udara tegangan ekstra tinggi ).

Apabila impedansi ground di halaman tersebut sangat rendah, maka saat terjadi buangan arus petir, meski misalnya halaman tersebut mempunyai potensial 150KV, dancer sebelah kanan tidak akan celaka karena kedua kakinya menginjak potensial yang sama, sama-sama 150KV. Sehingga beda potensial-nya 0KV. Si burung-pun selamat seperti halnya teman-temannya yang bertengger di kabel sutet 500 KV.

---

TOUCH POTENTIAL adalah perbedaan potensial yang dialami seseorang pada saat orang tersebut berdiri pada ground-potential-reference (GPR) dan telapak tangan atau bagian lain dari tubuh bagian atas menyentuh permukaan struktur atau benda lain yang mempunyai potensial listrik ( lihat ilustrasi ).  

Touch Potential bisa menjadi sumber malapetaka fatal karena arus listrik yang mengalir akan melalui tubuh, sehingga akan mengganggu atau bahkan merusak organ tubuh seperti jantung, lever, syaraf tulang punggung dsb, yang menyebabkan touch potential lebih mematikan dibanding step potential yang cenderung hanya merusak organ bagian bawah.

Dalam hal petir, penyebabnya juga sama dengan bahaya step potential, yaitu impedansi sistem ground yang tinggi, sehingga menyebabkan bangunan (obyek sentuh lainnya) tidak ekuipotensial dengan tanah / bidang / halaman di sekitarnya.

Solusi : ground / earth impedance harus sangat rendah agar saat potensial bangunan naik, potensial bidang di sekitar harus ikut naik dan ekuipotensial. Andaikanpun gedung dan tanah sekitar naik ningga puluhan atau ratusan volt, tetapi kalau ekuipotensial maka delta V juga akan sangat rendah.


---

Kasus Un-Integrated Grounding

• Gedung memiliki sistem grounding yang bagus.
• Antena memiliki sistem grounding yang bagus.
• Kedua ground tersebut tidak diintegrasikan.
• Sambaran / induksi petir di antena tidak menghasilkan ekuipotensial antara gedung dan antena.
• Akibatnya gedung beserta peralatan di dalamnya akan mengalami potensial lifting terhadap sistem groundnya sendiri.
• Akibatnya : Probabilitas kerusakan peralatan yang ada di gedung sangat besar.

Solusi : KEDUA GROUNDING SYSTEM HARUS DI-INTEGRASI !

---

Footnotes :

1. NFPA - US National Fire Protection Association

2. IEEE - Institute of Electrical & Electronic Engineers standard

3. NEC - US National Electrical Code

4. NEC 250-83-3,1987 menetapkan elektrode ground yang kontak dengan tanah minimum 250 cm.

5. Misal : garam-dapur (NaCl) + Arang, garam Epsom, Coke-Breeze / Bentonite dsb.

6. Misal : GEM buatan ERICO atau BISCI

7. Standar Keselamatan ANSI / IEEE 80-2000

// end of article

---