Disain Grounding pada bangunan gedung

Print
Category: Listrik & Elektronika
Last Updated on Monday, 09 February 2015 Published Date Written by agus salim, MT

Disain Grounding pada bangunan gedung

Agus Salim, MT (Widyaiswara P4TK Malang)

agussali@yahoo.com

 

Abstrak

Kualitas jaringan  instalasi listrik yang telah dibangun pada sebuah rumah, gedung atau bangunan akan sangat tergantung dari frekuensi  gangguan yang akan mengganggu stabilitas, kontinuitas serta keamanan konsumennya.  Gangguan instalasi listrik cenderung dipengaruhi oleh jaringan instalasi yang mencakup jaringan kabel atau hantaran pembumian yanng kemudian dikenal dengan sebutan Grounding. Sebuah jaringan listrik tanpa grounding akan mengganggu sekuritas secara sistemik, sehingga grounding ini suadah menjadi standar instalasi sesuai dengan ketentuan Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000. Kualitas grounding tergantung dari hasil performansi resistansi pembumian, semakin rendah nilai resistansi pentanahan semakin baik kualitas grounding yang dipasang.

 Keyword: Disain Grounding, Resistansi dan kualitas instalasi.

 Pengantar Singkat

Dasar-dasar dari Grounding pada sistem jaringan daya listrik pada sebuah bangunan pada industri mempunyai standar jenis, sistem serta pertimbangandalam mendisain groundingnya.Tujuan utama dari sistem grounding seluruh fasilitas bangunan adalah SAFETY.Sedangkan perlindungan sekunder secara efektif adalah petir, pereduksi kopling elektromagnetik (EMC), dan perlindungan terhadap pulsa elektromagnetik (EMP).

Grounding diimplementasikan untuk memastikan kliring kesalahan secara cepat dan untuk mencegah bahayategangan yang pada gilirannya akanmengurangi risiko kebakaran dan cedera bagi personil. Fungsi utama grounding untuk layanan referensi sistem AC dan menyediakan sarana untuk memastikan kliring kesalahan.

 

 

Gambar 1: Rangkaian instalasi mesin bor

 

Pengenalan grounding

Sebuah kriteria yang sering dikutip adalah pembentukan resistansi satu (1) ohm ke bumi.Sejumlah produsen peralatan secara umum memiliki nilai resistansi ini dalam pemasangan instalasinya. NEC hanya membutuhkan dua puluh lima (25) ohm untuk membuat elektroda grounding, sedangkan Standard ANSI / IEEE no 141 (Buku Merah) dan ANSI / IEEE 142 (Buku Hijau) menentukan Standard resistansi tanah mulai dari satu (1) sampai lima (5 ) ohm. Perubahan eksternal dalam sistem grounding (lingkungan) dapat mempengaruhi fungsi utama dari sistem kelistrikan secara keseluruhan.

Frekuensi masalah dalam sistem grounding sangat komplek.Kebocoran arus peralatan tidak dapat mengalir kembali ke bumi; frekuensi tinggi kebocoran arus kembali ke peralatan yang mereka hasilkan, sementara kebocoran arus frekuensi daya kembali ke sumber berasal.Impedansi dari sistem tersebut dilihat dari perspektif frekuensi daya dan harmonisa secara langsung (yaitu, 50Hz dan harmonik yang terkait).Berlaku secara umum dalam prakteknya kabel listrik dalam sistem praktik pentanahankabel yang baik yaitu tidak ada tikungan tajam.Sistem Grounding dimaksudkan tidak bertahan untuk selamanya.Sistem grounding yang baik perlu perhatian yang besar karena akan menimbulkan cepat korosi.

Sistem grounding

Pada dasarnya ada enam sistem grounding yang digunakan.Enam sistem adalah alasan peralatan, alasan statis, sistem dasar, alasan pemeliharaan, alasan elektronik dan alasan petir. Alasan peralatan: Sebuah peralatan pentanahan adalah koneksi fisik ke bumi yang mengalirkan  arus melalui  bagian logam. Jenis pentanahan dilakukan agar semua bagian logam dari peralatan yang dapat bersentuhan dengan personselalu pada atau mendekati tegangan nol (0) volt hubungan dengan tanah.Semua bagian logam harus saling berhubungan antar konduktor sedemikian rupa untuk memastikan jalur impedansi terendah sehingga arus gangguan tanah semakin cepat berlalu.Bagian khusus yang harus mendapat perhatian adalah:  frame motorlistrik, kotak outlet (stop kontak), panel pemutus listrik, saluran pipa logam, struktur beton, kabel tray dan beberapa bagian logam lainnya. Adapun tipe grounding dapat dibedakan menjadi beberapa macam berikut dibawah ini:

p  Electrical safety grounds

p  Lightning grounds

p  RF shielding and grounding

p  Electro-static grounds

 

 

Gambar 2: Sistem sambungan grounding didalam dan diluar ruang.

 

Gambar 3: Terminal sambungan dalam ruang 

 

Grounding statis  adalah sebuah pentanahan  statis yaitu koneksi yang dibuat antara peralatan dan bumi. Sistem grounding jenis ini digunakan dalam penanganan material yang kering, pompa cairan yang mudah terbakar dan peralatan transpotasi, pipa plastik, dan fasilitas penyimpanan bahan peledak.

 

 

4: Semua badan logam harus disambung dengan hantaran ground.

 

 Pada kondisi ini bilamana elektriker saat bekerja menggunakan jam tangan dengan pengikat dari logam, maka ada kemungkinan terjadi tembusan arus elektrostatik  dari badan logam via udara ke arah jam tangan.Kejadian ini harus hindari bilamana kita berada  area elektrostatiknya sangat kuat. Tindakan paling sederhana, bila kita mengenakan perhiasan dari logam yang sangat mudah terpengaruh medan tersebut lebih baik dilepas terlebih dahulu.

Sistem Grounding Standar Industri

Sistem grounding standar industri dapat diperiksa sesuai dengan karakter lingkungan  baik tanpa dan dengan grounding dengan nilai resistansi tertentu seperti tabel 1 berikut: 

Tabel 1: Karakteristik grounding

Karakteristik

Tanpa Grounding

Grounding Batangan

Grounding resistansi rendah

Grounding resistansi tinggi

Rentan terhadap transien tegangan lebih

Terburuk

Baik

Baik

Terbaik

Dalam kondisi gangguan (fase dengan Tanah) terjadi peningkatan stres tegangan.

Miskin

Terbaik

Baik

Miskin

Kerusakan Patahan

Arc

Terburuk

Miskin

Baik

Terbaik

Keamanan personil

Terburuk

Miskin

Baik

Terbaik

Keandalan

Terburuk

Baik

Lebih baik

Baik

Ekonomi (biaya pemeliharaan)

Terburuk

Miskin

Miskin

Baik

Kontinuitas operasi Plant  dengan  satu kesalahanline-ke-tanah.

 

Wajar

Miskin

Miskin

Terbaik

Kemudahan menemukan kesalahan grounding (waktu)

Terburuk

Baik

Lebih baik

Terbaik

koordinasi sistem

Mustakhil

Baik

Lebih baik

Terbaik

Upgrade pada sistem grounding

Terburuk

Baik

Lebih baik

Terbaik

Dua macam  tegangan pada sistem yang sama

Mustakhil

Memungkinkan

Mustakhil

Mustakhil

Pengurangan jumlah gangguan

Terburuk

Lebih baik

Baik

Terbaik

Saat kesalahan awal Ke sistem ground

Terbaik

Terburuk

Baik

Lebih baik

Potensi flashover ke tanah

Kurang

Terburuk

Baik

Terbaik

Tipe sistem grounding

Sistem tanpa grounding (ungrounded) adalah salah satu yang tidak memiliki sambungan  antara hantaran netral atau hantaran fase dengan tanah. Harap dicatat bahwa sistem ungrounded didasarkan melalui konsep kopling kapasitif. Potensial  netral dari sistem ungrounded akan seimbang muatannya jikasemakin mendekati potensial pada tanah  yang diakibatkan karena kapasitansi antara masing-masing konduktor fase dan tanahnya.

Sistem grounding tipe solid:

Sistem solid atau batang grounding  adalah salah satu yang memiliki sambungan hantaran netral ke tanah secara disengaja untuk menghindari adanya  impedansi. Berbeda dengan sistem ungrounded, sistem solid akan memudahkan  arus mengalir dalam rangkaian jaringan instalasi, tetapi tidak akan menyebabkan peningkatan tegangan pada kondisi normal.

 

 

Gambar 5:  Pengukuran resistansi dan terminal ukur grounding

 

Dengan biaya yang relative terjangkau dapat dilakukan pemasangannya tetapi dampaknya akan menjaga keamanan bilamana jaringan mengalami gangguan akibat adanya arus listrik yang bocor atau gangguan petir serta gangguan lainnya. Umumnya  dalam sistem distribusi tegangan rendah, seperti pada saluran udara biasanya feed untuk transformator utama dilengkapi perlindungan sekering sisi masukan atau pengaman awalnya. Tidak semua pilihan skema grounding adalah sama antara fasilitas industri dengan jaringan  komersial karena arus kesalahan yang akan timbul dengan besar yang berbeda.

Sistem grounding dengan resistansi rendah:

n  Sistem grounding dengan resistansi rendah adalah salah satu sambungan hantaran  terhubung netral dengan hanataran  tanah melalui resistensi nilai rendah untuk membatasi arus gangguan. Pengukuran grounding dipilih untuk mendeteksi dan menghapus adanya kesalahan jaringannya.

n  Resistansi dapat membatasi arus tanah ke tingkat yang diinginkan berdasarkan kebutuhan koordinasi atau keterbatasan relay.

n  Sebagai batas tegangan lebih transien selama terjadi kesalahan.

n  Resistansi grounding rendah tidak dianjurkan untuk sistem tegangan rendah karena terbatasnya arus gangguan tanah. Hal ini akan mengurangi kemampuan arus gangguan untuk beroperasinya sekering atau pengaman yang ada.

n  Arus gangguan biasanya dalam kisaran 100-600 Amp.

 Sistem grounding dengan resistansi tinggi:

Sistem grounding dengan resistansi tinggi adalah apabila salah satu hantaran memiliki sambungan netral ke tanah melalui impedansi resistif yang resistensinya memungkinkan untuk mengalirkan arus gangguan tanah melalui resistor arus pengisian sistem kapasitif. Resistor dapat membatasi arus tanah ke tingkat yang diinginkan berdasarkan kebutuhan koordinasi atau keterbatasan relay. Pembatasan tegangan lebih transien selama terjadi kesalahan grounding.

Secara fisik bank resistor sangat besar. Sehingga sangat rendah nilai arus gangguan tanah, biasanya di bawah 10 Amps. Pembatasan dengan metode relay khusus digunakan untuk mendeteksi dan menghapus kesalahan grounding. Resistensi grounding yang tinggi biasanya diterapkan pada situasi dimana sangat urgen untuk mencegah terjadinya pemadaman yang  tidak terencana. Tren terbaru telah memanfaatkan metode grounding resistensi yang tinggi pada sistem tegangan 600 volt kebawah.

Pertimbangan kondisi  lingkungan

Beberapa pertimbangan dalam desain awal dari sistem grounding harus menjadi perhatian mengingat kontinuitas grounding sangat dijaga dan dipertahankan nilai resistansinya yang sewaktu-waktu dapat berubah akibat dari pengaruh lingkungan sekitar yang secara kimiawi, mekanis dan elektrik. Area yang tersedia untuk instalasi sistem grounding  dibutuhkan  sumur atau galian untuk memasang arde ketanah.

 

 

Gambar 6: Batang arde

 

Tabel garis air dan perubahan musim.

Kondisi tanah dan resistivitasnya sangat dipengaruhi oleh beberapa factor seperti yang tercantum pada  grafik hasil pengukuran pada lokasi tertentu pada table 2 dibawah. Ketinggian di atas permukaan laut dan tanah berbatu keras sangat mengkawatirkan untuk mencapai resistansi yang disyaratkan tetapi hal ini yang perlu ditangani. Arus kesalahan yang ada mencakup tiga tahap, Fase ke ground, dan fase ke fase-ke tanah, dll).Sesuai persyaratan NEC dan ANSI / IEEE bahkan PUIL 2000 termasuk di sini juga mencantumkan persyaratan proses instal peralatan. Selain itu pertimbangan disain grounding harus mengetahui  jumlah sambaran petir dan badai guntur dalam hari per tahun.

Tabel 2:  Tabel resistansi tanah terhadap  perubahan musim (dalam Ohm-meter)

Diskripsi                                                                                                Median               Min.       Max.

Humus, tanah liat                                                                                  26                      1          50

Lempung anorganik plastisitas tinggi                                                         33                      10        55

Abu, limbah air garam                                                                             38                      6         70

Berdebu atau liat pasir halus dengan sedikit plastisitas                                  55                     30        80

Kapur berpori, kapur                                                                               65                    30        100

Pasir lempung, campuran pasir-tanah liat                                                   125                    50        200

Pasir atau lumpur tanah liat, tanah liat lempung.                                         140                    80        200

Campuran tanah liat kerikil pasir                                                                145                    40        250

Marls3                                                                                                  155                    10        300

Granit membusuk, geneisses4, dll                                                              300                   100      500

Kerikil liat, kerikil                                                                                     300                    200     400

Pasir berdebu, pasir-lumpur campuran                                                        300                   100      500

Pasir, batu pasir                                                                                      510                   20       1000

Campuran kerikil, kerikil pasir                                                                     800                   600      1.000

Batuan beku, serpih, granit, basal                                                             1.500               1.000     2.000

Kuarsa, kristal batu kapur, marmer, batu kristal                                            5.500               1.000 10.000

 

Catatan:

1. tanah resistivitas rendah sangat dipengaruhi oleh adanya kelembaban.

2. tanah resistivitas rendah lebih korosif dibandingkan tanah resistivitas tinggi.

3. tanah rapuh sebagian besar terdiri tanah liat dengan kandungan kapur yang tinggi.

4. batuan meta morfosa dibentuk oleh rekristalisasi granit, dipisahkan menjadi band.

5. metamorfosa batu jauh lebih kasar dari gneiss.

Beberapa fakta berikut dapat menurunkan sistem grounding yang awalnya baik. Faktor-faktor ini menunjukkan pentingnya pengujian berkala secara terus menerus (biasanya sekali per tahun kalender kecuali masalah muncul). Perubahan (nilai rendah) dalam tabel air diatas akan menyebabkan degradasi dalam sistem grounding. Pertimbangan lain dalam sistem grounding akan menimbulkan pertumbuhan fasilitas dengan penambahan pipa non-logam dan saluran yang tidak menyediakan koneksi ketanah dengan resistansi rendah. Seiring dengan masalah ini adalah peningkatan beban dan peningkatan terkait dalam arus kesalahan yang tersedia.Semakin baik sistem grounding, semakin banyak perhatian yang harus dibayarkan agar elektroda tidak mudah terkorosi. Semua ini dapat mengakibatkan penurunan resistensi grounding.Instalasi grounding secara total dapat dilihat pada gambar 6 dibawah yang biasanya secara utuh disambungkan dengan hantaran pentanahan maupun dengan penangkal petirnya.

 

 

Gambar 7: Integrasi grounding pada sebuah bangunan modern.

 

Dampak pemasangan grounding yang tidak baik

Pada pemasangan grounding yang tidak memenuhi syarat  yang diberlakukan akan mengakibatkan gangguan pada system jaringan. Jika terus menerus pengaman tidak berfungsi maka arus gangguan akan merambah keberbagai arah yang dapat mengakibatkan secara fatal. Barikut gangguan petir pada jaringan yang groundingnya tidak memenuhi syarat, arus akan melewati peralatan (equipment) listrik. Kapasitas arus dari sambaran petir tersebut tidak mampu ditahan sehingga mengakibatkan rusak atau hancurnya peralatan.

 Gambar 8: Grounding yang tidak ideal

 Resiko dan dampak dari grounding yang tidak ideal bila kena sambaran petir dapat menyebabkan terbakarnya rumah, pohon dan peralatan listrik atau elektronika seperti pada gabar 7 berikut.

 

Gambar 9: Peralatan yang hangus akibat grounding yang tidak ideal.

 

 Gambar 10: Rumah yang terbakar atapnya akibat grounding tidak memenuhi syarat.

 Gambar 11: Grounding yang tak berfungsi dapat menyebabkan sambaran petir pada manusia disekitarnya.

 Gambar  12:  Jaringan yang groundingnya bagus akan tahan terhadap sambaran petir.

 Oleh karena itu pengujian berkala harus dilakukan untuk memastikan efektivitas sistem grounding. Berikut contoh sebuah pengetesan grounding yang dilakukan secara berkala pada sebuah bangunan rumah dengan kesimpulan groundingnya tidak memenuhi syarat.

Data tes resistansi grounding

Analisis dan klasifikasi gangguan

Instalatir

PT. Multi Guna Elektrik

Metode tes

Clamp tester

Klien

-

Pembacaan amper

0

Lokasi

-

Pengukuran resistansi

46, 2 ohm

Tanggal

 

Catatan:

Resistansi terlalu tinggi perlu dipasang ground lain parallel atau dipindahkan.

Waktu/ Jam

-

Kondisi lingkungan

83 0 F, Lembab, tanah kerin

 

 

 

 

 

 Kesimpulan:

1.        Disain grounding tergantung dari sistem pemasangan, lingkungan serta komponen yang dipakai.

2.        Resistansi grounding semakin rendah akan semakin baik karena akan memperlancar penyaluran arus ke tanah.

3.        Semakin baik pemasangan grounding akan semakin berkualitas jaringan instalasi listriknya, 

         Referensi:

1.              1. Badan Standarisasi Nasional, PUIL 2000, Yayasan PUIL, 2002.

2.              2. Sites.ieee.org/.../Bonding

3.              3. VDE-Prufung nach BetrSichV, Wilfried Hennig,Berli, 2012.

 

 

Copyright 2019. Powered by Humas. PPPPTK BOE MALANG