Sistem Pembumian (Grounding System)

Sistem pembumian (grounding system) adalah suatu perangkat instalasi yang berfungsi untuk melepaskan arus petir ke dalam bumi, salah satu kegunaannya untuk melepas muatan arus petir. Tingkat kehandalan sebuah grounding ada di nilai konduktivitas logam terhadap tanah yang ditancapinya. Semakin konduktif tanah terhadap benda logam, maka semakin baik. Kelayakan grounding harus bisa mendapatkan nilai tahanan sebaran maksimal 5 ohm (PUIL 2000 : 68) dengan menggunakan earth ground tester. Namun begitu, untuk daerah yang resistans jenis tanahnya sangat tinggi, resistans pembumian total seluruh sistem boleh mencapai 10 ohm (PUIL 2000 : 68).

Aspek yang Memengaruhi Sistem Pembumian (Grounding System)

Untuk mencapai nilai tahanan sebaran tersebut, tidak semua area bisa terpenuhi karena ada beberapa aspek yang memengaruhinya, yaitu:

1. Kadar air; bila air tanah dangkal/penghujan, maka nilai tahanan sebaran mudah didapatkan sebab sela-sela tanah mengandung cukup air bahkan berlebih, sehingga konduktivitas tanah akan semakin baik.
2. Mineral/garam; kandungan mineral tanah sangat memengaruhi tahanan sebaran/resistans karena: semakin berlogam dan bermineral tinggi, maka tanah semakin mudah menghantarkan listrik. Daerah pantai kebanyakan memenuhi ciri khas kandungan mineral dan garam tinggi, sehingga tanah sekitar pantai akan jauh lebih mudah untuk mendapatkan tahanan tanah yang rendah.
3. Derajat keasaman; semakin asam (PH rendah atau PH<7) tanah, maka arus listrik semakin mudah dihantarkan. Begitu pula sebaliknya, semakin basa (PH tinggi atau PH >7) tanah, maka arus listrik sulit dihantarkan. Ciri tanah dengan PH tinggi: biasanya berwarna terang, misalnya Bukit Kapur.
4. Tekstur tanah; untuk daerah yang bertekstur pasir dan berpori (porous) akan sulit untuk mendapatkan tahanan sebaran yang baik karena jenis tanah seperti ini: air dan mineral akan mudah hanyut dan tanah mudah kering.

Berbagai Bentuk Sistem Pembumian (Grounding System)

Sistem pembumian dapat dibuat dalam 3 bentuk, di antaranya:

1. Single Grounding Rod

Gambar 1. Single Grounding Rod^[2][3]

Grounding system yang hanya terdiri atas satu buah titik penancapan batang (rod) pelepas arus atau ground rod di dalam tanah dengan kedalaman tertentu (misalnya 6 meter). Untuk daerah yang memiliki karakteristik tanah yang konduktif, biasanya mudah untuk didapatkan tahanan sebaran tanah di bawah 5 ohm dengan satu buah ground rod.

2. Paralel Grounding Rod

Gambar 2. Paralel Grounding Rod^[2][3]

Jika sistem single grounding rod masih mendapatkan hasil kurang baik (nilai tahanan sebaran >5 ohm), maka perlu ditambahkan ground rod ke dalam tanah yang jarak antar batang minimal 2 meter dan dihubungkan dengan kabel BC/BCC. Penambahan ground rod dapat juga ditanam mendatar dengan kedalaman tertentu, bisa mengelilingi bangunan membentuk cincin atau cakar ayam. Kedua teknik ini bisa diterapkan secara bersamaan dengan acuan tahanan sebaran/resistans kurang dari 5 ohm setelah pengukuran dengan earth ground tester.

3. Multi Grounding System

Gambar 3. Multi Grounding System^[2][3]

Bila didapati kondisi tanah yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

1. kering atau air tanah dalam
2. kandungan logam sedikit
3. basa (berkapur)
4. pasir dan berpori (porous).

maka penggunaan 2 cara sebelumnya akan sulit dan besar kemungkinan gagal untuk mendapatkan resistans kecil. Maka dari itu, teknis yang digunakan adalah dengan cara penggantian tanah dengan tanah yang mempunyai sifat menyimpan air atau tanah yang kandungan mineral garam dapat menghantar listrik dengan baik. Ground rod ditancapkan pada daerah titik logam dan di kisaran kabel penghubung antar ground rod-nya. Tanah humus, tanah dari kotoran ternak, dan tanah liat sawah cukup memenuhi standar hantar tanah yang baik. Adapun cara pembuatannya adalah sebagai berikut.

• Letak titik ground rod dibor dengan lebar kisaran 2 inci (≈0,0508 meter) atau lebih.
• Kemudian, diisi dengan tanah humus sampai penuh.
• Kemudian, diisi air.
• Kemudian, ground rod dimasukkan.
• Parit penghubung antar ground rod yang sudah terpasang kabel penghubung (BC) ditimbun kembali dengan tanah humus.

Beberapa Variabel yang Memengaruhi Sistem Pembumian (Grounding System) berdasarkan NEC Code (1987, 250-83-3)

Ada beberapa variabel yang dapat memengaruhi performa grounding system pada jaringan listrik. Salah satu yang menjadi acuan, yaitu NEC code (1987, 250-83-3), mensyaratkan panjang elektroda grounding system minimum 2,5 meter (8 kaki) dihubungkan dengan tanah. Ada empat variabel yang memengaruhi tahanan grounding system. Adapun empat variabel tersebut adalah sebagai berikut.

1. Panjang/Kedalaman Elektroda

Satu cara yang sangat efektif untuk menurunkan tahanan tanah adalah memperdalam elektroda. Tanah tidak tetap tahanannya dan tidak dapat diprediksi. Maka dari itu, ketika memasang elektroda, elektroda berada di bawah garis beku (frosting line). Ini dilakukan sehingga tahanan tanah tidak akan dipengaruhi oleh pembekuan tanah di sekitarnya. Secara umum, menggandakan panjang elektroda bisa mengurangi tingkat tahanan 40%.

Ada kejadian-kejadian di mana secara fisik tidak mungkin dilakukan pendalaman batang elektroda di daerah-daerah yang terdiri atas batu, granit, dan sebagainya. Dalam keadaan demikian, metode alternatif yang dapat digunakan adalah grounding cement.

2. Diameter Elektroda

Menambah diameter elektroda berpengaruh sangat kecil dalam menurunkan tahanan. Misalnya, bila diameter elektroda digandakan, maka tahanan grounding system hanya menurun sebesar 10%.

3. Jumlah Elektroda

Cara lain menurunkan tahanan tanah adalah dengan menggunakan banyak elektroda. Dalam desain ini, lebih dari satu elektroda yang dimasukkan ke dalam tanah dan dihubungkan secara paralel untuk mendapatkan tahanan yang lebih rendah. Agar penambahan elektroda efektif, jarak batang tambahan setidaknya harus sama dalamnya dengan batang yang ditanam. Tanpa pengaturan jarak elektroda yang tepat, bidang pengaruhnya akan berpotongan dan tahanan tidak akan menurun. Untuk membantu dalam memasang batang grounding system yang akan memenuhi kebutuhan tahanan tertentu, maka dapat menggunakan tabel tahanan grounding system di bawah ini.

Tabel 1. Tahanan Sistem Pembumian (Grounding System)^[10]

Tabel di atas hanya dapat digunakan sebagai pedoman karena tanah memiliki lapisan dan jarang yang sama (homogen). Maka dari itu, nilai tahanan akan sangat berbeda-beda.

4. Desain

Grounding system sederhana terdiri atas satu elektroda yang dimasukkan ke dalam tanah. Penggunaan satu elektroda adalah hal yang umum dilakukan dalam pembuatan grounding system dan bisa ditemukan di luar rumah atau tempat usaha perorangan. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 4. Desain Sistem Pembumian (Grounding System)^[10]

Ada pula grounding system kompleks terdiri atas banyak batang pentanahan yang terhubung, jaringan bertautan atau kisi-kisi, plat tanah, dan loop tanah. Sistem-sistem ini dipasang secara khusus di substasiun pembangkit listrik, kantor pusat, dan tempat-tempat menara seluler. Jaringan kompleks meningkatkan secara dramatis jumlah kontak dengan tanah sekitarnya dan menurunkan tahanan tanah.

Alat dan Material Bantu dalam Sistem Pembumian (Grounding System)

1. Alat Ukur Resistans / Earth Ground Tester

Alat ukur ini digunakan untuk mengetahui hasil dari resistans atau tahanan grounding system pada sebuah instalasi penangkal petir yang telah terpasang. Alat ukur ini digital, sehingga hasil yang ditunjukan memiliki tingkat akurasi yang cukup tinggi. Diketahui bahwa pihak Dinas Tenaga Kerja (disnaker) juga menggunakan alat ini untuk mengukur resistans, sehingga pengukuran oleh pihak kontraktor sama dengan hasil pengukuran pihak disnaker.

2. Bus Bar Grounding

Alat ini digunakan sebagai titik temu antara kabel penyalur petir dengan kabel grounding. Biasanya terbuat dari plat tembaga atau logam yang berfungsi sebagai konduktor, sehingga kualitas dan fungsi instalasi penangkal petir yang terpasang dapat terjamin.

3. Copper Butter Connector

Alat ini digunakan untuk menyambung kabel, dan biasanya kabel yang disambung pada instalasi penangkal petir adalah kabel grounding system, karena kabel penyalur pada penangkal petir tidak boleh terputus atau tidak boleh ada sambungan. Setelah kabel tersambung oleh alat ini tentunya harus diperkuat dengan isolasi sehingga daya rekat dan kualitas sambungannya dapat terjaga dengan baik. Penyambungan kabel instalasi penyalur petir konvensional umumnya menggunakan alat ini, karena pada penangkal petir konvensional jalur kabel terbuka hanya dilindungi oleh tingkah laku (conduct) dari PVC.

4. Ground Rod Drilling Head

Alat ini berfungsi untuk membantu mempercepat pembuatan grounding suatu instalasi penangkal petir, yaitu dengan cara memasang di bagian bawah copper rod atau ground rod yang akan dimasukkan ke dalam tanah, sehingga copper rod atau ground rod tersebut: ketika didorong ke dalam tanah akan cepat masuk karena bagian ujung alat ini runcing. Selain itu, alat ini juga dapat menghindari kerusakan copper rod ketika dipukul ke dalam tanah.

5. Ground Rod Drive Head

Alat ini dipasang di bagian atas copper rod atau ground rod dan berfungsi untuk menghindari kerusakan copper rod atau ground rod bagian atas yang akan dimasukkan ke dalam tanah. Hal tersebut karena: pada saat copper rod didorong ke dalam tanah dengan cara dipukul, alat pemukul tersebut tidak mengenai copper rod, akan tetapi mengenai alat ini.

6. Bentonit

Dalam aplikasi grounding system, bentonit digunakan untuk membantu menurunkan nilai resistans atau tahanan tanah. Bentonit digunakan saat pembuatan grounding (jika sudah tidak ada cara lain untuk menurunkan nilai resistans). Pada umumnya, para kontraktor cenderung memilih menggunakan cara pararel grounding rod atau multi grounding system untuk menurunkan resistans.

7. Ground Rod Coupler

Alat ini digunakan ketika kita akan menyambung beberapa segmen copper rod atau ground rod yang dimasukkan ke dalam tanah, sehingga copper rod atau ground rod yang masuk ke dalam tanah akan lebih panjang. Misalnya, ketika kita akan membuat grounding penangkal petir sedalam 12 meter dengan menggunakan copper rod, maka alat ini sangat diperlukan karena copper rod yang umumnya ada dipasaran paling panjang hanya 4 meter.