SISTEM PENTANAHAN DAN CARA MENGATASI TEGANGAN LANGKAH


 

  • Terminologi pentanahan

Pada sistem Tenaga Listrik, sudah pasti terdapat gangguan. Gangguan ini mengakibatkan adanya arus gangguan yang besar dan dapat mengakibatkan kerusakan alat-alat listrik dan membahayakan manusia. Arus gangguan tersebut dapat diatasi dengan menggunakan pentanahan. Pentanahan (grounding) adalah suatu mekanisme dimana daya listrik dihubungkan langsung dengan tanah (bumi). Seperti kita ketahui bersama bahwa arus listrik terjadi jika ada perbedaan potensial diantara 2 (dua) buah titik (node). Arus listrik selalu mengalir dari titik yang mempunyai energi potensial (Ep) yang lebih tinggi ke titik yang mempunyai energi potensial lebih rendah. Hal ini terjadi sebaliknya dengan arah aliran elektron yang mengalir dari titik dengan Ep yang lebih rendah ke titik yang mempunyai Ep yang lebih tinggi. Energi listrik yang merupakan hasil perkalian antara tegangan listrik (V) dengan arus listrik (I) selalu akan mengalir ke titik yang mempunyai tantangan atau rintangan atau hambatan (R) yang paling besar. Hal ini dianalogikan dengan bejana berhubungan, misalnya bentuk setiap bejana yang berhubungan itu mempunyai perbedaan bentuk dan ukurannya, akan terlihat bahwa jika pada bejana berhubungan tersebut kita alirkan air untuk memenuhi semua bejana tersebut, maka semua bejana tersebut akan menjadi penuh secara bersamaan dalam waktu yang sama, hal ini dapat kita analogikan dengan apa yang terjadi pada energi listrik.

Arus listrik dapat selalu mencari tahanan yang lebih kecil. Oleh karena itu, tahanan pentanahan dibuat sekecil mungkin agar sebagian besar arus gangguan menuju sistem pentanahan, bukan peralatan atau tempat lain yang membahayakan manusia. Arus listrik ini mengalir memenuhi persamaan berikut.


  • Terminologi Tegangan Langkah

Pentanahan ini mengakibatkan tegangan langkah di sekitar sistem pentanahan. Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul di antara dua kaki orang yang sedang berdiri di atas tanah yang sedang dialiri oleh arus kesalahan ke tanah. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar. Dalam hal ini dimisalkan jarak antara kedua kaki orang adalah 1 meter dan diameter kaki dimisalkan 8 cm dalam keadaan tidak memakai sepatu.

Gambar 1. Tegangan langkah dekat peralatan yang diketanahkan

Gambar 2. Rangkaian pengganti tegangan langkah

Dengan menggunakan rangkaian pengganti dapat ditentukan tegangan langkah sebagai berikut:


 

Dimana :

El = tegangan langkah (volt)

RB = tahanan badan orang (ohm) = 1000 Ohm

Rf = tahanan kontak ke tanah dari satu kaki (ohm) = 3 ρs

t = waktu kejut (detik)

ρs = tahanan jenis tanah di sekitar permukaan tanah (ohm-meter)

Berikut ini tabel besar tegangan langkah yang diijinkan dan lama gangguan.

Tabel 1. Tegangan langkah yang diijinkan dan lama gangguan

 

 

 

 

 

  • Arus Yang Melalui Tubuh Manusia

Tubuh manusia memiliki kemampuan untuk bertahan terhadap besarnya arus yang mengalir di dalamnya. Besar dan lamanya arus yang masih dapat ditahan oleh tubuh manusia sampai batas yang belum membahayakan masih bervariasi. Para ahli telah banyak meneliti tentang hal tersebut.

Berbagai percobaan telah dilakukan untuk menentukan batas-batas arus yang belum berbahaya bagi manusia. Batas-batas arus tersebut dibagi sebagai berikut :

  1. Arus mulai terasa atau persepsi.
  2. Arus mempengaruhi otot.
  3. Arus mengakibatkan pinsan atau mati atau arus fibrilasi
  4. Arus reaksi
  • Arus Persepsi

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. Pada Electrical Testing Laboratory New York tahun 1993 telah dilakukan pengujian terhadap 40 orang laki-laki dan perempuan, dan diperoleh arus rata-rata (threshold of perception current) sebagai berikut :

  1. untuk laki-laki : 1,1 mA
  2. Untuk perempuan : 0,7 mA
  • Arus Yang Mempengaruhi Otot

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 yang dipegangnya. Di University of California Medical School telah dilakukan penyelidikan terhadap 134 orang laki-laki dan 28 orang perempuan dan diperoleh angka rata-rata yang mempengaruhi otot sebagai berikut :

  1. untuk laki-laki : 16 mA
  2. Untuk perempuan : 10,5 mA

Berdasarkan penyelidikan ini telah ditetapkan batas arus maksimal dimana orang masih dapat melepaskan konduktor bila terkena arus listrik.

  1. untuk laki-laki : 9 mA
  2. Untuk perempuan : 6 mA
  • Arus Fibrilasi

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 dan orang segera akan mati. Untuk mendapatkan nilai pendekatan, suatu percobaan telah dilakukan pada University of California oleh Dalziel pada tahun 1968, dengan menggunakan binatang yang mempunyai badan dan jantung yang kira-kira sama dengan manusia disebutkan bahwa 99.5 % dari semua orang yang beratnya kurang dari 50 kg masih dapat bertahan terhadap besar arus dan waktu yang ditentukan oleh persamaan sebagai berikut :

atau I k =

Dimana:

k     =

K     = 0,0135 untuk manusia dengan berat 50 kg

= 0,0246 untuk manusia dengan berat 70 kg

Maka:

k50 = 0,116 Ampere

k70 = 0,157 Ampere

  • Arus Reaksi

Arus reaksi adalah arus yang terkecil yang dapat mengakibatkan orang menjadi terkejut. Hal ini cukup berbahaya karena dapat mengakibatkan kecelakaan yang lebih fatal. Penyelidikan yang terperinci telah dikemukan oleh DR. Hans Prinz dimana batasan-batasan arus tersebut seperti tabel

Tabel 2. Batasan-batasan arus dan pengaruhnya pada manusia


  • 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. Terhadap tegangan yang tinggi, kulit yang menyentuh konduktor langsung terbakar sehingga tahanan dari kulit ini tidak berarti apa-apa. Penyelidikan dan penelitian tahanan tubuh manusia yang diperoleh beberapa ahli adalah sebagai berikut :    

 

Tabel 3. Berbagai harga tahanan tubuh manusia


Berdasarkan hasil penyelidikan oleh para ahli maka sebagai pendekatan diambil harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000 Ohm.

  • Tahanan Tanah

Untuk mengatasi arus gangguan agar tidak membahayakan manusia, Tahanan tanah harus ditentukan. Tahanan tanah bergantung pada Tahanan jenis tanah yang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:


Dimana :

ρ = resistansi jenis rata-ratatanah (ohm-meter)

a = jarak antara batang pentanahan yang terdekat (meter)

R = besar resistans yang terukur (ohm)

Misalkan hasil pengukuran di lokasi gardu induk tersebut diperoleh besar tahanan jenis rata-rata ρ = 750 ohm-meter.

  • Tegangan Langkah yang Diijinkan

Tegangan langkah yang diijinkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:



Dimana :

Ik     : arus fibrilasi (0,157 Ampere diambel contoh berat badan 70 kg selama 1 detik)

Rk     : tahanan tubuh manusia (1000 ohm)

ρs    : tahanan jenis permukaan tanah (3000 Ohm-meter)

Maka diperoleh :

    El = 2669 Volt

  • Tegangan Langkah Sebenarnya

Tegangan langkah sebenarnya adalah perbedaan tegangan yang terdapat diantara kedua kaki bila manusia berjalan diatas tanah sistem pentanahan pada keadaan terjadi gangguan. Tegangan tersebut dapat dihitung dengan persamaan:

; dengan Ks    =

Dimana :

ρ     = tahanan jenis rata-rata tanah (= 750 Ohm-meter)

Kt    = 0,65 + 0,172 n = 3,402 (n = 16)

I     = arus gangguan tanah maksimum (1200 Amper)

L    = panjang total konduktor yang ditanam, termasuk elektroda     pentanahan (1600 meter)

h = kedalaman penanaman konduktor penanaman (= 0,8 meter)

D = jarak antara konduktor-konduktor paralel (= 5 meter)

Maka :

Elm = 0,4014 x 3,402 x 750 x (1200/1600) = 768 Volt

Jadi, tegangan langkah sebenarnya 768 Volt, sedang tegangan langkah yang diijinkan 2669 Volt. Dengan demikian sistem pentanahan tersebut aman digunakan.

Dalam perancangan sistem pentanahan, dilakukan estimasi panjang konduktor yang digunakan. Jika panjang konduktor terlalu kecil, perencanaan harus diulang lagi dengan jarak kisi-kisi yang lebih kecil. Sama halnya, jika panjang konduktor yang terlalu besar, perencanaan harus diulang dengan jarak-jarak kisi-kisi yang lebih besar supaya lebih ekonomis. Oleh karena itu, harga Km, Ks, dan Ki harus dihitung kembali. Dengan demikian, perencanaan pentanahan ini pada hakekatnya, adalah proses iterasi. Proses ini lebih baik dilakukan dengan menggunakan komputer. Selanjutnya, dapat dihitung tahanan ekivalen sistem pengetanhan dari persamaan berikut :


Dimana :

r      = Jari-jari ekivalen dari luas daerah pengetanahan

ρ     = tahanan jenis rata-rata tanah

L     = panjang total konduktor yang ditanam, termasuk batang pengetanahan

Perancangan pentanahan harus dapat memenuhi tegangan langkah yang diizinkan dan kriteria engineering yang ditentukan. Sistem pentanahan diberikan gambar sebagai berikut.


Gambar 3. Sistem Pentanahan

Selain perancangan sistem pentanahan, tindakan preventif tegangan langkah dapat dilakukan secara individu dengan melakukan hal-hal safety pada tempat yang beresiko adanya sistem Pentanahan. Secara umum, hal-hal yang dapat digunakan untuk mengatasi tegangan langkah adalah :

  1. Memakai alas kaki pada daerah yang memiliki sumber-sumber tegangan tinggi.
  2. Membuat desain pentanahan yang tepat guna.
  3. Melakukan pengecekan berkala mengenai tahanan jenis tanah yang dapat berubah karena cuaca.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s