Pembumian Listrik

Pembumian Listrik

Pendahuluan:

Alasan utama melakukan pembumian pada jaringan listrik adalah demi keselamatan. Bila semua bagian logam pada peralatan listrik dibumikan, maka jika isolasi di dalam peralatan rusak, maka tidak ada tegangan berbahaya yang muncul di casing peralatan. Jika kabel beraliran listrik menyentuh casing yang dibumikan, maka rangkaian akan mengalami korsleting dan sekring akan langsung putus. Bila sekring putus, maka tegangan berbahaya akan hilang.

Tujuan Pembumian:

(1) Keamanan bagi kehidupan manusia/bangunan/peralatan:

Untuk menyelamatkan kehidupan manusia dari bahaya sengatan listrik atau kematian dengan cara memutuskan sekring, yaitu: Menyediakan jalur alternatif agar arus gangguan dapat mengalir sehingga tidak membahayakan pengguna.
Untuk melindungi bangunan, mesin & peralatan dalam kondisi gangguan.
Untuk memastikan bahwa semua bagian konduktif yang terbuka tidak mencapai potensi bahaya.
Untuk menyediakan jalur yang aman untuk menghilangkan arus petir dan arus hubung singkat.
Untuk menyediakan platform yang stabil untuk pengoperasian peralatan elektronik yang sensitif, yaitu: Menjaga tegangan di setiap bagian sistem kelistrikan pada nilai yang diketahui sehingga dapat mencegah arus berlebih atau tegangan yang berlebihan pada peralatan atau perkakas.

(2) Proteksi tegangan lebih:

Petir, lonjakan arus listrik, atau kontak tidak sengaja dengan saluran tegangan tinggi dapat menyebabkan tegangan tinggi yang berbahaya pada sistem distribusi listrik. Pembumian menyediakan jalur alternatif di sekitar sistem kelistrikan untuk meminimalkan kerusakan pada Sistem.

(3) Stabilisasi tegangan:

Ada banyak sumber listrik. Setiap transformator dapat dianggap sebagai sumber yang terpisah. Jika tidak ada titik referensi umum untuk semua sumber tegangan ini, akan sangat sulit untuk menghitung hubungan mereka satu sama lain. Bumi adalah permukaan konduktif yang paling ada di mana-mana, dan karenanya diadopsi pada awal sistem distribusi listrik sebagai standar yang hampir universal untuk semua sistem listrik.

Metode pembumian konvensional:

(1) Jenis pelat Pembumian:

Umumnya untuk jenis pelat pembumian, praktik normal adalah menggunakan
Pelat besi cor ukuran 600 mm x 600 mm x 12 mm.
Atau Pelat besi galvanis ukuran 600 mm x 600 mm x 6 mm.
Atau Pelat tembaga ukuran 600 mm * 600 mm * 3,15 mm
Pelat digali pada kedalaman 8 kaki pada posisi vertikal dan strip GI ukuran 50 mm x 6 mm yang dibaut dengan pelat dibawa ke permukaan tanah.
Jenis lubang tanah ini umumnya diisi dengan lapisan arang & garam bergantian hingga 4 kaki dari dasar lubang.

(2) Pembumian jenis pipa:

Untuk pembumian jenis pipa, praktik umum adalah menggunakan
Pipa GI [kelas C] berdiameter 75 mm, panjang 10 kaki yang dilas dengan flens GI berdiameter 75 mm yang memiliki 6 lubang untuk penyambungan kabel pembumian dan dimasukkan ke dalam tanah dengan metode auger.
Jenis lubang pembumian ini umumnya diisi dengan lapisan arang & garam atau senyawa reaktivasi tanah secara bergantian.

Metode untuk Konstruksi Lubang Pembumian :

Penggalian di tanah untuk ukuran Lubang Pembumian normal adalah 1,5M X 1,5M X 3,0M.
Gunakan Plat GI 500 mm X 500 mm X 10 mm atau Ukuran yang Lebih Besar untuk Kontak Tanah yang Lebih Baik dan Mengurangi Resistansi Tanah.
Buat campuran Bubuk Batubara Kayu Garam & Pasir dengan perbandingan yang sama
Serbuk Batubara Kayu digunakan sebagai konduktor listrik yang baik, anti korosi, anti karat untuk Plat GI agar tahan lama.
Tujuan dari batu bara dan garam adalah untuk menjaga tanah tetap basah secara permanen.
Garam meresap dan batu bara menyerap air sehingga tanah tetap basah.
Perawatan harus selalu dilakukan dengan menyiram lubang tanah di musim panas sehingga tanah lubang akan basah.
Batubara terbuat dari karbon yang merupakan konduktor yang baik sehingga meminimalkan resistansi tanah.
Garam digunakan sebagai elektrolit untuk membentuk konduktivitas antara Plat GI Batubara dan Tanah dengan kelembaban.
Pasir digunakan untuk membentuk porositas untuk mengalirkan air & kelembaban di sekitar campuran.
Letakkan Plat GI (PELAT BUMI) berukuran 500 mm X 500 mm X 10 mm di tengah campuran.
Gunakan Strip GI Ganda berukuran 30 mm X 10 mm untuk menghubungkan Plat GI ke Sistem Earthling.
Akan lebih baik menggunakan Pipa GI berdiameter 2,5″ dengan Flange di bagian atas Pipa GI untuk menutupi Strip GI dari PELAT BUMI ke Flange Atas.
Tutupi Bagian Atas pipa GI dengan sambungan T untuk menghindari penyumbatan pipa dengan debu & lumpur dan juga gunakan air dari waktu ke waktu melalui pipa ini ke bagian bawah pelat bumi.
Pertahankan Resistansi kurang dari satu Ohm dari konduktor EARTH PIT pada jarak 15 Meter di sekitar EARTH PIT dengan konduktor lain yang terbenam di Bumi sedalam minimal 500 mm.
Periksa Tegangan antara konduktor Earth Pit ke Netral Pasokan Listrik 220V AC 50 Hz harus kurang dari 2,0 Volt.

Faktor-faktor yang mempengaruhi resistivitas Bumi:

(1) Resistivitas Tanah:

Merupakan resistansi tanah terhadap aliran arus listrik. Nilai resistansi bumi (nilai ohmik) dari lubang tanah bergantung pada resistivitas tanah. Resistivitas tanah terhadap aliran arus listrik.
Nilai ini bervariasi dari satu tanah ke tanah lainnya. Resistivitas tanah bergantung pada komposisi fisik tanah, kadar air, garam terlarut, ukuran dan distribusi butiran, variasi musiman, besarnya arus, dll.
Nilai resistansi tanah bergantung pada komposisi tanah, kadar air, garam terlarut, ukuran dan distribusi butiran, variasi musiman, besarnya arus.

(2) Kondisi Tanah:

Kondisi tanah yang berbeda memberikan resistivitas tanah yang berbeda. Sebagian besar tanah merupakan konduktor listrik yang sangat buruk saat benar-benar kering.
Resistivitas tanah diukur dalam ohm-meter atau ohm-cm.
Tanah memainkan peran penting dalam menentukan kinerja Elektroda.
Tanah dengan resistivitas rendah sangat korosif. Jika tanah kering maka nilai resistivitas tanah akan sangat tinggi.
Jika resistivitas tanah tinggi, resistansi tanah elektroda juga akan tinggi.

(3) Kelembaban:

Kelembaban memiliki pengaruh besar pada nilai resistivitas tanah. Resistivitas tanah dapat ditentukan oleh jumlah air yang tertahan oleh tanah dan resistivitas air itu sendiri.
Konduksi listrik di dalam tanah terjadi melalui air.
Resistivitas turun dengan cepat hingga mencapai nilai minimum yang lebih atau kurang stabil yaitu sekitar 15% kelembaban.
Peningkatan kadar kelembaban lebih lanjut di dalam tanah tidak akan banyak berpengaruh pada resistivitas tanah.
Di banyak lokasi, muka air tanah turun saat cuaca kering. Oleh karena itu, penting untuk menuangkan air ke dalam dan di sekitar lubang tanah untuk menjaga kelembaban saat cuaca kering.
Kelembaban secara signifikan memengaruhi resistivitas tanah

(4) Garam terlarut:

Air murni merupakan konduktor listrik yang buruk.
Resistivitas tanah bergantung pada resistivitas air yang pada gilirannya bergantung pada jumlah dan sifat garam terlarut di dalamnya.
Sejumlah kecil garam dalam air mengurangi resistivitas tanah hingga 80%.
Garam dapur paling efektif dalam meningkatkan konduktivitas tanah. Namun, garam dapur dapat mengikis logam dan karenanya tidak dapat digunakan.

(5) Kondisi Iklim:

Peningkatan atau penurunan kadar air menentukan peningkatan atau penurunan resistivitas tanah.
Jadi pada musim kemarau resistivitas akan sangat tinggi dan pada musim hujan resistivitas akan rendah.

(6) Komposisi Fisik:

Komposisi tanah yang berbeda memberikan resistivitas rata-rata yang berbeda.
Berdasarkan jenis tanah, resistivitas tanah lempung mungkin berada dalam kisaran 4 – 150 ohm-meter, sedangkan untuk tanah berbatu atau berkerikil, resistivitasnya mungkin jauh di atas 1000 ohm-meter.

(7) Lokasi Lubang Tanah:

Lokasi juga memberikan kontribusi yang besar terhadap resistivitas.
Di lanskap yang miring, atau di lahan yang terdiri dari tanah, atau daerah yang berbukit, berbatu atau berpasir, air mengalir dan dalam kondisi cuaca kering muka air tanah turun sangat cepat.
Dalam situasi seperti itu, Senyawa Penimbun tidak akan dapat menarik air, karena tanah di sekitar lubang akan kering.
Lubang tanah yang terletak di daerah tersebut harus disiram secara berkala, terutama selama kondisi cuaca kering.
Meskipun senyawa penimbun menahan air dalam kondisi normal, senyawa tersebut mengeluarkan air selama cuaca kering ke tanah kering di sekitar elektroda, dan dalam proses tersebut kehilangan air selama jangka waktu tertentu. Oleh karena itu, pilih lokasi yang secara alami tidak memiliki drainase yang baik.

(8) Pengaruh ukuran butir dan distribusinya:

Ukuran butir, distribusinya, dan kerapatan pembungkus juga merupakan faktor yang berkontribusi, karena faktor-faktor tersebut mengendalikan cara kelembaban ditahan di dalam tanah.
Pengaruh variasi musiman pada resistivitas tanah: Peningkatan atau penurunan kadar air dalam tanah menentukan penurunan atau peningkatan resistivitas tanah.
Jadi, pada musim kemarau resistivitas akan sangat tinggi dan pada musim hujan resistivitas akan rendah.

(9) Pengaruh besarnya arus:

Resistivitas tanah di sekitar elektroda tanah dapat dipengaruhi oleh arus yang mengalir dari elektroda ke tanah di sekitarnya.
Karakteristik termal dan kadar air tanah akan menentukan apakah arus dengan besaran dan durasi tertentu akan menyebabkan pengeringan yang signifikan dan dengan demikian meningkatkan pengaruh resistivitas tanah.

(10) Area yang Tersedia:

Batang atau strip atau pelat elektroda tunggal tidak akan mencapai resistansi yang diinginkan jika dipasang sendiri.
Jika sejumlah elektroda dapat dipasang dan dihubungkan, resistansi yang diinginkan dapat tercapai.
Jarak antara elektroda harus sama dengan kedalaman yang ditancapkan untuk menghindari tumpang tindih area pengaruh.
Oleh karena itu, setiap elektroda harus berada di luar area resistansi elektroda lainnya.

(11) Hambatan:

Tanah mungkin terlihat bagus di permukaan tetapi mungkin ada hambatan di bawah beberapa kaki seperti batu. Dalam hal itu resistivitas akan terpengaruh.
Hambatan seperti struktur beton di dekat lubang akan memengaruhi resistivitas. Jika lubang tanah berada di dekatnya, nilai resistansi akan tinggi.

12) Besarnya Arus:

Arus dengan besaran dan durasi yang signifikan akan menyebabkan kondisi pengeringan yang signifikan pada tanah dan dengan demikian meningkatkan resistivitas tanah.

Pengukuran Resistansi Bumi dengan menggunakan Earth Tester:

Untuk mengukur resistivitas tanah, Earth Tester digunakan. Alat ini juga disebut “MEGGER”.
Alat ini memiliki sumber tegangan, meteran untuk mengukur Resistansi dalam ohm, sakelar untuk mengubah rentang instrumen, Kabel untuk menghubungkan terminal ke Elektroda Bumi dan Paku.
Alat ini diukur dengan menggunakan Instrumen Earth Tester Empat Terminal. Terminal dihubungkan dengan kabel seperti pada ilustrasi.
P=Paku Potensial dan C=Paku Arus. Jarak antara paku dapat 1M, 2M, 5M, 10M, 35M, dan 50M.
Semua paku berjarak sama dan dalam garis lurus untuk menjaga kontinuitas listrik. Lakukan pengukuran ke arah yang berbeda.
Resistivitas tanah = 2πLR.
R= Nilai resistansi Bumi dalam ohm.
Jarak antara paku dalam cm.
π = 3,14
P = Resistivitas Bumi ohm-cm. Nilai resistansi bumi berbanding lurus dengan nilai resistivitas tanah

Pengukuran Resistansi Bumi (Metode Tiga Titik):

Dalam metode ini terminal C1 & P1 penguji bumi dihubung singkat satu sama lain dan dihubungkan ke elektroda bumi (pipa) yang diuji.
Terminal P2 & C2 dihubungkan ke dua paku terpisah yang ditancapkan ke bumi.
Kedua paku ini dijaga pada garis yang sama pada jarak 25 meter dan 50 meter sehingga tidak akan terjadi interferensi timbal balik di medan paku-paku individual.
Jika kita memutar gagang generator dengan kecepatan tertentu, kita akan memperoleh resistansi bumi secara langsung pada skala.
Panjang paku di bumi tidak boleh lebih dari 1/20 jarak antara dua paku.
Resistensi harus diverifikasi dengan menambah atau mengurangi jarak antara elektroda penguji dan paku sebesar 5 meter.
Biasanya, panjang kabel harus 10 dan 15 meter atau dalam proporsi 62% dari ‘D’. Misalkan, jarak Lonjakan Arus dari Elektroda Bumi D = 60 kaki, maka jarak Lonjakan Potensial akan menjadi 62% dari D = 0,62D yaitu 0,62 x 60 kaki = 37 kaki.

Metode Empat Titik:

Dalam metode ini, 4 paku ditancapkan ke tanah pada jalur yang sama pada jarak yang sama.
Dua paku luar dihubungkan ke terminal C1 & C2 dari penguji tanah. Demikian pula dua paku dalam dihubungkan ke terminal P1 & P2. Sekarang jika kita memutar gagang generator dengan kecepatan tertentu, kita memperoleh nilai resistansi tanah di tempat itu.
Dalam metode ini, kesalahan akibat efek polarisasi dihilangkan dan penguji tanah dapat dioperasikan langsung pada arus bolak-balik.

Pembumian GI Vs Pembumian Tembaga:

Sesuai IS 3043, resistansi elektroda pelat terhadap bumi (R) = (r/A) X di bawah akar (P/A).
Di mana r = Resistivitas Ohm-meter Tanah.
A=Luas Pelat Pembumian m3.
Resistivitas elektroda pipa terhadap bumi (R) = (100r/2πL) X loge (4L/d).
Di mana L= Panjang Pipa/Batang dalam cm
d=Diameter Pipa/Batang dalam cm.
Resistivitas tanah dan dimensi fisik elektroda memainkan peran penting dalam resistansi Batang terhadap bumi.
Resistivitas material tidak dianggap sebagai peran penting dalam resistivitas bumi.
Setiap material dengan dimensi tertentu akan menawarkan resistansi yang sama terhadap bumi. Kecuali ukuran dan jumlah konduktor pembumian atau konduktor pelindung.

Pembumian Pipa Vs Pembumian Pelat:

Misalkan Pelat Tembaga berukuran 1,2m x 1,2m x tebal 3,15mm. resistivitas tanah 100 ohm-m,
Resistivitas elektroda Pelat terhadap bumi (R)=( r/A)X dengan akar(π/A) = (100/2,88)X(3,14/2,88)=36,27 ohm
Sekarang, perhatikan Elektroda Pipa GI berdiameter 50 mm dan panjang 3 m. resistivitas tanah 100 Ohm-m,
Resistivitas elektroda Pipa terhadap bumi (R) = (100r/2πL) X loge (4L/d) = (100X100/2X3,14X300) X loge (4X300/5) =29,09 Ohm.
Dari perhitungan di atas, elektroda Pipa GI menawarkan resistansi yang jauh lebih rendah daripada elektroda pelat tembaga.
Sesuai IS 3043, pipa, batang, atau strip memiliki resistansi yang jauh lebih rendah daripada pelat dengan luas permukaan yang sama.

Panjang Elektroda Pipa dan Lubang Pembumian:

Resistansi elektroda pipa atau pelat terhadap pembumian berkurang dengan cepat dalam beberapa kaki pertama dari tanah (kebanyakan 2 hingga 3 meter) tetapi setelah itu resistivitas tanah sebagian besar seragam.
Setelah kedalaman sekitar 4 meter, tidak ada perubahan yang berarti dalam resistansi elektroda terhadap pembumian. Kecuali sejumlah batang yang sejajar lebih disukai daripada satu batang panjang.

Jumlah Garam dan Arang (lebih dari 8Kg) :

Untuk mengurangi resistivitas tanah, perlu dilarutkan dalam partikel air di Tanah.
Beberapa zat seperti Garam/Arang sangat konduktif dalam larutan air tetapi zat aditif akan mengurangi resistivitas tanah, hanya jika dilarutkan dalam air di tanah setelah jumlah tambahan itu tidak lagi memenuhi Tujuan.
5% air dalam Garam mengurangi resistivitas bumi dengan cepat dan peningkatan lebih lanjut dalam kandungan garam akan memberikan sedikit penurunan dalam resistivitas tanah.
Kandungan garam dinyatakan dalam persen berat kandungan air dalam tanah. Dengan mempertimbangkan 1M3 Tanah, kandungan air pada 10 persen akan menjadi sekitar 144 kg. (10 persen dari 1440 kg). Kandungan garam harus 5% dari ini (yaitu) 5% dari 144 kg, yaitu sekitar 7,2 kg.

Jumlah Air :

Kadar air merupakan salah satu faktor pengendali resistivitas bumi.
Di atas 20% kadar air, resistivitas sangat sedikit terpengaruh. Namun di bawah 20% resistivitas meningkat cepat seiring dengan penurunan kadar air.
Jika kadar air sudah di atas 20% tidak ada gunanya menambahkan jumlah air ke dalam lubang tanah, kecuali mungkin membuang-buang sumber daya nasional yang penting dan langka seperti air.

Panjang Vs Diameter Elektroda Bumi:

Selain pertimbangan kekuatan mekanis, hanya ada sedikit keuntungan yang diperoleh dari peningkatan diameter elektroda bumi dengan tujuan meningkatkan luas permukaan yang bersentuhan dengan tanah.
Praktik yang umum adalah memilih diameter elektroda bumi yang memiliki kekuatan yang cukup untuk memungkinkannya didorong ke dalam kondisi tanah tertentu tanpa tertekuk atau terbelah.
Elektroda berdiameter besar mungkin lebih sulit untuk didorong daripada elektroda berdiameter lebih kecil.
Kedalaman elektroda bumi yang didorong memiliki pengaruh yang jauh lebih besar pada karakteristik resistansi listriknya daripada diameternya.

Resistansi Bumi maksimum yang diizinkan: