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

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

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

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)

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)

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.

Alat ini juga 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.

5. 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.

6. 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.

 

System Grounding di Rumah

Dalam memastikan bahwa system grounding pada instalasi listrik rumah anda telah terpasang dengan baik, ada 2 bagian utama yang harus kita ketahui :

1. Instalasi arde atau grounding yang ditanam telah terpasang dengan baik dan mempunyai resistansi atau hambatan maksimal 5 Ohm (sesuai yang dinyatakan dalam PUIL : Persyaratan Umum Instalasi Listrik)
2. Kabel yang terpasang dalam system instalasi listrik rumah mempunyai inti kabel grounding didalamnya dan tersambung atau terkoneksi dengan baik sampai stop kontak. Istilah teknis menyebut koneksi ini “bonding”, yaitu koneksi antar kabel grounding, sedangkan istilah “grounding” sendiri digunakan untuk koneksi kabel grounding dengan system grounding yang ditanahkan langsung (seperti grounding rod).

Memeriksa Instalasi grounding yang ditanam

Untuk memeriksa bagian ini, mau tidak mau harus menggunakan alat yang dinamakan “Earth Tester”. Alat ini memang tidak umum, karena biasanya hanya digunakan oleh kontraktor atau instalatir yang memasang instalasi grounding. Fungsi alat ini adalah mengukur tahanan atau resistansi arde / grounding yang terpasang. Bila tahanan yang terukur masih lebih besar dari yang diharuskan, maka grounding rod yang ditanam harus ditambahkan agar lebih dalam.

Secara umum kita tidak bisa memeriksa sendiri bagian ini, kecuali anda punya “Earth tester”. Jadi cukup serahkan saja pemeriksaannya kepada kontraktor listrik yang kompeten dan terpercaya. Yang penting anda mengerti parameter yang menjadi patokan.

Memeriksa instalasi grounding yang terkoneksi dalam instalasi listrik rumah

Nah, memeriksa bagian ini relatif bisa kita lakukan. Dikatakan relatif karena tergantung dari peralatan yang kita miliki dan kepercayaan diri untuk melakukan.

Yang perlu anda periksa adalah bagian stop kontak, apakah kabel grounding (lebih tepatnya “bonding”) sudah terpasang sampai titik ini. Seperti dijelaskan di awal, secara teknis istilah “bonding” digunakan untuk koneksi antara kabel grounding dengan kabel grounding lain.

Jadi bonding adalah sistem yang terkoneksi di seluruh bagian rumah dan salah satunya berujung pada stop kontak. Sedangkan “grounding” adalah koneksi antara kabel grounding dengan sistem grounding yang ditanam. Warna kabel bonding dan grounding tetap sama, yaitu warna hijau atau kuning-hijau.

Bila salah satu stop kontak tidak terkoneksi kabel bonding, maka fungsi pengaman dari kebocoran arus listrik akibat kegagalan isolasi tidak akan bekerja. Bahasa mudahnya, potensi anda kesetrum saat menggunakan peralatan listrik akan sangat besar.

Alat yang digunakan adalah multitester atau Avometer dan screwdriver (obeng). Dengan multitester, kita bisa melakukan “continuity test” terhadap koneksi kabel bonding setiap stop kontak. Bila tidak punya, obeng masih bisa digunakan untuk memeriksa secara visual apakah kabel bonding sudah terkoneksi atau tidak di dalam stop kontak, walaupun validitas hasilnya masih perlu diuji.

Metode pertama : Memeriksa koneksi kabel bonding dengan multitester (continuity test)

1. Pastikan listrik di rumah anda sudah dimatikan terlebih dahulu (lihat peringatan diatas). Switch off circuit breaker seperti gambar dibawah.

Pengaman tipe MCB

2. Buka tutup MCB box.

3. Pastikan probe dari multitester (kabel warna merah dan hitam) terpasang pada lubang yang bersimbol “V Ω” untuk probe warna merah dan “COM” untuk probe warna hitam. Contoh yang digunakan adalah multitester tipe digital.

4. Putar selector di multitester ke posisi Voltage AC (symbol “V~”) untuk mengukur tegangan. Lihat gambar diatas.
5. Periksa tegangan di circuit breaker dengan multitester dan pastikan sudah tidak ada tegangan (penunjukan di multitester 0 (nol) volt). Bisa juga gunakan test pen untuk memastikan tidak ada tegangan. Dalam gambar dibawah, periksa setiap titik dari circuit breaker (garis warna merah) untuk memastikan tidak ada tegangan. Pastikan juga circuit breaker sudah switch off (kotak warna biru)

Memeriksa tegangan di MCB Box

6. Putar selector di multitester ke posisi Ohm (tanda “Ω”) untuk mengukur resistansi.

Posisi multitester dan probe untuk check resistansi

7. Hubungkan salah satu probe ke terminal grounding (terminal PE) di MCB box dan probe yang lain ke terminal grounding di stop kontak.

Continuity Test grounding kabel antara MCB Box dan stop kontak

8. Lihat pembacaan. Bila hasilnya menunjukkan hampir resitansi yang kecil, hampir mendekati 0 (nol) ohm, maka dipastikan terminal grounding di stop kontak terkoneksi dengan baik ke grounding terminal di MCB Box. Bila hasilnya menunjukkan resistansi dalam satuan kilo-ohm (kΩ) atau mega-ohm (MΩ) maka koneksinya kurang baik atau malah tidak terkoneksi. Contoh hasil pengukuran dari gambar dibawah adalah sebesar 1.2 ohm.

9. Lanjutkan pengukuran dengan stop kontak lain. Bila jarak antara MCB Box dengan stop kontak sudah terlalu jauh, maka bisa dilakukan pengukuran antar stop kontak.

Continuity test kabel grounding antar stop kontak

Contoh visual continuity test koneksi bonding antar stop kontak

10. Bila sudah selesai, jangan lupa untuk memasang kembali tutup MCB Box dan switch ON Circuit Breaker agar listrik di rumah anda normal kembali.

Metode kedua : Pemeriksaan visual koneksi kabel bonding pada stop kontak

Bila tidak memiliki multitester atau hasil pembacaan dari metode pertama tidak memuaskan, anda pun masih dapat melakukan metode ini.

1. Pastikan listrik di rumah anda sudah dimatikan terlebih dahulu (lihat peringatan diatas).

2. Buka tutup stop kontak dengan obeng (+) pada mur bagian tengah. Lihat gambar dibawah.

Stop Kontak tipe In-Bow yang terpasang di Instalasi Listrik Rumah

3. Perhatikan terminal kabel grounding di stop kontak (ada di bagian tengah) dan lihat apakah ada kabel grounding (warna hijau atau kuning-hijau) terkoneksi disana.

Contoh koneksi kabel grounding di stop kontak (lingkaran merah)

4. Bila ada terkoneksi, kemungkinan besar system bonding di stop kontak sudah terpasang. Bila tidak ditemukan, kemungkinan besar kabel grounding / bonding tidak dikoneksi.

Contoh stop kontak yang tidak terkoneksi kabel grounding / bonding

5. Pasang kembali tutup stop kontak dan lanjutkan dengan stop kontak lainnya.

6. Bila sudah selesai, jangan lupa switch ON Circuit Breaker agar listrik di rumah anda normal kembali.

Dari kedua metode ini, bisa kita kita perbandingkan kelebihan dan kekurangan masing-masing agar lebih jelas bagi pembaca, yaitu :

1. Metode pertama jelas membutuhkan alat multitester tetapi hasilnya lebih valid karena ada nilai resistansi (ohm) yang diukur sebagai hasil continuity test. Yang perlu diperhatikan adalah multitester itu masih berfungsi dengan baik.

2. Metode kedua relatif lebih murah dan mudah, cukup menggunakan obeng atau screwdriver. Hanya saja hasil yang dicapai belum tentu sebaik metode pertama. Hal ini karena bisa saja kabel bonding kelihatan terkoneksi di stop kontak tetapi tidak terhubung dengan sistem grounding keseluruhan.

3. Kedua metode tetap memerlukan pengamanan dari bahaya listrik dengan cara mematikan sumber listrik terlebih dahulu.

Beberapa kemungkinan hasil pemeriksaan yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Multitester menunjukkan resistansi yang besar tetapi pemeriksaan visual menunjukkan kabel grounding terkoneksi di stop kontak. Untuk hasil seperti ini, kemungkinan kabel grounding putus di tengah jalan atau tidak disambung dalam koneksi di atas plafon.

2. Multitester menunjukkan resistansi yang besar dan pemeriksaan visual menunjukkan kabel grounding tidak terkoneksi di stop kontak. Untuk kasus seperti ini, kabel yang terpasang di stop kontak biasanya hanya berinti dua, yaitu untuk phase dan netral saja (biasanya warna hitam dan biru). Untuk hasil seperti ini, sebaiknya kabel diganti dengan yang berinti tiga yaitu untuk phase, netral dan grounding.

3. Multitester menunjukkan resistansi yang rendah (hampir 0 (nol) ohm) dan pemeriksaan visual menunjukkan kabel grounding terkoneksi di stop kontak. Ini adalah hasil yang kita harapkan.

---

Sumber :

• Sumber 1
• Sumber 2