Apa itu Hambatan Tanah

Apa itu Hambatan Tanah?

Definisi Hambatan Tanah

Elektroda tanah adalah batang logam atau pelat yang ditanam di dalam tanah dan terhubung ke terminal tanah dari sistem listrik. Ini memberikan jalur hambatan rendah untuk arus sesaat dan lonjakan petir untuk didispersikan ke dalam tanah. Ini juga membantu menstabilkan tegangan sistem dan mengurangi gangguan elektromagnetik.

Elektroda tanah dapat dibuat dari bahan seperti tembaga, baja, atau besi galvanis, dipilih karena konduktivitas dan ketahanan korosinya. Ukuran, bentuk, panjang, dan kedalaman elektroda bergantung pada kondisi tanah, rating arus, dan aplikasi khusus dari sistem grounding.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Hambatan Grounding

Hambatan tanah sebagian besar tergantung pada resistivitas tanah antara elektroda dan titik potensial nol (tanah tak terbatas). Resistivitas tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti:

• Konduktivitas listrik tanah, yang sebagian besar disebabkan oleh elektrolisis. Konsentrasi air, garam, dan komponen kimia lainnya dalam tanah menentukan konduktivitasnya. Tanah lembab dengan kandungan garam tinggi memiliki resistivitas lebih rendah daripada tanah kering dengan kandungan garam rendah.

• Komposisi kimia tanah, yang mempengaruhi nilai pH dan sifat korosinya. Tanah asam atau basa dapat mengkorosi elektroda tanah dan meningkatkan hambatannya.

• Ukuran butir, kehomogenan, dan pengepakan partikel tanah mempengaruhi porositas dan kapasitas retensi kelembaban. Tanah berbutir halus dengan distribusi seragam dan pengepakan padat memiliki resistivitas lebih rendah daripada tanah berbutir kasar dengan distribusi tidak seragam dan pengepakan longgar.

• Suhu tanah, yang mempengaruhi ekspansi termal dan titik beku. Suhu tinggi dapat meningkatkan konduktivitas tanah dengan meningkatkan mobilitas ion. Suhu rendah dapat menurunkan konduktivitas tanah dengan membekukan kandungan airnya.

• Hambatan tanah juga tergantung pada hambatan elektroda itu sendiri dan hambatan kontak antara permukaan elektroda dan tanah. Namun, faktor-faktor ini biasanya dapat diabaikan dibandingkan dengan resistivitas tanah.

Pengukuran Hambatan Tanah

Ada berbagai metode untuk mengukur hambatan tanah pada sistem yang ada. Beberapa metode umum adalah:

Metode Jatuh Potensial

Metode ini, juga disebut metode 3-titik atau metode jatuh potensial, memerlukan dua elektroda uji (arus dan potensial) dan alat pengukur hambatan tanah. Elektroda arus ditempatkan pada jarak dari elektroda tanah, sesuai dengan kedalamannya. Elektroda potensial ditempatkan di antara keduanya, di luar area hambatan mereka. Alat pengukur menyuntikkan arus tertentu melalui elektroda arus dan mengukur tegangan antara elektroda potensial dan elektroda tanah. Hambatan tanah kemudian dihitung menggunakan hukum Ohm:

Di mana R adalah hambatan tanah, V adalah tegangan yang diukur, dan I adalah arus yang disuntikkan.

Metode ini sederhana dan akurat tetapi memerlukan pemutusan semua koneksi ke elektroda tanah sebelum pengujian.

Metode Penjepit

Metode ini juga dikenal sebagai pengujian frekuensi terinduksi atau metode tanpa tiang. Metode ini tidak memerlukan elektroda uji apa pun atau pemutusan koneksi apa pun ke elektroda tanah. Metode ini menggunakan dua penjepit yang ditempatkan di sekitar elektroda tanah yang ada. Satu penjepit menginduksi tegangan ke elektroda dan penjepit lainnya mengukur arus yang mengalir melaluinya. Hambatan tanah dihitung menggunakan hukum Ohm:

Di mana R adalah hambatan tanah, V adalah tegangan yang diinduksi, dan I adalah arus yang diukur.

Metode ini praktis dan cepat tetapi memerlukan jaringan tanah paralel dengan beberapa elektroda.

Metode Batang Terpasang

Metode ini melibatkan satu elektroda uji (elektroda arus) dan alat pengukur hambatan tanah. Elektroda arus dihubungkan ke elektroda tanah dengan kabel. Alat pengukur menyuntikkan arus tertentu melalui kabel dan mengukur tegangan antara kabel dan elektroda tanah. Hambatan tanah kemudian dihitung menggunakan hukum Ohm:

Di mana R adalah hambatan tanah, V adalah tegangan yang diukur, dan I adalah arus yang disuntikkan.

Metode ini tidak memerlukan pemutusan koneksi apa pun ke elektroda tanah tetapi memerlukan kontak yang baik antara kabel dan elektroda arus.

Metode Bintang-Delta

Metode ini menggunakan tiga elektroda uji (elektroda arus) yang disusun dalam segitiga sama sisi di sekitar elektroda tanah yang ada. Alat pengukur hambatan tanah menyuntikkan arus tertentu melalui setiap pasangan elektroda uji secara bergantian dan mengukur tegangan antara setiap pasangan elektroda uji secara bergantian. Hambatan tanah dihitung menggunakan hukum Kirchhoff:

Di mana R adalah hambatan tanah, V_AB, V_BC, V_CA adalah tegangan yang diukur antara setiap pasangan elektroda uji, dan I adalah arus yang disuntikkan.

Metode ini tidak memerlukan pemutusan koneksi apa pun ke elektroda tanah tetapi memerlukan lebih banyak elektroda uji daripada metode lainnya.

Metode Tanah Mati

Metode ini menggunakan dua elektroda uji (elektroda arus) yang dihubungkan secara seri dengan alat pengukur hambatan tanah. Satu elektroda uji dimasukkan dekat elektroda tanah yang ada, dan elektroda uji lainnya dimasukkan jauh darinya. Alat pengukur menyuntikkan arus tertentu melalui kedua elektroda uji ke dalam tanah dan mengukur tegangan antara keduanya. Hambatan tanah kemudian dihitung menggunakan hukum Ohm:

Di mana R adalah hambatan tanah, V adalah tegangan yang diukur, dan I adalah arus yang disuntikkan.

Metode ini tidak memerlukan pemutusan koneksi apa pun ke elektroda tanah yang ada tetapi memerlukan kabel sangat panjang antara kedua elektroda uji.

Metode Kemiringan

Metode ini menggunakan satu elektroda uji (elektroda potensial) dan alat pengukur hambatan tanah. Elektroda potensial dipindahkan sepanjang garis lurus menjauh dari elektroda tanah yang ada dengan interval reguler. Alat pengukur menyuntikkan arus tertentu melalui elektroda tanah yang ada ke dalam tanah dan mengukur tegangan antara elektroda tersebut dan elektroda potensial pada setiap interval. Grafik tegangan versus jarak digambar dan diekstrapolasikan untuk menemukan intersepsi pada sumbu tegangan. Hambatan tanah dihitung menggunakan hukum Ohm:

Di mana R adalah hambatan tanah, V₀ adalah intersepsi pada sumbu tegangan, dan I adalah arus yang disuntikkan.

Metode ini tidak memerlukan pemutusan koneksi apa pun ke elektroda tanah yang ada tetapi memerlukan pergerakan elektroda potensial sepanjang garis lurus.

Penyempurnaan Hambatan Tanah

Hambatan tanah dapat ditingkatkan dengan mengurangi resistivitas tanah atau meningkatkan luas permukaan elektroda. Beberapa cara umum untuk meningkatkan hambatan tanah adalah:

• Menambahkan garam atau zat larut lainnya di sekitar elektroda untuk meningkatkan konduktivitas tanah melalui elektrolisis.

• Menambahkan arang atau zat retensi kelembaban lainnya di sekitar elektroda untuk menjaga tanah tetap lembab sepanjang tahun.

• Menggunakan beberapa elektroda yang dihubungkan secara paralel untuk meningkatkan total luas permukaan yang bersentuhan dengan tanah.

• Menggunakan elektroda yang lebih panjang atau lebih dalam untuk mencapai lapisan tanah bawah dengan resistivitas lebih rendah.

• Menggunakan elektroda dengan penampang yang lebih besar atau berbentuk rongga untuk mengurangi hambatan elektroda.

• Menggunakan elektroda dengan lapisan khusus atau paduan untuk mencegah korosi dan meningkatkan hambatan kontak.

Disarankan untuk mengukur hambatan tanah secara berkala (setahun sekali atau setiap enam bulan) dan mengambil tindakan yang diperlukan jika melebihi nilai yang diinginkan untuk aplikasi.

Kesimpulan

Hambatan tanah adalah parameter penting untuk merancang dan memelihara sistem grounding. Hambatan ini tergantung pada berbagai faktor seperti resistivitas tanah, ukuran, bentuk, kedalaman, dan bahan elektroda, dll. Ada berbagai metode untuk mengukurnya pada sistem yang ada, seperti metode jatuh potensial, metode penjepit, metode batang terpasang, metode bintang-delta, metode tanah mati, dan metode kemiringan. 

Hambatan tanah dapat ditingkatkan dengan menambahkan garam, arang, atau zat lainnya di sekitar elektroda, menggunakan beberapa elektroda, menggunakan elektroda yang lebih panjang atau lebih dalam, menggunakan elektroda yang lebih besar atau berbentuk rongga, atau menggunakan lapisan khusus atau paduan untuk elektroda. Hambatan tanah harus diukur secara berkala dan dijaga dalam batas yang dapat diterima untuk alasan keselamatan dan kinerja.