Tahanan Tanah: Definisi Faktor dan Metode Pengukuran
Hambatan bumi didefinisikan sebagai hambatan yang ditawarkan oleh elektroda bumi terhadap aliran arus ke dalam tanah. Hambatan ini juga dikenal sebagai hambatan ke bumi atau hambatan tanah. Hambatan bumi adalah parameter penting dalam merancang dan memelihara sistem grounding, karena mempengaruhi keselamatan dan kinerja instalasi listrik.
Apa itu Elektroda Bumi?
Elektroda bumi adalah batang logam atau pelat yang ditanam di tanah dan terhubung ke terminal bumi dari suatu sistem listrik. Ini memberikan jalur hambatan rendah untuk arus gangguan dan lonjakan petir untuk disebar ke dalam tanah. Elektroda bumi juga membantu menstabilkan tegangan sistem dan mengurangi gangguan elektromagnetik.
Elektroda bumi dapat dibuat dari tembaga, baja, besi galvanis, atau bahan lain dengan konduktivitas dan tahan korosi yang baik. Ukuran, bentuk, panjang, dan kedalaman elektroda bumi tergantung pada kondisi tanah, rating arus, dan aplikasi sistem grounding.
Faktor Apa Saja yang Mempengaruhi Hambatan Bumi?
Hambatan bumi terutama bergantung pada resistivitas tanah antara elektroda dan titik potensial nol (bumi tak terbatas). Resistivitas tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti:
Konduktivitas listrik tanah, yang utamanya 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 bumi 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 bumi juga bergantung pada hambatan elektroda itu sendiri dan hambatan kontak antara permukaan elektroda dan tanah. Namun, faktor-faktor ini biasanya dapat diabaikan dibandingkan dengan resistivitas tanah.
Bagaimana Mengukur Hambatan Bumi?
Ada berbagai metode untuk mengukur hambatan bumi pada sistem yang ada. Beberapa metode umum adalah:
Metode Jatuh Potensial
Metode ini juga dikenal sebagai metode 3 titik atau metode jatuh potensial. Metode ini memerlukan dua elektroda uji (elektroda arus dan elektroda potensial) dan pengujian hambatan bumi. Elektroda arus dimasukkan pada jarak tertentu dari elektroda bumi yang ada hingga kedalaman yang sama. Elektroda potensial dimasukkan di antara keduanya pada jarak yang sesuai sehingga berada di luar area pengaruh mereka (area hambatan). Pengujian menyuntikkan arus yang diketahui melalui elektroda arus dan mengukur tegangan antara elektroda potensial dan elektroda bumi yang ada. Hambatan bumi dihitung menggunakan Hukum Ohm:
Di mana R adalah hambatan bumi, V adalah tegangan yang diukur, dan I adalah arus yang disuntikkan.
Metode ini sederhana dan akurat tetapi memerlukan pemutusan semua koneksi ke elektroda bumi sebelum pengujian.
Metode Clamp-On
Metode ini juga dikenal sebagai pengujian frekuensi terinduksi atau metode tanpa tiang. Metode ini tidak memerlukan elektroda uji apa pun atau pemutusan koneksi ke elektroda bumi. Metode ini menggunakan dua cengkeraman yang diletakkan di sekitar elektroda bumi yang ada. Cengkeraman pertama menginduksi tegangan ke elektroda, dan cengkeraman kedua mengukur arus yang mengalir melaluinya. Hambatan bumi dihitung menggunakan Hukum Ohm:
Di mana R adalah hambatan bumi, V adalah tegangan yang diinduksi, dan I adalah arus yang diukur.
Metode ini praktis dan cepat tetapi memerlukan jaringan bumi paralel dengan beberapa elektroda.
Metode Rod Terpasang
Metode ini menggunakan satu elektroda uji (elektroda arus) dan pengujian hambatan bumi. Elektroda arus dilekatkan ke elektroda bumi yang ada dengan kabel. Pengujian menyuntikkan arus yang diketahui melalui kabel dan mengukur tegangan antara kabel dan elektroda bumi yang ada. Hambatan bumi dihitung menggunakan Hukum Ohm:
Di mana R adalah hambatan bumi, V adalah tegangan yang diukur, dan I adalah arus yang disuntikkan.
Metode ini tidak memerlukan pemutusan koneksi ke elektroda bumi tetapi memerlukan kontak yang baik antara kabel dan elektroda arus.
Metode Star-Delta
Metode ini menggunakan tiga elektroda uji (elektroda arus) yang disusun dalam segitiga sama sisi di sekitar elektroda bumi yang ada. Pengujian hambatan bumi menyuntikkan arus yang diketahui melalui setiap pasangan elektroda uji secara bergantian dan mengukur tegangan antara setiap pasangan elektroda uji secara bergantian. Hambatan bumi dihitung menggunakan Hukum Kirchhoff:
Di mana R adalah hambatan bumi, VAB, VBC, VCA adalah tegangan yang diukur antara setiap pasangan elektroda uji, dan I adalah arus yang disuntikkan.
Metode ini tidak memerlukan pemutusan koneksi ke elektroda bumi tetapi memerlukan lebih banyak elektroda uji daripada metode lainnya.
Metode Bumi Mati
Metode ini menggunakan dua elektroda uji (elektroda arus) yang dihubungkan seri dengan pengujian hambatan bumi. Satu elektroda uji dimasukkan dekat dengan elektroda bumi yang ada, dan elektroda uji lainnya dimasukkan jauh dari elektroda tersebut. Pengujian menyuntikkan arus yang diketahui melalui kedua elektroda uji ke dalam tanah dan mengukur tegangan antara keduanya. Hambatan bumi dihitung menggunakan Hukum Ohm:
Di mana R adalah hambatan bumi, V adalah tegangan yang diukur, dan I adalah arus yang disuntikkan.
Metode ini tidak memerlukan pemutusan koneksi ke elektroda bumi yang ada tetapi memerlukan kabel yang sangat panjang antara kedua elektroda uji.
Metode Kemiringan
Metode ini menggunakan satu elektroda uji (elektroda potensial) dan pengujian hambatan bumi. Elektroda potensial digeser sepanjang garis lurus menjauhi elektroda bumi yang ada dengan interval reguler. Pengujian menyuntikkan arus yang diketahui melalui elektroda bumi 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 perpotongan pada sumbu tegangan. Hambatan bumi dihitung menggunakan Hukum Ohm:
