Lightning Conductor sebagai Grounding atau Pentanahan

ABSTRAK

Grounding atau pentanahan merupakan suatu sistem pengaman perangkat elektronik yang memiliki peranan vital bagi kelangsungan operasional perangkat tersebut. Sistem ini akan bekerja untuk membumikan atau menyalurkan ke tanah jika terdapat arus gangguan yang biasanya berupa spike yang masuk ke perangkat elektronik. Arus gangguan sendiri dapat berasal dari sumber tegangan listrik ataupun dari faktor luar seperti sambaran petir. Apabila tidak terpasang sistem pentanahan atau sistem pentanahan terpasang namun kualitasnya jelek, maka arus gangguan  akan merusak perangkat elektronik, namun sebaliknya jika sistem pentanahan bagus maka arus gangguan akan disalurkan ke tanah atau dibumikan sehingga tidak membahayakan atau bahkan merusak perangkat elektronik. Salah satu sistem pentanahan yang sering digunakan adalah menggunakan lightning conductor.

Pentanahan atau Grounding

Proses menghubungkan semua bagian benda-benda yang mungkin menjadi sumber muatan yang akan mengalir ke tanah disebut sebagai proses pentanahan. Proses pentanahan disebut juga sebagai proses pembuatan jalur bagi gangguan ke tanah atau membuat nilai potensial benda berada mendekati pada nilai potensial tanah (nol). Secara teori adanya beda potensial antara benda yang ditanahkan dengan tanah akan dapat dicegah dan sekaligus memungkinkan dialirkannya arus gangguan yang akan menyebabkan bekerjanya sistem pengaman.

Tahanan antara elektroda sistem pentanahan dengan elektroda lain pada jarak tertentu disebut sebagai tahanan pentanahan.ada dua peruntukan pentanahan yaitu pentanahan sistem dan pentanahan peralatan sehingga definisi pentanahan dapat dikatakan sebagai proses penghubungan bagian peralatan-peralatan listrik yang tidak dialiri arus pada keadaan normal atau proses penghubungan dengan tanah titik netral suatu sistem tenaga listrik atau badan dari peralatan listrik. Menanam elektroda ke dalam tanah dapat dilakukan untuk melakukan kontak dengan tanah.

Pemasangan sistem pentanahan bertujuan :

1. Sebagai pembatas tegangan antara bagian-bagian peralatan yang tidak dialiri arus dengan tanah untuk semua kondisi operasi sampai pada suatu harga yang aman, baik pada kondisi normal maupun saat terjadi gangguan.
2. Memperoleh rata potensial dalam suatu bagian struktur dan peralatan serta untuk memperoleh jalan balik arus hubung singkat ke tanah yang berupa impedansi rendah. Pemaksaan aliran arus hubung singkat ke tanah dengan tahanan yang tinggi akan berbahaya karena hal tersebut menimbulkan perbedaan tegangan yang besar.

Penerapan pentanahan mempunyai keuntungan :

1. Tidak dimungkindan adanya tegangan mengambang karena semua kelistrikan berada pada potensial yang seragam.
2. Jalur untuk arus gangguan ke tanah telah tersedia melalui konduktor pengaman yang menghubungkan benda kerja yang terbuat dari logam ke tanah.

Penghubungan bagian-bagian peralatan listrik yang pada keadaan normal tidak dialiri arus dinamakan sebagai pentanahan peralatan. Menanamkan konduktor ke dalam tanah dilakukan untuk membuat kontak dengan tanah. Elektroda pentanahan adalah konduktor yang ditanam di dalam tanah. Sedangkan peralatan yang digunakan untuk mengalirkan dan melepaskan arus pentanahan ke dalam bumi adalah sebuah konduktor yang disebut batang pentanahan.

Berikut ini adalah persyaratan-persyaratan yang harus dipenuhi agar sistem pentanahan dapat bekerja secara efektif :

1. Rangkaian efektif yang berupa jalur impedansi rendah ke tanah sebagai pengaman personel dan peralatan.
2. Gangguan akibat surja hubung (surge currents) harus dapat diatasi.
3. Kontinuitas penampilan  sepanjang umur peralatan yang dilindungi sangaltah dibutuhkan sehingga diperlukan penggunaan bahan tahan korosi terhadap berbagai kondisi kimiawi tanah.

Beberapa persyaratan yang harus dipenuhi oleh konduktor yang akan digunanakan untuk pentanahan antara lain :

• Agar beda potensial lokal yang berbahaya tidak semakin besar maka harus memiliki daya hantar jenis (conductivity) yang cukup besar.
• Agar kerusakan fisik dapat diminimalisasi terutama apabila digunakan pada daerah yang tidak terlindung maka harus memiliki kekerasan/kekuatan secara mekanis pada tingkat yang tinggi.
• Karena konduktor akan terkena magnitude arus gangguan dalam waktu yang lama, maka diperlukan konduktor yang tahan terhadap peleburan dari keburukan sambungan listrik.
• Tahan terhadap korosi.

Berikut ini adalah jenis elektroda pentanahan yang biasa digunakan untuk pengaman sistem maupun pengaman peralatan :

1. Elektroda Pita, elektroda jenis ini terbuat dari konduktor berbentuk pita atau berpenampang bulat atau konduktor pilin. Pada umumnya ditanam secara dangkal dengan kedalaman pemasangan minimal 0,5 m.
2. Elektroda Batang, elektroda jenis ini juga disebut elektroda pasak yang mana elektroda ini terbuat dari pipa atau besi baja yang dilapisi tembaga yang pemasangannya dengan cara ditancapkan ke dalam tanah secara tegak lurus atau mendatar.
3. Elektroda Pelat, elektroda jenis ini terbuat dari pelat logam atau pelat logam berlubang atau dari bahan kawat kasa. Biasanya dipasang secara tegak lurus di dalam tanah dengan tepi bagian atasnya sekurang-kurangnya berjarak 1 m di bawah permukaan tanah.
4. Elektroda Pentanahan Jenis Batang Bulat Berlapis Tembaga, elektroda pentanahan jenis ini berupa konduktor yang terbuat dari batang logam bulat yang dilapisi tembaga. Dipasang dengan cara ditanam atau dipancangkan ke dalam tanah dan membuat kontak langsung dengan tanah.

Elektroda pentanahan harus terbuat dari batang baja pejal yang berlapis tembaga dan salah satu ujungnya lancip dengan sudut kelancipan (45 ± 5)º (Suartika, I. M, 2017)

Untuk menghindari dari bahaya sambaran petir pada bangunan gedung dibutuhkan nilai resistansi grounding < 5Ω, sedangkan untuk grounding peralatan elektronik dibutuhkan nilai tahanan < 3Ω. (Hambali & Putra, J. F, 2021)

Prinsip Kerja Lightning Conductor

Pada saat petir menyambar suatu objek, pada objek tersebut telah disuntikkan sejumlah muatan yang berasal dari petir sehingga tegangan pada objek tersebut naik melebihi yang seharusnya, inilah mengapa sambaran petir disebut sebagai peristiwa pelepasan muatan yang menyebabkan terjadinya tegangan berlebih pada objek yang tersambar. Fenomena ini paling berbahaya bila terjadi pada peralatan-peralatan listrik yang memiliki tegangan kerja terbatas. Contohnya pada jaringan transmisi udara, peralatan elektronika dan sebagainya.

Pengalihan sambaran petir ke lightning conductor merupakan prinsip kerja utama dari sistem proteksi terhadap sambaran petir menggunakan lightning conductor sehingga sambaran petir tidak menyambar objek yang diproteksi. Pada posisi ini ada dua fungsi utama dari lightning conductor sebagai alat proteksi : pertama sebagai perisai atau tameng, dan kedua untuk memberikan jalan termudah untuk sambaran petir.

Seperti terlihat pada gambar 1a, ketika stepped leader turun mendekati bumi, maka pada saat itu pembentukan upward streamer dari lightning conductor lebih cepat dan lebih tinggi daripada benda yang diproteksi. Hal ini terjadi karena posisi lightning conductor yang lebih tinggi dan lebih rucing sehingga muatan yang terkumpul juga kemungkinan lebih banyak dan lebih cepat. Pada tahap ini, lightning conductor bersifat “mengorbankan diri” sebagai jalan termudah bagi step leader untuk melepaskan muatan membentuk sambaran petir yang sempurna.

Kemudian pada gambar 1b, karena upward streamer dari lightning conductor lebih tinggi, maka kemungkinan untuk lebih dahulu tersentuh atau masuk ke zona jarak sambaran lebih besar, sehingga pertemuan antara upward streamer dari lightning conductor dengan stepped leader terjadi lebih dahulu dan sambaran petir yang terjadi menyambar lightning conductor. Pada tahap ini lightning conductor berfungsi sebagai perisai atau tameng yang mengambil alih sambaran petir. Selanjutnya, muatan yang dilepas saat sambaran ini dilarikan kebumi melalui elektroda pentanahan sehingga tidak merusak objek yang dilindungi sampai akhirnya sambaran petir berhenti. (Ginting, J, 2012)

Daftar Pustaka

1. Ginting, J, 2012. ANALISA EFEK TEGANGAN INDUKSI KARENA SAMBARAN PETIR PADA AREA OPERASIONAL PT. X. Skripsi. Depok : Universitas Indonesia
2. Hambali & Putra, J. F, 2021. PERANCANGAN SISTEM GROUNDING PADA GEDUNG PERKULIAHAN DAN PERKANTORAN DI UNIVERSITAS NEGERI PADANG. Ranah Research : Journal of Multidisciplinary Research and Development, Volume 4, Issue 1, November 2021
3. http://www.if.ufrgs.br/fis/EMVirtual/crono/raios.html, diakses tanggal 15 April 2022 pukul 18:45 WIB
4. Suartika, I. M, 2017. Sistem Pembumian (Grounding) Dua Batang Sistem Pengaman Tenaga Listrik. Jimbaran : Universitas Udayana