Terdapat beberapa macam skema earthing pada sistem tenaga listrik yang biasa diterapkan. Beberapa skema ini memiliki perbedaan karakteristik bergantung kepada metode earthing yang digunakan pada instalasi di sisi downstream dari kumparan secondary transformator MV/LV serta penggunaan earthing pada sisi konduktor penghantar arus pada instalasi tegangan rendah yang mendapat suplai tenaga listrik dari transformator tersebut.
Perancangan system earthing bergantung kepada hal hal yang merupakan preferensi dari perancangnya, sehingga bisa berbeda beda bergantung kepada pertimbangan perancang. Secara garis besar terdapat tiga pertimbangan, yaitu:
- Jenis dari koneksi sistem kelistrikan (pada umumnya konduktor netral dari sistem) dan jenis koneksi antara bagian konduktif yang terekspose ke konduktor pentanahan.
- Konduktor proteksi yang terpisah atau konduktor proteksi dan konduktor netral dijadikan satu konduktor bersamaan.
- Penggunaan proteksi gangguan ke tanah dari proteksi overcurrent dari switchgear hanya mengclearkan arus gangguan yang relative besar atau menggunakan tambahan relay untuk mendeteksi dan mengclearkan gangguan arus ke tanah yang kecil / leak current.
- Penggunaan koneksi dari bagian konduktif yang terbuka dari peralatan dan dari konduktor netral ke konduktor PE (protective earth) akan menghasilkan level potensial yang sama (equipotential) dan akan merendahkan nilai tegangan lebih. Akan tetapi di sisi lain akan meningkatkan nilai arus gangguan ke Tanah.
- Memiliki konduktor proteksi terpisah akan memiliki dampak langsung terkait harga walaupun penampang konduktornya memiliki ukuran yang kecil. Akan tetapi disisi lain akan lebih tidak mudah terpengaruh oleh voltage drop, harmonic, dan gangguan power quality lainnya jika dibandingkan dengan hanya menggunakan konduktor netral saja.
- Instalasi dari relay proteki residual current atau peralatan untuk memonitor insulasi merupakan instalasi peralatan yang sensitif dan dapat memonitor terjadinya gangguan bahkan sebelum gangguan yang lebih besar muncul. Instalasi proteksi jenis ini merupakan proteksi tambahan yang bisa ditambahkan kemudian setelah sistem proteksi yang utama.
Sistem TT
Pada sistem earthing jenis TT, satu titik di sisi sumber dihubungkan langsung ke tanah. Semua bagian konduktif yang terlihat (conduit, tray, switchgear, exposed metal parts, metal objects) atau bagian yang konduktif tersembunyi (frame structure, steel reinforced concrete, etc) dihubungkan ke electrode pentanahan terpisah pada instalasinya. Electrode ini boleh atau tidak independent secara elektrikal terhadap electrode di sisi sumber. Dua zona pentanahan tersebut dapat overlap satu sama lain tanpa mempengaruhi operasi dari perangkat proteksi.
 |
| Gambar TT System, Property of Installation WIKI by Schneider Electric |
Sistem TN
Pada sistem TN, sisi sumber dihubungkan dengan Tanah sebagaimana pada sistem TT diatas. Pada instalasinya semua bagian konduktif yang terlihat (conduit, tray, switchgear, exposed metal parts, metal objects) atau bagian yang konduktif tersembunyi (frame structure, steel reinforced concrete, etc) dihubungkan ke konduktor neutral. Ada beberapa versi dari sistem TN yang digunakan:Sistem TN-C
Konduktor neutral juga digunakan untuk protective conductor dan dinamakan sebagai konduktor PEN (Protective Earth and Neutral). Pada sistem ini ukuran dari PEN tidak diijinkan lebih kecil dati 10mm2 atau untuk peralatan yang portable. Pada sistem TN-C membutuhkan lingkungan yang memiliki equipotential yang efektif dengan electrode pentanahan terpasang dengan jarak yang sama sebisa mungkin karena PEN conductor merupakan konduktor neutral dan pada saat yang bersamaan membawa arus unbalance sebagaimana juga arus harmonic orde ke 3 dan kelipatannya. Oleh karena itu PEN conductor harus terhubung ke sejumlah electrode pentanahan pada instalasinya. Hal yang perlu diperhatikan adalah pada sistem TN-C, fungsi protective conductor memiliki prioritas diatas fungsi neutral. Sehingga, PEN conductor harus selalu terhubung dengan terminal pentanahan dari beban dan jumper digunakan untuk menghubungkan terminal pentanahan dari beban ini ke terminal neutral.
 |
| Gambar TN-C System, Property of Installation WIKI by Schneider Electric |
Sistem TN-S
Sistem TN-S (5 kawat) wajib untuk rangkaian dengan luas penampang kurang dari 10mm2 untuk peralatan portable. Protective conductor dan neutral conductor terpisah. Pada sistem cable bawah Tanah dengan penggunaan cable jenis lead-sheath, yang menjadi protective conductor adalah lead sheath tersebut. |
| Gambar TN-S system, Property of Installation WIKI by Schneider Electric |
Sistem TN-C-S
Sistem TN-C dan sistem TN-S bisa digunakan sekaligus pada instalasi yang sama. Hanya saja sistem TN-C (4wires) tidak boleh digunakan pada sisi downstream dari sistem TN-S (5 wires), karena apoabila terjadi interupsi pada sisi neutral dari sisi upstream dapat menyebabkan gangguan pada protective conductor di sisi downstream dan menyebabkan timbulnya bahaya pada sistem.
 |
| Gambar TN-C-S System, Property of Installation WIKI by Schneider Electric |
 |
| PEN Connection pada system TN-C, Property of Installation WIKI by Schneider Electric |
IT Isolated Neutral
Pada sistem IT tidak ada koneksi pada neutral di sisi sumber terhadap pentanahan. Semua bagian konduktif yang terlihat (conduit, tray, switchgear, exposed metal parts, metal objects) atau bagian yang konduktif tersembunyi (frame structure, steel reinforced concrete, etc) dihubungkan ke electrode pentanahan.
 |
| Gambar sistem Isolated Neutral, Property of Installation WIKI by Schneider Electric |
Dalam prakteknya semua rangkaian memiliki nilai impedansi bocor ke tanah karena memang tidak ada insulasi yang sempurna. Impedansi ini ada yang merupakan impedansi resistif dan impedansi kapasitif, kedua nilai resistif dan kapasitif ini membentuk nilai impedansi bocor ke tanah.
 |
| Gambar Leakage Impedance to Earth pada IT system, Property of Installation WIKI by Schneider Electric |
 |
| Gambar Impedance Equivalent to Leakage Impedance pada IT system |
IT Impedance-Earthed Neutral
Impendansi Zs dengan nilai 1000-2000 ohm dihubungkan secara permanen antara sisi netral dari sisi sekunder transformator dengan pentanahan. Semua bagian konduktif yang terlihat (conduit, tray, switchgear, exposed metal parts, metal objects) atau bagian yang konduktif tersembunyi (frame structure, steel reinforced concrete, etc) dihubungkan ke electrode pentanahan. Tujuan dari pentanahan jenis ini adalah untuk memperbaiki nilai potensial dari jaringan yang kecil terhadap tanah (Zs bernilai kecil bila dibandingkan dengan impedansi bocor) dan untuk mengurangi tingkat dari overvoltage seperti nilai surja yang dating dari kumparan tegangan menengah, static charge, dll. Akan tetapi pentanahan jenis ini memiliki efek menambah tingkat nilai arus gangguan.
 |
| Gambar sistem Impedance-Earthed Neutral, Property of Installation WIKI by Schneider Electric |
Sekian dahulu penjelasan tentang sistem sistem earthing. Semoga bermanfaat :)
Source:
IEC 60364 electrical installations of buildings
http://www.electrical-installation.org/enwiki/Earthing_connections
http://www.electrical-installation.org/enwiki/Definition_of_standardised_earthing_schemes
