Makalah ini membahas tentang bonding dan grounding pada sheath kabel listrik tegangan tinggi. Metode single point grounding menimbulkan tegangan pada sheath sedangkan multi point grounding menghilangkan tegangan tersebut namun menurunkan ampasitas kabel. Untuk memaksimalkan ampasitas serta menghindari tegangan dan arus pada sheath, makalah ini merekomendasikan penggunaan metode single point bonding dengan cross bonding yaitu dengan menghubungkan silang sheath pada beberapa titik

1. 1
Makalah Mata Kuliah Teknologi Kabel Tenaga Listrik
Sheath Bonding and Grounding
Oktarico Susilatama PP (21060110141053)
oktaricopradana@yahoo.co.id
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro,
Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
Abstrak - Kabel merupakan komponen utama
jaringan transmisi untuk menghubungkan satu titik
ke titik lain. Jika kabel menyalurkan arus maka
pada sheath logam tersebut akan terdapat tegangan
induksi yang besamya dipengaruhi oleh arus dan
panjang kabel. Tegangan induksi yang besar harns
diturunkan dengan metoda yang tepat agar aman
dan sesuai standar yang berlaku. Tegangan induksi
pada sheath (lead sheath) kabel terjadi karena
adanya induksi elektromagnetik. Berdasarkan
ketentuan tegangan yang diperbolebkan berkisar
antara 30 -60 Volt yang besamya ditentukan oleh
faktor tegangan tembus sheath pelindung luar dan
keamanan manusia. Tegangan tembus sheath yang
diperbolehkan dapat berkisar antara 60 -100 Volt
untuk sheath yang ditanam , atau untuk sheath yang
tempat sambungannya dilengkapi dengan
pelindung guna mencegah kontak tangan. Cara ini
sangat cocok untuk tarikan tiga kabel inti tunggal"
tetapi sulit dalam pelaksanaannya, sheath kabel
yang ditanahkan menjadikan arus mengalir
mendahului. Arus sheath ini tidak diinginkan,
karena mengakibatkan rugi-rugi panas sebingga
akan menurunkan arus rating kabel dan juga akan
menggangu kabel telekomunikasi. Untuk mengatasi
besamya arus dan tegangan induksi pada saluran
transmisi tegangan tinggi yang panjang maka
dapat dilakukan antara lain dengan menghubung
silang sheath dan mentanahkan pada ke dua ujung
kabel pada setiap bagian utama panjang kabel.
Kata kunci : bonding, sheath,shield,grounding
I PENDAHULUAN
Istilah sheath dan shield akan digunakan
bergantian karena mereka memiliki fungsi
yang sama,permasalahan dan solusi untuk
tujuan dari pembahasan ini
Sheath merujuk pada ketahanan air, komponen
logam berbentuk tabung dari kabel yang
diterapkan diatas isolasi. Contohnya ialah
sheath timah dan tembaga atau alumunium
sheath. Layer semikonduktor dapat digunakan
dibawah logam untuk membentuk permukaan
yang sangat lembut
Shield merujuk pada komponen penghantar
dari kabel yang harus di ground untuk
membatasi medan dielektrik pada bagian
dalam kabel. Shield umumnya terdiri dari
bagian logamik dan sebuah penghantar (atau
semikonduktor) yang mengektruksi layer.
Bagian logamik dapat berupa plester (tape),
kawat atau pipa.
Sistem perkabelan yang seharusnya
dipertimbangkan untuk pembumian single-
point ialah sistem dengan kabel 1000 kcmils
dan lebih besar dan dengan antisipasi beban
diatas 500 ampere. Lima puluh tahun yang
lalu, kabel tersebut berupa rangkaian transmisi
isolasi kertas yang harus memiliki sheath
timah. Kertas teknik dari era tersebut memiliki
judul seperti “Pengurangan rugi rugi sheath
pada kabel konduktor tunggal” dan “trafo
ikatan sheath”,oleh karena istilah sheath ialah
kata lebih disukai daripada shield pada diskusi
ini.
.
II. KABEL MERUPAKAN TRANSFORMATOR
Ketika arus mengalir pada konduktor “pusat”
dari kabel, arus menghasilkan fluks
elektromagnetik pada shield logamik atau pada
paralel konduktor. Ini menjadi sebuah “satu
kumparan” trafo ketika shield dibumikan dua
kali atau lebih sejak rangkaian terbentuk dan
arus mengalir.

2. 2
Jika shield hanya dibumikan satu kali dan
sirkit tidak sempurna, fluks magnetik
menghasilkan sebuah tegangan pada shield.
Sejumlah tegangan yang sebanding dengan
arus pada konduktor dan meningkat karena
jarak dari ground meningkat.
Gambar 1 Single point grounding
Jika shield dibumikan dua kali atau lebih dan
melengkapi sebuah rangkaian, fluks magnetik
menghasilkan aliran arus didalam shield.
Jumlah arus pada shield ialah berbanding
terbalik dengan resistansi dari shield. Arus
pada shield meningkat karena jumlah dari
logam didalam shield meningkat. Tegangan
tetap nol. Lihat gambar 2
Gambar 2 Multi point grounding
Salah satu konsep penting yang merujuk pada
pembumian multiple ialah bahwa jarak antara
ground tidak memiliki pengaruh pada besar
nya arus. Jika ground terpisah satu foot atau
1,000 feet, arus nya ialah sama, tergantung
pada arus di dalam pusat konduktor dan
resistansi dari shield. Dalam kasus kabel
multiple, hubungan bagian dari kabel juga
merupakan faktor.
III. AMPACITY
3.1 Pengertian Ampacity
Kabel memiliki nilai ampacity yg berbeda-
beda berdasarkan ukurannya. Semakin besar
ukuran kabel semakin besar nilai ampacity nya
maka semakin besar kemampuan kabel
tersebut untuk menghantar arus ke beban.
Kabel harus memiliki nilai ampacity minimal
lebih besar125% dari total arus beban
(berdasarkan NEC standard).
Cable Ampacity ≥ 1.25 x Full Load Current
Nilai ampacity juga berpengaruh terhadap
ambient temperatur bumi dimana kabel akan
digunakan sehingga perlu di koreksi (derating
factor) dengan menggunakan correction factor
yang sesuai dengan Tabel B-310 di NEC
standart juga mencantumkan correction factor
berdasarkan temperature dan jumlah conductor
(grouping factor).
Gambar 3 Bobot Faktor Koreksi

3. 3
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
LOSS FACTOR (PER UNIT)
AMPACITY(AMPERES)
Banyak sumber dari heat pada kabel seperti
konduktor,isolator,shield,etc. Panas ini harus
dibawa melewati kanal(pipa penyalur), udara,
beton, sekeliling tanah, dan akhirnya sesuai
ambien bumi. Jika pembangkitan panas pada
beberapa segmen diturunkan seperti sheath,
kemudian seluruh kabel akan memiliki
kemampuan yang lebih untuk membawa arus
yang berguna.
Gambar 4 grafik hubungan loss factor dengan
ampacity
Sumber panas dari sistem shield ialah salah
satu yang kita akan konsentrasi pada diskusi
ini karena kita mencoba untuk mengurangi
atau menghilangkannya.
3.2 Rugi Rugi Shield
Ketika arus AC mengalir pada konduktor
dari kabel konduktor tunggal, medan magnet di
hasilkan. Jika konduktor kedua berada dalam
medan magnet, tegangan yang bervariasi
dengan medan akan dikenalkan pada
konduktor kedua tersebut yaitu sheath.
Jika konduktor kedua itu merupakan bagian
dari rangkaian (dihubungkan ke bumi pada dua
tempat atau lebih), tegangan induksi akan
menyebabkan arus mengalir. Arus tersebut
menghasilkan rugi rugi yang muncul sebagai
panas. Panas harus didisipasi sama seperti rugi
rugi lainnya. Hanya jika terlalu banyak panas
yang dapat didisipasi untuk kumpulan kondisi
yang diketahui, sehingga rugi rugi shield
tersebut mengurangi jumlah panas yang dapat
di tetapkan sebagi konduktor fasa.
Gambar 5 Batas temperatur kerja kabel
3.3 Kapasitas Shield
Shield, atau sheath dari kabel harus
memiliki konduktivitas yang cocok pada
logam untuk membawa arus gangguan yang
tersedia yang dapat dikenakan pada kabel.
Kabel konduktor tunggal seharusnya memliki
netral yang cukup di dalam shield nya untuk
membersihkan gangguan fasa ke ground dan
dengan tipe dari skema penutupan yang akan
digunakan. Tidak bijaksana jika tergantung
pada shield dari kedua fasa lainnya karena
mereka dapat beberapa inci lebih.
Terlalu banyak logam didalam shield dari
bagian kabel dengan dua atau lebih
pembumian merupakan ide yang tidak bagus.
Hal ini menambah biaya untuk membeli kabel
tersebut dan rugi rugi tidak hanya mengurangi
ampacity dari kabel tapi menyebabkan rugi
rugi ekonomi yang tidak semestinya dari panas
yang dihasilkan.
Satu cara yang anda dapat uji konsep dari
jumlah shield yang cocok ialah dengan melihat
performa dari kabel yang anda miliki saat
pelayanan. Walaupun kabel tersebut memiliki
sheath timah, kita dapat menterjemahkan
sejumlah timah tersebut ke tembaga yang
ekuivalen. Kita akan juga membutuhkan untuk
mempertimangkan apakah arus gangguan
dapat terjadi dimasa depan. Kita dapat
“mengkonversi” logam yang digunakan pada
sheath atau shield ke tembaga yang ekuivalen
dengan mengukur luar dari logam shield dan
kemudian menerjemahkan area tersebut ke

4. 4
tembaga yang ekuivalen menggunakan rasio
dari resistivitas listrik mereka
Gambar 6 Resistivitas Elektris Logam
Gambar 7 Panjang maksimum untuk kabel
konduktor tunggal yang beroperasi pada
nilai ampacity tertentu dengan pembumian
shield titik tunggal
3.4 Kapasitas Jumper
Sambungan yang baik antara jumper ikatan
dan sheath kabel diperlukan untuk memiliki
kapasitas yang cukup untuk menjadikan arus
gangguan ke ground atau ke bagian yang
berdekatan dalam mendasain sheath kabel. Hal
ini umumnya point lemah pada desain
keseluruhan.
Jumper ikatan seharusnya selalu lebih besar
dari pada luas sheath ekuivalen dan seharusnya
sependek dan selurus mungkin untuk
mengurangi impedansi dari bagian tersebut
dari rangkaian. Pada semua kasus, jumper
ikatan seharusnya ditutupi seperti pada kabel
600 volt.
IV. GROUNDING
4.1 Tujuan pembumian
Membatasi tegangan antara bagianbagian
peralatan yang tidak dialiri arus dengan tanah
sampai pada suatu harga yang aman (tidak
membahayakan) untuk semua kondisi operasi
normal atau tidak normal.
Hal ini dilakukan jika terjadi gangguan maka
arus dapat cepat disalurkan ke tanah.
Sistem pembumian yang kurang baik,
berakibat timbulnya kenaikan beda potensial.
Beda potensial ini timbul diantara peralatan
listrik yang dibumikan dengan tanah
disekitarnya sehingga membahayakan
keselamatan manusia yang berada di daerah
tersebut.
4.2 Multi point grounding
 Keuntungan
1. Tidak memerlukan isolasi sheath bersama
2. Tidak ada tegangan pada shield
3. Tidak diperlukan pengujian periodik
4. Tidak ada perhatian ketika mencari
gangguan
 Kerugian
1. Ampasitas yang lebih rendah
2. Rugi rugi tinggi
Pembumian kedua dapat melengkapi sebuah
rangkaian dan menghasilkan arus yang sangat
tinggi pada sheath yang dapat menyebabkan
gangguan dari semua kabel yang telah di
kenakan pada arus tersebut. Perhitungan
tegangan yang lebih tinggi pada sheath, arus
yang lebih besar mengalir dapat terjadi pada
kondisi pembumian kedua. Perbaikan periodik
dari rangkaian pembumian titik tunggal
seharusnya dipertimbangkan. Jika ini akan
berhasil, lapisan grafit diatas jacket akan
membutuhkan pengujian listrik dari
integritas/keutuhan jacket

5. 5
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
CONDUCTOR SIZE, KCMIL
AMPACITY,AMPERES
CROSS-BONDED
MULTIPLE-POINT BONDED
4.3 Single point grounding
and cross bonding
 keuntungan
1. Ampasitas yang lebih tinggi
2. Rugi rugi rendah
 Kerugian
1. Isolasi sheath bersama dibutuhkan
2. Tegangan pada sheath/ kemanan
diperhatikan
Istilah yang digunakan untuk
mendiskripsikan pembumian titik tunggal dari
1920 sampai 1950 ialah sheath hubung buka .
Pada 1950 buku petunjuk mengatakan bahwa
“nilai aman dari tegangan sheath diatas ground
ialah umumnya diambil pada 12 volt AC untuk
menghilangkan atau mengurangi permasalahan
elektrolisis dan korosi.” Sebgian besar dari
kabel pada hari hari tersebut tidak memiliki
jacket-hanya sheath timah murni. Korosi
merupakan perhatian yang sangat jelas tepat.
Bahan penjaketan yang jauh lebih unggul yang
tersedia hari ini telah membantu merubah nilai
yang diterima sekarang “standing voltage”
pada 100 sampai 400 volt untuk kondisi beban
normal. Dikarenakan arus gangguan jauh lebih
besar dari pada arus beban, ini biasanya
dipertimbangkan bahwa tegangan shield
selama kondisi gangguan disimpan sampai
beberapa ribu volt. Ini dikendalikan dengan
menggunakan pembatas tegangan sheath yaitu
sebuah tipe dari surge arrester.
Gambar 8 grafik perbandingan single point
bonding dengan multiple point bonding
4.4 Metode Single Point Bonding
1. Single Point Bonding
Kabel pendek seperti dalam interkoneksi
dalam gardu induk atau tempat penyambungan
dari saluran udara kedalam gardu dilaksanakan
dengan menghubungkan dan mentanahkan tiga
buah sheath hanya pada satu titik penghantar
dari seluruh panjang kabel. Titik tersebut pada
ujung atau pertengahan panjang kabel.
Ternyata bahwa tegangan yang timbul antara
sheath dan tanah akan maksimum pada titik
terjauh dari hubungan tanah . Karena tidak ada
arus sheath pada lingkaran tertutup, maka arus
tidak mengalir sepanjang sheath kabel
sehingga tidak terjadi rugi-rugi pada sheath.
Rugi-rugi arus pusar pada sheath tetap ada
selama sheath tidak dialiri arus balik meskipun
dipengaruhi oleh terjadinya gangguan tanah
maka disarankan kabel dengan titik hubung
tunggal pemasangannya harus dilengkapi
dengan penghantar paralel pada kedua ujung
rute kabel
Gambar 9 Single point bonding
Apabila sheath kontinyu ditanahkan pada ke
dua ujung dari panjang kabel, maka sheath
berfungsi sebagai screen penghantar dan dapat
mengurangi tegangan induksi pada kabel
sejajar

6. 6
2. Cross Bonding
Hubung silang penting dikonstruksi dengan
membuat bagian sheath menjadi beberapa
bagian dan menghubung silangkan, sebingga
tegangan induksi keseluruhan pada tiga bagian
kabel dapat diperkecil . Untuk kabel yang tidak
ditransposisi maka keseimbangan tegangan
dilakukan dengan meletakkan secara segitiga.
Oleh karenanya transposisi kabel harus
dilakukan pada setiap posisi ikatan sehingga
tegangan sheath yang diinduksikan akan
dinetralisasi tanpa memperhatikan susunan
kabel, asalkan tiga bagian elemen menempati
tiga posisi yang sama.
Sheath diikat dan ditanahkan pada kedua ujung
kabel. Jumlah phasor tegangan sheath pada tiga
bagian minor dalam satuan ini adalah nol,
sehingga rugi-rugi sheath berkurang. Tegangan
sheath maksimum dapat ditentukan
berdasarkan satu kesatuan
Gambar 10 Sistem sheath cross bonding tanpa
sheath voltage limiter (SHV)
Gambar 11 Sistem cross bonding dengan
sheath voltage limiter (SHV)
3. Sectional Cross Bonding
Jika jumlah elemen keseluruhan panjang
kabel tepat dibagi tiga, rangkaian dapat disusun
dengan satu atau beberapa bagian utama dan
pada ujung rangkaian, sheath disambung
bersama dan ditanahkan , tetapi pentanahan
pada sambungan bagian utama hanya
ditanahkan dengan batang pentanahan
setempat.. Jika dikehendaki pembatas tegangan
sheath dapat ditambahkan hanya pada
sambungan yang dihubung silang
Gambar 12 Sectional Cross Bonding dengan
tiga bagian utama
4. Continuous Cross Bonding
Pada sistem hubung silang kontinyu sheath
dihubung silang pada seluruh ujung tiap bagian
elemen dari keseluruhan panjang kabel. Tiga
sheath dihubung dan ditanahkan hanya pada
dua ujung rote. Sistem hubung silang kontinyu
tepat untuk kabel yang ditransposisi sehingga
setiap penghantar dapat menempati tiap posisi
dati tiga posisi untuk satu dari ketiga panjang
kabel keseluruhan . Hubung silang kontinyu
lebih baik dibanding sejumlah pasang bagian
elemen yang tepat dibagi tiga, sehingga jika
terjadi ketidak seimbangan yang dihasilkan
oleh penggunaan dari sejumlah bagian elemen
yang tidak dapat dibagi tiga akan berkurang
dengan bertambahnya jumlah bagian total.
5. Auxiliary Bonding
Sistem ini sama dengan metode ikatan
menyilang kontinu karena semua harus
memiliki isolasi shield bersama dan semua
shield diikat pada tiap joint. Bagian unik dari
susunan ini ialah shield dihubungkan satu sama
lain dan mengoperasikan kabel netral yang
sesuai dengan panjang rangkaian.
Arus gangguan ditransmisikan baik pada
shield sebaik pada kabel netral paralel.
Pengurangan jumlah dari bahan shield ialah
mungkin. Gangguan kabel harus dibersihkan
dengan memiliki arus gangguan dari fasa
tersebut yang dibawa ke bumi pada titik jauh.

7. 7
Ini berarti bahwa anda harus memakai
sejumlah shield logam untuk mengijinkan
breaker, atau alat cadangan lainnya
Gambar 13 Auxiliary Bonding
V. KESIMPULAN
1. Arus pada inti penghantar akan
menginduksikan tegangan pada selubung
logam dari kabel .
2. Gradient tegangan induksi pada
selubung logam dari kabel tergantung
dari arus beban dan panjang kabel
3. Gradient tegangan induksi dapat
diperkecil dengan metoda transposisi,
single point bonding dan crossbonding
system.
4. Ampacity dipengaruhi oleh temperatur
konduktor, temperatur ambien bumi,
temperatur dielektrik bahan, resistansi
thermal dan resistansi elektris
5. Temperatur ambien bumi dipengaruhi
oleh lokasi, musim dan kedalaman
elektrodak pembumian
6. Rugi rugi konduktor secara dominan
dipengaruhi oleh bahan,ukuran dan
konstruksi dari suatu konduktor
7. Rugi rugi shield atau sheath secara
dominan dipengaruhi oleh metode
bonding yang digunakan
8. Semakin tinggi loss factornya makan
semakin rendah ampacitynya

8. 8
DAFTAR PUSTAKA
1. ANSII IEEE Std 575-1988,lEEE Guide for
the Aplication of Sheath Bonding
Methodes for Single Conductor Cable and
the Calculation ofInduced Voltage and
Curent in Cable Sheaths, 1988
2. Electrical Power Cable Engineering, Third
Edition (Power Engineering (Willis)) by
William A. Thue
3. Gonen, Turan, Electrical Power
Transmision System Enginering Analysis
and Design,lnd,John Willy and Sons.Ltd,
1980
4. IEEE Guide for the Design and Installation
of Cable Systems in Substations IEEE Std
525-1992(Revision of IEEE Std 525-1987)
5. Ind,Florida CRC Press Inc, 1983.
Tziouvaras Demetrios A,Protection of
High-Voltage AC Cables, Schweitzer
Engineering Laboratories,lnc 2005
6. Tanaka, Tosikatsu, Advanced Power Cable
Technology Volume 1,
BIOGRAFI
Oktarico Susilatama P,
NIM 21060110141053,
lahir di kendal, 22 Oktober
1992, menempuh
pendidikan di SMPN 1
Semarang, SMAN 3
Semarang. Dan sekarang
sedang menempuh S1 di
Teknik Elektro Universitas Diponegoro.