Abstrak— Sistem  pentanahan  merupakan  suatu  sistem  yang bertujuan  untuk  mengamankan  sistem  tenaga  listrik  dari gangguan  ke  tanah  maupun  gangguan  hubung  singkat.  Pada sistem  pentanahan  yang  baik,  resistansi  pentanahan  harus bernilai  dibawah  lima  ohm.  Resistansi  pentanahan  bergantung pada  berbagai  aspek  antara  lain  yaitu  struktur  tanah, kelembapan  tanah,  dan  kandungan  yang  ada  dalam  tanah  itu sendiri.  Dalam  pengujian  pada  penelitian  ini  akan  dilakukan perbaikan pada tanah dengan mencampurkan bentonite ke dalam tanah  sebagai  media  pentanahan.  Pencampuran  bentonite bertujuan  agar  mendapatkan  nilai  resistansi  pentanahan  yang baik  sesuai  dengan  standar  sistem  pentanahan.  Pengujian dilakukan  menggunakan  elektroda  batang  dan  alat  earth resistance tester dengan metode tiga titik dimana elektroda utama atau  elektroda  pengukuran  diberikan  treatment  sesuai  dengan kondisi  yang  telah  ditentukan.  Diharapkan  pada  pengujian  ini akan  diketahui  dampak  dari  bentonite  terhadap  penurunan  nilai resistansi  pentanahan.  Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa dengan  mencampurkan  bentonite  pada  media  pentanahan, resistansi pentanahan menjadi lebih baik. Meskipun tidak terlalu signifikan,  rata-rata  penurunan  dari  setiap  masing-masing treatment adalah sebesar 2 ohm.
Kata  Kunci—Bentonite,  Nilai  Resistansi  Pentanahan  Sistem Pentanahan.

## I. PENDAHULUAN
UATU  sistem  distribusi  tenaga  listrik  merupakan  sistem yang  luas  yang  menghubungkan  satu  titik  ke  titik  lain sehingga sangat peka terhadap berbagai gangguan ,diantaranya adalah gangguan tanah[1]. Gangguan tersebut memiliki banyak dampak yang dapat mengurangi kestabilan sistem tenaga listrik dan membahayakan perlatan serta manusia. Sistem pembumian ( grounding  system )  adalah  suatu  perangkat  instalasi  yang berfungsi  untuk melepaskan  arus  petir  atau  arus  gangguan  ke dalam  bumi.  Salah  satu  faktor  yang  berpengaruh  agar kestabilan  sistem  dan  keamanan  peralatan  listrik  tetap  terjaga adalah dengan sistem pentanahan pada peralatan yang baik [2]. Sistem  grounding yang  baik  harus  bisa  mendapatkan  nilai tahanan  sebaran  maksimal  5  (lima)  ohm  diukur  dengan menggunakan earth  resistance  tester [3].  Nilai  resistansi pentanahan dipengaruhi oleh kandungan dan unsur tanah yang digunakan  [4].  Mengacu  pada  penelitian  sebelumnya  yang telah  dilakukan  untuk  mengurangi  resistansi  pada  tanah menggunakan  bentonite  sebagai  media  pentanahan  elektroda jenis  batang,  metode  tersebut  mampu  mengurangi  resistansi tanah seminim mungkin [5].
Untuk  mengetahui  manfaat  dari  bentonite  sebagai  media pembumian  maka  dilakukan  pengujian  dengan  menggunakan metode tiga titik dan diukur dengan alat earth resistance tester dengan  merubah  media  tanah  dengan  treatment  yang  telah ditentukan.

## II. BENTONITE SEBAGAI MEDIA PEMBUMIAN ELEKTRODA BATANG
Sistem pembumian adalah suatu tindakan dasar yang sangat penting untuk menjamin keamanan dan keandalan dari operasi sistem  tenaga  listrik  serta  memastikan  keselamatan  manusia dari gangguan yang terjadi pada jaringan listrik dan peralatan. Dalam  penerapannya  tidak  semua  sistem  jaringan  listrik dihubungkan  langsung  dengan  sistem  pembumian.  Sistem pembumian digunakan untuk menyalurkan arus ganguuan yang terjadi  pada  sistem  kelistrikan  seperti  hubung  singkat,  petir, maupun arus bocor, sehingga sistem kelistrikan tersebut aman bagi  peralatan  maupun  bagi  manusia.  Dalam  sistem pembumian  atau  biasa  disebut grounding  system ,  jenis  tanah sangat mempengaruhi baik atau buruk sistem tersebut. Hal ini dikarenakan  tidak  semua  tanah  memiliki  nilai  resistansi  yang baik. Nilai resistansi pada tanah dipengaruhi oleh struktur dan kandungan  dalam  tanah  tersebut.  Selain  itu,  daerah  dimana tanah  itu  berada  juga  mempengaruhi  struktur  dan  kandungan tanah tersebut [6].
Tabel 1. Nilai resistivitas beberapa jenis tanah [6]
Nilai resistivitas yang berada di dalam Tabel 1 adalah suatu perkiraan  untuk  nilai  resistivitas  yang  diharapkan.  Dalam pengujian  pada  penelitian  ini  menggunakan  elektroda  batang jenis elektroda batang.
Winanda Riga Tamma, I Made Yulistya Negara , dan Daniar Fahmi Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: yulistya@ee.its.ac.id, daniarfahmi.elits@gmail.com

## Pemanfaatan Bentonite sebagai Media Pembumian Elektroda Batang

## S
Jenis Tanah
Resistivitas dalam (ohm-cm) Tanah liat, tanah kebun, dll 500 – 5.000 Tanah liat 800 – 5.000 Campuran tanah liat, pasir dan kerikil 4.000 – 25.000 Pasir dan kerikil 6.000 – 10.000 Batu tulis, pasir berbatu, dll 1.000 – 50.000 Batu karang 20.000 – 1.000.000

## Gambar 1. Elektroda Batang
Gambar  1  merupakan  gambar  dari  elektroda  batang  yang digunakan untuk alat pembantu mengukur resistansi tanah.
Elektroda  batang  biasanya  terbuat  dari  batang  atau  pipa logam.  Pada  umumnya  bahan  yang  bagus  untuk  pembuatan batang  elektroda  adalah  tembaga  murni.  Selain  itu  perlu diperhatikan bahwa bahan untuk elektroda harus berbahan anti korosif.
Penggunaan elektroda batang yang ditancapkan tegak lurus dengan  permukaan  tanah  pada  sistem  pembumian,  jalur persebaran  arus  gangguan  yang  melewati  elektroda  tersebut dapat  digambarkan  sebagai  setengah  lingkaran  bola.  Jalannya arus  yang  melewati  batang  konduktor  dapat  dilihat  pada Gambar 2.
Gambar 2. sel-sel tanah sebagai elektroda pembumian
Aspek  utama  yang  ditinjau  dari  penelitian  ini  adalah pengkondisian  terhadap  tanah  yang  dilakukan  dengan menambahkan  bentonite  sebagai  media  tambahan  untuk penurunan resistansi tanah. Bentonite adalah bahan pengurukan  atau  backfill  yang  meningkatkan  konduktivitas tanah  disekitar  elektroda  batang  dan  sistem pembumian. Pada umumnya  bentonite  digunakan  pada  kondisi dengan resistansi tinggi termasuk berbatu dan berpasir tanah, serta medan kering ,pegunungan  ,  dan  tanah  beku  agar  resistansi  menurun  untuk menciptakan sistem pentanahan yang handal.

## III. PENGUJIAN DAN PENGAMBILAN DATA
Metode  penelitian  pada  penelitian  ini  adalah  metode pengujian  secara  langsung  yang  mencakup  antara  lain, pengukuran resistansi bentonite, resistivitas bentonite, resistivitas tanah, resistivitas tanah dengan campuran bentonite (untuk  pengujian  dengan  batang  konduktor  horizontal),
pengukuran  resistansi  tanah  sebelum  pencampuran,  dan pengukuran nilai resistansi tanah setelah pemberian treatment.
A. Rangkaian Pengujian
1. Pengukuran Resistivitas Bentonite Untuk mengukur resistivitas dari bentonie, sebelumnya perlu dilakukan  pengukuran  resistansi  dari  bentonite  itu  sendiri. Setelah  mengetahui  nilai resistansi dari bentonite, maka dapat dihitung nilai resistivitas dari bahan tersebut.
Gambar 3. Rangkaian Pengukuran Resistansi Bentonite

## 2. Rangkaian Pengukuran Resistivitas Tanah
Pada  Rangkaian  pengukuran  resistivitas  tanah  dapat diketahui  menggunakan  empat  buah  elektroda  batang  yang dihubungkan  dengan  Earth  Resistance  Tester  ,  seperti  yang ditunjukkan dalam Gambar 4.
Gambar 4. Pengukuran resistivitas tanah menggunakan metode empat titik dengan Earth Resistance Tester
Earth  Resistance  Tester selain  digunakan  untuk  mengukur nilai  resistansi  pembumian,  dapat  juga  digunakan  untuk menghasilkan  sumber  tegangan,  yang  dibutuhkan  dalam pengukuran resistivitas tanah. Arus I dapat mengalir dan dapat terbaca  pada  Ampermeter  karena  adanya  lebih  dari  satu  buah elektroda  batang  yang  dimasukkan  ke  tanah  sehingga membentuk loop tertutup,  arus  masuk  ke  tanah  melalui  salah satu  buah  elektroda  batang  dan  kembali  ke  elektroda  batang yang  lain.  Setelah  itu  dapat  diketahui  nilai  tegangan  dan  arus yang  terbaca  pada  masing-masing  alat  ukur  Voltmeter  dan Ampermeter.

## 3. Rangkaian Pengukuran Resistansi Tanah
Pengujian untuk mengetahui nilai resistansi tanah dilakukan dengan  menggunakan  alat earth  resistance  tester dan
menggunakan  metode  tiga  titik.  Nilai  resistansi  tanah  yang didapatkan  adalah  nilai  resistansi  yang  diukur  pada  elektroda utama.  Treatment  yang  nantinya  dilakukan,  akan  diletakkan pada elektroda utama.
Gambar 5. Rangkaian pengukuran nilai resistansi tanah
Gambar 5 adalah rangkaian untuk mengukur nilai resistansi tanah  setelah  tanah  tersebut  diberi  media  tambahan  berupa bentonite.  Pada  elektroda  utama  atau  elektroda  pengukuran, diletakkan treatment sesuai dengan treatment pengukuran yang diinginkan.
Peletakan  bentonite  sebagai  treatment  pada  penurunan resistansi tanah dijelaskan pada gambar berikut :
Keterangan :
= tanah = bentonite = = elektroda batang
Gambar 6. Posisi peletakan bentointe untuk posisi 1 dan posisi 2
Gambar 7. Treatment pengujian posisi 3 (25% bentonite)
Gambar 8. Treatment pengujian posisi 4 (50% bentonite)
Gambar 9. Treatment pengujian posisi 5 (75% bentonite)
Pada  pengujian,  posisi  peletakan  treatment  terletak  pada bagian  elektroda  utama.  Setiap  treatment  akan  diuji  untuk mengetahui  pengaruh  peletakan  bentonite  terhadap  penurunan nilai resistansi tanah.
IV. HASIL DAN ANALISIS
Data  –  data  yang  ada  dalam  penelitian  adalah  data  –  data yang  didapatkan  dari  hasil  pengambilan  data  berupa pengukuran  secara  langsung  baik  di  lapangan  maupun  di laboratorium.  Sebelum  melakukan  pengambilan  data  tersebut perlu  dilakukan  pengujian  tentang  karakteristik  sifat  –  sifat kelistrikan  bentonite,  sehingga  dari  pengujian  tersebut  dapat dianalisis:
1. Pengaruh  peletakan  bentonite    di  sekitar  elektroda  batang ( rod ).
2. Pengaruh volume bentonite yang seragam dengan beberapa model  variasi  peletakan  bentonite  terhadap  nilai  resistansi pembumian.
Berikut  adalah  hasil  pengukuran  secara  langsung  dengan menggunakan alat Earth resistance tester :
Tabel 2. Hasil pengukuran resistansi pembumian Pengujian Kondisi R e (ohm) Batang Konduktor Vertikal normal 9,34 Posisi 1 7,41 Posisi 2 7,08 Batang Konduktor Horizontal normal 4,42 Posisi 3 4,01 Posisi 4 3,32 Posisi 5 3,23
1. Pengukuran nilai resistivitas bentonite
Dengan  menggunakan  rangkaian  pengukuran  pada  Gambar
3, maka dapat diperoleh perhitungan sebagai berikut:
Data-data untuk pengukuran resistivitas bentonite (posisi 1 dan posisi 2) :
R (resistansi bentonite)     = 80,4 ohm l (tinggi tabung pengujian)  = 5 cm r (jari-jari tabung pengujian)   = 2 cm
Jadi  resistivitas  dari  bentonite  untuk  pengujian  posisi  1  dan posisi 2 didapatkan senilai 201,96 ohm-cm
Data-data untuk pengukuran resistivitas (posisi 3, 4 dan 5) : R 3 (resistansi posisi 3)   = 0,31k ohm R 4 (resistansi posisi 4)   = 0,23k ohm R 5 (resistansi posisi 5)   =0,18k ohm
l (tinggi tabung pengujian)    = 5 cm r (jari-jari tabung pengujian)  = 2 cm
Jadi resistivitas yang didapatkan dari perhitungan bernilai sebagai berikut :
2. Pengukuran nilai resistivitas tanah
Dengan  menggunakan  rangkaian  pada  Gambar  4.  dapat dihitung  nilai  resistivitas  dari  tanah,  perhitungannya  adalah sebagai berikut :
Data perhitungan resistivitas tanah antara lain: a (jarak antar elektroda batang)      = 500 cm b (kedalaman elektroda batang)      = 30 cm U (tegangan terukur pada volt-meter )   = 0,02 V I (arus terukur pada ampere-meter )     = 0,06 A
Dengan  menggunakan  persamaan  (3-1),  maka  dapat diperoleh nilai resistivitas sebagai berikut:
maka  nilai  resistivitas  tanah  adalah  sebesar  1051,92 ohm-cm
Setelah  didapatkan  data-data  yang  diperlukan,  maka perhitungan matematis untuk nilai resistansi pembumian dari tiap treatment pengukuran dapat dilakukan.
a. Model Peletakan Posisi 1
Dengan: l b = l t = 15 cm h b = h t = 15 cm r b = r t = 15 cm
Gambar 10. Model Peletakan Bentonite Posisi 1
maka,
Berdasarkan  Gambar  10  hasil  perhitungan  nilai  resistansi pembumian  untuk  tiap  lapisan  bagian  atas  saja.  Untuk mengetahui nilai resistansi tanah keseluruhan maka diperlukan hasil  iterasinya.  Berdasarkan  hasil  iterasi,  nilai  resitansi  tanah yang didapatkan sebesar 7,4283 ohm.
b. Model Peletakan Posisi 2
Dengan: l b = l t = 15 cm h b = h t = 15 cm r b = r t = 15 cm
Gambar 11. Model Peletakan Bentonite Posisi 2
maka,
Berdasarkan  Gambar  11.  hasil  perhitungan  nilai  resistansi pembumian  untuk  tiap  lapisan  bagian  atas  saja.  Untuk mengetahui nilai resistansi tanah keseluruhan maka diperlukan hasil  iterasinya.  Berdasarkan  hasil  iterasi,  nilai  resitansi  tanah yang didapatkan sebesar 7,1005 ohm.
c. Model Peletakan Bentonite Posisi 3
Dengan : h (kedalaman tanah)     = 30 cm p (panjang)            = 150 cm l (lebar)              = 30 cm
3 (resistivitas posisi 3)  = 753,6 ohm-cm
Gambar 12. Model Peletakan Bentonite Posisi 3
maka,
R N = Rta3//Rtb//Rsb//Rsb = 0,698 ohm
Berdasarkan  Gambar  12.  hasil  perhitungan  adalah  nilai resistansi  pembumian  untuk  setiap  lapis.  Setelah  dilakukan
iterasi,  nilai  resistansi  tanah  keseluruhan  yang  didapatkan adalah sebesar 4,01 ohm.
d. Model Peletakan Bentonite Posisi 4
Dengan : h (kedalaman tanah)     = 30 cm p (panjang)            = 150 cm l (lebar)              = 30 cm
4 (resistivitas posisi 4)  = 577,7 ohm-cm
Gambar 13. Model Peletakan Bentonite Posisi 4
maka,
R N = Rta3//Rtb//Rsb//Rsb = 0,616 ohm
Berdasarkan  Gambar  13.  hasil  perhitungan  adalah  nilai resistansi  pembumian  untuk  setiap  lapis.  Setelah  dilakukan iterasi,  nilai  resistansi  tanah  keseluruhan  yang  didapatkan adalah sebesar 3,3214 ohm.
e. Model Peletakan Bentonite Posisi 5
Dengan : h (kedalaman tanah)     = 30 cm p (panjang)            = 150 cm l (lebar)              = 30 cm
5 (resistivitas posisi 5)  = 452,16 ohm-cm
Gambar 14. Model Peletakan Bentonite Posisi 5
maka,
R N = Rta3//Rtb//Rsb//Rsb = 0,541 ohm
Berdasarkan  Gambar  14.  hasil  perhitungan  adalah  nilai resistansi  pembumian  untuk  setiap  lapis.  Setelah  dilakukan iterasi,  nilai  resistansi  tanah  keseluruhan  yang  didapatkan adalah sebesar 3,2320 ohm.

## V. KESIMPULAN
Beberapa kesimpulan yang dapat diperoleh dari studi tentang pemanfaatan bentonite sebagai media pembumian elektroda batang adalah sebagai berikut :
1. Peletakan bentonite pada media pentanahan berpengaruh  tidak  terlalu  besar  pada  penurunan  nilai resistansi pentanahan. Untuk pengukuran nilai resistansi  pentanahan  menggunakan  batang  konduktor secara  vertikal,  posisi  peletakan  yang  terbaik  adalah posisi  2  dngan  hasil  pengukuran  secara  langsung sebesar 7,08 ohm dan hasil  analisis matematis sebesar 7,1005  ohm  dari  nilai  resistansi  awal  sebelum pemberian bentonite sebesar 9,34 ohm.
2. Nilai rata-rata penurunan resistansi pentanahan dengan penambahan  bentonite  baik  untuk  penanaman  batang konduktor  secara  vertikal  maupun  horizontal  adalah sekitar 1,725 ohm.
3. Nilai  resistansi  pentanahan  dengan  menggunakan batang  konduktor  horizontal  bernilai  lebih  baik dibandingkan sistem pentanahan dengan menggunakan batang  konduktor  secara  vertikal  dikareanakan  luas permukaan  batang  konduktor  di  dalam  tanah  lebih besar  sehingga  persebaran  medan  dari  batang konduktor  dapat  tersebar  dengan  baik.  Hal  ini dibuktikan  dengan  hasil  pengukuran  resistansi  tanah awal  yang  bernilai  4,42  ohm  untuk  batang  horizontal dan 9,34 untuk penggunaan batang vertikal.
4. Kerapatan  material  di  dalam  tanah  menentukan  baik tidaknya resistansi pentanahan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] W,Keitz ,Switzer. 1999 . Practical Guide to Elecktrical grounding .
[2] Hutauruk,  T.S.  1991. Pembumian  Netral  Sistem  Tenaga  dan Pembumian Peralatan . Jakarta: Erlangga.
[3] 1982. IEEE  Green  Book:  Recommended  Practice  For  Grounding  of Industrial and Commercial Power Sistem ANSI . New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.
[4] George ,Frank ,Tagg.1964. Earth Resistances . Pitman Publishing Corp.
[5] Yanuarianto,Yudistiro.2008.Pemanfaatan  Arang  Kayu  Sebagai  Media Pembumian  Elekroda  Jenis  Batang.Malang  :  Jurusan  Teknik  Elektro Fakultas Teknik Universitas Brawijaya.
[6] Tagg, G.F. 1964. Earth Resistance . London: The Whitefriars Press Ltd.