The 14th Industrial Prosiding Research Workshop and National Seminar Bandung, 25-26 Juli 2023 Pengujian Nilai Resistansi Pentanahan Elektroda Batang dengan Zat Aditif Bentonit dan Tanpa Bentonit Rifki Rizkullah Fazrin1,*, Trisnawiyana2, Toto Tohir3 1,2,3Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung, Bandung 40559 E-mail : 2trisnawiyana@polban.ac.id; 3toto.tohir@polban.ac.id ABSTRAK Sistem pembumian pada tenaga listrik sangat berperan penting dalam sistem proteksi instalasi listrik. Sistem pembumian dikatakan baik apabila sistem pembumian memiliki nilai resistansi pembumian yang kecil, nilai resistansi pembumian yang ditentukan didalam PUIL 2011 paling besar bernilai 5 Ω. Nilai tahanan pembumian dapat dipengaruhi oleh berbagai aspek antara lain yaitu, kelembaban tanah, struktur tanah, dan kandungan yang ada dalam tanah. Usaha untuk mereduksi atau mengurangi nilai resistansi tanah yaitu salah satunya dengan melakukan soil treatment terhadap tanah dengan menambahkan zat aditif berupa bentonit kedalam lubang yang sudah ditanam elektroda batang sebagai media pentanahan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dampak dari bentonit terhadap nilai tahanan pembumian. Penelitian dan pengujian ini dilakukan dengan metode pengukuran 3 pole, dan lokasi berlokasi di Laboratorium Instalasi Listrik Politeknik Negeri Bandung. Hasil pengujian nilai resistansi pembumian elektroda batang yang tidak menggunakan bentonit sebesar 5,3 Ω. Sedangkan hasil penelitian dan pengukuran nilai resistansi pembumian elektroda batang yang menggunakan tambahan bentonit mengalami penurunan dengan nilai sebesar 4,5 Ω. Berdasarkan hasil tersebut dapat dilihat bahwa bentonit dapat mempengaruhi nilai resistansi pembumian karena dapat membantu mengisi rongga- rongga tanah sehingga antara elektroda batang dan tanah dapat menyatu. Kata Kunci Sistem Pembumian, resistansi pembumian, bentonit, metode 3 pole 1. PENDAHULUAN Sistem tenaga listrik adalah sekumpulan pusat listrik dan pusat beban yang satu sama lain dihubungkan oleh jaringan transmisi sehingga merupakan sebuah kesatuan interkoneksi. Suatu sistem tenaga listrik mestinya tidak akan lepas dari gangguan. Gangguan tersebut dapat disebabkan oleh petir, arus hubung singkat, maupun kegagalan isolasi pekeaaralatan. Akibat dari gangguan tersebut dapat membahayakan jiwa manusia, menyebabkan kegagalan sistem, dan merusak perangkat elektronik. Untuk mengatasi hal tersebut agar arus gangguan dapat dialirkan ke dalam tanah diperlukannya suatu sistem pembumian dalam suatu peralatan. [1] Sistem pembumian merupakan penghubung sistem dari wadah peralatan dan instalasi ke bumi maupun dapat tanah memproteksi keselamatan manusia dari arus kejut listrik baik dalam keadaan normal maupun tidak, dan sebagai proteksi komponen instalasi dari adanya bahaya tegangan ataupun arus tidak normal. [2] Dalam upaya mendapatkan nilai resistansi pembumian yang bagus ada beberapa cara salah satunya dengan memperlakukan tanah secara khusus (soil earth tester ) dengan menambah media zat aditif berupa bentonit yang digunakan sehingga sebagai media pembumian. Bentonit merupakan jenis tanah liat yang terbentuk secara alami dari pelapukan abu vulkanik yang mengandung montmorillonite sekitar 85% dengan mineral- feldspart, dolomit, kalsit, mineral seperti kwarsa, dan mineral Bentonit mempunyai pH lebih dari 7 yaitu sebesar 10,5 yang berarti sifat basa pada bentonit sangat tinggi, dimana basa akan menjaga kandungan fosfor pada tanah dan tidak akan menyebabkan korosi sehingga tanah tetap dalam keadaan subur. Salah satu fungsi bentonit yaitu untuk membantu merekatkan dan mengisi ruang kosong antar elektroda batang dengan tanah sehingga didapat nilai resistansi pembumian yang bagus. Elektroda yang dmebanigunakan adalah jenis elektroda batang atau rod ground berlapis tembaga. [3] Berdasarkan latar belakang tersebut peneliti berkeinginan melakukan penelitian tentang pengaruh penambahan zat aditif bentonit jenis terhadap nilai elektroda batang atau rod grounding berlapis tembaga. lainnya. resistansi pentanahan 2. LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Pembumian salah satu faktor yang paling penting dalam memproteksi suatu instalasi maupun perangkat
listrik adalah sistem pembumian yang baik. Sistem pentanahan yang baik adalah sistem dengan nilai resistansi yang rendah terhadap pentanahan. Semakin rendah nilai resistansi pentanahan, semakin baik kualitas pentanahan, sehingga arus Gangguan listrik mengalir lebih mudah mana tanah hambatannya bernilai sekecil mungkin. Standar nilai resistansi yang umum digunakan adalah ohm, dilakukan dengan maksimum pengujian earth tahanan pembumian harus serendah mungkin atau mendekati nol agar terhindar dari adanya bahaya. [4] 2.2 Tahanan Pentanahan Tahanan pentanahan merupakan resistansi atau hambatan yang tercipta saat arus mengalir ke bumi. Arus yang mengalir ke dalam tanah mengalir melalui elektroda tanah yang terkubur pada kedalaman tertentu di dalam tanah. . Nilai tahanan pembumian yang baik adalah nilai tahanan pembumian yang rendah. Menurut standar PUIL 2011, nilai tahanan pentanahan ≤ 5 Ω diperlukan untuk menghindari risiko lonjakan arus. Pada sambaran petir dan prinsipnya dijelaskan bahwa nilai tahanan pentanahan yang paling baik mendekati nol, dapat disimpulkan bahwa semakin rendah nilai resistansi pentanahan maka semakin bagus pula sistem proteksi pembumian tersebut. [5] 2.3 Tahanan Jenis Tanah PUIL (Panduan Instalasi Listrik Umum) telah menentukan nilai resistansi standar untuk stasiun sistem tenaga listrik dengan berbagai ukuran. ketetapan peraturan yang dicantumkan didalam PUIL 2011 yaitu sebagai berikut : 1. Pada peralatan listrik dan elektronika, nilai ke di 5 tester. Nilai dari R harus ≤ 5 Ohm. 2. Pada sistem proteksi petir, nilai R harus ≤ 25 Ohm. 3. Pada pembangkit listrik tenaga besar, (≥ 10 kilovolt) nilai R harus ≤ 25 Ohm. 4. Pada pembangkit listrik tenaga kecil, (≤ 10 kilovolt) termasuk menara transmisi, nilai R harus ≤ 10 Ohm. [6] Tabel 1. Tahanan Jenis Tanah No Jenis Tanah Resistansi Jenis Tanah (Ohm) 1 Tanah rawa 30 2 3 Tanah liat dan tanah ladang Pasir basah 100 200 4 Kerikil basah 500 5 6 Pasir dan kerikil kering Tanah berbatu 1000 3000 2.4 Bagian - bagian Sistem Pembumian 2.4.1 Elektroda Batang Menurut PUIL tahun 2011, 542.2.7 MOD (3.18.2.2) [7] elektroda pentanahan adalah elektroda yang ditanam di dalam tanah dalam ini keadaan elektroda yang digunakan yaitu jenis elektroda batang. Elektroda Batang merupakan elektroda berbentuk batang yang terbuat dari logam berlapis tembaga yang digunakan untuk menghubungkan peralatan listrik atau sistem yang memiliki tanah konduktivitas listrik yang baik. tertentu. Pada penelitian kali dengan Gambar 1 elektroda batang R = 𝜌𝜌 ... (II 1) 2 𝑥𝑥 𝜋𝜋 𝑥𝑥 𝐿𝐿 (𝑙𝑙𝑙𝑙 � 4𝐿𝐿 𝑎𝑎 � − Dimana: 1) R = Tahanan pentanahan untuk elektroda pasak (ohm) ρ = Tahanan jenis tanah (ohm-m) L = Panjang elektroda pasak (m) a = Luas penampang elektroda pasak (m) [8] 2.4.2 Kabel BC Kabel BC merupakan kabel yang paling sering dipakai untuk memtibangun sistem grounding maupun sistem penangkal petir. Kabel ini dalam instalasi grounding sebagai kabel penghubung antar kotak kontol. Kabel BC terbuat dari beberapa kawat tembaga yang dianyam. Selain itu juga kabel BC mempunyai karakteristik ialah tidak mempunyai isolator ( pembungkus). Untuk ukuran kabel BC memiliki beberapa ukuran mulai dari 4mm2 sampai dengan ukuran 300 mm2, akan tetapi yang sering digunakan untuk grounding yaitu ukuran 16mm2, 25 mm2. [9] 2.4.3 Bentonit Bentonit merupakan jenis tanah liat yang terbentuk secara alami dari pelapukan abu vulkanik yang mengandung montmorillonite sekitar 85% dengan mineral-mineral seperti feldspart, dolomit, kalsit, kwarsa, dan mineral lainnya. Bentonit mempunyai pH lebih dari 7 yaitu sebesar 10,5 yang berarti sifat basa pada bentonit sangat tinggi, dimana basa akan menjaga kandungan fosfor pada tanah dan tidak akan menyebabkan korosi sehingga tanah tetap dalam keadaan subur. [10] Salah satu sifat dari bentonit adalah bentonit dapat mengurangi kadar air hingga 5
kali lipat dari berat bentonit itu sendiri sehingga memungkinkan bentonit menopang air di dalam strukturnya. Bentonit juga dapat mengembang hingga 13 kali lipat dibandingkan dengan volume keringnya. Bentonit sering digunakan untuk meningkatkan ketahanan tanah karena bentonit memiliki sifat : 1. Bentonit memiliki resistivitas jenis tanah yang sangat rendah dan stabil 2. Saat direndam dalam air, bentonit dapat mengembang berkali-kali untuk menahan air di dalam struktur. 3. Bentonit tidak mudah hancur karena bentonit merupakan bagian dari tanah liat itu sendiri. 4. Bentonit tidak menimbulkan korosi pada elektroda 5. Harga yang terjangkau. Berdasarkan tipenya, bentonit terbagi menjadi 2 macam yaitu : a. Ca-bentonit Ca-bentonit ini memiliki pH dibawah 7 yaitu sekitar 4,0-7,1 yang berarti memiliki sifat asam yang tinggi dan memiliki sifat yang kurang baik dalam daya pengembang serta memiliki daya tukar ion yang cukup besar. b. Na-bentonit Na-bentonit atau juga disebut sodium bentonit adalah jenis bentonit yang biasa dipakai untuk kebutuhan pentanahan karena mengandung jenis mineral montmorillonite dengan partikel air tunggal. Na-bentonit memiliki pH lebih dari 7 yaitu sekitar 8,5 - 9 yang berarti memiliki sifat basa yang tinggi. Sehingga dapat mempertahankan kandungan airnya. 2.4.4 Kotak Kontrol Kotak kontrol biasa disebut sebagai tempat atau sistem penghubung antara kabel BC dengan elektroda pentanahan yang terpasang pada instalasi pembumian. 3. METODELOGI PELAKSANAAN Berikut ini adalah diagram alir dalam proses pengujian nilai resistansi pentanahan elektroda batang dengan zat aditif bentonit dan tanpa bentonit. Gambar 2 diagram alir pengujian Gambar diatas merupakan diagram alir pengujian yang dimana langkah awal sebelum malaksankan dengan menentukan eat uji terlebih dahulu untuk memperdalam pemahaman tentang objek yang diteliti yang bersumber dari referensi jurnal dan prosiding. Kemudian mempersiapkan alat dan bahan yang diperlukan yang sudah dirancang didalam Bill of Quantity. Setelah itu menentukan diagram pengujian sebagai langkah - langkah saat melakukan pengujian elektroda pentanahan. Setelah objek penelitian yaitu elektroda pentanahan selesai dirancang maka dilakukan proses pengukuran elektroda batang yang diberi bentonit dan yang tidak diberi bentonit, lalu dilakukan tabulasi data supaya didapat data hasil uji dari hasil pengukuran. penelitian yaitu 4. HASIL UJI DAN PEMBAHASAN 4.1 Data dan analisa hasil pengukuran Pengukuran nilai resistansi pembumian dengan metode 3 titik yaitu metode pengukuran memakai 3 terminal earth tester yang digunakan dimana terminal E dihubungkan ke elektroda pembumian yang akan diukur, terminal C dan P dihubungkan ke elektroda bantu dengan jarak ini sudah ditentukan. Pengukuran yang menggunakan earth tester merek HIOKI 3151. Berikut merupakan hasil pengukuran nilai resistansi pembumian yang dilakukan di Laboratorium Instalasi Listrik Politeknik Negeri Bandung. Elektroda Batang Tabel 2 elektoda batang tanpa bentonit Nilai Resistansi Pentanahan (Ω) 4,8 Jarak E-P dan E-C (Meter) Tanpa Bentonit 2- 20
4 - 20 5,1 6 - 20 5,2 8 - 20 5,3 10 - 20 5,3 12 - 20 5,3 14 - 20 5,7 16 - 20 6 18 - 20 6,5 Data tersebut menunjukan hasil pengukuran nilai resistansi pembumian pada elektroda tanpa diberi tambahan bentonit menggunakan earth tester analog. Dari hasil pengukuran data yang diambil yaitu data yang homogen atau yang sering muncul. Tanpa Bentonit 8 6 4.8 5.1 5.2 5.3 5.3 5.3 5.7 6 6.5 4 2 0 2- 20 m 4 - 20 m 6 - 20 m 8 - 20 m 10 - 20 m 12 - 20 m 14 - 20 m 16 - 20 m 18 - 20 Gambar 3 Grafik tanpa bentonit Data homogen dari hasil pengukuran diatas yaitu sebesar 5,3 Ω. Nilai tersebut belum menunjukan bahwa nilai resistansi ≤5 Ω sehingga data yang diperoleh belum sesuai dengan standar PUIL 2011. Oleh karena itu untuk membantu menurunkan nilai resistansi pembumian bisa dilakukan dengan cara soil treatment yaitu dengan cara menambahkan zat aditif berupa bentonit. Tabel 3 elektoda batang dengan tambahan bentonit Elektroda Batang Jarak E-P dan E-C (Meter) 2- 20 Nilai Resistansi Pentanahan (Ω) 3,7 4 - 20 4,2 6 - 20 4,3 Bentonit 8 - 20 4,5 10 - 20 4,5 12 - 20 4,5 14 - 20 5 16 - 20 5,25 18 - 20 5,35 Data tersebut menunjukan hasil pengukuran nilai resistansi pembumian pada elektroda yang diberi tambahan bentonit menggunakan earth tester analog. Dari hasil pengukuran data yang diambil yaitu data yang homogen atau yang sering muncul. Bentonit 6 5 4 3.7 4.2 4.3 4.5 4.5 4.5 5 5.25 5.35 3 2 1 0 2- 20 m 4 - 20 m 6 - 20 m 8 - 20 m 10 - 20 m 12 - 20 m 14 - 20 m 16 - 20 m 18 - 20 m Gambar 4 Grafik bentonit Data homogen dari hasil pengukuran diatas yaitu sebesar 4,5 Ω. Dari data yang didapat terlihat penurunan nilai resistansi elektroda dengan elektroda batang yang tanpa diberi bentonit. Dengan begitu bertonit terbukti dapat menurunkan nilai resistansi pembumian. Nilai tersebut sudah sesuai dengan standar PUIL 2011 yaitu nilai maksimum nilai tahanan resistansi pembumian ≤5 Ω. Tabel 4 elektoda batang paralel Elektroda Batang Jarak E-P dan E-C (Meter) Nilai Resistansi Pentanahan (Ω) 2- 20 2,3 4 - 20 2,6 6 - 20 2,75 8 - 20 2,9 Paralel 10 - 20 3 12 - 20 3 14 - 20 3 16 - 20 3,3 18 - 20 4,1
Data tersebut menunjukan hasil pengukuran nilai resistansi pembumian pada elektroda yang diparalelkan menggunakan earth tester analog. Dari hasil pengukuran data yang diambil yaitu data yang homogen atau yang sering muncul. Paralel 5 4 3.3 4.1 3 2.3 2.6 2.75 2.9 3 3 3 2 1 0 2- 20 m 4 - 20 m 6 - 20 m 8 - 20 m 10 - 20 m 12 - 20 m 14 - 20 m 16 - 20 m 18 - 20 m Gambar 5 Grafik paralel Data homogen dari hasil pengukuran diatas yaitu sebesar 3 Ω. Dari data yang didapat terlihat penurunan nilai resistansi elektroda batang yang diparalelkan. Nilai tersebut sudah sesuai dengan standar PUIL 2011 yaitu nilai maksimum nilai tahanan resistansi pembumian ≤5 Ω. 4.2 Data hasil perhitungan Sebagai pembanding hasil pengukuran di atas. Adapun hasil perhitungan menggunakan persamaan sebagai berikut: Perhitungan nilai tahanan pentanahan elektroda batang jenis tanah. Dikarenakan jenis tanah di Laboratorium Instalasi Listrik adalah jenis tanah ladang maka menggunakan resistansi jenis tanah dengan nilai 100 Ω. R = 𝜌𝜌 2𝜋𝜋𝜋𝜋 . �𝑙𝑙𝑙𝑙 � 4𝜋𝜋 𝑎𝑎 � − 1� R = 100 2 𝑥𝑥 3,14 𝑥𝑥 4 . �𝑙𝑙𝑙𝑙 � 4 𝑥𝑥 4 0,01 � − 1� R = 100 25,12 . (𝑙𝑙𝑙𝑙[1600] − 1) R = 3,98. (𝑙𝑙𝑙𝑙[1600] − 1) 𝐑𝐑 = 𝟐𝟐𝟐𝟐, 𝟑𝟑𝟑𝟑𝟑𝟑 𝛀𝛀 ... (III 1) 1 𝑅𝑅𝑅𝑅 = Dimana : R1 = Resistansi pembumian tanpa dengan bentonit = 5,3 Ω. R2 = Resistansi pembumian dengan bentonit = 4,5 Ω. 1 𝑅𝑅1 + 1 𝑅𝑅2 + ⋯ + 1 𝑅𝑅𝑅𝑅 1 Rp = 1 5,3 + 1 4,5 1 Rp = 4,5 + 5,3 23,85 1 Rp = 9,8 23,85 Rp = 23,85 9,8 Ω 𝐑𝐑𝐑𝐑 = 𝟐𝟐, 𝟒𝟒𝟑𝟑 4.3 Analisa data hasil pengukuran dan perhitungan Dari hasil pengukuran dan perhitungan nilai resistansi menunjukkan hasil yang berbeda resistansi hasil pengukuran dimana nilai menunjukkan nilai sebesar 4,5 Ω, sedangkan nilai resistansi hasil perhitungan menunjukkan nilai sebesar 28,363 Ω. dari data tersebut hasil pengukuran dan perhitungan nilai resistansi pembumian dapat dikatakan berbeda karena perhitungan pembumian didasarkan pada asumsi kondisi tanah yang ideal, seperti kelembaban dan kekeringan tanah yang standar. Namun, dalam praktiknya, kondisi tanah di lokasi pengukuran dapat bervariasi, misalnya, kelembaban tanah yang tinggi atau kualitas tanah yang buruk. Variasi ini dapat menyebabkan perbedaan nilai resistansi yang diukur. nilai resistansi 5. KESIMPULAN 1. Dari pengujian yang dilakukan, bentonit berfungsi sebagai media untuk mengisi ruang kosong antara elektroda batang tanah supaya elektroda batang dengan dengan tanah saling merekat, sehingga dapat diperoleh nilai resistansi yang baik dan rendah. 2. Setelah melaksanakan proses pengujian, hasil analisa menyimpulkan bahwa nilai hasil pengukuran dan perhitungan berbeda. Nilai hasil pengukuran yaitu 5,3 Ω untuk elektroda batang tanpa bentonit dan 4,5 Ω untuk elektroda batang yang diberi bentonit. Sedangkan nilai resistansi hasil perhitungan 28,636 Ω. pembumian resistansi UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terimakasih kepada Politeknik Negeri Bandung atas fasilitas yang mendukung untuk melaksanakan Penelitian Tugas Akhir Mahasiswa Program Sarjana
Terapan dan Diploma III Tahun Akademik 2022/2023 DAFTAR PUSTAKA [1] R. D. Setiawan and T. Rijanto, "PENGARUH BENTONIT UNTUK PENAMBAHAN RESISTANSI NILAI MEREDUKSI ELEKTRODA JENIS PENTANAHAN BATANG BERLAPIS TEMBAGA DAN PIPA BAJA GALVANIS," Jurnal Teknik Elektro, vol. 8, no. 2, pp. 437-444, Mei 2019. [2] D. Corio, K. Kananda, Neri and K. S. S, "Pentanahan Menggunakan Elektroda Batang dan Elektroda Mesh dengan Penambahan Bentonit (NaCl)," dan Garam Murni ELECTRICIAN - Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro, vol. 13, no. 3, pp. 75-80, September 2019. [3] I. M. Nur, I. H. Kurniawan and Winarso, "Perbandingan Perbaikan Sistem Pentanahan Instalasi Listrik Dengan Menggunakan Bentonit Teraktivasi Dan Sistem Pentanahan Arang-Garam (Sigarang)," JURNAL RISET REKAYASA ELEKTRO, vol. 3, no. 1, p. 53~72, Juni 2021. [4] E. Yuniarti, A. Majid and Faisal, "STUDI TANAH PERLAKUAN NILAI UNTUK RESISTANSI DAN TAHANAN JENIS TANAH," Jurnal Surya Energi, vol. 3, no. 2, pp. 269-275, Maret 2019. TERHADAP MENENTUKAN [5] V. D. Andhika and A. I. Agung, "STUDI TENTANG EFEKTIVITAS BEBERAPA MACAM TERHADAP NILAI RESISTANSI SISTEM PENTANAHAN (GROUNDING)," Jurnal Teknik Elektro, vol. 09, no. 03, pp. 501-510, 2020. ZAT [6] M. A. Hakim, A. Syakur and A. Nugroho, "ANALISIS PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT DAN GARAM NaCl UNTUK MEREDUKSI RESISTANSI PENTANAHAN KEDALAMAN DENGAN ELEKTRODA VARIASI KONSENTRASI," TRANSIENT, vol. 7, no. 02, pp. 522-528, Juni 2018. VARIASI DAN [7] B. S. Nasional, Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2011 (PUIL 2011), SNI 02252011, 2011. [8] T. Juniardi and M. I. A. Rudy Gianto, "Analisis Penggunaan Bentonit Gypsum Dan Garam Sebagai Zat Aditif Untuk Soil Treatment Pada Sistem Pentanahan Menggunakan Elektroda Batang," JURNAL TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS TANJUNGPURA, vol. 2, no. 1, 2021. [9] N. W. D. P. S. Dewi, I. G. N. Janardana and W. A. "PEMANFAATAN PENCAMPURAN GYPSUM DENGAN KALSIUM OKSIDA SEBAGAI ZAT ADITIF PADA SISTEM PEMBUMIAN," Jurnal SPEKTRUM , vol. 8, no. 3, pp. 37-43, September 2021. Wijaya, [10] I. G. N. J. W. A. W. Ni Wayan Puspita Sukma Dewi, "PEMANFAATAN PENCAMPURAN GYPSUM DENGAN KALSIUM OKSIDA SEBAGAI ZAT ADITIF PADA SISTEM PEMBUMIAN," Jurnal SPEKTRUM, vol. 8, no. 3, pp. 37-43, 2021.