PENGARUH ZAT ADITIF BENTONIT TERAKTIVASI FISIKA DAN TERKOMPOSISI TANAH TERHADAP NILAI TAHANAN PENTANAHAN

PENGARUH ZAT ADITIF BENTONIT TERAKTIVASI FISIKA DAN TERKOMPOSISI TANAH TERHADAP NILAI TAHANAN PENTANAHAN

(Skripsi)

Oleh YEREMIA LUHUR WIYOTO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017

ABSTRACT THE EFFECT OF SUBSTANCE ADDITIVE BENTONITE PHYSICS ACTIVATED AND SOIL COMPOSED TO GROUNDING RESISTANCE


Grounding resistance of the earthing system is affected by soil resistivity. Soil resistivity should have a high-water content (moisture) inside the ground. Soil moisture can be made and maintained by substance addictive that can absorb water in vicinity. This research uses bentonite as an additive. It has undergone the heating process in different temperature and duration before used, then bentonite is mixed into the soil with the different composition. Those treatments are categorized as physics-activated. The aim of this research is to analyze the effect of bentonite in order to reduce soil resistance. The grounding resistance is observed with and without bentonite. The earthing system with bentonite as addictive has the smaller grounding resistance than that without bentonite. The biggest percentage of reduction in grounding resistance are 74% due to bentonite which is activated at temperature 2000C. Non-activated bentonite can achieve 68% reduction in grounding resistance. In contrast the composition of 50% non-activated bentonite and 25% soil can reduce the grounding resistance by 69%. Keyword : grounding resistance, soil resistivity, bentonite physics activated

ABSTRAK PENGARUH ZAT ADITIF BENTONIT TERAKTIVASI FISIKA DAN TERKOMPOSISI TANAH TERHADAP NILAI TAHANAN PENTANAHAN


Nilai tahanan pentanahan pada sistem pentanahan sangat dipengaruhi oleh nilai tahanan jenis tanah. Tahanan jenis tanah yang baik memiliki nilai kandungan air (kelembaban) yang tinggi di dalam tanah. Kelembaban tanah dapat dibuat dan dijaga dengan pemberian zat aditif yang bersifat menyerap air disekitarnya. Penelitian ini menggunakan zat aditif bentonit yang sebelum digunakan, terlebih dahulu diberi perlakuan, yaitu aktivasi secara fisika melalui proses pemanasan dan pencampuran dengan tanah (komposisi). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis pengaruh dan perubahan tahanan pentanahan yang diberikan bentonit sebelum dan sesudah diberi perlakuan secara fisik. Pentanahan yang diberikan bentonit teraktivasi memiliki nilai tahanan pentanahan terkecil dibandingkan dengan bentonit yang tidak diberikan perlakuan dan tanah terkomposisi bentonit. Persentasi penurunan nilai tahanan pentanahannya berturut-turut adalah 74% untuk bentonit teraktivasi dengan suhu 2000C, 69% untuk 25% tanah terkomposisi 50% bentonit dan 68% untuk bentonit tanpa perlakuan. Kata kunci : tahanan pentanahan, tahanan jenis tanah, aktivasi fisika bentonit

PENGARUH ZAT ADITIF BENTONIT TERAKTIVASI FISIKA DAN TERKOMPOSISI TANAH TERHADAP NILAI TAHANAN PENTANAHAN

Oleh: YEREMIA LUHUR WIYOTO

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017

gEO I gQ666I EZIIS/,6I :dITI 'cfa'-.L'9 tan111 uEtpry ftI .ro

goo z 9(,866r

9140146['JIH

'tr'I{ ",f,qs

1na'Dug

'rq

d

prqs urBfiou

o+{afiIxu{etr,:

surIITIPJ

YI{trlaJ,:

E1rEsqPtr{ EruE[i

|

{o}Iod JourcN

gSOIgOgIII: o1oeil[o 4nUnE ullulr,.b1 NUITYH.r.I,IIfrT IIUIITTIYT

Errt8tlEttrsld

IYIIT[

dy(IylluflL HUNyI. IsISOflil(DIUflL NYO UlIISIil lgYrlff,lMfl,L .IINOI,Nflg .Tf,I.I(IY III'Z II(IuyDNgtr

IsdIlIg FpnP

:

Er:o6flx Af : tsdtlts uulh sltpn

EE-Buet

hrarsrrT*

1al.q=

&-'tr'/ ro"{

,..........:..t:..... .tr I{ _I.S ?fEuraJ

)-r,1

un

"'trlrs'u,plzt{

-'*1

r$5

s9

sv$I^.

sFslerlas

1nl'ftg .rg :

srqpx

Ilir8tzu

txII.I

NUIIUYSTIDIJflI{ :

tensos

€SOICOSIII'NIdN o1oft16 mqnT

eruerel

LIOZI

'ruplreq 6wr( ruqnq ue8uep

r$frcs rcueryp srpesJeq e{es eleur 'leueq {upq efes uevlef,ued ellqedy 'Flpues

e.(es qelo 1unqp rm rsdpls

"/r\rleq

elnd ue1ap,(ueru edes n1r UreIoS 'elgpnd

rugrep rrrBIBp rp uapnqeslp Eue,( euerureEuqss rur qe>lssu ruelep ncelp sqn1rel ercces {snca{ 'uru1 Euero qelo UurI}rqre1rp rc1e s{nf;p Eusl( pdppued nele etlr.-4

pdepr4 lepq e.(us uenrlep8uedss Eueftredes uep urel Euero w{qErp rpured e,ftq pdepr4 {spB Ir4 rsdyrls urepp e&quq uzlqel(ueu efus mr ueEueq Etred

NYYIYANUfld IYU{TS

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 15 Juni 1993, anak pertama dari tiga bersaudara dari Bapak Edy Santoso dan Ibu Linda D. Luhulima. Pendidikan Sekolah Dasar (SD) diselesaikan di SD Strada Nawar, Kota Bekasi pada tahun 2005, pendidikan Sekolah Menengah Pertama (SMP) diselesaikan di SMP Strada Nawar, Kota Bekasi pada tahun 2008, dan pendidikan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMAN 105 Jakarta pada tahun 2011. Penulis diterima sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung pada tahun 2011 melalui jalur SNMPTN. Penulis berperan aktif dalam kegiatan kemahasiswaan seperti organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro pada tahun 2012–2014 di Departemen Apresiasi Pengembangan dan Keilmuan sebagai Kepala Divisi Penelitian dan Pengembangann, Penulis juga berperan aktif dalam organisasi kerohanian di lingkungan Fakultas Teknik yaitu sebagai Koordinator Bidang Doa, Pemerhati dan Kelompok Kecil dalam Forum Komunikasi Mahasiswa Kristiani Fakultas Teknik pada tahun 2013-2014. Pada tahun 2013-2016 Penulis menjabat sebagai Asisten Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi dan melaksanakan kerja praktik di PT. Energi Management Indonesia pada tahun 2013 proyek audit energi Gedung Fakultas Teknik, Universitas Lampung

Kupersembahkan karya ini untuk

Ayah dan Ibu Terkasih Edy Santoso dan Linda D. Luhulima

Adik - adikku Tercinta Christina Ruth Damayanti Erica Natalia

Keluarga Besar, Dosen, dan Sahabat

“Sebab Aku ini mengetahui rancanganrancangan apa yang ada pada-Ku mengenai kamu, demikianlah Firman Tuhan, yaitu rancangan damai sejahtera dan bukan rancangan kecelakaan, untuk memberikan kepadamu hari depan yang penuh harapan.“ ( Yeremia 29 : 11 )

“Karena bagiku hidup adalah Kristus dan mati adalah keuntungan. Tetapi jika aku harus hidup di dunia ini, itu berarti bagiku bekerja memberi buah.“ ( Filipi 1 : 21-22a )

“Janganlah takut, sebab Aku menyertai engkau, janganlah bimbang, sebab Aku ini Allahmu; Aku akan meneguhkan, bahkan akan menolong engkau; Aku akan memegang engkau dengan tangan kanan-Ku yang membawa kemenangan.” ( Yesaya 41 : 10 )

Could, Should, Would, Did. & P.U.S.H. (Pray Until Something Happen) -Yeremia

L.W.-

SANWACANA

Puji syukur senantiasa Penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas hikmat dan berkat-Nya yang melimpah kepada Penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan.

Skripsi dengan judul ”Pengaruh Zat Aditif Bentonit Teraktivasi Fisika dan Terkomposisi Tanah Terhadap Nilai Tahanan Pentanahan“ adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung.

Dalam kesempatan ini Penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1.

Bapak Prof. Suharno, M.Sc, Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung;

2.

Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung;

3.

Bapak Dr. Herman H. Sinaga, S.T., M.T., selaku Sekertaris Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung;

4.

Bapak Dr. Eng. Yul Martin, S.T., M.T., selaku Pembimbing Utama atas kesediaannya untuk memberikan bimbingan, saran maupun kritik juga nasihatnasihat yang sangat bermanfaat dan segala ilmu yang telah diberikan dalam proses penyelesaian skripsi ini;

5.

Ibu Dr. Eng. Diah Permata, S.T., M.T., selaku Pembimbing Kedua atas kesediaannya untuk kesediaannya untuk memberikan bimbingan, saran maupun kritik juga nasihat-nasihat yang sangat bermanfaat dan segala ilmu yang telah diberikan dalam proses penyelesaian skripsi ini;

6.

Bapak Dr. Henry B.H. Sitorus, S.T., M.T., selaku Penguji Utama pada skripsi ini. Terimakasih atas masukan, saran, kritik dan juga nasihat-nasihat yang sangat bermanfaat dan segala ilmu yang telah diberikan dalam proses penyelesaian skripsi ini;

7.

Ibu Dr. Ing. Melvi Ulvan, S.T., M.T., selaku Pembimbing Akademik atas bimbingan dan arahannya dalam proses menyelesaikan studi;

8.

Dosen, Teknisi dan mahasiswa Laboratorium Penelitian, Laboratorium Teknik Kimia, Fakultas Teknik dan Laboratorium Kimia, Fakultas MIPA atas bantuan dan masukan selama penelitian ini;

9.

Bapak dan Ibu Staf Administrasi Jurusan Teknik Elektro dan Staf Administrasi Fakultas Teknik, Universitas Lampung;

10. Seluruh rekan-rekan Teknik Elektro angkatan 2011 yang tidak dapat Penulis sebutkan satu per satu, atas kebersamaan, doa, dan bantuannya semua; 11. Seluruh keluarga yang berada di Lampung, atas dukungan doa maupun bantuan materi kepada Penulis sampai menyelesaikan studi.

Akhir kata, Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari kesempurnaan, akan tetapi besar harapan semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua. Tuhan memberkati kita semua. Amin.

Bandar Lampung, 15 Juni 2017 Penulis,

Yeremia Luhur Wiyoto

i

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI .................................................................................................. i DAFTAR TABEL ......................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... v I.

PENDAHULUAN A. Latar Belakang ................................................................................... 1 B. Tujuan Penelitian ............................................................................... 3 C. Manfaat Penelitian ............................................................................ 4 D. Rumusan Masalah ............................................................................. 4 E.

Batasan Masalah ............................................................................... 4

F.

Hipotesis ........................................................................................... 5

G. Sistematika Penulisan ....................................................................... 5

II. TINJAUAN PUSTAKA A. Landasan Teori .................................................................................. 7 1.

Definisi Sistem Pentanahan ....................................................... 7

2.

Tahanan Pentanahan .................................................................. 8

3.

Tahanan Jenis Tanah ................................................................... 9

4.

Elektroda Pentanahan ................................................................ 10

ii

5.

Bagian-Bagian yang Ditanahkan ............................................... 12

6.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Tahanan Jenis Tanah ........ 12

7.

Pengukuran Tahanan Pentanahan Metode Tiga Titik ................ 13

8.

Bentonit ....................................................................................... 14

9.

Aktivasi Bentonit ....................................................................... 17

10. Rumus Empiris antara Penurunan Nilai Tahanan Pentanahan dengan Jumlah Bentonit Terkomposisi Tanah ........................... 18 B. Penelitian yang Telah dilakukan ....................................................... 18

III. METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................... 23 B. Alat dan Bahan .................................................................................. 23 C. Pelaksanaan Penelitian ...................................................................... 24 1.

Studi Literatur ............................................................................ 24

2.

Aktivasi Bentonit ....................................................................... 25

3.

Perancangan Pengujian ............................................................... 26

4.

Pengukuran Nilai Tahanan Pentanahan ...................................... 28

D. Diagram Alir ...................................................................................... 31

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Pengukuran Pentanahan ........................................................... 34 1. Pengujian 1 ................................................................................. 34 a. Aktivasi dengan Variasi Suhu Pemanasan ............................. 34 b. Proses Aktivasi dengan Variasi Lamanya Pemanasan .......... 37 2. Pengujian 2 ................................................................................ 39

iii

B. Persentase Perubahan Tahanan Pentanahan ...................................... 42 C. Perbandingan Persentase Perubahan Tahanan Pentanahan ............... 46 D. Rumus Empiris antara Penurunan Nilai Tahanan Pentanahan dengan Jumlah Bentonit Terkomposisi Tanah .................................. 47 E. Perhitungan Tahanan Jenis Tanah .................................................... 48 F. Hasil Analisis Scanning Electron Microscope (SEM) ...................... 49

V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ....................................................................................... 52 B. Saran ................................................................................................. 53

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 55 LAMPIRAN ................................................................................................... 58

DAFTAR GAMBAR

Gambar

Halaman

1. Elektroda pita ............................................................................................ 10 2. Elektroda batang ........................................................................................ 11 3. Elektroda pelat ........................................................................................... 11 4. Pengukuran tahanan pentanahan dengan metode tiga titik ....................... 14 5. Bentonit ..................................................................................................... 15 6. Proses aktivasi secara fisika ...................................................................... 25 7. Pengukuran pentanahan dengan Kyoritsu Model 4105A .......................... 29 8. Skematik pengukuran dengan menggunakan bentonit teraktivasi ............ 30 9. Diagram alir penelitian .............................................................................. 31 10. Visualisasi lubang pentanahan Pengujian 1 .............................................. 33 11. Visualisasi lubang pentanahan Pengujian 2 .............................................. 34 12. Grafik hasil pengukuran dengan variasi suhu pemanasan ......................... 36 13. Grafik hasil pengukuran dengan variasi lamanya pemanasan ................... 38 14. Grafik hasil pengukuran variasi tanah terkomposisi bentonit ................... 41 15. Grafik perbandingan persentase perubahan tahanan pentanahan .............. 46 16. Grafik rumus empiris nilai resistansi dengan bentonit terkomposisi ........ 47 17. Hasil uji SEM dengan perbesaran 500 kali ............................................... 50 18. Hasil uji SEM dengan perbesaran 7.000 kali ............................................ 50 19. Hasil uji SEM dengan perbesaran 2.000 kali ............................................ 51

DAFTAR TABEL

Tabel

Halaman

1.

Tahanan jenis tanah .................................................................................. 10

2.

Komposisi bentonit .................................................................................. 16

3.

Spesifikasi Kyoritsu Digital Earth Tester Model 4105A ......................... 29

4.

Hasil pengukuran dengan variasi suhu pemanasan bentonit .................... 35

5.

Hasil pengukuran dengan variasi lamanya pemanasan bentonit .............. 37

6.

Hasil pengukuran dengan variasi bentonit terkomposisi tanah ................ 40

7.

Persentase perubahan nilai tahanan pentanahan pada Pengujian 1 ........... 42

8.

Persentase perubahan nilai tahanan pentanahan pada Pengujian 2 .......... 45

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Sistem pentanahan digunakan sebagai pengaman langsung terhadap peralatan dan manusia bila terjadi kebocoran arus akibat kegagalan isolasi dan tegangan lebih atau petir pada peralatan listrik. Petir dapat menghasilkan arus gangguan dan juga tegangan lebih dimana gangguan tersebut dapat dialirkan ke tanah dengan menggunakan sistem pentanahan. [1] Sistem pentanahan berfungsi sebagai pengaman terhadap perangkat-perangkat yang menggunakan listrik sebagai sumber tenaga. Sistem pentanahan juga merupakan salah satu bagian penting yang harus diperhatikan untuk menjamin keamanan dan keandalan salah satunya pada operasi sistem tenaga listrik. Dengan adanya pentanahan yang baik dan efektif, diharapkan kerugian yang mungkin timbul oleh gangguan-gangguan dapat dikurangi bahkan dihindari. Untuk menghindari hal-hal diatas diperlukan sistem pentanahan sebagai sistem pengaman pada sistem tenaga listrik. Pada saat terjadi gangguan di sistem tenaga listrik, dengan adanya sistem pentanahan menyebabkan arus gangguan dapat dengan cepat teralirkan kedalam tanah dan disebarkan ke segala arah.

2

Nilai tahanan dari tanah yang digunakan biasanya tidak langsung didapatkan nilai tahanan yang rendah karena pada saat membuat suatu sistem pentanahan hal yang perlu diketahui lebih dahulu adalah lokasi dari sistem pentanahannya. Maka dari itu perlu dilakukan analisis pada lokasi pentanahan yang akan dilakukan sebelum merancang sistem pentanahan. Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai tahanan pentanahan adalah jenis tanah, kadar garam tanah, temperatur tanah dan kelembaban tanah.[2] Pengaruh kelembaban tanah terhadap nilai tahanan pentanahan adalah semakin besar kelembaban tanah maka nilai tahanan pentanahan akan semakin kecil. Kelembaban tanah dapat dibuat dan dijaga dengan pemberian zat aditif yang bersifat menyerap atau adsorbsi terhadap cairan dan gas. Zat aditif tersebut dapat berupa gipsum, serbuk arang, garam, zeolit, dan bentonit.[3] Penelitian ini merupakan lanjutan dari penelitian sebelumnya dimana penelitian sebelumnya menggunakan zat aditif bentonit namun dengan aktivasi kimia pada media tanah lempung, melakukan pencampuran zat bentonit dengan larutan asam yaitu asam sulfat dan feriklorida.[3,4] Dari hasil penelitian tersebut ternyata bentonit teraktivasi kimia mampu menurunkan nilai tahanan pentanahan, namun proses aktivasi kimia yang dilakukan terlalu sulit dilakukan dan perlu mencari campuran larutan yang tepat dan yang mampu membuka pori-pori dari bentonit agar dapat menyerap air dalam tanah untuk menjaga kelembaban tanah. Pada penelitian ini zat aditif yang digunakan sama yaitu bentonit. Bentonit merupakan suatu zat aditif yang mampu menyerap air dan menahannya dalam waktu yang lama.[5] Bentonit juga mengandung unsur-unsur yang bersifat elektrolit. Penelitian ini dilakukan dengan proses aktivasi secara fisika. Proses aktivasi secara

3

fisika dilakukan dengan proses pemanasan (kalsinasi). Proses aktivasi ini bertujuan untuk meningkatkan sifat-sifat khusus bentonit dengan cara menghilangkan unsurunsur pengotor dan menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori bentonit. Bentonit yang telah teraktivasi digunakan sebagai bahan untuk menimbun lubang pentanahannya dengan menggunakan model 1 batang elektroda (driven rod) dan akan diuji pada tanah. Nilai tahanan pentanahan tersebut akan didapat melalui hasil pengukuran menggunakan alat pengukuran earth tester dengan metode 3 titik. Pengukuran dilakukan selama 3 kali dalam sehari. Pengukuran dilakukan untuk mengamati nilai tahanan pentanahan yang sudah turun dengan memvariasikan panas yang diberikan pada bentonit dengan proses aktivasi fisika dan variasi komposisi pencampuran tanah dengan bentonit yang tidak teraktivasi. Hasil penelitian ini diharapkan bentonit yang telah teraktivasi secara fisika dan bentonit yang terkomposisi dengan tanah dapat memperbaiki nilai tahanan pentanahan dan nantinya dapat digunakan sebagai acuan dalam perencanaan atau pemasangan sistem pentanahan.

B. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1.

Menganalisis perubahan nilai tahanan pentanahan yang diberikan bentonit tanpa aktivasi dan setelah teraktivasi secara fisika.

2.

Menganalisis pengaruh variasi suhu pemanasan dan lamanya waktu untuk proses aktivasi bentonit terhadap penurunan nilai tahanan pentanahan.

3.

Menganalisis pengaruh komposisi bentonit dengan tanah terhadap penurunan nilai tahanan pentanahan.

4

C. Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1.

Dengan menggunakan bentonit yang telah teraktivasi dapat menurunkan tahanan pentanahan jauh lebih kecil dibandingkan dengan menggunakan bentonit yang tidak teraktivasi.

2.

Dapat mengetahui penurunan nilai resistansi tanah dengan variasi penambahan jumlah bentonit terkomposisi dengan tanah.

D. Rumusan Masalah Rumusan masalah pada penelitian ini adalah: 1.

Bagaimana perubahan nilai tahanan pentanahan yang diberikan bentonit sebelum teraktivasi secara fisika dan setelah teraktivasi secara fisika?

2.

Bagaimana perubahan nilai tahanan pentanahan dengan variasi penambahan jumlah tanah terkomposisi dengan bentonit?

E. Batasan Masalah Beberapa hal yang menjadi batasan masalah dalam penelitian ini adalah : 1.

Penelitian ini dilakukan pada tanah dengan diameter lubang pentanahan konstan sebesar 10 cm.

2.

Metode pentanahan yang digunakan adalah metode driven rod atau batang tunggal dengan panjang 1 meter.

3.

Metode pengukuran yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan metode 3 titik (three point method).

4.

Proses kimiawi dari bentonit tidak dibahas secara terperinci.

5

F. Hipotesis Zat aditif yang dapat menurunkan nilai tahanan pentanahan dengan baik adalah zat aditif yang memiliki sifat penyerapan yang paling baik terhadap zat yang bersifat konduktif yang ada disekitarnya dan dapat mempertahankan zat-zat yang telah diserapnya tersebut. Proses aktivasi bentonit melalui pemanasan (kalsinasi) menyebabkan pelepasan air sehingga kotoran atau mineral lain yang ada pada poripori bentonit terangkat dan mampu meningkatkan kemampuan untuk absorbsi, sehingga dapat menurunkan nilai tahanan pentanahan dengan baik. Bentonit teraktivasi secara fisika memiliki daya serap meningkat sehingga semakin banyak air yang terserap maka tanah pentanahan semakin menjadi lembab dan bentonit teraktivasi memiliki kestabilan terhadap suhu. Variasi penambahan bentonit terkomposisi dengan tanah diharapkan dapat menurunkan nilai tahanan pentanahan sama baiknya ataupun lebih baik dengan bentonit yang teraktivasi secara fisika.

G. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan pada skripsi ini, terdiri dari lima bab dengan perincian sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Bab I akan menjelaskan mengenai latar belakang masalah beserta penyelesaiannya. Pada latar belakang ini menjelaskan skripsi secara umum tentang perbaikan tahanan pentanahan dengan bentonit terkalsinasi. Setelah itu juga pada bab ini berisi tentang tujuan, manfaat, batasan masalah, perumusan masalah, hipotesis dan sistematika penulisan penelitian.

6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab II ini menjelaskan mengenai teori-teori dasar yang berkaitan dengan penelitian yang dilakukan dan penelitian-penelitian yang telah dilakukan. BAB III METODE PENELITIAN Bab III ini menjelaskan mengenai metode yang digunakan dalam proses penelitian, dari proses aktivasi secara fisika sampai tahap pengujian tahanan pentanahan. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab IV berisi hasil dari pengujian yang telah dilakukan dan analisis hasil dari pengujian tersebut. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab V merupakan kesimpulan dari hasil penelitian secara keseluruhan dan kemudian diberikan saran-saran yang perlu dipertimbangkan dalam upaya pengembangan mengenai penelitian ini lebih lanjut. DAFTAR PUSTAKA Kumpulan literatur yang dijadikan sebagai sumber bahan acuan dalam penulisan laporan skripsi ini. LAMPIRAN Data-data perhitungan serta keterangan-keterangan lainnya.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Landasan Teori 1.

Definisi Sistem Pentanahan

Sistem pentanahan merupakan sistem pengamanan terhadap perangkat-perangkat yang mempergunakan listrik sebagai sumber tenaga, dari lonjakan listrik utamanya petir.[1] Sistem pentanahan sangat penting dalam suatu sistem tenaga listrik karena berfungsi sebagai pengaman pada peralatan peralatan tenaga listrik. Tujuan dari sistem pentanahan adalah : 1.

Sistem pentanahan juga berfungsi untuk membatasi tegangan dari fasa-fasa yang tidak terganggu bila terjadi gangguan.

2.

Mengalirkan arus gangguan ke dalam tanah baik arus ganguan yang berasal dari surja hubung maupun surja petir.

3.

Menjaga tingkat kinerja peralatan sehingga sistem dapat berjalan dengan baik.

4.

Melindungi manusia dari peralatan-peralatan yang dalam keadaan normal tidak teraliri arus tetapi berpotensi mengalirkan arus saat terjadi ganguan.

Sistem pentanahan yang efektif adalah sistem pentanahan yang memiliki nilai pentanahan yang rendah. Tahanan pentanahan tidak boleh melebihi batas Standar Nasional Indonesia yaitu 5 Ω tetapi untuk daerah yang memiliki tahanan jenis tanah sangat tinggi boleh mencapai 10 Ω[2].

8

Tahanan pentanahan sangat dipengaruhi oleh tahanan jenis, ukuran elektroda pentanahan dan banyaknya elektroda yang ditanamkan. Memperkecil tahanan pentanahan dapat dilakukan dengan cara antara lain[1]: a. Merencanakan jenis elektroda dan metode elektroda yang dibutuhkan sampai mendapatkan nilai tahanan pentanahan yang sesuai. b. Menimbun suatu zat kimia di dalam tanah yang mampu menjaga nilai tahanan pentanahan yang rendah dalam jangka waktu yang panjang, tidak larut atau hancur dalam waktu yang lama, dan memiliki harga yang ekonomis. c.

Merencanakan elektroda pentanahan dan menimbun zat kimia didalam tanah.

2.

Tahanan Pentanahan

Nilai tahanan pentanahan dipengaruhi oleh tahanan jenis tanah dan metode sistem pentanahannya. Pada penelitian ini sistem pentanahan yang digunakan adalah sistem driven rod, yaitu sistem pentanahan dengan cara menanam batang elektroda konduktor tegak lurus ke dalam tanah. Persamaan untuk mencari nilai tahanan pentanahan pada sistem pentanahan driven rod adalah sebagai berikut.

𝑅= Dimana :

𝜌

4𝑙

[𝑙𝑛 ( ) − 1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.1) [1] 2𝜋𝑙 𝑎

𝜌 = tahanan jenis tanah (Ω.m) 𝜋 = 3.14 atau (22/7) 𝑙 = panjang elektroda (m) 𝑎 = jari-jari elektroda (m)

9

Tahanan tanah ini akan semakin besar nilainya bila berada di dekat elektroda batang pentanahan dan semakin jauh dari elektroda batang semakin kecil nilai tahanan pentanahannya karena akan semakin tersebar arus yang mengalir di dalam tanah. [1]

3.

Tahanan Jenis Tanah (ρ)

Tahanan jenis tanah adalah sebuah faktor keseimbangan antara tahanan tanah dan kapasitansi disekitarnya yang dituliskan dengan ρ (rho) dalam sebuah persamaan matematik. Tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

ρ = 2π α Rt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.2) dimana:

𝜌 = Tahanan jenis rata-rata tanah (Ω-meter) α = Jarak antara batang elektroda yang terdekat (meter) 𝑅𝑡 = Tahanan tanah terukur (Ω)

Untuk memperoleh harga tahanan jenis tanah yang akurat diperlukan pengukuran secara langsung pada lokasi pembangunan karena struktur tanah yang sesungguhnya tidak sesederhana yang diperkirakan. Pada suatu lokasi tertentu sering dijumpai beberapa jenis tanah yang mempunyai tahanan jenis yang berbedabeda (non uniform), contohnya seperti pada Tabel 1. [1]

10

Tabel 1. Tahanan jenis tanah No. Jenis Tanah

Tahanan jenis tanah (Ω.m)

1

Tanah Rawa

30

2

Tanah Pertanian

100

3

Pasir Basah

200

4

Kerikil Basah

500

5

Kerikil Kering

1000

6

Tanah Berbatu

3000

Sumber: PUIL 2000 4.

Elektroda Pentanahan[2]

Elektroda pentanahan merupakan suatu alat yang ditanam langsung didalam tanah yang berfungsi untuk mengalirkan arus gangguan ke dalam tanah. Penghantar pentanahan yang tidak terisolasi di dalam tanah juga bisa disebut elektroda pentanahan. Elektroda biasanya terbuat dari tembaga, baja atau dilapisi tembaga. Jenis-jenis elektroda adalah sebagai berikut: a.

Elektroda pita merupakan suatu jenis elektroda pentanahan yang biasanya digunakan untuk daerah yang memiliki tahanan jenis tanah yang rendah atau dengan kata lain cocok pada daerah yang jarang mengalami kekeringan. Elektroda pita biasanya terbuat dari bahan logam yang dipilin.

Gambar 1. Elektroda pita

11

b.

Elektroda Batang ialah elektroda yang banyak digunakan pada sistem pentanahan. Dalam Penggunaannya, jumlah dan ukuran elektroda batang dipilih dan disesuaikan dengan tahanan pentanahan yang dibutuhkan. Elektroda batang biasanya terbuat dari pipa besi, baja profil, atau batang logam lainnya.

Gambar 2. Elektroda batang c.

Elektroda pelat terbuat dari lempengan pelat logam yang berbentuk persegi atau persegi panjang. Penanaman elektroda pelat di dalam tanah ditanam secara tegak lurus di dalam tanah sekurang-kurangnya ditanam sedalam 1,5 meter di dalam tanah. Luas pelat ditentukan dan disesuaikan dengan besarnya tahanan pentanahan yang diperlukan.

Gambar 3. Elektroda pelat

12

5.

Bagian-Bagian yang Ditanahkan[1]

Dalam sebuah sistem pentanahan terdapat bagian yang harus ditanahkan adalah sebagai berikut: 1.

Peralatan listrik yang dalam keadaan normal tidak dialiri arus listrik tetapi berpotensi teraliri arus listrik saat terjadi gangguan.

2.

Bagian bawah arrester agar arus yang ditimbulkan petir dapat dialirkan ke tanah.

3.

Kawat tanah yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini berada di sepanjang saluran transmisi, semua kaki tiang transmisi harus ditanahkan agar petir yang menyambar kawat petir dapat disalurkan ke tanah melalui kaki tiang saluran transmisi.

4.

Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Tujuan dari pengetanahan titik netral adalah untuk membatasi besar arus gangguan tanah dan tegangan dari fasa-fasa yang tidak terganggu pada sistem yang terdiri dari generator dan transformator.

6.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Tahanan Jenis Tanah[1]

Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis tanah antara lain: a.

Pengaruh kandungan air (kelembaban) Kelembaban tanah sangat berpengaruh terhadap perubahan tahanan jenis tanah terutama kandungan air tanah sampai dengan 20%. Dalam salah satu tes laboratorium untuk tanah merah penurunan kandungan air tanah dari 20% ke 10% menyebabkan tahanan jenis tanah turun sampai 30 kali. Kenaikan kandungan air tanah di atas 20% pengaruhnya sedikit sekali. Semakin lembab

13

kadar air pada lapisan tanah tersebut semakin tinggi dan tahanan jenisnya akan semakin rendah. b.

Pengaruh Temperatur Pengaruh temperatur pada tahanan jenis tanah sangat kecil sekali pada kondisi di atas titik beku air (0o), sedangkan untuk kondisi di bawah titik beku tahanan jenis tanah bertambah besar. Hal ini di karenakan pada temperatur di bawah titik beku molekul-molekul air dalam tanah sulit untuk bergerak sehingga daya hantar listrik tanah menjadi sangat rendah. Temperatur tanah juga dipengaruhi oleh musim lingkungan tersebut.

c.

Pengaruh Bahan Kimia Pengaruh dari unsur-unsur kimia yang ada di dalam tanah mempengaruhi besar resistansi tanah tersebut. Kandungan tanah seperti garam yang dapat larut, asam atau alkali akan memiliki resistansi bervariasi dimana variasinya meluas sesuai dengan jumlah dan tipe dari kandungan kimia tersebut.

7.

Pengukuran Tahanan Pentanahan

Berdasarkan ANSI / IEEE std 80-2000, ada beberapa metode yang digunakan untuk mengukur tahanan pentanahan dari suatu elektroda pentanahan. Metode yang digunakan untuk mengukur tahanan pentanahan adalah metode dua titik, metode tiga titik dan metode Fall of Potential. Pada pengujian ini metode yang digunakan adalah metode 3 titik. Three-point method atau yang dikenal dengan metode 3 titik sering digunakan untuk mengukur tahanan elektroda pembumian atau pentanahan. Pada Gambar 4 ditunjukkan tiga buah batang elektroda, dimana batang elektroda 1 merupakan batang elektroda yang

14

tahanannya diukur dan untuk batang elektroda 2 dan 3 berfungsi sebagai batang elektroda pembantu yang nilai tahanannya pun belum diketahui.

Gambar 4. Pengukuran tahanan pentanahan dengan metode tiga titik. Metode pengukuran tahanan pentanahan di atas dapat juga digunakan untuk menentukan tahanan jenis tanah dengan tahanan pentanahan yang telah diketahui, serta diameter dan panjang elektroda diketahui pula.

8.

Bentonit

Bentonit adalah lempung (clay) yang sebagian besar terdiri dari montmorillonit dengan mineral-mineral seperti kwarsa, kalsit, dolomit, feldspars, dan mineral lainnya. Montmorillonit merupakan bagian dari kelompok smectit dengan komposisi kimia secara umum Al2O3.4SiO2.H2O. Nama monmorilonit itu sendiri berasal dari Perancis pada tahun 1847 untuk penamaan sejenis lempung yang terdapat di Monmorilon Prancis yang dipublikasikan pada tahun 1853 – 1856 . Bentuk fisik bentonit dapat dilihat pada Gambar 5.

15

Gambar 5. Bentonit Bentonit berbeda dari clay lainnya karena hampir seluruhnya (75%) merupakan mineral monmorillonit yang terdiri dari lapisan-lapisan silica, alumunium dan juga terdapat ion H2O. Mineral monmorillonit terdiri dari partikel yang sangat kecil sehingga hanya dapat diketahui melalui studi mengunakan XRD (X-Ray Difraction). Berdasarkan kandungan alumino silikat hidrat yang terdapat dalam bentonit, maka bentonit tersebut dapat dibagi menjadi dua golongan : a. Activated clay, merupakan lempung yang mempunyai daya pemucatan yang rendah. b. Fuller’s earth, merupakan lempung yang secara alami mempunyai sifat daya serap terhadap zat warna pada minyak, lemak, dan pelumas. Bentonit memiliki sifat dapat menyerap air dan menahan air pada strukturnya, hal ini dikarenakan pada montmorillonit terdapat beberapa lapisan yaitu lapisan lempung yang terdiri dari lapisan tetrahedral dan lapisan oktahedral kemudian

16

lapisan interlayer di mana penyerapan air terjadi pada lapisan interlayer. Pada lapisan interlayer ini terdapat molekul air dan kation-kation[6]. Berdasarkan tipenya, bentonit dibagi menjadi dua, yaitu Na-bentonit dan Cabentonit. Pada penelitian ini bentonit yang digunakan adalah bentonit tipe Nabentonit. Na-bentonit memiliki daya mengembang hingga delapan kali apabila dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Dalam keadaan kering berwarna putih atau cream, pada keadaan basah dan terkena sinar matahari akan berwarna mengkilap. Perbandingan antara kation Na+ dan kation Ca+ yang terdapat di dalamnya cukup tinggi, serta suspensi koloidalnya mempunyai pH 8,5 sampai 9,8. [9] Bentonit memiliki sifat-sifat sebagai berikut [7]: a. Memiliki tahanan jenis yang rendah juga stabil (250-300 Ω.m) dan tidak korosi. b. Dapat mengembang menjadi beberapa kali lipat (mampu sampai 8 kali lipat) bila dicelupkan ke dalam air dan dapat menahan air pada strukturnya. c. Bentonit tidak mudah hancur karena bentonit merupakan bagian dari tanah liat (lempung) itu sendiri. Berikut ini adalah komposisi dari bentonit. Tabel 2. Komposisi bentonit Komposisi kimia SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O H2O

Na-Bentonit (%) 61,3-61,4 19,8 3,9 0,6 1,3 2,2 0,4 7,2

Ca-Bentonit (%) 62,12 17,33 5,30 3,68 3,30 0,50 0,55 7,22

17

9.

Aktivasi Bentonit[13]

Bentonit harus diaktifkan dan diolah terlebih dahulu sebelum digunakan dalam berbagai aplikasi. Aktivasi merupakan salah satu perlakuan terhadap zat kimia yang bertujuan untuk memperbesar pori-pori yaitu dengan cara mencegah ikatan hidrokarbon atau mengosksidasi molekul permukaan sehingga zat kimia itu mengalami perubahan fisik. Ada dua cara yang dapat dilakukan untuk aktivasi bentonit, yaitu : 1. Secara Fisika (Pemanasan) Pada proses ini, bentonit dipanaskan pada temperatur tertentu untuk memperluas permukaan butiran bentonit. 2. Secara Kimia (Kontak Asam) Tujuan dari aktivasi kontak asam adalah untuk menukar kation Ca+ yang ada dalam Ca-bentonit menjadi ion H+ dan melepaskan ion Al, Fe, dan Mg dan pengotor-pengotor lainnya pada kisi-kisi struktur, sehingga secara fisik bentonit tersebut menjadi aktif. Proses aktivasi fisika yang dilakukan dengan pemanasan atau yang sering disebut proses kalsinasi. Kalsinasi adalah proses pemanasan hingga temperatur yang ditentukan, namun masih berada dibawah titik lebur untuk menghilangkan kandungan yang dapat menguap. Proses aktivasi pada bentonit akan mempengaruhi sifat fisik bentonit, yaitu bertambah luasnya permukaan kontak bentonit yang disebabkan terbukanya pori-pori bentonit yang tertutupi kotoran yang berupa air, udara, dan asam. Hal ini membuktikan telah terjadi dehidrasi yang mengakibatkan kation-kation pada permukaan bentonit tak terlindung dan terlepas sehingga secara fisik bentonit menjadi lebih aktif.[16]

18

10. Rumus Empiris antara Penurunan Nilai Tahanan Pentanahan dengan Jumlah Tanah Terkomposisi Bentonit. Rumus empiris antara penurunan nilai tahanan pentanahan dengan jumlah tanah terkomposisi bentonit didapatkan dengan menggunakan analisis regresi dengan model persamaan linier. Analisis regresi merupakan metode statistik yang digunakan untuk menyelidiki dan memodelkan hubungan antara variabel respon Y dan variabel prediktor X. Penaksiran fungsi regresi dapat dilakukan dengan dua cara yaitu, secara parametik dan non-parametik. Persamaan linier merupakan analisis regresi dengan cara parametik yang berjangka panjang dan cenderung menuju ke satu arah, menaik dan menurun yang dinyatakan dalam persamaan, Y = aX + b ..................................................................................................... (2.3)[18] dimana, Y = Variabel tak bebas atau nilai prediksi dari variabel X X = Variabel bebas

B. Penelitian yang Telah Dilakukan Dalam kaitannya dengan perbaikan tahanan pentanahan, beberapa penelitian yang pernah dilakukan diantaranya adalah penelitian yang dilakukan oleh Siow Chun Lim pada tahun 2012 dan 2013. Penelitian yang pertama dilakukan pencampuran beton dengan bentonit, banyak semen digantikan dengan bentonit sebanyak 10 %, 20%, 30%, 40%, 50%, 60% dan 70%. Hasil penelitian yaitu pada campuran bentonit sebanyak 20% didapatkan resistansi yang sangat tinggi pada awal

19

pengukuran tetapi setelah bulan pertama mendapatkan nilai tanahan yang stabil dan konsisten lebih rendah. Sedangkan bentonit di bawah 30% memiliki resistansi lebih rendah dari pada campuran beton biasa dan campuran diatas 30% memiliki tahanan pentanahan yang lebih tinggi.[11] Penelitian yang selanjutnya dilakukan pengujian terhadap Sodium Bentonit dari daerah Pakistan, kemudian dengan sembarang zat kimia dan kalsium bentonit dari Indonesia. Setelah melakukan pengujian selama kurang lebih 1 tahun diperoleh hasil bahwa sodium bentonit memiliki kemampuan lebih baik dalam menurunkan tahanan pentanahan daripada 2 zat kimia lainnya.[4]

Penelitian lain yang dilakukan oleh Wiwik purwati widyaningsih dengan menggunakan zat kimia bentonit. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode parit melingkar dengan memvariasikan kedalaman parit dan banyaknya bentonit yang dimasukan kedalam parit. Dari hasil penelitan tersebut didapat bahwa semakin dalam batang elektroda ditanamkan dan semakin banyak bentonit yang di masukan maka akan didapatkan tahanan pentanahan yang semakin kecil.[6] Penelitian selanjutnya dilakukan IGN Junardana pada tahun 2005. Penelitian yang pertama melakukan penelitian tentang perbandingan penambahan garam dengan penambahan bentonit terhadap nilai tahanan pentanahan pada sistem pentanahan. Pada penelitian ini elektroda yang digunakan adalah tipe rod dengan panjang dan diameter yang sama yaitu 240 cm dan diameter 1,0 cm. Hasil dari penelitian ini didapatkan nilai tahanan pentanahan saat menggunakan bentonit jauh lebih kecil yaitu sekitar 3-3,2 Ω sedangkan dengan menggunakan garam didapatkan tahanan pentanahan sebesar 7-8 Ω.[10] Penelitian yang kedua dilakukan selama 6 bulan,

20

dengan memvariasikan banyaknya bentonit yang akan di masukan ke dalam tanah yaitu 5 kg, 10 kg dan 15 kg. Hasil dari penelitian ini didapatkan nilai rata-rata tahanan pentanahan dengan penambahan zat aditif berupa bentonit seberat 5 kg selama 6 bulan adalah 3,25 ± 0,27 Ω. Nilai rata-rata tahanan pentanahan dengan penambahan zat aditif berupa bentonit seberat 10 kg selama 6 bulan adalah 2,51 ± 0,23 Ω. Nilai rata-rata tahanan pentanahan dengan penambahan zat aditif berupa bentonit seberat 15 kg selama 6 bulan adalah 2,01 ± 0,008 Ω.[12]

Lukong Pius Nyuykonge melakukan penelitian dengan menggunakan biochar pada tahunn 2015. Penelitian ini melakukan beberapa metode pengukuran untuk menurunkan nilai tahanan pentanahan. Dengan menggunakan 1 batang elektroda dan dengan menggunakan 2 batang elektroda yang dikaitkan kawat pentanahan. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Biochar yang merupakan bahan sejenis arang untuk mengganti bahan kimia. Biochar yang digunakan ada 3 yaitu arang, arang jerami dan arang bilah kayu yang kemudian ditanam kedalam tanah dan diukur dalam 2 kondisi yaitu saat musim kemarau dan musim hujan. Media tanah yang diteliti adalah jenis tanah lempung berpasir dengan kedalaman 1 meter dan diameter sebesar 20 cm. Hasil dari penelitian ini diperoleh nilai tahanan pentanahan, dengan metode 1 batang elektroda saat musim kemarau adalah 26,27 Ω dan 2,1 Ω saat musim hujan. Kemudian dengan metode 2 batang elektroda yang terpasang paralel saat musim kemarau diperoleh nilai tahanan pentanahan 15,2 Ω dan 1,1 Ω saat musim hujan dari nilai tahanan pentanahan 242 Ω.[14]

21

Penelitian dilakukan oleh Yousif El-Tous pada tahun 2014. Penelitian ini melakuan beberapa metode pengukuran untuk menurunkan nilai tahanan pentanahan. Dengan menggunakan 1 batang elektroda dan dengan menggunakan 2 batang elektroda yang terpasang secara paralel pada tanah lempung yang kering. Penelitian dilakukan dengan menambahkan air dari Laut Mati yang mudah ditemukan didaerah Yordania dan melakukan penambahan pada elektroda air Laut Mati yang dicampur dengan batu bara/arang batu dan tambalan besi. Batang elektroda yang ditanam sedalam 1 meter. Hasil dari penelitian ini diperoleh nilai tahanan pentanahan saat penambahan 5 liter air dari Laut Mati dengan metode pemasangan 1 batang elektroda adalah 13,47 Ω dan dengan metode pemasangan 2 elektroda yang terpasang paralel diperoleh nilai tahanan pentanahan sebesar 10,42 Ω. Kemudian hasil yang diperoleh saat penambahan 5 liter air dari Laut Mati, batu bara/arang batu dan tambalan besi dengan metode pemasangan 1 batang elektroda adalah 9,67 Ω dan dengan metode pemasangan 2 batang elektroda yang terpasang paralel adalah 7,1 Ω dari nilai tahanan pentanahan yang belum diperlakuan sebesar 19,53 Ω.[15]

Penelitian juga dilakukan di Universitas Lampung, penelitian yang pertama dilakukan oleh Iyan F.P. Sianipar. Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan besarnya panas yang diberikan kepada zat kimia tersebut 300oC, 500oC dan 700oC. Variasi lain yang digunakan dalam penelitian ini adalah diameter lubang tanah yaitu 5cm, 10cm, dan 15cm. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh data pentanahan pada tanah yang diujikan 119,95 Ω, setelah terkalsinasi 300oC diperoleh 77,19 Ω, setelah terkalsinasi 500oC diperoleh 70,33 Ω dan setelah terkalsinasi 700oC

22

diperoleh 66,86 Ω.[13] Penelitian yang kedua dilakukan oleh Devy Andini pada tahun 2015, penelitian dilakukan dengan melakukan proses aktivasi kimia dengan penambahan larutan Feriklorida. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan jumlah banyaknya bentonit (1-5 kg) dan tidak memvariasikan konsentrasi dari larutan Feriklorida, jarak waktu pengukuran yang dilakukan sekitar setiap 8 jam. Hasil dari penelitian ini adalah nilai tahanan pentanahan tanpa Perlakuan adalah 200 Ω, dengan Bentonit tanpa aktivasi adalah 156 Ω, dengan bentonit yang diaktivasi adalah 42 Ω.[3] Penelitian yang ketiga dilakukan oleh Jefrianto Simamora, penelitian dilakukan dengan memvariasikan konsentrasi bentonit (0.8, 1, 1.2 M), kemudian jarak waktu pengukuran yang dilakukan sekitar setiap 8 jam. Hasil dari penelitian ini adalah untuk nilai tahanan pentanahan tanpa perlakuan adalah 329 Ω (lempung) dan 125 Ω (ladang), dengan bentonit tanpa aktivasi adalah 122 Ω (lempung) dan 70 Ω (ladang), dengan bentonit yang diaktivasi adalah 86 Ω (lempung) dan 24 Ω (ladang).[4]

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Kimia Fakultas Teknik untuk proses aktivasi dan untuk proses pengujian pada tanah dilakukan disekitar Laboratorium Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung. Penelitian ini dilakukan dari bulan Desember 2016 sampai Febuari 2017.

B. Alat dan Bahan Beberapa alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain: 1.

Satu set alat ukur pentanahan yaitu Digital Earth Resistance Tester merk Kyoritsu dengan model 4105A, 2 buah pasak besi, dan juga 3 buah kabel beda warna masing-masing 10 m digunakan untuk mengukur nilai pentanahan melalui batang elektroda pentanahan yang telah ditanam.

2.

Bor Biopori merupakan sebuah alat yang digunakan untuk membuat lubang pada tanah dengan cara memutar bor sampai kedalaman tertentu.

3.

Batang elektroda pentanahan yang terbuat dari bahan tembaga sebanyak 9 batang dengan panjang 1 meter dan diameter 12 milimeter.

4. Meteran digunakan untuk mengukur jarak pasak besi pada saat menggunakan earth tester.

24

5.

Timbangan, ember dan peralatan lainnya yang digunakan untuk penanaman batang pentanahan.

6.

Muffle Furnance digunakan untuk melakukan proses pemanasan.

7.

Desikator digunakan untuk menjaga dan mendinginkan bentonit serta untuk menghindari kontak dengan udara sekitar.

8.

Na-Bentonit sebanyak ± 50 kg.

9.

Cangkul digunakan untuk menggali tanah untuk proses pencampuran bentonit dengan tanah.

10. Scanning Electron Microscope (SEM) digunakan untuk menyelidiki komposisi dan informasi kristalografi dari objek solid.

C. Pelaksanaan Penelitian 1. Studi Literatur Dalam studi literatur dilakukan pencarian informasi atau bahan materi baik dari buku, jurnal, maupun sumber-sumber lain yang berkaitan dengan penelitian ini. Materi tersebut diantaranya mengenai: a. Sistem Pentanahan b. Karateristik Bentonit c. Pengaruh Aktivasi Pada Bentonit d. Aktivasi Fisika e. Jenis-jenis Tanah f. Proses Kalsinasi

25

2. Aktivasi Bentonit Sebelum digunakan, bentonit diaktivasi terlebih dahulu dengan tujuan meningkatkan luas permukaan dan memodifikasi struktur bentonit sehingga bentonit dapat bekerja dengan optimal. Pada penelitian ini bentonit akan di aktivasi dengan cara pemanasan. Langkah-langkah proses aktivasi pertama yang dilakukan adalah dengan meletakkan bentonit pada sebuah wadah yang tidak melebur saat dipanaskan. Kemudian wadah tersebut diletakkan dalam muffle furnance. Muffle furnance dihidupkan dan suhunya diatur sesuai dengan yang diharapkan yaitu pada suhu 2000C, 4000C dan 6000C. Waktu yang digunakan untuk melakukan proses pemanasan ini adalah 1 jam setiap suhunya dan 3 jam untuk suhu yang paling baik menurunkan nilai tahanan pentanahan dengan lama proses aktivasi atau pemanasan 1 jam. Setelah selesai dipanaskan, bentonit dikeluarkan dari furnance kemudian didinginkan di dalam desikator untuk menghindari kontak langsung dengan udara sekitar. Bentonit telah siap digunakan pada pentanahan ketika semua prosedur telah dilakukan.

50Kg Bentonit

Bentonit teraktivasi siap digunakan

Menyiapkan 500g Bentonit yang akan diaktivasi

Proses pendinginan Bentonit yang telah dipanaskan ke dalam desikator

Gambar 6. Proses aktivasi secara fisika

Letakkan Bentonit pada wadah yang tidak melebur

Proses Pemanasan Bentonit pada Furnace

26

3. Perancangan Pengujian Perancangan pengujian perlu dilakukan sebelum proses pengambilan data. Perancangan yang dilakukan adalah dengan membuat lubang pentanahan dan melakukan penanaman elektroda pentanahan. Pengujian pun dilakukan dengan 2 tahap yaitu Pengujian 1 dan Pengujian 2. Pengujian 1 merupakan pengujian untuk melihat suhu pemanasan yang paling baik terhadap bentonit dalam menurunkan nilai tahanan pentanahan dan melihat pengaruh lamanya proses aktivasi terhadap penurunan nilai tahanan pentanahan, sedangkan untuk Pengujian 2 merupakan pengujian untuk melihat pengaruh perubahan nilai tahanan pentanahan dengan penambahan bentonit terkomposisi dengan tanah. a.

Pembuatan Lubang Pentanahan Pembuatan lubang pentanahan dilakukan agar terdapat ruang untuk mengisi bentonitnya. Pembuatan lubang dibuat pada tanah dengan kedalaman 1 m dan diameter 10 cm dengan menggunakan bor biopori. Dalam proses Pengujian 1 akan dibuat 4 buah lubang dengan kedalaman dan diameter yang sama untuk pengujian tanpa penambahan zat aditif, penambahan bentonit tanpa aktivasi, penambahan bentonit terkalsinasi pada suhu 2000C dengan waktu pemanasan 1 jam, begitu juga dengan suhu 4000C dan 6000C dengan waktu pemanasan yang sama. Setelah itu 1 lubang lagi digunakan untuk bentonit teraktivasi dengan lama aktivasi 3 jam dengan suhu pemanasan yang paling baik menurunkan nilai tahanan pentanahan dengan lama aktivasi 1 jam.

27

Pada Pengujian 2 pembuatan lubang pentanahan dilakukan dengan membuat lubang pentanahan yang memiliki diameter dan kedalaman yang sama dengan Pengujian 1. b. Penanaman batang elektroda pentanahan Setelah lubang untuk Pengujian 1 selesai dibuat masing-masing lubang dimasukkan satu batang elektroda pentanahan. Lubang-lubang tersebut kemudian diisi dengan bahan yang berbeda. Lubang 1 tanpa penambahan zat aditif, Lubang 2 dengan penambahan bentonit tanpa aktivasi, lubang 3 dengan bentonit terkalsinasi pada suhu 2000C dengan waktu pemanasan 1 jam, lubang 4 dengan bentonit terkalsinasi pada suhu 4000C dengan waktu pemanasan 1 jam, dan lubang 5 dengan bentonit terkalsinasi pada suhu 6000C dengan waktu pemanasan 1 jam. Masing-masing lubang diisi dengan bentonit sebanyak 8 Kg. Setelah masing-masing pentanahan siap, dilakukan pengukuran nilai masing-masing pentanahan dengan menggunakan earth tester. Untuk Pengujian 2, lubang pentanahan pertama akan diisi dengan 75% bentonit tanpa aktivasi dan dicampur dengan 25% tanah, kemudian dilakukan pengukuran. Untuk lubang pentanahan yang kedua akan diisi dengan 50% bentonit tanpa aktivasi dan dicampur dengan 50% tanah, dan untuk lubang pentanahan yang ketiga akan diisi dengan 25% bentonit tanpa aktivasi dan dicampur dengan 75% tanah, kemudian dilakukan pengukuran, sehingga diperoleh variasi data nilai tahanan pentanahan.

28

4.

Pengukuran Nilai Tahanan Pentanahan Pengukuran nilai tahanan pentanahan pada masing-masing lubang pentanahan dilakukan dengan menggunakan alat ukur Digital Earth Tester Kyoritsu model 4105A dengan menggunakan metode 3 titik. Pengukuran tahanan pentanahan pada tanah dilakukan dengan cara sebagai berikut : a. Hubungkan panel berwarna hijau pada elektroda pentanahan yang akan di ukur, panel berwarna kuning pada elektroda bantu 1 dan panel berwarna merah pada elektroda bantu 2. b. Elektroda pentanahan dan elektroda bantu harus satu garis. c. Untuk memastikan bahwa baterai masih dapat digunakan, baterai dapat dicek dengan cara melihat indikator baterai pada layar LCD. Jika pada layar LCD muncul indikator baterai maka baterai tersebut sudah harus diganti. d. Mengukur tegangan tanah (Earth voltage) dengan cara sebagai berikut : •

Set selector switch pada posisi V, besar tegangan Ev dibaca pada galvanometer.

•

Bila Ev < 3 volt, pengukuran tahanan pentanahan dapat dilakukan.

•

Bila Ev > 3 volt, pengukuran tahanan pentanahan tidak dapat dilakukan atau akan terjadi error.

•

Jarak elektroda E dan P memiliki jarak maksimal yang harus diperhatikan yaitu (5-10 meter).

29

e. Set selector switch pada posisi 2000 Ω kemudian tekan tombol Press to test dan memutar kekanan sampai lampu indikator pengukuran menyala. Menurunkan set selector switch pada posisi 200 Ω dan 20 Ω saat nilai resistansi semakin rendah. Nilai yang dibaca tersebut adalah harga tahanan pentanahan yang diukur (Rp).

Gambar 7. Pengukuran pentanahan dengan Kyoritsu Model 4105A Sumber : Instruction Manual Digital Earth Resistance Tester

Tabel 3. Spesifikasi Kyoritsu Digital Earth Tester Model 4105A Range Earth Voltage 20 Ω Earth 200 Ω Resistance 2000 Ω

Measuring Accuracy Range 0 – 199.9 V ± 1.0% rdg ± 4 dgt 0 – 19.99 Ω ± 2.0% rdg ± 0.1 Ω(0 – 19.99 Ω) 0 – 199.9 V ± 1.0% rdg ± 3 dgt ( above 20 Ω ) (Auxiliary earth resistance 100 Ω ± 0 – 1999 Ω 5% ) (Earth Voltage 3V or less)

Sumber : Instruction Manual Digital Earth Resistance Tester

30

Berikut ini adalah rangkaian skematik pengukuran nilai tahanan pentanahan pada masing-masing pengujian:

Gambar 8. Skematik pengukuran dengan bentonit teraktivasi Pengukuran nilai tahanan pentanahannya akan diukur sebanyak 3 kali setiap lubang dengan mengambil 2-3 kali pengukuran setiap jamnya dalam sehari yaitu pada pukul 08.00, 12.00 dan 16.00 WIB dilakukan selama kurang lebih 14 hari berturut-turut.

31

D. Diagram Alir Penelitian

Mulai

Studi Literatur

Pengujian Tahap 2

Pengumpulan Alat dan Bahan

Mengukur Nilai Tahanan Pentanahan

Proses Aktivasi Bentonit (Pemanasan)

Data Hasil Pengukuran

Analisis Data Pengujian Tahap 1

Mengukur Nilai Tahanan Pentanahan

Penulisan Laporan

Data Hasil Pengukuran

Gambar 9. Diagram alir penelitian

Selesai

52

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan Berdasarkan hasil pengukuran nilai tahanan pentanahan dengan penambahan bentonit teraktivasi dan tanah terkomposisi bentonit, maka dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Nilai tahanan pentanahan yang paling baik untuk pentanahan menggunakan bentonit teraktivasi secara fisika dengan proses pemanasan pada suhu 2000C memiliki persentase perubahan nilai sebesar 74%. Nilai tersebut tidak jauh berbeda dengan pentanahan bentonit tanpa proses aktivasi yang memiliki persentase perubahan nilai tahanan pentanahan sebesar 68%. 2. Pentanahan bentonit teraktivasi dengan suhu pemanasan 2000C mampu menurunkan nilai tahanan pentanahan lebih baik daripada pentanahan bentonit teraktivasi dengan suhu pemanasan 4000C dan 6000C dengan masing-masing nilai tahanan pentanahan stabil dinilai 53 Ω untuk suhu 2000C, 68 Ω untuk suhu 4000C dan 76 Ω untuk suhu 6000C.

53

3. Lamanya proses aktivasi pemanasan tidak mempengaruhi penurunan nilai tahanan pentanahan. Nilai tahanan pentanahan menggunakan bentonit teraktivasi selama 3 jam memiliki nilai sebesar 63 Ω sedangkan untuk pentanahan dengan bentonit teraktivasi selama 1 jam memiliki nilai tahanan pentanahan yang lebih kecil yaitu 53 Ω. 4. Pentanahan bentonit terkomposisi 75% dengan tanah mampu menurunkan nilai tahanan pentanahan lebih baik daripada pentanahan bentonit terkomposisi 50% dan 25% dengan masing-masing nilai tahanan pentanahan stabil dinilai 63 Ω untuk 75% bentonit, 97 Ω dan 130 Ω berturut-turut untuk komposisi tanah dengan bentonit 50% dan 25%. Sementara komposisi 100% bentonit menghasilkan nilai tahanan pentanahan sebesar 65 Ω. 5. Beberapa partikel bentonit tidak memiliki pori-pori untuk menyerap air, sehingga untuk bentonit jenis ini, proses aktivasi secara fisika tidak berpengaruh secara signifikan dalam upaya menurunkan nilai tahanan pentanahan.

B. Saran Penelitian selanjutnya mengenai pentanahan dengan penambahan bentonit teraktivasi dan terkomposisi dengan tanah sebaiknya dilakukan dengan memperhatikan saran berikut : 1. Pada saat proses aktivasi dengan waktu yang cukup lama, perlu dilakukan proses perlakuan tambahan seperti proses pengadukan untuk zat aditif yang sedang dipanaskan untuk pemanasan yang lebih merata.

54

2. Dalam upaya meningkatkan kemampuan daya serap dari bentonit dapat mengkombinasikan aktivasi fisika secara pemanasan dan aktivasi kimia dengan mencampurkan bentonit tersebut dengan zat kimia lainnya yang mampu membersihkan zat pengotor di dalam pori-pori bentonit yang tidak mampu diuapkan saat aktivasi fisika. 3. Untuk mengetahui hubungan antara pori-pori dari sebuah zat dan sifat absorbsinya dengan penurunan nilai tahanan pentanahan dapat melakukan pengujian dengan menggunakan Surface Area Analysis (SAA) atau Brunaer-Emmet-Teller (BET). Dari hasil pengujian tersebut akan diperoleh volume dari pori-pori zat tersebut dan juga mengetahui sifat absorbsinya.

DAFTAR PUSTAKA

[1]

Hutauruk, T.S. 1991. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan. Erlangga.

[2]

Badan Standarisasi Nasional. Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000. Jakarta.

[3]

Andini,

Devy.

2015.

Perbaikan

Tahanan

Pentanahan

dengan

Menggunakan Bentonit Teraktivasi. (Skripsi). Universitas Lampung. Bandar Lampung. [4]

Simamora, Jefrianto. 2015. Pengaruh Penambahan Asam Sulfat pada Bentonit untuk Penurunan Nilai Tahanan Pentanahan. (Skripsi). Universitas Lampung. Bandar Lampung.

[5]

Lim, Siow Chun, at all. 2013. Characterizing of Bentonite with Chemical, Physical and Electrical Perspectives for Improvement of Electrical Grounding Systems. International Journal Electrochem Science. Vol. 8, pp 11429 – 11447.

[6]

Widyaningsih, Wiwik Purwati. 2011. Perbaikan Tahanan Pentanahan dengan Menggunakan Bentonit. (Skripsi). Politeknik Negeri Semarang. Semarang.

[7]

Panda, Rosadalima Dee, 2012. Modifikasi Bentonit Terpilar Al dengan Kitosan untuk Absorsi Logam Berat. (Skripsi). Universitas Indonesia. Depok.

[8]

Radakovic, Z.R, at all. 2001. Behaviour of Grounding Loop with Bentonite During A Ground Fault at on Overhead Line Tower. IEEE Proc-Gener. Vol. 148. No. 4.

[9]

Badan Litbang Energi dan Sumber Daya Mineral. 2005. Kamus Pengolahan Mineral dan Batu Bara. Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara.

[10] Junardana, IGN. 2005. Perbedaan Penambahan Garam dengan Penambahan Bentonit Terhadap Nilai Tahanan Pentanahan pada Sistem Pentanahan. Volume 4, No.1, pp 61-72. [11] Lim, Siow Chun, at all. 2013. Preliminary results of the performance of grounding electrodes encased in bentonite-mixed concrete. International Journal Electrochem Science. Vol. 8, pp 11429 – 11447. [12] Junardana, IGN. 2005. Pengaruh Umur pada Bentonit Terhadap Nilai Tahanan Pentanahan. Volume 5, No.1.

[13] Sianipar, Iyan F.P. 2011. Perbaikan Tahanan Pentanahan dengan Zeolit Terkalsinasi. (Skripsi). Universitas Lampung. Bandar Lampung. [14] Nyuykonge, Lukong Pius, at all. 2015. An Efficient Method for Electrical Earth Resistance Reduction Using Biochar. International Journal of Energy and Power Engineering. Vol. 4, No. 2, pp 65-70. [15] El Tous, Yousif and Salim A. Alkhawaldeh. 2014. An Efficient Method for Earth Resistance Reduction Using the Dead Sea Water. International Journal of Scientific Research (SciRes) Energy and Power Engineering. Vol. 6, pp 47-53. [16] Nurhayati, H. 2010. Pemanfaatan Bentonit Teraktivasi Dalam Pengolahan Limbah Cair Tahu. (Skripsi). Surakarta. Universitas Negeri Surakarta. [17] Case, Karl E. 2007. Prinsip-Prinsip Ekonomi Jilid 1 (Case and Fair). Jakarta. Erlangga. Hal 115. [18] Hardle, Wolfgang. 1990. Smoothing Techniques with Implementation in S. New York : Springer Verlag. Hal 65 – 70. [19] European Industrial Mineral Association IMA. 2011. Bentonite. Europe.

PENGARUH ZAT ADITIF BENTONIT TERAKTIVASI FISIKA DAN TERKOMPOSISI TANAH TERHADAP NILAI TAHANAN PENTANAHAN

Recommend Documents