analisa perbaikan sistem pentanahan instalasi listrik di tanah kapur

1 | Jurnal Program Studi Teknik Elektro JE-Unisla
ANALISA PERBAIKAN SISTEM PENTANAHAN INSTALASI LISTRIK
DI TANAH KAPUR DAN PADAS MENGGUNAKAN METODE SIGARANG
(SISTEM GROUNDING ARANG DAN GARAM)
Zainal Abidin 1), Suharijanto 2), Abdul Ghufron 3)
1)
2)
Dosen Fakultas Teknik Prodi Teknik Elektro Universitas Islam Lamongan
Dosen Fakultas Teknik Prodi Teknik Elektro Universitas Islam Lamongan
3)
Program Studi Teknik Elektro Universitas Islam Lamongan
Email : [email protected], [email protected], [email protected]
ABSTRAK
Sistem pembumian bertujuan untuk mengamankan peralatan-peralatan listrik maupun manusia
yang berlokasi di sekitar gangguan dengan cara mengalirkan arus gangguan ke tanah, salah satu
faktor untuk mendapatkan nilai tahanan pembumian yang kecil yaitu letak elektroda yang akan
ditanam. Untuk mengetahui nilai tahanan pembumian diperlukan pengukuran. Dari hasil analisis
diperoleh kesimpulan bahwa nilai tahanan pembumian sangat dipengaruhi oleh kondisi tanah di
mana elektroda tersebut ditanam, perlakuan-perlakuan terhadap tanah dan sudut pengukuran.
Penambahan air arang dan garam memberikan dampak terbaik dalam menurunkan tahanan
pentanahan sampai pada nilai rata- rata 1,52Ω ohm pada tanah padas dan pada tanah kapur 2,43Ω
ohm dengan ukuran perbandingan 5:2:1.
Kata kunci: Tanah, Tahanan Pembumian, bahan urukan.
PENDAHULUAN
Pentanahan merupakan faktor terpenting
dalam meningkatkan keamanan dalam sistem
tenaga listrik dan peralatan-peralatan rumah
tangga, kondisi tanah sangat mempengaruhi nilai
resistansi pada proses pentanahan listrik. Dalam
rangka untuk perbaikan pada kondisi tanah kering
dan tandus akibat kurangnya sumber air dalam
tanah, peneliti bereksperimen melakukan upaya
agar kondisi resistansi tanah dapat diturunkan agar
sistem pentanahan menjadi lebih baik. Metode
yang kami upayakan untuk menurunkan nilai
resistansi pentanahan di daerah tanah kering dan
tandus dengan menggunakan komposisi air, arang
dan garam (sigarang) pada wilayah batang
pentanahan.
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dapat
diambil perumusan masalah yaitu:
1. Bagaimana pengaruh penmbahan air arang
dan garam pada pentanahan rumah tangga?
2. Bagaimana efisiensi menggunakan arang dan
garam pada pentanahan rumah tangga?
Batasan Masalah
Karena luasnya materi, maka dilakukan beberapa
pembatasan masalah, antara lain :
1. Pengukuran dilakukan di tanah.
ISSN : 2502-0986
2. Pengukuran dilakukan pada 2 jenis tanah
yaitu padas, tanah kapur.
3. Diasumsikan bahwa lapisan-lapisan tanahnya
homogen.
Tujuan Penelitian
1. Menganalisa pengaruh penambahan air,arang
dan garam pada pentanahan pada tanah kapur
dan padas menggunakan metode Sigarang.
2. Untuk mengetahui efesiensi pentanahan pada
tanah kapur dan padas menggunakan metode
“Sigarang”.
LANDASAN TEORI
Sistem Pentanahan
Pentanahan (grounding) adalah merupakan
suatu
mekanisme
dimana
daya
listrik
dihubungkan langsung dengan tanah (bumi).
Pentanahan peralatan adalah penghubungan
bagian bagian peralatan listrik yang pada keadaan
normal tidak dialiri arus. Tujuannya adalah untuk
membatasi tegangan antara bagian bagian
peralatan yang tidak dialiri arus dan antara bagian
bagian ini dengan tanah sampai pada suatu harga
yang aman untuk semua kondisi operasi baik
kondisi normal maupun saat terjadi gangguan.
Sistem pentanahan ini berguna untuk memperoleh
potensial yang merata dalam suatu bagian struktur
dan peralatan serta untuk memperoleh impedansi
2 | Jurnal Program Studi Teknik Elektro JE-Unisla
yang rendah sebagai jalan balik arus hubung
singkat ke tanah. Bila arus hubung singkat ke
tanah dipaksakan mengalir melalui tanah dengan
tahanan yang tinggi akan menimbulkan perbedaan
tegangan yang besar dan berbahaya.
Sistem Pembumian Rumah Tangga
Di dalam PUIL 2000 disebutkan bahwa pada
instalasi listrik ada dua jenis resiko utama yaitu:
a. Arus kejut listrik
b. Suhu berlebihan yang sangat mungkin
mengakibatkan kebakaran, luka bakar atau efek
cedera listrik.
Untuk mengindarkan manusia ataupun ternak
dari bahaya yang timbul karena sentuhan dengan
bagian aktif instalasi listrik maka dapat dilakukan
cara-cara berikut:
a. Mencegah mengalirnya arus melalui badan
manusia atau ternak.
b. Membatasi arus yang dapat mengalir melalui
badan manusia sampai suatu nilai yang lebih
kecil dari arus kejut.
c. Pemutusan suplai secara otomatis dalam waktu
yang ditentukan pada saat terjadi gangguan
yang
sangat
mungkin
menyebabkan
mengalirnya arus melalui manusia yang
bersentuhan dengan body peralatan, yang nilai
arusnya sama dengan atau lebih besar dari arus
kejut listrik.
Untuk mengetahui sejauh mana tubuh
manusia sanggup menahan aliran listik dan akibatakibat yang ditimbulkan, Tabel 2.1 di bawah
memperlihatkan batasan batasan tersebut, ini
berguna sebagai informasi sehingga seorang
perancang
maupun
instalateur
dapat
merancangkan suatu instalasi yang aman bagi
manusia maupun ternak.
Tabel 1 : Batasan-batasan arus
dan pengaruhnya terhadap manusia
1.1 Tahanan Pembumian
Tahanan pembumian adalah hambatan yang
dialami oleh arus ketika mengalir ke tanah. Arus
ini mengalir menuju tanah melalui elektroda
pembumian yang ditanam atau ditancapkan ke
dalam tanah pada ke dalam tertentu. PUIL 2000
mendefenisikan tahanan pembumian sebagai
jumlah tahanan elektroda pembumian dan tahanan
penghantar pembumian. Tahanan ini terdiri dari
tahanan yang disebabkan penghantar logam dan
tanah. Tahanan yang ditimbulkan penghantar
sangan kecil sehingga dapat diabaikan. Tahanan
yang paling besar adalah tahanan yang
ditimbulkan oleh tanah. Beberapa jenis tanah yang
nilai tahanan jenisnya dicantumkan dalam PUIL
2000 dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Tahanan Jenis Tanah
Batang Grounding
Batang Pembumian (grounding) berfungsi
mengalirkan muatan listrik dari kabel konduktor
ke batang pembumian (ground rod) yang tertanam
di tanah. Batang pembumian terbuat dari bahan
tembaga berlapis baja, dengan diameter 1,5 dan
panjang sekitar 1,8 3m.
Arang
Arang adalah residu hitam berisi karbon
tidak
murni
yang
dihasilkan
dengan
menghilangkan kandungan air dan komponen
volatil dari hewan atau tumbuhan. Arang
umumnya didapatkan dengan memanaskan kayu,
gula, tulang, dan benda lain. Arang yang hitam,
ringan, mudah hancur, dan meyerupai batu bara
ini terdiri dari 85% sampai 98% karbon, sisanya
adalah abu atau benda kimia lainnya.
Penambahan arang bertujuan untuk
menurunkan tahanan grounding dan memelihara
tahanan grounding rendah secara permanen,
tahanan grounding di dalam tanah berhubungan
dengan reaksi kimia antara tanah tersebut.
Garam
Dalam ilmu kimia, garam adalah senyawa
ionik yang terdiri dari ion positif (kation) dan ion
ISSN : 2502-0986
3 | Jurnal Program Studi Teknik Elektro JE-Unisla
negatif (anion), sehingga membentuk senyawa
netral (tanpa bermuatan). Garam terbentuk dari
hasil reakai asam dan basa. Komponen kation dan
anion ini dapat berupa senyawa anorganik seperti
klorida (Cl−), dan bisa juga berupa senyawa
organik seperti asetat (CH3COO−) dan ion
monoatomik seperti fluorida (F−), serta ion
poliatomik seperti sulfat (SO42−). kandungan
mineral tanah sangat mempengaruhi tahanan
sebaran/resistansi karena jika tanah semakin
banyak mengandung logam maka arus petir
semakin mudah menghantarkan.
Metodologi Penelitian
Metode Sigarang
Sigarang (sistem grounding arang dan
garam) adalah suatu sistem pentanahan
menggunakan arang dan garam. Percobaan
dilakukan dengan cara melakukan perhitungan
terhadap data resisitivitas tanah yang telah
diberikan perlakuan fisik berupa penambahan air,
garam dan arang yang bertujuan untuk mencari
nilai resistivitas yang rendah dari tanah tersebut.
Penelitian karakteristik tanah ini dilakukan dengan
penambahan air, arang dan larutan garam dan
mengikuti beberapa langkah.
Desain Sigarang
Gambar 1 Desain Sigarang
Bahan – bahan pembuatan desain sigarang
1. batang grounding
2. pipa besi 2,5”
3. Arang
4. garam,air
Sistem Pengukuran
1. Mempersiapkan peralatan dan bahan.
2. Mengecek
tegangan
baterai
dengan
menghidupkan Digital Earth Resistance
Tester. Jika layar tampak bersih tanpa simbol
baterai lemah berarti kondisi baterai dalam
keadaan baik. Jika layar menunjukkan simbol
baterai lemah atau bahkan layar dalam keadaan
gelap berarti baterai pelu diganti.
ISSN : 2502-0986
3. Membuat rangkaian pengujian seperti pada
gambar (2) dengan menanam elektroda utama
dan elektroda bantu. Menanam elektroda
dengan
memukul
kepala
elektroda
menggunakan martil, jika menjumpai lapisan
tanah yang
keras
sebaiknya
jangan
memaksakan penanaman elektroda.
4. Menetukan jarak antar elektroda bantu
minimal 5 meter dan maksimal 10 meter.
5. Mengukur tegangan tanah dengan dengan
mengarahkan range switch ke earth voltage
dan pastikan bahwa nilai indikator 10 V atau
kurang. Jika earth voltage bernilai lebih tinggi
dari 10 V diperkirakan akan terjadi banyak
kesalahan dalam nilai pengukuran tahanan.
6. Mengecek penghubung atau penjepit pada
elektroda utama dan elektroda bantu dengan
mensetting range switch ke 2000 Ω dan tekan
tombol ” PRESS TO TEST ”. Jika tahanan
elektroda
utama
terlalu
tinggi
atau
menunjukkan simbol ” . . . ” yang berkedipkedip maka perlu dicek penghubung atau
penjepit pada elektroda utama.
7. Melakukan pengukuran. Mensetting range
switch ke posisi yang diinginkan dan tekan
tombol ” PRESS TO TEST ” selama beberapa
detik.
8. Mencatat nilai ukur tahanan yang muncul dari
Digital Earth Resistance Tester.
9. Mengembalikan posisi tombol ” PRESS TO
TEST ” ke posisi awal.
10. Melakukan pengujian tahanan untuk
kedalaman elektroda utama yang berbeda
dengan langkah 3, 7, 8, 9.
11. Tahapan yang sama untuk kondisi tanah yang
berbeda.
Pengukuran Tahanan Jenis Tanah
Pengukuran tahanan jenis
dilakukan dengan cara :
tanah
biasanya
1. Metode dua elektroda (tow electroda method)
aau
2. Metoda tiga titik (three pint method)
Arus yang masuk ke tanah mengalir
secara radial dari elektroda, misalkan arah arus
dalam tanah dari elektroda 1 ke elektroda 2
berbentuk permukaan bola dengan jari-jari r, luas
permukaan tersebut adalah 2 π r2, dan rapat arus
radial pada jarak r adalah
J = I / 2 π r2.
4 | Jurnal Program Studi Teknik Elektro JE-Unisla
Bila ρ adalah tahanan jenis tanah, maka
kuat medan dalam tanah pada arah radial dengan
jarak r adalah E(r) = J.
Jadi,
PEMBAHASAN
Data rata- rata penelitian
I
E r  
2r 2
Table 3 Rata-rata resistansi pentanahan
Potensial pada jarak r dari elektroda adalah
integral dari gaya listrik dari jarak r ke titik tak
terhingga :
I
~
V 
 E r dr  2r
r
Perbandingan antara tegangan dan arus atau tahan
menjadi :
R 

2r
PEMBAHASAN
Tabel 4. Tahanan Jenis Tanah
Dari gambar, terlihat, r13 = r34 = r24 = a.
Jadi :
V3 
I  1 1 
  
2  a 2a 
V4 
I  1 1 
 

2  2a a 
dan
Beda tegangan antara titik 3 dan 4 adalah :
V34 

I  1 1
1 1

 
 
2  a 2a 2a a 
I
2a
dan
R34 
V34


I
2a
jadi :
  2aR34
Diagram alur penelitian :
Dari hasil pengamatan pada tabel 4 , jika
berdasarkan tabel diatas Resistansi tanah
berdasakan PUIL 2000, dapat dibandingkan jika
tanah kondisi basah ρ 200Ω , jika diambil tahanan
200ohm dan nilai rata- rata 1,52Ω
R tanah   2 a R
=
=
Resistansi tanah pada tanah padas basah 95,5 Ω
Dari hasil pengamatan pada tabel 4 , jika
berdasarkan tabel diatas Resistansi tanah
berdasakan PUIL 2000, dapat dibandingkan jika
tanah kondisi basah ρ 200Ω , jika diambil tahanan
200 ohm dan nilai rata- rata 1,82Ω
R tanah   2 a R
=
=
Resistansi tanah pada tanah padas kering
114,4 Ω
Gambar 3.2 diagram alur penelitian
ISSN : 2502-0986
Dari hasil pengamatan pada tabel 4, jika
berdasarkan tabel diatas Resentasi tanah
berdasakan PUIL 2000, dapat dibandingkan jika
tanah kondisi basah ρ 200Ω , jika diambil tahanan
200ohm dan nilai rata- rata 2,43Ω
R tanah   2 a R
5 | Jurnal Program Studi Teknik Elektro JE-Unisla
=
=
Resistansi tanah pada tanah kapur basah
152,7 Ω
Dari hasil pengamatan pada tabel 4, jika di
dasarkan tabel diatas Resentasi tanah berdasakan
PUIL 2000, dapat dibandingkan jika tanah kondisi
basah ρ 200Ω , jika diambil tahanan 200ohm dan
nilai rata- rata 3Ω
R tanah   2 a R
=
=
Resistansi tanah pada tanah kapur kering
188,5 Ω
.
Dari hasil pengamatan dan perhitungan R rata-rata
pada tanah padas dan tanah kapur sesuai dengan
PUIL 2000 masih memiliki nilai R < 200 dengan
referensi pasir basah (Tabel 4).
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan
hasil
pengujian
dan
pembahasan dapat ditarik simpulan sebagai
berikut :
1. Berdasarkan hasil penelitian disimpulkan
bahwa pentanahan air, garam dan arang
dengan ukuran 5:2:1 menghasilkan rata-rata
nilai tahanan 1,52Ω pada tanah padas kondisi
tanah basah pada tabel 4.1, dan rata-rata
2,43Ω pada tanah kapur kondisi basah pada
tabel4.3. dibandingkan dengan metode tanpa
ISSN : 2502-0986
Sigarang pentanahan nilai rata- rata pada
tanah padas 3Ω dan pada tanah kapur 3,5Ω.
2. Pentanahan menggunakan air, garam dan
arang (Sigarang) dapat menghasilkan efisiensi
pentanahan sebesar 75% pada tanah kapur.
Dan efisiensi pentanahan pada tanah padas
rata-rata 65% dibandingkan pentanahan tanpa
sigarang.
SARAN
1. Penggunaan pada tanah berbeda bisa
didapatkan hasil yang berbeda
2. Perlu dilakukan perbaikan dan pembahasan
dalam penelitian pentanahan dengan metode
sigarang dalam pentanahan dalam lingkup
besar atau gedung.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Bang Torus di 11:22 PM Friday, April 13,
2012, tentang tanah kapur
[2] Elektro Indonesia Nomor 24, Tahun V,
Januari 1999
[3] Novia Malinda di 22.04, tentang Makalah
earth tester
[4] Oka et al, 2002 metode pentanahan netral
pada sistem distribusi
[5] PUIL 2000 persyaratan Umum Instalasi Listrik
tentang pembumian.
[6] http://www.bukupr.com/2012/09/asam-basadan-garam_22.html