6 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem
advertisement
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Pembumian (Grounding System) Sistem pembumian adalah suatu rangkaian/jaringan mulai dari kutub pembumian /elektroda, hantaran penghubung/conductor sampai terminal pembumian yang berfungsi untuk menyalurkan arus lebih ke bumi sehingga dapat memberikan proteksi terhadap manusia dari sengatan listrik (shock), dan mengamankan komponen-komponen instalasi agar dapat terhindar dari bahaya arus dan tegangan asing, serta perangkat dapat beroperasi sesuai dengan ketentuan teknis yang semestinya. Pembumian merupakan salah satu faktor utama dalam setiap pengamanan (perlindungan) peralatan atau rangkaian listrik. Untuk melakukan pengamanan tersebut diperlukan perancangan pembumian sesuai standar yang berlaku Tahanan pembumian harus memenuhi syarat yang di inginkan untuk suatu keperluan pemakaian. Elektroda yang ditanam dalam tanah harus : - Bahan konduktor yang baik - Tahan Korosi - Cukup Kuat Elektroda harus mempunyai kontak yang baik dengan tanah sekelilingnya. Tahanan pembumian harus baik untuk berbagai musim. Biaya pemasangan serendah mungkin. Dalam sebuah instalasi listrik, ada empat bagian yang harus diketanahkan/ dibumikan, yaitu sebagai berikut : Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Hal ini diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang menyangkut gangguan hubung tanah. Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini sesungguhnya juga berfungsi sebagai lightning arrester. Karena letaknya yang ada di sepanjang saluran transmisi, maka semua kaki tiang transmisi 6 7 harus ditanahkan agar petir yang menyambar kawat petir dapat disalurkan ke tanah dengan lancar melalui kaki tiang saluran transmisi. Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik) dan dengan mudah dapat disentuh manusia. Bagian pembuangan listrik (bagian bawah) dari lightning arrester. Hal ini diperlukan agar lightning arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitu membuang muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah (bumi) dengan lancar. pembumian adalah penghubung 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. (Pabla 1986, Hutauruk 1987, Tajuddin 1998) Pembumian peralatan adalah penghubungan badan atau rangka peralatan listrik (motor, generator, transformator, pemutus daya dan bagian-bagian logam lainnya yang pada keadaan normal tidak dialiri arus) dengan tanah. Maksud dari pembumian peralatan adalah Mencegah terjadinya tegangan kejut listrik yang berbahaya untuk orang dalam daerah tertentu. Untuk memungkinkan timbulnya arus tertentu baik besarnya maupun lamanya dalam keadaan gangguan tanah tanpa menimbulkan kebakaran atau ledakan pada bangunan atau isinya. Untuk memperbaiki penampilan (performance) dari sistem. (Hutauruk, 1987 hal 125). Oleh karena itu, secara umum sistem pembumian berperan sebagai PROTEKSI dengan tujuan pemasangan : a. Menjamin kerja peralatan listrik atau elektronik; b. Mencegah kerusakan peralatan listrik atau elektronik; c. Menyalurkan energi serangan petir ke tanah; 8 d. Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan normal atau tidak dari tegangan sentuh dan tegangan langkah. 2.2 Faktor – faktor Yang Mempengaruhi Sistem Pembumian Tahanan pembumian suatu elektroda tergantung pada tiga faktor, yaitu : Tahanan elektroda pembumian beserta sambungan pengelasan pada elektroda itu sendiri; Tahanan kontak antara elektroda dengan tanah; Tahanan penghantar (BC) yang menghubungkan peralatan yang ditanahkan; Tahanan dari massa tanah disekitar elektroda pembumian. Dari ketiga komponen tersebut, tahanan pembumian merupakan besaran yang paling besar pengaruhnya pada resistansi pembumian dibandingkan tahanan elektroda. Namun demikan seperti yang telah dibahas sebelumnya bahwa nilai tahanan pembumian diharapkan ≤ 5 Ὠ atau sekecil mungkin. Namun dalam hasil penelitian di lapangan tidak selalu didapatkan nilai tahanan pembumian yang diharapkan karena banyak faktor-faktor yang mempengaruhi resistansi pembumian. Nilai tahanan suatu sistem pembumian diharapkan serendah mungkin. Elektroda pembumian yang ditanamkan ke dalam tanah diharapkan langsung memperoleh tahanan yang rendah, namun hal itu sangat jarang diperoleh. Ada beberapa faktor yang berpengaruh terhadap nilai tahanan pembumian. 1. Faktor Internal Bentuk elektroda. Ada beberapa macam bentuk dari elektroda itu sendiri yang banyak digunakan, seperti jenis batang, pita dan plat. Jenis bahan dan ukuran elektroda. Sebagai konsekuensi peletakannya di dalam tanah, maka elektroda dipilih dari bahan-bahan tertentu yang memiliki konduktivitas sangat baik dan tahan terhadap sifat-sifat yang merusak dari tanah, sepeti korosi. Ukuran elektroda dipilih yang mempunyai kontak paling efektif dengan tanah. Prinsip dasar untuk memperoleh resistansi pembumian yang kecil adalah dengan membuat 9 permukaan elektroda bersentuhan dengan tanah sebesar mungkin, sesuai dengan rumus: L R= ....................................................................................(2.2) A Dengan : R = resistansi pembumian [ Ω ] = resistansi jenis tanah [ Ωm ] L = panjang lintasan arus pada tanah [ m ] A = luas penampang lintasan arus pada tanah [ m2 ] (sumber:http://www.scribd.com/doc/12892403/32/Hambatan-Jenis-Penghantar-RumusR-%CF%81-L-A) Ukuran elektroda pembumian akan menentukan besar tahanan pembumian. Berikut ini adalah tabel yang memuat ukuran-ukuran elektroda pembumian yang umum digunakan dalam sistem pembumian. Tabel ini dapat digunakan sebagai petunjuk tentang pemilihan jenis, bahan dan luas penampang elektroda pembumian. Tabel 2.1 Luas penampang minimum elektroda pembumian Bahan Jenis Baja Berlapis Baja Berlapis Elektroda Seng Tembaga Pita baja 100 Pita tembaga 50 mm2, tebal 3 mm, Elektroda Hantaran pilin 95 Pita mm2, tebal 2 mm 50 mm2 mm2 Baja Ф 15 mm Elektroda profil L 65x65x7, dilapisi tembaga Batang U 6 ½ T6, X 50x3 2,5 mm Pelat besi tebal 3 Pelat tembaga mm, luas 0,5-1 m2 tebal 2 mm, luas 0,5 - 1 m2 Pelat (Sumber : PUIL 2000 3.18.4.2 hal 82) hantaran pilin, 35 mm2 Pipa baja 1” Baja Elektroda Tembaga 10 Tabel 2.2 Ukuran penampang penghantar sistem pembumian (Sumber : PUIL 2000 3.16.1.1 hal 77) Jumlah atau konfigurasi elektroda. Untuk mendapatkan tahanan pembumian yang diharapkan dan apabila tidak memenuhi standart yang ditentukan dengan satu elektroda, bisa digunakan metode parallel dengan cara menambah lebih banyak elektroda dengan bermacam-macam konfigurasi pemancangannya di dalam tanah. PUIL 2000-3.19.1.4 : apabila hasil pengukuran belum mencapai 5 Ω, maka elektroda batang ditambah, dengan jarak dua kali panjang elektroda. Kedalaman pemancangan atau penanaman di dalam tanah. Untuk kedalaman pemancangan elektroda pembumian ini tergantung dari pada jenis dan sifat-sifat tanah. Ada dua kondisi yaitu ada yang efektif ditanam secara dalam untuk jenis tanah yang kering dan berbatu, namun ada pula yang cukup ditanam secara dangkal untuk jenis tanah seperti tanah rawa, tanah liat dll. 2. Faktor Eksternal Sifat geologi (karakteristik) tanah. Tahanan jenis tanah (ohm-meter) merupakan nilai resistansi dari bumi yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan didefinisikan sebagai tahanan, dalam ohm, antara permukaan yang berlawanan dari suatu kubus satu meter kubik. Pentingnya tahanan jenis tanah ini untuk diketahui karena tahanan jenis tanah mempunyai beberapa manfaat yaitu : 1. Beberapa data yang diperoleh dari surveys geofisika dibawah permukaan tanah dapat membantu untuk identifikasi lokasi pertambangan, kedalaman batu-batuan dan kejadian geologi lainnya. 11 2. Tahanan jenis tanah mempunyai pengaruh langsung terhadap korosi pipa-pipa bawah tanah. Apabila tahanan jenis tanah semakin meningkat maka aktivitas korosi akan semakin meningkat pula. 3. Tahanan jenis lapisan tanah mempunyai pengaruh langsung dalam sistem pembumian. Ketika merencanakan sistem pembumian, sebaiknya dicari lokasi yang mempunyai tahanan jenis tanah yang terkecil agar tercapai instalasi pembumian yang paling ekonomis. Faktor keseimbangan antara tahanan pembumian dan kapasitansi di sekelilingnya adalah tahanan jenis tanah yang direpresentasikan dengan ρ. Harga tahanan jenis tanah dalam kedalaman tertentu tergantung pada beberapa faktor yaitu : 1. Jenis tanah : liat, berpasir, berbatu dan lain-lain 2. Lapisan tanah : berlapis-lapis dengan tahanan jenis berlainan atau uniform 3. Komposisi kimia dari larutan garam dalam kandungan air 4. Kelembaban tanah 5. Temperatur 6. Kepadatan tanah Berdasarkan Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000) tahanan jenis tanah dari berbagai jenis tanah dapat dilihat pada tabel di bawah ini Tabel 2.3 Nilai Tipikal Tahanan jenis tanah Tanah liat Pasir dan Jenis Tanah dan tanah Pasir Kerikil kerikil Tanah tanah rawa ladang basah basah kering berbatu 30 100 200 500 1000 3000 Resistansi jenis (Ωm) (Sumber : PUIL 2000 3.18.3.1 hal 80) 12 Pengetahuan ini sangat penting khususnya bagi para perancang sistem pembumian. Sebelum melakukan tindakan lain, yang pertama untuk diketahui terlebih dahulu adalah sifat-sifat tanah dimana akan dipasang elektroda pembumian untuk mengetahui resistansi jenis pembumian. Apabila perlu dilakukan pengukuran resistansi tanah namun perlu diketahui bahwa sifat-sifat tanah bisa jadi berubah-ubah antara musim yang satu dan musim yang lain. Hal ini harus betul-betul dipertimbangkan dalam perancangan sistem pembumian. Bila terjadi hal semacam ini, maka yang bisa digunakan sebagai patokan adalah kondisi kapan resistansi jenis pembumian tetap memenuhi syarat pada musim kapan resistansi jenis pembumian tinggi, misalnya ketika musim kemarau. Rumus tahanan jenis tanah : ρ=R 2. . L 4L ln 1 a ………………………………………………(2.3) Dengan: ρ = resistansi jenis tanah [ Ωm ] R = resistansi pembumian [ Ω ] L = panjang elektroda pembumian [ m ] a = Jari-jari batang elektroda pembumian [ m ] (sumber : Tadjuddin dalam buku “Bentuk-bentuk Elektroda Pembumian” tahun 1998) Komposisi zat kimia dalam tanah. Kandungan zat - zat kimia dalam tanah terutama sejumlah zat organik maupun anorganik yang dapat larut perlu untuk diperhatikan pula. Di daerah yang mempunyai tingkat curah hujan tinggi biasanya mempunyai tahanan jenis tanah yang tinggi disebabkan garam yang terkandung pada lapisan atas larut bersama air hujan. Pada daerah yang demikian ini untuk memperoleh pembumian yang efektif yaitu dengan menanam elektroda pada kedalaman yang lebih dalam dimana larutan garam masih terdapat. 13 Kandungan air tanah. Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah akibat pengaruh musim, pembumian dapat dilakukan dengan menanam elektroda pembumian sampai mencapai kedalaman di mana terdapat air tanah. Kadangkala kelembaban dan temperatur bervariasi di sekitar elektroda pembumian sehingga harga tahanan jenis tanah harus diambil untuk keadaan yang paling buruk, yaitu pada keadaan tanah kering dan dingin. Tahanan jenis tanah akan dipengaruhi pula oleh besar kecilnya konsentrasi air tanah atau kelembaban tanah jika konduktivitas tanah semakin besar maka tahanan jenis tanah semakin kecil. Kandungan air tanah sangat berpengaruh terhadap perubahan tahanan jenis tanah ( ρ ) terutama kandungan air tanah sampai dengan 20%. Dalam salah satu test laboratorium untuk tanah merah penurunan kandungan air tanah dari 20% ke 10% menyebabkan tahanan jenis tanah naik samapai 30 kali. Kenaikan kandungan air tanah diatas 20% pengaruhnya sedikit sekali. Tahanan pembumian tidaklah konstan karena terjadi perubahan musim dan kadar air dalam tanah. Kelembaban tanah/besar kecilnya konsentrasi air dalam tanah sangat mempengaruhi harga tahanan tanah. Makin lembab atau makin banyak mengandung air makin kecil harga tahanan tanahnya. Juga telah kita ketahui bahwa air bersifat konduktif. Tanah yang kering atau tanah dengan konsentrasi air dibawah 10 % mempunyai tahanan jenis tanah yang besar sekali. Untuk itu dapat dilihat gambar dibawah ini. Gambar 2.1 Hubungan antara konsentrasi air dengan tahanan jenis tanah 14 Atas dasar prinsip diatas, maka harus kita usahakan suatu elektoda elektroda tanah dibawah permukaan air tanah, akan menjamin kita harga tahanan pembumian tidak banyak bevariasi terhadap cuaca. pembumian ditanam sampai mencapai air tanah. Dengan menanam Temperatur tanah. Temperatur tanah sekitar elektroda pembumian juga berpengaruh pada besarnya tahanan jenis tanah. Hal ini terlihat sekali pengaruhnya pada temperatur di bawah titik beku air (0 C). Di bawah harga ini penurunan temperatur yang sedikit saja akan menyebabkan kenaikan harga tahanan jenis tanah dengan cepat. Gejala di atas dapat dijelaskan sebagai berikut ; pada temperatur di bawah titik beku air (0 C) , air di dalam tanah akan membeku, molekul-molekul air dalam tanah sulit untuk bergerak, sehingga daya hantar listrik tanah rendah sekali. Bila temperatur tanah naik, air akan berubah menjadi fase cair, molekulmolekul dan ion-ion bebas bergerak sehingga daya hantar listrik tanah menjadi besar atau tahanan jenis tanah turun. Gambar 2.2 Hubungan antara temperatur dengan tahanan jenis tanah 2.3 Jenis – jenis Elektroda Pembumian Elektroda pembumian ialah suatu penghantar yang biasanya terbuat dari tembaga dan ditanam dalam bumi/tanah dan membuat kontak secara langsung dengan bumi. Adapun jenis-jenis elektroda pembumian menurut Persyaratan Umum Instalasi Listrik (PUIL) 2000, di antaranya elektroda batang, elektroda pelat dan elektroda pita. 15 1. Elektroda batang Elektroda batang yaitu elektroda dari batang logam tembaga Cu (Cupper Rod / Ground Rod ) berdiamater minimum 5/8”, atau batang logam baja profil / pipa galvanis berdiameter 1,5” yang dipancangkan secara vertikal atau horizontal dalam tanah sedalam 3 meter. Perlu diperhatikan pula dalam pemilihan bahan agar terhindar dari korosi. Elektroda ini mampu menyalurkan arus petir maupun untuk pembumian proteksi yang lain. Ukuran elektroda yang biasa digunakan adalah : a. Elektroda dengan diameter 5/8 inch – 3/4 inch b. Panjang 4 feet – 8 feet kabel BC klem 16 mm x 3 m elektroda batang Gambar 2.3 Elektroda batang 16 Sumber : http://www.google.co.id/search?tbm=isch&hl=id&source=hp&biw=1366&bih=598&q= elektroda+batang Spesifikasi dan pemasangan elektroda batang : a. Berbentuk batang atau pipa padat, dibuat dari baja galvanis atau baja belapis tembaga berdiameter 15 – 25 mm, dengan panjang setiap segmen 1 – 1,25 m, atau utuh sepanjang yang tertanam didalam tanah. b. Ditanam dalam tanah secara horizontal pada kedalaman 0,5-1 m, setiap elektroda atau langsung satu batang elektroda. c. Pada umumnya di tanam dalam tanah yang lembek (tanah rawa atau sawah) dengan cara dipantek dikarenakan tanah yang lembek tadi. d. Penanaman elektroda batang ketanah dengan resistansi jenis tanah 100 ohm meter dengan kedalaman 5 meter akan menghasilkan tahanan pembumian 20 ohm. Untuk menghasilkan tahanan pembumian yang lebih rendah sesuai dengan yang diinginkan maka bisa digunakan beberapa elektroda batang yang diparalel di permukaan tanah. Untuk menetukan besarnya tahanan pembumian dengan elektroda batang secara horizontal dipergunakan rumus sebagai berikut : Rbt = 4L 1 .........................................................................(2.4) Ln a 2L Di mana : Rbt = Tahanan pembumian elektroda batang [ Ω ] = Resistansi jenis tanah [ Ωm ] L = Panjang elektroda batang yang tertanam [ m ] a = Jari-jari batang elektroda [ m ] (sumber : Hutauruk dalam buku “PENGETANAHAN NETRAL SISTEM TENAGA & PENGETANAHAN PERALATAN”) 2. Elektroda pelat Beberapa elektroda pembumian salah satunya adalah berbentuk elektroda pelat dan biasanya berdimensi empat persegi panjang dengan ketebalan yang bervariasi dan terbuat dari tembaga, timah atau pelat baja yang ditanam 17 didalam tanah. Cara penanaman biasanya secara vertikal, sebab dengan menanam secara horizontal hasilnya tidak berbeda jauh dengan vertikal. Penanaman secara vertikal adalah lebih praktis dan ekonomis. Gambar 2.4 Elektroda pelat Sumber http://www.google.co.id/search?tbm=isch&hl=id&source=hp&q=elektroda+pelat Spesifikasi dan pemasangan elektroda pelat : a. Berbentuk lembaran pelat, dibuat dari baja galvanis tebal 3 mm atau lembaran pelat tembaga tebal 2 mm dengan luas penampang 0,5 – 1m2. b. Ditanam dalam tanah verikal dengan kedalaman bagian atau elektroda berkisar antara 0,5 – 1 m. c. Pada umumnya ditanam pada tanah mulai yang lembek hingga tanah yang keras ( tanah pasir, kerikil, berbatu) dengan cara menanam vertikal bagian atasnya dihubungkan dengan kawat BC dengan ukuran luas penampang yang sesuai. d. Penampang elektroda pelat / 1m2 pada tanah ladang dengan resistansi jenis tanah sekitar 100 ohm-meter menghasilkan tahanan pembumian yang rendah sebagaimana yang diinginkan maka biasa digunakan beberapa elektroda pelat yang diparalel dipermukaan tanah. e. Mengingat cara penanaman yang sedikit lebih sulit dibandingkan elektroda batang dan harganya yang lebih mahal, elektroda pelat tidak menjadi pilihan kecuali pada tanah yang keras atau untuk diparalelkan dengan 18 elektroda batang dalam usaha mencapai harga tahanan pembumian yang rendah. Untuk menetukan besarnya tahanan pembumian dengan elektroda pelat dipergunakan rumus sebagai berikut : Rpl = 4L 4 L a ² - ab 4L s s² s ( Ln ln 1 ............. a 2(a b)² s 2 L 16 L² 16 L² .........(2.5) sumber : Hutauruk dalam buku “PENGETANAHAN NETRAL SISTEM TENAGA & PENGETANAHAN PERALATAN”) 3. Elektroda pita Elektroda Pita terbuat dari penghantar berbentuk pita atau bulat. Pemasangannya dipasang secara horizontal pada kedalaman antara 0,5m - 1m dari permukaan tanah. Elektroda ini bisa dipasang pada struktur tanah yang mempunyai tahanan jenis rendah pada permukaan dan pada daerah yang tidak mengalami kekeringan. Hal ini cocok untuk daerah – daerah pegunungan dimana harga tahanan jenis tanah makin tinggi dengan kedalaman. Gambar 2. 5 Elektroda pita Sumber : http://www.google.co.id/imgres?q=elektroda+pita&um 19 Spesifikasi dan pemasangan elektroda pita ; a. Berbentuk hantaran kawat pilin dari bahan tembaga atau tembaga berlapis timah dengan luas penampang mulai dari 120 hingga 300 mm2. b. Ditanam dalam tanah horizontal dengan kedalaman bagian atas elektroda berkisar antara 0,5 – 1 m dan bentangan horizontal, dengan bentuk bentangan berupa lingkaran berdiagonal atau bentik silang/persilangan satu titik dihubungkan keluar dengan kawat BC luas penampang minimal sama dengan luas penampang elektroda. c. Pada umumnya ditanam pada tanah mulai yang lembek hingga pada tanah yang keras (tanah pasir, kerikil, berbatu) dengan cara menanam horizontal pada seluruh bentang panjang elektroda. Untuk menetukan besarnya tahanan pembumian dengan elektroda pita dipergunakan rumus sebagai berikut : Rpt = 2L Ln .................................................................................(2.6) d L Dengan : Rpt = Tahanan pembumian elektroda pita [ Ω ] = Resistansi jenis tanah [ Ωm ] L = Panjang elektroda pita [ m ] d = Lebar pita/ diameter elektroda pita kalau bulat [ m ] (sumber : Tadjuddin dalam buku “Bentuk-bentuk Elektroda Pembumian” tahun 1998) Dari berbagai jenis elektroda yang telah di jelaskan di atas mulai dari spesifikasi dan cara pemasangan masign-masing elektroda,pada penulisan laporan ini penulis memfokuskan hanya pada elektroda batang saja. 2.4 Konfigurasi Sistem Pembumian (Elektroda Batang) 2.4.1 Pembumian Satu Elektroda Batang Tujuan dari pembumian batang horizontal adalah untuk memperoleh resistansi tanah yang rendah sehingga dapat memungkinkan arus gangguan yang terjadi dengan cepat dapat terdistribusi ke tanah. 20 Untuk menetukan besarnya tahanan pembumian dengan satu elektroda batang dipergunakan rumus sebagai berikut : Rbt= ................(2.7) 4L 2L ( Ln 1). a Dengan : Rbt = Tahanan pembumian elektroda batang [ Ω ] = Resistansi jenis tanah [ Ωm ] L = Panjang elektroda batang yang tertanam [ m ] a = Jari-jari batang elektroda [ m ] sumber : Hutauruk dalam buku “PENGETANAHAN NETRAL SISTEM TENAGA & PENGETANAHAN PERALATAN”) 2.4.2 Pembumian n (parallel) - Elektroda Batang Untuk memperkecil tahanan pembumian dapat dilakukan dengan cara memperbanyak elektroda yang ditanam dalam tanah dan dihubungkannya secara parallel. Adapun rumus umum paralel, yaitu : 1 1 1 1 1 ....... = ..........................................................(2.8) R1 R2 R3 Rn Rtot Dengan : Rtot = Tahanan[ Ω ] 21 permukaan tanah pl h p1 Ra p2 hb b Rb tanah lapisan kedua Gambar 2.6 Beberapa batang elektroda tegak lurus ke dalam tanah Dengan : Ra : Tahanan Pembumian Pada Lapisan Tanah Kedua (Ω) Rb : Tahanan Pembumian Pada Lapisan Tanah Pertama (Ω) h : Panjang elektroda Yang Tertanam Pada lapisan Tanah Pertama (m) Gambar 2.7 Paralel tiga elektroda batang tegak lurus ke dalam tanah 22 Dalam fakta di lapangan beberapa sistem tenaga listrik di suatu tempat membutuhkan sistem pembumian lebih banyak, apabila hal ini terjadi maka pembumian dibentuk/dipasang konfigurasi penanaman segi empat dimana sistem jarak elektroda satu dengan yang lain dua kali panjang elektroda yang ditanam. Elektroda yang dipasang dengan konfigurasi segi empat ini dihubungkan secara parallel menggunakan kabel BC (konduktor) atau kabel pembumian. Gambar 2.8 Konfigurasi penanaman segi empat dengan jarak dua kali panjang elektroda 2.5 Bare Conductor (BC) Kabel BC untuk sistem pembumian umumnya berbahan tembaga tanpa bungkus atau dikenal dengan sebutan Kabel BC (Bare Cooper). Kabel BC ini terdiri dari beberapa ukuran kabel yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan Kabel BC dalam sistem pembumian berfungsi menghubungkan instalasi luar ke sistem grounding atau sistem pertanahan. Jika ada gangguan yang 23 terdeteksi (arus lebih) maka arus tersebut akan segera disalurkan melalui kabel konduktor. Gambar 2.9 Kabel BC Gambar 2.10 Sambungan elektoda batang dengan bare bonductor (bc) menggunakan klem Sumber : http://www.google.co.id/imgres?q=klem+kabel+bc&hl=id&biw=1366&bih=598&gbv=2&tbm 24 Pada penelitian ini penulis menggunakan metoda pengelasan untuk sambungan antara elektroda pembumian dengan kabel BC, hal ini dilakukan untuk menghindari korosi pada sambungan sehingga tidak terlepas pada saat penelitian berlansung 2.6 Zat Aditif GEM (Ground Enhanced Material) Gambar 2.11 Ground Enhanced Material Ground Enhanced Material (GEM) adalah substan yang terbuat dari bubuk Ca-Bentonite, bubuk Graphite, Sodium Carbonate (karbon), bubuk batubara dan bubuk arang, yang diimpor langsung dari China dan telah lolos pengetesan mutu yang dilakukan oleh Wuhan High Voltage Research Institute, yang merupakan lembaga uji material yang diakui oleh pemerintah China. (Sumber : http://www.rajagrounding.com/2010/01/ground-enhance-material-gem more.html) Pada dasarnya GEM sama seperti produk bentonite, tetapi kandungan GEM lebih banyak dibandingkan bentonite sehingga GEM memiliki kualitas yang jauh lebih baik dari bentonite, dengan manfaat dan kegunaan sebagai berikut : 1. Memiliki tahanan yang rendah, memiliki daya serap air yang tinggi dan bisa menahan air dengan baik. Dengan demikian secara efektif bisa menurunkan tahanan tanah dan meningkatkan daya hantar tanah. 2. Tidak korosif sehingga mampu melindungi sistem grounding dari korosi. 25 3. Tidak menyebabkan polusi pada lingkungan dan tidak berbahaya terhadap kesehatan manuasia dan mahluk hidup yang lain. 2.6.1 Kandungan – kandungan Dalam GEM Masing-masing kandungan kimia dalam GEM memiliki keistimewaan tersendiri/ masing-masing. Dari sekian banyak kandungan kimia dalam GEM, bentonite merupakan kandungan utama dalam GEM. Di bawah ini akan dibahas kandungan-kandungan dalam GEM : 1. Bentonite (Ca-Bentonite) Bentonit adalah suatu istilah nama dalam dunia perdagangan yang sejenis lempung plastis yang mempunyai kandungan mineral monmorilonit lebih dari 85% dengan rumus kimianya Al2O3.4SiO2 x H2O. Nama ini diusulkan pertama kali oleh Knight (1898) untuk nama sejenis lempung koloid yang ditemukan pada formasi Benton “Rock Creek” Wyoming Amerika Serikat. Berdasarkan tipenya, bentonite dibagi menjadi dua, yaitu : a. Tipe Wyoming ( Na-bentonite - Swelling bentonite ) Na bentonite memiliki daya mengembang hingga delapan kali apabila dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi beberapa waktu didalam air. Dalam keadaan kering berwarna putih atau cream, pada keadaan basah dan terkena sinar matahari akan berwarna mengkilap. Perbandingan soda dan kapur tinggi, suspensi koloidal mempunyai pH: 8,5-9,8, tidak dapat diaktifkan, posisi pertukaran diduduki oleh ion-ion sodium ( Na+ ). b. Mg ( Ca-bentonite – non swelling bentonite ) Tipe bentonite ini kurang mengembang apabila dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi di dalam air, tetapi secara alami atau setelah diaktifkan mempunyai sifat menghisap yang baik. Perbandingan kandungan Na dan Ca rendah, suspensi koloidal memiliki pH: 4-7. Posisi pertukaran ion lebih banyak diduduki oleh ion-ion kalsium dan magnesium. Dalam keadaan kering bersifat rapid slaking, berwarna abu-abu, biru, kuning, merah dan coklat. Penggunaan bentonite dalam pemurnian minyak goreng perlu aktivasi terlebih dahulu. 26 Tabel 2.4 Sifat Ca dan Na bentonite Sifat Fisik Ca- Bentonite Na- Bentonite Kekuatan Dalam Keadaan Tinggi Sedang Perkembangan Daya Ikat Cepat Sedang Kekuatan Tekan Sedang Tinggi Panas Rendah Tinggi Kering Rendah Tinggi Daya Tahan Terhadap Rendah Tinggi Daya Mengembang Tidak Baik Sangat Baik Kemantapan Terhadap Panas Sangat Baik Sedang Mudah Sukar Basah Penyusutan Temperatur Cetak Daya Mengalirkan Pasir (Sumber : Sukandarrumidi. 1999) Salah satu cara agar mendapatkan nilai tahanan pembumian yang diharapkan adalah dengan penambahan zat kimia dalam tanah berupa garam dan bentonite. Huwae, (2004) mengatakan sistem pembumian dengan penambahan zat aditif berupa bentonite mengakibatkan penurunan nilai tahanan pembumiannya. Menurut Hutauruk, (1987), Pabla, (1986) tahanan pembumian dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain : jenis tanah, suhu, kelembaban tanah, lapisan tanah serta kandungan elektrolit tanah. Kandungan elektrolit tanah dapat menurunkan tahanan pembumian. Kandungan elektrolit tanah dapat dirubah dengan cara penambahan zat aditif pada tanah seperti : bentonit, garam, air, arang dan lain-lain. 28 2. Sodium Carbon (Marcionite) Marcionite adalah bahan yang bersifat konduktif dengan kandungan kristal karbon yang cukup tinggi pada fase normalnya, dan juga mengandung belerang dan klorida dengan konsentrasi rendah. Seperti halnya bentonite, marcionite akan bereaksi korosif terhadap logam tertentu, dan memiliki tahanan jenis rendah. Logam yang digunakan sebaiknya dilapisi bitumen atau cat bitumastik sebelum dihubungkan dengan marcionite. Aluminium, lapisan timah dan baja galvanis sebaiknya jangan dipasang pada marcionite. Marconite dapat mempertahankan kelembabannya dalam kondisi lingkungan sangat kering sehingga kelemahan bentonite dapat ditutup oleh marcionite. 3. Bubuk Graphite Adakalanya bubuk graphite digunakan sebagai bahan uruk, baik dalam fase sendiri maupun dicampur dengan bentonite atau dengan tanah alami berasal dari daerah tersebut. Graphite mempunyai kelarutan yang rendah sehingga tidak mudah dihilangkan, tahanan jenisnya rendah berkisar 5-10 Ohm-m pada kondisi jenuh. Dengan pH berkisar 6,2 -6,9, graphite cenderung bersifat netral. Graphite tidak mengkorosi tembaga. Zat ini tidak mahal dan biasanya dicampur dengan tanah urukan sekitar elektroda. Diklaim zat ini membantu mempertahankan tahanan yang rendah dengan priode waktu yang relatif lama, pada daerah dengan kandungan garam disekitarnya dilarutkan oleh aliran air (hujan) 4. Bubuk Batubara Kandungan air dalam batubara (air bebas maupun air bawaan) merupakan faktor penentu tinggi rendahnya nilai kalori batubara. Kandungan air yang tinggi menyebabkan tingkat pembakaran menjadi rendah akibatnya kandungan gas Co2 yang ditimbulkan menjadi tinggi yang tentunya berdampak buruk terhadap lingkungan. Akan tetapi, dalam sistem pembumian batubara yang digunakan merupakan batubara yang memiliki 29 kandungan air yang cukup tinggi, sehingga mampu menurunkan nilai tahanan pembumian. 5. Bubuk Arang Serbuk arang lebih bagus mempertahankan air (kandungan elektrolit) yang terserap dibandingkan tanah itu sendiri yang cenderung mengalirkan kelapisan tanah dibawahnya, apalagi jika lapisan atas dari tanah tempat grounding tersebut berupa lapisan tanah pasir yang tentu saja akan lebih cepat mengalirkan air kelapisan tanah dibawahnya. Dengan kemampuannya mempertahankan air, serbuk arang mampu menurunkan nilai tahanan pembumian. 2.6.2 Penggunaan GEM Untuk Sistem Pembumian Adapun berdasarkan NEC 250-83c yang dipopulerkan oleh Eritech memberikan pedoman di dalam penggunaan GEM, berdasarkan tabel : Tabel 2.5 Tabel estimasi penggunaan GEM Estimasi kantong GEM untuk pengurukan di sekitar batang tanah Diameter lubang Kedalaman lubang (kaki) * 1,8 m 2.1 m 2,4 m 2.7 m 5.2 m 5.8 m 6.1 m (6 ') (7 ') (8 ') (9 ') (17 ') (19 ') (20 ') 7.5cm (3") 2 2 2 2 4 4 4 10.0cm (4 2 3 3 3 6 7 7 12.5cm (5") 3 4 4 5 9 10 10 15.0cm (6") 5 5 6 7 13 14 15 17.5cm (7") 6 7 8 9 17 19 20 20.0cm (8 8 9 11 12 22 25 26 30 22.5cm (9") 10 12 13 15 28 31 32 25.0cm (10") 12 14 16 18 34 38 40 * 2.44m (8 kaki) panjang minimum batang yang diperlukan untuk berhubungan dengan tanah (atau GEM). Per NEC 250-83c. dalam http://www.erico.com/public/library/fep/LT0925.pdf Pada tabel estimasi penggunaan GEM di atas dapat kita jadikan sebagai acuan untuk penggunaannya,pada umumnya penggunaan GEM dapat dilakukan sesuai kebutuhan berdasarkan kondisi tanah di mana sistem pembumian akan dipasang. Apabila sistem pembumian akan dipasang dalam tanah yang memiliki nilai tahanan/resistansi pembumian yang relatif tinggi, maka penggunaan zat aditif GEM akan lebih banyak yang bertujuan untuk menurunkan nilai tahanan pembumian. 2.7 Metode Pengukuran Tahanan Pembumian Ada berbagai macam instrumen pengukur tahanan pembumian, salah satu contohnya adalah Earth Hi Tester, seperti contoh di bawah ini : Gambar 2.12 Earth Hi Tester HIOKI tipe 3151 31 Spesifikasi Alat Ukur Earth Hi Tester : Merk : HIOKI Tipe : 3151 Ukur Batas : X 1Ω X 10Ω 0 – 11,5 Ω X 100Ω 0 – 115 Ω V AC 0 – 30 Volt 0 - 11,5 Ω V Open Circuit : AC 50 Vmax I HS : AC 1,5 mA Max Rated Power : 2,5 VA Nilai Pengukuran : Rx + Ro (simple measurement) Frekuensi : 575 Hz (2a/32), 600 Hz (2b/3b) Pada penelitian pengukuran tahanan jenis tanah ini dilakukan menggunakan metoda tiga titik, dimana dalam pengukurannya menggunakan dua buah elektroda bantu. Elektroda Bantu I Elektroda Bantu II E P C Tanah minimal 5 m 2 3 Elektroda Utama maksimal 20 m push button switch Gambar 2.13 Skema pengukuran metoda 3 kutub (0º) slide selector switch switch 32 Tanah Elektroda Bantu II E P C Tanah 3 2 Elektroda Utama slide selector switch switch push button switch maksimal 20 m Gambar 2.14 Skema pengukuran metoda 3 kutub (45º) Elektroda Bantu I Tanah Elektroda Bantu II E P C Tanah 3 2 Elektroda Utama maksimal 20 m push button switch Gambar 2.15 Skema pengukuran metoda 3 kutub (90º) slide switch selector switch 33 Dalam melakukan pengukuran ini, untuk mendapatkan nilai resistansi pembumian yang sebenarnya dari suatu sistem pembumian tidak langsung didapat 1 kali proses pengukuran. Berdasarkan grafik di bawah ini adalah dimana dalam nilai tahanan pembumian sudah konstan : Ω Jarak Gambar 2.16 Grafik tahanan sebagai fungsi jarak terhadap fungsi E Pada grafik di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa nilai tahanan pembumian terjadi pada saat garis lurus, dimana suatu nilai tahanan pembumian pada saat garis lurus tersebut sama nilai tahanannya atau mendekati. Dalam upaya memperoleh nilai tahanan pembumian yang sama penulis melakukan beberapa kali pengukuran dengan cara merubah sudut pengukuran nya.
