pengaruh zat aditif bentonit teraktivasi fisika dan ...digilib.unila.ac.id/27443/2/skripsi tanpa...
TRANSCRIPT
PENGARUH ZAT ADITIF BENTONIT TERAKTIVASI FISIKA
(Skripsi)
Oleh
YEREMIA LUHUR WIYOTO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2017
DAN TERKOMPOSISI TANAH TERHADAP NILAI
TAHANAN PENTANAHAN
ABSTRACT
THE EFFECT OF SUBSTANCE ADDITIVE BENTONITE PHYSICS
ACTIVATED AND SOIL COMPOSED TO GROUNDING RESISTANCE
Oleh
YEREMIA LUHUR WIYOTO
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
Oleh
YEREMIA LUHUR WIYOTO
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
goo z 9(,866r'tr'I ",f,qs
d
YItrlaJ,:
o+afiIxuetr,:
gSOIgOgIII:
NUITYH.r.I,IIfrT IIUIITTIYT IYIIT[dy(IylluflL HUNyI. IsISOflil(DIUflL
NYO UlIISIil lgYrlff,lMfl,L.IINOI,Nflg .Tf,I.I(IY III'Z II(IuyDNgtr :
gEO I gQ666I EZIIS/,6I :dITI'cfa'-.L'9 tan111 uEtpry ftI .ro
9140146['JIH1na'Dug 'rq
surIITIPJ
prqs urBfiou
Errt8tlEttrsld oIod JourcN
o1oeil[o 4nUnE ullulr,.b1 |E1rEsqPtr EruE[i
IsdIlIg FpnP
Er:o6flx Af : tsdtlts uulh sltpn EE-Buet
hrarsrrT* 1
1al.q= -'*
&-'tr'/ ^.ro" sv$I
r$5s9
,..........:..t:..... .tr I _I.S ?fEuraJ)-r,1
un "'trlrs'u,plzt 1nl'ftg .rg :
NUIIUYSTIDIJflI:
sFslerlas
srqpx
Ilir8tzu txII.I
€SOICOSIII'NIdN
o1oft16 mqnT eruerel
LIOZI
'ruplreq 6wr( ruqnq ue8uep
tensos r$frcs rcueryp srpesJeq ees 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 UurIrqre1rp rc1e snf;p Eusl( pdppued nele etlr.-4
pdepr4 lepq e.(us uenrlep8uedss Eueftredes uep urel Euero wqErp rpured
Etred e,ftq pdepr4 spB Ir4 rsdyrls urepp e&quq uzlqel(ueu efus mr ueEueq
NYYIYANUfld IYUTS
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
Ayah dan Ibu Terkasih
Edy Santoso dan Linda D. Luhulima
Adik - adikku Tercinta
Kupersembahkan karya ini untuk
Keluarga Besar, Dosen,
dan Sahabat
Christina Ruth Damayanti
Erica Natalia
“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 )
“Sebab Aku ini mengetahui rancangan-
rancangan 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 )
Could, Should, Would, Did.
&
P.U.S.H. (Pray Until Something Happen)
-Yeremia L.W.-
“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 )
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 nasihat-
nasihat 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 unsur-
unsur 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 pori-
pori 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 =𝜌
2𝜋𝑙[𝑙𝑛 (
4𝑙
𝑎) − 1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.1) [1]
Dimana : 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 berbeda-
beda (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 Ca-
bentonit. Pada penelitian ini bentonit yang digunakan adalah bentonit tipe Na-
bentonit. 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 Na-Bentonit (%) Ca-Bentonit (%)
SiO2 61,3-61,4 62,12
Al2O3 19,8 17,33
Fe2O3 3,9 5,30
CaO 0,6 3,68
MgO 1,3 3,30
Na2O 2,2 0,50
K2O 0,4 0,55
H2O 7,2 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.
Gambar 6. Proses aktivasi secara fisika
50Kg Bentonit
Menyiapkan
500g Bentonit
yang akan
diaktivasi Letakkan Bentonit pada
wadah yang tidak melebur
Proses Pemanasan
Bentonit pada Furnace
Proses pendinginan Bentonit yang
telah dipanaskan ke dalam desikator
Bentonit teraktivasi
siap digunakan
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 Measuring
Range
Accuracy
Earth Voltage 0 – 199.9 V ± 1.0% rdg ± 4 dgt
Earth
Resistance
20 Ω 0 – 19.99 Ω ± 2.0% rdg ± 0.1 Ω(0 – 19.99 Ω)
200 Ω 0 – 199.9 V ± 1.0% rdg ± 3 dgt ( above 20 Ω )
(Auxiliary earth resistance 100 Ω ±
5% ) (Earth Voltage 3V or less) 2000 Ω 0 – 1999 Ω
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
Gambar 9. Diagram alir penelitian
Mulai
Studi Literatur
Selesai
Pengumpulan Alat dan Bahan
Proses Aktivasi Bentonit
(Pemanasan)
Pengujian Tahap 1
Mengukur Nilai Tahanan
Pentanahan
Data Hasil
Pengukuran
Pengujian Tahap 2
Mengukur Nilai Tahanan
Pentanahan
Data Hasil
Pengukuran
Analisis Data
Penulisan Laporan
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.