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.