6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Pembumian (Grounding System)

Sistem pembumian adalah suatu rangkaian/jaringan mulai dari kutub

pembumian /elektroda, hantaran penghubung/conductor sampai terminal

pembumian yang berfungsi untuk menyalurkan arus lebih ke bumi sehingga dapat

memberikan proteksi terhadap manusia dari sengatan listrik (shock), dan

mengamankan komponen-komponen instalasi agar dapat terhindar dari bahaya

arus dan tegangan asing, serta perangkat dapat beroperasi sesuai dengan

ketentuan teknis yang semestinya.

Pembumian merupakan salah satu faktor utama dalam setiap pengamanan

(perlindungan) peralatan atau rangkaian listrik. Untuk melakukan pengamanan

tersebut diperlukan perancangan pembumian sesuai standar yang berlaku

Tahanan pembumian harus memenuhi syarat yang di inginkan untuk suatu

keperluan pemakaian.

Elektroda yang ditanam dalam tanah harus :

- Bahan konduktor yang baik

- Tahan Korosi

- Cukup Kuat

Elektroda harus mempunyai kontak yang baik dengan tanah sekelilingnya.

Tahanan pembumian harus baik untuk berbagai musim.

Biaya pemasangan serendah mungkin.

Dalam sebuah instalasi listrik, ada empat bagian yang harus diketanahkan/

dibumikan, yaitu sebagai berikut :

Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Hal ini

diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang

menyangkut gangguan hubung tanah.

Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini

sesungguhnya juga berfungsi sebagai lightning arrester. Karena letaknya

yang ada di sepanjang saluran transmisi, maka semua kaki tiang transmisi

7

harus ditanahkan agar petir yang menyambar kawat petir dapat disalurkan

ke tanah dengan lancar melalui kaki tiang saluran transmisi.

Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik) dan

dengan mudah dapat disentuh manusia.

Bagian pembuangan listrik (bagian bawah) dari lightning arrester. Hal ini

diperlukan agar lightning arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitu

membuang muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah (bumi)

dengan lancar.

pembumian adalah penghubung bagian-bagian peralatan listrik yang pada

keadaan normal tidak dialiri arus. Tujuannya adalah untuk membatasi tegangan

antara bagian-bagian peralatan yang tidak dialiri arus dan antara bagian-bagian ini

dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman untuk semua kondisi operasi,

baik kondisi normal maupun saat terjadi gangguan. (Pabla 1986, Hutauruk 1987,

Tajuddin 1998)

Pembumian peralatan adalah penghubungan badan atau rangka peralatan

listrik (motor, generator, transformator, pemutus daya dan bagian-bagian logam

lainnya yang pada keadaan normal tidak dialiri arus) dengan tanah. Maksud dari

pembumian peralatan adalah

Mencegah terjadinya tegangan kejut listrik yang berbahaya untuk

orang dalam daerah tertentu.

Untuk memungkinkan timbulnya arus tertentu baik besarnya maupun

lamanya dalam keadaan gangguan tanah tanpa menimbulkan

kebakaran atau ledakan pada bangunan atau isinya.

Untuk memperbaiki penampilan (performance) dari sistem.

(Hutauruk, 1987 hal 125).

Oleh karena itu, secara umum sistem pembumian berperan sebagai

PROTEKSI dengan tujuan pemasangan :

a. Menjamin kerja peralatan listrik atau elektronik;

b. Mencegah kerusakan peralatan listrik atau elektronik;

c. Menyalurkan energi serangan petir ke tanah;

8

d. Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan normal

atau tidak dari tegangan sentuh dan tegangan langkah.

2.2 Faktor – faktor Yang Mempengaruhi Sistem Pembumian

Tahanan pembumian suatu elektroda tergantung pada tiga faktor, yaitu :

Tahanan elektroda pembumian beserta sambungan pengelasan pada elektroda

itu sendiri;

Tahanan kontak antara elektroda dengan tanah;

Tahanan penghantar (BC) yang menghubungkan peralatan yang ditanahkan;

Tahanan dari massa tanah disekitar elektroda pembumian.

Dari ketiga komponen tersebut, tahanan pembumian merupakan besaran

yang paling besar pengaruhnya pada resistansi pembumian dibandingkan tahanan

elektroda.

Namun demikan seperti yang telah dibahas sebelumnya bahwa nilai tahanan

pembumian diharapkan ≤ 5 Ὠ atau sekecil mungkin. Namun dalam hasil

penelitian di lapangan tidak selalu didapatkan nilai tahanan pembumian yang

diharapkan karena banyak faktor-faktor yang mempengaruhi resistansi

pembumian.

Nilai tahanan suatu sistem pembumian diharapkan serendah mungkin.

Elektroda pembumian yang ditanamkan ke dalam tanah diharapkan langsung

memperoleh tahanan yang rendah, namun hal itu sangat jarang diperoleh. Ada

beberapa faktor yang berpengaruh terhadap nilai tahanan pembumian.

1. Faktor Internal

Bentuk elektroda. Ada beberapa macam bentuk dari elektroda itu sendiri

yang banyak digunakan, seperti jenis batang, pita dan plat.

Jenis bahan dan ukuran elektroda. Sebagai konsekuensi peletakannya di

dalam tanah, maka elektroda dipilih dari bahan-bahan tertentu yang

memiliki konduktivitas sangat baik dan tahan terhadap sifat-sifat yang

merusak dari tanah, sepeti korosi. Ukuran elektroda dipilih yang

mempunyai kontak paling efektif dengan tanah. Prinsip dasar untuk

memperoleh resistansi pembumian yang kecil adalah dengan membuat

9

permukaan elektroda bersentuhan dengan tanah sebesar mungkin, sesuai

dengan rumus:

R = A

L ....................................................................................(2.2)

Dengan :

R = resistansi pembumian [ Ω ]

= resistansi jenis tanah [ Ωm ]

L = panjang lintasan arus pada tanah [ m ]

A = luas penampang lintasan arus pada tanah [ m2 ]

(sumber:http://www.scribd.com/doc/12892403/32/Hambatan-Jenis-Penghantar-Rumus-

R-%CF%81-L-A)

Ukuran elektroda pembumian akan menentukan besar tahanan

pembumian. Berikut ini adalah tabel yang memuat ukuran-ukuran

elektroda pembumian yang umum digunakan dalam sistem pembumian.

Tabel ini dapat digunakan sebagai petunjuk tentang pemilihan jenis, bahan

dan luas penampang elektroda pembumian.

Tabel 2.1 Luas penampang minimum elektroda pembumian

Bahan

Jenis

Elektroda

Baja Berlapis

Seng

Baja Berlapis

Tembaga

Tembaga

Elektroda

Pita

Pita baja 100

mm2, tebal 3 mm,

Hantaran pilin 95

mm2

50 mm2

Pita tembaga 50

mm2, tebal 2 mm

hantaran pilin, 35

mm2

Elektroda

Batang

Pipa baja 1” Baja

profil L 65x65x7,

U 6 ½ T6, X 50x3

Baja Ф 15 mm

dilapisi tembaga

2,5 mm

Elektroda

Pelat

Pelat besi tebal 3

mm, luas 0,5-1 m2

Pelat tembaga

tebal 2 mm, luas

0,5 - 1 m2

(Sumber : PUIL 2000 3.18.4.2 hal 82)

10

Tabel 2.2 Ukuran penampang penghantar sistem pembumian

(Sumber : PUIL 2000 3.16.1.1 hal 77)

Jumlah atau konfigurasi elektroda. Untuk mendapatkan tahanan

pembumian yang diharapkan dan apabila tidak memenuhi standart yang

ditentukan dengan satu elektroda, bisa digunakan metode parallel dengan

cara menambah lebih banyak elektroda dengan bermacam-macam

konfigurasi pemancangannya di dalam tanah.

PUIL 2000-3.19.1.4 : apabila hasil pengukuran belum mencapai 5 Ω,

maka elektroda batang ditambah, dengan jarak dua kali panjang elektroda.

Kedalaman pemancangan atau penanaman di dalam tanah. Untuk

kedalaman pemancangan elektroda pembumian ini tergantung dari pada

jenis dan sifat-sifat tanah. Ada dua kondisi yaitu ada yang efektif ditanam

secara dalam untuk jenis tanah yang kering dan berbatu, namun ada pula

yang cukup ditanam secara dangkal untuk jenis tanah seperti tanah rawa,

tanah liat dll.

2. Faktor Eksternal

Sifat geologi (karakteristik) tanah.

Tahanan jenis tanah (ohm-meter) merupakan nilai resistansi dari bumi

yang menggambarkan nilai konduktivitas listrik bumi dan didefinisikan

sebagai tahanan, dalam ohm, antara permukaan yang berlawanan dari

suatu kubus satu meter kubik.

Pentingnya tahanan jenis tanah ini untuk diketahui karena tahanan jenis

tanah mempunyai beberapa manfaat yaitu :

1. Beberapa data yang diperoleh dari surveys geofisika dibawah

permukaan tanah dapat membantu untuk identifikasi lokasi

pertambangan, kedalaman batu-batuan dan kejadian geologi lainnya.

11

2. Tahanan jenis tanah mempunyai pengaruh langsung terhadap

korosi pipa-pipa bawah tanah. Apabila tahanan jenis tanah semakin

meningkat maka aktivitas korosi akan semakin meningkat pula.

3. Tahanan jenis lapisan tanah mempunyai pengaruh langsung dalam

sistem pembumian. Ketika merencanakan sistem pembumian,

sebaiknya dicari lokasi yang mempunyai tahanan jenis tanah yang

terkecil agar tercapai instalasi pembumian yang paling ekonomis.

Faktor keseimbangan antara tahanan pembumian dan kapasitansi di

sekelilingnya adalah tahanan jenis tanah yang direpresentasikan dengan ρ.

Harga tahanan jenis tanah dalam kedalaman tertentu tergantung pada

beberapa faktor yaitu :

1. Jenis tanah : liat, berpasir, berbatu dan lain-lain

2. Lapisan tanah : berlapis-lapis dengan tahanan jenis berlainan atau

uniform

3. Komposisi kimia dari larutan garam dalam kandungan air

4. Kelembaban tanah

5. Temperatur

6. Kepadatan tanah

Berdasarkan Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000)

tahanan jenis tanah dari berbagai jenis tanah dapat dilihat pada tabel di

bawah ini

Tabel 2.3 Nilai Tipikal Tahanan jenis tanah

Jenis

tanah

Tanah

rawa

Tanah liat

dan tanah

ladang

Pasir

basah

Kerikil

basah

Pasir dan

kerikil

kering

Tanah

berbatu

Resistansi

jenis

(Ωm) 30 100 200 500 1000 3000

(Sumber : PUIL 2000 3.18.3.1 hal 80)

12

Pengetahuan ini sangat penting khususnya bagi para perancang sistem

pembumian. Sebelum melakukan tindakan lain, yang pertama untuk

diketahui terlebih dahulu adalah sifat-sifat tanah dimana akan dipasang

elektroda pembumian untuk mengetahui resistansi jenis pembumian.

Apabila perlu dilakukan pengukuran resistansi tanah namun perlu

diketahui bahwa sifat-sifat tanah bisa jadi berubah-ubah antara musim

yang satu dan musim yang lain. Hal ini harus betul-betul dipertimbangkan

dalam perancangan sistem pembumian. Bila terjadi hal semacam ini, maka

yang bisa digunakan sebagai patokan adalah kondisi kapan resistansi jenis

pembumian tetap memenuhi syarat pada musim kapan resistansi jenis

pembumian tinggi, misalnya ketika musim kemarau.

Rumus tahanan jenis tanah :

ρ = R

14

ln

..2

a

L

L………………………………………………(2.3)

Dengan:

ρ = resistansi jenis tanah [ Ωm ]

R = resistansi pembumian [ Ω ]

L = panjang elektroda pembumian [ m ]

a = Jari-jari batang elektroda pembumian [ m ]

(sumber : Tadjuddin dalam buku “Bentuk-bentuk Elektroda Pembumian” tahun 1998)

Komposisi zat kimia dalam tanah. Kandungan zat - zat kimia dalam

tanah terutama sejumlah zat organik maupun anorganik yang dapat larut

perlu untuk diperhatikan pula. Di daerah yang mempunyai tingkat curah

hujan tinggi biasanya mempunyai tahanan jenis tanah yang tinggi

disebabkan garam yang terkandung pada lapisan atas larut bersama air

hujan. Pada daerah yang demikian ini untuk memperoleh pembumian yang

efektif yaitu dengan menanam elektroda pada kedalaman yang lebih dalam

dimana larutan garam masih terdapat.

13

Kandungan air tanah. Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah

akibat pengaruh musim, pembumian dapat dilakukan dengan menanam

elektroda pembumian sampai mencapai kedalaman di mana terdapat air

tanah. Kadangkala kelembaban dan temperatur bervariasi di sekitar

elektroda pembumian sehingga harga tahanan jenis tanah harus diambil

untuk keadaan yang paling buruk, yaitu pada keadaan tanah kering dan

dingin. Tahanan jenis tanah akan dipengaruhi pula oleh besar kecilnya

konsentrasi air tanah atau kelembaban tanah jika konduktivitas tanah

semakin besar maka tahanan jenis tanah semakin kecil. Kandungan air

tanah sangat berpengaruh terhadap perubahan tahanan jenis tanah ( ρ )

terutama kandungan air tanah sampai dengan 20%. Dalam salah satu test

laboratorium untuk tanah merah penurunan kandungan air tanah dari 20%

ke 10% menyebabkan tahanan jenis tanah naik samapai 30 kali. Kenaikan

kandungan air tanah diatas 20% pengaruhnya sedikit sekali. Tahanan

pembumian tidaklah konstan karena terjadi perubahan musim dan kadar

air dalam tanah. Kelembaban tanah/besar kecilnya konsentrasi air dalam

tanah sangat mempengaruhi harga tahanan tanah. Makin lembab atau

makin banyak mengandung air makin kecil harga tahanan tanahnya. Juga

telah kita ketahui bahwa air bersifat konduktif. Tanah yang kering atau

tanah dengan konsentrasi air dibawah 10 % mempunyai tahanan jenis

tanah yang besar sekali. Untuk itu dapat dilihat gambar dibawah ini.

Gambar 2.1 Hubungan antara konsentrasi air dengan tahanan jenis

tanah

14

Atas dasar prinsip diatas, maka harus kita usahakan suatu elektoda

pembumian ditanam sampai mencapai air tanah. Dengan menanam

elektroda tanah dibawah permukaan air tanah, akan menjamin kita harga

tahanan pembumian tidak banyak bevariasi terhadap cuaca.

Temperatur tanah. Temperatur tanah sekitar elektroda pembumian juga

berpengaruh pada besarnya tahanan jenis tanah. Hal ini terlihat sekali

pengaruhnya pada temperatur di bawah titik beku air (0 C). Di bawah

harga ini penurunan temperatur yang sedikit saja akan menyebabkan

kenaikan harga tahanan jenis tanah dengan cepat. Gejala di atas dapat

dijelaskan sebagai berikut ; pada temperatur di bawah titik beku air (0 C) ,

air di dalam tanah akan membeku, molekul-molekul air dalam tanah sulit

untuk bergerak, sehingga daya hantar listrik tanah rendah sekali. Bila

temperatur tanah naik, air akan berubah menjadi fase cair, molekul-

molekul dan ion-ion bebas bergerak sehingga daya hantar listrik tanah

menjadi besar atau tahanan jenis tanah turun.

Gambar 2.2 Hubungan antara temperatur dengan tahanan jenis tanah

2.3 Jenis – jenis Elektroda Pembumian

Elektroda pembumian ialah suatu penghantar yang biasanya terbuat dari

tembaga dan ditanam dalam bumi/tanah dan membuat kontak secara langsung

dengan bumi. Adapun jenis-jenis elektroda pembumian menurut Persyaratan

Umum Instalasi Listrik (PUIL) 2000, di antaranya elektroda batang, elektroda

pelat dan elektroda pita.

15

1. Elektroda batang

Elektroda batang yaitu elektroda dari batang logam tembaga Cu

(Cupper Rod / Ground Rod ) berdiamater minimum 5/8”, atau batang logam

baja profil / pipa galvanis berdiameter 1,5” yang dipancangkan secara vertikal

atau horizontal dalam tanah sedalam 3 meter.

Perlu diperhatikan pula dalam pemilihan bahan agar terhindar dari korosi.

Elektroda ini mampu menyalurkan arus petir maupun untuk pembumian

proteksi yang lain.

Ukuran elektroda yang biasa digunakan adalah :

a. Elektroda dengan diameter 5/8 inch – 3/4 inch

b. Panjang 4 feet – 8 feet

elektroda

batang

kabel BC

klem

16

mm

x 3

m

Gambar 2.3 Elektroda batang

16

Sumber :

http://www.google.co.id/search?tbm=isch&hl=id&source=hp&biw=1366&bih=598&q=

elektroda+batang

Spesifikasi dan pemasangan elektroda batang :

a. Berbentuk batang atau pipa padat, dibuat dari baja galvanis atau baja

belapis tembaga berdiameter 15 – 25 mm, dengan panjang setiap segmen

1 – 1,25 m, atau utuh sepanjang yang tertanam didalam tanah.

b. Ditanam dalam tanah secara horizontal pada kedalaman 0,5-1 m, setiap

elektroda atau langsung satu batang elektroda.

c. Pada umumnya di tanam dalam tanah yang lembek (tanah rawa atau

sawah) dengan cara dipantek dikarenakan tanah yang lembek tadi.

d. Penanaman elektroda batang ketanah dengan resistansi jenis tanah 100

ohm meter dengan kedalaman 5 meter akan menghasilkan tahanan

pembumian 20 ohm. Untuk menghasilkan tahanan pembumian yang

lebih rendah sesuai dengan yang diinginkan maka bisa digunakan

beberapa elektroda batang yang diparalel di permukaan tanah.

Untuk menetukan besarnya tahanan pembumian dengan elektroda batang

secara horizontal dipergunakan rumus sebagai berikut :

Rbt = L

2

1

4

a

LLn .........................................................................(2.4)

Di mana :

Rbt = Tahanan pembumian elektroda batang [ Ω ]

= Resistansi jenis tanah [ Ωm ]

L = Panjang elektroda batang yang tertanam [ m ]

a = Jari-jari batang elektroda [ m ]

(sumber : Hutauruk dalam buku “PENGETANAHAN NETRAL SISTEM TENAGA &

PENGETANAHAN PERALATAN”)

2. Elektroda pelat

Beberapa elektroda pembumian salah satunya adalah berbentuk elektroda

pelat dan biasanya berdimensi empat persegi panjang dengan ketebalan yang

bervariasi dan terbuat dari tembaga, timah atau pelat baja yang ditanam

17

didalam tanah. Cara penanaman biasanya secara vertikal, sebab dengan

menanam secara horizontal hasilnya tidak berbeda jauh dengan vertikal.

Penanaman secara vertikal adalah lebih praktis dan ekonomis.

Gambar 2.4 Elektroda pelat

Sumber http://www.google.co.id/search?tbm=isch&hl=id&source=hp&q=elektroda+pelat

Spesifikasi dan pemasangan elektroda pelat :

a. Berbentuk lembaran pelat, dibuat dari baja galvanis tebal 3 mm atau

lembaran pelat tembaga tebal 2 mm dengan luas penampang 0,5 – 1m2.

b. Ditanam dalam tanah verikal dengan kedalaman bagian atau elektroda

berkisar antara 0,5 – 1 m.

c. Pada umumnya ditanam pada tanah mulai yang lembek hingga tanah yang

keras ( tanah pasir, kerikil, berbatu) dengan cara menanam vertikal bagian

atasnya dihubungkan dengan kawat BC dengan ukuran luas penampang

yang sesuai.

d. Penampang elektroda pelat / 1m2 pada tanah ladang dengan resistansi jenis

tanah sekitar 100 ohm-meter menghasilkan tahanan pembumian yang

rendah sebagaimana yang diinginkan maka biasa digunakan beberapa

elektroda pelat yang diparalel dipermukaan tanah.

e. Mengingat cara penanaman yang sedikit lebih sulit dibandingkan elektroda

batang dan harganya yang lebih mahal, elektroda pelat tidak menjadi

pilihan kecuali pada tanah yang keras atau untuk diparalelkan dengan

18

elektroda batang dalam usaha mencapai harga tahanan pembumian yang

rendah.

Untuk menetukan besarnya tahanan pembumian dengan elektroda pelat

dipergunakan rumus sebagai berikut :

Rpl = L

4

.............

²16²16

²

21

4ln

²)(2

-²4(

L

s

L

s

L

s

s

L

ba

aba

a

LLn

.........(2.5)

sumber : Hutauruk dalam buku “PENGETANAHAN NETRAL SISTEM TENAGA &

PENGETANAHAN PERALATAN”)

3. Elektroda pita

Elektroda Pita terbuat dari penghantar berbentuk pita atau bulat.

Pemasangannya dipasang secara horizontal pada kedalaman antara 0,5m - 1m

dari permukaan tanah.

Elektroda ini bisa dipasang pada struktur tanah yang mempunyai tahanan

jenis rendah pada permukaan dan pada daerah yang tidak mengalami

kekeringan. Hal ini cocok untuk daerah – daerah pegunungan dimana harga

tahanan jenis tanah makin tinggi dengan kedalaman.

Gambar 2. 5 Elektroda pita

Sumber : http://www.google.co.id/imgres?q=elektroda+pita&um

19

Spesifikasi dan pemasangan elektroda pita ;

a. Berbentuk hantaran kawat pilin dari bahan tembaga atau tembaga berlapis

timah dengan luas penampang mulai dari 120 hingga 300 mm2.

b. Ditanam dalam tanah horizontal dengan kedalaman bagian atas elektroda

berkisar antara 0,5 – 1 m dan bentangan horizontal, dengan bentuk

bentangan berupa lingkaran berdiagonal atau bentik silang/persilangan

satu titik dihubungkan keluar dengan kawat BC luas penampang minimal

sama dengan luas penampang elektroda.

c. Pada umumnya ditanam pada tanah mulai yang lembek hingga pada tanah

yang keras (tanah pasir, kerikil, berbatu) dengan cara menanam horizontal

pada seluruh bentang panjang elektroda.

Untuk menetukan besarnya tahanan pembumian dengan elektroda pita

dipergunakan rumus sebagai berikut :

Rpt = L

d

LLn

2 .................................................................................(2.6)

Dengan :

Rpt = Tahanan pembumian elektroda pita [ Ω ]

= Resistansi jenis tanah [ Ωm ]

L = Panjang elektroda pita [ m ]

d = Lebar pita/ diameter elektroda pita kalau bulat [ m ]

(sumber : Tadjuddin dalam buku “Bentuk-bentuk Elektroda Pembumian” tahun 1998)

Dari berbagai jenis elektroda yang telah di jelaskan di atas mulai dari

spesifikasi dan cara pemasangan masign-masing elektroda,pada penulisan

laporan ini penulis memfokuskan hanya pada elektroda batang saja.

2.4 Konfigurasi Sistem Pembumian (Elektroda Batang)

2.4.1 Pembumian Satu Elektroda Batang

Tujuan dari pembumian batang horizontal adalah untuk memperoleh

resistansi tanah yang rendah sehingga dapat memungkinkan arus gangguan yang

terjadi dengan cepat dapat terdistribusi ke tanah.

20

Untuk menetukan besarnya tahanan pembumian dengan satu elektroda batang

dipergunakan rumus sebagai berikut :

Rbt=L

2 ).14

( a

LLn

................(2.7)

Dengan :

Rbt = Tahanan pembumian elektroda batang [ Ω ]

= Resistansi jenis tanah [ Ωm ]

L = Panjang elektroda batang yang tertanam [ m ]

a = Jari-jari batang elektroda [ m ]

sumber : Hutauruk dalam buku “PENGETANAHAN NETRAL SISTEM TENAGA &

PENGETANAHAN PERALATAN”)

2.4.2 Pembumian n (parallel) - Elektroda Batang

Untuk memperkecil tahanan pembumian dapat dilakukan dengan cara

memperbanyak elektroda yang ditanam dalam tanah dan dihubungkannya secara

parallel.

Adapun rumus umum paralel, yaitu :

Rtot

1 =

RnRRR

1.......

111

321

..........................................................(2.8)

Dengan :

Rtot = Tahanan[ Ω ]

21

b

p2

p1

pl

tanah lapisan kedua

permukaan tanah

h

hb

Rb

Ra

Gambar 2.6 Beberapa batang elektroda tegak lurus ke dalam tanah

Dengan :

Ra : Tahanan Pembumian Pada Lapisan Tanah Kedua (Ω)

Rb : Tahanan Pembumian Pada Lapisan Tanah Pertama (Ω)

h : Panjang elektroda Yang Tertanam Pada lapisan Tanah Pertama (m)

Gambar 2.7 Paralel tiga elektroda batang tegak lurus ke dalam tanah

22

Dalam fakta di lapangan beberapa sistem tenaga listrik di suatu tempat

membutuhkan sistem pembumian lebih banyak, apabila hal ini terjadi maka

sistem pembumian dibentuk/dipasang konfigurasi penanaman segi empat dimana

jarak elektroda satu dengan yang lain dua kali panjang elektroda yang ditanam.

Elektroda yang dipasang dengan konfigurasi segi empat ini dihubungkan secara

parallel menggunakan kabel BC (konduktor) atau kabel pembumian.

Gambar 2.8 Konfigurasi penanaman segi empat dengan jarak dua kali

panjang elektroda

2.5 Bare Conductor (BC)

Kabel BC untuk sistem pembumian umumnya berbahan tembaga tanpa

bungkus atau dikenal dengan sebutan Kabel BC (Bare Cooper). Kabel BC ini

terdiri dari beberapa ukuran kabel yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan

Kabel BC dalam sistem pembumian berfungsi menghubungkan instalasi

luar ke sistem grounding atau sistem pertanahan. Jika ada gangguan yang

23

terdeteksi (arus lebih) maka arus tersebut akan segera disalurkan melalui kabel

konduktor.

Gambar 2.9 Kabel BC

Gambar 2.10 Sambungan elektoda batang dengan bare bonductor (bc)

menggunakan klem

Sumber :

http://www.google.co.id/imgres?q=klem+kabel+bc&hl=id&biw=1366&bih=598&gbv=2&tbm

24

Pada penelitian ini penulis menggunakan metoda pengelasan untuk

sambungan antara elektroda pembumian dengan kabel BC, hal ini dilakukan

untuk menghindari korosi pada sambungan sehingga tidak terlepas pada saat

penelitian berlansung

2.6 Zat Aditif GEM (Ground Enhanced Material)

Gambar 2.11 Ground Enhanced Material

Ground Enhanced Material (GEM) adalah substan yang terbuat dari bubuk

Ca-Bentonite, bubuk Graphite, Sodium Carbonate (karbon), bubuk batubara dan

bubuk arang, yang diimpor langsung dari China dan telah lolos pengetesan mutu

yang dilakukan oleh Wuhan High Voltage Research Institute, yang merupakan

lembaga uji material yang diakui oleh pemerintah China. (Sumber :

http://www.rajagrounding.com/2010/01/ground-enhance-material-gem

more.html)

Pada dasarnya GEM sama seperti produk bentonite, tetapi kandungan GEM

lebih banyak dibandingkan bentonite sehingga GEM memiliki kualitas yang jauh

lebih baik dari bentonite, dengan manfaat dan kegunaan sebagai berikut :

1. Memiliki tahanan yang rendah, memiliki daya serap air yang tinggi dan bisa

menahan air dengan baik. Dengan demikian secara efektif bisa menurunkan

tahanan tanah dan meningkatkan daya hantar tanah.

2. Tidak korosif sehingga mampu melindungi sistem grounding dari korosi.

25

3. Tidak menyebabkan polusi pada lingkungan dan tidak berbahaya terhadap

kesehatan manuasia dan mahluk hidup yang lain.

2.6.1 Kandungan – kandungan Dalam GEM

Masing-masing kandungan kimia dalam GEM memiliki keistimewaan

tersendiri/ masing-masing. Dari sekian banyak kandungan kimia dalam GEM,

bentonite merupakan kandungan utama dalam GEM. Di bawah ini akan dibahas

kandungan-kandungan dalam GEM :

1. Bentonite (Ca-Bentonite)

Bentonit adalah suatu istilah nama dalam dunia perdagangan yang sejenis

lempung plastis yang mempunyai kandungan mineral monmorilonit lebih dari

85% dengan rumus kimianya Al2O3.4SiO2 x H2O. Nama ini diusulkan

pertama kali oleh Knight (1898) untuk nama sejenis lempung koloid yang

ditemukan pada formasi Benton “Rock Creek” Wyoming Amerika Serikat.

Berdasarkan tipenya, bentonite dibagi menjadi dua, yaitu :

a. Tipe Wyoming ( Na-bentonite - Swelling bentonite )

Na bentonite memiliki daya mengembang hingga delapan kali apabila

dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi beberapa waktu didalam air.

Dalam keadaan kering berwarna putih atau cream, pada keadaan basah dan

terkena sinar matahari akan berwarna mengkilap. Perbandingan soda dan kapur

tinggi, suspensi koloidal mempunyai pH: 8,5-9,8, tidak dapat diaktifkan, posisi

pertukaran diduduki oleh ion-ion sodium ( Na+ ).

b. Mg ( Ca-bentonite – non swelling bentonite )

Tipe bentonite ini kurang mengembang apabila dicelupkan ke dalam air, dan

tetap terdispersi di dalam air, tetapi secara alami atau setelah diaktifkan

mempunyai sifat menghisap yang baik. Perbandingan kandungan Na dan Ca

rendah, suspensi koloidal memiliki pH: 4-7. Posisi pertukaran ion lebih banyak

diduduki oleh ion-ion kalsium dan magnesium. Dalam keadaan kering bersifat

rapid slaking, berwarna abu-abu, biru, kuning, merah dan coklat. Penggunaan

bentonite dalam pemurnian minyak goreng perlu aktivasi terlebih dahulu.

26

Tabel 2.4 Sifat Ca dan Na bentonite

Sifat Fisik Ca- Bentonite Na- Bentonite

Kekuatan Dalam Keadaan

Basah

Tinggi Sedang

Perkembangan Daya Ikat Cepat Sedang

Kekuatan Tekan Sedang Tinggi

Panas Rendah Tinggi

Kering Rendah Tinggi

Daya Tahan Terhadap

Penyusutan

Rendah Tinggi

Daya Mengembang Tidak Baik Sangat Baik

Kemantapan Terhadap Panas

Temperatur Cetak

Sangat Baik Sedang

Daya Mengalirkan Pasir Mudah Sukar

(Sumber : Sukandarrumidi. 1999)

Salah satu cara agar mendapatkan nilai tahanan pembumian yang diharapkan

adalah dengan penambahan zat kimia dalam tanah berupa garam dan

bentonite. Huwae, (2004) mengatakan sistem pembumian dengan

penambahan zat aditif berupa bentonite mengakibatkan penurunan nilai

tahanan pembumiannya.

Menurut Hutauruk, (1987), Pabla, (1986) tahanan pembumian dipengaruhi

oleh beberapa faktor antara lain : jenis tanah, suhu, kelembaban tanah, lapisan

tanah serta kandungan elektrolit tanah. Kandungan elektrolit tanah dapat

menurunkan tahanan pembumian. Kandungan elektrolit tanah dapat dirubah

dengan cara penambahan zat aditif pada tanah seperti : bentonit, garam, air,

arang dan lain-lain.

28

2. Sodium Carbon (Marcionite)

Marcionite adalah bahan yang bersifat konduktif dengan kandungan kristal

karbon yang cukup tinggi pada fase normalnya, dan juga mengandung

belerang dan klorida dengan konsentrasi rendah. Seperti halnya bentonite,

marcionite akan bereaksi korosif terhadap logam tertentu, dan memiliki

tahanan jenis rendah. Logam yang digunakan sebaiknya dilapisi bitumen atau

cat bitumastik sebelum dihubungkan dengan marcionite. Aluminium,

lapisan timah dan baja galvanis sebaiknya jangan dipasang pada marcionite.

Marconite dapat mempertahankan kelembabannya dalam kondisi lingkungan

sangat kering sehingga kelemahan bentonite dapat ditutup oleh

marcionite.

3. Bubuk Graphite

Adakalanya bubuk graphite digunakan sebagai bahan uruk, baik dalam fase

sendiri maupun dicampur dengan bentonite atau dengan tanah alami berasal

dari daerah tersebut. Graphite mempunyai kelarutan yang rendah sehingga

tidak mudah dihilangkan, tahanan jenisnya rendah berkisar 5-10 Ohm-m pada

kondisi jenuh. Dengan pH berkisar 6,2 -6,9, graphite cenderung bersifat

netral. Graphite tidak mengkorosi tembaga. Zat ini tidak mahal dan biasanya

dicampur dengan tanah urukan sekitar elektroda. Diklaim zat ini

membantu mempertahankan tahanan yang rendah dengan priode waktu yang

relatif lama, pada daerah dengan kandungan garam disekitarnya dilarutkan

oleh aliran air (hujan)

4. Bubuk Batubara

Kandungan air dalam batubara (air bebas maupun air bawaan) merupakan

faktor penentu tinggi rendahnya nilai kalori batubara. Kandungan air yang

tinggi menyebabkan tingkat pembakaran menjadi rendah akibatnya

kandungan gas Co2 yang ditimbulkan menjadi tinggi yang tentunya

berdampak buruk terhadap lingkungan. Akan tetapi, dalam sistem

pembumian batubara yang digunakan merupakan batubara yang memiliki

29

kandungan air yang cukup tinggi, sehingga mampu menurunkan nilai tahanan

pembumian.

5. Bubuk Arang

Serbuk arang lebih bagus mempertahankan air (kandungan elektrolit) yang

terserap dibandingkan tanah itu sendiri yang cenderung mengalirkan

kelapisan tanah dibawahnya, apalagi jika lapisan atas dari tanah tempat

grounding tersebut berupa lapisan tanah pasir yang tentu saja akan lebih cepat

mengalirkan air kelapisan tanah dibawahnya. Dengan kemampuannya

mempertahankan air, serbuk arang mampu menurunkan nilai tahanan

pembumian.

2.6.2 Penggunaan GEM Untuk Sistem Pembumian

Adapun berdasarkan NEC 250-83c yang dipopulerkan oleh Eritech

memberikan pedoman di dalam penggunaan GEM, berdasarkan tabel :

Tabel 2.5 Tabel estimasi penggunaan GEM

Estimasi kantong GEM untuk pengurukan di sekitar batang tanah

Diameter lubang Kedalaman lubang (kaki) *

1,8 m

(6 ')

2.1 m

(7 ')

2,4 m

(8 ')

2.7 m

(9 ')

5.2 m

(17 ')

5.8 m

(19 ')

6.1 m

(20 ')

7.5cm (3") 2 2 2 2 4 4 4

10.0cm (4 2 3 3 3 6 7 7

12.5cm (5") 3 4 4 5 9 10 10

15.0cm (6") 5 5 6 7 13 14 15

17.5cm (7") 6 7 8 9 17 19 20

20.0cm (8 8 9 11 12 22 25 26

30

22.5cm (9") 10 12 13 15 28 31 32

25.0cm (10") 12 14 16 18 34 38 40

* 2.44m (8 kaki) panjang minimum batang yang diperlukan untuk berhubungan

dengan tanah (atau GEM). Per NEC 250-83c. dalam

http://www.erico.com/public/library/fep/LT0925.pdf

Pada tabel estimasi penggunaan GEM di atas dapat kita jadikan sebagai acuan

untuk penggunaannya,pada umumnya penggunaan GEM dapat dilakukan sesuai

kebutuhan berdasarkan kondisi tanah di mana sistem pembumian akan dipasang.

Apabila sistem pembumian akan dipasang dalam tanah yang memiliki nilai

tahanan/resistansi pembumian yang relatif tinggi, maka penggunaan zat aditif

GEM akan lebih banyak yang bertujuan untuk menurunkan nilai tahanan

pembumian.

2.7 Metode Pengukuran Tahanan Pembumian

Ada berbagai macam instrumen pengukur tahanan pembumian, salah satu

contohnya adalah Earth Hi Tester, seperti contoh di bawah ini :

Gambar 2.12 Earth Hi Tester HIOKI tipe 3151

31

Spesifikasi Alat Ukur Earth Hi Tester :

Merk : HIOKI

Tipe : 3151

Batas Ukur : X 1Ω 0 - 11,5 Ω

X 10Ω 0 – 11,5 Ω

X 100Ω 0 – 115 Ω

V AC 0 – 30 Volt

V Open Circuit : AC 50 Vmax

I HS : AC 1,5 mA

Max Rated Power : 2,5 VA

Nilai Pengukuran : Rx + Ro (simple measurement)

Frekuensi : 575 Hz (2a/32), 600 Hz (2b/3b)

Pada penelitian pengukuran tahanan jenis tanah ini dilakukan menggunakan

metoda tiga titik, dimana dalam pengukurannya menggunakan dua buah elektroda

bantu.

32

CPE

selector

switch slide

switch push

button

switch

minimal 5 m

maksimal 20 m

Elektroda Bantu II

Elektroda Bantu I

Elektroda Utama

Tanah

Gambar 2.13 Skema pengukuran metoda 3 kutub (0º)

32

Tanah

32

CPE

selector

switch slide

switch push

button

switchmaksimal 20 m

Elektroda Bantu II

Elektroda Utama

Tanah

Gambar 2.14 Skema pengukuran metoda 3 kutub (45º)

Tanah

Tanah

Elektroda Utama

Elektroda Bantu I

Elektroda Bantu II

maksimal 20 m

push

button

switch

slide

switch

selector

switch

E P C

2 3

Gambar 2.15 Skema pengukuran metoda 3 kutub (90º)

33

Dalam melakukan pengukuran ini, untuk mendapatkan nilai resistansi

pembumian yang sebenarnya dari suatu sistem pembumian tidak langsung didapat

dalam 1 kali proses pengukuran. Berdasarkan grafik di bawah ini adalah dimana

nilai tahanan pembumian sudah konstan :

Gambar 2.16 Grafik tahanan sebagai fungsi jarak terhadap fungsi E

Pada grafik di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa nilai tahanan

pembumian terjadi pada saat garis lurus, dimana suatu nilai tahanan pembumian

pada saat garis lurus tersebut sama nilai tahanannya atau mendekati. Dalam upaya

memperoleh nilai tahanan pembumian yang sama penulis melakukan beberapa

kali pengukuran dengan cara merubah sudut pengukuran nya.

Ω

Jarak