Anaisis Pengaruh Semen Konduktif Sebagai Media Pembumian Eektroda Batang I M Yuistya Negara, Daniar Fahmi, D.A. Asfani, Bimo Prajanuarto, Arief M. Jurusan Teknik Eektro Institut Teknoogi Sepuuh Nopember Surabaya, Indonesia Abstract Pada studi ini diakukan metode pembumian dengan eektroda batang serta kombinasi peetakan semen konduktif untuk mengetahui penurunan resistansi pembumian sebeum dan seteah pemberian semen konduktif disekitar eektroda batang. Pada studi ini hasi pengujian secara angsung yang teah diperoeh digunakan sebagai acuan awa untuk diakukan tinjauan seanjutnya. Studi ini diakukan agar pembumian dapat diakukan pada tanah yang tidak dapat digai dengan kedaaman yang cukup sehingga pemberian semen konduktif ini memungkinkan untuk diakukannya pembumian yang baik. Pengkodisian tanah yang diakukan pada studi ini yaitu dengan menggunakan eektroda batang (rod) yang ditanam kedaam tanah dengan kedaaman tetap, yang sebeumnya tanah teah di treatment dengan dengan mencampurkan semen konduktif pada tanah sebagai medium penurun resistansi tanah dengan voume dan posisi yang berbeda. Untuk mengetahui parameter tahanan yang akan diukur memakai aat earth resistance tester. Pengujian ini diakukan beruang kai untuk mengetahui niai rata rata yang ditentukan anaisa data dengan pengujian serta perhitungan matematik. Dari anaisis teah diperoeh bahwa posisi peetakan semen konduktif mempengaruhi penurunan resistansi pembumian. Seain itu, pengaruh kerapatan materia yang terkandung daam tanah juga mempengaruhi penurunan resistansi pembumian. Keywords Spacer (Perentang); Quadrupe Spacer; Poutan air garam; Finite Eement Method Simuation. I. PENDAHULUAN Suatu sistem distribusi tenaga istrik merupakan sistem yang uas yang menghubungkan satu titik ke titik ain sehingga sangat peka terhadap berbagai gangguan,diantaranya adaah gangguan tanah[1]. Dari gangguan tersebut memiiki banyak dampak yang dapat menurunkan tegangan cukup besar, menurunkan stabiitas sistem, membahayakan manusia dan dapat merusak peraatan eektronik. Dan saah satu faktor yang berpengaruh agar kestabian sistem dan keamanan peraatan istrik tetap terjaga adaah dengan pentanahan pada peraatan yang baik [2]. Daam suatu sistem pentanahan yang baik, semakin keci niai resistansi pembumian maka kemampuan mengairkan arus ketanah semakin besar sehingga arus gangguan yang mungkin terjadi tidak mengair ke peraatan dan merusaknya. Ini berarti pentanahan yang baik, niai resistansi tanahnya harus 1-5 ohm atau ebih rendah [3]. Dengan kondisi dimana suatu okasi memiiki resistansi tanah yang tinggi, dengan kondisi tanah yang berbatu itu bisa menjadi tidak mungkin untuk meakukan pembumian dengan batang vertika (rod). Karena struktur tanah yang kering,kadar air yang terkandung daam tanah, temperatur tanah dan ukuran butiran materia[4]. Mengacu pada peneitian sebeumnya yang teah diakukan untuk mengurangi resistansi pada tanah menggunakan semen konduktif sebagai media pentanahan eektroda jenis batang, metode tersebut mampu mengurangi resistansi tanah seminim mungkin [5]. Pada tugas akhir ini diakukan perubahan treatment yang diakukan pada tanah menggunakan semen konduktif sebagai indikator campuran tanah untuk menurunkan resistansi tanah.dan diharapkan metode ini dapat menurunkan resistansi tanah dengan ebih efektif agi. II. ELEKTRODA BATANG DAN SEMEN KONDUKTIF Daam suatu sistem pembumian yang baik jenis tanah juga sangat menentukan resistivitas tanah tersebut. Tidak semua tanah memiiki niai resistivitas yang baik untuk suatu sistem pembumian ini dipengaruhi oeh kerapatan serta kontaminasi yang dimiiki oeh tanah tersebut serta tempat dan kondisi dimana tanah itu berada. Sehubungan dengan sistem pembumian tanah dibagi daam beberapa jenis. Berikut adaah Tabe 1 Niai resistivitas beberapa jenis tanah [6] Jenis Tanah Resistivitas daam (ohm-cm) Tanah iat, tanah kebun, d 500 5.000 Tanah iat 800 5.000 Campuran tanah iat, pasir dan keriki 4.000 25.000 Pasir dan keriki 6.000 10.000 Batu tuis, pasir berbatu, d 1.000 50.000 Gambar 1 Eektroda batang tabe dari beberapa jenis tanah serta perkiraan niai resistivitasnya dan dapat diperoeh data sebagai berikut [6]. Niai resistivitas yang berada di daam Tabe 1 adaah suatu perkiraan untuk niai resistivitas yang diharapkan. Berbagai macam peneitian dari waktu ke waktu yang mengukur niai resistivitas berbagai jenis tanah baik meaui pengambian sampe contoh dan mengukurnya daam peneitian khusus maupun dengan pengukuran yang tidak berpengaruh pada massa tanah. Peneitian tersebut bukan termasuk masaah yang 24
tidak mudah tetapi memungkinkan untuk memberikan hasi yang akurat. Sangat suit untuk dapat memastikan bahwa contoh sampe yang diambi dari tanah daam kondisi yang sama ketika diukur sebagaimana ia ditempatkan. A. Eektroda Batang Tujuan utama sistem pembumian adaah mendapatkan niaai resistansi yang rendah sehingga memungkinkan untuk arus gangguan yang terjadi dapat dengan cepat tersaurkan ke tanah. Eektroda pembumian yang digunakan untuk meewatkan arus gangguan ke tanah adaah eektroda pembumian jenis batang. Seperti yang dijeaskan sebeumnya eektroda batang adaah eektroda yang terbuat dari tembaga,besi baja profi atau pipa yang dipancangkan kedaam bumi. Daam penggunaanya, eektroda batang sangat dipengaruhi oeh ukuran, dimensi dan bahan dari eektroda batang tersebut, karena pada dasarnya pembumian dengan eektroda batang peru memperhatikan panjang dan ukuran eektrodanya agar daam meakukan instaasi pembumian bisa diperoeh hasi dan niai yang baik, meskipun pengaruh ukuran diameter terhadap resistansi pembumiannya adaah keci yang hanya berpengaruh sekitar 10% [7]. Pada umumnya eektroda batang menggunakan siinder yang terbuat dari tembaga murni, batang tembaga teanjang dan berapis (copper-cad stee), batang besi tahan karat (stainess rod), kawat tembaga yang dimasukkan ke daam batang pipa yang digavanisasi dan dapat berupa baja yang sudah disepuh oeh tembaga. Bentuk iustrasi eektroda batang ditunjukkan oeh Gambar 1. B. Semen Konduktif Jenis semen yang akan digunakan daam peneitian kai ini adaah semen konduktif atau semen grounding (ground Enhancement Materia).Semen grounding adaah bahan pengurukan atau backfi yang meningkatkan konduktivitas tanah disekitar eektroda batang dan sistem pembumian kisi kisi.pada umumnya semen grounding digunakan pada kondisi dengan resistansi tinggi termasuk berbatu dan berpasir tanah, serta medan kering,pegunungan, dan tanah beku agar resistansi menurun untuk menciptakan sistem pentanahan yang handa. Sistem pentanahanyang handa akan memberikan jaan impedansi yang cukup rendah untuk mengairkan arus ke tanah. Gambar 2 Pengukuran resistivitas semen konduktif Seain itu semen konduktif memiiki beberapa keebihan yang sangat menguntungkan bagi sistem pembumian diantaranya adaah : 1. Konduktivitas istrik yang stabi. 2. Memiiki efisiensi yang sangat tinggi untuk menurunkan resistansi. 3. Sangat baik ketahanannya terhadap korosi. III. PERANCANGAN PENGUJIAN Gambar 2 menunjukkan rangkaian pengukuran resistansi semen konduktif. Semen Konduktif yang akan digunakan sebagai media untuk memperkeci niai resistansi pembumian dimasukan daam pipa ukur pastik dan diberi tutup pada setiap ujung pipa dan dipasang kawat tembaga serta dipasang seri dengan ohmmeter untuk dapat mengetahui niai resistansinya.. Untuk mengukur resistivitas semen konduktif dapat diakukan dengan menggunakan Ohmmeter dan diperoeh dari hasi pengukuran, dengan persamaan: A. R ρ = (1) 2 π r. R ρ = ohm cm dengan: R = niai resistansi hasi pengukuran (ohm) = tinggi semen konduktif daam tabung ukur (cm) 25
d (panjang eektroda batang daam tanah) (diameter eektroda batang) Gambar 3 Pengukuran resistivitas tanah menggunakan metode empat titik dengan Earth Resistance Tester A = uas penampang tabung ukur (cm 2 ) r = jari jari tabung ukur (cm) ρ = niai resistivitas semen konduktif (ohm-cm) Gambar 3 memperihatkan rangkaian pengukuran resistivitas tanah. Pada rangkaian ini, digunakan empat buah eektroda batang yang dihubungkan dengan Earth Resistance Tester. Pada pengukuran resistansi tanah besar arus yang mengair ke tanah akan terbaca pada Ampermeter dan hasi pengukuran pada Votmeter juga terbaca, au untuk mendapatkan niai resistansi tanahnya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: ρ = 1+ dengan a = jarak antara eektroda batang yang dimasukkan ke tanah (cm) b = kedaaman penanaman eektroda batang (cm) ρ = resistivitas tanah (ohm-cm) U = tegangan yang terukur pada Votmeter (vot) I = arus yang terukur pada Amperemeter (ampere) n = memiiki niai antara 1 sampai 2 tergantung oeh perbandingan b/a Secara teori resistansi daam sistem pembumian adaah komposisi dari resistansi eektroda batang, resistansi kontak antara permukaan eektroda batang dan tanah disekitarnya, resistansi bagian tanah di sekitar eektroda batang pembumian. Untuk mengetahui pengaruh niai resistansi eektroda batang terhadap resistansi pembumian pada peneitian ini, diakukan perhitungan resistansi eektroda batang yang tegak urus dengan tanah dapat ditentukan dengan persamaan [6]: R = ρ 4 og e 2 π d dengan ρ 4π a U 4π a U = 2a 2a n I I 2 2 2 2 ( a + 4b ) (4a + 4b ) (resistivitas eektroda batang) (2) (3) Gambar 4 Variasi pemodean peetakan semen konduktif pada obyek uji Tabe 2 Hasi pengukuran resistansi pembumian daam medium tanah dengan komposisi 50% voume semen konduktif 50% voume tanah Kondisi Tanah Pada peneitian ini, peetakan semen konduktif sebagai treatment pada penurunan resistansi tanah digunakan sebagai variabe utama. Komposisi antara semen konduktif dengan tanah adaah 50:50. Variasi pemodean peetakkan semen konduktif ditunjukkan oeh Gambar 4. IV. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS Re (Ohm) 1. Sebeum Pemberian semen Konduktif 49 2.Seteah pemberian semen konduktif, dengan peetakan semen pada: -Posisi 1 18,3 -Posisi 2 20,5 -Posisi 3 35 -Posisi 4 23,3 -Posisi 5 28,3 Data data yang ada daam peneitian adaah data data yang didapatkan dari hasi pengambian data berupa pengukuran secara angsung baik diapangan maupun di aboratorium. Dengan menggunakan persamaan (1), (2), dan (3), maka dapat diperoeh besarnya resistivitas semen konduktif adaah 35,91 Ohm-cm, resistansi tanah kete adaah 3371,57 Ohm-cm, sedangkan resistansi eektroda batang dapat diabaikan karena niai resistansi yang sangat keci. Data-data yang diperoeh bertujuan untuk mengetahui karakteristik pengaruh pemberian semen konduktif terhadap perubahan resistansi pembumian. Tabe 2 menunjukkan hasi pengukuran secara angsung dengan menggunakan aat Earth Resistance Tester. 26
Gambar 5 Mode Peetakan Semen Konduktif pada Posisi 1 Gambar 7. Fungsi Resistansi Pembumian terhadap Jarak pada setiap apisan tanah pada posisi 1 Karena hasi paing efektif adaah posisi 1 dan 2, maka perbandignan dengan hasi pengukuran secara matematis hanya diakukan pada posisi 1 dan 2 saja. Dengan menggunakan persamaan di atas, maka nantinya diperoeh bahwa besar resistansi tanah hasi pengukuran yaitu 3275,16 Ohm-cm. Seteah niai resistansi pada masing-masing apisan diketahui dari pendekatan matematis, maka diperoeh data sebagai berikut: ρ s = 35,91 ohm-cm ρ TK = 3371,57 ohm-cm = 3275,16 ohm-cm ρ TL Gambar 6. Mode Peetakan Semen Konduktif pada Posisi 2 Niai rho di atas secara rinci dapat diihat etaknya pada Gambar 5 untuk posisi 1 dan Gambar 6 untuk posisi 2. Niai niai tersebut digunakan dasar untuk menentukan hubungan antara resistansi pembumian terhadap jarak pada setiap teba apisan tanah yang dipengaruhi oeh mode peetakan semen konduktif. Grafik hubungan antara resistansi pembumian dengan jarak pada setiap teba apisan tanah untuk mode posisi 1 dan 2 berturut-turut ditunjukkan oeh Gambar 7 dan 8. Dari Tabe 3 terihat bahwa prosentase kesaahan mode peetakan semen konduktif pada posisi satu ebih keci dibandingkan mode peetakan semen konduktif pada posisi dua. Terbukti seteah diakukan anaisis meaui dua pendekatan yaitu secara matematik dan pengukuran secara angsung, dapat diketahui bahwa peetakan semen konduktif pada tanah dengan posisi satu mempunyai niai resistansi pembumian yang paing keci. Gambar 8. Fungsi Resistansi Pembumian terhadap Jarak pada setiap apisan tanah pada posisi 2 Tabe 3 Perbandingan niai resistansi pembumian antara hasi pengukuran dengan dengan anaisa matematik Mode Peetakan Re hasi Re hasi anaisa Semen Konduktif pengukuran (ohm) V. KESIMPULAN Pada peneitian ini teah diakukan pemanfaatan semen konduktif sebagai media pembumian eektroda batang. Beberapa kesimpuan yang dapat diambi bahwa posisi peetakan semen konduktif daam tanah memiiki pengaruh yang sangat besar daam memperkeci niai resistansi pembumian. Seain itu, Pengaruh kerapatan materia yang terkandung daam tanah juga sangat mempengaruhi penurunan resistansi pembumian. REFERENCES matematis (ohm) Posisi 1 18,3 18,0017 Posisi 2 20,5 18,0017 [1] W,Keitz,Switzer. 1999.Practica Guide to Eecktrica grounding. ERICO [2] Hutauruk, T.S. 1991. Pembumian Netra Sistem Tenaga dan Pembumian Peraatan. Jakarta: Erangga [3] 1982. IEEE Green Book: Recommended Practice For Grounding of Industria and Commercia Power Sistem ANSI. New York: Institute of Eectrica and Eectronics Engineers, Inc. [4] George,Frank,Tagg.1964.Earth Resistances. Pitman Pubishing Corp [5] Yanuarianto,Yudistiro.2008.Pemanfaatan Arang Kayu Sebagai Media Pembumian Eekroda Jenis Batang.Maang : Jurusan Teknik Eektro Fakutas Teknik Universitas Brawijaya [6] Tagg, G.F. 1964. Earth Resistance. London: The Whitefriars Press Ltd. 27
[7] Roy B. Carpenter Jr., Mark M. Drabkin & Joseph A. Lanzoni. 1997. Better Grounding. Journa. USA: Lightning Eiminators & Consutants, Inc. [8] Anonim. IEEE Green book Std 142-1991: 184 (* Sesuai SPLN 102, 1993: 9) [9] Anonim. Pedoman Pengawasan Instaasi Listrik (Disnaker-RI), 1987: 18 [10] Anonim. DISNAKER RI, 1987: 18 [11] Anonim. Paba,1988:218 28