Penurunan Tahanan Pembumian Pada Elektroda Batang Dengan Metoda Deep-Ground-Well (Aplikasi Di Desa Paya Geli Kabupaten Deli Serdang Sumatera Utara)

(1)

PENURUNAN TAHANAN PEMBUMIAN

PADA ELEKTRODA BATANG

DENGAN METODA DEEP-GROUND-WELL

(Aplikasi di Desa Paya Geli Kabupaten Deli Serdang Sumatera Utara)

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

OLEH :

KHAIRIL AMIR 050402036

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Sistem pembumian adalah sangat penting untuk memelihara keamanan dan keandalan operasi jaringan tenaga listrik dan memastikan keselamatan dari operator dan peralatan. Tahanan pembumian pada sistem pembumian harus sekecil mungkin nilainya. Berbagai metoda telah diterapkan untuk memperkecil tahanan pembumian seperti pada pembumian grid yaitu memperluas grid pembumian, memperdalam penanaman grid pembumian, dan menambahkan bahan-bahan resistivitas rendah.

Tugas Akhir ini membahas teknik baru untuk menurunkan tahanan pembumian dengan menambahkan sumur dalam tanah (deep-ground-well) yang dibuat dari pipa galvanis. Prinsip dasar dari sumur dalam tanah (deep-ground-well) dalam menurunkan tahanan pembumian adalah menurunkan resistivitas tanah di sekitar sumur pembumian dengan membiarkan air tanah bergerak masuk ke sumur dalam tanah. Penulis menerapkan teknik baru ini pada elektroda pembumian batang dengan melakukan pendekatan praktiknya dan efek baik telah dicapai, nilai tahanan pembumian turun.

(3)

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan dan rintangan dalam, menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada junjungan Rasulullah Muhammad S.A.W.

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu, Ayahanda Amiruddin, S.T. dan Ibunda Suriati, S.Pd., serta Kakak tercinta Zulaikha Amir, Amd. dan adik yang tersayang Yan Fahmi Amir dan abang iparku Dani Rekman yang merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung, dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang.

Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulumum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Tenik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

PENURUNAN TAHANAN PEMBUMIAN PADA ELEKTRODA BATANG

DENGAN METODA DEEP-GROUND-WELL

(Aplikasi di Desa Paya Geli Kabupaten Deli Serdang Sumatera Utara)

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis dalam kesempatan ini ingin mengucapkan terima kasih kepada:

(4)

1. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnain, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. A. Rachman Hasibuan, selaku. Penasehat Akademis penulis, atas

bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama. ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Ketua Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.

6. Kepada Ayah dan Ibu yang telah mendoakan keberhasilan penulis. Ini hadiah yang penulis bisa berikan.

7. Sahabat-sahabat terbaikku di elektro: Azwar, Diana, Amy, Dewi, Gifari, Dedi.M, Rudi, Reza, Ardhy, Arie, Putra, Riza, Andika, Harpen, Umar, Iqri, Apriany P.S.U.S, Chici, Once, Nisa, Taci, Muti, Icha, Christina, Kira, Prindi, Su’ib, Luthfi, Yona, Ricky, Dedi.A, Megi, Irpan, Andry, Herman, Alex, dan semua teman-teman 2005 yang tidak mungkin disebutkan satu persatu. 8. Semua abang senior dan adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan

motivasi kepada penulis.

(5)

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.

Akhir kata penulis berserah diri pada Allah.SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.

Medan, Februari 2009

Penulis

Khairil Amir

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang ...1

I.2. Tujuan Penulisan ... 3

I.3. Batasan Masalah ... 3

I.4. Metodologi Penulisan ... 4

I.5. Sistematika Tulisan ... 4

BAB II PEMBUMIAN PERALATAN LISTRIK DENGAN ELEKTRODA BATANG II.1. Umum ... 6

II.2. Fungsi Pembumian Peralatan Listrik ... 6

II.3. Pemasangan dan Susunan Elektroda Batang ... 11

II.4. Tahanan Pembumian Elektroda Batang ... 12

(7)

II.4.2. Tahanan Pembumian Elektroda Batang ... 17

II.5. Tahanan Jenis Tanah ... 18

II.5.1. Pengaruh Keadaan Struktur Tanah ... 19

II.5.2. Pengaruh Unsur Kimia ... 20

II.5.3. Pengaruh Iklim ... 20

BAB III METODA “DEEP-GROUND-WELL” III.1. Prinsip Dasar Penurunan Tahanan Pembumian dengan Metoda “Deep-Ground-Well” ... 23

III.2. Mekanisme Analisis Sumur Dalam Tanah untuk Menurunkan Tahanan Pembumian ... 27

III.3. Pemasangan Sumur Dalam Tanah ... 30

III.4. Perkiraan Daerah Ekuivalen Resistivitas Rendah yang Dibentuk Oleh Sumur Dalam Tanah ... 33

BAB IV PENURUNAN TAHANAN PEMBUMIAN DENGAN SUMUR DALAM TANAH (DEEP-GROUND-WELL) IV.1. Tempat Penelitian ... 35

IV.2. Alat dan Bahan Penelitian ... 35

IV.3. Metode Pengukuran ... 36

IV.3.1.Pengukuran Tahanan Pembumian ... 36

(8)

IV.4. Perhitungan ... 41

BAB V KESIMPULAN dan SARAN

V.1. Kesimpulan ... 49 V.2. Saran ... 50

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Peralatan listrik tidak dibumikan disentuh oleh orang yang berdiri di

tanah ... 7

Gambar 2.2 Rangkaian pengganti sistem pada Gambar 2.1 ... 8

Gambar 2.3 Suatu peralatan listrik dibumikan disentuh seseorang ... 9

Gambar 2.4 Pemasangan elektroda pembumian ... 12

Gambar 2.5 Konduktor pelat sejajar ... 13

Gambar 2.6 Prinsip Bayangan ... 15

Gambar 2.7 Susunan elektroda batang paralel ... 17

Gambar 2.8 Variasi tahanan jenis tanah ... 22

Gambar 3.1 Diagram prinsip dari sumur air ... 24

Gambar 3.2 Daerah lahan dengan air jenuh yang dibentuk oleh sumur dalam tanah26 Gambar 3.3 Daerah tanah dengan air jenuh yang dibentuk oleh sumur dalam tanah ketika sumur dalam sentuh lapisan tanah dengan air yang dipenuhi ... 27

Gambar 3.4 Bagan skets dari pergerakan air tanah ... 28

Gambar 3.5 Bentuk saluran resistivitas rendah yang menghubungkan lapisan tanah yang berisi air jenuh ... 29

Gambar 3.6 Pengaruh dari pori-pori tegak (a) di dalam lahan kering dan (b) dengan air tanah, dan pori-pori horizontal (c) di dalam lahan kering dan (d) dengan air tanah pada penyebaran arus ... 30

Gambar 3.7 Bagan dari (a) sumur dalam tanah dan (b) hubungan dua pipa baja untuk sumur dalam tanah ... 30

(10)

Gambar 3.8 Hubungan antara resistivitas tanah yang nyata dan pengujian rentangan

elektroda dengan pengaturan empat elektroda Wenner ... 32

Gambar 3.9 Struktur geologi dari daerah gardu induk ... 33

Gambar 4.1 Rangkain pengukuran tahanan pembumian ... 36

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Harga dari Faktor F……….. 18 Tabel 2.2 Tahanan Jenis Tanah……….. 19 Tabel 4.1 Besar Tahanan Pembumian tanpa dihubungkan dengan elektroda batang tambahan berupa pipa galvanis………... 39 Tabel 4.2 Besar Tahanan Pembumian yang dihubungkan dengan elektroda batang tambahan berupa pipa galvanis ...……….. 40 Tabel 4.3 Persen kesalahan pengukuran ……….……….. 48

(12)

ABSTRAK

(13)

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Pembumian adalah satu tindakan dasar dan sangat penting untuk menjamin keamanan dan keandalan operasi sistem tenaga listrik dan memastikan keselamatan manusia dalam keadaaan gangguan tanah di sistem tenaga listrik [9].

Operasi aman sistem tenaga listrik memerlukan sistem pembumian yang baik. Bila arus hubung singkat dikenakan ke dalam satu sistem pembumian, jika tahanan pembumiannya terlalu tinggi, kemudian kenaikan potensial pembumian (GPR) sistem pembumian akan sangat tinggi, ini adalah satu ancaman kepada operator. Kadang-kadang, GPR yang tinggi akan menghancurkan kabel kontrol dan membawa tegangan tinggi ke dalam ruang kendali dari gardu induk, ini akan membuat peranti-peranti kendali menolak instruksi operasi, kemudian akan menyebabkan kerugian yang sangat besar dan kerugian efek sosial.

Tahanan pembumian yang tinggi akan mempengaruhi keamanan operasi sistem tenaga listrik. Berbagai metoda telah diberlakukan untuk memperkecil tahanan pembumian. Misalnya pada pembumian grid, metoda umum meliputi memperluas grid pembumian, menghubungkan grid pembumian utama dengan pembumian eksternal, meningkatkan penanaman grid pembumian, menambahkan elektroda-elektroda pembumian vertikal yang panjang, dan mengubah lahan-lahan di sekitar grid pembumian dengan bahan-bahan resistivitas rendah.

Metoda baru yaitu metoda “Deep-Ground-Well” dengan menambahkan elektroda-elektroda pembumian vertikal dalam ke grid pembumian berupa sumur

(14)

dalam tanah. Metoda ini menggunakan resistivitas lapisan tanah yang rendah dan air tanah untuk tujuan menurunkan tahanan pembumian. Metoda ini telah dibuktikan dan sangat efektif

Studi mengenai penurunan tahanan pembumian dengan metoda “Deep-Ground-Well” ini sudah pernah dilakukan oleh Jinling He, Gang Yu, Jingping Yuan, Rong Zeng, Bo Zhang, Jun Zou dan Zicheng Guan dari negara Cina. Tertarik akan hal tersebut penulis mencoba menerapkan hasil studi tersebut yang diaplikasikan pada elektroda pembumian batang dengan menggunakan pendekatan praktiknya.

Tugas akhir ini memperkenalkan satu metoda baru untuk mengurangi tahanan pembumian dengan menambahkan pembumian sumur dalam (disebut sumur dalam tanah atau Deep-Ground-Well) ke elektroda pembumian batang.

I.2. Tujuan penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Untuk mengaplikasikan metoda Deep-Ground-Well.

2. Membandingkan nilai tahanan pembumian secara teori dan praktek dengan metoda Deep-Ground Well.

3. Untuk mengetahui apakah dengan menggunakan metoda Deep-Ground-Well dapat menurunkan tahanan pembumian.

(15)

I.3. Batasan masalah

Untuk menghindari pembahasan yang meluas maka penulis akan membatasi pembahasan tugas akhir ini dengan hal-hal sebagai

berikut :

1. Elektroda yang dipakai yaitu sumur dalam tanah berupa pipa galvanis yang dihubungkan ke tahanan pembumian elektroda batang.

2. Pengukuran tahanan jenis tanah dengan metoda Wenner.

3. Pengukuran tahanan pembumian dengan metoda “Fall-of-Potential” atau metoda tegangan jatuh.

4. Tidak memperhitungkan pengaruh kopling induktif antara kabel yang muncul dalam pengukuran tahanan pembumian dengan menggunakan metoda “Fall-of-Potential”.

I.4. Metodologi Penulisan

Metode Penulisan yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Studi Literatur : Mengumpulkan data-data yang berasal dari buku

petunjuk, jurnal ilmiah dan bacaan-bacaan lain yang berkaitan dengan tema yang diambil.

2. Diskusi : Berupa konsultasi dengan dosen pembimbing, dosen-dosen yang lain dan rekan-rekan mahasiswa mengenai masalah yang timbul dalam penulisan.

3. Melakukan penelitian

(16)

I.5. Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai tulisan ini, secara singkat dapat diuraikan sistimatika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini mengatur tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, serta sistematika penulisan.

BAB II PEMBUMIAN PERALATAN LISTRIK DENGAN

ELEKTRODA BATANG

Bab ini membahas tentang Umum, Fungsi Pembumian Peralatan, Pemasangan dan Susunan Elektroda, Tahanan Pembumian Elektroda Batang, Tahanan Jenis Tanah.

BAB III METODA SUMUR DALAM TANAH

( DEEP-GROUND-WELL)

Bab ini berisi tentang aspek-aspek yang berkaitan dengan tahanan pembumian dengan metoda sumur dalam tanah.

BAB IV PENURUNAN TAHANAN PEMBUMIAN DENGAN

SUMUR DALAM TANAH (DEEP-GROUND-WELL)

Bagian ini berisi tentang peralatan-peralatan yang dipergunakan dalam mengukur tahanan pembumian, prosedur pengujian, rangkaian pengujian serta perbandingan hasil pengukuran secara teoritis dengan hasil pengukuran yang diperoleh dari hasil percobaan yang dilakukan.

(17)

BAB V KESIMPULAN

Bagian ini berisi tentang kesimpulan dari hasil pengujian yang telah dilakukan.

(18)

BAB II

PEMBUMIAN PERALATAN LISTRIK DENGAN ELEKTRODA BATANG II.1. Umum(3)

Tindakan-tindakan pengamanan perlu dilakukan pada instalasi rumah tangga untuk menjamin keamanan manusia yang menggunakan peralatan listrik dan binatang yang berada di sekitar instalasi. Usaha-usaha untuk mencapai tujuan ini antara lain adalah :

 Mencegah tersentuhnya bagian-bagian instalasi yang bertegangan.  Menggunakan tegangan yang cukup rendah.

 Menggunakan isolasi ganda.  Membumikan badan peralatan.  Menggunakan saklar pengaman.

Berikut ini akan dijelaskan tentang tindakan pengaman dengan membumikan badan peralatan, antara lain menyangkut fungsi pembumian peralatan, pemasangan elektroda batang, tahanan pembumian dan tahanan jenis tanah.

II.2. Fungsi Pembumian Peralatan listrik(10)

Instalasi dan perlengkapan yang bertegangan lebih dari 50 V harus dilengkapi dengan pengaman agar manusia terhindar dari bahaya sentuh tak langsung. Yang dimaksud dengan bahaya sentuh tak langsung adalah bahaya karena sentuhan pada bagian konduktif terbuka (BKT) peralatan listrik yang bertegangan akibat kegagalan isolasi. Salah satu upaya pengamanan yang dilakukan terhadap bahaya tegangan sentuh adalah dengan membumikan peralatan ke bumi. Pembumian peralatan dilakukan dengan menghubungkan semua bagian konduktif terbuka peralatan

(19)

K a w a t P h a s a

N E T R A L

P E L IN D U N G P E R A L A T A N L IS T R IK Y A N G T E R B U A T

D A R I M E T A L

tersebut ke bumi melalui penghantar pembumian dan elektroda pembumian yang di tanam di dalam bumi. Pada sistem tegangan rendah elektroda pembumian yang umum digunakan adalah elektroda batang.

Misalkan suatu peralatan mempunyai elemen yang tahanannya R, dihubungkan ke sumber tegangan V dan peralatan tersebut tidak dibumikan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Peralatan listrik tidak dibumikan disentuh oleh orang yang berdiri di tanah

Misalkan tahanan isolasi peralatan adalah Ri dan tahanan tubuh manusia ke bumi

adalah Rb. Jika ada seseorang yang sedang menyentuh peralatan berdiri di

permukaan bumi maka rangkaian pengganti dari Gambar 2.1 adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Pada gambar tersebut arus dari sumber utama akan mempunyai suatu lintasan alternatif yang melewati tahanan isolasi peralatan listrik Ri, tahanan tubuh manusia ke bumi (Rb).

(20)

V P

R Ri

Rb Ib Ia I Re L I N T A S A N A L T E R N A T I F 0

Gambar 2.2. Rangkaian pengganti sistem pada Gambar 2.1

Arus Ib adalah arus pada lintasan alternatif. Arus ini tergantung pada tahanan

isolasi Ri, Rb, Re dan tegangan terpasang V. Namun, yang paling mempengaruhi arus

tersebut adalah tahanan Ri karena nilainya bervariasi mulai dari tak terhingga ketika

isolasinya bagus dan nol ohm ketika terjadi hubung singkat antara elemen peralatan dan pelindung metal. Tidak ada arus yang akan melewati lintasan alternatif jika tahanan isolasi tak terhingga.

Ketika peralatan baik atau tidak terjadi kegagalan isolasi, maka :

Ri = ∞………..………….(2.1)

sehingga

Ib = 0

R -R_b _e  



………...(2.2)

Akibatnya, tidak ada arus yang mengalir melewati tubuh dan tidak ada kejutan listrik yang dialami oleh manusia.

(21)

V P

R Ri

A Ic

Rpp

Ketika isolasi elemen rusak, tahanan isolasi peralatan akan mendekati nol, dan nilai Ib akan lebih tergantung kepada tahanan tubuh manusia (Rb). Arus ini dapat

menimbulkan bahaya yang fatal kepada manusia. Dalam keadaan ini, Ib =

e b R

R V

 ……….(2.3)

Adapun besar tegangan yang dirasakan oleh manusia adalah

Vb = IbRb………..………...…..(2.4)

Tegangan yang dirasakan oleh tubuh terlihat ditentukan oleh besarnya arus Ib

yang mengalir melalui tubuh, sehingga arus Ib diusahakan sekecil mungkin agar

tegangan yang dirasakan oleh tubuh tidak membahayakan.

Misalkan pelindung metal dibumikan seperti Gambar 2.3.a. Rangkaian listriknya adalah seperti pada Gambar 2.3.b.

Gambar 2.3. Suatu peralatan listrik dibumikan disentuh seseorang a.Peralatan yang dibumikan b.Rangkaian listrik pengganti Gambar 2.3.a. Arus Ib sangat ditentukan oleh tahanan Ri. Ketika isolasi dari elemen bagus,

nilai Ri sangat besar sehingga arus Ib dapat diabaikan. Ketika isolasi tersebut buruk,

nilai Ri akan mendekati nol. Arus bocor Ib dapat memberikan efek yang sangat fatal

(22)

manusia dengan tahanan Rb dan satu lagi melewati tahanan kawat penghantar

pengaman Rpp dan tahanan pembumian Re. Tahanan pembumian selalu diusahakan

sekecil mungkin. Karena Re jauh lebih besar dari Rpp, maka tahanan Rpp dapat

diabaikan.

Tahanan ekivalen lintasan alternatif menjadi : R = Ri+

b e 1/R R / 1 1

 = Ri+

b e b e R R R R  ...(2.5) selanjutnya

Ib =

b e b e i R R R R R V   ...(2.6)

Jika arus yang melewati tubuh dan pembumian masing-masing adalah Ic dan Id,

maka : Ic =

b e b R R I

 x Re……….………...(2.7)

dan Id =

b e b R R I

 x Rb………..…….(2.8)

Karena nilai maksimum Re dibuat 5 Ohm (menurut PUIL) dan Rb di bawah

kondisi paling buruk mencapai 1.000 Ohm, maka arus Id akan lebih besar dari Ic.

Artinya, arus yang melewati sistem pembumian lebih besar dari arus yang melewati tubuh manusia, sehingga arus yang melalui tubuh manusia tidak menimbulkan bahaya.

Besar tegangan yang dirasakan oleh tubuh manusia adalah :

(23)

Besar tegangan yang dirasakan oleh tubuh tidak cukup menyebabkan bahaya karena besar arus Ic sangat kecil bila dibandingkan dengan arus yang melewati

tahanan pembumian.

Nilai arus Ib akan cukup besar sehingga arus dari sumber semakin besar. Hal

ini menyebabkan fuse pada rangkaian melebur sehingga peralatan listrik terisolir dari sumber listrik.

Uraian di atas memberi kesimpulan bahwa fungsi pembumian adalah membatasi tegangan ke bumi pada bagian-bagian konduktif terbuka (BKT) peralatan listrik jika terjadi hubung singkat ke badan peralatan akibat kegagalan isolasi.

II.3 Pemasangan dan Susunan Elektroda Batang(3)

Elektroda batang dapat berupa pipa besi, baja profil atau batang logam lainnya yang dipancangkan ke dalam tanah. Elektroda batang dimasukkan tegak lurus ke dalam tanah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4. Panjangnya disesuaikan dengan tahanan pembumian yang diperlukan. Tahanan pembumian satu elektroda pembumian sebagian besar tergantung pada panjang elektroda, tahanan jenis tanah dan sedikit tergantung pada ukuran penampangnya. Jika satu batang elektroda pembumian tidak dapat mencapai nilai tahanan pembumian yang diinginkan maka digunakan beberapa elektroda yang diparalel.

(24)

Gambar 2.4. Pemasangan elektroda pembumian

Tahanan pembumian dari elektroda pembumian tergantung pada jenis dan keadaan tanah serta pada ukuran dan susunan elektroda. Tahanan pembumian suatu elektroda harus dapat diukur. Untuk keperluan tersebut penghantar yang menghubungkan setiap elektroda bumi atau susunan elektroda bumi harus dilengkapi dengan hubungan yang dapat dilepaskan.

II.4. Tahanan Pembumian Elektroda Batang(4)

Tahanan pembumian didefinisikan sebagai besarnya tahanan yang dirasakan oleh arus yang mengalir dari elektroda pembumian ke suatu titik yang jauh tak terhingga yang mempunyai tahanan nol. Sedangkan yang dimaksud dengan elektroda pembumian adalah penghantar yang di tanam dalam bumi dan membuat hubungan langsung dengan bumi. Tahanan pembumian merupakan salah satu parameter yang sangat perlu diketahui dalam merencanakan suatu sistem pembumian. Sistem pembumian yang baik akan memberikan harga tahanan pembumian yang mendekati nol.

(25)

d c m

L u a s A c m2

Q = q A C o u lo m b

II.4.1. Satu Batang Elektroda(7)

Dasar perhitungan tahanan pembumian adalah perhitungan kapasitansi dari elektroda pembumian dengan anggapan bahwa distribusi arus atau muatan uniform sepanjang elektroda. Hubungan tahanan dan kapasitansi dapat dijelaskan dengan analogi.

Misalkan dua pelat konduktor diisolir dengan luas masing-masing A cm2 dengan rapat muatan pelat masing-masing q/cm2, dan –q/cm2, jarak antara pelat adalah d cm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Konduktor pelat sejajar

Jumlah garis fluks yang melalui dielektrik di antara kedua pelat adalah 4πqA. Kuat medannya adalah 4πq. Maka tegangan antara kedua pelat V = 4πqd Volt. Jumlah muatan pada setiap pelat adalah Q = qA Coulomb. Dari hubungan :

V Q

C  ………...(2.10) Diperoleh :

A q

d q Q

V C

 4 1



(26)

A d C

 4 1



Jika di antara kedua pelat diletakkan tanah dengan tahanan jenis  ohm-cm maka tahanan antara pelat adalah :

A d

R  ………....(2.12)

Dari persamaan 2.10 diperoleh :

C A

 4

 ………...….(2.13)

Sehingga tahanan :

C R

 4

 ...(2.14)

Dimana :

R = tahanan (ohm) C = kapasitansi (farad)

 = tahanan jenis tanah (ohm-cm)

Dalam hal ini tahanan elektrodanya sendiri tidak diperhitungkan karena tahanan jenis konduktor kecil sekali dibandingkan dengan tahanan jenis tanah. Kalau kita perhatikan Persamaan 2.12, maka tahanan pembumian dapat dihitung dengan menghitung sistem pembumian.

Kapasitansi suatu sistem pembumian adalah dengan prinsip bayangan. Prinsip bayangan secara sederhana dapat diterangkan sebagai berikut : misalkan dua elektroda titik A dan B bermuatan yang sama besarnya di dalam media yang tak terbatas, dan juga dimisalkan arus I mengalir pada kedua titik tersebut, seperti yang

(27)

dilukis pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Prinsip Bayangan

Arus I akan mengalir keluar dari kedua elektroda titik tersebut secara radial. Suatu bidang bayangan terletak di tengah-tengah kedua elektroda dan tegak lurus terhadap garis hubung kedua elektroda. Karena kedua elektroda tersebut simetris terhadap bidang bayangan, maka tidak ada arus yang mengalir dalam arah tegak lurus bidang bayangan. Apabila media dan elektroda pada suatu sisi dihilangkan tanpa mengubah distribusi arus dan tegangan maka bidang bayangan PP’ dapat disamakan dengan permukaan tanah. Apabila bidang bayangan dianggap sebagai permukaan tanah maka potensial disebabkan oleh elektroda di bawah permukaan tanah adalah :

   

   

' 1 1

4 S S

I V

 ………....….(2.15)

Dimana :

V = potensial pada permukaan tanah (Volt)

(28)

 = tahanan jenis tanah (Ohm-Meter)

S = jarak elektroda terhadap permukaan tanah (Meter) S’ = jarak bayangan elektroda terhadap permukaan tanah

(Meter)

Dalam persoalan pembumian, elektroda pembumian merupakan bahan penghantar yang membawa muatan listrik yang terdistribusi (menyebar) di sekeliling elektroda pembumian. Dengan cara seperti ini potensial di setiap tempat pada permukaan elektroda akan sama. Bila pada elektroda tersebut diberikan suatu muatan yang merata, maka kapasitansi dapat dihitung dengan metode potensial rata - rata. Hasil yang didapatkan untuk satu batang elektroda berbentuk selinder yang ditanam tegak lurus terhadap permukaan tanah seluruhnya di dalam tanah dinyatakan dengan

persamaan: 

  



 _

 1 ln4 1

a L L

C ...(2.16)

Maka tahanan dari satu batang elektroda yang ditanam tegak lurus permukaan tanah, didapat dengan mensubtitusikan persamaan (2.16) ke dalam persamaan (2.12) sehingga diperoleh persamaan

   



 _

 ln4 1

2 a

L L



(29)

II.4.2. Tahanan Pembumian Elektroda Batang Paralel(13)

Jika dengan menggunakan satu batang elektroda, tahanan pembumian tidak mencapai yang diinginkan maka digunakan beberapa elektroda yang diparalel, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Susunan elektroda batang paralel Tahanan pembumian sistem pembumian paralel adalah :

Rt =

N

F

a

L









_

_













ln

4

1

2

1 1





₍₁₄₎

...(2.18)

Dimana :

Rt = Tahanan Pembumian yang mempunyai beberapa elektroda (Ohm) _{= Tahanan Jenis Tanah (Ohm-meter)}

L = Panjang Elektroda (meter)

a = Diameter Elektroda (meter) N = Jumlah elektroda

F = Faktor yang nilainya bervariasi menurut jumlah elektroda nilainya terdapat dalam Tabel 2.1

(30)

Tabel 2.1. Harga dari Faktor F(12) Jumlah Elektroda F

2 1.16 3 1.29 4 1.36 8 1.68 12 1.80 16 1.92 20 2.00 24 2.16

II.5 Tahanan Jenis Tanah(2)

Menurut Persamaan 2.12, tahanan pembumian tergantung kepada tahanan jenis tanah (). Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tidaklah sama. Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis tanah adalah :

a. Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya, seperti tanah liat, tanah rawa, tanah berbatu, tanah berpasir, tanah gambut dan sebagainya.

b. Unsur kimia yang terkandung dalam tanah, seperti garam, logam, dan mineral-mineral lainnya.

c. Keadaan iklim, basah atau kering. d. Temperatur tanah dan jenis tanah.

Berdasarkan Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000) tahanan jenis tanah dari berbagai jenis tanah dapat dilihat pada Tabel 2.2.

(31)

Tabel 2.2. Tahanan Jenis Tanah(3)

Jenis Tanah Tahanan Jenis Tanah (-m)

Tanah Rawa 30

Tanah Liat dan Tanah

Ladang 100

Pasir Basah 200

Kerikil Basah 500

Pasir dan Kerikil kering 1000

Tanah Berbatu 3000

II.5.1. Pengaruh Keadaan Struktur Tanah(12)

Tahanan jenis tanah bervariasi dari 500 sampai 50000 Ohm per cm3. Kadang-kadang harga ini dinyatakan dalam Ohm-cm. Pernyataan Ohm-cm merepresentasikan tahanan di antara dua permukaan yang berlawanan dari suatu volume tanah yang berisi 1 cm3. Kesulitan yang biasa dijumpai dalam mengukur tahanan jenis tanah adalah bahwa dalam kenyataannya komposisi tanah tidaklah homogen pada seluruh volume tanah, dapat bervariasi secara vertikal maupun horizontal, sehingga pada lapisan tertentu mungkin terdapat dua atau lebih jenis tanah dengan tahanan jenis yang berbeda. Untuk memperoleh harga sebenarnya dari tahanan jenis tanah, harus dilakukan pengukuran langsung ditempat dengan memperbanyak titik pengukuran.

II.5.2. Pengaruh Unsur Kimia(2)

Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah yang lebih rendah, komposisi kimia tanah diubah dengan memberikan garam pada tanah dekat elektroda pembumian. Cara ini hanya baik untuk sementara sebab proses penggaraman harus dilakukan

(32)

Cara lain untuk mendapatkan tahanan jenis tanah yang rendah adalah dengan memberikan air atau membasahi tanah. Harga tahanan jenis tanah pada kedalaman yang terbatas sangat tergantung dengan keadaan cuaca. Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah rata-rata untuk keperluan perencanaan, maka diperlukan penyelidikan atau pengukuran dalam jangka waktu tertentu.

II.5.3. Pengaruh Iklim(7)

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.

II.5.4. Pengaruh Temperatur Tanah(7)

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 menjadi

(33)

aha

n J

eni

(



-m

)

Kandungan Garam dalam %

aha

n J

eni

(



-m

)

Kelembaban tanah dalam %

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. Pengaruh temperatur terhadap tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan rumus di bawah ini :





t  

  ₀ 1 ...(2.19) dimana :

t = tahanan jenis tanah pada tC.

o = tahanan jenis tanah pada 0C

o = koefisien temperatur tahanan per C pada 0

t = temperatur yang timbul (C)

Secara grafis pengaruh kandungan garam, kelembaban tanah dan temperatur terhadap tahanan jenis tanah dapat dilihat pada Gambar 2.8

(34)

(c)

Gambar 2.8. Variasi tahanan jenis tanah karena :

(a) Kandungan Garam ; (b) kelembaban tanah ; (c) Temperatur

aha

eni

s (



-m

)

T e m p e ra tu r d a la m %

(35)

BAB III

METODA SUMUR DALAM TANAH ( DEEP-GROUND-WELL )

III.1. PRINSIP DASAR PENURUNAN TAHANAN PEMBUMIAN DENGAN METODA DEEP GROUND WELL.

A. Pengaruh Air pada Resistivitas Tanah

Untuk mengurangi tahanan pembumian adalah dengan mengubah tahanan tanah di sekitar sistem pembumian, sebab tahanan pembumian sebagian besar ditentukan oleh resistivitas tanah di daerah sekitar sistem pembumian.

Resistivitas tanah secara alami dipengaruhi oleh kadar air, sifat dan densitas elektrolit dan mempunyai ciri-ciri hantaran ion. Biasanya, resistivitas tanah dengan banyak air adalah kecil, dan resistivitas tanah kering adalah tinggi.

B. Prinsip dari Deep Ground Well untuk menurunkan tahanan pembumian

Kadar air adalah salah satu faktor yang sangat penting untuk menurunkan resistivitas tanah, kelembaban yang lebih tinggi akan mengakibatkan resistivitas tanah yang lebih rendah. Dapatkah kita meningkatkan kadar air tanah di sekitar elektroda-elektroda pembumian untuk menurunkan tahanan pembumian?

Seperti kita ketahui, jika kita menggali sumur, maka air tanah akan bergerak ke sumur itu. Prinsip dari sumur dapat diterangkan oleh Gambar 3.1.

(36)

Gambar 3.1

Diagram prinsip dari sumur air

Di dalam tanah dengan kedalaman h, tekanan P1, di dinding samping sumur adalah tekanan atmosfer, tekanan P2 pada molekul air tanah di dalam tanah dengan kedalaman h adalah tekanan atmosfer ditambah tekanan tanah di dalam penempatan kedalaman h. Maka,

P2 > P1

Jadi, molekul air tanah akan bergerak ke sumur karena adanya beda tekanan, kemudian air tanah akan terkumpul di dalam sumur, dan satu daerah tanah yang besar dekat sumur air menjadi penuh dengan air, sehingga resistivitas daerah tanah yang penuh dengan air tanah adalah rendah. Jika kita membangun satu elektroda pipa logam sebagai dinding samping sumur air, kemudian elektroda pipa logam mempunyai tahanan pembumian yang rendah. Untuk tujuan menjaga beda tekanan untuk menggiring air ke dalam bagian dalam pipa logam, banyak lubang-lubang kecil harus dibor di tabung.

Keseluruhan, prinsip dari metoda deep-ground-well adalah untuk menurunkan tahanan pembumian dengan sumur dalam untuk mengubah gerakkan arah air tanah di dalam tanah sekitar elektroda pembumian, dan menggunakan gaya

(37)

berat air, kapiler air di dalam air tanah untuk meningkatkan kelembaban tanah disekitar elektroda pembumian, yang akan menurunkan resistivitas tanah dan sebagai akibatnya dapat mengurangi tahanan pembumian pada elektroda pembumian.

C. Air Bawah Tanah

Biasanya, ada banyak jenis dari celah udara yang tidak hanya di dalam batu keras tetapi juga di dalam tanah sediment yang padat, yang menyediakan ruang simpan dan bergeraknya air tanah di dalam tanah. Air tanah tercadangkan di pori-pori dari batu keras yang berbeda, dan antar celah-celah dari partikel tanah, yang satu hubungan dari sirkulasi air alam. Air tanah di dalam pori-pori dari batu keras yang berbeda ada di dalam bagian berbeda, seperti air hidrasi (termasuk air pellicular), air kapiler, air keadaan pejal, air seperti kabut [6]. Air tanah ditambahkan oleh air hujan.

Menurut bagian berbeda dari air tanah, tanah dapat dibagi atas lapisan tanah yang kering, lapisan tanah basah, dan lapisan air jenuh.

Keberadaan dari air tanah menyediakan kondisi penting untuk menurunkan tahanan pembumian dari satu elektroda pembumian. Sumur dalam adalah metoda yang paling efektif untuk mengumpulkan air tanah, dan merupakan suatu metoda yang mungkin untuk menggunakan sumur-sumur dalam untuk menurunkan tahanan pembumian pada elektroda pembumian.

D. Pengaruh dari Sumur Dalam pada Kelembaban Daerah Lahan di sekitar Sumur Dalam

Jika sumur dalam tanah tidak sentuh lapisan tanah dengan air yang dipenuhi, atau tidak ada satu lapisan tanah dengan air yang dipenuhi, air tanah pindah ke

(38)

bagian dalam sumur dalam, dan satu daerah tanah disekitar sumur dipenuhi dengan air seperti yang ditunjukkan di dalam Gambar 3.2. Kelembaban tanah dekat sumur dalam adalah tinggi. Di daerah tanah yang jauh sekali dari sumur dalam, air sumur tidak bisa mempengaruhi kelembaban tanah di daerah ini.

Gambar 3.2.

daerah lahan dengan air jenuh yang dibentuk oleh sumur dalam tanah

Jika sumur dalam tanah sentuh lapisan tanah dengan air yang dipenuhi seperti yang digambarkan di dalam Gambar 3.3., satu daerah tanah yang lebih besar dengan air jenuh akan dibentuk oleh sumur dalam tanah.

Gambar 3.3. Daerah tanah dengan air jenuh yang dibentuk oleh sumur dalam tanah ketika sumur dalam sentuh lapisan tanah dengan air yang dipenuhi.

(39)

III.2. MEKANISME ANALISIS SUMUR DALAM TANAH UNTUK MENURUNKAN TAHANAAN PEMBUMIAN

A. Menggiring Pergerakkan Air Tanah Yang menuju Sumur Dalam Tanah

Seperti yang dibahas di atas, beda tekanan antara bagian samping dinding dan air tanah menggiring air tanah bergerakan ke arah sumur dalam, dan mengumpulkan di dalam bagian dalam sumur dalam. Beda tekanan ini menjaga energi dari air tanah yang mengisyaratkan ke arah sumur dalam. Seperti yang ditunjukkan di dalam Gambar 3.3, jika ada satu lapisan tanah dengan air yang dipenuhi, kemudian air akan menerobos lubang-lubang kecil di dalam pipa baja dan menghimpunkan di dalam sumur (ditunjukkan oleh Gambar 3.4.), dalam pada itu, air yang dikumpulkan di dalam sumur akan menerobos tabung, dan bergerak keluar sumur dari bagian dalamnya ke kelembaban daerah tanah kering disekitar sumur (ditunjukkan oleh b di Gambar 3.4), dan membentuk kelembaban yang sama seperti yang ditunjukkan Gambar 3.2 dan 3.3, kelembaban dekat sumur dalam tanah adalah tinggi. Pada akhirnya, bergeraknya air membentuk satu keseimbangan dinamik yang dihubungkan dengan perubahan air tanah, dan tanah di sekitar sumur dengan kelembaban tinggi dibentuk. Tetapi di musim hujan, air hujan akan menyebarkan ke dalam tanah, jadi keseimbangan ini akan rusak, dan kemudian satu keseimbangan baru akan terbentuk

(40)

Jika ada satu lapisan kedap di atas lapisan air tanah di dalam tanah, permukaan air akan melebihi itu di bawah tekanan, dan tanah basah di atas itu dan mengisi pori-pori dari lapisan kedap ini; atau air tanah secara langsung lewat melalui lapisan kedap dari pori-pori nya di bawah tekanan kalau sebagai sumur artesis. jadi, sumur dalam tanah ini dapat diterapkan di dalam daerah manapun dengan air tanah.

B. Membentuk Saluran Resistivas Rendah yang Menghubungkan dengan Lapisan Tanah Dengan Air yang Dipenuhi

Jika ada satu lapisan tanah dengan air yang dipenuhi, air tanah di lapisan tanah ini akan bergerak ke sumur dalam tanah, dan membentuk daerah yang dipenuhi dengan air, daerah ini menghubungkan sumur tanah dalam dan dengan lapisan tanah dengan air yang dipenuhi, itu membentuk satu saluran resistivitas yang rendah antara mereka, seperti yang ditunjukkan Gambar 3.5. Bila satu arus gangguan disuntikkan ke dalam sumur dalam tanah, itu akan dengan mudah menyebar ke dalam lahan melalui saluran resistivitas rendah ini dan lapisan tanah dengan air jenuh.

Gambar 3.5. Bentuk saluran resistivitas rendah yang menghubungkan lapisan tanah yang berisi air jenuh.

(41)

C. Membentuk Air tanah Resistivas Rendah

Tanah yang berisi benda-benda mineral berbeda, dan zat pembentuk mineral ini berbeda ion. Sepanjang pergerakan air tanah ke arah sumur dalam tanah. Ion ini dihancurkan di air tanah. Jadi, air tanah mempunyai kocuktivitas yang baik, dan daerah tanah lembab terbentuk disekitar sumur dalam tanah mempunyai resistivitas yang rendah.

D. Pengisian Pori-Pori Tanah Dengan Air

Jika ada pori-pori di dalam tanah kering seperti yang ditunjukkan Gambar 3.6. (a) dan (c), yang akan mempengaruhi penyebaran arus ke dalam tanah dari elektroda pembumian, arus harus mengelilingi pori-pori. Tetapi pori-pori tanah ini di dalam daerah dekat sumur dalam tanah akan diisi dengan air tanah, kemudian arus dapat secara langsung menerobos pori-pori ini seperti yang ditunjukkan Gambar 3.6. (b) dan (d), tahanan penyebaran arus yang ada dikurangi.

(a) (b)

Gambar 3.6. Pengaruh dari pori-pori tegak (a) di dalam lahan kering dan (b) dengan air tanah, dan pori-pori horizontal (c) di dalam lahan kering dan (d) dengan air tanah pada penyebaran arus.

(42)

Pada sisi lain, sumur dalam tanah kadang-kadang dapat terhubung dengan atau bocor melalui suatu lapisan tanah dengan resistivitas rendah, kemudian arus gangguan dapat secara langsung menyebar ke dalam lapisan tanah dengan resistivitas rendah ini.

III.3. PEMASANGAN SUMUR DALAM TANAH

Seperti yang digambarkan di Gambar 3.7. (a), sepanjang pemasangan sumur dalam tanah, pertama-tama satu lubang vertikal dibor di dalam tanah. Biasanya, tabung baja galvanis atau tabung baja tahan karat diadopsi sebagai elektroda pembumian, diameternya sekitar 50 mm, lubang-lubang kecil diatur di tabung untuk air tanah sampai tabung

(a) (b)

Gambar 3.7. Bagan dari (a) sumur dalam tanah dan (b) hubungan dua pipa baja untuk sumur dalam tanah.

Pipa baja disisipkan ke dalam lubang yang dibor. Satu sumur dalam tanah dihubungkan oleh beberapa pipa baja pendek, dua tabung-tabung pendek dihubungkan bersama-sama dengan pemasangan langsung, dan menghubungkan daerah yang dipateri seperti yang ditunjukkan Gambar 3.7. (b). Celah antara dinding samping lubang yang dibor dan pipa baja diisi dengan bubuk karbon dengan resistivitas yang sangat rendah oleh tekanan. Bubuk karbon yang diisi mempunyai

(43)

daya serap air yang baik, dapat menyimpan sendiri dan tanah yang berdekatan di dalam keadaan yang dilembabkan. Pada sisi lain, bubuk karbon mempunyai permeabilitas yang baik, air tanah dapat dengan mudah bergerak di dalam sumur tanah melalui itu. Untuk tujuan menghalangi bubuk karbon ke dalam pipa baja, film penyaringan khusus digunakan untuk menutup lubang-lubang yang dapat tembus ini pada pipa baja. Bahan-bahan lain, seperti bentonit, dapat digunakan untuk mengisi celah antar dinding samping lubang yang dibor dan pipa baja. Puncak pipa baja ke tanah adalah 1 m, satu lubang aerasi yang kecil ditinggalkan untuk menjaga tekanan di dalam sumur adalah tekanan udara.

B. Metoda Pemasangan

Satu mesin bor digunakan untuk mengebor lubang untuk satu sumur dalam tanah, diameter lubang-lubang yang dibor adalah 150 mm. Tabung-tabung baja galvanis dengan diameter 40 mm dan ketebalan 5 mm digunakan sebagai elektroda pembumian dari sumur dalam tanah. Air yang menyebar keseluruh bagian lubang-lubang dibor seragam di pipa baja. Satu sumur dalam tanah mempunyai beberapa bagian pipa baja pendek dengan satu panjangnya sekitar 6 m. dan pipa baja pendek dihubungkan bersama-sama oleh penghubung peralatan langsung.

Bubuk karbon yang bagus dengan resistivitas yang baik diisi ke dalam celah-celah antara pipa baja dan lubang yang dibor dengan tekanan tinggi untuk memastikan bubuk arang mempunyai hubungan yang baik dengan pipa baja dan sekeliling tanah.

(44)

C. Hasil Pengukuran dan Analisis

Data resistivitas tanah di bawah rentangan elektroda yang berbeda dengan pengaturan empat elektroda Wenner diukur[8], juga. Data rata-rata ditunjukkan Gambar 3.8. hasil-hasil yang dianalisa menunjukkan struktur geologi tanah dari gardu induk dapat digantikan dengan 3 lapisan-lapisan horisontal, ketebalan dan resistivitas lapisan dasar adalah 112,50 m dan 2,05 m, resistivitas dan ketebalan lapisan kedua adalah 452,50 m dan 4,50 m, resistivitas lapisan tanah ketiga adalah 161,50 m.

Gambar 3.8. Hubungan antara resistivitas tanah yang nyata dan pengujian rentangan elektroda dengan pengaturan empat elektroda Wenner

(45)

Dari tanah yang dibor diluar, 2 m tanah yang pertama adalah pasir hitam, kemudian lapisan loess dan lapisan tanah kerikil dengan ketebalan dari 3 sampai 5 m terlihat secara berurutan seperti yang ditunjukkan Gambar 3.9. Di bawah Lapisan tanah kerikil kedua, tanah adalah basah. Lapisan tanah kerikil penuh dengan celah-celah, yang mempunyai kemampuan sangat baik untuk menyimpan air. Lapisan loess pertama adalah berserat, mencegah air tanah volatilized.

III.4. PERKIRAAN DAERAH EKUIVALEN RESISTIVITAS RENDAH

YANG DIBENTUK OLEH SUMUR DALAM TANAH

Tahanan pembumian dari satu sumur dalam tanah dapat dihitung oleh paket software analisis numeris menurut model tanah berlapis-lapis horisontal yang dianalisa di atas dengan paket software CDEGS.

A. Ekuivalen Resistivitas Tanah Sumur Dalam Tanah

Seperti yang dibahas di atas, sumur dalam tanah dapat dianalisa sebagai elektroda pembumian vertikal, jika tanah dianggap sama seragam, kemudian ekuivalen resistivitas dari tiap sumur dalam tanah dapat dihitung oleh [8]

1

4 ln

2 



r

L

RL





(1)

di mana, R adalah tahanan pembumian dari satu sumur dalam tanah, Mata r dan L adalah jari jari dan panjangnya sumur dalam tanah. Jika resistivitas ekuivalen yang dianalisa dari satu sumur tanah adalah lebih kecil dibanding dari yang lain, kemudian sumur tanah ini mempunyai efek lebih baik untuk menurunkan tahanan pembumian.

(46)

B. Perbandingan Dengan Elektroda Pembumian Vertikal Umum

Menurut model tanah berlapis-lapis yang dianalisa di atas, jika sumur dalam tanah ini adalah elektroda-elektroda pembumian vertikal umum, tahanan pembumian masing-masing mereka akan dianalisa oleh paket software analisis numeris. Di mana, elektroda pembumian vertikal umum berarti satu batang pembumian dengan diameter dan panjangnya yang sama dengan sumur tanah. Jadi, sumur dalam tanah dapat secara efektif menurunkan tahanan pembumian.

C. Daerah penerapan dari Sumur Dalam Tanah

Prinsip sumur dalam tanah adalah untuk membawa air tanah yang bergerak, sehingga metoda ”deep ground well” hanya dapat digunakan di daerah dengan air tanah. Jika tidak ada air tanah, itu hanya dapat dikatakan sebagai elektroda pembumian vertikal umum.

(47)

BAB IV

PENURUNAN TAHANAN PEMBUMIAN

DENGAN SUMUR DALAM TANAH (DEEP-GROUND-WELL)

IV.1. Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Desa Paya Geli, Kabupaten Deli Serdang, Sumatera Utara. Pemilihan tempat ini dilakukan karena pengujian di lokasi tanah yang lumayan luas dan terdapat air tanah yang cukup banyak.

IV.2. Alat dan Bahan Penelitian

Peralatan dan bahan-bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah : 1. 1 (satu) unit alat ukur earth Tester.

2. 1 (satu) batang Elektroda batang berupa pipa besi dengan diameter 5/8 inchi panjang 0,5 meter.

3. 1 (satu) batang Elektroda batang berupa pipa galvanis dengan diameter 1 ½ inchi dengan panjang 12 m sebagai sumur dalam tanah (deep-ground-well)

4. 2 (dua) batang Elektroda pembantu. 5. 1 (satu) set kabel penghubung.

(48)

Elektroda Pembumi

Elektroda pembantu

7 m 7 m

0,5 m

IV.3. Metoda Pengukuran

Mula-mula dilakukan pengukuran tahanan pembumian elektroda batang tanpa adanya hubungan dengan sumur dalam tanah tersebut. Selanjutnya pengukuran tahanan pembumian elektroda batang dengan sumur dalam tanah.

Jarak antara elektroda pembantu dengan elektroda batang adalah 7 meter dengan beberapa kali percobaan sehingga diperoleh nilai rata-ratanya.

IV.3.1. Pengukuran Tahanan Pembumian

Pengukuran tahanan pembumian dilakukan dengan cara sebagai berikut : 1. Elektroda pembumian ditanamkan sedalam 0,5 meter ke dalam tanah. 2. Dibuat rangkaian seperti Gambar 4.1.

Gambar 4.1. Rangkain pengukuran tahanan pembumian

3. Elektroda pembumian dan elektroda bantu harus satu garis. Garis ini disebut

garis ukur

4. Cheking baterai dengan prosedur sebagai berikut : set selektor swicth pada posisi B, lalu tekan botton switch. Jika jarum penunjuk barada pada pita biru, maka baterai bagus bila tidak maka baterai harus diganti.

(49)

 Set selector switch pada posisi V, besar tegangan Ev dibaca pada galvanometer

 Bila Ev < 10 volt, pengukuran tahanan pembumian dapat dilakukan.  Bila Ev > 10 volt, pengukuran tahanan pembumian tidak dapat dilakukan.

Agar pengukuran dapat dilakukan maka elektroda pengukuran E dijauhkan dari pembumian alat-alat listrik yang ada di tempat tersebut.  Bila Ev tidak diperoleh, maka jarak elektroda E dan P harus diperbesar (10-20 m).

6. Set selector switch pada posisi Ω, lalu tekan botton switch sambil mengatur piringan skala (dial) hingga jarum penunjuk pada golvanometer menunjuk angka nol, Saat penunjukan galvanometer nol dicatat harga yang ditunjukkan pada piringan skala (dial). Harga yang dibaca tersebut adalah harga tahanan pembumian yang diukur (R).

IV.3.2. Rangkaian Pengujian

Pengukuran tahanan pembumian tanpa dihubungkan dengan sumur dalam tanah berupa pipa galvanis ini bertujuan sebagai nilai pembanding. Rangkaian dan prosedur pengukuran tanpa dihubungkan dengan sumur dalam tanah berupa pipa galvanis adalah seperti yang telah dijelaskan sebelumnya (sub-bab IV.3.1).

Batang besi dengan diameter 5/8 inchi ditanam ke dalam tanah sedalam 0,5 meter dan sumur dalam tanah berupa pipa galvanis dengan diameter 1 ½ inchi ditanam sedalam 12 meter. Kemudian dihubungkan dengan kabel penghubung, selanjutnya dilakukan pengukuran tahanan pembumian dengan prosedur yang sama yang telah dijelaskan pada sub bab IV.3.1 dimana dibuat satu garis.

(50)

Elektroda

Pembumian Elektroda pembantu

Elektroda pembantu

7 m 7 m

12 m 0,5 m Pipa galvanis

4 m

Gambar 4.2. Rangkaian Pengujian Tahanan Pembumian ; a. Gambar Rangkaian Pengujian dengan elektroda batang dengan pipa galvanis (sumur bawah tanah); b. Tampak Atas

Pengukuran yang pertama sekali dilakukan adalah pengukuran tahanan pembumian tanpa dihubungkan dengan sumur dalam tanah berupa pipa galvanis. Kemudian pengukuran yang kedua dilakukan adalah pengukuran tahanan pembumian tanpa dihubungkan dengan sumur dalam tanah berupa pipa galvanis.

(51)

Pembuatan sumur dalam tanah dengan pendekatan prosedur pembuatan sumur dalam tanah (deep-ground-well) yang dijelaskan pada Bab III.

Tabel 4.1. Besar Tahanan Pembumian tanpa dihubungkan sumur dalam tanah berupa pipa galvanis

a = 5/ 8 inchi = 0,015m

L = 0,5 m

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 7 7 7 7 7 7,5 7,6 7,5 7,6 7,5

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 6 6 6 6 6 7,5 7,4 7,4 7,5 7,5

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 5 5 5 5 5 7,4 7,4 7,4 7,4 7,5

(52)

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 4 4 4 4 4 7,3 7,3 7,4 7,3 7,4

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 3 3 3 3 3 7,1 7,0 7,1 7,1 7,1

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 2 2 2 2 2 6,2 6,1 6,1 6,0 6,0

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 1 1 1 1 1 6,0 6,0 6,1 6,0 6,1

(53)

Data dari hasil pengukuran di atas bahwa semakin dekat jarak antar elektroda semakin kecil nilai tahanan pembumian. Nilai tahanan pembumian semakin kecil dari 7 ohm sampai 6 ohm pada jarak elektroda dari 7 m sampai 1 m.

Tabel 4.2. Besar Tahanan Pembumian yang dihubungkan dengan sumur dalam tanah berupa pipa galvanis

a = 1 ½ inchi = 0,038m

L = 12 m

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 7 7 7 7 7 4,2 4,1 4,1 4,1 4,1

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 6 6 6 6 6 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 5 5 5 5 5 3,9 4,0 4,0 3,9 4,0

(54)

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 4 4 4 4 4 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 3 3 3 3 3 3,5 3,5 3,5 3,5 3,4

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 2 2 2 2 2 3,4 3,4 3,3 3,4 3,4

No Jarak antar elektroda (meter) Besar Tahanan Pembumian (Ohm) 1 2 3 4 5 1 1 1 1 1 3,2 3,0 3,1 3,1 3,0

(55)

Data dari hasil pengukuran yang ditunjukkan pada Tabel 4.2. di atas bahwa nilai tahanan pembumian dengan menambahkan sumur dalam tanah berupa pipa galvanis, nilai tahanan pembumian yang didapat adalah lebih rendah dibandingkan dari hasil dihubungkan dengan tanpa sumur dalam tanah. Hasil ini menunjukkan bahwa dengan menggunakan metoda ini tahanan

pembumian turun.

IV.4. Perhitungan

Besar tahanan pembumian yang sebenarnya adalah tahanan ketika pengukuran tidak dihubungkan dengan elektroda batang tambahan berupa pipa galvanis(R).

Persen kesalahan pengukuran (Error) dihitung dengan menggunakan rumus :

% Error = 100 %

R R

R DGW

% Error Rata-rata =

n Error



Dimana : n = Jumlah data

R= Tahanan tanpa pipa galvanis (Ohm) RDGW = Tahanan dengan pipa galvanis (Ohm)

1. Tahanan Rata-rata

n R

R_x 



(56)

R = Tahanan rata-rata



Rx = Total tahanan pembumian n = Jumlah pengukuran

2. Penyimpangan x x R

R₁  

dimana: R1 = Penyimpangan

Rx = Tahanan pembumian

3. Penyimpangan rata-rata

n R R_rata__rata 



dimana:



R = Total tahanan penyimpangan n = Jumlah pengukuran

4. Tahanan sebenarnya rata rata x s R R

R   _

dimana :

R = Tahanan rata-rata rata

rata

R _

= Tahanan penyimpangan rata-rata 5. Persen kesalahan ( % )

100

% x

R R kesalahan

x rata rata 

(57)

a. tanpa dihubungkan dengan sumur dalam tanah berupa pipa galvanis



 2 L0,5 m

= 2 . 3,14 . 7,54 . 0,5

8 5 

a inch = 0,015 m = 23,67 m

    __      

 ln 4 1

2 a

L L

Rbt x

 _      __       1 015 , 0 5 , 0 . 4 ln 5 , 0 . 14 , 3 . 2 67 , 23

= 7,54 . 3,89 = 29,33  1. Tahanan Rata-rata

n R

Rx 



5 5 , 7 6 , 7 5 , 7 6 , 7 5 ,

7    

 x

 7,54

x R 2. Penyimpangan x x R R

R₁  

a.R₁  7,57,54 0,04  b.R₁  7,67,54 0,06  c. R₁  7,57,54 0,04  d. R₁  7,67,54 0,06 

(58)

e. R₁  7,57,54 0,04  3. Penyimpangan rata-rata

n R Rratarata 



5 04 , 0 06 , 0 04 , 0 06 , 0 04 ,

0    

 rata rata R   

 0,096

5 48 , 0 rata rata R

4. Tahanan sebenarnya rata rata x

s R R

R   _

096 , 0 54 , 7   s R  7,636 s

5. Persen kesalahan ( % )

100 % x R R kesalahan x rata rata 

a. 100 1,28%

5 , 7 096 , 0

%kesalahan x 

b. 100 1,26%

6 , 7 096 , 0

%kesalahan x 

c. 100 1,28%

5 , 7 096 , 0

%kesalahan x 

d. 100 1,26%

6 , 7 096 , 0

%kesalahan x 

e. 100 1,28%

5 , 7 096 , 0

(59)

b. yang dihubungkan dengan sumur dalam tanah berupa pipa galvanis



 2 L12 m

= 2 . 3,14 . 4,12 . 12 a1 ½ inch = 0,038 m = 310,48m

N F a L L R

R_bt _x

    __      

 ln 4 1

2  2 16 , 1 1 038 , 0 12 . 4 ln 12 . 14 , 3 . 2 48 , 310       __      

= 4,12 . 6,14 . 0,58 = 14,67 

1. Tahanan Rata-rata

n R

R_x 



5 1 , 4 1 , 4 1 , 4 1 , 4 2 ,

4    

 x

 4,12

x R 2. Penyimpangan x x R R

R₁  

a.R₁  4,24,12 0,08  b.R₁  4,14,12 0,02  c. R₁  4,14,12 0,02  d. R₁  4,14,12 0,02 

(60)

e. R₁  4,14,12 0,02  3. Penyimpangan rata-rata

n R Rratarata 



5 02 , 0 02 , 0 02 , 0 02 , 0 08 ,

0    

 rata rata R   

 0,064

5 32 , 0 rata rata R

4. Tahanan sebenarnya rata rata x

s R R

R   _

064 , 0 12 , 4   s R 184 , 4  s

R 

5. Persen kesalahan ( % )

100 % x R R kesalahan x rata rata 

a. 100 1,52%

2 , 4 064 , 0

%kesalahan x 

b. 100 1,56%

1 , 4 064 , 0

%kesalahan x 

c. 100 1,56%

1 , 4 064 , 0

%kesalahan x 

d. 100 1,56%

1 , 4 064 , 0

%kesalahan x 

e. 100 1,56%

1 , 4 064 , 0

(61)

Tabel 4.3 Persen kesalahan pengukuran Tahanan

Pembumian tanpa sumur dalam tanah

(R)

Jarak antar elektroda

(Meter)

Tahanan Pembumian dengan

sumur dalam tanah (RDGW)

% Error 7,5

7,6 7,5 7,6 7,5

7 7 7 7 7

4,2 4,1 4,1 4,1 4,1

44 46 45,33 46,05 45,33 % Error Rata-rata 45,34 Dari Tabel 4.3. diatas terlihat bahwa persen error kesalahan pengukuran cukup besar yang harganya berkisar antara 44 % sampai 46,05 % dan rata-ratanya adalah 45,34 % terlihat bahwa alat pengukur sudah tidak sudah tidak layak digunakan.

(62)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

1. Hadirnya elektroda tambahan yaitu sumur dalam tanah berupa pipa galvanis menyebabkan hasil ukur tahanan pembumian semakin kecil.

2. Air tanah yang berada pada rongga pipa galvanis sangat berpengaruh terhadap nilai pengukuran tahanan pembumian.

3. Dari hasil pengujian di lapangan, penurunan nilai tahanan pembumian terlihat yaitu dari nilai 7  menjadi 4  sehingga dengan penambahan sumur dalam tanah berupa pipa galvanis menurunkan tahanan pembumian.

4. Dari hasil perhitungan menggunakan rumus nilai tahanan pembumian menunjukkan nilai yang lebih tinggi yaitu pada perhitungan tanpa sumur dalam tanah adalah 29,33  dan dengan sumur dalam tanah (deep-ground-well) adalah 14,67 

5. Nilai persen error cukup besar yaitu 44 % - 46,05 % dan rata-rata 45,34%

V.2. Saran

Nilai pengukuran tahanan pembumian dipengaruhi oleh kondisi tanah yang terdapat di sekitar elektroda pembumian. Oleh karena itu jika hendak mengukur tahanan pembumian pada suatu tanah dianjurkan untuk terlebih dahulu mengetahui keadaan atau struktur tanah sebelumnya. Maka untuk memperoleh

(63)

pengukuran tahanan pembumian yang aktual kepada hasil ukur harus dipertimbangkan faktor-faktor yang mempengaruhinya. Metoda “deep-ground-well” ini sangat cocok untuk daerah yang banyak air tanah.

(64)

DAFTAR PUSTAKA

1. A.Aris Munandar, Dr, MSc. Dan Susumu Kawahara, Dr. Teknik Tenaga Listrik II, Gardu Induk, Pradya Paramita, Jakarta. 2004.

2. American National Standard, ”IEEE Guide for Safety in AC Substation

Grounding”. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. New

York, 1986.

3. Badan Standarisasi Nasional (BSN), Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000). Jakarta, 2001.

4. D.V.Subhedar, Y.B. Archa, A.B. Bobra, dkk, ”The Earthing Practice And It’s Effects on A Field Station Performance”.

5. F. P. Dawalibi and F. Donoso, “Integrated analysis software for grounding, EMF and EMI” IEEE Comput. Applicat. Power, vol.6, no.2, pp. 19-24, 1993. 6. G. H. Li, Z. C. Liu, and X. Zhang, Water Resource Application and

Management Engineering. Beijing, China: Tsinghua Univ. Press, 1998.

7. Hutahuruk.TS, Ir. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan. Penerbit Erlangga.1987.

8. IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth

Surface Potentials of a Ground System, ANSI/IEEE Std. 81-1983, 1983.

9. IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding, IEEE Standard 80-2000,

2000.

(65)

11. Q. B. Meng, J. L. He, F. P. Dawalibi, and J. Ma, "A new methods to decrease ground resistances of substation grounding systems in high resistivity regions,"

IEEE Trans. Power Delivery, vol. 14, no. 2, pp. 911-916, 1999.

12. Vijayaraghavan, Mark Brown and Malcolm Barnes, ”Practical Grounding,

Bonding, Shielding and Surge Protection”.Jordan Hill, Amsterdam, 2004.

13. www.elektroindonesia.com, Majalah Elektro Indonesia No.23.Edisi 15. November

1998.

14. Y.L.Chow, M.M.Elsherbiny, M.M.A.Salama, ”Resistance Formulas of

Grounding System in Two-Layer Earth”. IEEE Transaction on Power Delivery.

(1)

e. R₁  4,14,12 0,02  3. Penyimpangan rata-rata

n R Rratarata 



5 02 , 0 02 , 0 02 , 0 02 , 0 08 ,

0    

 rata rata R   

 0,064 5 32 , 0 rata rata R

4. Tahanan sebenarnya rata rata x

s R R

R   _

064 , 0 12 , 4   s R 184 , 4  s

R 

5. Persen kesalahan ( % ) 100 % x R R kesalahan x rata rata 

a. 100 1,52%

2 , 4 064 , 0

%kesalahan x 

b. 100 1,56%

1 , 4 064 , 0

%kesalahan x 

c. 100 1,56%

1 , 4 064 , 0

%kesalahan x 

d. 100 1,56%

1 , 4 064 , 0

%kesalahan x 

e. 100 1,56%

1 , 4 064 , 0

%kesalahan x 

(2)

Tabel 4.3 Persen kesalahan pengukuran Tahanan

Pembumian tanpa sumur dalam tanah

(R)

Jarak antar elektroda

(Meter)

Tahanan Pembumian dengan

sumur dalam tanah (RDGW)

% Error

7,5 7,6 7,5 7,6 7,5

7 7 7 7 7

4,2 4,1 4,1 4,1 4,1

44 46 45,33 46,05 45,33 % Error Rata-rata 45,34

Dari Tabel 4.3. diatas terlihat bahwa persen error kesalahan pengukuran cukup besar yang harganya berkisar antara 44 % sampai 46,05 % dan rata-ratanya adalah 45,34 % terlihat bahwa alat pengukur sudah tidak sudah tidak layak digunakan.

(3)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

1. Hadirnya elektroda tambahan yaitu sumur dalam tanah berupa pipa galvanis menyebabkan hasil ukur tahanan pembumian semakin kecil.

2. Air tanah yang berada pada rongga pipa galvanis sangat berpengaruh terhadap nilai pengukuran tahanan pembumian.

5. Nilai persen error cukup besar yaitu 44 % - 46,05 % dan rata-rata 45,34%

V.2. Saran

(4)

pengukuran tahanan pembumian yang aktual kepada hasil ukur harus dipertimbangkan faktor-faktor yang mempengaruhinya. Metoda “deep-ground-well” ini sangat cocok untuk daerah yang banyak air tanah.

(5)

DAFTAR PUSTAKA

1. A.Aris Munandar, Dr, MSc. Dan Susumu Kawahara, Dr. Teknik Tenaga Listrik II, Gardu Induk, Pradya Paramita, Jakarta. 2004.

2. American National Standard, ”IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding”. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. New York, 1986.

3. Badan Standarisasi Nasional (BSN), Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000). Jakarta, 2001.

4. D.V.Subhedar, Y.B. Archa, A.B. Bobra, dkk, ”The Earthing Practice And It’s Effects on A Field Station Performance”.

5. F. P. Dawalibi and F. Donoso, “Integrated analysis software for grounding, EMF and EMI” IEEE Comput. Applicat. Power, vol.6, no.2, pp. 19-24, 1993. 6. G. H. Li, Z. C. Liu, and X. Zhang, Water Resource Application and

Management Engineering. Beijing, China: Tsinghua Univ. Press, 1998.

7. Hutahuruk.TS, Ir. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan. Penerbit Erlangga.1987.

8. IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth

Surface Potentials of a Ground System, ANSI/IEEE Std. 81-1983, 1983.

9. IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding, IEEE Standard 80-2000,

2000.

10. India Standar,” Electric Earthing and Shock”.

(6)

11. Q. B. Meng, J. L. He, F. P. Dawalibi, and J. Ma, "A new methods to decrease ground resistances of substation grounding systems in high resistivity regions," IEEE Trans. Power Delivery, vol. 14, no. 2, pp. 911-916, 1999.

12. Vijayaraghavan, Mark Brown and Malcolm Barnes, ”Practical Grounding, Bonding, Shielding and Surge Protection”.Jordan Hill,Amsterdam, 2004. 13. www.elektroindonesia.com, Majalah Elektro Indonesia No.23.Edisi 15. November

1998.

14. Y.L.Chow, M.M.Elsherbiny, M.M.A.Salama, ”Resistance Formulas of Grounding System in Two-Layer Earth”. IEEE Transaction on Power Delivery. Ontario, 1996

Penurunan Tahanan Pembumian Pada Elektroda Batang Dengan Metoda Deep-Ground-Well (Aplikasi Di Desa Paya Geli Kabupaten Deli Serdang Sumatera Utara)