ANALISIS PENGARUH KELEMBABAN TERHADAP TEGANGAN PERMUKAAN TANAH DI GARDU INDUK

ANALISIS PENGARUH KELEMBABAN TERHADAP TEGANGAN PERMUKAAN TANAH DI GARDU INDUK

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pentanahan merupakan salah satu faktor kunci dalam usaha pengamanan (perlindungan) sistem tenaga listrik. Usaha pentanahan sistem merupakan usaha untuk menghubungkan bagian kondusif terbuka perlengkapan dengan tanah. Menurut sinaga saragi dalam artikelnya yang terbit pada tanggal 21 november 2010 bahwa Sambungan ke tanah diperlukan untuk melindungi peralatan – peralatan komunikasi dan personal terhadap bahaya petir atau kesalahan pada power sistem dan juga dapat berfungsi sebagai service pada suatu sistem.

Untuk merencanakan suatu sistem pentanahan ada beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan, antara lain Tahanan Jenis Tanah, Struktur tanah, keadaan lingkungan, biaya, ukuran dan bentuk sistemnya.Biasanya tahanan pentanahan yang lebih rendah sangat efektif, tetapi biaya menjadi besar. Untuk itu perlu dipertimbangkan efek fungsi dan ekonomisnya. Oleh karena itu perlu kiranya bagi kita untuk dapat merencanakan dan membuat sistem pentanahan yang sesuai dengan keperluannya.

Untuk meminimalkan kerusakan akibat sambaran petir pada perumahan, maka perlu dilakukan perhitungan nilai pentanahan yang aman dan menganalisa tempat tertanamnya elektroda pentanahan. Pada proses perencanaan suatu jenis sistem pentanahan pada perumahan, memerlukan suatu pengukuran tahanan pentanahan yang akan menjadi acuan proses perencanaan sistem pentanahan. Hal ini akan bermanfaat dalam perencanaan sistem pentanahan karena arus lebih dialirkan ke tanah dengan cepat pada saat terjadi sambaran petir karena nilai tahanan pentanahan yang kecil.

Gambaran yang benar tentang grafik tegangan permukaan tanah penting untuk diketahui, mengingat bahaya yang mungkin ditimbulkan sangat besar. Nilai gradien tegangan permukaan tanah dapat sedemikian tinggi sehingga dapat menimbulkan bahaya tegangan langkah pada manusia yang berada diatas elektroda pentanahan. Saat gangguan tanah terjadi dan arus gangguan mengalir ke tanah melalui suatu sistem elektroda pentanahan, tegangan didalam dan dipermukaan tanah akan mengalami kenaikan. Tegangan permukaan tanah disekitar elektroda pentanahan akan meningkat pesat akibat adanya arus gangguan tanah yang mengalir dari elektroda pentanahan ke tanah disekitarnya. Semakin jauh dari elektroda pentanahan ke arah suatu titik yang jauh, tegangan permukaan tersebut akan semakin turun dan akhirnya tegangan tersebut menjadi tegangan tanah sebenarnya.

Berdasarkan latar belakang diatas penulis menetapkan tugas penelitian ini dengan judul “Analisis pengaruh Perubahan suhu terhadap tegangan permukaan tanah di gedung perpustakaan universitas bengkulu”.

1.2 Rumusan Masalah

Sesuai dengan latar belakang diatas, maka permasalahan dalam makalah ini dapat dirumuskan yaitu “ bagaimana pengaruh perubahan suhu terhadap tegangan permukaan tanah di gedung perpustakaan universitas bengkulu ?”

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui bagaimana cara mengukur tahanan tanah.

2. Mengetahui besar tahanan tanah di gedung perpustakaan unib.

3. Mengetahui pentingnya system pentanahan.

4. Mengetahui bagaimana pengaruh dari perubahan suhu terhadap tegangan permukaan tanah.

5. Mencari solusi untuk membuat tegangan permukaan tanah menjadi rendah sehingga baik untuk system pentanahan.

1.4 Batasan Masalah

mengingat akan luasnya permasalahan yang ada, diperlukan suatu batasan guna memfokuskan penelitian ini kearah tertentu. Batasan masalah yang akan dibahas pada penelitian ini adalah :

1. tanah yang akan diukur pada penelitian ini hanya tanah yang ada di perpustakaan universitas bengkulu.

2. Penelitian ini dilakukan selama satu bulan di tempat yang sama.

3. Penelitian dilakukan dengan cara observasi atau pengembilan data.

4. Diasumsikan lapisan tanah bersifat homogen.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Telah dilakukan penelitian yang berjudul “Analisis Pengaruh Jenis Tanah terhadap Tegangan Permukaan Tanah” oleh Ihsan, Aris Rakhmadi Alumni Teknik Elektro Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta pada tahun 2002.metode yang dilakukan pada penelitian yaitu dengan metode observasi. Penelitian dilakukan dengan mengalirkan arus gangguan ke dalam tanah

melalui elektroda pentanahan, sehingga akan diketahui tegangan permukaan tanahnya. Elektroda pentanahan tersebut dibenamkan ke dalam tanah dengan kedalaman 0,5 dan 1,0 meter. Distribusi tegangan permukaan dapat diketahui dengan menanam dan mengukur tegangan paku di sekitar elektroda pentanahan. Kenaikan nilai arus gangguan tidak menjamin tingginya nilai tegangan permukaan untuk setiap kondisi jenis tanah, karena nilai tegangan permukaan sangat tergantung pada jenis tanah dimana elektroda pentanahan di benamkan.

Kelebihan pada penelitian ini adalah dilakukan banyak jenis tanah sehingga kita dapat membandingkan mana jenis tanah yang paling baik untuk pentanahan namun kekurangannya tidak ada perhitungan yang jelas mengenai besarnya tegangan permukaan tanah yang timbul akibat berbedanya jenis tanah sehingga agak membingungan pembaca bagaimana data-data tersebut didapatkan. Selain itu jenis tanah yang digunakan sebagai sampel juga berbeda karena memakai jenis tanah di yogjakarta yang berbeda dengan jenis tanah di daerah Bengkulu.

Penelitian mengenai analisa pengaruh jarak elektroda pembumian dengan elektroda pembantu terhadap hasil pengukuran tahanan pembumian juga telah dilakukan pada tahun 2010 oleh sabri. sama dengan penelitian pertama metodeyang dilakukan yaitu dengan metode observasi. Pada penelitian ini Pengukuran dilakukan menggunakan metode tiga titik dengan menancapkan elektroda batang di tanah dan septictank pada 3 jenis kondisi tanah berbeda dengan kedalaman bervariasi. Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui besarnya tahanan pentanahan pada tanah dan septictank dengan kondisi tanah yang berbeda.

Kelebihan dari penelitian ini adalah tanah yang digunakan terdiri dari tiga jenis sehingga dapat kita bandingkan dengan mana tanah yang terbaik. Jenis tanah yang digunakan juga sama dengan jenis tanah yang akan digunakan pada penelitian ini. kekurangannya pada penelitian ini hanya membandingkan besar tahanan tanah pada tanah yang berbeda tidak menentukan tegangan permukaan tanahnya yang ditimbulkan.

Penelitian yang akan saya gunakan yaitu sama dengan penelitian diatas menggunakan metode observasi. Namun yang berbeda perhitungan yang saya gunakan menggunakan Borland C++ untuk menghitung berapa besar tegangan permukaan yang timbul terhadap perbedaan suhu yang ada.

2.2 Dasar Teori

Sistem pentanahan/grounding system adalah suatu rangkaian/jaringan mulai dari kutub pentanahan/elektroda, hantaran penghubung sampai terminal pentanahan yang berfungsi untuk menyalurkan arus lebih ke bumi, agar perangkat peralatan dapat terhindar dari pengaruh petir dan tegangan asing lainnya.

Tahanan jenis tanah adalah tahanan listrik dari tahanan tanah yang berbentuk

kubus dengan volume 1 meter kubik. Kadang-kadang tahanan jenis dinyatakan dalam ohm-m. Pernyataan ohm-m merepresentasikan tahanan diantara dua permukaan yang berlawanan dari suatu volume yang berisi 1 m3. Untuk mendapatkan tahanan pentanahan yang kecil diperlukan upaya sebagai berikut, mengetahui tahanan jenis tanah, kemudian membuat bentuk kutub tanah yang sesuai.

Wira Astawa (2000) mengatakan klasifikasi tanah adalah suatu sistem pengaturan beberapa jenis tanah yang berbeda-beda, tapi mempunyai sifat yang serupa kedalam kelompok-kelompok atau sub-sub kelompok tertentu. Dari sudut pandang teknis, tanah-tanah dapat digolongkan menjadi beberapa pokok yaitu : Batu krikil (gravel), pasir ( Sand), Lanau (Silt), Lempung (Clay).

Faktor keseimbangan antara tahanan dan kapasitansi disekelilingnya adalah tahanan jenis tanah yang direpresentasikan dengan ρ. Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tergantung dari beberapa faktor yaitu :

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

2. Lapisan tanah : berlapis-lapis dengan tahanan berbeda atau uniform.

3. Kelembaban tanah.

4. Temperatur.

Tabel 1. Tahanan Berbagai Jenis Tanah PUIL. 2000.

2.2.1 Karakteristik Tanah

Karakteristik tanah sangat berkaitan erat dengan perencanaan sistem pentanahan yang akan digunakan. Untuk mendapatkan tahanan pentanahan yang rendah tidak hanya dengan elektroda yang rendah, tetapi tahanan tanahnya juga harus rendah. Pada kenyataannya, tanah, selain bersifat sebagai konduktor juga bersifat dielektrik.

2.2.2 Jenis Sistem Pentanahan

Sistem pentanahan yang menggunakan elektroda pentanahan yang ditanam langsung ke dalam tanah terdiri dari berbagai macam cara, antara lain: jenis pentanahan rod, jenis pentanahan grid, pentanahan kombinasi grid-rod.

2.2.3 Tahanan Pentanahan

Tahanan kutub pentanahan selanjutnya disebut tahanan pentanahan adalah seluruh tahanan listrik yang dimiliki sistem pentanahan. Idealnya tahanan pentanahan adalah 0 (nol), namun karena mencapainya sulit, maka sebagai referensi, untuk gedung maksimum 5 Ohm.

2.2.4 Elektroda Pentanahan

Beberapa jenis elektroda pentanahan yang biasa digunakan :

1. Elektroda Pita

2. Elektroda Batang

3. Elektroda Pelat

Elektroda – elektroda ini dapat digunakan secara tunggal maupun multiple dan juga secara gabungan dari ketiga jenis dalam suatu sistem.

ELEKTRODA BATANG

Elektroda batang terbuat dari batang atau pipa logam yang di tanam vertikal di dalam tanah. Biasanya dibuat dari bahan tembaga, stainless steel atau galvanised steel. Perlu diperhatikan pula dalam pemilihan bahan agar terhindar dari galvanic couple yang dapat menyebabkan korosi.

Ukuran Elektroda :

diameter 5/8 ” - 3/4 ”

Panjang 4 feet – 8 feet

Elektroda batang ini mampu menyalurkan arus discharge petir maupun untuk pemakaian pentanahan yang lain.

ELEKTRODA PELAT

Bentuk elektroda pelat biasanya empat perseguí atau empat persegi panjang yang tebuat dari tembaga, timah atau pelat baja yang ditanam didalam tanah. Cara penanaman biasanya secara vertical, sebab dengan menanam secara horizontal hasilnya tidak berbeda jauh dengan vertical. Penanaman secara vertical adalah lebih praktis dan ekonomis.

ELEKTRODA PITA

Elektroda pita jenis ini terbuat dari bahan metal berbentuk pita atau juga kawat BCC yang di tanam di dalam tanah secara horizontal sedalam ± 2 feet. Elektroda pita 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.

Macam-Macam Susunan Elektroda Pentanahan Susunan elektroda pentanahan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu pentanahan elektroda yang ditanam secara vertikal dan pentanahan elektroda yang ditanam secara horisontal. Untuk daerah-daerah yang tanahnya keras dan berbatu lebih praktis kalau menggunakan pentanahan secara horisontal karena tidak memerlukan penanaman yang dalam, tetapi memerlukan lebih banyak batang pentanahan sehingga biayanya akan lebih besar. Sedangkan untuk daerah yang struktur tanahnya tidak terlalu keras, pentanahan secara vertikal dapat dipakai Arismunandar (1991).

Pentanahan dengan Elektroda Ditanam Vertikal (Pentanahan Rod) Pentanahan dengan elektroda secara vertikal/ rod adalah pentanahan dengan cara menanam batang-batang elektroda kedalam tanah secara tegak lurus.

Gambar 2. Pentanahan Satu Batang Elektroda Ditanam Vertikal

Menurut Dwight didapat persamaan (1) (Hutauruk, 1987; Hermawan, 1985) :

2.2.5 Cara Mengukur Tahanan Jenis Tanah

Pengukuran tahanan jenis tanah biasanya dilakukan dengan cara :

1. Metode tiga titik (three-point methode).

Metode tiga titik (three-point methode) dimaksudkan untuk mengukur tahanan pentanahan. Misalkan tiga buah batang pentanahan dimana batang 1 yang tahanannya hendak diukur dan batang-batang 2 dan 3 sebagai batang pengentanahan pembantu yang juga belum diketahui tahanannya, seperti pada gambar 2.3

Gambar 2.3 Rangkaian pengukuran tahanan jenis tanah dengan Metode tiga titik

2. Metoda Empat Titik

Peralatan yang dibutuhkan:

• 4 kutub tanah pertolongan/batang besi

• 1 buah Amperemeter

• 1 buah Voltmeter sumberdaya AC

Cara penyambungan:

4 batang besi (sebut saja sebagai batang C1, P1, P2 dan C2) ditancapkan ke tanah dalam satu baris dengan jarak masing-masing a meter. Antara P1 dan P2 dipasang Volt meter, antara C1 dan C2 disambungkan dengan Ampere meter dan sumber daya AC 110/220 VAC.

Gambar 2.4. Metode Wenner

Cara pengukuran:

Sambungkan sumber daya, ukur berapa Ampere arus yang mengalir antara C1 dan C2, misalnya I Ampere. Ukur berapa beda potensial antara P1 dan P2, misalnya V (Volt).

Masukkan besaran pada rumus:

Rho = 2 π a R

di mana :

π = 3,14

a = jarak antara batang besi

R = V/I

2.2.6 PENGUKURAN TAHANAN PENTANAHAN

Untuk mengetahui apakah suatu tahanan pentanahan sesuai dengan standar, maka diperlukan pengukuran tahanan pentanahan tersebut. Pengukuran tersebut atas beberapa jenis yang secara menyeluruh disebut sebagai pengukuran tahanan pentahanan. Pengukuran yang disebut diatas adalah pengukuran tahanan pentanahan yang bertujuan mengetahui besarnya tahanan pentanahan dari beberapa kondisi tanah

Diameter Konduktor Pentanahan

Pemilihan ukuran diameter konduktor pentanahan dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu (Nugraha, 1999) :

1. Tidak melebur atau rusak apabila dialiri arus kesalahan yang mungkin terjadi.

2. Tahan secara mekanis terhadap tekanan-tekanan yang mungkin timbul.

3. Mempunyai konduktivitas yang baik dan merata.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Langkah-langkah untuk melakukan penelitian awalnya yaitu menyiapkan tanah yang akan diteliti. Pada penelitian ini tanah yang dipilih adalah tanah yang berlokasi di sekitar gedung perpustakaan unib. Langkah selanjutnya yaitu menyiapkan bahan pengukuran, elektroda bahan pengukuran dan alat untuk mengukur suhu tanah. Langkah selanjutnya mengukur berapa besar suhu tanah tersebut terlebih dahulu, baru kemudian mengukur besar tahanan tanahnya.

· Pengukuran meliputi 3 jenis kondisi tanah

yaitu :

1. Kondisi tanah berair (rawa). Pengukuran pada kondisi ini dilakukan di samping kanan gedung perputakaan unib.

2. Kondisi tanah liat . Pengukuran pada kondisi ini dilakukan di depan perpustakaan unib.

3. Kondisi tanah berbatu. Pengukuran pada kondisi ini dilakukan di belakang perpustakaan unib.

· Elektroda

Elektroda yang digunakan pada pengukuran terbuat dari tembaga dengan diameter 0.78 cm yang dipasang vertikal atau ditanam di tanah.

· Peralatan Pengukuran

Peralatan–peralatan yang diperlukan dalam proses pengukuran tahanan pentanahan,

antara lain :

1. Earth Resistance Tester

Alat ini berfungsi untuk menampilkan nilai tahanan pentanahan yang terukur dengan kemampuan mengukur sampai 1999 Ω (ohm). Skema gambar Earth Resistance Tester ini ditunjukan pada

Gambar 3.1.

2. Elektroda batang Bantu

Yang berfungsi sebagai pembanding dari elektroda utama untuk mendapatkan nilai tahanan pentanahan.

3. Meteran

Alat untuk mengukur jarak antar elektroda dan kedalaman elektroda.

4. Kabel penghubung

Kabel penghubung berfungsi untuk menghubungkan Earth Resistance Tester dengan elektroda uji dan elektroda bantu.

5. Martil

Martil ini adalah alat yang digunakan untuk membantu menanam elektroda ke dalam tanah.

Setelah dilakukan pengukuran langkah kemudian pengambilan data untuk setiap suhu berapa tahananpen tanahannya.