MAN JADDA WAJADA: Teknik Instalasi Listrik

Tugas Teknik Instalasi Listrik

Bentonite Sebagai Salah Satu Metode Mengurangi Tahanan Jenis Tanah

Rizky Kurniawan

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara

Abstrak - Sistem pentanahan digunakan sebagai pengaman langsung terhadap peralatan dan manusia bila terjadinya gangguan tanah atau kebocoran arus akibat kegagalan isolasi dan tegangan lebih pada peralatan listrik. Sistem pentanahan adalah suatu tindakan pengamanan dalam suatu instalasi listrik dimana rangkaiannya ditanahkan dengan cara mentanahkan badan peralatan instalasi yang diamankan, sehingga bila terjadi kegagalan isolasi, terhambatlah atau bertahannya tegangan sistem karena terputusnya arus oleh alat-alat pengaman tersebut.

Dalam sistem pentanahan akan terjadi suatu tegangan permukaan tanah. Dimana tegangan permukaan ini disebabkan oleh beberapa faktor. Tegangan permukaan tanah ini dapat diturunkan dengan cara perlakuan kimiawi tanah yaitu dengan menggunakan bentonite.

Kata Kunci : Teknik Instalasi Listrik, Tahanan Jenis Tanah, Bentonite.

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem pentanahan (grounding system) adalah sistem pengamanan terhadap perangkat - perangkat yang mempergunakan listrik sebagai sumber tenaga dari lonjakan listrik. Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antara suatu peralatan listrik dengan bumi.

Sistem pentanahan yang digunakan dalam instalasi suatu sistem tenaga listrik perlu mendapatkan perhatian yang serius karena pada prinsipnya pentanahan merupakan dasar yang digunakan untuk suatu sistem proteksi. Tidak jarang masyarakat umum maupun seorang teknisi masih ada kekurangan dalam memprediksikan nilai dari suatu hambatan pentanahan. Besaran yang sangat dominan untuk diperhatikan dari suatu sistem pentanahan adalah hambatan sistem suatu sistem pentanahan tersebut.

Tujuan utama pentanahan adalah menciptakan jalur dengan tahanan rendah terhadap permukaan bumi untuk gelombang listrik dan transient voltage. Untuk mendapatkan tahanan rendah terhadap permukaan tanah digunakan beberapa metode yang dapat mengurangi tegangan permukaan ini.

1.2 Tujuan

Tujuan dari pembuatan tugas ini adalah untuk mengetahui metode yang dapat digunakan untuk mengurangi tegangan permukaan tanah sehingga dapat dibuat jalur tahanan rendah terhadap tegangan permukaan.

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam tugas teknik instalasi ini akan dibahas:
1. Faktor penyebab tegangan permukaan tanah.

2. Metode mengurangi tegangan tanah dengan bentonite.

II. DASAR TEORI

2.1 Umum

Pentanahan merupakan cara yang sengaja dilakukan dengan menghubungkan instalasi listrik ke tanah melalui sambungan dengan impedansi yang cukup rendah. Dimana hal ini bertujuan untuk mencegah dan melindungi kerusakan komponen elektronik dari tegangan yang sangat tinggi.

2.2 Faktor Penyebab Tegangan Permukaan Tanah

Ada beberapa faktor yang menjadi penyebab tegangan permukaan pada tanah saat dilakukan pentanahan yaitu: pengaruh uap lembab dalam tanah, pengaruh tahanan jenis tanah, pengaruh temperature, perubahan resistivitas tanah, dan korosi.

2.2.1 Pengaruh Uap Lembab Dalam Tanah

Variasi dari perubahan uap lembab pada tanah akan membuat perbedaan yang menonjol dalam efektifitas hubungan elektroda pentanahan dengan tanah. Nilai uap lembab di atas 20% resistivitas tanah tidak banyak terpengaruh, tetapi saat uap lembab di bawah 20% resistivitas tanah meningkat drastis dengan penurunan kandungan uap lembab.

Elektroda yang dipasang dengan dasar batu biasanya memberikan kualitas pentanahan yang baik. Ini disebabkan pada dasar batu tidak dapat tembus air dan menyimpan uap lembab sehingga memberikan kandungan uap lembab yang tinggi.

2.2.2 Pengaruh Tahanan Jenis Tanah

Tahanan jenis tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan elektroda dan pada kedalaman berapa pasak harus dipasang agar diperoleh tahanan yang rendah. Tahanan jenis tanah yang akan menentukan tahanan pentanahan yang dipengaruhi oleh beberapa faktor yang meliputi :

a. Temperatur tanah.

b. Besarnya arus yang melewatinya.

c. Kandungan air dan bahan kimia yang ada dalam tanah.

d. Kelembaban tanah.

e. Cuaca.

Untuk memperoleh kestabilan resistansi pentanahan, elektroda pentanahan dipasang pada kedalaman optimal mencapai tingkat kandungan air yang tetap.

2.2.3 Pengaruh Temperature

Temperatur akan berpengaruh terhadap resistivitas tanah dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan tanah.

2.2.4 Perubahan Resistivitas Tanah

Resistivitas tanah sangat tergantung dengan material pendukung tanah, temperatur dan kelembaban. Daerah dengan struktur tanah berpasir, berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas mempunyai resistivitas yang tinggi.

Hal ini diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah, berkurangnya tumbuhan-tumbuhan yang dapat mengikat air sehingga mengakibatkan kondisi tanah tandus dan berkurang kelembabannya.

2.2.5 Korosi

Komponen sistem pentanahan dipasang di atas dan di bawah permukaan tanah.

Bagian di atas permukaan tanah dipengaruhi oleh asap dan partikel debu dari proses industri serta partikel terlarut yang terkadung dalam air hujan yang akan mengakibatkan korosi pada konduktor.

Bagian di bawah permukaan tanah dipengaruhi oleh kondisi tanah basah yang mengandung materi alamiah, bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya sehingga dapat mengakibatkan korosi.

2.3 Usaha Menurunkan Tegangan Permukaan Tanah

Terdapat beberapa cara yang dapat diterapkan untuk menurunkan tegangan permukaan tanah yaitu: perlakuan kimiawi tanah, perawatan rutin.

2.3.1 Perlakuan Kimiawi Tanah

Beberapa zat aditif yang ditambahkan di dalam tanah terbukti mampu menurunkan tahanan jenis tanah dan secara langsung akan menurunkan tegangan permukaan tanah. Beberapa jenis garam yang secara alamiah terkandung di dalam tanah cenderung bersifat konduktif dan menurunkan tahanan jenis tanahnya.

Penambahan zat aditif harus diperhitungkan dengan cermat karena beberapa aditif pada dosis tertentu cenderung bersifat korosif yang sangat dihindari dalam sistem pentanahan. Bahan yang digunakan adalah sodium klorid (garam), magnesium sulfat (garam Inggris), tembaga sulfat, sodium karbonat (soda api), dan kalsium klorid.

Bahan terbaru yang digunakan untuk menurunkan tahanan jenis tanah antara lain yaitu: bentonite, marcionite, gypsum, arang kayu.

2.3.2 Perawatan Rutin

Perawatan rutin dilakukan untuk mempertahankan kondisi optimal kinerja sistem pentanahan yang dilakukan rutin setiap 1 tahun/6 bulan untuk memantau kondisi fisik saluran instalasi berikut sistem pentanahannya.

Kerusakan yang terjadi pada sistem pentanahan biasanya diakibatkan oleh sambungan instalasi yang kendur atau terjadi korosi antar bagian elektroda. Perbaikan dilakukan dengan mengencangkan kembali baut - baut sambungan dan membersihkan bagian elektroda dari korosi.

III. MENURUNKAN TEGANGAN PERMUKAAN DENGAN BENTONITE

3.1 Bentonite

Bentonite adalah bahan alami berupa tanah liat dengan tingkat keasaman rendah. Bentonite merupakan istilah yang digunakan dalam dunia perdagangan untuk sejenis lempung yang mengandung mineral monmorilonit lebih dari 85% dan fragmen sisanya terdiri dari campuran mineral kwarsa kristobanit, feldspar, kalsit, gypsum, kaolit, ilit, dan sebagainya.

Jenis lempung ini menunjukkan sifat koloid yang kuat dan memiliki sifat mengembang ketika bersentuhan dengan air. Bentonite mampu menyerap air disekitarnya lima kali berat bentonite sendiri dan menahannya. Dimensinya dapat mengembang 13 kali volume keringnya.

3.2 Karakteristik Bentonite

Warna : Variatif dari krem sampai kekuningan.

Berat Jenis : 2,4 - 2,8 g/L

Indeks bias : 1,54 - 1,557

Titik Lebur : 1330 - 1430 ^oC

pH : 10,5

Resistivitas : 5 Ω

Sifat : Tiksotropik, berbentuk gel, tidak mudah bereaksi.

3.3 Jenis-jenis Bentonite

Berdasarkan kemampuan mengembangnya, secara umum bentonite dibagi menjadi dua tipe, yaitu : Na Bentonite dan Ca Bentonite.

3.3.1 Na Bentonite

Bentonite jenis ini disebut juga bentonite tipe Wyoming yang mengandung ion Na⁺ relative lebih banyak jika dibandingkan dengan ion Ca²⁺ dan Mg²⁺.

Karakteristik:

1. Mengembang apabila dicelupkan ke dalam air hingga 8 kali lipat dari volume semula, sehingga dalam suspensinya akan menambah kekentalan.
2. PH suspense berkisar antara 8,5 - 9,8 (bersifat basa).

3. Bewarna putih saat kering, mengkilap saat basah dan terkena matahari.

4. Na₂O lebih besar 2%.

Kegunaan:

1. Lumpur pemboran.

2. Penyumbat kebocoran bendungan.

3. Bahan pencampur pembuatan cat.

4. Bahan baku farmasi.

5. Perekat pasir cetak.

3.3.2 Ca Bentonite

Bentonite ini disebut juga Mg,Ca-Bentonite.

Karakteristik:

1. Mengandung kalsium (Ca₂O) dan magnesium (MgO) lebih banyak dibandingkan natriumnya.

2. Sedikit menyerap air sehingga apabila didispersikan dalam air akan cepat mengendap (tidak membentuk suspensi).

3. PH berkisar antara 4,0 - 7,0 (bersifat asam).

4. Daya tukar ion cukup besar dan bersifat menyerap.

5. Dalam keadaan kering bersifat cepat merekah.

6. Bewarna abu-abu, biru, kuning, merah, dan coklat.

Kegunaan:
Sebagai lempung pemucat warna pada minyak kelapa

3.4 Struktur Bentonite

Penyusun utama bentonite adalah monmorilonit (Al₂O₃.4SiO₂xH₂O). Monmorilonit merupakan mineral lempung berkonfigurasi 2:1 ditinjau dari jumlah lapisan tetrahedral dan oktahedral. Dimana struktur monmorilonit tersusun dari dua lembar silica tetrahedral yang dipisahkan oleh lembar alumina oktahedral.

Muatan negatif pada permukaan lempung dihasilkan dari substitusi isomorpik Si⁴⁺ oleh Al³⁺ pada lembar tetrahedral dan substitusi Al³⁺ oleh Mg²⁺,Zn²⁺,Ni²⁺,Li⁺ dan kation lainnya pada lembar oktahedral. Pergantian ini menyebabkan pesetaraan muatan pada permukaan bentonite. Ini merupakan situs aktif bentonite yang dapat menyerap kation organik maupun ion logam.

Muatan negatif pada permukaan bentonite seimbang dengan muatan positif dari kation yang dipertukarkan seperti Na⁺, Ca²⁺, K⁺ pada bagian interlayer bentonite.

IV. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

1. Bentonite mampu menyerap air disekitarnya melebihi volume bentonite tersebut.

2. Pada lingkungan yang basah bentonite mampu menyerap air dengan cepat, dan saat kering bentonite akan merekah.

DAFTAR PUSTAKA

1.Dermawan,Arif.“Analisis Perbandingan Nilai Tahanan Pentanahan yang Ditanam di Tanah dan di Septictank Pada Perumahan”.http://eprints.undip.ac.id/25304/1/ML2F303424.pdf (diakses: 26 november 2012)

2.Haryan,Rudy.http://digilib.unimus.ac.id/files/disk/119/jtptunimus-gdl-rudyharyan-5928-3-babii.pdf (diakses: 26 november 2012)