Studi Dampak Sambaran Petir Pada Peralatan

Studi Dampak Sambaran Petir Pada Peralatan Tegangan Rendah Rumah Tangga
Menggunakan Perangkat Lunak EMTP
Riduwan Maliki– 2205100116
Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS, Keputih-Sukolilo, Surabaya-60111
Abstrak: Petir merupakan fenomena alam yang meluahkan
muatan listrik dengan arus dan tegangan yang sangat besar,
dalam waktu yang sangat singkat. Saluran transmisi tegangan
tinggi jarang sekali mengalami gangguan akibat sambaran
petir dikarenakan level tegangan petir hampir sama dengan
level tegangan transmisi. Namun ketika petir menyambar di
saluran tegangan rendah yang dekat dengan transmisi di
pelanggan (rumah), maka transien tegangan dan arus yang
diakibatkan oleh petir akan berdampak pada sistem kelistrikan
di pelanggan (rumah) dan bisa merusak peralatan tegangan
rendah dan elektronik. Ada berbagai macam sambaran petir,
yaitu sambaran langsung dan sambaran tidak langsung. Pada
sambaran langsung petir menyambar tepat pada peralatan
tegangan rendah dan elektronik seperti pada antenna tv,
sedangkan pada sambaran tidak langsung kanal petir akan
menginduksi peralatan tegangan rendah dan elektronik dan
bisa juga terjadi kenaikan tegangan tanah (ground potential
rise) dari sambaran petir sehingga terjadi kenaikan tegangan
grounding di peralatan listrik. Kedua jenis sambaran tersebut
menimbulkan tegangan transien pada saluran. Pada tugas
akhir ini akan dibahas mengenai sambaran secara tidak
langsung. Kenaikan tegangan tanah (ground potential rise)
akan disimulasikan dengan menggunakan perangkat lunak
EMTP, sedangkan induksi petir akan dihitung secara
matematis.
Kata kunci: Sambaran Petir Tidak Langsung, Peralatan
Tegangan Rendah dan Elektronik, Ground Potential Rise,
Sambaran Induksi Petir, ATP/EMTP.
1.
PENDAHULUAN
Petir merupakan gejala alam yang tidak bisa dihilangkan
atau dicegah. Kejadian petir dapat melibatkan arus yang
sangat besar, dalam waktu yang sangat singkat namun
bahaya yang ditimbulkannya dapat sangat besar. Peluahan
muatan listrik antara awan dengan tanah terjadi karena
adanya kuat medan lisrik antara muatan di awan dengan
muatan induksi di permukaan tanah. Semakin besar muatan
yang terdapat di awan, semakin besar pula medan listrik yang
terjadi. Apabila kuat medan ini melebihi kuat medan tembus
udara, maka akan terjadi petir.
Petir akan menyambar pada objek yang tinggi seperti
pohon, menara transmisi listrik, BTS (tower pemancar),
gedung bertingkat, gedung pencakar langit, bahkan sebuah
pohon pisang di tengah ladang luas sekalipun akan beresiko
tersambar petir. Peluang sambaran petir tidak hanya
disebabkan karena ketinggian objek yang tersambar, tetapi
juga dipengaruhi oleh area tempat objek tersebut dan iklim di
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
daerah tersebut. Sebuah pohon pisang yang tingginya hanya
4 m bisa tersambar petir jika pohon tersebut berada di area
terbuka seperti ladang/sawah. Bahkan banyak kejadian
manusia yang tersambar di tempat-tempat terbuka seperti
lapangan dan ladang/sawah.
Sambaran petir bisa merusakkan peralatan listrik dan
elektronik di rumah tangga. Seperti televisi, radio, telepon
rumah, komputer, dan sebagainya. Kerusakan tersebut
dikarenakan adanya gelombang berjalan dengan amplitudo
transien arus dan tegangan yang tinggi dari sambaran petir.
Titik sambaran petir bisa dari berbagai titik kemungkinan.
Bisa berupa sambaran langsung maupun sambaran tak
langsung.
2.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Petir
Indonesia adalah negara tropis yang panas dan lembab.
Kedua faktor ini memudahkan pembentukan awan
Cumulonimbus penghasil petir, karena secara umum di
daerah tropis terbentuk siklon tropis yang merupakan daerah
raksasa aktivitas awan, angin, dan badai petir.
Petir merupakan kejadian alam di mana terjadi loncatan
muatan listrik antara awan dengan bumi. Loncatan muatan
listrik tersebut diawali dengan pengumpulan uap air di dalam
awan. Karena perbedaan temperatur yang besar antara bagian
bawah awan dengan bagian yang lebih di atas, butiran air
bagian bawah yang temperaturnya lebih hangat berusaha
berpindah ke bagian atas sehingga mengalami pendinginan
dan membentuk kristal es. Kristal es yang lebih berat
daripada butiran air berpindah ke bagian bawah. Kristal es
yang turun dan butir air yang naik saling mendesak sehingga
timbul gesekan yang menimbulkan pemisahan muatan. Butir
air yang bergerak naik membawa muatan positif sedangkan
kristal es membawa muatan negatif sehingga terbentuk awan
yang mirip dengan dipole listrik. Pada saat tegangan antara
ujung awan sudah cukup besar terjadilah pelepasan muatan
listrik.
2.2 Peralatan Sensitif Terhadap Surja
Pada dasarnya peralatan listrik dapat dibedakan menjadi
2 kelompok besar yaitu:
• Tanpa menggunakan komponen semikonduktor
• Menggunakan komponen semikonduktor
Komponen semikonduktor adalah komponen elektronika
yang pada umumnya merupakan bagian dari perangkat
pengontrol atau pengubah sistem daya (konverter).
Komponen semikonduktor dapat berupa dioda, thyristor,
transistor, integrated circuit. Kelompok peralatan listrik yang
tidak menggunakan semikonduktor misalnya: pompa air,
vacuum cleaner, rice cooker, mixer dan sebagainya.
Kelompok peralatan listrik yang menggunakan komponen
semikonduktor misalnya: komputer, televisi, radio, air
condition yang menggunakan kontrol elektronik dan
sebagainya.
Kelompok pertama, yaitu peralatan listrik yang tidak
menggunakan komponen semikonduktor lebih tahan
terhadap surja petir. Dalam intensitas arus maksimum
tertentu, kerusakan akan terjadi pada isolasi. Belitan dalam
motor listrik akan terbakar akibat tidak tahan terhadap
tingginya tegangan yang mengenainya. Sedangkan peralatan
listrik yang menggunakan komponen semikonduktor
merupakan peralatan yang sensitif terhadap surja petir.
Komponen semikonduktor merupakan perangkat yang amat
rentan terhadap perubahan arus atau tegangan yang
mendadak. Apabila batas toleransi perubahan arus tersebut
dilampaui maka peralatan tersebut akan rusak/tidak
berfungsi. Hal ini menyebabkan seluruh sistem dari peralatan
tersebut menjadi tidak berfungsi. Berikut adalah tabel batas
tegangan transient pada peralatan tegangan rendah
berdasarkan EN (European) Standard (EN 61000-4-5).
Tabel 1 Level Tegangan Transient Peralatan
Level
1
2
3
4
Batas Transient
0.5 kV
1 kV
2 kV
4 kV
3.1 Perhitungan Kenaikan Tegangan Tanah (Ground
Potential Rise-GPR) Akibat Sambaran Petir
Pada Ground Potential Rise (Kenaikan Tegangan Tanah)
arus petir yang menyambar suatu objek terdistribusi secara
radial di dalam tanah.
Gambar 2 Distribusi Tegangan Petir Pada Elektroda di Dalam
Tanah
Pada Gambar 2 merupakan gambaran distribusi
tegangan petir di dalam tanah. Distribusi tegangan petir
tampak seperti luasan setengah bola. Pada lapisan yang
berwarna ungu memiliki besar tegangan puncak yang
berbeda dengan lapisan yang berwarna hijau. Sehingga akan
ada faktor jarak dari sambaran atau elektroda yang terkena
sambaran petir terhadap besar tegangan puncak pada lapisan
permukaan setengah bola tersebut.
Sumber : Application of Surge Protection Devices for Very Low
Voltage Devices Mike Green Consulting Engineer- Lightning and
over-voltage protection
3.
PERHITUNGAN SAMBARAN TAK LANGSUNG
PETIR
Pada tugas akhir ini simulasi dan perhitungan yang
dilakukan hanya pada sambaran tak langsung. Ada dua
macam sambaran tak langsung yang akan ditinjau pada studi
ini, yaitu:
• Ground Potential Rise
• Induksi petir (kopling induktif)
Gambar 3 Distribusi Tegangan Petir Elektrode Rod di Dalam
Tanah
Bila Arus I (arus petir) masuk ke tanah lewat suatu
elektroda dan mengenai elektroda yang lain yang cukup jauh.
Arus yang masuk ke tanah mengalir secara radial dari
elektroda. Dari gambar 3 diatas dimisalkan arah arus dalam
tanah dari elektroda dengan jari-jari r1 yang tersambar petir
ke elektroda yang tidak tersambar petir sejauh r2, sehingga
luasannya adalah setengah bola (A=2 r2 ), maka besarnya
resistansi pada jarak r2 adalah
Rh =
Gambar 1 Sambaran Tak Langsung (Induksi Petir & Ground
Potential rise) yang Menyambar Sebuah Tower
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
ρ 1 1
 − 
2 ⋅ π  r1 r 2  ………………….....……1
dimana ,
Rh = resistansi antara 2 elektroda dengan jarak r2 ( )
= tahanan jenis tanah ( m)
r1 = jari-jari elektroda (m)
r2 = jarak elektrode (m)
3.2 Perhitungan Tegangan Induksi Akibat Sambaran
Petir
Tegangan induksi yang terjadi merupakan tegangan
akibat adanya fenomena kopling induktif. Diasumsikan
bahwa objek sambaran petir adalah menara yang berada pada
sumbu y positif berupa suatu penghantar tegak lurus dengan
bidang x. Arus petir diasumsikan menyambar pada menara.
Tegangan induksi yang terjadi adalah akibat medan magnetik
dan medan listrik akibat arus petir yang mengalir pada
menara transmisi menuju ke pentanahan. Peralatan listrik dan
elektronik disimbolkan sebagai suatu daerah dengan luasan
tertentu, seperti terlihat pada gambar berikut.
Gambar 5 Loop Berada di Samping Kabel Konduktor
4.
SIMULASI DAN ANALISIS
4.1 Antena Pemancar BTS
Tabel 4.1 Spesifikasi Menara BTS
Data
Gambar 4 Posisi Menara dan Peralatan Listrik
Pada suatu kabel penghantar turun yang dialiri arus petir,
daerah pada sekeliling kabel penghantar akan mengalami
induksi elektromagnetik yang menginduksi pada peralatan
listrik.
Selain dapat merusak komponen peralatan listrik,
tegangan tinggi terpa petir dapat pula merusak sistem isolasi
dari peralatan yang tersambar. Besarnya nilai induksi
elektromagnetik pada suatu kabel penghantar terhadap
peralatan listrik dapat dihitung dengan persamaan berikut
M = 0, 2 ⋅ b ⋅ ln
c
...............................................2
a
dimana,
M = Induksi Elektromagnetik, (H).
a = Jarak antar kabel konduktor dengan loop dalam, (m).
b = Besar loop, (m).
c = Jarak antar kabel konduktor dengan loop luar, (m).
Harga tegangan induksi yang terjadi akibat dari kopling
induktif, yaitu
( dt )
U maks = M di
………....…………….3
maks
Keterangan
Tinggi
15-92 meter
Panjang
4,5 meter
Lebar
4,5 meter
Power Pancar
100 watt
Frekuensi Band
800,900,&1800 MHz
Jari-jari downconductor
4 mm
Jenis downconductor
BC 50 mm2
Jenis elektrode pentanahan
Elektrode rod
Panjang elektrode
4m
Diameter elektrode
16mm
Pada studi ini ketinggian tower yang digunakan sebesar 52
meter.
Ground Potential Rise Pada Peralatan Listrik dan
Elektronik
4.2 Pemodelan Sistem Pengaman Petir Pada BTS
Penghantar turun (down conductor) BC 50 mm2
dimodelkan pada EMTP berupa resistor dan induktor yang
tersusun secara seri. Besar/nilai resistansi dihitung
berdasarkan rumus:
Rd = ρ
l ………………………………………..4
A
dimana,
Rd = resitansi downconductor/penghantar turun pada BTS
)
= tahanan jenis penghantar ( m), Cu=1,72x10-8 m
l
= panjang penghantar (m), dianggap sama dengan
panjang tower (52 m)
A = luas penampang penghantar (m2)
Sedangkan nilai induktansi penghantar turun (down
conductor) dihitung dengan rumus:
Ld = 0.21{ ln (2 × l r ) − 1 }……………………5
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
dimana,
Ld = induktansi penghantar ( H)
l = panjang penghantar (m), dianggap sama dengan
panjang tower (52 m)
r = jari-jari penghantar (m)
fasa 20 kV/380 V (∆/Y) dengan kondisi beban seimbang,
dengan beban masing-masing fasa 33 kVA.
Oleh karena petir akan terjadi ketika musim hujan dalam
hal ini kondisi tanah dalam keadaan basah/lembab, sehingga
tahanan jenis tanah dianggap 100 m . Pada resistansi
elektroda pentanahan (R) diambil sesuai dengan standard
IEEE, 1986 (IEEE Guide for Safety in AC Substation
Grounding. Wiley-Interscience, a division of John Wiley &
Sons, Inc. New York. P. 23) yang besarnya
10 ohm.
Namun pada studi ini resistansi yang diambil 10 .
Sedangkan nilai L dihitung dengan persamaan berikut
4 × l  − 7 …………………….6

L =  2 × l × ln
 10
d 

dimana,
L = nilai induktansi elektroda rod (H)
l = panjang elektroda rod (m)
d = diameter elektroda rod (m)
Nilai kapasitansi C dari elektroda rod menggunakan rumus
 ε ×l
r
C = 
18 × ln 4l
d

( )

10−9 ……………………….7


dimana,
C = kapasitansi elektroda rod (F)
l = panjang elektroda rod (m)
d = diameter elektroda rod (m)
= konstanta dielektrik elektroda rod (F/m), tembaga=3,3
r
F/m
4.3 Pemodelan Menggunakan EMTP
L_imp adalah sumber petir tipe Heidler. Arus dari petir
akan mengalir melewati penghantar turun (downconductor)
BTS dengan nilai resistansi dan induktansi Rd dan Ld. Besar
Rd dan Ld dihitung dengan persamaan 4.1 dan 4.2. R, L, dan
C adalah pemodelan elektroda rod pada pentanahan di BTS.
Nilai L dan C telah dihitung pada persamaan 4.3 dan 4.4.
Sedangkan besar R adalah 10 ohm. Arus petir yang masuk ke
tanah akan didistribusikan secara radial pada tanah di sekitar
pentanahan BTS. Sesuai persamaan 3.1, maka nilai Rh bisa
divariabel/diubah-ubah sesuai dengan jaraknya(r2). Sehingga
antara grounding peralatan listrik di rumah dan pentanahan
BTS dihubungkan dengan resistansi sebesar Rh, dengan
besarnya Rh berubah sesuai dengan jarak pentanahan BTS
terhadap grounding peralatan listrik rumah (r2).
Untuk nilai r1 (jari-jari elektroda pentanahan BTS)
diambil 0.008 m. Tegangan yang sampai ke grounding
peralatan di rumah akan terbaca pada probe. Pada gambar
pemodelan di atas, rumah terhubung dengan sistem. Trafo 3
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
Gambar 6 Pemodelan Potensial Rise Pada EMTP
4.4 Pengaruh Jarak Terhadap Kenaikan Tegangan
Puncak di Grounding/Pentanahan Rumah
Pada simulasi ini digunakan arus petir sebesar 10 kA
dengan waktu 8/20 s. Nilai Rh diubah-ubah sesuai dengan
persamaan 3.1 dengan nilai r2 yang berbeda-beda (diambil
1-10m) dan r1=0,008m (jari-jari elektrode pentanahan BTS).
Sedangkan nilai Rd dan Ld tetap dan besarnya seperti pada
perhitungan di persamaan 4.1 dan 4.2. Besar dari R, L, dan C
juga tetap seperti perhitungan pada persamaan 4.3 dan 4.4.
Untuk nilai Rg diambil 10 ohm, dan Rtr diambil 5 ohm.
Tabel 4.2 Kenaikan Tegangan Puncak dan Arus Puncak Pada
Jarak Yang Berbeda
Jarak
(m)
kenaikan tegangan di
grounding peralatan (V)
1
302.28
2
151.76
3
101.31
4
76.032
5
60.85
6
50.722
7
43.484
8
38.054
9
33.829
10
30.45
Hasil yang didapat pada simulasi menunjukkan bahwa
semakin jauh jarak grounding peralatan listrik dari sistem
pentanahan BTS yang tersambar petir, maka semakin kecil
pula kenaikan tegangan puncak pentanahan (ground potensial
rise) yang diterima oleh grounding peralatan listrik. Grafik
dibawah ini akan lebih memudahkan kita dalam melihat
pengaruh resistansi pentanahan terhadap kenaikan tegangan
pada setiap satuan jarak.
Tabel 4.3 Kenaikan Tegangan Puncak dan Arus Puncak
Terhadap Jarak Yang Berbeda Dengan Arus Puncak Petir
10kA dan 100kA
Jarak
(m)
Kenaikan Tegangan
Puncak (V)
Kenaikan Tegangan Puncak Untuk Setiap
Satuan Jarak
350
300
250
200
150
100
50
0
0
2
4
6
8
kenaikan tegangan di
grounding peralatan (V)
10kA
100kA
1
302.28
3022.9
2
151.76
1517.6
3
101.31
1013.1
4
76.032
760.32
5
60.85
608.48
6
50.722
507.21
7
43.484
434.84
8
38.054
380.54
9
33.829
338.3
10
30.45
304.5
10
Jarak (m)
Kenaikan Tegangan Puncak Untuk Arus
Puncak Petir 10 kA & 100 kA
Gambar 7 Grafik Kenaikan Tegangan Puncak Untuk Setiap
Satuan Jarak Dari Pentanahan BTS
4.5 Pengaruh Besarnya Arus Puncak Petir Terhadap
Besarnya
Kenaikan
Tegangan
Puncak
di
Grounding/Pentanahan Rumah
Pada simulasi ini digunakan arus petir sebesar 10 kA dan
100 kA dengan waktu 8/20 s. Nilai Rh diubah-ubah sesuai
dengan persamaan 3.1 dengan nilai r2 yang berbeda-beda
(diambil 1-10m) dan r1=0,008m (jari-jari elektrode
pentanahan BTS). Sedangkan nilai Rd dan Ld tetap dan
besarnya seperti pada perhitungan di persamaan 4.1 dan 4.2.
Besar dari R, L, dan C juga tetap seperti perhitungan pada
persamaan 4.3 dan 4.4. Untuk nilai Rg diambil 10 ohm, dan
Rtr diambil 5 ohm, maka diperoleh hasil seperti yang terlihat
di bawah ini.
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
Kenaikan Tegangan
Puncak (V)
3500
Pada Grafik diatas terjadi penurunan tegangan puncak
yang cukup tajam pada jarak 1 m sampai 3 m. Untuk jarak
3m keatas penurunan tegangan puncak cukup landai.
Semakin
kecil
kenaikan
tegangan
yang terjadi
mengindikasikan semakin aman peralatan listrik tegangan
rendah dan elektronik dari kerusakan akibat Ground Potential
Rise sambaran petir. Batas aman kenaikan tegangan (Ground
Potential Rise) merujuk pada standard EN 61000-4-5
(tabel…). Kenaikan tegangan yang melebihi batas
kemampuan peralatan akan menyebabkan kerusakan isolasi
peralatan. Jika melihat tegangan puncak dari grafik di atas,
maka berdasarkan tabel standard EN 61000-4-5 peralatan
masih bisa dikatakan aman.
3000
2500
Arus Puncak Petir
10 kA
2000
1500
Arus Puncak Petir
100 kA
1000
500
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Jarak (m)
Gambar 8 Grafik Kenaikan Tegangan Puncak Pada Grounding
Peralatan di Rumah Dengan Arus Puncak 10 kA & 100 kA
Dari tabel dan gambar grafik terlihat bahwa semakin
besar arus puncak petir, maka semakin besar pula kenaikan
tegangan puncak di grounding peralatan listrik rumah tangga.
Pada impuls petir 10 kA kenaikan tegangan puncak yang
terjadi masih berada di bawah batas standar EN 61000-4-5.
Jadi Peralatan masih bisa dikatakan aman. Sedangkan untuk
impuls petir sebesar 100 kA pada jarak 1m kenaikan
tegangan puncak yang terjadi pada grounding peralatan
sebesar 3022,9 V. Hal tersebut membahayakan peralatan
dengan kemampuan isolasi level 1, 2, dan 3. Sedangkan pada
jarak 1-3 m akan cukup berbahaya bagi peralatan level 1 dan
2. Jarak aman peralatan untuk seluruh level isolasi yaitu
sekitar 6 m lebih.
12.5
3434.9
15
3778.2
17.5
4068.7
20
4317.7
22.5
4533.4
Dari Tabel diatas didapatkan bahwa semakin besar tahanan
pentanahan, maka semakin besar pula kenaikan tegangan
yang terjadi. Begitu pula dengan arus yang mengalir juga
semakin besar. Grafik di bawah ini akan memudahkan kita
untuk melihat kenaikan tegangan dan arus terhadap tahanan
pentanahan yang berbeda dengan jarak tetap (1 m)
5000
4000
3000
2000
kenaikan tegangan untuk setiap satuan jarak
dari penghantar petir
2.5
2
1.5
1
0.5
0
1
Kenaikan Tegangan
Puncak (V)
Tahanan Pentanahan Rumah vs Kenaikan
Tegangan Puncak
4.7.1 Perhitungan Tegangan Induksi Untuk Besar Loop
1mm
Dari perhitungan dengan menggunakan persamaan..
terlihat bahwa semakin jauh jarak peralatan dari penghantar
petir, maka semakin kecil tegangan induksinya. Penurunan
tegangan induksi terhadap jarak bisa terlihat jelas dari grafik
di bawah ini.
1000
80
0
10
00
3022.9
60
0
10
40
0
1889.6
2519.2
20
0
5
7.5
80
1079.9
10
0
2.5
60
472.5
40
1
20
kenaikan
tegangan (V)
5
Tahanan
pentanahan
rumah ( )
4.7 Sambaran Induksi Petir Pada Peralatan Listrik
Tegangan Rendah dan Elektronik
Sambaran induksi yang mengenai peralatan listrik tegangan
rendah dan elektronika bisa merusakkan isolasi, IC
(Integrated Circuit), dan komponen-komponen elektronik
lainnya (dioda, transistor, dll). Kerusakan-kerusakan itu
menyebabkan peralatan listrik dan atau elektronik tidak bisa
dipakai kembali. Sambaran induksi juga sama berbahayanya
dengan Ground Potential Rise. Namun faktor yang
mempengaruhi besarnya tegangan yang mengenai peralatan
berbeda dengan Ground Potential Rise. Besarnya tegangan
induksi akibat sambaran petir bisa dihitung seperti pada
persamaaan...&...
10
Tabel 4.4 Kenaikan Tegangan Puncak dan Arus Puncak
Terhadap Tahanan Pentanahan Yang Berbeda Dengan Jarak
Tetap (1m)
Dari tabel dan gambar grafik diatas, jika dipadukan
dengan EN 61000-4-5 pada tabel 2.1, maka peralatan (semua
level) yang jarak groundingnya 1 meter dari pentanahan
BTS/tower akan aman dari Ground Potential Rise (GPR) jika
tahanan pentanahan peralatan sebesar 1 . Untuk level 1
akan aman jika tahanan pentanahan peralatan 1 , level 2
pada tahanan pentanahan ± 2,5 , level 3 pada tahanan
pentanahan ± 5 , level 4 pada tahanan pentanahan ±
17,5 .
kenaikan tegangan (kV)
4.6 Pengaruh Besarnya Kenaikan Tegangan Terhadap
Tahanan Pentanahan Rumah
Pada simulasi ini, model sama dengan simulasi
sebelumnya, hanya tahanan pentanahan pada rumah (Rg)
divariabel. Besar arus puncak petir yang digunakan adalah
100 kA, sedangkan jarak antara pentanahan BTS terhadap
pentanahan rumah di buat tetap (r2), yaitu 1 m. Sehingga
sesuai dengan persamaan 3.1, maka besarnya Rh adalah 1974
. Berikut adalah hasil kenaikan tegangan yang muncul di
pentanahan rumah untuk besar setiap tahanan pentanahan
rumah yang berbeda.
jarak dari BTS (m)
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122
Tahanan Pe ntanahan Rum ah (ohm )
Gambar 9 Grafik Kenaikan Tegangan Puncak Yang Terjadi
Untuk Setiap Tahanan Pentanahan Yang Berubah-Ubah
Dengan Jarak Tetap (1m)
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
Gambar 10 Grafik Kenaikan Tegangan Setiap Satuan Jarak
Akibat Sambaran Induksi (Loop 1mm)
4.7.2 Perhitungan Tegangan Induksi Untuk Besar Loop
10 mm
Dari perhitungan dengan menggunakan persamaaan..
terlihat bahwa semakin jauh jarak peralatan dari penghantar
petir, maka semakin kecil tegangan induksinya. Penurunan
tegangan induksi terhadap jarak bisa terlihat jelas dari grafik
di bawah ini.
2.
3.
250
200
150
4.
100
50
5.
80
0
10
00
60
0
40
0
20
0
80
10
0
60
40
20
5
10
0
1
kenaikan tegangan (kV)
kenaikan tegangan untuk setiap satuan jarak
dari penghantar petir
jarak dari BTS (m)
Gambar 11 Grafik Kenaikan Tegangan Setiap Satuan Jarak
Akibat Sambaran Induksi (Loop 10mm)
6.
Ada perbedaan nilai tegangan pada grafik
gmabar..&..diatas. Semakin besar loop, maka semakin besar
pula nilai tegangan induksinya. Grafik di bawah ini
menunjukkan ada perbedaan nilai tegangan induksi antara
loop 1 mm dan 10 mm.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
250
200
150
1 mm
100
10 mm
50
[2]
[3]
10
00
60
0
20
0
80
40
10
0
1
kenaikan tegangan (kV)
kenaikan tegangan untuk loop 1 mm & 10 mm
pada setiap satuan jarak dari penghantar petir
jarak dari BTS (m)
[4]
Gambar 12 Grafik Kenaikan Tegangan Pada Loop 1 mm dan
10 mm
[5]
Semakin besar loop peralatan listrik, maka semakin
besar energi elektromagnetik petir yang ditangkap oleh
peralatan listrik. Hal itulah yang menyebabkan terjadinya
kenaikan tegangan yang tinggi pada peralatan dengan loop
yang lebih besar.
[6]
[7]
[8]
5. KESIMPULAN
Kesimpulan yang didapat dari analisis dan pembahasan
perhitungan adalah :
1. Semakin jauh jarak pentanahan/grounding peralatan
listrik dari elektroda pentanahan yang tersambar
petir, maka semakin kecil kenaikan tegangan
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
puncak pada pentanahan peralatan listrik rumah
tangga.
Pada jarak 1-3 m terjadi penurunan tegangan
puncak pada pentanahan/grounding peralatan listrik
yang cukup tajam, sedangkan semakin jauh
jaraknya semakin landai penurunan kenaikan
tegangan puncaknya.
Semakin kecil resistansi pentanahan peralatan listrik
rumah tangga, maka akan semakin kecil pula
kenaikan tegangan puncak pentanahannya akibat
Ground Potential Rise (GPR).
Untuk peralatan yang cukup dekat dengan objek
sambaran
petir
lebih
baik
menggunakan
pentanahan/grounding peralatan yang memiliki
resistansi pentanahan kurang dari 1 ohm.
Tegangan induksi petir akan mengecil seiring
dengan bertambahnya jarak dari objek yang
tersambar petir, selain itu juga dipengaruhi besar
arus dan lebar loop peralatan.
Pada jarak 1-5 m terjadi penurunan tegangan
puncak pada peralatan listrik yang cukup tajam,
sedangkan semakin jauh jaraknya semakin landai
penurunan kenaikan tegangan puncak.
[9]
[10]
[11]
Andrew Dickson and a Research Team of the School
of Electrical and Information Engineering, University
of the Witwatersrand. 2006. Surge Protection in Low
Voltage Electrical Installations:Risk assessment
analysis for South Africa
E. Kuffel, W.S. Zaengl, J. Kuffel. 2000. High Voltage
Engineering Fundamentals (2nd_edition). Newnes,
Great Britain.
Harayatris Meyditri Luden. 2002. Studi Tentang
Efek Petir Terhadap Peralatan Elektronika Dalam
Bangunan
dan
Pengamanannya.
<http://digilib.petra.ac.id/ >
IEEE Guide. 2005. How to Protect Your House and
Its Contents from Lightning. IEEE press. United
States of America.
Ir.Syariffuddin Mahmudsyah,M.Eng. 2007. Petir :
Ancaman Petir Perlu Diwaspadai. Diktat Kuliah
Teknik Tegangan Tinggi, ITS Surabaya.
Mike Green. Application of Surge Protection
Devices for Very Low Voltage Devices.
Peter Brackett. 2001. CPR Lightning Damage
Investigation and Mitigation Strategies.
Sears and Zemansky. Fisika Universitas Edisi
kesepuluh jilid 2. Penerbit : Erlangga. Jakarta.
www.bmg.go.id
www.e-dukasi.net
www.petir.com
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Riduwan Maliki dilahirkan di
kota Sidoarjo, 06 November 1986.
Penulis adalah putra pertama dari
empat bersaudara pasangan Pudji
Hartono dan Chulwatul Waroh.
Penulis
memulai
jenjang
pendidikannya di TK Dharma
Wanita dan SDN Semampir SedatiSurabaya hingga lulus tahun 1999.
Setelah itu penulis melanjutkan
studinya di SLTP Negeri 1 Waru.
Tahun 2002, penulis diterima sebagai murid SMA Negeri 1
Sidoarjo hingga lulus tahun 2005. Pada tahun yang sama
penulis masuk ke Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi
Sepuluh Nopember Surabaya lewat SPMB dengan NRP.
2205100116 dan mengambil bidang studi Teknik Sistem
Tenaga.
Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif mengikuti
kepanitiaan kegiatan di Jurusan Teknik Elektro. Mulai tahun
2008, penulis aktif sebagai asisten untuk Praktikum Konversi
Energi Listrik, Mesin Arus Bolak-Balik, dan Elektronika
Daya di Laboratorium Konversi Energi.
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.