UMUM KONDUKTOR PENYALUR DOWN CONDUCTOR

BAB IV SISTEM PROTEKSI PETIR EKSTERNAL

4.1. UMUM

3 Sistem Proteksi Petir Eksternal adalah instalasi dan alat-alat diluar suatu struktur untuk menangkap dan menghantarkan arus surja petir ke sistem pembumian. Proteksi petir Eksternal berfungsi sebagai proteksi terhadap tegangan lebih petir jika terjadi sambaran langsung ke sistem atau bangunan yang dilindungi. Komponen-komponen penghantar arus surja petir adalah : 1. Terminasi Udara air terminal 2. Konduktor Penyalur down conductor 3. Sistem Terminasi Bumi grounding network

4.2 TERMINASI UDARA AIR TERMINAL

8 Terminasi udara adalah bagian dari sistem proteksi petir eksternal yang dikhususkan untuk menangkap sambaran petir, berupa elektroda logam yang dipasang pada bagian atas bangunan atau gedung yang dilindungi. Ada beberapa macam terminasi udara, yaitu :

4.2.1 Tipe Konvensional Franklin Rod

Jenis penangkal petir terminasi udara umumnya digunakan untuk melindungi bangunan-bangunan, menara-menara, serta bangunan lainnya yang dianggap penting untuk diproteksi. Karena timbulnya medan listrik yang cukup kuat, dan udara yang terdapat dibawah awan mempunyai kerapatan muatan yang 31 Universitas Sumatera Utara 32 cukup tinggi maka obyek-obyek di permukaan bumi yang relatif tinggi dan berada dalam medan tersebut akan cenderung menjadi sasaran sambaran petir. Berdasarkan pemikiran diatas, Franklin membuat penangkal petir yang ujungnya runcing di bagian atasnya dan menempatkan batang tersebut pada suatu bangunan. Ujung yang runcing akan sangat mudah melepaskan muatan listrik ke bumi melalui konduktor pembumian. Dengan demikian petir akan menyambar batang penangkal petir karena sifatnya yang sangat mudah melepaskan muatan listrik ke bumi. Daerah perlindungan dari suatu penangkal petir menurut Franklin dapat digambarkan sebagai sebuah kerucut seperti Gambar 4, dimana sudut yang terbentuk tergantung dari tinggi penangkal petir h. I I Gambar 4. Daerah Proteksi menurut Franklin Teknik penangkal petir yang sederhana dan pertama kali dikenal menggunakan prinsip yaitu dengan membentuk semacam tameng atau perisai berupa konduktor yang akan mengambil alih sambaran petir. Penangkal petir semacam ini biasanya disebut ground wires kawat tanah pada jaringan hantaran udara, sedangkan pada bangunan-bangunan dan perlindungan terhadap struktur disebut lightning mast. h Daerah permukaan yang dilindungi Daerah Proteksi Rod Mast Universitas Sumatera Utara 33

4.2.2 Tipe Sangkar Faraday Faradays Cage

Sistem penangkal petir tipe ini merupakan pengembangan dari sistem penangkal petir metode Franklin, sehingga mempunyai banyak persamaan. Perbedaannya adalah terletak pada penggunaan batang penangkal petirnya. Pada metode Franklin batang terminasi udaranya dibuat lurus vertikal, sedangkan metode sangkar Faraday menggunakan konduktor-konduktor yang tersusun secara horizontal. Itulah sebabnya terminasi udara metode ini sering digunakan untuk proteksi pada bangunan-bangunan yang mempunyai areal atap yang cukup luas dan cenderung datar. Seperti yang sudah diketahui bahwa petir cenderung menyambar bagian yang lebih runcing pada atap suatu bangunan, karena pada bagian ini terdapat rapat muatan yang cukup besar sehingga awan bermuatan lebih mudah melepaskan muatannya. Menurut metode ini, pada bagian yang runcing inilah dipasang konduktor horizontal yang berfungsi sebagai objek sambaran petir. Untuk bangunan-bangunan yang mempunyai atap yang sangat luas, maka diperlukan beberapa konduktor horizontal yang terpasang secara listrik satu dengan lainnya. Sehingga jika terdapat arus petir, maka arus tersebut akan terbagi- bagi, sehingga arus yang diterima tiap-tiap konduktor relatif kecil. Kemudian konduktor-konduktor horizontal tersebut dihubungkan dengan konduktor penyalur down conductor untuk kemudian dihubungkan secara listrik dengan konduktor pembumian. Untuk mendapatkan hasil pengamanan yang lebih baik, maka biasanya konduktor-konduktor horizontal dihubungkan secara listrik dengan batang-batang pcnangkal petir yang pendek dan dipasang pada atap bangunan yang diperkirakan Universitas Sumatera Utara 34 mudah disambar petir, misalnya pada sudut-sudut atap bangunan. Batang penangkal petir yang pendek tadi dipasang untuk memudahkan mengalirnya arus petir dari awan menuju bumi.

4.2.3 Air terminal menggunakan radio aktif

Disamping penggunaan terminasi udara dengan tipe-tipe yang sudah disebutkan diatas, terdapat juga penggunaan terminasi udara yang menggunakan unsur radio aktif. Tetapi penggunaan terminasi udara tipe ini sangatlah jarang digunakan. Meski demikian, ada kemungkinan terminasi tipe ini digunakan dalam sistem proteksi petir.

4.2.4 Tipe Emisi Streamer

Terminasi udara akan dengan mudah dapat menimbulkan upward streamer leader membubung naik dari ujung terminasi udara, sehingga tipe lebih cepat bekerja dibandingkan dengan metode konvensional radius proteksi lebih luas. Peralatan ini mengantisipasi secara dini sambaran petir karena menciptakan emisi atau elektron bebas lebih awal mendahului objek sekeliling yang dilindungi

4.3 RANCANGAN

SISTEM TERMINASI UDARA MENURUT STANDAR NASIONAL INDONESIA SNI 03-7015-2004 7 Untuk menentukan penempatan terminasi udara dan untuk mengetahui daerah proteksi, maka tulisan ini menggunakan metode-metode yang terdapat didalam SNI 03 – 7015 – 2004, yaitu : l. Metode sudut proteksi Protective Angle Method 2. Metode bola bergulir Rolling Sphere Method 3. Metode jala Mesh Sized Method Universitas Sumatera Utara 35 Metode proteksi dipilih dengan pertimbangan sebagai berikut : a Metode sudut proteksi protective angle method cocok untuk bangunan gedung atau bagian kecil dari bangunan gedung yang lebih besar. Metode ini tidak cocok untuk bangunan gedung yang lebih tinggi dari radius bola bergulir yang sesuai dengan tingkat proteksi Sistem Proteksi Petir SPP yang dipilih. b Metode bola bergulir rolling sphere method cocok untuk bentuk bangunan gedung yang rumit. c Metode jala meshed sized method dipakai untuk keperluan umum dan khususnya cocok untuk proteksi struktur dengan permukaan datar. Dilihat dari ketiga metode di atas, maka dalam perancangan terminasi udara pada bangunangedung, ketiga metode diatas dapat dikombinasikan untuk membentuk zona proteksi dan meyakinkan bahwa bangunan tesebut terproteksi seluruhnya. Standar SNI ini tidak memberikan kriteria untuk pemilihan sistem terminasi udara karena dianggap batang, kawat rentang dan konduktor jala adalah sama. Dipertimbangkan bahwa : 7 1. Tinggi batang terminasi udara sebaiknya antara 2-3 meter untuk mencegah peningkatan frekuensi sambaran petir langsung. 2. Rentangan kawat dapat digunakan dalam semua kasus sebelumnya dan untuk bentuk bangunangedung yang rendah ab 4, dimana a : panjang gedung dan b : lebar gedung. 3. Sistem terminasi udara terdiri dari jala konduktor untuk keperluan umum. Ukuran minimum bahan SPP Sistem Proteksi Petir yang dipakai didalam standar ini untuk penggunaan terminasi udara dapat dilihat pada Tabel 4.1. Universitas Sumatera Utara 36 Tabel 4.1. Dimensi minimum bahan SPP untuk penggunaan terminasi udara. Tingkat Proteksi Bahan Terminasi Udara mm 2 I sampai dengan IV Cu 35 Al 70 Fe 50

4.3.1 Metode Sudut Proteksi Angle Protection Method

Daerah yang diproteksi adalah daerah yang berada didalam kerucut dengan sudut proteksi sesuai dengan Tabel 3.4. Dengan metode sudut proteksi ini, terminasi udara dipasang pada setiap bagian dari struktur bangunan yang dilindungi yang tidak tercakup pada daerah proteksi yang dibentuk. Nilai sudut yang terbentuk sebagai daerah proteksi adalah bergantung dari ketinggian terminasi udara rodmast dari daerah yang diproteksi. Metode sudut proteksi secara geometris mempunyai keterbatasan dan tidak digunakan untuk bangunangedung yang lebih tinggi dari radius bola gulir yang ditentukan dalam Tabel 3.4. Gambar 4.1.a. Daerah Proteksi Tampak Gambar 4.1.b. Daerah Proteksi Tampak Depan Samping 2 3 1 4 2 3 1 4 Keterangan : 1 : Tiang Terminasi Udara 2 : Bangunan yang diproteksi 3 : Bidang Referensi 4 : Sudut Proteksi sesuai dengan tabel 4 Keterangan : 1 : Tiang Terminasi Udara 2 : Bangunan yang diproteksi 3 : Bidang Referensi 4 : Sudut Proteksi sesuai dengan tabel 4 Universitas Sumatera Utara 37 Gambar 4.1.c. Daerah Proteksi Tampak Atas Konduktor terminasi udara sebaiknya ditempatkan sedemikian sehingga semua bagian bangunan gedung yang diproteksi berada disebelah dalam permukaan selubung yang dihasilkan oleh proyeksi titik-titik dari konduktor terminasi udara ke bidang referensi, dengan sudut a ke garis vertikal dalam semua arah. Rancangan terminasi udara menggunakan metode sudut proteksi ini dapat dilihat pada Gambar 4.1. Dianggap bangunan mempunyai panjang dan lebar yang sama.

4.3.2 Metode Bola Bergulir rolling Sphere Method

Metode bola bergulir baik digunakan pada bangunan yang bentuknya rumit. Dengan metode ini seolah-olah ada suatu bola dengan radius R yang bergulir di atas tanah, sekeliling struktur dan di atas struktur ke segala arah hingga bertemu dengan tanah atau struktur yang berhubungan dengan permukaan bumi yang mampu bekerja sebagai penghantar Gambar 4.2. Titik sentuh bola bergulir pada struktur yang dapat disambar petir dan pada titik tersebut harus diproteksi oleh konduktor terminasi udara. Semua petir yang berjarak R dari ujung penangkap petir akan mempunyai kesempatan yang sama untuk rnenyambar bangunan. 2 1 Keterangan : 1 : Terminasi Udara 2 : Bangunan yang diproteksi Universitas Sumatera Utara 38 Protected Zone R Gambar 4.2. Daerah proteksi dengan metode bola bergulir. Metode bola bergulir rolling sphere ini sebaiknya digunakan untuk mengidentifikasi ruang yang terproteksi dari bagian atau luasan bangunangedung yang tidak tercakup oleh metode sudut proteksi angle protection method. Dengan metode ini, penempatan sistem terminasi udara dianggap memadai jika tidak ada titik pada daerah yang diproteksi tersentuh oleh bola gulir dengan radius R, disekeliling dan diatas bangunangedung kesemua arah. Untuk itu, bola hanya boleh rnenyentuh tanah dan atau sistem terminasi udara. Radius bola gulir harus sesuai dengan tingkat proteksi SPP Sistem Proteksi Petir yang dipilih menurut Tabel 3.4. Pada gambar diatas, bola dengan radius R digulirkan sekeliling dan diatas bangunangedung hingga bertemu dengan bidang tanah atau bangunangedung permanen atau obyek yang berhubungan dengan bidang bumi yang mampu bekerja sebagai konduktor petir.

4.3.3. Metode Jala Meshed Sized Method

7, 2

Metode ini digunakan untuk keperluan perlindungan permukaan yang datar karena bisa melindungi seluruh permukaan bangunan. Daerah yang Universitas Sumatera Utara 39 diproteksi adalah keseluruhan daerah yang ada di dalam jala - jala Gambar 4.3. Ukuran jala sesuai tingkat proteksi dapat dipilih pada Tabel 4.3. a. Bangunan gedung atap miring b. Bangunan gedung atap datar Gambar 4.3. Daerah Proteksi dengan metode jala Untuk keperluan perlindungan permukaan yang datar, SPP Sistem Proteksi Petir jala diyakini melindungi seluruh permukaan jika dapat memenuhi kondisi berikut: a Konduktor terminasi udara ditempatkan pada : o garis pinggir sudut atap. o serambi atap. o garis bubungan atap, jika kemiringan atap lebih dari 110. b Permukaan samping pada bangunan gedung yang tingginya lebih dari radius bola gulir yang relevan dengan tingkat proteksi yang dipilih sesuai tabel 3.4. harus dilengkapi dengan sistem terminasi udara. c Dimensi jala pada jaringan terminasi udara tidak lebih dari nilai yang diberikan dalam Tabel 3.4. d Jaringan sistem terminasi udara disempurnakan sedemikian rupa hingga arus petir akan selalu mengalir melalui dua lintasan logam berbeda, tidak boleh ada instalasi logam menonjol keluar dari volume yang dilindungi oleh sistem terminasi udara. Universitas Sumatera Utara 40 e Konduktor terminasi udara harus mengikuti lintasan terpendek yang dimungkinkan.

4.4 KONDUKTOR PENYALUR DOWN CONDUCTOR

8,7 Konduktor penyalur down conductor adalah bagian dari sistem proteksi eksternal yang digunakan untuk melewatkan arus petir dari sistem terminasi udara ke sistem pembumian. Konduktor penyalur perlu dirancang agar tidak menimbulkan induksi terhadap peralatan - peralatan listrik yang terdapat didalam ataupun disekitar bangunan atau gedung yang diproteksi. 8 Pemilihan jumlah dan posisi konduktor penyalur sebaiknya memperhitungkan kenyataan bahwa, jika arus petir dibagi dalam beberapa konduktor penyalur, resiko loncatan kesamping dan gangguan elektromagnetik di dalam bangunan gedung berkurang. 7 Adapun ukuran minimum bahan SPP Sistem Proteksi Petir yang dipakai di dalam standar ini untuk penggunaan konduktor penyalur down conductor adalah dapat dilihat pada Tabel 4.2. dibawah. Tabel 4.2. Dimensi minimum bahan SPP untuk penggunaan konduktor penyalur Tingkat Proteksi Bahan Konduktor Penyalur mm 2 I sampai dengan IV Cu 16 Al 25 Fe 50 Cara penempatan konduktor penyalur dengan melihat kondisi bangunangedung yang diproteksi : Universitas Sumatera Utara 41 1. Jika dinding terbuat dari bahan yang tidak mudah terbakar, konduktor penyalur dapat ditempatkan pada permukaan atau didalam dinding tersebut. 2. Jika dinding terbuat dari bahan yang mudah terbakar, konduktor penyalur dapat ditempatkan pada permukaan dinding, asalkan kenaikan suhu karena lewatnya arus petir tidak berbahaya untuk bahan dinding. Jika dinding terbuat dari bahan yang mudah terbakar dan kenaikan suhu konduktor penyalur berbahaya, maka konduktor penyalur harus ditempatkan sedemikian sehingga jarak antara konduktor penyalur dengan ruang terproteksi selalu lebih besar dari 0,1 m. Braket pemasang yang terbuat dari logam boleh melekat pada dinding. Bila jumlah konduktor penyalur lebih dari satu, maka jarak rata-rata antara konduktor penyalur menurut tingkat proteksi ditentukan seperti Tabel 4.3. Tabel 4.3. Jarak rata-rata antara konduktor penyalur Tingkat Proteksi Jarak rata-rata m I 10 II 15 III 20 IV 25

4.5 SISTEM TERMINASI BUMI GROUNDING SYSTEM