5
I.6 Sistematika Penulisan BAB I : Pendahuluan
Pendahuluan ini membahas tentang :
- Latar Belakang Masalah
- Tujuan Penulisan
- Batasan Masalah
- Metode Penulisan
- Sistematika Penulisan
BAB II : Landasan Teori
Landasan teori mencakup : -
Tegangan Lebih -
Penyebab Terjadinya Tegangan Lebih -
Proses Terjadinya Petir -
Pembentukan Muatan -
Pelepasan Muatan -
Mekanisme Sambaran Petir -
Tegangan Lebih Yang Diakibatkan Oleh Petir -
Gelombang Berjalan -
Gelombang Elektromagnetik -
Medan Elektrostatik
Universitas Sumatera Utara
6
BAB III : Sambaran Petir Pada Pesawat Terbang Boeing 737-200
Bab ini mencakup tentang :
- Pengujian Pesawat Terhadap Sambaran Petir
- Daerah Sambaran Petir Pada Pesawat Terbang
- Static Discharger
BAB IV : Pembahasan
Pada bab ini berisikan :
- Perlindungan Bagian Luar Pesawat Terbang Terhadap
Sambaran Petir -
Perlindungan Bagian Dalam Pesawat Terbang Terhadap Sambaran Petir
- Flow Chart Proses Terjadinya Sambaran Petir Pada Pesawat
Terbang
BAB V : Penutup
Bab ini berisikan :
- Kesimpulan pembahasan
- Saran
Universitas Sumatera Utara
7
BAB II LANDASAN TEORI
II.1. Tegangan Lebih
Dalam merencanakan suatu sistem pengaman Proteksi yang ada hubungannya dengan tenaga atau arus listrik, maka perlu diperhatikan keadaan
peralatan itu pada waktu transient atau peralihan steady kepada suatu keadaan steady state yang lain
Pada keadaan
transient, tegangan yang terjadi lebih besar dari tegangan kerja pada peralatan itu. Hal ini tentu saja dapat merusak peralatan tersebut, oleh
karena peralatan itu mempunyai kekuatan isolasi yang terbatas. Jadi jelaslah bahwa peralatan itu harus dilindungi terhadap akibat yang merusak dari tegangan
lebih ini, harus sudah diperhitungkan pada waktu perencanaan tenaga listrik tersebut.
II.1.1 Penyebab Terjadinya Tegangan Lebih.
Tegangan lebih yang terjadi pada sistem tenaga listrik dapat disebabkan oleh berbagai hal antara lain :
• External over voltage tegangan lebih luar. Tegangan lebih yang
disebabkan peristiwa yang terjadi di atmosfir bumi, dalam hal ini tegangan lebih yang terjadi tidak mempunyai hubungan langsung dengan tegangan
kerja. External overvoltage ini dapat terjadi disebabkan oleh : 1.
Sambaran kilat langsung direct lightning stroke
Universitas Sumatera Utara
8 2.
Induksi tegangan petir disebabkan oleh pelepasan muatan yang terjadi antara awan dengan tanah dekat dengan bangunan listrik
3. Induksi tegangan yang disebabkan perubahan kondisi atmosfir
sepanjang kawat transmisi. 4.
Induksi tegangan statis yang disebabkan oleh awan yang bermuatan.
5. Induksi tegangan statis yang disebabkan oleh gesekan-gesekan
partikel-partikel kecil di awan.
II.2. Proses Terjadinya Petir
Proses yang tepat tentang sebab terjadinya kilat diangkasa raya sampai saat ini belum mendapatkan jawaban yang dapat diterima oleh para ahli. Tetapi
menurut sebagian ahli bahwa pada waktu hujan lebat disertai petir kejadiannya sering kali disebabkan oleh berbagai awan tebal dan biasanya disertai oleh angin
ribut. Disini awan-awan tebal itu sebagai akibat dari tidak stabilnya atmosfir dari pemuaian udara oleh panas matahari.
Pada siang hari dimana udara cerah, sinar matahari mampu memanaskan lapisan udara setebal 1 meter dengan temperatursuhu 1
c pada permukaan bumi. Bumi sebagai benda padat akan lebih cepat menjadi panas dari pada lapisan udara
dipermukaan bumi, maka kerapatan udara pada bagian bawah menjadi berkurang dan atmosfir menjadi tidak stabil untuk gerakan-gerakan partikel. Berkurangnya
kerapatan udara dibagian bawah atmosfir itu menyebabkan terjadinya aliran udara menuju keatas.
Universitas Sumatera Utara
9 Udara dipermukaan bumi yang lembab menguap dan naik menempati
lapisan udara yang lebih tinggi. Jika penguapan itu terjadi terus menerus maka, pada ketinggian tertentu uap air dan partikel-partikel diawan yang dibawanya
mengalami kondensasi menjadi titik air yang sangat kecil. Titik-titik air ini yang mempunyai garis tengah
610 µm menghambur di volume udara itu dengan kerapatan seratus atau lebih titik-titik aircm
3
. Peristiwa tersebut berlangsung terus menerus sehingga titik-titik air yang banyak akan terhimpun dalam suatu volume
sehingga terbentuk suatu awan yang terdiri dari titik-titik air
Gambar.2.1. Proses Terjadinya Awan
Gerakan udara didalam dan disekitar awan tersebut terbentuk akibat adanya udara panas dibawah level yang mengalir keatas dengan udara kering
udara stabil pada sekeliling awan akan bercampur dengan awan yang jenuh dan titik-titik air yang menyebabkan terjadinya penguapan dari titik-titik air yang
menuju ke udara kering dan sekaligus pendinginan, dan karena pada udara stabil
Universitas Sumatera Utara
10 tersebut terdapat pengaruh gravitasi bumi maka akan menimbulkan gerakanaliran
udara menuju kebawah. Sebagai akibat dari peristiwa diatas maka awan-awan tersebut selalu
terdapat aliran - aliraan udara keatas yang umumnya lebih besar dari pada aliran yang ke bawah, dimana aliran udara yang keatas mempunyai diameter sekitar 300
µm sampai 2000 µm tergantung dari ketebalan dan kerapataan lapisan sub awan stabilitas atmosfir, kecepatan angin dan faktor-faktor lainnya. Jika aliran udara
keatas berlangsung secara kontiniu, maka ketika temperatur udara itu didalam awan turun dibawah 0
C sebahagian dari titik-titik air yang berkondensasi itu menjadi kristal-kristal es akan membebaskan panasnya yang mana dapat
menambah daya mengapung dari awan pada awan tersebut. Hal ini tidak terjadi pada terjadinya permulaan awan, karena air murni dalam jumlah yang sangat
kecil, berkemungkinan kecil membeku secara cepat sampai temperatur dibawah 40
C. Pada puncak awan dimana suhu atmosfir sangat dingin, uap kristal salju
pada puncaknya sedangkan pada dasar awan terdiri dari titik-titik air. Dari hasil
pengamatan meteorologi dan geofisika awan-awan ini awan Cu Mulus di
Indonesia mempunyai ketinggian 600 sampai 1500 meter pada basisnya dan ketinggian puncaknya bisa mencapai 15 km
2
.
II.2.1. Pembentukan Muatan
Beberapa teori tentang bagaimana terjadinya penimbunan atau pemisahan muatan akan dikemukakan di bawah ini. Salah satu yang paling dapat
Universitas Sumatera Utara
11
diterima ialah yang dikemukakan oleh C.T.R Wilson dan G.C Simson ataupun
modifikasi keduanya sejumlah muatan listrik positif sebanding jumlahnya akan terbesar diudara bebas dan sebagian besar menempati atmosfir di bagian bawah.
Disini medan listrik mempunyai intensitas 0.13 kV pada permukaan bumi dan semakin tinggi pada permukaan bumi maka semakin berkurang intensitasnya.
Titik-titik air yang terbesar di awan, karena adanya aliran udara keatas maupun kebawah akan bergerak melewati medan listrik yang arahnya kebawah
atmosfir, sehingga terpolarisasi dengan bagian bawah positif dan bagian atas
negatif
Gambar.2.2. Titik Air Yang Terpolarisasi
Seperti terlihat pada gambar diatas sebuah titik air yang terpolarisasi dengan bagian bawah positif dan bagian atas negatif pada saat sebelum dan
sesudah mengalami benturan dengan partikel bermuatan di awan. Titik-titik air yang terpolarisasi ini akan mengalami benturan-benturan
dengan muatan-muatan listrik terbesar di awan dan secara selektif menangkap muatan negatif dan melepaskan muatan positif di udara. Bersama dengan itu
Universitas Sumatera Utara
12 aliran-aliran udara yang naik keatas akan mengangkut muatan-muatan positif
beserta partikel-partikel awan lainnya menuju puncak awan, pada saat yang sama pula titik-titik air yang lebih besar akan membawa muatan negatif tadi bergerak
turun kebawah awan dan akibatnya pada puncak awan terhimpun muatan-muatan positif dan dibagian awan terhimpun muatan-muatan negatif.
Bila jumlah muatan-muatan tersebut bertambah, maka beda potensial antara awan dan tanah juga naik, demikian gradien tegangan ini tidak sama,
biasanya pada pusat muatan di dalam awan mempunyai tegangan yang lebih besar. Jika gradien tersebut telah melebihi kekuatan tembus udaranya itu tidak
pernah terjadi melampaui 1000 voltcm, maka udara disini akan tembus breakdown dan suatu aliran listrik petir terjadi dari awan menuju ketanah.
II.2.2. Pelepasan Muatan
Kilat atau halilintar ialah suatu gejala listrik di atmosfir. Gejala ini timbul kalau terjadi banyak kondensasi dari uap air dan arus naik yang kuat.
Karena kondensasi akan timbul titik-titik air. Titik-titik air ini terbawa oleh arus udara naik. Titik-titik yang lebih kecil akan naik lebih cepat daripada yang lebih
besar. Jadi akan terjadi gesekan antara titik-titik air itu. Gesekan ini menimbulkan awan yang bermuatan listrik. Kalau muatan bertambah, lama kelamaan kuat
medan antara awan itu dan bumi akan menjadi sedemikian besar sehingga pelepasan muatan terhadap bumi.
Pertama-tama akan terjadi suatu pelepasan awal ringan. Pelepasan awal ini membentuk saluran antara awan dan bumi. Dalam saluran ini kemudian terjadi
Universitas Sumatera Utara
13 pelepasan utamanya, yang diiringi dengan cahaya, yaitu sinar kilat. Sinar kilat ini
terdiri dari sejumlah pelepasan bagian yang susul menyusul dengan cepat serta mengikuti saluran yang sama.
Pelepasan-pelepasan ini berlangsung dengan cepat dengan kecepatan 3.10
4
kms. Arus-arus yang timbul dapat mencapai 30 – 60 kA, kadang-kadang bahkan lebih. Akan tetapi arus ini berlangsung sedemikian singkat hingga kalau
mengalir melalui penghantar 2,5 mm
2
misalnya penghantar ini tidak akan menjadi lebur. Energi yang sangat besar menjadi bebas karena pelepasan-pelepasan itu,
diubah menjadi panas dan diserap oleh tanah.
II.2.3. Mekanisme Sambaran Petir
Petir merupakan pelepasan muatan listrik di udara yang terjadi: 1.
Diantara awan 2.
Diantara pusat-pusat muatan didalam awan tersebut 3.
Antara awan dan tanah. Lebih banyak pelepasan muatan discharge terjadi antara awan-awan dan
didalam awan itu sendiri dari pada pelepasan muatan yang terjadi antara awan ke tanah, tapi pelepasan muatan antara awan ketanah ini sudah cukup besar untuk
dapat menyebabkan terjadinya kerusakan pada benda-benda dipermukaan tanah. Petir merupakan suatu proses alam yang terjadi di atmosfir pada waktu
hujan thunder strom. Muatan akan terkonsentrasi di dalam awan atau bagian dari awan dan muatan yang berlawanan akan timbul pada permukaan tanah di
bawahnya. Jika muatan bertambah, beda potensial antara awan dan tanah akan
Universitas Sumatera Utara
14 naik, jika kuat medan ini melebihi kuat medan diantara awan-tanah tersebut maka
akan terjadi pelepasan muatan Kuat medan yang diperlukan untuk memulai aliran stremer adalah E
B
=10 – 40 kVm, pada awan yang mempunyai ketinggian 1 – 2 km diatas tanah dapat menghasilkan tegangan sampai 100 MV.
Gambar.2.3. Muatan Petir
Sambaran pengemudi pilot leader yang membawa muatan akan mengawali aliran ketanah sehingga saluran yang dibuat oleh sambaran pengemudi
pilot leader ini menjadi bermuatan dan kuat medan potensial gradient dari ujung leader ini sangat tinggi. Selama pusat muatan diawan mampu memberikan
muatannya pada ujung leader melalui kanal yang telah dibuatnya untuk mempertahankan kuat medan pada ujung leader lebih besar dari kuat medan
udara, maka leader petir akan tetap mampu melanjutkan perjalanannya lihat gambar 2.3. Jika kuat medan pada ujung leader lebih kecil dari kuat medan
udara, maka leader petir akan berhenti dan muatan dilepaskan tanpa pelepasan
Universitas Sumatera Utara
15 muatan yang lengkap tidak ada pukulan ke tanah. Adapun mekanismenya
terjadinya sambaran petir ke bumi terdiri dari tahapan-tahapan sebagai berikut:
a. Intial Leader Lidah Mula
Sambaran dari suatu petir didahului oleh aliran pengemudi pilot streamer yang diawali dengan penempatan muatan dari awan kea awan yang
ionisasinya rendah. Sesudah pilot steremer ini terjadi, akan diikuti oleh titik cahaya yang bergerak secara melompat-lompat yang disebut stepped leader, yang
mempunyai bagian-bagian menyambung sampai bumi. Kecepatan dari stepped leader diperkirakan 10
5
mdtk. Arah tiap-tiap langkah dari stepped leader berubah-ubah sehingga akan menyebabkan jalannya tidak lurus dan terpatah-
patah. Ketika lidah menuju bumi, cabang-cabang dari lidah utama akan terbentuk. Bila
stepped leader telah dekat bumi, akan terjadi kanal muatan positif dari bumi ke awan, karena adanya beda potensial yang tinggi, kanal muatan
positif ini akan bertemu dengan ujung stepped leader dan titik pertemuan ini disebut dengan point of strike yang berada 20 sampai 70 meter diatas permukaan
bumi.
b. Return Stroke Sambaran Kembali
Ketika lidah kilat mengenai bumi, suatu sambaran kembali yang sangat terang bergerak keatas melalui jalan yang sama, return stroke terjadi karena aliran
muatan positif dari awan ke bumi. Sesudah return stroke yang pertama, biasanya terjadi sambaran-sambaran berikutnya karena pada bagian lain dari awan
Universitas Sumatera Utara
16 mempunyai cukup banyak muatan. Arus kilat pada setiap sambaran biasanya
dihubungkan dengan pelepasan petir, dengan penyimpangan 1 kA sampai 20 kA ampere. Arus kilat ini merupakan arus impuls dimana harga puncaknya dicapai
dalam beberapa mikro detik. Tempat-tempat di permukaan bumi yang terkena sambaran petir
tergantung dari gradient potensial di bumi dan perjalanan dari stepped leader, di samping faktor ketinggian dari tempat tersebut.
c. Multiple Stroke Sambaran Berulang
Sesudah return stroke yang pertama, biasanya masih terdapat pusat muatan yang lain diawan untuk memulai sambaran petir berikutnya. Sambaran
tersebut dimulai dengan leader yang mengikuti jalan yang dilalui oleh return stroke sebelumnya. Ciri-cirinya tidak terdapat percabangan dan disebut dengan
lidah panah dart leader. Dari leader ini awan tersebut langsung menuju ke titik sambaran semula.
Pada saat leader mendekati tanah, maka medan statis pada permukaan tanah akan naik cukup tinggi untuk menghasilkan aliran keatas yang pendek
menyongsong pilot leader, titik tempat bertemunya dua aliran yang berbeda muatan ini disebut ‘striking point’ titik pukul. Kecepatan naik bisa mencapai
kecepatan yang jauh lebih tinggi dari kecepatan pilot leader 30 mµs.
Universitas Sumatera Utara
17
Pelepasan Awal Menurut Golde
Initial Leader d = 6.7.i
0,8
d =
striking distarce; jarak pukul petir
Pelepasan Utama
Gambar.2.4. Pelepasan Muatan
Universitas Sumatera Utara
18 Jika muatan pada awan telah dilepas ke bumi maka tegangan pada awan
tersebut akan turun, akibatnya mungkin terjadi beda tegangan yang tinggi antara awan ini dengan pusat muatan lainnya pada awan tersebut. Akibatnya akan
terulang kembali pelepasan muatan melalui kanal yang terbentuk oleh pelepasan muatan pertama. Peristiwa ini disebut pelepasan muatan berurutan multiple
lightning yang sering terjadi di alam.
II.2.4. Tegangan Lebih Akibat Sambaran Petir
Bila petir menyambar suatu rangkaian, arus akan mengalir pada rangkaian tersebut. Besarnya tegangan yang timbul akan tergantung pada besarnya arus petir
dan impedansi dari rangkaian dimana arus tersebut mengalir. Bahaya tegangan lebih yang dapat terjadi pada power sistem hantaran
udara, menara gardu induk tetapi dalam hal penulisan ini adalah pada badan pesawat terbang dapat berupa:
a. Sambaran Langsung direct strike pada badan pesawat terbang simulasi
pada kawat penghantar
Gambar.2.5. Sambaran Langsung Pada Penghantar
Universitas Sumatera Utara
19
2
s L
L
I Z
V =
……………………………………………………………… 2.1 Dimana
: V
L
= Tegangan yang pada penghantar, kV Z
L
= Impedansi pada penghantar, ς
I
S
= Arus sambaran, kA Muatan yang dilepas oleh petir pada konduktor akan mengalir kedua arah dalam
bentuk gelombang berjalan.
b. Sambaran Tidak Langsung Atau Sambaran Induksi
Dapat terjadi karena : ¾
Induksi elektromagnetik arus akibat terjadinya pelepasan muatan didekat sistem.
¾ Induksi elektrostatis sebagai akibat adanya awan bermuatan diatas
hantaran udara.
Gambar.2.6. Sambaran Tidak Langsung
Universitas Sumatera Utara
20 Muatan yang diinduksikan ke konduktor :
Q = c . V dimana: V = E . h ……………………………………..2.2
Dimana: Q = Muatan coulomb
c = Kapasitansi µF V = Tegangan Volt
II.3. Gelombang Berjalan Traveling Wave
Jika suatu hantaran tenaga listrik hantaran udara, kabel yang digambarkan dengan dua kawat tiba-tiba dihubungkan dengan suatu sumber
tegangan, maka seluruh hantaran tersebut tidak akan langsung bertegangan. Masih diperlukan beberapa waktu untuk dapat merasakan tegangan ini pada suatu titik
dalam sistem yang mempunyai jarak tertentu dari sumber tegangan tersebut. Hal ini disebabkan adanya induktansi dan kapasitansi pada sistem tanpa rugi-rugi lose
less line. Proses ini sama dengan peluncuran sebuah gelombang tegangan yang merambat sepanjang hantaran dengan kecepatan tertentu. Gelombang tegangan ini
merambat bersamaan dengan gelombang arus. Kedua gelombang ini akan mencapai ujung yang lain dari hantaran dalam waktu tertentu.
Dalam perambatannya kedua gelombang ini umumnya akan menemukan diskontinuitas dalam hantaran sehingga terjadi pemantulan gelombang. Umumnya
pada setiap saat, tegangan dan arus pada setiap titik merupakan superposisi dari gelombang datang dan gelombang pantul.
Universitas Sumatera Utara
21 Gelombang berjalan ini timbul dalam sistem transmisi sebagai akibat
adanya tegangan lebih pada sistem yang disebabkan oleh proses sambaran petir atau proses switching pembukaan dan penutupan saklar daya. Sampai saat ini
sebab-sebab dari gelombang berjalan yang diketahui ialah: a.
Sambaran kilat secara langsung pada kawat. b.
Sambaran kilat secar tidak langsung pada kawat induksi. c.
Operasi pemutusan switching operations. d.
Busur tanah arching grounds. e.
Gangguan-gangguan pada sistem oleh berbagai-bagai kesalahan. f.
Tegangan mantap sistem.
II.3.1 Bentuk Gelombang Berjalan
Bentuk umum dari suatu gelombang berjalan adalah tegangan inpuls yang mempunyai spesifikasi seperti ditunjukan pada gambar di bawah ini:
Gambar.2.7. Spesifikasi Gelombang Berjalan
Persamaan umum tegangan inpuls tiruan petir adalah sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
22 et = E e
-at
– e
-bt
…………………………………………… 2.3 Dimana :
E,a dan b merupakan suatu konstanta. Dari
variasi a dan b dapat dibentuk berbagai macam bentuk gelombang
yang dapat dipakai sebagai pendekatan gelombang berjalan. Keterangan dari gambar adalah sebagai berikut :
a. Puncak creat gelombang, E kV, yaitu amplitudo maksimum dari
gelombang. b.
Muka front gelombang, t
1
mikrodetik, yaitu waktu dari permukaan sampai puncak. Dalam hal ini gambar dimulai dari 10 E sampai 90 E.
c. Ekor tail gelombang, Yaitu bagian belakang puncak gelombang.
d. Panjang length gelombang, t
2
mikrodetik, yaitu waktu dari permulaan sampai titik 50 E pada ekor gelombang.
e. Polaritas polarity, yaitu polaritas dari gelombang, positif atau negatif.
Suatu gelombang berjalan surja dinyatakan sebagai berikut : E,
t
1
x t
2
………………………………………………………….2.4 Dimana:
t
1
berharga 10 6 + 10µs
t
2
berharga 10 6 + 100µs
surja petir umumnya digambarkan sebagai t
1
t
2
. Polaritas petir secara statistik
Positif 14
Negatif 80
PosNeg 6
Universitas Sumatera Utara
23
II.4. Gelombang Elektromagnetik
Gelombang Elektromagnetik terjadi akibat timbulnya muatan yang dipercepat, yang terdiri dari medan magnetik B dan medan listrik E yang
bergetar saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang. Oleh karena itu, gelombang elektromagnetik merupakan gelombang
Tranversal. Ada empat besaran vektor yang disebut medan elektromagnetik : E = Kuat medan listrik
volt per meter D = Kerapatan fluks listrik
coulomb per meter persegi H = Kuat medan magnet
ampere per meter B = Kerapatan fluks magnet
weber per meter persegi atau tesla
Dalam hipotesisnya, Maxwell mengemukakan bahwa gelombang elektromagnetik akan memenuhi keempat persamaan persamaan Maxwell.
Adapun persamaan Maxwell tersebut adalah sebagai berikut :
1. t
B xE
∂ ∂
− =
∇
Hukum induksi Faraday ……………..……..2.5
2. t
D J
xH ∂
∂ +
= ∇
Hukum Ampere ……………………………2.6
3.
. =
∇ B
Hukum magnetik
Gauss …………………….2.7
4.
V
D ρ
= ∇.
Hukum listrik Gauss …………………………2.8
Dimana : J = Kerapatan arus listrik
Ampere per meter persegi ρ
V
= Kerapatan muatan listrik Coulomb per meter persegi
Universitas Sumatera Utara
24 Persamaan medan elektromagnetik diatas merupakan sumber
pembangkit medan elektromagnetik.persamaan 2.5-2.8 mengungkapkan hukum fisik yang melingkupi medan E, D, H dan B dan sumber
J dan Ρ
V
pada
setiap titik diruang setiap saat. Dan persamaan itu Maxwell coba menghitung
cepat rambat gelombang elektromagnetik yang dihasilkan persamaan berikut : 1
ε μ
= c
……………………………………………… ……...2.9
Dimana : c = Cepat rambat gelombang elektromagnetik
µ ο = Permeabilitas ruang hampa = 4πx 10
-7
WbA.m ™ο = Permitivitas ruang hampa = 8,85418 x 10
-12
C
2
N.m
2
Dengan memasukan harga µ ο dan ™ο dalam persamaan 2.26, akan diperoleh
cepat rambat gelombang elektromagnetik sebesar : 2,99792 x 10
8
ms. Nilai tersebut ternyata sesuai dengan cepat rambat cahaya dalam ruang
hampa. Dan dengan hasil ini Maxwell berani mengatakan bahwa cahaya adalah
radiasi gelombang elektromagnetik. Seperti halnya gelombang yang lain, maka gelombang elektromagnetik dapat mengalami beberapa peristiwa gelombang,
seperti polarisasi, refleksi pantulan, refraksi pembiasan, iterferensi dan
difraksi. Sifat-sifat gelombang elektromagnetik sebagai berikut :
1. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi pada saat yang
bersamaan sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan tempat yang sama.
Universitas Sumatera Utara
25 2.
Arah medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.
3. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang
transversal. 4.
Mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi
juga dapat mengalami polarisasi karena termasuk gelombang tranversal.
5. Besar medan listrik dan medan magnet berbanding lurus satu sama lain
6. Tidak dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnetik karena tidak
mempunyai muatan. 7.
Dalam ruang hanya bergerak dengan cepat rambat gelombang = 3 x 10
8
ms
II.5. Medan Elektrostatik
Medan elektrostatik adalah medan listrik yang tidak berubah terhadap
waktu. Medan ini terjadi bila ada muatan listrik yang tidak berpindah. Bila ada dua titik muatan listrik sebesar q
1
dan q
2
pada jarak r dalam medium elektrik ™,
Gaya F diantara dua partikel muatan ini adalah
2 2
. 1
4 r
q q
F
πε
=
……………………………………………………..2.19 Arah gaya pada ini tergantung pada tanda muatan partikel tersebut. Bila
kedua partikel itu bertanda sama maka gaya yang terjadi adalah tolak menolak pada garis jaraknya. Dan sebaliknya gaya yang terjadi akan tarik-menarik.
Universitas Sumatera Utara
26 Bila permitivitas medium relatif adalah
™
r
untuk medium yang homogen
dan untuk permitivitas medium hampaudara adalah
™
0,
maka untuk permitivitas medium yang homogen adalah
™,
berlaku rumus:
™
=
™
r
™
0 ................……………………………………………………………………………………….
2.20
Dimana :
™
= π
36 10
9
Fm
= 8,85 x 10
-12
Fm
™
= Konstanta listrik Fm Kuat medan listrik timbul dari gaya yang dihasilkan oleh suatu muatan
dengan satu unit muatan positif. Akibat dari muatan ini menimbulkan medan, tetapi timbulnya medan bukan efek dari unit muatan tersebut. Dengan demikian
besar kuat medan dapat dituliskan seperti berikut.
2
4 r
q E
πε =
.………………………………………………………2.21 di mana : E
= Kuat medan listrik v q = Muatan listrik c
r = Jarak muatan q ke satuan muatan positif m
Didalam konduktor yang bermuatan elektrostatik E = 0, karena bila E
≠ o E tidak nol maka muatan-muatan dalam konduktor akan bergerak searah dengan E, hal ini berarti ada arus dalam konduktor pada hal dalam konduktor
bermuatan elektrostatik tidak pernah ada arus.
Universitas Sumatera Utara
27
BAB III SAMBARAN PETIR PADA PESAWAT TERBANG BOEING 737-200
III.1. Pengujian Pesawat Terbang Terhadap Sambaran Petir
Percobaan dan penerbangan terbaru bersifat menentukan kemungkinan penyebab terjadinya serangan petir pada pesawat terbang. Untuk mengetahui itu,
maka dilakukan beberapa riset dalam menghadapi serangan petir pada pesawat terbang, diantaranya yaitu:
A. Proyek riset ICAO International Civil Aviation Organization yang
melibatkan penggunaan dari suatu pesawat Convair 580, pesawat terbang pengangkutan secara instrumented khusus terbang dalam 42 jam dan
mengalami 21 serangan petir. B.
Proyek riset FAA Federation Aviation Admistratif program resiko badai,
yang melibatkan penggunaan dari suatu pesawat terbang Boeing 737 secara khusus pengukuran yang membuat 1,154 penetrasi hujan, badai dengan petir
dan menerima 637 petir membentur. Kedua Riset ini menunjukan bahwa :
1. Mayoritas dari serangan petir dari 90 persen disebabkan oleh pesawat
terbang itu sendiri.
2. Kemungkinan dari suatu pesawat terbang tersambar suatu petir disebabkan
oleh hujan badai dengan petir pada ketinggian pesawat itu sendiri.
3. Kemungkinan dari suatu petir menyambar pesawat terbang ditimbulkan
oleh hujan badai dengan petir pada ketinggian ukuran minimum pada
Universitas Sumatera Utara
28 pesawat hampir sama besar dengan ukuran maksimum antara 10,9 – 12,2
km . Temperatur pada tingkatan ini adalah dari 40 C – 45
C. Tingkat serangan yang ditemui pada ketinggian ini adalah dua serangan per menit
dari waktu penetrasi. Pada 5,49 km , frekwensinya satu serangan tiap-tiap 20 menit pada lintasan pesawat. Dari hasil rata-rata hanya satu pesawat
terbang membentur tiap-tiap 3 jam telah ditemui ketika penerbangan di bawah hujan badai dengan petir aktif.
4. Petir menghantam pada ketinggian yang 20 ribu kaki secara umum
mengakibatkan lebih besar total alih muatan dibanding serangan petir terhadap ketinggian yang lebih rendah, bagaimana pun ketinggian rendah
kadang-kadang membentur pelepasan yang spontan lebih besar. 5.
Permukaan yang keseluruhan dari pesawat terbang mungkin peka terhadap serangan petir, serangan lebih yang mungkin ke area yang tertentu seperti
ekstrimitas pesawat terbang depan pesawat, ujung sayap, ekor dan permukaan pesawat.
III.2 Daerah Sambaran Petir Pada Pesawat Terbang
Setiap pesawat udara memiliki ukuran perlindungan sambaran petir. Kebanyakan bagian luar dari pesawat udara adalah susunan alumunium dengan
ketebalan yang cukup sehingga tahan terhadap sambaran petir. Alumunium ini adalah perlindungan dasarnya, permukaan alumunium cukup untuk melindungi
daerah bagian dalam dari sebuah sambaran petir. Kulit alumunium juga memberi perlindungan dari jalan masuk energi elektromagnetik ke dalam kabel listrik dari
Universitas Sumatera Utara
29 pesawat terbang, tetapi kulit alumunium tidak dapat mencegah semua energi
elektromagnetik dari awal kedalam kabel listrik walaupun demikian itu juga menyimpan tenaga menuju tingkat yang optimal.
Jika sambaran petir pada pesawat, untuk itu harus menguji sepenuhnya semua bagian pesawat untuk menemukan daerah-daerah jalan masuk dari
sambaran petir dan titik-titik jalan keluar.
Gambar.3.1. Daerah Sambaran Petir Pada Pesawat Terbang
Titik jalan masuk dan jalan keluar sambaran petir sering ditemukan di zona 1 high probality, tetapi juga dapat terjadi di zona 2 dan 3. walaupun
Universitas Sumatera Utara
30 demikian, sambaran petir dapat terjadi ke beberapa bagian dari pesawat udara
termasuk badan pesawat terbang, bagian body, wing, antena, stabilizer vertikal, stabilizer horizontal, dan bagian tepi wing trailing zona 2.
Dalam susunan–susunan logam ini, kerusakan akibat sambaran petir sering tampak seperti lubang, tanda pembakaran atau sirkuler kecil. Lubang–
lubang itu dapat dikelompokan dalam satu lokasi atau dibagi disekitar daerah yang besar, terbakar atau kelengkungan pada kulit pesawat juga menunjukan kerusakan
dari sambaran petir. Komponen pesawat udara dibuat dari bahan besi belerang magnet dan
dapat menjadi magnet yang kuat ketika tertuju untuk arus sambaran petir. Perubahan waktu yang besar mengalirkan arus di susunan logam pesawat udara,
mengalirnya sebuah sambaran petir gelombang berjalan akan dapat menyebabkan kemagnetan yang besar.
Sambaran petir sering terjadi pada pesawat udara di daerah zona 1high probability dan keluar disebelah daerah zona 1 yang berbeda. Dengan teratur
sebuah sambaran petir dapat memasuki nose randome dan keluar dari pesawat udara pada salah satu tepi jejak stabilizer. Daerah yang biasa bagi sambaran petir
untuk membuat sebuah titik jalan masuk dan keluar adalah: nose randome, wing tips, engine nacelle lip, horizontal stablizer tips, dan vertical stabilizer tips, tetapi
juga sering ditemukan titik jalan masuk dan keluar sambaran petir ditemukan pada tepi lampu luar, gigi roda pendaratan, pintu gigi roda pendaratan, tempat
pembuangan air., tetapi dimana daerah zona 3 dimana sambaran petir tidak sering terjadi.
Universitas Sumatera Utara
31 Daerah-daerah zona 2 adalah daerah-daerah dimana sebuah titik awal
masuk atau keluar tetapi jarang terjadi, tapi dimana saluran sambaran dapat didorong dari awal masuk atau keluar. Sebagai contoh: nose randome dapat
menjadi daerah dari sebuah titik awal masuk, tapi saluran sambaran dapat didorong sepanjang badan pesawat terbang dari randome dengan gerak maju dari
pesawat udara. Sambaran petir dapat menyebabkan masalah-masalah terhadap sistem-
sistem tenaga listrik dan kabel penerangan luar. Sistem listrik dirancang agar tahan terhadap sambaran petir dan bisa terjadi sebuah sambaran petir tanpa
kerusakan. Tapi sebuah sambaran dari intensitas ketidakstabilan yang tinggi dapat kemungkinan menyebabkan kerusakan terhadap komponen-komponen sistem
kelistrikan.
Universitas Sumatera Utara
32
III.3. Static Discharger
Pada pesawat terbang masalah proteksi petir merupakan suatu alat pengaman yang tidak boleh diabaikan. Static Discharger membantu pelepasan
muatan akibat sambaran petir pada badan pesawat dan melepaskanya ke udara. Static Discharger ini berupa jarum-jarum yang panjangnya 30 cm yang terletak
pada sirip-sirip pesawat.
Gambar.3.2. Static Discharger Pada Sayap Boeing 737-200
Prinsip dari alat proteksi petir ini sebagai pembuang muatan statis ke udara bebas, yang mana isolasi yang dipergunakan pada lapisan luar badan
pesawat merupakan isolasi yang tebal, jika terjadi tegangan yang diterapkan mencapai ketinggian tertentu, maka bahan isolasi ini akan melepaskan muatan
listrik. Dalam melaksanakan pelepasanmuatan listrik ini dibantu oleh sebuah alat yang bernama Olan Bonding alat perata tegangan dan langsung menuju jarum-
Universitas Sumatera Utara
33 jarum untuk dibuang ke udara bebas. Disamping tidak mengalami sambaran petir,
pesawat ini tetap mengadakan sentuhan molekul-molekul bebas yang terdapat di udara.
Tujuan pelepasan sumbu yang statis adalah untuk membuang keelektrikan statis yang terkumpul pada pesawat saat terbang. Keelektrikan statis
diciptakan ketika objek dengan sifat elektrik berbeda kontak, dan elektron yang bermuatan negatif dari satu unsur ditransfer ke yang lain. Ketidakseimbangan
elektron ini menyebabkan elektron gagalkehilangan obyek untuk menjadi bermuatan positif sedang yang lain menjadi bermuatan negatif.
Pergesekan statis terhadap pesawat, unsur itu berpindah gerakan sampai ke angkasa, pergesekan ini melepaskan unsur elektron dari atmosfir dan
menyebabkan elektron untuk terkumpul pada kulit pesawat terbang. Udara adalah salah satu bahan isolasi yang baik, pada saat pesawat
terbang mencapai ketinggian 20 ribu kaki, maka tekanan udara cendrung menjadi lebih besar dan akan mencegah elektron berlebih dan kemudian
mengembalikannya ke angkasa. Muatan elektrik yang berada pada kulit pesawat ini dapat secepatnya
menjadi sangat besar bahwa elektron yang berlebihan akan mengionisasikan butiran air dan menciptakan korona di sekitar bagian-bagian dari pesawat.
Korona ini akan melepaskan elektron ke udara sekitar, tetapi korona dapat menganggu sistem komunikasi yang memancarkan dan penerima
gelombang radio, dari frekwensi antara 10 kHz dan 350 MHz di mana kebanyakan radio dan sistem komunikasi beroperasi.
Universitas Sumatera Utara
34
BAB IV SISTEM PROTEKSI PADA PESAWAT TERBANG BOEING 737-200