1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Petir adalah suatu gejala alam, yakni peluahan muatan listrik statis yang dibangkitkan oleh badai awan petir dengan pengaliran impuls yang tinggi dan dalam waktu sangat singkat dengan akibat perusakan yang berbahaya.Sejak dahulu
petir
telah
banyak
menimbulkan
kerusakan
yang
merugikan
manusia.Semakin banyaknya pemakaian alat elektronik dan peralatan tegangan rendah saat ini telah meningkatkan jumlah statistik kerusakan yang timbul akibat sambaran petir. Besar arus yang mengalir pada sambaran ini berkisar antara 2.000 sampai sekitar 200.000 A (SNI 03-7015-2004). Arus petir yang mengalir searah, akan meningkat kurang dari 10 µdetik untuk arus petir negatif, sedangkan untuk arus petir positif jauh lebih lama. Begitu juga untuk sambaran tunggal sederhana terjadi dalam waktu 100 µdetik atau kurang dan menurun sampai suatu nilai yang rendah (SNI 03-7015-2004). Petir merupakan salah satu penyebab gangguan pada sistem tenaga listrik dan instalasi lainnya, karena sambaran petir yang diikuti oleh aliran arus sangat tinggi sampai ratusan kilo-ampere dengan propagasi tegangan lebih yang dapat mencapai ratusan kilo-volt terjadi dalam selang waktu yang sangat singkat, yaitu hanya beberapa µdetik.Dampak yang dapat ditimbulkannya berupa sambaran langsung seperti kebakaran, kerusakan mekanis, kerusakan isolasi, tidak 1
2
berfungsinya peralatan listrik, peralatan elektronik, peralatan telekomunikasi, juga dampak tidak langsung, seperti tidak dapat beroperasinya peralatan elektronik instrumentasi, kontrol dan komunikasi. Petir merupakan gejala alam yang tidak dapat diantisipasi atau bahkan dihilangkan.Fenomena terjadinya petir menghasilkan arus yang sangat besar dan dalam waktu yang sangat singkat, sehingga bahaya yang ditimbulkannya sangat besar. Terjadinya beda potensial muatan listrik antara awan dengan tanah disebabkan oleh adanya kuat medan listrik antara muatan ion positif dan negatif 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 loncatan muatan dari awan ke bumi yang disebut petir. Petir akan menyambar pada objek yang tinggi dengan luas permukaan terkecil seperti pohon, menara transmisi listrik, BTS (tower pemancar sinyal), 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 kondisi lingkungan tempat objek dan iklim di daerah tersebut.Sebuah pohon yang tidak terlalu tinggipun dapat tersambar petir jika pohon tersebut berada di area terbuka, seperti ladang dan sawah.Bahkan, banyak kejadian manusia yang tersambar di tempat-tempat terbuka, seperti tanah lapang dan ladang.
3
Indonesia merupakan negara tropis yang memiliki kondisi iklim panas dan lembab.Faktor ini memudahkan pembentukan awan cumulonimbus atau awan hujan penghasil petir karena secara umum di daerah tropis terbentuk siklon tropis yang merupakan daerah raksasa aktivitas awan, angin, dan badai petir.Petir merupakan kejadian alamyang disebabkan oleh terjadinya loncatan muatan listrik antara awan dengan bumi.Tegangan lebih yang ditimbulkan oleh petir sering menimbulkan gangguan dalam sistem tenaga listrik.Akibat yang ditimbulkan oleh sambaran petir tersebut dapat bermacam-macam, tidak hanya dapat mengancam keselamatan jiwa manusia, namun juga dapat membahayakan peralatan listrik.Sambaran petir dapat merusak peralatan listrik dan elektronik di rumah tangga,
seperti
televisi,
radio,
telepon
rumah,
komputer,
dan
sebagainya.Kerusakan tersebut disebabkan adanya rambatan gelombang dengan amplitudo transien arus dan tegangan tinggi petir.Titik sambaran petir terdapatdi berbagai titik kemungkinan.Dapat berupa sambaran langsung maupun sambaran tak langsung. Petir
tergolong
sumber
EMI
(Electromagnetic
Interference)
yang
mempengaruhi gelombang peralatan elektronik, sehingga menyebabkan adanya gangguan pada peralatan tersebut dengan efek yang dapat terjadi pada peralatan yang berbeda-beda, tergantung tingkat sensitivitas peralatan elektronik dan komponen pelindung (shielding) pada peralatan tersebut. Ada 2 macam penyebab EMI, yaitu dari dalam sistem maupun luar sistem.Petir adalah gangguan yang berasal dari luar sistem. Untuk mengurangi dampak adanya gangguan ini, digunakan sistem perlindungan pada peralatan yang disebut shielding.
4
1.2 Perumusan Masalah Melalui uraian yang telah disampaikan sebelumnya, ancaman sambaran petir terhadap peralatan elektronik adalah permasalahan yang cukup serius karena ada dampak yang ditimbulkan bagi peralatan tegangan rendah meski telah terdapat adanya sistem pelindungan terhadap sambaran petir, baik di gedung maupun di dalam konstruksi peralatan tegangan rendah itu sendiri.Efek sambaran petir memiliki beberapa variasi, mulai dari terjadinya derau pada peralatan elektronik hingga kerusakan total terhadap fungsi peralatan elektronik. Petir memiliki ragam variasi besar arus yang dihasilkan, maka sangat memungkinkan terjadinya kerusakan pada peralatan elektronik karena arus petir yang menginterferensi peralatan eletronik tersebut telah melampaui batas maksimal ketahanan maksimun komponen peralatan elektronik. Adanya lecutan tegangan transien yang terinterferensi oleh petir inilah yang menyebabkan adanya kerusakan pada peralatan elektronik. Oleh karena itu, harus diketahui batas aman pengaruh arus petir terhadap peralatan tersebut. Seberapa besar pengaruh variasi arus petir pada alat elektronik akan dipelajari lebih lanjut dalam penelitian ini. Gelombang elektromagnetik hasil interferensi oleh sambaran arus petir adalah gelombang berjalan, yaitu gelombang yang merambat melalui medium udara dari satu titik mula ke titik lainnya. Oleh karena itu, nilai tegangan akibat induksi elektromagnetik sambaran petir di suatu titik dan titik yang lain tentu akan berbeda. Keadaan di dalam alat dan pantulan gelombang dari barang-barang yang ada di sekitar juga akan mempengaruhi besarnya gangguan.
5
1.3 Manfaat dan Tujuan Penelitian Manfaat dan tujuan penelitian ini adalah: 1.
Memberikan pengetahuan dengan hasil yang riil tentang pengaruh arus petir terhadap peralatan tegangan rendah dan elektronik.
2.
Mengetahui pengaruh interferensi gelombang oleh arus petir terhadap gelombang radio.
3.
Mengetahui pengembangan lebih lanjut aplikasi penggunaan radio sebagai alat pengukuran tegangan tinggi.
1.4 Batasan Masalah Pembahasan tentang masalah yang ditimbulkan oleh arus petir sangat banyak, sehingga penulis perlu membatasi permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini. Batasan-batasan yang digunakan adalah : 1.
Alat elektronik yang digunakan adalah radio high-sensitivity reciever
2.
Jarak sambaran petir dengan radio paling jauh hanya 5 meter karena keterbatasan ruangan pada lab Tegangan Tinggi.
3.
Impuls yang dibangkitkan dibatasi hingga 3,5 kV, bisa lebih tinggi namun
tidak
memungkinkan
dilakukan dapat
karena
terjadinya
Laboratorium Tegangan Tinggi.
adanya
faktor-faktor
kerusakan
peralatan
yang pada
6
4.
Parameter yang diamati adalah Vpp interferensi dan Vpp impuls yang terukur melalui osiloskop.
5.
Hambatan impuls arus petir adalah 0,009Ω.
6.
Trigger yang berperan sebagai saklar menggunakan elektroda setengah bola.
7.
Jenis radio yang digunakan pada frekuensi FM.
1.5 Sistematika Laporan Sistematika laporan dibuat dengan tujuan memberikan gambaran singkat tentang isi dan susunan laporan, serta dapat mempermudah memahami isi laporan. Laporan akhir ini terdiri atas 5 bab yang berisi: Bab I : Pendahuluan Berupa gambaran umum tentang tugas akhir yang menjelaskan latar belakang penelitian, perumusan masalah, manfaat dan tujuan penelitian, dan sistematika penulisan laporan. Bab II : Dasar Teori Berisikan teori-teori yang mendasari penelitian yang dilakukan, yaitu teori mekanisme petir, medan elektromagnetis, dan interferensi elektromagnetik. Bab III : Metodologi Pengenalan cara pengambilan data dan tahap-tahap penelitian yang merupakan isi dari bab metodologi sebagai pemandu agar pembaca dapat membayangkan proses penelitian yang akan dilakukan. Bab IV: Hasil penelitian dan Percobaan
7
Inti dari penulisan penelitian ini terdapat padabab IV, yaitu tentang analisis dan pembahasan dengan simulasi yang dijabarkan dari skenario pertama hingga akhir, serta rangkaian analisis dan perhitungan yang disajikan dalam bentuk tabel maupun grafik. Bab V : Penutup Setelah rangkaian penelitian selesai dilakukan, maka dapat ditarik sebuah kesimpulan hasil penelitian dan dampak yang dialami oleh obyek uji atau disebut victim device, serta saran untuk perkembangan penelitian yang mungkin dilakukan lebih lanjut.
