EVALUASI INSTALASI SISTEM PENANGKAL PETIR EKSTERNAL PADA GEDUNG XYZ

EVALUASI INSTALASI SISTEM PENANGKAL PETIR EKSTERNAL PADA GEDUNG XYZ 1

Sonia Hapsari Budi Utami, 2 Amien Rahardjo.

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru UI Depok 16424 1

[email protected], [email protected],

Abstrak

Gedung XYZ merupakan gedung perkantoran yang terletak di pusat kota Jakarta yang memiliki jumlah hari guruh yang cukup tinggi. Kondisi struktur bangunan yang cukup tinggi cenderung berbahaya apabila tidak dilengkapi dengan sistem proteksi petir yang memadai. Pada skripsi ini penulis membahas tentang pengevaluasian sistem proteksi petir yang telah terpasang pada gedung, meliputi radius proteksi terminal udara dengan menggunakan metode bola bergulir, meninjau sistem pentanahan, serta memeriksa apakah seluruh komponen sistem proteksi petir sudah memenuhi standar yang diberlakukan. Hasil evaluasi sistem proteksi pada gedung XYZ ini sudah cukup memadai untuk melindungi gedung dan bangunan sekitar sejauh radius 130.71 m dengan menggunakan komponen-komponen yang telah memenuhi syarat minimum. Besarnya tahanan pentanahan berdasarkan perhitungan pada gedung adalah 12.02 Ω yang berarti tidak memenuhi standar yakni nilai maksimal 5Ω, namun dengan menambahkan elektroda pada sistem pentanahan dapat diperoleh resistansi pentanahan yang ideal. Kata Kunci: Sistem Proteksi Petir; Petir; Bola Bergulir; Pentanahan

EVALUATION OF EXTERNAL LIGHTNING PROTECTION SYSTEM INSTALLATION ON XYZ BUILDING Abstract XYZ Building is an office building located in the center of the capital city which has a quite high number of thunderdays. The structure of the building that reaches a height of 98 meters tends to be dangerous if

Evaluasi instalasi..., Sonia Hapsari Budi Utami, FIB UI, 2014

not equipped with an adequate lightning protection system. In this paper, the author discusses about the evaluation of lightning protection system that have been installed in the building, which included a radius of protection of the air terminal by using the rolling sphere method, review the grounding system, and check if all components of the lightning protection system are appropiate to the standards imposed. Evaluation results on this lightning protection system on XYZ building is adequate to protect the building and surrounding objects as far as 130.71 meters and all the used components have met the minimum requirements. Based on calculation, grounding resistance of the building is 2.12 Ω which is high above the standard that said the maximum value of grounding resistance is 5 Ω, but the ideal grounding resistance can be obtained by adding grounding electrodes. Keywords: lightning protection system; rolling sphere; lightning; grounding

Pendahuluan Petir merupakan suatu fenomena alam dimana terjadinya pelepasan muatan listrik akibat adanya perbedaan potensial antara awan dengan permukaan bumi.Petir dapat terjadi di dalam awan, antara awan satu dengan yang lainnya, antara awan dan udara sekelilngnya, serta antara awan dan bumi. Sambaran petir ke bumi dapat mengakibatkan banyak kerugian baik akibat sambaran langsung maupun tidak langsung. Sambaran petir dapat menyebabkan mulai dari gangguan sampai kerusakan pada obyek sambarannya sampai pada kematian makhluk hidup. Sistem proteksi petir merupakan hal yang mutlak diperlukan, mengingat sebagian besar daerah di Indonesia memiliki jumlah hari guruh per tahunnya cukup besar dan intensitas petir yang tinggi.Untuk menghindari bahaya akibat sambaran petir, diperlukan suatu sistem proteksi petir. Sistem proteksi petir terdiri dari sistem eksternal dan internal. Sistem proteksi petir eksternal berfungsi untuk melindungi objek dari sambaran petir langsung, sedangkan sistem proteksi petir internal berfungsi sebagai perlindungan terhadap efek dari sambaran petir yang berupa fenomena induksi. Sistem evaluasi terhadap sistem proteksi petir sangat dibutuhkan demi pemeriksaan dan pemeliharaan sistem agar sistem proteksi petir dapat bekerja dengan efektif dan dapat segera terdeteksi apabila ada kerusakan akibat sambaran petir atau hal yang lainnya. Tinjauan Teoritis


A. Pengertian dan Mekanisme Petir Petir merupakan peristiwa alamiah berupa pelepasan muatan antara awan yang satu dengan awan yang lain, antara pusat muatan pada awan yang sama atau antara awan dengan bumi. Peristiwa ini merupakan gejala alam yang biasanya muncul pada musim hujan dimana di langit muncul kilatan cahaya sesaat yang menyilaukan dan beberapa saat kemudian disusul oleh suara yang menggelegar. Pembentukan awan petir bermula ketika terdapat awan bermuatan listrik diantara gumpalan-gumpalan di lapisan atmosfer. Awan bermuatan listrik tersebut dapat terbentuk jika pada suatu daerah terdapat unsur-unsur yang mempengaruhi perpindahan muatan seperti kelembaban udara, gerakan angin ke atas, dan terdapat inti higroskopis sehingga terbentuklah muatan positif dan muatan negatif pada awan.

Gambar 1. Ilustrasi Pembentukan Awan Petir [1]

Awan bermuatan ini akan bergerak terus menerus secara teratur dan selama pergerakannya, awan tersebut berinteraksi dengan awan lain sehingga terjadi pemisahan muatan, dimana muatan negatif akan cenderung berada di bagian bawah awan. Muatan negatif akan menginduksi permukaan bumi sehingga permukaan bumi menjadi bermuatan positif. Perbedaan muatan antara awan dengan permukaan bumi akan menimbulkan medan listrik. Semakin besar muatan yang terdapat pada awan, maka semakin besar pula medan listrik yang terjadi. Jika kuat medan listrik telah melebihi batas medan tembus udara, makan awan bermuatan akan melepaskan muatan listrik ke permukaan tanah yang disebut kilat atau petir. Pada umumnya, pelepasan muatan petir dibagi menjadi empat, yaitu: a) Pelepasan muatan didalam awan


b) Pelepasan muatan antara awan dengan awan c) Pelepasan muatan antara awan dengan udara d) Pelepasan muatan antara awan dengan permukaan bumi

Gambar 2. Tipe-Tipe Pelepasan Muatan Petir [2]

B. Resiko Kerusakan Akibat Sambaran Petir Sambaran petir yang mengenai suatu struktur bangunan dapat menyebabkan berbagai kerusakan baik pada bangunan maupun peralatan elektronik yang terdapat didalamnya. Dampak dari sambaran petir diantaranya yaitu: a. Beban Thermal Beban thermal yang dimaksud adalah terjadinya panas pada bagian-bagian yang dialiri arus petir dimana pemanasan yang timbul tergantung pada besarnya kuadrat arus impuls. b. Beban Mekanis Beban mekanis terjadi karena adanya gaya elektrodinamis sebagai akibat tingginya puncak arus petir. c. Beban Korosi Beban korosi terjadi karena proses elektrokimia pada proses pengosongan muatan awan. Proses pengosongan muatan awan tertentu akan mengakibatkan aliran muatan listrik pada objek sambaran dimana energi yang disalurkan cukup besar untuk mempengaruhi proses elektrokimia tersebut, yang biasa timbul berupa pelelehan logam pada objek sambaran. Besarnya volume pelelehan logam dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:


! =

! !(!"# + !")

d. Beban getaran mekanis karena efek guntur e. Beban tegangan lebih karena adanya induksi dan pergeseran-pergeseran potensial di dalam bangunan.

C. Frekuensi Sambaran Petir Sambaran petir dapat terbagi menjadi dua yaitu sambaran petir langsung dan sambaran petir tak langsung. a) Sambaran Petir Langsung Sambaran langsung terjadi karena arus impuls yang mengalir ke tanah. Jumlah ratarata frekuensi sambaran petir langsung per tahun (Nd) dapat dihitung dengan perkalian kerapatan kilat ke bumi per tahun (Ng) dengan luas perlindungan efektif gedung (Ae): Nd = Ng . Ae

(1)

Dimana kerapatan sambaran petir ke tanah (Ng) dipengaruhi oleh hari guruh rata-rata pertahun di daerah tersebut, yang dapat diketahui dari persamaan: Ng = 0.04 . Td1,26

(2)

Dengan Td merupakan jumlah hari guruh pertahun yang diperoleh

dari peta

isokeuranic atau dari tabel IKL ( Iso-keraunic Level) yang dikeluarkan BMKG. Hari guruh itu sendiri merupakan banyaknya hari dimana terdengar guntur sedikitnya 1 kali. Jumlah hari guruh pada daerah Jabodetabek berdasarkan Stasiun Meteorologi dan Geofisika pada tahun 2006 dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Tabel 1. Jumlah Hari Guruh Daerah Jabodetabek dan Sekitarnya

No 1 2 3 4

Stasiun Tangerang / Budiarto Curug Serang Jakarta / Halim P.K Cengkareng / Soekarno Hatta

Bujur (o)

Lintang (o)

Rata-rata Hari Guruh/Thn

Rata-rata Hari Guruh/Bln

106.57

-6.29

227

19

106.15

-6.15

118

10

106.8

-6.25

133

11

106.65

-6.11667

95

8


5 6 7

Jatiwangi Darmaga / Bogor Citeko / Bogor

108.28333 106.86667 106.85

-6.73 -6.5333 6.67

145 190 193

12 16 16

Luas perlindungan gedung efektif (Ae) dapat diketahui melalui persamaan : Ae = ab + 6h(a+b) + 9πh2

(3)

Dengan a adalah panjang gedung dalam meter, b adalah lebar gedung dalam meter, dan h merupakan ketinggian gedung dalam meter. b) Sambaran Petir Tak Langsung Sambaran tidak langsung terjadi karena adanya pancaran energi dari gelombang elektromagnetiknya atau lightning electromagnetic pulse. Rata-rata frekuensi tahunan (Nn) dari kilat yang mengenai tanah dekat bangunan dapat dihitung dengan perkalian kerapatan kilat ke tanah pertahun (Ng) dengan cakupan daerah di sekitar bangunan yang disambar (Ag): Nn = Ng . Ag

(4)

D. Level Proteksi Petir Pemilihan level (tingkat) proteksi petir pada sebuah bangunan yang memadai berdasarkan standar IEC-1024-1-1 dipengaruhi oleh frekuensi sambaran petir langsung setempat (Nd) pada struktur yang diproteksi serta frekuensi sambaran petir tahunan setempat (Nc) yang diperbolehkan. Pengambilan keputusan perlu atau tidaknya pemasangan sistem proteksi petir pada bangunan mengacu dari 2 kondisi, yaitu: (a)

Jika Nd ≤ Nc , maka bangunan tidak memerlukan sistem proteksi petir

(b)

Jika Nd > Nc, maka diperlukan sistem proteksi petir

Apabila hasil perbandingan menunjukkan bahwa bangunan memerlukan sistem proteksi petir, maka langkah yang selanjutnya dilakukan adalah menghitung efisiensi sistem proteksi petir (Ec) dengan persamaan:

! ≥1−

!" !"

(5)

Sehingga dapat kita ketahui tingkat proteksi petirnya berdasarkan tabel berikut:


Tabel 2. Efisiensi Sistem Proteksi Sehubung dengan Level Proteksi

Efisiensi Sistem Proteksi Petir 0.98 0.95 0.90 0.80

Level Proteksi I II III IV

Bila nilai E dari tabel di atas lebih besar atau sama dengan nilai Ec hasil perhitungan, maka nilai yang paling mendekati nilai E di atas menentukan level proteksi bangunan tersebut. Jika nilai E ≤ Ec, maka sistem proteksi harus dilengkapi dengan sistem proteksi tambahan. Dengan menentukan level proteksi selanjutnya dapat diketahui ketentuan penempatan terminal udara yang dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 3. Penempatan Terminal Udara Berdasarkan Tingkat Proteksi

Level Proteksi I II III IV

H (m) R (m) 20 30 45 60

20 Ao 25 35 45 55

30 Ao 25 35 45

45 ao 25 35

60 ao 25

Lebar mesh (m) 5 10 15 20

E. Sistem Proteksi Petir Eksternal Sistem proteksi petir eksternal merupakan sistem penangkal petir terhadap sambaran petir secara langsung yang dapat berdampak terhadap struktur yang dilindungi, instalasi-instalasi didalamnya, peralatan-peralatan yang terpasang diluar struktur, serta manusia yang berada di sekitarnya. Sistem proteksi petir yang dikenal terdapat bermacam-macam , namun pada dasarnya prinsip kerja utama pada sistem-sistem proteksi tersebut sama, yaitu: a. Menangkap Petir Sistem proteksi petir menyediakan sistem penerimaan sambaran petir yang dapat menyambut luncuran arus petir lebih cepat dari area sekelilingnya serta dapat memproteksi secara tepat dengan memperhitungkan besaran petir.


b. Menyalurkan Petir Luncuran petir yang telah ditangkap kemudian dialirkan menuju tanah secara aman tanpa mengakibatkan bahaya terhadap bangunan ataupun manusia. c. Menampung Petir Arus petir yang dialirkan pada sistem pentanahan yang baik sehingga tidak menimbulkan bahaya pada bangunan atau manusia. Instalasi sistem proteksi petir eksternal meliputi susunan finial penangkal petir (air terminator), sistem penyaluran arus petir (down conductor), dan sistem pentanahan (grounding).

Gambar 3. Ilustrasi Sederhana Sistem Proteksi Petir Eksternal

a. Terminal Udara Terminal udara berfungsi untuk menangkap sambaran petir yang diletakkan sedemikian rupa di titik tertinggi didaerah yang dilindungi, sehingga dapat menangkap semua petir yang menyambar tanpa mengenai apapun yang termasuk dalam zona proteksi dari terminal udara tersebut. Dalam perancangan sistem terminal udara biasanya didasari dengan jangkauan perlindungan yang ingin dicapai. Jangkauan perlindungan tersebut dapat dianalisa dengan menggunakan beberapa metode, yaitu metode jala (mesh), metode sudut perlindungan, dan


metode bola bergulir (rolling sphere). Dimana perbedaannya dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 4. Metode Penentuan Posisi Terminal Udara [2]

Metode jala (mesh) merupakan metode pengaturan posisi terminal udara yang berupa penghantar-penghantar yang disusun seperti jala dengan analisa perlindungannya berdasarkan lebar jala-jala yang mencakup permukaan struktur. Metode sudut perlindungan merupakan metode pengaturan posisi terminal udara berdasarkan ketinggian terminal udara itu sendiri. Pada metode ini, ketinggian terminal udara vertikal sangat mempengaruhi besar sudut perlindungan dan zona proteksinya. Metode bola bergulir (rolling sphere) merupakan metode dengan meletakkan suatu bola dengan radius tertentu yang bergulir diatas tanah, disekeliling struktur obyek, diatas struktur obyek, ke segala arah hingga bertemu dengan permukaan tanah atau struktur yang berhubungan dengan permukaan tanah. Ilustrasi dari metode bola bergulir dapat dilihat pada gambar 5 dibawah ini.


Gambar 5. Daerah Proteksi dengan Metode Bola Bergulir

Pada pengevaluasian sistem proteksi eksternal yang dititikberatkan pada skripsi ini menggunakan metode bola bergulir yang mekanisme nya akan dijelaskan pada bab selanjutnya. Adapun ukuran minimum material konduktor pada air terminal yang diberlakukan berdasarkan standar IEC 62305 dapat dilihat pada tabel 4 dibawah ini. Tabel 4. Dimensi Minimun Bahan untuk Terminal Udara

Tingkat Proteksi I s/d IV

Bahan

Terminasi udara

Cu

35 mm2

Al

70 mm2

Fe

50 m2

b. Konduktor Penyalur Arus Petir Konduktor penyalur arus petir atau konduktor pembumian berfungsi untuk menyalurkan arus petir yang mengenai terminal udara untuk diteruskan ke pentanahan. Penghantar penyalur yang umumnya digunakan berupa penghantar terbuka (BC/Bare Conductor) tanpa isolasi karena pertimbangan faktor temperatur kerja yang tinggi karena arus petir yang mengalir sangat besar. Tata letak konduktor penyalur arus petir pada struktur obyek harus diperhatikan dengan seksama, dengan memilih jarak terdekat untuk menyalurkannya ke tanah.Standar ukuran minimum material konduktor penyalur arus petir yang digunakan dapat dilihat pada tabel 5: Tabel 5. Dimensi Minimum Bahan untuk Konduktor Penyalur

Tingkat

Bahan

Konduktor


Proteksi

Penyalur

I s/d IV

Cu

16 mm2

Al

25 mm2

Fe

50 m2

c. Pentanahan Arus petir yang diterima oleh terminal udara saat petir menyambar,disalurkan oleh konduktor penyalur selanjutnya akan menuju ke sistem pentanahan hingga kondisi semula. Sistem pentanahan adalah menanam satu atau lebih elektroda kedalam tanah dengan harapan mendapatkan tahanan pentanahan yang rendah agar tidak terjadi tegangan jatuh ketika dialiri arus petir yang sedemikian besar. Nilai tahanan pentanahan sangat dipengaruhi oleh elektroda pentanahan dan nilai resistansi jenis tanah.Berdasarkan PUIL 2000, nilai maksimum tahanan pentanahan adalah sebesar 5 Ohm. Resistansi jenis tanah merupakan faktor utama dalam mempengaruhi besarnya tahanan pentanahan dimana untuk setiap tipe tanah memiliki resistansi jenis yang berbeda-beda. Tabel 6. Tahanan Berbagai

Jenis Tanah

Tahanan Jenis Tanah

Jenis Tanah

(Ohm-meter) Sawah, Rawa (Tanah Liat)

0-150

Tanah Garapan (Tanah Liat)

10-200

Sawah, Tanah Garapan ( Kerikil)

100-1000

Pegunungan (Biasa)

200-2000

Pegunungan (Batu)

2000-5000

Pinggir Sungai

1000-5000

Elektroda pentanahan adalah suatu penghantar yang membuat kontak langsung dengan tanah dengan menanamkannya dalam tanah, sehingga diperoleh jalan mengalirnya arus petir ke tanah. Elektroda pentanahan memiliki beberapa bentuk diantaranya berupa batang, plat, pita, dan bulat pejal.


Metode Penelitian Metodologi Penelitian selama melakukan penelitian dan penulisan laporan adalah: 1.

Studi literatur Penulis membaca buku, jurnal, pencarian lewat Internet, dan bahan-bahan lain yang berkaitan dengan sistem proteksi petir eksternal pada bangunan.

2.

Konsultasi Melakukan wawancara dengan pihak-pihak yang terkait dengan tema yang diajukan.

3.

Studi lapangan Penulis mencari data-data yang diperlukan dalam penyelesaian skripsi pada objek evaluasi seperti kondisi eksisting gedung, keadaan lingkungan sekitar, dll.

Hasil Penelitian Gedung XYZ yang merupakan gedung perkantoran di Jakarta Pusat secara umum sudah memenuhi standar instalasi sistem proteksi petir eksternal yang telah diberlakukan dari sisi material bahan yang digunakan. Terminal udara yang terpasang di atap gedung sudah berfungsi dengan baik dalam memproteksi keseluruhan bangunan dan sekitarnya dari bahaya sambaran petir dimana daerah proteksinya dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 6. Radius Proteksi Terminal Udara dengan Metode Bola Bergulir

Besarnya tahanan pentanahan yang diketahui berdasarkan perhitungan pada gedung adalah 12.02 Ω yang berarti tidak memenuhi standar yakni nilai maksimal 5Ω, namun dengan


menambahkan elektroda pada sistem pentanahan dapat diperoleh resistansi pentanahan yang ideal. Apabila tetap menggunakan elektroda batang tunggal, maka panjang elektroda yang dapat digunakan untuk mencapai tahanan pentanahan yang ideal (dibawah 5Ω) adalah kurang lebih sepanjang 10.5m seperti yang dapat dilihat pada tabel dibawah ini: Tabel 7. NilaiTahanan Pentanahan terhadap Panjang Elektroda Batang Tunggal

Panjang Elektroda

Tahanan Pentanahan

6m

7.698 Ω

7m

6.919 Ω

8m

6.167 Ω

9m

5.605 Ω

9.5 m

5.32 Ω

10 m

5.084 Ω

10.5 m

4.87 Ω

Pembahasan

A. EVALUASI INSTALASI SISTEM PROTEKSI PETIR EKSTERNAL PADA GEDUNG XYZ 1. Langkah-langkah Perencanaan Proses perencanaan dimulai dengan pencarian data terkait seputar penelitian, baik lokasi obyek evaluasi, kondisi eksisting obyek yang akan dievaluasi maupun kondisi di sekitar obyek tersebut. Kemudian dilakukan perencanaan evaluasi sistem proteksi petir eksternal dengan melakukan metode perhitungan. Setelah tahap perhitungan terhadap parameter-parameter yang dievaluasi selesai, dilakukan analisa yang mencakup hasil evaluasi serta rekomendasi yang dibutuhkan agar sistem proteksi petir eksternal dapat berfungsi lebih baik. Data yang diperoleh dari lokasi adalah sebagai berikut: Tabel 8. Data Eksisting Gedung dan Instalasi Proteksi Petir Eksternal

Proteksi Petir Eksternal Jenis tiang penyalur petir Jumlah tiang penyalur petir Tinggi tiang penyalur petir

Electrostatic EF radius 200 m 1 (satu) buah 6m


Ukuran bangunan (panjang x lebar) Tinggi bangunan (h) Sistem Pentanahan Jumlah hantaran penyalur ke bumi Luas penampang hantaran penyalur ke bumi Jenis Elektroda Pentanahan Panjang elektroda pentanahan

60 m x 10.9 m 98 m 1 buah Kabel NYY 1 x 70 mm2 Elektroda Copper Rod 1 x 50 mm2 Batang (Rod) 3m

Tabel 9. Jumlah Hari Guruh Daerah Jabodetabek dan Sekitarnya

Stasiun Tangerang / Budiarto Curug Serang Jakarta / Halim P.K Cengkareng / Soekarno Hatta Jatiwangi Darmaga / Bogor Citeko / Bogor

Rata-rata Hari Guruh/Thn

Rata-rata Hari Guruh/Bln

227

19

118 133

10 11

95

8

145 190 193

12 16 16

2. Perhitungan Radius Proteksi Terminal Udara Dalam menentukan suatu tingkat proteksi pada suatu obyek bangunan, pertama-tama adalah menghitung kerapatan sambaran petir ke tanah (Ng). Pada Tabel 9 di atas yang memuat data dari BMKG, jumlah hari guruh (Td) untuk daerah Jakarta mencapai 133 hari pertahun. Maka kerapatan sambaran petir ke tanah ialah sebesar: !" = 4. 10!! !"!.!" !" = !", !" sambaran per km2 per tahun Luas daerah pada permukaan tanah yangdianggap sebagai struktur yang mempunyai frekuensi sambaran langsung tahunan atau Ae [m2] adalah seluas: !" = !" + 6ℎ ! + ! + 9!ℎ! !" = 60 . 10,9 + 6 . 98 60 + 10,9 + 9. 3,14 . 98! !" = !, !"!#$ !!! Dengan mengetahui nilai Ng dan Ae, dapat dihitung pula jumlah rata-rata frekuensi sambaran petir langsung (Nd):


!" = !"×! !" = !, !" sambaran petir/km2/tahun Diketahui frekuensi sambaran petir tahunan setempat atau Nc yang diperbolehkan bernilai 10-1. Ketentuan perlu atau tidak perlunya suatu sistem proteksi petir pada suatu gedung dapat diketahui dengan membandingkan nilai Nc dengan Nd yang berdasarkan perhitungan, nilai Nd > Nc yang artinya diperlukan sistem proteksi petir. Maka nilai efisiensi sistem proteksi petir (E) adalah sebesar : !

! ≥ 1 - !!

!

! ≥ 0,983 ! ≥ 98,3% Berdasarkan tabel efisiensi SPP berdasarkan Level Proteksi sebelumnya yang menunjukkan hubungan antara nilai efisiensi dengan tingkat proteksi, dimana nilai efisiensi sebesar 98,3 %, sehingga bangunan gedung XYZ memerlukan sistem proteksi petir dengan tingkat proteksi minimal pada level I. Selanjutnya dapat ditentukan zona proteksi sistem terminal udara bangunan dengan menggunakan metode bola bergulir. Untuk tingkat proteksi level I, diperoleh radius bola bergulir atau R sebesar 20 m.

Gambar 7. Ilustrasi Bola Bergulir pada Gedung XYZ Tampak Depan

Dengan mengetahui radius bola bergulir yaitu 20m, selanjutnya dapat diketahui pula nilai arus puncak minimum dengan menggunakan persamaan: R = I0.75


! =

!.!"

!

I = 54,29 kA Jarak sambar petir ds terhadap bangunan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: ds = 10 . I 0,65 ds = 134,14 m Dengan mengetahui jarak sambar petir terhadap bangunan, selanjutnya adalah menghitung radius proteksi bola bergulir. Hal ini penting untuk menentukan obyek yang berada di sekitar penangkal petir tersebut terlindungi atau tidak. Radius proteksi bola bergulir (r) dapat diketahui melalui persamaan: !=

ℎ! (2!! − ℎ! )

!=

104 (2 . 134,14 − 104)

! = !"#, !" ! dengan ht merupakan tinggi total struktur yang didapat dari penjumlahan tinggi bangunan dan panjang terminasi udara dalam satuan meter. 3. Perhitungan Potensi Pelelehan Logam Pada sistem penyaluran arus petir, terdapat tiga tahanan yang nilainya masing-masing sebesar: a.

Tahanan terminal udara dengan material tembaga sepanjang 6 m, yaitu R0 = 0,00011794 Ω

b.

Tahanan satu buah penghantar penyalur berupa kawat NYY sepanjang 108 m, yaitu R1 = 0,0263 Ω

c.

Tahanan penghantar penyalur menjelang sistem pentanahan yaitu terdiri dari kawat BC sepanjang 12 m dan elektroda plat yaitu R2 = 0,50403 Ω Dalam meninjau besarnya potensi pelelehan logam pada terminal udara menggunakan persamaan yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, hal penting yang harus diketaui adalah besarnya resistansi konduktor terminal udara yang ditinjau. Nilai total resisntansi konduktor terminal udara adalah sebesar:


Rtotal = 0,00011794 Ω + 0,0263 Ω + 0,50403 Ω = 0,5304479 Ω Besarnya volume pelelehan logam pada terminal udara adalah sebesar: Tabel 10. Peluluhan Volume Logam pada Terminal Udara

arus 20 40 54.9 60 80 100 120 140 160 180 200 Sedangkan

V Q W 10,60896 10 53,04479 21,21792 20 212,1792 29,12159 27,45 399,6938 31,82688 30 477,4031 42,43584 40 848,7167 53,04479 50 1326,12 63,65375 60 1909,613 74,26271 70 2599,195 84,87167 80 3394,867 95,48063 90 4296,628 106,0896 100 5304,479 untuk meninjau potensi pelelehan

volume 9,517834 38,07134 72,6536 85,66051 152,2853 237,9459 342,642 466,3739 609,1414 770,9446 951,7834 logam pada konduktor penyalur arus

petir, perlu diketahui nilai resistansinya : R = 0,0263 Ω + 0,50403 Ω = 0, 53033 Ω Besarnya volume pelelehan logam pada konduktor penyalur arus petir adalah: Tabel 11. Peluluhan Volume Logam Pada Kondutor Penyalur

arus 20 40 54,9 60 80 100 120 140 160 180 200

V 10,6066 21,2132 29,11512 31,8198 42,4264 53,033 63,6396 74,2462 84,8528 95,4594 106,066

Q 10 20 27,45 30 40 50 60 70 80 90 100

W 53,033 212,132 399,60498 477,297 848,528 1325,825 1909,188 2598,617 3394,112 4295,673 5303,3

v 9,515718 38,06287 71,8638 85,64146 152,2515 237,893 342,5659 466,2702 609,006 770,7732 951,5718

Dengan volume keseluruhan kabel penyalur jika dimodelkan dengan tabung sepanjang 98 m adalah sebesar 4900 cm3.


4. Perhitungan Tahanan Pentanahan dan Susut Tegangan Pada bangunan gedung XYZ, digunakan sistem pentanahan dengan jenis elektroda single rod dengan bahan tembaga yang memiliki luas penampang 1x50 mm2. Panjang elektroda yang digunakan adalah 3 meter yang ditanamkan ke dalam tanah. Lokasi gedung yang berada di daerah Jakarta Pusat memiliki jenis tanah yang didominasi tanah lempung (liat) dan tanah lanau, sehingga nilai resistivitas tanah adalah berkisar dari 10-200Ωm. Pada perhitungan tanahan ini diasumsikan resistivitas tanah sebesar 42.5 Ω m.Besarnya tahanan pentanahan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: !! = !! =

! !!"

ln

!! !

−1

42.5 2.3 ln − 1 = !", !" Ω 2. 3,14 . 3 0,004

Maka susut tegangan pada elektroda yang terhubung pada gedung XYZ pada saat terjadinya sambaran petir adalah sebesar: V = I . Rg = 54,29 . 12,07 = 655, 7 kV

B.

ANALISA HASIL EVALUASI Material yang digunakan untuk terminal udara adalah tembaga dengan panjang 6 m. Hal

ini telah memenuhi ketentuan yang direkomendasikan, berdasarkan peraturan menteri tenaga kerja No.Per.02.Men.1989 tentang PPIP, yaitu penggunaan tembaga dan tinggi finial sekurang-kurangnya 15 cm dari permukaan sekitar. Radius perlindungan terminasi udara 130,71 meter,berdasarkan sketsa bola bergulir, seluruh obyek bangunan dapat terproteksi dengan baik begitu pula dengan obyek sekitar bangunan yang memenuhi kondisi tertentu. Pada terminal udara digunakan kabel tembaga NYY dengan dimensi 1 x 70mm2. Hal ini memenuhi syarat dimensi minimum terminal udara yaitu untuk penggunaan kabel tembaga sekurang-kurangnya memiliki dimensi 35 mm2.


Sedangkan pada konduktor penyalur ketika menyalurkan arus petir sebesar 54,29 kA ternyata membangkitkan efek korosi pelelehan logam sekitar volume 70 cm3 atau 6,914 % dari total volume keseluruhan konduktor penyalur. Jika hal ini dibiarkan maka suatu saat dapat memutuskan konduktor penyalur. Untuk mengurangi efek tersebut dapat menggunakan lapisan pelindung termal dan anti korosi pada konduktor penyalur dan juga melakukan penggantian material apabila sudah tidak layak pakai. Penggunaan kawat NYY yang menggunakan bahan tembaga dengan luas penampang 70mm2sudah memenuhi syarat minimum penggunaan konduktor penyalur. Berdasarkan pengolahan sebelumnya, besar tahanan pentanahan elektroda yang didapat 12,02 Ω. Besarnya nilai pentanahan pada gedung ini tidak memenuhi standar PUIL 2000 yang menyebutkan bahwa tahanan pentanahan tidak melebihi nilai 5 Ω .Nilai tahanan pentanahan ini dapat diminimalisir dengan menambahkan beberapa elektroda yang dihubungkan membentuk ring (tersebar) atau menggunakan elektroda yang lebih panjang dari elektroda eksisting sehingga didapat tahanan pentanahan yang ideal. Susut tegangan sebesar 655,7kV pada elektroda pentanahan saat terjadinya sambaran petir tergolong besar dan cukup berbahaya jika hanya terkumpul di satu titik tanah. Hal ini terjadi karena dipengaruhi oleh tahanan pentanahan yang besar pula. Untuk mengurangi susut tegangan, dapat digunakan sistem pentanahan ring (tersebar) Kesimpulan Semua peralatan dan komponen yang digunakan pada sistem proteksi petir eksternal secara umum sudah memenuhi syarat minimum standar yang diberlakukan. Berdasarkan pengolahan data, gedung XYZ di daerah Jakarta Pusat dengan tinggi struktur 98 m memiliki peluang sambaran petir sebesar 5,95 sambaran/km2/tahun dengan efisiensi SPP sebesar 98,3% sehingga gedung membutuhkan tingkat proteksi level I. Radius proteksi oleh bola bergulir yang didapatkan adalah sebesar r = 130,71 m dengan luas perlindungannya 53.647,23 m2 dimana obyek utama terproteksi dengan baik begitu pula bangunan di sekitar gedung yang tercakup dalam radius proteksi. Efek korosi akibat arus petir yang cukup tinggi mengalir pada konduktor dapat menimbulkan potensi pelelehan logam dimana pada konduktor penyalur ketika arus petir sebesar 54.29 kA dapat berpotemsi melelehkan sekitar 70 cm3 atau 6,914 % dari total volume keseluruhan konduktor penyalur.


Resistansi pentanahan yang telah terpasang pada gedung memiliki nilai 12,02Ohmdimana tidak memenuhi syarat PUIL 2000 yaitu maksimal 5 Ohm. Hal ini dapat diatasi dengan menambahkan elektroda pada sistem pentanahan hingga diperoleh resistansi pentanahan yang ideal.

Daftar Referensi [1] Putra, Widhya. “Evaluasi Sistem Proteksi Petir Pada Base Tranceiver Station (BTS)” Fakultas Teknik Universitas Indonesia : 2009 [2] Badan Standarisasi Nasional, SNI 03-7015-2004 “Sistem Proteksi Petir pada Bangunan Gedung”. [3] IEEE 142-1991“Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems” [4] Makarim, Chairil Anwar. “Sistem Resapan Air Dangkal Kota Jakarta: Suatu Kajian Geoteknik”. [5] Gunawan, Nedi. “Evaluasi Sistem Proteksi Penangkal Petir Eksternal Gedung Bandara Fatmawati Soekarno Bengkulu dengan Metode Konvensional dan Elektrogeometri” Fakultas Teknik Universitas Bengkulu : 2011. [6] “Peraturan Umum Instalasi Penangkal Petir (PUIPP) untuk Bangunan di Indonesia” Direktorat Penyelidikan Permasalahan Bangunan. 1983. [7] Syakur, Abdul dan Yuningtyastuti “Sistem Proteksi Penangkal Petir pada Gedung Widya Puraya” Surabaya : 2006.


EVALUASI INSTALASI SISTEM PENANGKAL PETIR EKSTERNAL PADA GEDUNG XYZ

Recommend Documents