Yunus Tjandi, Pemanfaatan Besi Beton Sebagai Elektroda Pengaman Penangkal Petir

Yunus Tjandi, Pemanfaatan Besi Beton Sebagai Elektroda Pengaman Penangkal Petir

23

MEDIA ELEKTRIK, Volume 2 Nomor 2, Desember 2007

PEMANFAATAN BESI BETON SEBAGAI ELEKTRODA PENGAMAN PENANGKAL PETIR PADA GEDUNG BERTINGKAT Yunus Tjandi Dosen Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FT UNM

Abstrak Tulisan ini membahas pemanfaatan besi beton (yang berada dalam rangka beton bertulang) sebagai pengaman pentanahan terhadap gejala alam yang dapat merusak gedung-gedung bertingkat, yaitu sambaran petir. Sambaran petir mempunyai dampak negatif terhadap seluruh kehidupan di muka bumi, dapat menimbulkan kematian pada manusia, hewan dan tumbuhan serta mengakibatkan kerusakankerusakan atau ledakan pada objek yang tersambar. Untuk menghindari timbulnya kecelakaan dan kerugian akibat sambaran petir, diperlukan usaha atau tindakan pencegahan dengan memberikan perlindungan terhadap benda yang diperkirakan mudah tersambar petir terutama bangunan vital seperti bangunan-bangunan bertingkat dan laboratorium. Ada beberapa sistem pengaman pentanahan penangkal petir yang dapat diterapkan pada gedung-gedung bertingkat antara lain : (1) Elektroda batang (driver rod), (2) Elektroda strip, (3). Elektroda plat, dan (4) Elektroda besi beton. Hasil pembahasan menyimpulkan bahwa penggunaan elektroda besi beton merupakan sistem pengaman pentanahan penagkal petir yang paling efektif ditinjau dari segi ekonomisnya dan dari segi keindahannya. Kata kunci : Besi beton, Elektroda pentanahan, penangkal petir dan gedung bertingkat

Sistem penangkal petir adalah merupakan keseluruhan peralatan yang terdiri dari terminal udara kawat penghantar dan elektroda pentanahan. Keseluruhan peralatan tersebut diatur sedemikian rupa sehingga dapat melakukan arus petir ketanah dengan aman. Dalam pemakaian besi beton sebagai elektroda pentanahan pada gedung bertingkat dengan aman, maka harus diketahui terlebih dahulu pengaruh performance elektroda besi beton tersebut terhadap akibat-akibat yang mungkin ditimbulkan oleh sambaran petir yang dirasakan oleh kehidupan di sekitarnya, sehingga dapat dilakukan pengamanan yang baik dari bahaya yang ditimbulkan. Menurut Marshal, J.L, 1983 “ Petir ialah bunga api listrik besar, terjadi karena adanya pelepasan muatan listrik sebagai akibat adanya perbedaan potensial yang cukup besar antara dua buah elektroda .“ Pelepasan muatan listrik ini akan terjadi bila medan listrik antara kedua elektroda tersebut melebihi kekuatan medan tembus dielektrik atau zat penyekatnya elektroda tersebut melebihi kekuatan medan tembus dielektrik atau zat penyekatnya Proses terjadinya petir yaitu : awan terjadi dari udara lembab yang panas yang mulai naik dari bumi kurang lebih 10 menit sampai 1 jam sebelumnya. Udara berkembang (volume semakin

besar) dan akan menjadi dingin karena temperatur akan semakin rendah, udara tersebut semakin naik karena penurunan tekanan udara lebih kecil dibanding pembesaran volumenya. Semakin naik udara tersebut, volumenya akan membesar dan tekanan udaranya pun semakin rendah. Karena laju penurunan tekanan udara lebih kecil dibanding laju pembesaran volumenya, maka temperatur udara itu semakin rendah (PVT = konstant), sehingga titik-titik uap itu akan terkondensasi dan disebut awan. Dipuncak awan temperaturnya turun sampai -30O C, dan sebagian titik-titik uap itu akan menjadi dingin sekali dan berubah menjadi es. Pada tahap itulah terjadi medan listrik yang sangat kuat di udara sekitarnya, menandakan berlangsungnya pemisahan muatan. Dengan berlangsungnya pemisahan muatan, beda potensial antara muatan yang terkosentrasi itu akan semakin tinggi. Bila sudah dicapai keadaan jenuh maka pelepasan muatan sudah dapat mulai. Dengan semakin tinggi beda potensial maka muncul saluran perintis (leader channel) yang mana kemudian diikuti oleh perpindahan arus muatan yang satu ke yang lainnya. Sebagaimana diketahui bahwa fisik bangunan di Indonesia saat ini, lebih banyak menggunakan beton sebagai unsur utamanya karena akibat dari kondisi Indonesia yang hampir


setiap bukitnya tersedia bahan baku semen (tanah liat, batu kapur, dan pasir silica) dan hampir setiap sungainya mengandung pasir yang basah yang menggambarkan bahwa negara ini adalah sangat potensial untuk beton. Adapun beton yang dimaksud ialah bahan yang diperoleh dengan mencampur agregat halus, agregat kasar, semen portland dan air dengan atau tanpa tulangan, dan dapat dengan bahan tambahan. Karena beton maupun beton bertulang terdiri dari beberapa komponen, maka hasil akhir dari beton adalah dipengaruhi antara lain oleh proporsi bahan dasar, air dan bahan tambahan. Di dalam beton bertulang, jenis tulangan dipakai, untuk menentukan tegangan lekatan antara beton dan tulangan.

MATERIAL DASAR BETON Semen portland, pasir, kerikil atau agregat lainnya adalah merupakan bahan pengikat hidrolis, sedang air berfungsi untuk terjadinya pengerasan secara hidrolis (Mosley dkk, 1982) sebagai beton ringan, beton normal, beton tahan panas atau tahan api dan sebagainya. Dalam hal ini material dasar beton dibahas dalam hubungannya dengan sifat-sifat kimia dan fisika diakibatkan oleh temperatur.

PROSES PENGIKATAN DAN PENGERASAN Harus dapat dibedakan antara pengikatan dan pengerasan dari semen. Waktu pengikatan adalah waktu dari mulai mengikatnya semen setelahnya berhubungan dengan air sampai adukan tidak dapat dikerjakan lagi. Sedangkan proses berlangsung terus sehingga beberapa tahun. Adapun kerapatan beton adalah 2,1 gr/ cm dan panas jenisnya 0,21 kalori/ gram (Roseno, 1954).

SIFAT FISIS BESI BETON Besi yang dipakai untuk beton bertulang biasanya adalah besi bulat. Dari semua macam besi beton mempunyai : Koefisien pemuaian : 0, 000012 Kerapatan besinya : 7,8 gr/ cm Panas jenisnya : 0, 113 kalori /gr Tahanan jenisnya : ± 2000 Ohm – cm Bentuk besi beton bertulang biasanya dipakai besi bulat yang didalam perdagangan diameter besi tersebut adalah : 6, 8, 10, 12, 14, 16,

19, 22, 25, 28, 30, 32 dan 40 mm atau kerap kali dijumpai dalam ukuran inci : 1/4 , 5/16, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 7/8 dan 1 inci. Kombinasi antara beton dan besi dalam hal ini beton bertulang, dimungkinkan karena ada beberapa sifat kombinasi dan besi mempunyai tegangan lekat dan lentur yang cukup besar. Tegangan lekat timbul antara besi dan beton, jika besi akan berubah tempat terhadap beton. Gaya tarik tekan dalam besi menimbulkan tegangan lekat ditempat kontak besi dan beton. Jika tegangan lekat melalui suatu harga batas, besi akan berubah tempat dan akan menggeser, maka perubahan tempat ini akan menimbulkan tegangan lentur yang akan menghalangi pergeseran. Jadi tegangan lekat ditambah tegangan lentur bersama-sama memegang kekuatan yang bekerja pada besi. Kekuatan atau gaya itu adalah : P = Fe x se dimana : Fe = luas potongan besi se = Tegangan ( tarikan/ tekanan ) Pada umumnya beton merupakan campuran yang homogen yang terdiri dari ikatanikatan alkali dan bersifat hygroskopis (mempunyai tendensi yang cenderung menyerap air). Sifat tersebut menyebabkan adanya kandungan larutan di dalam beton yang memungkinkan ion bergerak dengan mudah sehingga beton dapat menghantarkan alur listrik (konduktifitas beton berkisar dari 9-3 sampai 10-4 Mho/ cm). Kerapatan beton yang cukup tinggi merupakan penghalang terlepasnya mineral yang dikandungnya. Berat kandungan air dalam beton + 5 % dari berat beton. Jika ditinjau dari sudut kelistrikan, beton selalu berusaha menjaga tahanan jenisnya agar tetap rendah dan seragam diseluruh bagian beton. Dengan demikian dibutuhkannya sistem pentanahan yang mempunyai harga tanahan pentanahan yang lebih kecil untuk luas daerah grid elektroda pentanahan yang lebih kecil dan murah, maka berikut ini akan dibahas sistem pentanahan besi beton. Jika besi beton fondasi suatu gedung akan digunakan sebagai elektroda pentanahan maka disamping nilai tahanan pentahanannya harus juga diselidiki kemampuan besi beton terhadap arus pelepasan muatan kilat, arus kesalahan tanah dan sebagainya.

25


Yang dimaksud besi beton di sini adalah besi yang dipergunakan sebagai penguat beton dalam suatu konstruksi beton bertulang. Dan sebagai pendekatan untuk menyederhanakan perhitungan, maka besi beton yang dimaksud terdiri dari satu batang besi yang diselimuti oleh beton dan berbentuk selinder.

Masalah Korosi pada Besi Beton Pada umumnya besi akan berkarat kalau ditanam di dalam tanah karena : - Tanah dapat mengandung bahan – bahan organik atau senyawa- senyawa karbon, sulfat, clorida dan sebgainya termasuk asamasam sisa pabrik. - Dalam tanah selalu terkandung oksigen, dimana bersifat sebagai depolarisator yang akan menyebabkan terjadinya elek - trolisa pada besi. Kedua hal di atas akan menyebabkan timbulnya oksida dari besi pada permukaan besi, yang lasim disebut karat. Proses terjadinya karat akan lebih dipercepat lagi dengan adanya : - Dua lapisan yang berbeda macam soilnya pada besi yang sama. Proses korosi yang terbesar terjadi pada batas antar tanah yang berbeda. - Arus kesalahan yang mengalir keluar dari besi akan mempercepat proses elektrolisa. - Sambungan dua macam metal yang berbeda misalnya besi dengan tembaga pada suatu macam tanah. Ini karena adanya beda potensial antara kedua metal itu. - Besi tersebut akan diisolir terhadap proses galvanisasi karena beda potensial dengan cara : mengusahakan soil yang homogen dan menggunakan bahan- bahan yang sama untuk sambungan-sambungan. - Melapisi besi dengan ter, oli, cat, dan sebagainya, tetapi hal ini akan mempertinggi tahanan pentahanan dari elektroda yang bersangkutan. Besi yang diselimuti oleh semen dari beton, yang ditanam di dalam tanah akan menghasilkan hal– hal sebagai berikut : - Beton dapat dianggap suatu soil yang homogen - Besinya tidak langsung berhubungan dengan larutan yang ada di dalam tanah sehingga besi hampir tidak terpengaruh oleh ketidakseragaman soil. - Sifat kandungan silikon di dalam beton tidak akan bereaksi dengan asam kecuali dengan

nitrit dan HF dan berfungsi sebagai deoxider di dalam besi, tembaga dan sebagainya. Ini berarti kandungan silikonnya berfungsi menghilangkan oksigen dari metal. Jadi kandungan silikon di dalam beton akan mencegah terjadinya korosi pada besinya. Dengan kata lain, lapisan beton dari suatu elektroda akan menghindarkan elektroda tersebut dari timbulnya korosi. Kemampuan Besi Beton Terhadap Arus Pelepasan Muatan dan Arus Kesa lahan Tanah Yang dimaksud dengan arus pelepasan muatan atau arus kesalahan adalah arus yang timbul oleh pelepasan muatan kilat atau oleh kesalahan hubungan singkat ke tanah, yang harus disipasikan oleh besi yang dipakai sebagai elektroda. Untuk itu adalah perlu diketahui dahulu batas maksimum temperatur atau batas kenaikan temperatur yang boleh dialami besi beton, sebagai akibat panas yang ditimbulkan oleh arus listrik yang terjadi. Batas utamanya adalah kandungan air besi beton tersebut tidak boleh menjadi kering sama sekali. Karena jika hal ini terjadi maka betonnya akan menjadi pecah dan retah. Hal ini berarti temperatur beton tidak boleh melebihi 100°C yang mana berarti kalau temperatur mula beton 20°C, maka kenaikan temperatur beton maksimum adalah 80°C. Di bawah ini akan dihitung besar arus persatuan waktu yang boleh lewat pada lapisan beton dari elektroda besi beton tanpa menyebabkan pemanasan yang berlebihan. Misalnya diketahui : - Panjang batang = 100 cm - Diameter batang = d1 cm - Tebal beton = 1 cm - Diameter luar besi beton = d2 cm =( d1 + 2 ) cm. d2 d1 Elektroda batang Permukaan metal

Selinder beton

100

Gambar 1. Elektroda batang yang dibungkus beton.


Ditanya : Besar arus persatuan waktu yang boleh melewati lapisan beton? Penyelesaian : Volume beton = 1/4 p.d2 2.100 – 1/4 p.d1 2. 100 = 78,5 ( d2 2 - d1 2 ) = V cm 3. Karena kerapatan beton = 2,1 gr/ cm 3 maka Berat beton = ( V x 2,1 ) gr. Berat kandungan airnya = 5% berat beton = ( 0,105 x V ) gr. Karena panas jenis beton = 0,21 kalori / gr. Dan panas jenis air = 1,00 kalori / gr. maka total kalori yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur beton 1O C adalah : = ( 2,1 x V ) x 0,21 + ( 0,105 x V ) x 1,00 = 0,546 x V kalori. kalau temperatur beton 20O Cdan temperatur akhir yang diperbolehkan 100O C maka kenaikan temperaturnya adalah = 100 – 20 = 80°C Et = 0,546 x V x 80 = 43,68 x V kalori = 43,68 x V x 4,1868 watt detik. = 182,88 x V watt Besar tahanan listrik beton (selinder beton) dengan melihat gambar 2 adalah besar tahanan elektroda besi beton setebal r dari sumbu selinder beton yang berjari-jari dalam r 1 cm dan jari – jari r2 cm dan panjangnya 100 cm adalah : 100

dI

r2 ro

r1

Gambar 2. Besar Tahanan Listrik Selinder Beton.

r o . dr 2 p r.100 r 2 r o . dr ro R=ò Ln r = r 1 2 p r . 100 628

dR =

=

r2 r1

r2 r o Ln 628 r1

Jadi arus dikuadratkan x waktu untuk kenaikan temperatur 80O C adalah : =

182 ,88 x v R

Untuk waktu selama t detik besar arus kuadrat yang boleh lewat adalah : 182 ,88 x v R xt Arus maksimum yang boleh lewat : =

=

182 ,88 x v amper R xt

Atau : =

(

182 ,88 x 100 r 2 2 - r1 2 ær o r2 ö çç 628 Ln r1 ÷ x t ø è

)

Tabel 1. Tahanan beton yang diperbolehkan untuk bermacam - macam kelas beton fondasi (Moesley. 1982) Kelas beton fondasi

kekuatan tekan kekuatan shear ( N/ mm2 ) ( N/ mm2 ) ---------------------------------------------------------------------------------Semen : Pasir : Batu Langsung Bengkok Langsung 1 2 4 5,33 7,0 0,7 1 1,5 3 6,65 8,75 0,805 1 1 2 8,0 10,5 0,91

Pemuaian pada Batang Besi Apabila batang besi yang bertahanan listrik itu di aliri oleh arus yang besar dalam jangka waktu yang cukup lama, maka pada batang besi akan terjadi pemanasan yang akan diikuti oleh pemuaian dari batang besi tersebut. Pemanasan yang berlebihan dapat merusak sifat mekanis dari besinya sehingga perlu diadakan pembatasan. Untuk menaikkan temperatur besi maksimum adalah 100°C. Hal ini dimaksudkan untuk menjaga agar supaya sifat-sifat mekanisnya tidak berubah terhadap tegangan tekan maupun tarik. Untuk mempermudah perhitungan dilakukan pemisalan. Diketahui : Batang besi, Panjang : L cm Diameter : d cm Luas penampang : A cm2 Ditanya : 1. Arus maksimum yang boleh lewat. 2. Besar pertambahan panjang batang 3. Besar pertambahan diameter batang kalau kenaikan temperatur yang diperbolehkan 80°C Jawab : Volume besi = L . A cm Kerapatan besi = 7,8 gr/ cm3 Jadi berat besi = 7,8 . L . A gr

Panas jenis besi = 0,113 kalori /gr 27


Maka total kalori yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1°C, = 0,113 x 7,8 L . A kalori. Untuk menaikkan 80°C ( dari 20°C ke 100°V ) maka kalori yang dibutuhkan, = 80 x 0,1113 x 7,8 . L . A kalori = 4,1868 x 80 x 0,1113 x 7,8 . L . A watt detik = 259,2 L.A watt detik. Jadi I 2. t yang boleh untuk kenaikan temperatur 80 0 c adalah =

259 , 2 L . A R .t

dimana Rt = tahanan besi pada 100 0 c I2 yang diperbolehkan adalah

=

259,2 L. A Rt . t

Batang besi di atas tanah

Permukaan tanah

Lintasan arus sebenarnya

Pemisalan lintasan arus

Gambar. 3 Lintasan Arus Listrik Pada Besi Beton Bertulang. Jadi arus maksimum yang boleh lewat adalah : =

259 , 2 L . A amper Rt . t

Pada temperatur 20°C koefisien temperatur tahanan a 1 = 0, 0063 maka pada temperatur 100°C koefisien temperatur tahanan a t adalah :

at =

1 1 = = 0,0041 1 1 + (t - 20) + (100 - 20) 0,0063 a1

arena tahanan spesifik besi r = 13 m Ohm.cm maka tahanan batang besi pada 20O C adalah : R1= r

L m Ohm A

Dan pada 100O C adalah :

Rt = R 1 {1 + a

t

(t

- t 1 )}

L {1 + 0 , 0041 A L = 17 , 26 m Ohm A = 13

(100

- 200

)}

Jadi arus maksimum yang boleh lewat menjadi : 295 , 2 L . A L 17 , 26 . 10 - 6 . t A 17 ,1 = A KA t Koefisien muai linear untuk besi = 0, 000012 Maka pemuaian yang terjadi adalah : Lt = L1 ( 1 +l . D t ) = L ( 1 + 0, 000012 . 80 ) = 1, 00096 L cm. Jadi pertambahan panjang linearnya = 0, 00096 L cm. Koefisien muai luas untuk besi » 2 l = 0, 000024 At = ( 1 + 2 l . D t ) = A ( 1 + 24 . 10 -6 . 80 ) = A ( 1, 00192 ). Jadi pertambahan luas penampang batang besi = 0,00192 . A cm 2 Atau pertambahan diameter batang = 0,0004 . d cm 2 Sebagai contoh : Misalnya, L = 30 m = 3.000 cm d=1 = 2,54 cm Jadi, A = 1/4 . 2,54 = 5 cm. Jika waktu sambaran kilat = 0,0001 detik, maka arus maksimum yang boleh lewat, =

I =5

17 ,1 = 20 , 676 . 10 2 KA 0 , 0001

Seandainya arus sebesar itu lewat, maka pemuaian yang terjadi sebesar, = 0,00096 x 3000 = 2,88 cm. Dan pemuaian diameternya sebesar, = 0,0004 x 2,54 = 0, 001 cm. Kalau dari arus yang mungkin terjadi pada sistem pentanahan suatu gedung, dimana suatu gedung rangka besi betonnnya dari fondasi batang besi bertulang vertikal yang jumlah biasanya lebih dari empat buah. Sedang jumlah fondasi gedungnya pun biasanya lebih dari empat buah maka dalam suatu gedung paling sedikit ada 16 batang besi bertulang dan kalau seluruh arus kilat merata keseluruh elektroda dengan baik, arus itu masih cukup aman bagi besi betonnya. Misalkan suatu gedung mempunyai jumlah batang besi beton 16 buah,


Arus / batang = I amper Tahanan batang = R Ohm Waktu mengalirnya arus = T detik Maka energi yang terjadi = I 2 . R . T watt detik = I 2 . R . T 0,24 kalori Padahal jumlah kalori yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1°C adalah :

= L . A. 0, 78 . 0, 13 = 0,8814 L . A kalori Maka besar kenaikan temperatur yang terjadi, 0, 24 I 2 . R . T o c Dt= 0,8814 L . A

Karena R =

L L = 13 m Ohm A A

0,24 I 2 . 13 . 10 - 6 . t=

L A .T

0,8814 . L . A

T .I2 0 c A2 Karena Lt = L1 ( 1 + l . D t ) Maka pertambahan panjangnya = L ( 0,00012 . D t ) Untuk contoh batang diatas, dimana besar arus setiap pelepasan muatan (sambaran) berkisar 20 KA sampai 200 KA dengan waktu puncak sambaran kilat tertentu berkisar 0,0001 detik. Maka didapat : = 3,54 . 10 - 6

Besar arus pada tiap batang

=

Tabel 2. Hasil perhitungan elektroda besi beton L= 100 cm diselimuti oleh besi beton setebal 1 cm Volume beton (cm 3) 712,78 812,47 912,248 1111,43 1510,34

Energi/ 80 0 C

(watt detik) 130353,2 148585,4 166831,9 203258,3 276210,9

Tabel 3. Hasil perhitungan untuk elektroda besi beton yang panjangnya 160 cm, diselimuti setebal 1 cm dengan diameter batang bervariasi Diameter batang (inci) 0,5 0,625 0,75 1,00 1,50

I2 (A) t = 0,0001 detik 432, 78 . 10 6 572,36 . 10 6 729,80 . 10 6 1098,69 . 10 6 2056,67 . 10 6

I (A) t = 0,0001 detik 2,1 . 10 4 2,4 . 10 4 2,7 . 10 4 3,3 . 10 4 4,5 . 10 4

Perhitungan di atas didasarkan pada energi yang boleh disipasikan oleh lapisan beton yang tebalnya 1 cm. Untuk lapisan beton yang tebal lagi maka energi yang boleh lewat atau dapat disipasikan akan lebih besar lagi dan pada umumnya tebal lapisan beton berkisar 1 sampai 5 cm.

200 = 12 ,5 KA 16

Kenaikan temperatur (D t) = 0,002°C Pertambahan panjang ( D L) = 0,00007 cm Pertambahan lua (D A) = 2,4 . 10 -7 cm2 Hasil perhitungan untuk elektroda besi beton yang panjangnya 100 cm dan diselimuti oleh beton setebal 1 cm dimana diameter batang variabel dapat dilihat pada tabel berikut ini :

Diameter batang (inchi) 0,5 0,625 0,75 1,00 1,5

melewatinya = 21 kA. Biasanya dalam suatu gedung rangka besi beton fondasi terdiri dari batang besi bertulang vertikal yang jumlahnya lebih dari 4 buah. Jadi minimal dalam suatu gedung ada 16 batang besi bertulang, dan kalau seluruh arus kilat terbagi merata ke seluruh elektroda dengan baik, arus tersebut masih aman untuk betonnya karena kemampuan hantar arus besi beton adalah 16 x 21 KA = 336 KA.

Tahanan beton (W) 3,012 2,596 2,286 1,850 1,343

I 2 . t/ 80 O C

(A2 . det) 43277,95 57236,29 72979,84 109869,36 205667,14

Ternyata dari tabel perhitungan di atas untuk elektroda dengan diameter 0,5” yang boleh

Gambar 4. Lintasan Arus pada Permukaan Batang Kalau dilihat lintasan arusnya maka permukaan batang yang efektif dapat menyalurkan arus sekiatr 75 %. Jadi kemampuan besi beton untuk menerima arus : = 75 % x 336 KA = 252 KA Kemampuan Besi Beton Terhadap Gaya Yang Ditimbulkan oleh Arus Pelepasan Muatan dan Arus Kesalahan Tanah Kembali ditinjau keadaan minimum 29


yang mungkin ada pada fondasi gedung, misalkan arus pelepasan muatan kilat = 100 kA dan ada 4 buah fondasi gedung dan tiap fondasi terdiri dari 4 batang besi bertulang, maka besar arus pada tiap batang adalah :

=

100 16

= 6,25 kA

m = m relatif beton x m o = 10 ( 4p. 10 -7 ) = 12,56 x 10 -6 Maka dari rumus: m x . I1 . I 2 F = = N /M 2p d

F1 = F 2 = F3 =

12 ,56 . 10 - 6 . 6, 25 2 .10 - 6 390 N / M 2 . p .0,2

12 ,56 . 10 - 6 . 6,25 2 .10 - 6 = 226 ,7 N / M 2p .0,334

Jadi total gaya pada setiap batang adalah, F tot = F1 cos q + F2 cos q + F3 = 229,41 + 229,41 + 226,7 = 685,52 N/m.

·

·

F1

F3

0,3m

·

q

0, 2m

F2

·

q

Gambar 5. Total Gaya Yang Bekerja Pada Batang Beton Berdasarkan tabel 2 didapatkan besar tekanan yang boleh dialami oleh beton adalah 5,33 N/mm2. Kalau diameter batang = d mm luas batang = 1000 x p d, jadi tekanan yang boleh untuk luas permukaan 500 p x d mm adalah 5,33 x 500 p d = 8368,1 d N/m. Ternyata dari contoh, keadaan minimum fondasi masih cukup mampu untuk mengatasi gaya yang ditimbulkan oleh arus pelepasan muatan kilat yang mungkin terjadi tanpa kerusakan betonnya.

SIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan pada uraian diatas maka dapat disimpulkan hal- hal berikut : 1. Pengunaan besi beton sebagai elektroda pentanahan keamanannya cukup besar, dimana besi beton tersebut mampu menahan arus pelepasan muatan kilat maupun arus kesalahan tanah. Jadi fondasi gedung type tiang pancang -pancang, dapat digunakan sebagai elektroda pentanahan untuk sistem penangkal petir maupun untuk sitem kelistrikan dalam gedung. 2. Tahanan pentanahan besi beton lebih kecil dibanding dengan elektroda batang yang biasa dipakai dan lebih tahan terhadap kondisi kandungan larutan yang ada didalam tanah. 3. Oleh karena elektroda besi beton fondasi sudah tersedia, maka tidak ada persoalan penanaman elektroda, penyediaan elektroda maupun biaya cukup rendah jadi tidak perlu dibuatkan sistem pentanahan khusus. 4. Oleh karena sudah tersedia elektroda pentanahan maupun rangkaian gridnya, maka biaya yang diperlukan hanya untuk pengelasan relatif kecil. 5. Perencanaan dan sistem pentanahan besi beton, bentuk dan letak fondasi tergantung pada perencanaan bagian sipilnya, dan tidak boleh mengganggu pekerjaan sipil untuk itu perlu adanya kerja sama dengan bagian sipil sejak awal perencanaan gedung, untuk menentukan dimensi dari besi beton fondasi yang sekaligus akan digunakan sebagai elektroda pentanahan. 6. Penggunaan besi beton sebagai elektroda pentanahan merupakan salah satu cara pemecahan persoalan pentanahan gedung bertingkat yang mempunyai luas tanah terbatas untuk digunakan dalam penanaman elekroda. Sebagai implikasi dari tulisan ini maka disarankan : 1. Agar tiang pancang yang di pararel dalam suatu kolom gedung besi betonnnya dilas dan di tap keluar ke terminal pentanahan atau dihubungkan dengan kawat penghantar ke terminal udara penangkal petir. 2. Cara lain yang disarankan adalah, besi beton dari tiang pancang yang di pararel dalam kolom gedung agar dilas ( dihubungkan secara listrik ) pada kapnya dan juga pada besi penguat kolom dan lantai dan lantai dasar hingga puncak gedung agar besi beton ini berfungsi sebagai konduktor dan sekaligus sebagai elektroda pentanahan. Dalam menentukan jumlah elektroda fondasi yang


akan dipararel agar disesuaikan dengan tinggi dan kapasitas daya listrik dari gedung tersebut.

DAFTAR PUSTAKA Arismunandar. A, dan S. Kuwahara, 1975. Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik, jilid II, pradnya Paramita, Jakarta. Batia, S.L, 1975. Hand Book Of Electrical Engineering, Khanna Pubhisers, New Delhi. Catatan Kuliah Teori Medan, Elektroteknik UNHAS. Electrical Transmision and Distribution Reference Book, 1950. Westinghouse electric Corp., East Pittburg Pensylnia. Gupta, P.V, Satman, P.S, Subtation Design and Equipment, 1979. Dampat rai and Sous, Nisarak, New Delhi. IEEE Guide For Safety in Subtation, 1976. The Institute of Electrical and Electronic Engineers, Inc. Copy right LMK Jakarta. Mosley, W. H, and J. H. Bungens,1982. Reinforced Concrete Design, 2nd Edition London.

Peraturan Umun Instalasi Listrik, 2000, LIPI. Peraturan Umum Beton Bertulang Indonesia 1970, 1979. N. I – 2, Direktorat Penyelidikan masalah Bangunan, Jakarta. Pabla, A. S, 1981. Electric Power Distribution Systems, Punyarb State Electricity bord Chandigardh, Tata Mc Graw Hill Publishing Company limited, New Delhi. Roesono, R. Beton Tulang, 1954. Penerbit Teragang Jakarta. Reihold Rudenberg, 1950. Transient Performance of Electric Power Systems, McGraw Hill Book Company. Inc,. RCRHS, Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan Dept. PU, 1981. Standarisasi Sistem Penangkal Petir Pada Bangunan, Nopember. Mawar Sri and Darmawati Amiruddin, 1985. Penelitian Tahanan Jenis Tanah dan Pemilihan Sistem Pentanahan di Kota Madya Ujung Pandang dan Sekitarnya, Kolokium Elktro teknik UNHAS. Uman, M. A, 1969. Lightning, Mc Graw Hill, New York.

Marshal, J.L, Lightning Protection, 1983. John Willay and Sons, inc New York.

31

Yunus Tjandi, Pemanfaatan Besi Beton Sebagai Elektroda Pengaman Penangkal Petir

Recommend Documents