PETIR : Potensi, Bahaya dan Upaya Penanggulangannya

Posted on Updated on

Banyumas – Dua warga Purwokerto Timur, Banyumas, Jawa tengah, tewas seketika saat sedang berteduh di sebuah pendopo obyek wisata Curug Ceheng di desa Gandatapa, Kecamatan Sumbang, Banyumas, Jawa Tengah Kamis sore. Kedua warga Purwokerto tersebut, Darsono (28), dan Hartini (32) adalah sepasang kekasih yang sedang berteduh ketika hujan lebat. (detiknews.com)

Saya tertegun melihat berita ini.  Dalam tulisan kali ini, saya mencoba menjelaskan apa yang telah saya pelajari tentang konsep petir, bahayanya dan bagaimana cara untuk melindungi diri kita dari bahaya tersebut.  Semoga bermanfaat.

PENDAHULUAN

Pada masa sekarang ini masih sering terdengar ada orang meninggal karena tersambar petir, entah itu anak-anak, muda maupun dewasa.  Di Indonesia sendiri kejadian semacam ini sangat sering terdengar.  Seperti yang terjadi di Depok, seorang anak meninggal akibat tersambar petir. Siang itu cuaca mendung dan hujan gerimis. Di dalam rumah, anak laki-laki itu sedang menonton televisi bersama anggota keluarga lain. Tiba-tiba kilat menyambar antena televisi dan masuk ke dalam rumah.

Gambar Peta Distribusi Petir di Dunia

(sumber: NASA)

Gambar diatas adalah Peta Distribusi Petir di Dunia, daerah hitam di Afrika Tengah adalah tempat terjadinya petir dengan intensitas tertinggi di dunia, daerah yang berwarna merah, oranye dan kuning adalah daerah dengan intensitas petir tinggi sedangkan daerah yang berwarna putih atau berwarna biru adalah daerah dengan intensitas rendah.

Dari gambar Peta Distribusi Petir di Dunia diatas terlihat bahwa Indonesia termasuk dalam kategori daerah dengan intensitas petir tinggi.  Menurut Prof Dr Ir H Djuheri, MM, salah satu daerah di Indonesia, yakni wilayah Bogor, Jawa Barat pernah tercatat sebagai wilayah yang memiliki sambaran petir per tahun tertinggi di dunia per harinya, yakni sekitar 322 hari atau 88 persen per tahun.

Gambar Tabel Perbandingan Kematian dan Luka-Luka Akibat Bencana di AS

(Sumber: http://www.lightningsafety.com)

Gambar kedua ini adalah tabel perbandingan kematian dan luka-luka yang dialami oleh manusia akibat bencana yang terjadi di Amerika Serikat pada tahun awal 90-an.  Terlihat bahwa kematian akibat sambaran petir menempati peringkat kedua terbanyak yaitu sebanyak 74 orang setelah jumlah kematian yang disebabkan karena bencana banjir pada tahun 1990.  Bahkan pada tahun 1991, menempati peringkat pertama.  Untuk kasus luka-luka, pada tahun 1991 menempati peringkat kedua terbanyak setelah tornado.  Hal yang sama juga terjadi di beberapa negara di Eropa.

Oleh karena kerugian-kerugian yang ditimbulkan sangat besar akibat sambaran petir, maka  diperlukanlah suatu sistem proteksi petir yang mampu melindungi fisik maupun peralatan-peralatan akibat sambaran langsung maupun sambaran petir tidak langsung (lightning electromagnetic pulse).

Menurut Dr. Ir. Dipl. Ing. Reynaldo Zoro, ahli petir dan direktur PT Lapi Elpatsindo, ada tiga syarat untuk timbulnya petir.  “Ada udara naik, kelembapan, dan partikel bebas atau aerosol.  Ketiga elemen ini akan menyebabkan timbullah muatan dalam awan cumulonimbus.  Umumnya muatan negatif terkumpul dibagian bawah dan ini menyebabkan terinduksinya muatan positif diatas permukaan tanah, sehingga membentuk medan listrik antara awan dan tanah.  Jika muatan listrik cukup besar dan kuat medan listrik di udara dilampaui, maka terjadi pelepasan muatan berupa petir atau terjadi sambaran yang bergerak dengan kecepatan cahaya dengan efek merusak yang sangat dahsyat karena kekuatannya.”

Mengacu pada IEC (International Electrotechnical Commission) TC 81/1989 tentang konsep Lightning Protection Zone (LPZ), sistem proteksi petir yang sempurna terdiri dari 3 bagian :

  1. Proteksi Eksternal, yaitu instalasi dan alat-alat di luar sebuah struktur untuk menangkap dan menghantar arus petir ke sistem pentanahan atau berfungsi sebagai ujung tombak penangkap muatan listrik/arus petir di tempat tertinggi. Proteksi Eksternal yang baik terdiri atas air terminal/interceptor, down conductor, dan ekuipotensialisasi
  2. Proteksi Pentanahan, merupakan bagian terpenting dalam instalasi sistem proteksi petir. Kesulitan pada sistem pentanahan biasanya karena berbagai macam jenis tanah. Hal ini dapat diatasi dengan perencanaan dan teknik penerapan yang tepat, serta menghubungkan semua metal (ekuipotensialisasi) dengan sistem pentanahan, sesuai dengan IEC TC 81 Bab 2.3.
  3. Proteksi Internal, merupakan proteksi peralatan elektronik terhadap efek dari arus petir. Terutama efek medan magnet dan medan listrik pada instalasi metal atau sistem listrik. Sesuai dengan standar DIV VDE 0185, IEC 1024-1. Proteksi Internal terdiri atas pencegahan terhadap dampak sambaran langsung, pencegahan terhadap dampak sambaran tidak langsung, dan ekuipotensialisasi.

PEMBAHASAN

Secara garis besar, berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh ERICO Lightning Technologies yang telah dilakukan selama 60 tahun, ada enam langkah untuk melindungi suatu infrastruktur dari sambaran petir yang diistilahkan ”SIX POINT PLAN”.  Tujuan dari ”SIX POINT PLAN” ini adalah untuk menyiapkan sebuah perlindungan yang efektif dan handal terhadap serangan sambaran petir.  Keenam langkah tersebut yaitu,

1.Menangkap Petir, dengan cara menyediakan sistem penerimaan yang dapat dengan cepat menmyambut luncuran arus petir, lebih cepat dari sekelilingnya dan memproteksi secara tepat dengan memperhitungkan besaran petir.

2. Menyalurkan Petir, luncuran petir yang telah ditangkap dilasurkan ke tanah/arde secara aman tanpa mengakibatkan terjadinya loncatan listrik ke bangunan atau manusia.

3. Menampung Petir, dengan cara membuat sistem pentanahan sebaik mungkin.

4. Proteksi Grounding

5.Proteksi Jalur Power

6.Proteksi Jalur Data

Keenam langkah yang tergabung dalam “SIX POINT PLAN” diatas merupakan representasi dari sistem proteksi petir yang sesuai dengan standar IEC (International Electrotechnical Commision) TC 81/1989 yang bersifat proteksi internal maupun proteksi eksternal.

A. Sistem Proteksi Petir Eksternal,

sistem proteksi petir eksternal yang sering digunakan terdiri dari tiga bagian yaitu Air Terminal, Down Conductor dan Earthing Systems.

1. Air Terminal, air Terminal merupakan bagian dari sistem proteksi petir eksternal yang bertujuan untuk menangkap kilatan petir.  Air Terminal harus dipasang pada titik tertinggi dari suatu bangunan atau peralatan yang ingin dilindungi dari sambaran petir.  Sebagai contohnya, jika sistem proteksi petir diaplikasikan dalam sebuah antena.  Maka Air Terminal harus dipasang diatas bagian tertinggi dari antena tersebut, demikian juga jika dipasang pada gedung atau rumah.  Pemasangannya dipengaruhi oleh keadaan atap gedung yang akan diamankan.  Untuk bangunan dengan atap datar, yaitu bangunan yang memiliki selisih tinggi antara bumbungan dan lisplang kurang dari 1 meter maka sistem yang sesuai adalah sistem faraday yaitu sistem penangkal petir keliling atap datar.  Sedangkan untuk atap runcing atau selisih antara tinggi bumbungan dan lisplang lebih dari 1 meter, maka sistem yang sesuai adalah sistem franklin yaitu sistem penangkal petir dengan elektroda batang (finial).  Pada awalnya ruang proteksi dari suatu penangkal petir berbentuk kerucut dengan sudut puncak kerucut berkisar antara 300 hingga 350.  pemilihan sudut proteksi ini menyatakan tingkat proteksi yang kita inginkan.  Semakin kecil sudut proteksi semakin tinggi tingkat proteksi yang diperoleh (semakin baik proteksinya), tetapi semakin mahal biayanya.

Gambar Ruang Proteksi Konvensional

Ruang proteksi model kedua adalah ruang proteksi menurut model elektro geometri, yaitu berbentuk kerucut juga seperti konsep konvensional, hanya saja bidang miring dari kerucut tersebut melengkung dengan jari-jari tertentu.  Besarnya jari-jari sama dengan besarnya jarak sambar dari lidah petir.  Jarak sambar (kemampuan menyambar atau menjangkau suatu benda) dari lidah petir ini ditentukan oleh besarnya arus petir yang terjadi.  Oleh karena itu, derajat kelengkungan dari bidang miring kerucut dipengaruhi oleh besarnya arus petir yang terjadi.

Gambar Konsep Ruang Proteksi Menurut Elektrogeometri Model

2. Down Conductor, Down Conductor adalah bagian dari sistem proteksi petir eksternal yang menghantarkan arus yang bersumber dari kilatan petir dari Air Terminal System ke Earthing Termination SystemDown Conductor harus dipasang vertical tegak lurus sehingga tercipta jarak terpendek antara ujung bangunan dengan bumi.

Gambar Tabel Material yang Digunakan untuk Membuat Down Conductor

3. Earthing Systems, Earthing Systems yaitu bagian dari sistem proteksi petir eksternal yang berfungsi untuk mengalirkan arus dari petir ke tanah.  Ujung Down Conductor dihubungkan dengan tahanan tanah yang besarnya maksimum bernilai 5 ohm. Untuk mendapatkan tahanan pembumian yang kecil, diperlukan elektroda pembumian. Prinsip dasar untuk memperoleh tahanan pembumian yang kecil adalah dengan membuat permukaan elektroda bersentuhan dengan tanah sebesar mungkin,

Sesuai dengan rumus :

dimana

R = tahanan pembumian [ W ]

r = tahanan jenis tanah [W.m ]

L = panjang lintasan arus pada tanah [ m ]

A = luas penampang lintasan arus pada tanah [ m2 ]

Fungsi pengetanahan adalah untuk membatasi tegangan yang timbul diantara peralatan dengan peralatan, peralatan dengan tanah dan meratakan gradien tegangan yang timbul pada permukaan tanah akibat arus kesalahan yang mengalir dalam tanah.

B.Sistem Proteksi Petir Internal

Berdasarkan pengertian dari IEC (International Electrotechnical Commission) TC 81/1989 tentang konsep Lightning Protection Zone (LPZ), sistem proteksi petir internal adalah proteksi peralatan elektronik terhadap efek dari arus petir. Terutama efek medan magnet dan medan listrik pada instalasi metal atau sistem listrik. Proteksi Internal terdiri atas pencegahan terhadap dampak sambaran langsung, pencegahan terhadap dampak sambaran tidak langsung, dan ekuipotensialisasi.

Ada banyak sistem yang dapat digunakan sebagai proteksi petir internal, namun pada tulisan ini penulis hanya akan membahas mengenai Arrester dan sangkar faraday.

1. Arrester, Gangguan surja petir merupakan salah satu gangguan alamiah yang akan dialami sistem tenaga listrik, dan salah satu metode untuk mengatasinya yaitu dengan menggunakan peralatan proteksi arresterArrester ini bekerja dengan mengimplementasikan resistor nonlinier yang mempunyai nilai yang besar untuk peralatan listrik dari tegangan yang berlebihan dari petir.  Pada saat sparkover maka tegangan akan turun dan tegangan residu arus discharge.  Besarnya nilai sparkover dan tegangan residu arusnya tergantung dari karakteristik arrester yang digunakan.  Seperti dalam gambar dibawah ini, pada saat tegangan surjanya 51 kV maka  dalam waktu sepersekian detik nilai tegangannya akan turun sesuai dengan tegangan residu dari arrester.

Gambar Contoh Respon Simulasi Arrester SiC

Arrester ini sangat bermanfaat jika diaplikasikan pada peralatan-peralatan elektronika di suatu bangunan, mengingat efek yang ditimbulkan petir yang sangat besar terhadap peralatan elektronika.

Gambar Contoh Aplikasi Arrester

2. Sangkar Faraday, Sangkar faraday adalah suatu piranti yang dimanfaatkan menjaga agar medan listrik di dalam ruangan tetap nol meskipun di sekelilingnya terdapat gelombang elektromagnetik dan arus listrik.  Piranti tersebut berupa konduktor yang dipasang sedemikian rupa sehingga ruangannya terlingkupi oleh konduktor tersebut.

Sangkar faraday ini diilhami oleh penemuan Michel Faraday, seorang ahli fisika dan kimia berkebangsaan Inggris.  Faraday menyatakan bahwa:

“Muatan yang ada pada sangkar konduktor hanya terkumpul pada bagian luar konduktor saja tidak berpengaruh terhadap bagian dalam”.

Efek sangkar Faraday adalah suatu fenomena kelistrikan yang disebabkan oleh adanya interaksi partikel subatomik yang bermuatan (seperti : proton, elektron). Ketika ada medan listrik yang mengenai sangkar konduktor maka akan ada gaya yang menyebabkan partikel bermuatan mengalami perpindahan tempat, gerakan perpindahan tempat partikel bermuatan akan menghasilkan medan listrik yang berlawanan dengan medan listrik yang mengenainya sehingga tidak ada medan listrik yang masuk kedalam sangkar konduktor tersebut.

Pada saat ini, banyak sekali piranti-piranti yang menggunakan faraday cage untuk melindungi peralatan didalamnya dari pengaruh arus listrik dan gelombang elektromagnet yang tinggi, misalnya mobile phones, coaxial cables, RFID, beberapa bangunan nasional di Amerika Serikat, mobil, pesawat, dan peralatan-peralatan lainnya.  Dengan pemanfaatan sangkar faraday ini, infrastruktur-infrastruktur maupun peralatan-peralatan elektronik dapat terhindar dari pengaruh yang ditimbulkan oleh sambaran petir.

Gambar  Sangkar Faraday

DAFTAR REFERENSI

  1. Abdul Syakur, dkk.Sistem Proteksi Penangkal Petir pada Gedung Widya Puraya.(Online).( http://www.elektro.undip.ac.id/transmisi/jun06/7, diakses tanggal 25 oktober 2007)
  2. Alvarion.Lightning Protection.(Online),(www.buildingdesign.co.uk, diakses tanggal 25 oktober 2007)
  3. Herman Halomon Sinaga, dkk.Model Arrester SiC Menggunakan Model Arrester ZnO IEEE WG 3.4.11.(Online).( http://www.petra.ac.id, diakses tanggal 25 oktober 2007)
  4. NASA.Lightning Map.(Online).(http://geology.com, diakses tanggal 25 oktober 2007).
  5. OBO Betterman.Transient  and Lightning Protection Systems.(Online).(www.obo-bettermann.com, diakses tenggal 25 oktober 2007).
  6. —-.Principles External Lightning Protection.(Online).(www.obo-bettermann, diakses tenggal 25 oktober 2007).
  7. Prof.Dr.Eng.Christian Bouquegneau.The Lightning Protection International Standar.(Online).( www-conference.slu.se, diakses tenggal 25 oktober 2007).
  8. PT Aman Berkah Sejaktera.Sistem Proteksi Petir Terpadu.(Online).( http://www.petir.com/pdf/SYSTEMPROTEKSIPETIRTERPADU.pdf, diakses tanggal 25 oktober 2007).
  9. Radio Republik Indonesia.Sambaran Petir di Indonesia Tertinggi di dunia.(Online).(www.rri.co.id, diakses tanggal 25 oktober 2007).
  10. Raul E.Lopez, dkk.Lightning Causalities and Property Damage in Colorado from 1950 to 1991 based on storm data.(Online).( http://www.lightningsafety.com, diakses tanggal 25 oktober 2007).
  11. Wikipedia.Faraday Cage.(Online).( http://en.wikipedia.org/wiki/Faraday_cage, diakses tanggal 25 oktober 2007)
  12. Wikipedia.Spark Arrestor.(Online).( http://en.wikipedia.org/wiki/Spark_arrestor, diakses tanggal 25 oktober 2007).

About these ads

9 thoughts on “PETIR : Potensi, Bahaya dan Upaya Penanggulangannya

    Randi said:
    April 17, 2010 at 3:26 pm

    Pak sy mau tanya. Apakah petir atau kilat dan guntur itu hanya berpengaruh, berbahaya, atau berdampak terhadap brng2 elektronik yg berANTENA saja. Apakah brng2 elektro yg tdk brantena tidak trkna dampak/bahayanya juga? Mohon dbls.

      Taufiq Alif Kurniawan responded:
      April 21, 2010 at 11:16 am

      Sebenarnya kerusakan yang terjadi karena sambaran petirpada suatu struktur bangunan atau peralatan elektronik dibagi menjadi dua yakni : (1) kerusakan akibat sambaran langsung dan (2) kerusakan akibat sambaran tidak langsung. Untuk sambaran langsung saya rasa sudah jelas. Sedangkan mengenai sambaran tidak langsung terjadi jika petir menyambar suatu titik lokasi misalnya pada suatu menara transmisi atau menara telekomunikasi kemudian terjadi hantaran secara induksi melalui kabel aliran listrik, kabel telekomunikasi atau peralatan lain yang bersifat konduktif sampai jarak tertentu yang tanpa disadari telah merusak peralatan elektronik yang jaraknya jauh dari lokasi sambaran semula.
      Mekanisme induksi karena sambaran tidak langsung ini akan menyebabkan kenaikan potensial pada peralatan elektronika, dan untuk jelasnya sebagai berikut :
      1. Kopling Resistif
      Ketika permukaan bangunan terkena sambaran petir arus yang mengalir ke dalam tanah membangkitkan tegangan yang bisa mencapai ribuan volt diantara tegangan suplai 220 V. Hal ini menyebabkan sebagian arus mengalir pada bagian penghantar luar misalnya kabel yang terhubung dengan bangunan dan terus menuju ke pembumian.
      2. Kopling Induktif
      Arus petir mengalir dalam suatu penghantar akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet akan berhubungan dengan penghantar lainnya sehingga menyebabkan terjadinya loop tegangan dengan nilai tegangan yang cukup tinggi.
      3. Kopling kapasitif
      Saluran petir dekat sambaran petir dapat menyebabkan medan kapasitif yang tinggi pada peralatan seperti suatu kapasitor yang sangat besar dengan udara sebagai dielektriknya. Melalui cara ini terjadi kenaikan tegangan tinggi pada kabel meskipun bangunan tidak terkena sambaran langsung.
      Jadi untuk peralatan elektronika, meskipun tidak memiliki antenna, tetap berisiko untuk terkena sambaran tidak langsung petir melalui mekanisme kopling kapasistif.

    Taufiq Alif Kurniawan responded:
    April 21, 2010 at 11:16 am

    Sebenarnya kerusakan yang terjadi karena sambaran petirpada suatu struktur bangunan atau peralatan elektronik dibagi menjadi dua yakni : (1) kerusakan akibat sambaran langsung dan (2) kerusakan akibat sambaran tidak langsung. Untuk sambaran langsung saya rasa sudah jelas. Sedangkan mengenai sambaran tidak langsung terjadi jika petir menyambar suatu titik lokasi misalnya pada suatu menara transmisi atau menara telekomunikasi kemudian terjadi hantaran secara induksi melalui kabel aliran listrik, kabel telekomunikasi atau peralatan lain yang bersifat konduktif sampai jarak tertentu yang tanpa disadari telah merusak peralatan elektronik yang jaraknya jauh dari lokasi sambaran semula.
    Mekanisme induksi karena sambaran tidak langsung ini akan menyebabkan kenaikan potensial pada peralatan elektronika, dan untuk jelasnya sebagai berikut :
    1. Kopling Resistif
    Ketika permukaan bangunan terkena sambaran petir arus yang mengalir ke dalam tanah membangkitkan tegangan yang bisa mencapai ribuan volt diantara tegangan suplai 220 V. Hal ini menyebabkan sebagian arus mengalir pada bagian penghantar luar misalnya kabel yang terhubung dengan bangunan dan terus menuju ke pembumian.
    2. Kopling Induktif
    Arus petir mengalir dalam suatu penghantar akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet akan berhubungan dengan penghantar lainnya sehingga menyebabkan terjadinya loop tegangan dengan nilai tegangan yang cukup tinggi.
    3. Kopling kapasitif
    Saluran petir dekat sambaran petir dapat menyebabkan medan kapasitif yang tinggi pada peralatan seperti suatu kapasitor yang sangat besar dengan udara sebagai dielektriknya. Melalui cara ini terjadi kenaikan tegangan tinggi pada kabel meskipun bangunan tidak terkena sambaran langsung.
    Jadi untuk peralatan elektronika, meskipun tidak memiliki antenna, tetap berisiko untuk terkena sambaran tidak langsung petir melalui mekanisme kopling kapasistif.

    naga said:
    August 17, 2010 at 4:04 am

    pak…mohon penjelasannya yg lebih lg donk mengenai sangkar faraday

    terima kasih sebelumnya…

    Uday said:
    October 17, 2010 at 8:03 am

    Pak terdapat permasalahan yang terkait dengan petir di area kerja saya, mohon pencerahannya untuk kondisi seperti berikut :
    perusahaan kami dengan core bisnisnya mengharuskan seseorang pekerja bekerja di sebuah platform yang terbuat dari logam dengan ketinggian kurang lebih 20 meter dalam satu siftnya, untuk sementara secara administratif tindakan yang kami ambil terkait proteksi bahaya petir terhadap pekerja tsb adalah mencantumkan didalam SOP kami apabila kondisi hari mendung, org yang bertugas diatas di wajibkan turun dan menunggu kondisi relatif aman, tapi dengan action ini kami sering kehilangan waktu produktif dalam satu hari, gambarannya platform tsb ada di area terbuka, tidak ada bangunan apapun di sekitarnya hanya ada rumah genset pepohonan nipah dan jenis pohon lainya yang pendek (lebih pendek daripada platform), sepemahaman kami tidak ada satu manusia pun dapat memprediksi datangnya petir dari dari sudut pandang safety tidak ada bahaya yang tidak dapat di cegah untuk kontak dengan pekerja, oleh karena itu saya bertana kepada bapak apakah ada cara untuk membatasi pekerja kami tsb dengan petir di wilayah / area yang terbuka?

    masmaster said:
    December 6, 2010 at 7:48 am

    mas .. saya mau tanya … apakah sambaran petir itu bisa merusak sistem listrik milik PLN bagaimana cara kita sebagai pelanggan bisa menghindarinya sedangkan kita sehari-hari tidak lepas dari listrik ?

    RAKA said:
    February 12, 2011 at 12:55 pm

    Pengaman petir menggunakan arrester ditempat kami kurang efektif, kira2 alat apa yg bisa mngamankan bahaya petir terhadap gardu distribusi PLN… tks

    sutrisno said:
    May 14, 2011 at 9:31 am

    Saya mau tanya bagai mana cara membuat sangkar faraday yang benar.
    saya mau buat ruangan untuk peralatan medis perlu sangkar faraday bagai mana cara pembuatanya dan strutruk nya. perlu berapa grounding agar aman dan baik
    Terima kasih Sutrisno

    Agustinus said:
    February 17, 2013 at 7:59 am

    Kalau menggantungkan logam magnet dipuncak tiang antena TV (Tiang logam) tetapi magnet tersebut tidak bersentuhan langsung dengan tiang karena diikat menggunakan tali karet/plastik.
    Apakah hal tersebut bisa menangkal sambaran petir atau sebaliknya malah menjadi sasaran sambaran petir?

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s