Evaluasi Sistem Proteksi Petir Eksternal Site Radar 214 dengan Metode Sudut Lindung, Bola Bergulir dan Pengumpulan Volume

SENATEK 2015 | Malang, 17 Januari 2015 421

Evaluasi Sistem Proteksi Petir Eksternal Site Radar 214

dengan Metode Sudut Lindung,

Bola Bergulir dan Pengumpulan Volume

Edi Supartono1_{, Suharyanto}2

1) _Mahasiswa, 2,)_{Dosen Jurusan Teknik Elektro dan Informatika, Fakultas Teknik, UGM}

Jln. Grafika 2, Bulaksumur, Yogyakarta 55281

e-mail: ediparton@gmail.com

ABSTRAK

Petir adalah suatu fenomena tegangan dan arus tinggi yang terjadi dalam waktu yang amat singkat (impuls), yang akibatnya dapat dirasakan baik secara langsung maupun tidak langsung. Kondisi geografis Indonesia yang berada di iklim tropis menyebabkan banyak terjadinya peristiwa petir. Site radar 214 merupakan suatu area yang rawan akibat bahaya petir karena terdapat beberapa bangunan tinggi dan memiliki berbagai peralatan elektronik maupun komunikasi yang sensitif terhadap tegangan dan arus petir. Site radar 214 telah dilengkapi dengan sistem proteksi petir eksternal yang terdiri dari air termination, down conductor dan

grounding system. Dengan membandingkan metode sudut lindung, bola bergulir dan

pengumpulan volume, didapatkan bahwa metode bola bergulir mempunyai radius perlindungan yang paling luas dibandingkan dengan metode yang lain, sehingga dapat melindungi seluruh tower dan bangunan perkantoran yang terdapat pada site radar 214 dari bahaya petir.

Kata kunci: petir, sistem proteksi petir eksternal, metode sudut lindung, metode bola bergulir, metode pengumpulan volume.

ABSTRACT

Lightning is a high current and voltage phenomenon that occurs within a very short time (impulse), which consequently can be perceived either directly or indirectly. Indonesia's geographical conditions is in tropical climate causes a lot of lightning events. Site radar 214 is an danger area due to lightning because there are few high buildings and have a variety of electronic and communication equipment that is sensitive to voltage and lightning currents. Site radar 214 has been equipped with an external lightning protection system consisting of air termination, down conductors and grounding system. By comparing cone protection methods, rolling sphere method and collection volume method, it was found that the rolling sphere method has the most extensive protection radius compared with other methods, so it can protect the entire tower and office building located at site radar 214 from the danger of lightning.

Keywords: lightning, external lightning protection system, cone protection method, rolling sphere method,

collection volume method

Pendahuluan

Indonesia terletak di daerah tropis dan dikelilingi oleh lautan. Oleh karenanya, Indonesia termasuk negara yang memiliki kepadatan sambaran petir yang tinggi. Sehingga berbicara tentang kepadatan petir di Indonesia akan jauh lebih besar dibanding dengan kepadatan petir di Eropa dan di Jepang. Berada di daerah ekuatorial yang menerima insolasi dalam jumlah besar dengan hampir 70 persen wilayah merupakan perairan, Indonesia memiliki penguapan atau

SENATEK 2015 | Malang, 17 Januari 2015 422 jumlah uap air yang besar, maka Indonesia merupakan daerah konvektif paling aktif, sehingga tiga persyaratan terbentuknya awan petir mudah terpenuhi [4]. Petir yang terjadi dapat menyebabkan kerusakan dan gangguan pada infrastruktur yang ada seperti sistem tenaga listrik, telekomunikasi dan peralatan elektronik.

Radar khususnya radar militer memerlukan sistem proteksi petir yang handal dikarenakan lokasi penempatan yang umumnya berada di daerah dataran tinggi maupun dataran rendah (pantai). Untuk mendapatkan jangkauan yang maksimal, radar ditempatkan di atas tower dengan ketinggian tertentu sehingga dapat menghindari rintangan. Radar juga dilengkapi dengan sumber tenaga listrik (Generator/PLN), peralatan komunikasi (radio HF/VHF/UHF, satelit, telepon/fax), peralatan elektronik (server, komputer), gudang senjata/amunisi dan gudang bahan bakar minyak yang tentunya sangat berbahaya apabila mendapat gangguan petir baik secara langsung maupun tidak langsung.

Dalam makalah ini akan dibahas evaluasi sistem proteksi petir eksternal pada site radar 214 dengan membandingkan tiga metode yaitu sudut lindung, bola bergulir dan pengumpulan volume. Dengan pemilihan metode yang tepat akan mendapat hasil yang optimal yang dapat melindungi sistem radar dan peralatan lainnya dari bahaya akibat petir.

Metode Penelitian Sistem Proteksi Petir Eksternal

Sistem proteksi eksternal adalah instalasi dan alat-alat di luar suatu struktur untuk menangkap dan menghantarkan arus petir ke sistem pembumian melalui konduktor penyalur. Proteksi eksternal berfungsi sebagai ujung tombak dalam menangkap muatan listrik dan arus petir di tempat tertinggi dari daerah/bangunan yang akan dilindungi.

Metode Sudut Lindung

Daerah yang diproteksi adalah daerah yang berada di dalam kerucut dengan menggunakan sudut proteksi tertentu sesuai pada Tabel 1.

Tabel 1. Level proteksi, radius proteksi, sudut lindung dan lebar mesh [3]

Level

proteksi H(m) R(m)

Sudut lindung (α°) Lebar mesh (m) 20 m 30 m 45 m 60 m I 20 25 * * * 5 II 30 35 25 * * 10 III 45 45 35 25 * 10 IV 60 55 45 35 25 20

* hanya menggunakan rolling sphere dan mesh

Menurut White Head, untuk menghitung jarak sambaran digunakan persamaan: (1)

Perhitungan sudut perlindungan penangkal petir dengan batang franklin tradisional dengan menggunakan rumus empiris Hasse dan Weisinger yaitu :

SENATEK 2015 | Malang, 17 Januari 2015 423 Radius perlindungan menggunakan persamaan:

(3) dengan :

rs : jarak sambaran (m);

I : rata-rata puncak arus petir (kA);

θ : sudut perlindungan batang finial penangkal petir (°);

h : tinggi tiang finial (m);

r : radius perlindungan (m).

Pada makalah ini menggunakan data arus puncak dan probabilitas kejadian petir untuk daerah tropis yang diambil dari karakteristik petir di wilayah Gunung Tangkuban Perahu, Jawa Barat.

Tabel 2. Karakteristik arus puncak petir di Gunung Tangkuban Perahu [5] Karakteristik Petir

Jumlah sambaran 7478 kali

Polaritas negatif

1. Arus puncak (-) maximum 2. Arus puncak (-) average 3. Arus puncak probabilitas 50%

4553 kali 247.5 kA 40.1 kA 40.0 kA Polaritas positif

1. Arus puncak (+) maximum 2. Arus puncak (+) average 3. Arus puncak probabilitas 50%

1151 kali 234.1 kA 22.4 kA 18.0 kA

Cloud Discharge 1774 kA

Perbandingan polaritas negatif

dan positif 80:20

Metode Bola Bergulir

Menggunakan teori elektrogeometri dengan ruang proteksi didapatkan dari daerah perpotongan antara bidang referensi, bangunan dan keliling bola bergulir, serta jari-jari sesuai dengan tingkat proteksi pada Tabel 1.

Tabel 3. Nilai minimum dari parameter petir dan radius bola bergulir yang sesuai IEC 60235-1 [1] Kriteria Simbol Satuan Tingkat SPP

I II III IV Arus Puncak

Petir Minimum i kA 3 5 10 16

Radius Bola

Bergulir R m 20 30 45 60

Metode Pengumpulan Volume

Menggunakan dasar teori elektrogeometri dengan perhitungan bahwa jarak sambaran (striking distance) rs, bergantung pada kedua puncak arus sambaran petir dan tingkat peningkatan medan listrik. Jika ketinggian bangunan dikombinasikan dengan arus puncak, maka didapat persamaan ketika sambaran perintis berada dalam posisi vertikal terhadap bangunan yaitu:

(4)

Nilai maksimum lateral displacement (digunakan sebagai attractive radus) berguna untuk mengetahui luas wilayah penangkapan terminal udara yang dipasang:

SENATEK 2015 | Malang, 17 Januari 2015 424

(5) Sudut perlindungan didapat dari persamaan:

(6) Besar volume penangkapan:

(7) dengan :

Tabel 4. Jarak sambaran, maximum lateral displacement, dan maksimum sudut collection volume untuk

ketinggian dan arus petir yang berbeda-beda [2]

io, kA h, m rs(θ=0),m θmax, ° Δmax, m

31 30 60 90 90.7 131 165 52 52 51.5 53.5 76.6 96.3 60 30 60 90 146 211 263.7 52 52 52 86 123 154 100 30 60 90 208.5 299 372 52 52 52 122.7 175 218

Hasil dan Pembahasan

Site radar 214 terletak di daerah kabupaten Tegal Jawa Tengah yang memiliki hari guruh

rata-rata pertahun 198 dan tingkat isokreunik level 54,34 (tingkat kerawanan petir tinggi). Site

radar 214 berada di tengah kawasan terbuka, sehingga mempunyai ketinggian yang mencolok.

SENATEK 2015 | Malang, 17 Januari 2015 425

Gambar 2. Denah site radar214 Perhitungan dengan Metode Sudut Lindung

Dengan menerapkan metode sudut lindung dan menggunakan data arus petir sebesar 18 kA, maka akan didapatkan besar sudut perlindungan dan radius yang diberikan oleh penangkal petir.

Tabel 5. Hasil perhitungan dengan metode sudut lindung

No Nama _Bangunan Tinggi _(m) Sudut Perlindungan _{Penangkal Petir (°)} Radius Perlindungan (m) 1 Tower Radar 26 15.80 34.3832 2 Tower Antena Radio 25 17.48 34.0842 3 Penangkal _Petir 30 9.24 35.2715

Dari data pada tabel dapat dijelaskan bahwa proteksi petir pada tower radar maupun tower radio komunikasi yang berada di site radar 214 memiliki sudut lindung yang sempit, sehingga radius perlindungan yang didapatkan tidak terlalu luas. Hal ini berakibat pada adanya area yang tidak terlindungi oleh sistem proteksi petir.

Perhitungan dengan Metode Bola Bergulir

Pada metode ini, tingkat proteksi petir ditentukan dengan menggunakan teori efisiensi sistem proteksi petir dan nilai minimum arus puncak petir. Dengan perhitungan matematis, nilai efisiensi sistem proteksi petir sebesar 0,771 dan mempunyai arus puncak 18 kA sehingga termasuk pada tingkat proteksi level IV, sehingga menurut Tabel 1 dan Tabel 3, radius bola bergulir yang digunakan sebesar 60 m.

Keterangan Gambar:

1. Tower + Radar + finial tinggi 26 m.

2. Ruang operasi, radio, server komputer, IDU SBM.

3,4,5,6. Tower radio komunikasi + finial tinggi 25 m. Pada tiang no6 dipasang antena radio UHF (23 m) dan VHF (21 m). Antara tiang no 4 dan no6 dipasang antena dipole radio HF Barret 500 W (20 m) 7. Penangkal petir tinggi 30 m. 8. Gudang BBM dan ruang generator.

9. Gudang senjata dan amunisi.

X. Antena parabola dan pohon kelapa tersambar petir.

5 3 1 9 4 8 1 7 2 6

SENATEK 2015 | Malang, 17 Januari 2015 426 Gambar 3. Metode bola bergulir

Perhitungan dengan Metode Pengumpulan Volume

Menurut data arus puncak dan probabilitas kejadian petir untuk daerah tropis seperti pada Tabel 2, maka penulis menggunakan data arus sebesar 18 kA sebagai dasar perhitungan dengan metode ini.

Tabel 6. Hasil perhitungan dengan metode pengumpulan volume

No Nama _Bangunan Jarak Sambaran (m) Attractive Radius (m) Sudut Perlindungan (°) Collection Volume (m3₎ 1 Tower _Radar 66.79 39.40 56.47 59,396.98 2 Tower Antena Radio 65.69 38.76 57.06 59,396.98

3 Penang _{kal Petir} 71.08 41.94 54.31 72,883.50

Dari data pada tabel dapat dijelaskan sudut perlindungan yang didapatkan cukup besar yaitu > 50°, sehingga radius perlindungan juga akan lebih luas. Terlihat bahwa tiang penangkal petir mempunyai jarak sambaran 71.08 m dan mampu melindungi area dengan radius 41.94 m pada sudut 54.31° dari puncak.

Kesimpulan

Site radar 214 merupakan salah satu alutsista TNI yang membutuhkan sistem proteksi

petir yang handal sehingga dapat beroperasi dengan baik tanpa gangguan dari petir. Penerapan metode sudut lindung dapat memproteksi site radar sampai radius 35 m, tower radar dan tower antena radio komunikasi dapat terlindungi. Dengan Metode bola bergulir didapatkan radius perlindungan sejauh 60 m, sehingga mampu melindungi tower radar, gedung perkantoran dan tower antena radio komunikasi. Pada metode pengumpulan volume didapatkan radius perlindungan sebesar 42 m, sehingga tower radar dan radio komunikasi dapat terlindungi. Sehingga perhitungan dengan metode bola bergulir mempunyai radius perlindungan yang paling luas. Evaluasi sistem proteksi petir eksternal pada site radar 214 hanya didasarkan dari sisi penempatan finial, sehingga tidak memperhitungkan aspek lainnya seperti biaya instalasi.

SENATEK 2015 | Malang, 17 Januari 2015 427

Daftar Pustaka

1. IEC. 60235-1, “Level Proteksi Petir”.

2. N.I. Petrov, G.N Petrov, R.T Waters, "Determination of Attractive-Area and Collection Volume

of Earthed Structure", 25th ICLP,Greece, 2000 : hal 374-379.

3. SNI 03-7015-2004,”Sistem Proteksi Petir pada Bangunan Gedung”, Jakarta, 2004.

4. T.Haryono, Indonesia, “Negara dengan Frekuensi Petir sangat Tinggi”, Pidato pengukuhan guru besar ilmu elektro UGM, 2013.

5. Zoro, R,”Influence Of Tropical Monsoon and Local Wind Circulation to Lightning Discharge

Over Indonesia”, High Voltage Engineering Symposium, 22-27 August 1999 Conference