Efektifitas sistem dari suatu alat pelindung terhadap sambaran petir akan sangat minim jika pelaksanaan pentanahan (Grounding) dan semua penghantar pengikat / penghubung (Bonding) tidak dikerjakan sebagaimana mestinya atau tidak cermat dalam memilih dan mengaplikasikan peralatannya. Tegangan induksi yang dibangkitkan dalam penghantar pembumian yang panjang cukup tinggi dan menekan isolasi peralatan terhadap bumi sehingga dapat mengakibatkan bahaya mendadak. Situasi demikian seringkali menjadi lebih buruk karena instalatir (Wiremen) gagal mendapatkan cara yang praktis untuk mengurangi/mencari jalur penghantar pembumian yang terpendek.
Prinsip-prinsip yang akan dibicarakan dalam artikel ini sebenarnya telah banyak terdokumentasi tetapi peninjauan ulang dianggap perlu karena dalam praktek dokumen semacam ini seringkali sukar diperoleh atau tertutup.
TINJAUAN PUSTAKA
1. Aspek- Aspek Kritis Dari Hubungan Rangkaian
Tegangan sparkover (loncatan bunga api listrik dari terminal energize ke terminal pentanahan tanpa melibatkan permukaan isolator atau lewat udara) dari suatu arrester tenaga atau protector peralatan komunikasi kadangkala diperkirakan sebagai level proteksi bagi suatu atau sekelompok peralatan atau perlengkapan melalui
hubungan rangkaian yang sedehana. Hal ini tidak perlu selalu benar oleh karena tegangan induksi yang dihasilkan oleh muka-gelombang berjalan surja petir pada penghantar antara sumber dan terminal arrester ditanahkan pada perlengkapan demikian.
Jika suatu peralatan pelindung dihubungkan langsung atau berdekatan dengan peralatan yang membutuhkan perlindungan, transverse voltage pada perlengkapan (tip to ring atau fasa kenetral) adalah tidak mungkin melebihi sparkover dari peralatan. Sejatinya, discharge voltage dari arrester atau perlatan pelindung yang baik tidak melebihi sparkover bila dalam penerapannya dipilih dengan benar. Akan tetapi, karena jatuh tegangan dalam penghantar pentanahan ditambah dengan jatuh tegangan discharge voltage, tegangan terhadap tanah seringkali muncul lebih besar dari tegangan yang muncul pada terminal peralatan proteksi. Selain komponen DC atau arus frekwensi rendah, situasi ini melibatkan tegangan induksi yang muncul dalam penghantar pentanahan dan bonding yang memiliki komponen induktif yang jauh lebih besar dari komponen resistif.
2. Tegangan Induksi pada Penghantar Pentanahan
Sketsa gambar 1, mengilustrasikan secara sederhana keterlibatan konsep dasar. Anggaplah arus surja kilat memasuki lemari radio melalui penghantar luar suatu coaxial line. Tegangan
HUBUNGAN ANTARA PENTANAHAN (GROUNDING) DAN SEMUA PENGHANTAR
PENGHUBUNG TITIK-TITIK PENTANAHAN (BONDING) TERHADAP
EFEKTIFITAS ALAT PELINDUNG SAMBARAN PETIR
Daud Salemba
Jurusan Teknik Elektro Universitas Teknologi Sulawesi Utara
Abstrak
Lokasi dan cara membuat sambungan secara kritis berhubungan dengan efektifitas peralatan pelindung terhadap sambaran petir. Bahaya potensial dapat timbul diantara obyek – obyek yang nominalnya ditanahkan bilamana ada diantara penghantar tersebut melewatkan arus petir. Telah diperlihatkan bahwa dengan mengurangi panjang penghantar, apakah secara langsung atau membuat jalur parallel ditambah dengan tindakan bonding yang sesuai, efektifitas penuh peralatan pelindung sambaran petir dapat dicapai
induksi akan dibangkitkan dalam penghantar pentanahan diantara a dan b. Tegangan VL ini akan muncul juga diantara radio cabinet lainya yang berdekatan. Untuk mendapatkan pendekatan dari tegangan tersebut, akan digunakan nilai-nilai dugaan representatif berikut ini:
Gambar 1. Ilustrasi Konsep Dasar
- Total arus kilat = 50 kA (Kira – kira 1/3 masuk stasiun melaui line yaitu 16 kA).
- Kecepatan arus mencapai level puncak didalam line : 2 µs
- Panjang penghantar pentanahan (l) dari a ke b = 25 ft
- Tipe penghantar : Tembaga #6 AWG; diameter (d = 0,162”)
Induktansi sendiri penghantar dapat didekati dengan persamaan*) :
L ≈ 0,061 l [ ln(4l/d) – 0,95 ] mikrohenry Dimana :
l = Panjang penghantar (ft) d = diameter penghantar (ft)
Dengan memasukkan angka – angka dugaan diatas, maka :
L ≈ 0,061 (25) [ ln (100/0,0135) – 0,95] ≈ 12,2 x 10– 6
henry
Tegangan induksi maksimum yang dihasilkan dari kecepatan perubahan selama
periode arus muka-gelombang adalah : V ≈ L (di/dt) ≈ 12,2 x 10– 6
(16.000/2 x 10 – 6) ≈ 97,5 kV
Tanpa kecuali, tegangan tinggi ada pada tipe situasi seperti yang dibicarakan ini. Panjang busur dalam beberapa inci hingga kurang 1 ft harus ditinjau dalam stasiun radio sebelum perbaikan – perbaikan pengamanan dilaksanakan.
Kenyataan – kenyataan berikut ini dapat membantu dalam melihat keseluruhan permasalahan :
a. Menaikan diameter penghantar tidak secara nyata mereduksi induktansi sendiri L (ukuran diameter dijadikan 2 kali hanya mereduksi L sebesar 9%).
b. Mereduksi panjang penghantar adalah cara yang paling efektif dalam mereduksi L. Dalam masalah seperti contoh diatas, mereduksi panjang penghantar 50% akan mereduksi L sebesar 55%.
c. Memparalelkan penghantar merupakan cara yang masuk akal untuk dipertimbangkan. Dalam masalah seperti contoh diatas, jika penghantar ukuran #6 AWG; diameter (d = 0,162”) diparalelkan dengan penghantar yang telah ada dan terpisah sejauh 3 ft akan merduksi L kira – kira 37%.
d. Resistansi pentanahan tidak mengkontribusi tegangan VL yang muncul diantara lemari.
Tidak pelak lagi, untuk mengurangi bahaya dalam situasi ini, dibutuhkan cara lain yang berbeda. Menaikan ukuran penghantar dan mereduksi tahanan pentanahan bukanlah obat mujarab yang sudah sangat popular. Penyelamatan yang efektif adalah mencari lintasan yang pendek, menghubungkan langsung antara lemari – lemari (direct bond). Kondisi ini akan mengeliminir bahaya mendadak diantara dua lemari dan mereduksi tegangan induksi antara terminal pentanahan lemari dengan tanah karena penghantar pentanahan sekarang merupakan penghantar parallel.
PENERAPAN TINDAKAN BONDING
Tindakan bonding yang bijaksana sangat diperlukan untuk mendapatkan efektifitas penuh dari fungsi peralatan pengaman. Situasi berikut ini dipilih untuk ilustrasinya.
Gambar 2 memperlihatkan perlindungan yang kadangkala ada pada pesawat penerima TV. Sangat jarang pesawat TV dilengkapi alat pelindung, tapi bila ada stik pentanahan berisolasi seringkali digunakan untuk elektroda
Lemari perleng k. Radio Lemari Perleng kapan lainnya
IS
a
L (
di/dt)
IS
b
VL
Side flashing akibat penghantar pentanahan terlalu panjang dan lemahnya bonding Sambaran kilat dari menara radio
pentanahanya. Kembali, kita melengkapi sebuah kasus kegagalkan terminal pentanahan bersama
(common grounding). Dengan membuat
sambungan penghantar sederhana (simple bond) diantara kepala kontak pentanahan menara antena dan protector ke pipa air dari logam akan sangat mengurangi tingginya tegangan surja yang muncul pada interface antara rangkaian video dan rangkaian tenaga. Perbaikan perlindungan yang dapat dicapai melalui tindakan ini mungkin tidak dapat mencegah kerusakan komponen dari sambaran petir langsung pada antena tetapi akan sangat mereduksi kejutan dan bahaya kebakaran.
Gambar 3, memperlihatkan penggunaan bonding yang luas pada suatu instalasi microwave yang terekayasa secara baik. Penghantar bonding yang ditunjukkan pada lay-out ini ditambah lagi dengan secara kebetulan banyak jalur yang
diberikan oleh pipa kabel dari logam, pentanahan Gambar 2. Perlindungan pesawat penerima TV
Protecto
Interface antara Video dan tenagaTidak efektif tanpa hubungan ini.
Gambar 3. Aransemen grounding dan bonding pada station microwave (Bilangan 2 dan 6 menunjukkan anjuran penggunaan ukuran AWG
rangkaian tenaga, rak kabel dan sebagainya. Pengalaman memperlihatkan bahwa tindakan pencegahan sedemian adalah sangat esensial dalam mengontrol side flashing dan membuat area aman bagi personil.
Permasalahan yang melibatkan macam- macam perlengkapan komunikasi yang dicatu oleh tenaga arus bolak-balik diperlihatkan pada gambar 4. Ukuran fisik dari suatu instalasi seringkali tidak memungkinkan untuk menempatkan hubungan pentanahan komunikasi dekat dengan titik pentanahan netral tenaga.
Dalam praktek, keleluasaan instalatir terbatas pada kebijakan penempatan peralatan dari pemilik. Peralatan dan netral sumber tenaga keduanya ditanahkan pada elektroda yang sama (pipa air dari bahan logam), tetapi pada instalasi yang berukuran besar jarak antara b dan d (lihat gambar 4) dapat mencapai beberapa ratus kaki. Keadaan ini menambah buruk permasalahan munculnya tegangan lebih surja pada interface antara sumber tenaga dan rangkaian transistor. Lihat gambar 4, dalam tindakan perlindungan, arrester type sekunder pada penghantar sumber tenaga dan protector dengan sneak current fuse pada peralatan komunikasi harus ditambahkan. Selain itu, penghantar penghubung langsung yang pendek (short direct bond) diantara dua lemari peralatan harus dipasang. Daya mampu menahan surja dari komponen elektronik dalam hal ini tidak dapat dikoordinasikan secara langsung pada level yang disyaratkan oleh pelindung sparkover konvensional dan arrester, karena itu pelindung suplemen, seringkali dalam bentuk low voltage solid state harus ditambahkan lagi.
SIMPULAN
Perencana peralatan harus mengetahui bahwa orang – orang yang berkecimpung didalam bidang instalasi memiliki keterbatasan- keterbatasan yang menyangkut operasional dan pertimbangan-pertimbangan yang sering bermula dari aransemen pentanahan. Banyak yang dapat dilakukan akan tetapi penilaian menyeluruh dari penampilan peralatan proteksi adalah melalui penggunaan teknik bonding baik. Bilamana kriteria perencanaan peralatan proteksi telah terpenuhi, aspek – aspek praktis yang sebagian besar telah diutarakan dalam awal artikel ini harus dipertimbangkan juga.
DAFTAR PUSTAKA
D. W Bodle, Relationship Of Grounding and Bonding Of Ligtning Protection Devices ”Senior Member, IEEE, Joslyn Electronic System Consultan, Santa Barbara, California F.W Grover, Inductance Calculations Working
Formulas and Tables, Dover Publications Inc., 1962
I.E.E.E Confrence Rcord of FGA; Oktober 1970 Artono Arismunandar, Teknik Tegangan Tinggi,
edisi ke-5, Pradnya Paramita, Jakarta, 1984 The Ohio Brass Company, Hi-Tension News,
Mansfield, Ohio 44902.
Gambar 4. Aransemen dimana rangkaian peralatan rawan terhadap tegangan lebih, baik dari line komunikasi maupun line tenaga. Perbaikan system ditunjukan
