studi perbandingan sistem proteksi petir eksternal
TRANSCRIPT
Studi Perbandingan Sistem Proteksi Petir Eksternal Splitzen Dengan Early Streamer Pada Bangunan Bertingkat
Findal Darmaja, Amien Rahardjo
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI Depok, 16424 Indonesia
Email : [email protected]
Abstrak
Petir merupakan fenomena alam yang meluahkan muatan listrik arus dan tegangan dengan nilai yang sangat
besar dalam waktu yang sangat singkat. Ketika petir menyambar jalur tegangan rendah dekat dengan jalur
distribusi pelanggan (rumah & industri), tegangan dan arus transien yang disebabkan oleh petir akan berdampak
pada sistem kelistrikan di pelanggan (rumah & industri) dan dapat membuat kerusakan untuk peralatan tegangan
rendah dan elektronik. Sistem proteksi sangat penting perannya dalam kehidupan kita, sehingga pemilihan
sistem proteksi yang paling tepat sangat penting.
Pada tahun 2014 telah dipasang suatu sistem proteksi petir early streamer pada bangunan daya Pembangkit
Listrik Tenaga Panas Bumi Lahendong Unit 5 dan 6. Karena isi bangunan yang berisikan alat-alat yang sangat
penting maka diperlukan sistem proteksi yang terbaik untuk melindungi seluruh area bangunan ini.
Perbandingan dari sistem proteksi splitzen dan early streamer akan memvariasikan tinggi dari terminal udara
untuk mencapai area perlindungan yang paling efektif dengan pertimbangan ekonomis. Sistem proteksi early
streamer hanya membutuhkan satu terminal udara merk Prevectron S6.60T setinggi 4 m untuk melindungi
seluruh area bangunan, sedangkan sistem proteksi splitzen membutuhkan 12 terminal udara untuk melindungi
seluruh area bangunan.
Kata Kunci : Petir, Sistem Proteksi Petir, Eksternal, Splitzen, Non-Konvensional, Bola Bergurlir, Early Streamer Emission, Prevectron.
Comparative Study of Splitzen External Lightning Protection System With Early Streamer In Multistory Building
Abstract
Lightning is a natural phenomenon that vomits electric charge current and voltage with a very large value in a
very short time.. However, when lightning strikes low voltage lines close to distribution line customers (home &
Industrial), the voltage and current transients caused by lightning will have an impact on the electrical system at
the customers (home & industrial) and can make a damage for low voltage equipment and electronics. Lightning
protection system have a big role in our life, so choosing the best lightning protection system is very important.
In 2014 a early streamer lightning protection system was been installed on Lahendong geothermal power plant
unit 5 & 6 power house building. Because of the important things inside this building, the best lightning
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
protection system is a must to protect the whole area of the building. The comparison of early streamer lightning
protection system with splitzen lightning protection system will vary the height of the air terminal to get the full
protection area with the economic consideration too. Prevectron S6.60T early streamer lightning protection
system only need one air terminal with 4 meter height to protect the whole area of the building, while splitzen
lightning protection system need twelve air terminal to protect the whole building.
Keywords : Lightning, Lightning Protection System, External, Splitzen, Non-Conventional, Rolling Sphere, Early Streamer Emission, Prevectron. Pendahuluan
Petir merupakan gejala alam yang kejadiannya tidak dapat dihindari, namun manusia diberi
kemampuan untuk memperkecil dampak bahaya yang ditimbulkan. Kemajuan telah
memungkinkan diterapkannya konsepsi sistem penangkal petir internal maupun eksternal
yang benar sehingga dapat menghindari terjadinya kerusakan di dalam maupun luar
bangunan.
Setiap pemasangan instalasi penangkal petir harus dilengkapi dengan gambar perencanaan
beserta keterangan, sehingga dapat dipakai sebagai pegangan untuk perancangan,
pemasangan, pengujian dan pemeliharaan instalasi. Pengamanan suatu bangunan terhadap
sambaran petir adalah dengan tersedianya suatu sistem yang direncanakan dan dilaksanakan
dengan baik, sehingga bila terjadi sambaran petir maka sarana inilah yang akan menyalurkan
arus petir ke dalam tanah dengan aman bagi manusia atau benda lainnya di luar ataupun di
sekitar bangunan.
Untuk itu, dalam skripsi ini, merupakan analisa suatu sistem proteksi pada bangunan terhadap
sambaran petir berdasarkan metode early streamer emission dan termina udara splitzen.
Masalah yang akan dibahas dibatasi dan difokuskan sebagai berikut :
1. Analisis perbandingan sistem proteksi eksternal splitzen dan early streamer.
2. Analisis perbandingan hanya pada terminal udara tembaga dengan terminal udara Early
Streamer Emission merk Prevectron tipe S6.60T
3. Analisa perhitungan dan desain menggunakan standar dari IEC 1024-1-1 dan IEC 62305
untuk sistem proteksi konvensional serta NF C 17-102 untuk sistem proteksi non-
konvensional.
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Fenomena Petir dan Sistem Penangkal Petir
Petir adalah sebuah cahaya yang terang benderang yang dihasilkan oleh tenaga listrik alam
yang terjadi diantara awan - awan atau awan ketanah. Sering terjadi bila cuaca mendung
atau badai. Petir merupakan peristiwa alam yaitu proses pelepasan muatan listrik (electrical
discharge) yang terjadi di atmosfer. Peristiwa pelepasan muatan ini akan terjadi karena
terbentuknya konsentrasi muatan – muatan positif dan negatif didalam awan ataupun
perbedaan muatan dengan permukaan bumi.
Ketinggian antara permukaan atas dan permukaan bumi pada awan dapat mencapai jarak
sekitar 8 km dengan temperatur bagian bawah sekitar 13°C dan temperatur bagian atas sekitar
-65°C. Akibatnya, didalam awan tersebut akan terjadi Kristal-kristal es. Karena didalam awan
terdapat angin ke segala arah, maka Kristal-kristal es tersebut akan saling bertumbukan dan
bergesekan sehingga terpisahkan antara muatan positif dan muatan negatif. Pemisahan
muatan inilah yang menjadi sebab utama terjadinya sambaran petir. Pelepasan muatan listrik
dapat terjadi didalam awan, antara awan dengan awan, dan antara awan dengan bumi
tergantung dari kemampuan udara dalam menahan beda potensial yang terjadi. Panjang kanal
petir bisa mencapai beberapa kilometer, dengan rata-rata 5 km. Kecepatan pelopor menurun
dari awan bisa mencapai 3% dari kecepatan cahaya. Sedangkan kecepatan pelepasan muatan
balik mencapai 10% dari kecepatan cahaya. Dimana besar kecepatan cahaya (c) adalah 3x106
km/s.
Proses terjadi petir terdiri dari beberapa tahap, yaitu :
1. Pembentukan awan bermuatan
Terjadinya petir merupakan hasil dari proses pada atmosfer sehingga muatan terkumpul
pada awan. Terjadinya awan merupakan konsekuensi dari ketidakstabilan atmosfer bumi.
Energi sinar matahari menumbuk partikel udara dan akan memanaskan lapisan udara
bagian bawah yang akan menyebabkan berkurangnya kerapatan dan atmosfer menjadi
tidak stabil untuk gerakan keatas. Hal ini disebabkan tekanan atmosfer berkurang
sebanding dengan ketinggian yang akan mengakibatkan udara yang memuai akan
bergerak keatas.
Gerakan lapisan udara keatas akan menurunkan temperatur lapisan udara sehingga pada
ketinggian dan temperatur tertentu akan terbentuk uap air dan terbentuk titik-titik air yang
terkumpul membentuk awan. Dalam keadaan normal pada atmosfer bumi terdapat
sejumlah ion-ion positif dan negatif yang tersebar acak. Ion-ion ini terjadi karena
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
tumbukan atom, pancaran sinar kosmis dan energi thermis. Pada keadaan cuaca cerah
diudara terdapat medan listrik yang berarah tegak lurus kebawah menuju bumi. Setelah
munculnya medan listrik itu, butiran air yang terdapat diudara akan terpolarisasi karena
induksi. Bagian atas bermuatan negatif dan bagian bawah bermuatan positif. Dengan
demikian butiran air yang terdapat di awan akibat proses kondensasi akan terpolarisasi.
Didalam awan adakalanya terjadi pergerakan arus udara keatas membawa butir air yang
berat jenisnya rendah dengan kecepatan sekitar 30 sampai 40 m/s. Karena mengalami
pendinginan, butiran air ini akan membeku sehingga berat jenisnya membesar yang
mengakibatkan timbulnya gerakan udara kebawah dengan kecepatan cukup tinggi. Dalam
pergerakan didalam awan ini, pada permukaan bagian bawah butiran air timbul gaya tarik
terhadap ion-ion negatif yang mempunyai mobilitas rendah, sedangkan ion-ion positif
ditolak. Akibatnya pada butiran air ini terkumpul muatan negatif.
Gambar 1. Pembentukan awan petir
Butir-butir air yang besar akan membawa muatan negatif berkumpul di awan bagian
bawah, sedangkan butir-butir air yang lebih kecil yang bermuatan positif berkumpul di
awan bagian atas. Bersamaan terjadinya pengumpulan muatan, pada awan timbul medan
listrik yang intensitasnya semakin bertambah besar. Akibatnya gerakan kebawah butir-
butir air menjadi terhambat atau terhenti. Dengan terjadinya muatan pada awan bagian
bawah, di permukaan bumi terinduksi muatan yang berlawanan dengan muatan pada
awan bagian bawah. Akibatnya terbentuk medan listrik antara awan dengan permukaan
bumi. Apabila medan listrik ini melebihi kekuatan tembus udara terjadilah pelepasan
muatan.
2. Sambaran kebawah
Proses ionisasi pada awan petir tersebut akan menghasilkan medan listrik antara awan
petir dan bumi. Apabila medan listrik yang dihasilkan mencapai level tegangan putus
(breakdown voltage) sekitar 100 juta volt terhadap bumi, maka akan terjadi pelepasan
elektron dari awan petir ke bumi (Downward Leader). Pelepasan muatan elektron ini
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
pada umumnya berupa lidah-lidah petir yang bercahaya yang turun bertahap menuju
permukaan bumi dengan kecepatan rambat rata-rata 100-800 km/s. Untuk lebih jelasnya
perhatikan gambar dibawah ini.
3. Sambaran keatas
Terbentuknya sambaran kebawah (Downward Leader) dengan kecepatan yang tinggi ini
menyebabkan naiknya medan listrik yang dihasilkan antara ujung lidah petir tersebut
dengan permukaan bumi. Sehingga menyebabkan terbentuknya sambaran keatas (Upward
Leader) yang berasal dari puncak-puncak tertinggi dari permukaan bumi. Proses ini
berlanjut hingga keduanya bertemu disuatu titik ketinggian tertentu, yang dikenal dengan
titik sambar (Striking Point). Dengan demikian maka lengkaplah sudah pembentukan
kanal ionisasi antara awan petir dan bumi, dimana kanal ionisasi ini merupakan saluran
udara yang memiliki kondukitivitas yang tinggi bagi arus petir yang sesunggguhnya.
4. Sambaran balik
Sambaran balik (Return Stroke) merupakan arus petir yang sesungguhnya yang mengalir
dari bumi menuju awan petir melalui kanal ionisasi yang sudah terbentuk diatas. Oleh
karena kanal udara yang terionisasi ini memiliki konduktivitas yang tinggi, maka
kecepatan rambat arus petir ini jauh lebih cepat dibandingkan dengan kecepatan rambat
dari Step Leader, yaitu ± 20.000 – 110.000 km/s.
Sistem Proteksi petir eksternal menghindari bahaya langsung suatu sambaran petir pada
instalasi-instalasi peralatan yang terpasang di luar gedung/bangunan, di menara dan bagian-
bagian luar bangunan. Dalam hal ini termasuk juga perlindungan terhadap manusia yang
berada di luar gedung. Sistem proteksi petir eksternal pada dasarnya terdiri dari :
• Terminal udara (Air Terminal)
• Konduktor penyalur arus petir (Down Conductor)
• Pembumian (Grounding)
Dalam naskah ini yang digunakan adalah 2 jenis terminal udara splitzen dengan early
streamer,
a. Splitzen
Pengamanan bangunan terhadap sambaran kilat dengan menggunakan sistim penangkal
petir Franklin merupakan cara yang tertua namun masih sering digunakan karena
hasilnya dianggap cukup memuaskan, terutama untuk bangunan-bangunanyang beratap
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
runcing. Franklin Rod, adalah alat berupa kerucut tembaga dengan daerah perlindungan
berupa kerucut imajiner dengan sudut puncak 112°. Agar daerah perlindungan besar,
Franklin Rod dipasang pipa besi (dengan tinggi 1-3 meter). Semakin jauh dari Franklin
Rod semakin lemah perlindungan yang di dapatkan. Franklin Rod dapat dilihat berupa
tiang-tiang di bubungan atap bangunan. Sistem yang digunakan untuk mengetahui area
proteksi dari penyalur petir ini adalah dengan menggunakan sistim proteksi bola bergulir.
b. Early Streamer
Metode ini pertama kali dipatenkan oleh Gusta P. Carpart tahun 1931. Sebelumnya
seorang ilmuwan Hungaria, Szillard tahun 1941 pernah melontarkan gagasan untuk
menambahkan bahan radioaktif pada Franklin Rod guna meningkatkan tarikan pada
sambaran petir. Metode ini terdiri atas Franklin Rod dengan bahan radioaktif radium atau
sumber thorium sebagai penghasil ion yang dihubungkan ke pentanahan melalui
penghantar khusus. Sistem proteksi petir Early Streamer Emission adalah pendekatan
relative terbaru dalam penyelesaian masalah kerusakan instalasi petir, yang dilengkapi
dengan sistem Franklin Rod. Early Streamer Emission adalah terminal udara radioaktif
non-konvensional, tetapi banyak negara telah melarang hal ini, bahwasanya sumber
radioaktif yang posisinya dekat dengan bagian atas terminal membahayakan kesehatan.
Peralatan Early Streamer Emission non radioaktif yang banyak ditemukan adalah Pulsar
(dikembangkan oleh Helita, Perancis), Dynasphere (dikembangkan oleh Erico,
Australia), Prevectron (dikembangkan oleh Indelec, Perancis), dan EF (dikembangkan
EF International, Swiss).
Frekuensi Sambaran Petir Penggunaan standar IEC 1024-1-1 memberikan cara perhitungan dengan menggunakan data
hari guruh, data ukuran bangunan, area proteksi, frekuensi sambaran langsung setempat (Nd),
dan frekuensi sambaran tahunan (Nc) yang diperbolehkan pada struktur, dengan terlebih
dahulu menghitung kerapatan sambaran ke tanah (Ng).
Kerapatan sambaran petir ke tanah (Ng) dipengaruhi oleh hari guruh rata-rata per tahun (Td)
di daerah tersebut. Dikarenakan berada pada daerah dataran tinggi sekitar diambil hari guruh
rata-rata per tahun sebesar 169 dan tingkat kerawanan petir tinggi.
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Tabel 1. Jumlah hari guruh daerah Minahasa
Bulan Jumlah Hari
Januari 18
Februari 12
Maret 20
April 21
Mei 14
Juni 12
Juli 2
Agustus 11
September 9
Oktober 20
November 18
Desember 12
Total Hari Guruh 169
Maka kerapatan sambaran petir ke tanah (Ng) dapat dihitung dengan persamaan :
Ng = 4. 10-2. Td1.26
Ng = 4. 10-2. 1691.26
Ng = 25,67 sambaran per km2 per tahun
Untuk luas daerah yang masih memiliki angka sambaran petir sebesar Nd, maka :
Ae = ab + 6h(a+b) + 9πh2
Ae = 2268 + 8910 + 6358,5
Ae = 17536,5 m2
Sedangkan untuk memperhitungkan jumlah rata-rata frekuensi sambaran petir langsung per
tahun (Nd) dapat dicari dengan persamaan :
Nd = Ng x Ae x 10-6
Nd = 25,67 x 17536,5 x 10-6
Nd = 0,45 sambaran petir per tahun
Dengan :
a = Panjang atap gedung (m).
b = Lebar atap gedung (m).
h = Tinggi atap gedung (m).
Td = Hari guruh rata-rata pertahun.
Ng = Kerapatan sambaran petir ke tanah (sambaran/km2/tahun).
Ae = Luas daerah yang masih memiliki angka sambaran petir sebesar Nd (km2).
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Nd = Frekuensi sambaran petir langsung per tahun.
Nc = Frekuensi sambaran petir tahunan setempat yang diperbolehkan ketetapan (10-1).
Penentuan tingkat proteksi pada bangunan berdasarkan perhitungan Nd dan Nc dilakukan
sebagai berikut :
a. Jika Nd ≤ Nc tidak perlu sistem proteksi petir.
b. Jika Nd > Nc diperlukan proteksi petir.
Dikarenakan dalam perhitungan didapatkan Nd > Nc diperlukan proteksi petir, maka nilai
efisiensi :
E ≥ 1 - !"!"
E ≥ 1 - !,!!,!"
E ≥ 1 – 0,22
E ≥ 77,77%
Dengan :
E = Efisiensi sistem proteksi petir.
Nd = Frekuensi sambaran petir langsung per tahun.
Nc = Frekuensi sambaran petir tahunan setempat yang diperbolehkan.
Dimana hubungan antara nilai E dengan tingkat proteksi sebagai berikut,
Tabel 2. Efisiensi sistem proteksi petir
Tingkat Proteksi Efisiensi
I 95% < E ≤ 98%
II 90% < E ≤ 95%
III 80% < E ≤ 90%
IV 0% < E ≤ 80%
Apabila nilai efisiensi berada pada nilai di E < 0% maka tidak perlukan sistem proteksi petir
sama sekali. Sedangkan apabila nilai efisiensi mencapai E > 98% berarti diperlukan sistem
proteksi petir tingkat I dengan penambahan alat proteksi.
Dengan demikian nilai E sebesar 77,77% berada pada tingkat proteksi IV dengan nilai di
antara 0% - 80%. Oleh karena itu tingkat proteksi yang sesuai dengan bangunan daya pada
pembangkit listrik tenaga panas bumi di Lahendong adalah tingkat proteksi IV.
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Taksiran Resisko
Suatu Instalasi proteksi petir harus dapat melindungi semua bagian dari suatu bangunan,
termasuk manusia dan peralatan yang ada di dalamnya terhadap bahaya dan kerusakan akibat
sambaran petir. Berikut ini akan dibahas cara penentuan besarnya kebutuhan bangunan akan
proteksi petir menggunakan standar Peraturan Umum Instalasi Penyalur Petir (PUIPP) dan
National Fire Protection Association (NFPA) 780.
a. Peraturan Umum Instalasi Penyalur Petir (PUIPP)
Besarnya kebutuhan tersebut ditentukan berdasarkan penjumlahan indeks-indeks tertentu
yang mewakili keadaan bangunan di suatu lokasi dan dituliskan sebagai :
R = A + B + C + D + E
Dengan :
R = Perkiraan Bahaya Petir
A = Penggunaan dan Isi Bangunan
B = Konstruksi Bangunan
C = Tinggi Bangunan
D = Situasi Bangunan
E = Pengaruh Kilat
Tabel 3. Indeks A : Bahaya Berdasarkan Penggunaan dan Isi
Penggunaan dan Isi Indeks A
Bangunan biasa yang tidak perlu diamankan baik bangunan maupun isinya. -10
Bangunan dan isinya jarang dipergunakan, misalnya di tengah sawah atau
ladang, menara atau tiang dari metal.
0
Bangunan yang berisi peralatan sehari-hari atau tempat tinggal, misalnya
rumah tinggal, industri kecil atau stasiun kereta api.
1
Bangunan atau isinya cukup penting, misalnya menara air, barang-barang
berharga, dan kantor pemerintah.
2
Bangunan yang berisi banyak sekali orang, misalnya bioskop, sarana
ibadah, sekolah, dan monumen sejarah yang penting.
3
Instalasi gas, minyak atau bensin, dan rumah sakit. 5
Bangunan yang mdah meledak dan dapat menimbulkan bahaya yang tidak
terkendali bagi sekitarnya, misalnya instalasi nuklir.
15
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Tabel 4. Indeks B : Bahaya Berdasarkan Konstruksi Bangunan
Tabel 5. Indeks C : Bahaya Berdasarkan Tinggi Bangunan[2]
Tabel 6. Indeks D : Bahaya Berdasarkan Situasi Bangunan
Konstruksi bangunan Indeks B
Seluruh bangunan terbuat dari logam dan mudah menyalurkan listrik. 0
Bangunan dengan konstruksi beton bertulang atau rangka besi dengan atap
logam.
1
Bangunan dengan konstruksi beton bertulang, kerangka besi, dan atap
bukan logam.
2
Bangunan kayu dengan atap bukan logam 3
Tinggi bangunan sampai dengan …. (m) Indeks C
6 0
12 2
17 3
25 4
35 5
50 6
70 7
100 8
140 9
200 10
Situasi bangunan Indeks D
Di tanah datar pada semua ketinggian. 0
Di kaki bukit sampai mencapai 1000 meter di atas permukaan laut. 1
Di puncak gunung atau pegunungan yang lebih dari 1000 meter dari
permukaan laut.
2
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Tabel 7. Indeks E : Bahaya Berdasarkan Pengaruh Kilat/Hari Guruh[2]
Dengan memperhatikan keadaan di tempat yang hendak dicari tingkat resikonya dan
kemudian menjumlahkan indeks-indeks tersebut diperoleh suatu perkiraan bahay yang
ditanggung bangunan dan tingkat pengamanan yang harus diterapkan.
Tabel 8. Indeks R : Perkiraan Bahaya Sambaran Petir Berdasarkan PUIPP
Maka untuk bangunan daya pada PLTPB Lahendong tersebut diperoleh indeks-indeks berikut
:
1) Jenis bangunan berdasarkan indeks A (tabel 3) adalah “Instalasi gas, alat-alat
pembangkit listrik, minyak atau bensin, dan rumah sakit” dengan nilai 5.
2) Jenis bangunan berdasarkan indeks B (tabel 4) adalah “Bangunan dengan konstruksi
beton bertulang, kerangkan besi dan atap bukan logam” dengan nilai 2.
3) Jeni bangunan berdasarkan indeks C (tabel 5) adalah “Bangunan dengan tinggi sampai
17 meter” dengan nilai 3.
4) Jenis bangunan berdasarkan indeks D (tabel 6) adalah “Berada di tanah datar pada
semua ketinggian” dengan nilai 0.
Hari guruh per tahun Indeks E
2 0
4 1
6 2
8 3
16 4
32 5
64 6
128 7
256 8
R Perkiraan bahaya Pengamatan
<11 Diabaikan Tidak perlu
11 Kecil Tidak perlu
12 Sedang Dianjurkan
13 Agak besar Dianjurkan
14 Besar Sangat dianjurkan
14< Sangat besar Sangat perlu
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
5) Berdasarkan banyaknya hari guruh sampai 256 (tabel 7) maka nilai indeks E adalah 8.
Perkiraan bahaya sambaran petir diperoleh dengan menjumlahkan seluruh nilai dari indeks di
atas sesuai dengan rumus dan di peroleh :
R = A + B + C + D + E
R = 5 + 2 + 3 + 0 + 8
R = 18
Maka besarnya kebutuhan akan instalasi proteksi petir sesuai dengan tabel 8 adalah sangat besar, sehingga sangat di perlukan pengamanan. b. National Fire Protection Association (NFPA) 780
Cara penentuan yang digunakan pada standar NFPA 780 hampir sama dengan cara yang
digunakan pada PUIPP yaitu dengan menjumlahkan sejumlah indeks yang mewakili
keadaan lokasi bangunan kemudian hasil penjumlahan dibagi dengan indeks yang
mewakili isokeraunic level di daerah tersebut.
Secara matematik dituliskan sebagai :
R = !!!!!!!!!
!
Dengan :
R = Perkiraan bahaya petir
A = Jenis struktur
B = Jenis Konstruksi
C = Lokasi bangunan
D = Topografi
E = Penggunaan dan isi bangunan
F = Isokeraunik level
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Tabel 9. Indeks A : Jenis Struktur Bangunan
Tabel 10. Indeks B : Jenis Konstruksi Atap
T
a
b
e
l
3
Jenis Struktur Indeks A
Rumah kediaman yang kurang dari 465 m2 1
Rumah kediaman yang lebih dari 465 m2 2
Perumahan, kantor atau bangunan pabrik dengan ketinggian kurang dari 15
meter
- Melingkupi area kurang dari 2323 m.
- Melingkupi area lebih dari 2323 m.
3
5
Perumahan, kantor atau bangunan pabrik dengan tinggi 15-23 meter 4
Perumahan, kantor atau bangunan pabrik dengan tinggi 23-46 meter 5
Perumahan, kantor atau bangunan pabrik dengan tinggi lebih dari 46
meter.
8
Kantor pelayanan milik pemerintah misalnya pemadam kebakaran, kantor
polisi dan perusahaan air minum.
7
Hangar pesawat terbang 7
Pembangkit listrik dan central telepon 8
Menara air dan coolingtower 8
Perpustakaan, museum, dan bangunan bersejarah 8
Bangunan pertanian 9
Tempat bernaung di daerah rekreasi 9
Bangunan yang berisi banyak orang misalnya sekolah, tempat ibadah,
bioskop, dan stadion olahraga
9
Struktur yang ramping dan tinggi misalnya cerobong asap, menara
pengawas dan mercu suar
10
Rumah sakit, penampungan para lansia dan penyandang cacat 10
Bangunan tempat membuat dan menyimpan bahan berbahaya misalnya zat
kimia
10
Kerangka Struktur Jenis Atap Indeks B
Bukan Logam Kayu
Campuran asphalt, ter atau genteng
Logam yang tidak saling terhubung
Logam yang terhubung secara elektrik
5
3
4
1
Kayu Kayu
Campuran asphalt, ter atau genteng
Logam yang tidak saling terhubung
Logam yang terhubung secara elektrik
5
3
4
2
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Tabel 11. Indeks C : Lokasi Bangunan
Tabel 12. Indeks D : Topografi[8]
Tabel 13. Indeks E : Penggunaan dan Isi Bangunan[8]
Lokasi bangunan Indeks C
Bangunan dalam area bangunan yang lebih tinggi - Bangunan kecil, melingkupi area kurang dari 929 m2
- Bangunan besar, melingkupi area lebih dari 929 m2
1
2
Bangunan dalam area bangunan yang lebih rendah - Bangunan kecil, melingkupi area kurang dari 929 m2
- Bangunan besar, melingkupi area lebih dari 929 m2
4
5
Struktur diperpanjang sampai 15,2 m di atas permukaan tanah 7
Struktur diperpanjang sampai lebih dari 15,2 m di atas permukaan tanah 10
Lokasi Indeks D
Pada tanah datar 1
Pada sisi bukit 2
Di atas puncak bukit 4
Di atas puncak gunung 5
Penggunaan dan Isi Bangunan Indeks E
Bahan yang tidak mudah terbakar 1
Perabotan rumah tangga 2
Perlengkapan atau perabotan biasa 2
Temak piaraan 3
Bangunan berisi sedikit orang (kuran dari 50 orang) 4
Bahan yang mudah terbakar 5
Bangunan berisi banyak orang (50 orang atau lebih) 6
Bahan yang mudah terbakar 5
Bangunan berisi banyak orang (50 orang atau lebih) 6
Peralatan atau barang berharga 7
Pelayanan umum seperti pemadam kebakaran dan kantor polisi 8
Gas atau cairan yang mudah meledak 8
Peralatan operasi yang sensitive 9
Benda bersejarah 10
Peledak dan bahan pembuatnya 10
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Tabel 14. Indeks F : Isokeraunik Level[8]
Tabel 15. Perkiraan Bahaya Sambaran Petir Berdasarkan NFPA 780[8]
Maka untuk bangunan tersebut diperoleh indeks-indeks sebagai berikut :
1) Jenis bangunan berdasarkan indeks A (tabel 9) adalah “Pembangkit listrik dan Central
telepon” dengan nilai 8.
2) Jenis bangunan berdasarkan indeks B (tabel 10) adalah “Beton bertulang dengan
logam yang tidak saling terhubung” dengan nilai 4.
3) Jenis bangunan berdasarkan indeks C (tabel 11) adalah “Struktur diperpanjang sampai
15,2 m di atas permukaan tanah” dengan nilai 7.
4) Jenis bangunan berdasarkan indeks D (tabel 12) adalah “Pada tanah datar” dengan
nilai 1.
5) Jenis bangunan berdasarkan indeks E (tabel 13) adalah “Peralatan operasi yang
sensitif” dengan nilai 9.
6) Berdasarkan banyaknya hari guruh (IKL) lebih dari 70, maka nilai indeks F (tabel 14)
adalah 1.
Isokeraunik Level Indeks F
0-5 9
6-10 8
11-20 7
21-30 6
31-40 5
41-50 4
51-60 3
61-70 2
Lebih dari 70 1
R Pengamanan
0-2 Tidak perlu
2-3 Dianjurkan
3-4 Dianjurkan
4-7 Sangat dianjurkan
Lebih dari 7 Sangat perlu
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Perkiraan bahaya sambaran petir diperoleh dengan menjumlahkan seluruh nilai dari indeks di
atas sesuai dengan rumus dan diperoleh :
R = !!!!!!!!!!
R = !!!!!!!!!!
R = 29
Maka besarnya kebutuhan akan instalasi proteksi petir sesuai dengan tabel 15 adalah sangat
diperlukan sekali pengamanan pada gedung daya bertingkat 2 di PLTPB Lahendong.
Analisa Perbandingan Sistem Proteksi Eksternal Splitzen dengan Early Streamer
a. Sistem Proteksi Early Streamer
Luas area yang dilindungi oleh pemasangan terminal udara early streamer dipengaruhi oleh
selisih waktu pelepasan upward leader antara terminal udara early streamer dan terminal
udara konvensional (∆T) dan juga tinggi objek ukur dari ujung terminal udara early streamer
(h). Tinggi objek dari ujung terminal udara ini dipengaruhi oleh tinggi dari terminal udara
yang dipasang (He), dengan tinggi gedung (Hg) yang tetap yaitu 15 m, sehingga hubungan
ketiganya dapat dituliskan,
h = He + Hg
Dalam menentukan tinggi pemasangan terminal udara harus memperhatikan beberapa hal,
yaitung tinggi minimum terminal udara 2 m dan kontrusksi pemasangan terminal udara kokoh
dari terpaan angin kencang. Dengan menggunakan penangkap petir Prevectron tipe S6.60T
pada sistem proteksi eksternal gedung daya di PLTPB Lahendong ini menggunakan tingkat
proteksi IV. Analiss area perlindungan dengan perancangan terminal udara Prevectron S6.60T
akan di variasikan berdasarkan tinggi dari terminal udara dan dimodelkan secara 3 dimensi
dengan perangkat lunak SketchUp tanpa skala (ukuran sesungguhnya). Perthitungan area
yang dilindungi dilakukan dengan cara menghitung nilai radius proteksi tiap lantai sesuai
dengan standar NF C 17-102. Variasi ketinggian terminal udara adalah 2 m, 4 m, dan 10 m
yang dilakukan di tiga titik yang menggambarkan tiap titik lantai. Terminal udara di pasang di
tengah atap untuk mencapai area perlindungan maksimum pada bangunan yang sangat
panjang.
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Gambar 2. Pengaruh tinggi ESEAT terhadap tinggi total
Dari variasi tinggi ESEAT dengan ∆T 60 µs didapat berbagai skema daerah perlindungan.
Seluruh skema daerah perlindungan tersebut sebagai berikut, Tabel 4.6 Ringkasan variasi tinggi ESEAT
Dari hasil tersebut maka penggunaan terminal udara early streamer dengan merk Prevectron
S6.60T yang di pasang pada bangunan daya PLTPB Lahendong paling cocok menggunakan
tinggi 4 m.
b. Sistem Proteksi Splitzen
Sedangkan jika dirancang menggunakan penangkal petir splitzen, maka akan dilakukan
juga variasi ketinggian dari terminal udara (He) yang akan digunakan. Tinggi dari
Terminal udara yang akan di perhitungkan adalah 1,5 m, 3 m, dan 5 m pada bangunan
setinggi 15 m (Hg). Variasi ketinggian dari terminal udara akan memberikan variasi jarak
maksimum yang diperbolehkan antar terminal udara untuk tetap mencapai daerah
perlingungan yang maksimal dalam tingkat proteksi petir IV.
He
(m) ∆T (µs)
Seluruh bagian
gedung terlindungi? Kelebihan Kekurangan
2 60 Tidak Pemasangan mudah,
biaya rendah.
Tidak melindungi
seluruh bagian
gedung
4 60 Ya
Seluruh bagian
gedung terlindungi
tanpa berlebihan.
-
10 60 Ya Seluruh bagian
gedung terlindungi
Melindungi
berlebihan
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
Gambar 3. Konstruksi dasar sistem proteksi konvensional
Dari variasi ketinggian terminal udara splitzen didapat berbagai skema daerah perlindungan.
Seluruh skema daerah perlindungan tersebut sebagai berikut, Tabel 4.9 Ringkasan variasi tinggi terminal udara splitzen
Dari hasil analisis itulah paling aman untuk menggunakan terminal udara konvensional 1,5
meter.
Perhitungan Perbandingan Harga Sistem Proteksi Splitzen Dengan Early Streamer
• Early Streamer No. Spesifikasi Produk Jumlah Satuan Harga Satuan
(Rp)
Harga total
(Rp)
1. Terminal udara
Prevectron Tipe S6.6
1 Unit 25.500.000 25.500.000
2. Kawat BC 50mm2 35 Meter 40.000 1.400.000
3. Elektroda pentanahan 1 Batang 750.000 750.000
4. Material bantu kerja 1 Lot 4.000.000 4.000.000
Jumlah 31.650.000
PPn 10% 3.165.000
Total Biaya 34.815.000
He (m) Seluruh bagian gedung
terlindungi? Kelebihan Kekurangan
1,5 Ya Seleruh gedung
terlindungi dengan aman
Membutuhkan
banyak terminal
udara
3 Ya Gedung terlindungi Rawan terjadi
kegagalan proteksi
5 Tidak
Menggunakan sedikit
terminal udara, biaya
lebih rendah
Gedung tidak
semuanya
terlindungi
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
• Splitzen
No. Spesifikasi Produk Jumlah Satuan Harga Satuan
(Rp)
Harga Total
(Rp)
1. Terminal udara tembaga 12 Batang 150.000 1.800.000
2. Kawat BC 50mm2 218 Meter 40.000 8.720.000
3. Elektroda pentanahan 10 Batang 750.000 7.500.000
4. Material bantu kerja 1 Lot 7.000.000 7.000.000
Jumlah 25.020.000
PPn 10% 2.502.000
Total Biaya 27.522.000
Ringkasan Hasil Anaslisis Perbandingan Proteksi Petir Splitzen Dengan Early Streamer
Kesimpulan
- Sistem Proteksi Splitzen
Sistem proteksi Splitzen membutuhkan 12 terminal udara berbahan tembaga setinggi 1,5
m tiap batang untuk mencapai perlindungan gedung yang menyeluruh dan maksimal.
Membutuhkan 218 m kawat BC dan 10 batang pentanahan, dengan estimasi biaya yang
dibutuhkan untuk instalasi sistem proteksi ini sebesar Rp 27.522.00,00.
- Sistem Proteksi Non-Konvensional
Pada sistem proteksi Early Streamer hanya dibutuhkan satu terminal udara early
streamer emission dengan merk Prevectron tipe S6.60T berbahan stainless steel setinggi
4 m dapat melindungi seluruh area bangunan mencapai radius proteksi 114,78 m pada
Splitzen Early Streamer
Terminal Udara 12 batang (1,5 m) 1 batang (4 m)
Kawat BC 218 meter 35 meter
Pentanahan 10 batang 1 batang
Instalasi Mudah Sangat mudah
Perawatan Perawatan berkala Bebas perawatan
Estetika Merusak Indah
Harga Rp 27.522.000,00 Rp 34.815.000,00
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016
dasar bangunan. Kawat BC diperlukan sepanjang 35 m dan hanya satu batang
pentanahan, dengan estimasi biaya Rp 34.815.000,00.
- Sistem proteksi Early Streamer dinilai lebih baik dan tepat untuk digunakan pada
bangunan daya PLTPB Lahendong Unit 5 dan 6 dikarenakan dengan harga yang tidak
terlalu berbeda jauh dengan sistem proteksi Splitzen, tetapi sistem proteksi Early
streamer mampu memberikan area perlindungan yang lebih luas apabila diperlukan
sewaktu-waktu. Instalasi yang lebih mudah serta bahan yang lebih tahan lama membuat
instalasi dan perawatan jauh lebih mudah, serta cenderung tidak merusak estetika gedung
karena hanya diperlukan satu terminal udara saja.
Daftar Acuan [1] Departemen Pekerjaan Umum, Pedoman Perencanaan Penangkal petir, Departemen
Pekerjaan Umum, 1987.
[2] Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan Peraturan Umum Instalasi Penyalur Petir
(PUIPP) untuk bangunan di Indonesia. (1983). Hal. 17. Cetakan Pertama.
[3] IEC 1024-1-1. (1998). International Standard : Protection of Structure against Lightning Part
I : General Principle, Section 1 : Guide B-Design, Instalation, Maintenance, and Inspection of
Lightning Protection System.
[4] IEC 62305. (1983). Protection against lightning.
[5] Indelec, Prevectron Lightning Conductor, Brochure.
[6] Garniwa MK, Iwa. (1998). Analisis Distribusi Arus, Intensitas Medan Magnet dan Tegangan
Induksi pada Sistem Penangkal Petir di Gedung Bertingkat. Jakarta : Universitas Indonesia.
[7] Hasse, Peter. Dr –Ing. (2001). Characteristics of Direct Strike Lightning Events and Risk
Assestment. Las Vegas : Institution of Engineering and Technology.
[8] National Fire Protection Association, (2014). Lightning Protection Code/NFPA 780.
[9] NF C 17-102, (1995). Protection of Structures and Open Areas Against Lightning Using Early
Streamer Emission Air Terminals.
[10] Panitia Revisi PUIL 2000, Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000) SNI 04-
0225-2000, Yayasan PUIL, Jakarta.
[11] Setiabudy, Rudy. (2007). Pengukuran Besaran Listrik. Jakarta : Universitas Indonesia.
[12] https://ikkholis27.wordpress.com/2013/11/12/sambaran-petir/, internet, di akses pada 25 Mei
2016.
[13] http://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/Sestama/Humas/, internet di akses pada 17 Mei 2016.
Studi perbandingan ..., Findal Darmaja, FT UI, 2016