Review Jurnal
Prinsip Kerja Grounding System (Penyalur Petir)
RIZKI RAMADHAN
ABSTRAKSI
Indonesia terletak di
daerah tropis dan dikelilingi oleh lautan. Oleh karena itu, Indonesia termasuk
negara yang memiliki kepadatan sambaran petir yang tinggi.
Sambaran petir dapat
menimbulkan kerugian yang besar, sehingga dibutuhkan usaha untuk mengurangi
resiko kerusakan akibat sambaran petir, yaitu dengan penyalur petir.
Pada penulisan ini penulis akan menjelaskan prinsip kerja, fungsi, cara memasang serta
jenis dan bentuk dari Grounding System (Penyalur Petir) yang di harapkan untuk mengurangi resiko
kerusakan gedung beserta peralatannya dari sambaran petir.
I.
PENDAHULUAN
Indonesia terletak di daerah tropis dan dikelilingi oleh lautan. Oleh
karena itu, Indonesia termasuk negara yang memiliki kepadatan sambaran petir
yang tinggi. Karena berada di daerah tropis, Indonesia termasuk salah satu di
antara tiga “daerah petir” yang terbesar selain Afrika Tengah dan lembah sungai
Arizona.
Indonesia merupakan daerah dengan hari guruh per tahun tertinggi di
dunia menurut buku Guinness of Records yakni
berkisar antara 180 – 260 hari guruh per tahun dengan kerapatan sambaran petir
ke tanah (Ng) mencapai 30 sambaran per km2 per tahun.
Berada di daerah ekuatorial yang menerima insolasi dalam jumlah besar
dengan hampir 70% wilayah merupakan perairan, Indonesia memiliki penguapan atau
jumlah uap air yang besar dari tiga wilayah ekuator, seperti ekuator Afrika,
ekuator Indonesia dan ekuator Amerika, maka Indonesia merupakan daerah
konvektif paling aktif, sehingga tiga persyaratan terbentuknya awan petir mudah
terpenuhi.
Udara lembab dalam lapisan tebal 3 km, adanya insolasi yang memanasi
permukaan tanah dan udara di atasnya serta atmosfer yang tidak stabil secara
konvektif atau ada gaya apung termal bernilai positif adalah syarat yang bisa
terpenuhi. Sehingga tidak mengherankan jika jumlah hari guruh di Indonesia bisa
mencapai 100 atau lebih per tahunnya.
Petir merupakan kejadian alam dimana terjadi loncatan muatan listrik
antara awan dengan bumi. Loncatan muatan listrik tersebut diawali dengan
mengumpulnya uap air di dalam awan. Ketinggian antara permukaan atas dan
permukaan bawah pada awan dapat mencapai jarak sekitar 8 km dengan temperatur
bagian bawah sekitar 15,50C dan temperatur bagian atas sekitar 510C.
Akibatnya, di dalam awan tersebut akan terjadi kristal-kristal es. Karena di
dalam 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 di dalam awan, antara awan dengan
awan dan antara awan dengan bumi tergantung dari kemampuan udara dalam menahan
potensial yang terjadi.
Petir yang dikenal sekarang terjadi akibat awan dengan muatan tertentu
menginduksi muatan yang ada di bumi. Bila muatan di dalam awan bertambah besar,
maka muatan induksi makin besar sehingga beda potensial antara awan dengan bumi
makin besar. Kejadian ini diikuti sambaran pelopor yang menurun dari awan dan
diikuti dengan adanya sambaran pelopor yang naik dari bumi mendekati sambaran pelopor yang turun.
Pada saat itulah terjadi apa yang dinamakan petir.
Sambaran petir dibedakan menjadi 2 jenis, yakni sambaran petir langsung dan
tidak langsung. Sambaran petir langsung artinya petir langsung merusak objek
yang disambarnya seketika itu juga, misalnya seperti pohon yang terbelah
sambaran petir. Sedangkan sambaran tidak langsung yakni sambaran yang
menghasilkan induksi petir yang dapat mengakibatkan kerusakan alat elektronik
dirumah, akibat kuat arus yang mendadak meningkat dari energi yang terpancar
disekitaran sambaran petir itu.
Hari guruh per tahun diukur menggunakan Isokeraunik Level, yang merupakan jumlah hari guruh dalam satu tahun
di suatu wilayah yaitu garis pada peta yang menghubungkan daerah-daerah dengan
rata-rata jumlah hari guruh yang sama. Menurut Isokeraunik Level yang bersumber dari BMKG, Jakarta-Jawa termasuk
dalam kategori tinggi tingkat kerawanan terhadap petir yaitu 193 curah petir
dan 52,88% IKL. Dimana jika IKL > 50% adalah kategori tinggi, jika IKL 25%
atau < 50 % adalah kategori sedang dan jika IKL < 25% adalah kategori
rendah.
Sambaran petir dapat menimbulkan kerugian yang besar, sehingga
dibutuhkan usaha untuk mengurangi resiko kerusakan akibat sambaran petir, yaitu
dengan Grounding System (penyalur
petir). Pada dasarnya sambaran petir selalu mengenai daerah yang tinggi.
Contohnya sambaran petir mengenai pohon yang tinggi serta rumah dan gedung yang
bertingkat.
II.
TEORI
Sistem pembumian (grounding
system) adalah suatu perangkat
instalasi yang berfungsi untuk melepaskan arus petir ke dalam bumi, salah satu
kegunaannya untuk melepas muatan arus petir. Tingkat kehandalan sebuah grounding ada di nilai konduktivitas
logam terhadap tanah yang ditancapinya. Semakin konduktif tanah terhadap benda
logam, maka semakin baik. Kelayakan grounding
harus bisa mendapatkan nilai tahanan sebaran maksimal 5 ohm (PUIL 2000 : 68)
dengan menggunakan earth ground tester. Namun begitu, untuk daerah yang
resistans jenis tanahnya sangat tinggi, resistans pembumian total seluruh
sistem boleh mencapai 10 ohm (PUIL 2000 : 68).
2.1. Bentuk Grounding System (Penyalur Petir)
Grounding system dapat dibuat dalam tiga
bentuk antara lain, sebagai berikut:
1.
Single Rod
Gambar 2.1. Single rod
Grounding system yang hanya terdiri atas satu buah titik penancapan batang
(rod) pelepas arus atau ground rod di dalam tanah dengan
kedalaman tertentu (misalnya 6 meter). Untuk daerah yang memiliki karakteristik
tanah yang konduktif, biasanya mudah untuk didapatkan tahanan sebaran tanah di
bawah 5 ohm dengan satu buah ground rod.
2.
Paralel Rod
Gambar 2.2. Paralel Rod
Jika
sistem single rod masih mendapatkan hasil kurang baik
(nilai tahanan sebaran >5 ohm), maka perlu ditambahkan ground rod ke dalam tanah yang jarak antar batang minimal 2 meter
dan dihubungkan dengan kabel BC/BCC. Penambahan ground rod dapat juga ditanam mendatar dengan kedalaman tertentu,
bisa mengelilingi bangunan membentuk cincin atau cakar ayam. Kedua teknik ini
bisa diterapkan secara bersamaan dengan acuan tahanan sebaran/resistans kurang
dari 5 ohm setelah pengukuran dengan earth
ground tester.
3.
Multi System
Gambar
2.3. Multi System
Bila
didapati kondisi tanah yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut: kering atau air
tanah dalam, kandungan logam sedikit, basa (berkapur), pasir dan berpori (porous).
Maka
penggunaan 2 cara sebelumnya akan sulit dan besar kemungkinan gagal untuk
mendapatkan resistans kecil. Maka dari itu, teknis yang digunakan adalah dengan
cara penggantian tanah dengan tanah yang mempunyai sifat menyimpan air atau
tanah yang kandungan mineral garam dapat menghantar listrik dengan baik. Ground rod ditancapkan pada daerah titik
logam dan di kisaran kabel penghubung antar ground
rod-nya. Tanah humus, tanah dari kotoran ternak, dan tanah liat sawah cukup
memenuhi standar hantar tanah yang baik.
Gambar 2.4. Batang grounding
beserta aksesorisnya
Batang
grounding beserta aksesorisnya yaitu:
konduktor tanah, penghubung antara konduktor dengan elektroda tanah dan
elektroda tanah.
Gambar 2.5. Batang grounding
dan lingkaran pengaruhnya
(Sphere of Influence)
Gambar 2.5. menggambarkan
batang grounding beserta lingkaran
pengaruhnya (sphere of influence) di
dalam tanah. Tampak bahwa pengaruh batang grounding
akan semakin dalam letaknya di dalam tanah dan pengaruh terkecil pada kedalaman
yang sama dengan kedalaman batang grounding.
Lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang grounding. Salah satu faktor
utama dalam setiap usaha pengamanan penyalur petir adalah grounding. Apabila suatu tindakan pengamanan yang baik dilaksanakan
maka harus ada grounding system yang dirancang dengan baik dan
benar.
2.2.
Jenis-jenis Penyalur Petir
Jenis-jenis
penyalur petir antara lain, sebagai berikut:
1.
Penyalur Petir
Konvensional
Gambar 2.6. Penyalur petir
konvensional
Tidak lepas dari
Franklin, ilmuwan dan politikus terkenal yang menemukan penyalur petir pertama.
Alat penyalur petir menjadi populer di perkantoran, hotel maupun gedung yang
menaungi perangkat vital. Pada dasarnya penyalur petir bukanlah alat yang rumit
dan memiliki komponen yang komplek. Penyalur petir hanyalah merupakan rangkaian
jalur yang memiliki fungsi sebagai jalan
untuk kilatan petir untuk menuju ke arah permukaan bumi, tanpa merusak
benda-benda sekitar yang dilewatinya. Sistem penyalur petir seperti ini
dianggap sebagai penyalur petir konvensional dan dikenal memiliki tiga bagian
terutama, yakni batang penyalur petir, kabel konduktor serta tempat .
Untuk bagian
batang penyalur petir biasanya berupa bahan tembaga yang didirikan tegak
berdiri dengan ujung runcing. Ujung runcing tersebut bukan tanpa sebab dan
alasan, hal ini karena muatan listrik mempunyai sifat yang mudah berkumpul
serta lepas pada ujung logam yang runcing. Selain itu ujung runcing batang,
mampu memperlancar proses tarik menarik dengan muatan listrik pada awan. Batang ini sering dipasang di bagian teratas
bangunan gedung.
Untuk bagian
kedua adalah kabel konduktor, masih sama yakni dengan bahan tembaga dan
biasanya memiliki diameter jalinan sekitar 1 cm – 2 cm, tergantung kebutuhan.
Fungsi kabel konduktor adalah untuk meneruskan aliran muatan listrik yang masuk
ke batang muatan listrik ke tanah. Bagian ini sering terpasang di bagian luar
dinding gedung.
Untuk yang ke
tiga adalah tempat , fungsi adalah
mengubur muatan listrik dari petir ke tanah. Itulah mengapa bagian sering
dipasang di dalam tanah dengan bahan yang terbuat dari belahan tembaga berlapis
baja.
2.
Penyalur Petir
Radioaktif
Gambar 2.7. Penyalur petir
radioaktif
Penyalur petir
radioaktif menjadi metode yang kurang populer dan bahkan terlarang, kinerjanya
adalah dengan menggagalkan proses ionisasi menggunakan zat yang beradiasi
karena penelitian terbaru menyebutkan bahwa muatan listrik pada awan disebabkan
oleh proses ionisasi.
Bahan zat
beradiasi yang mampu menggagalkan proses ini adalah radium 226, serta ameresium
241. Bahan ini dianggap bisa menghamburkan ion radiasinya, serta menetralkan muatan listrik awan. Metode ini
sudah terlarang untuk mengurangi pemakaian zat beradiasi.
3.
Penyalur Petir ElectrosItatic
Gambar 2.8. penyalur petir
electrostatic
Penyalur petir electrostatic tidak terlarang, namun
kurang populer digunakan. Prinsip kerja penyalur dianggap meniru sebagian dari
metode dan sistem penyalur petir radioaktif, yaitu dengan menambah muatan pada
bagian ujung finial atau spilitzer agar petir selalu menuju ujung komponen
ini untuk disambar. Komponen konduktor
dan tetap dibutuhkan untuk mengubur muatan
listrik.
III. PEMBAHASAN
3.1. Fungsi Grounding System (Penyalur Petir)
Grounding system (penyalur petir) adalah suatu perangkat instalasi yang berfungsi untuk melepaskan
arus petir ke dalam bumi, salah satu kegunaannya untuk :
1.
Menangkap Petir
Dengan cara
menyediakan sistem penerimaan (batang penyalur
petir) yang dapat
dengan cepat menyambut sambaran arus petir, dalam hal ini mampu untuk lebih
cepat dari sekelilingnya dan memproteksi secara tepat dengan memperhitungkan
besaran petir.
2.
Menyalurkan Arus Petir
Sambaran petir yang telah mengenai
terminal penyalur petir
sebagai alat penerima sambaran akan membawa arus yang sangat tinggi, maka dari
itu harus dengan cepat disalurkan ke bumi (grounding)
melalui kabel penyalur sesuai standart sehingga tidak terjadi loncatan listrik
yang dapat membahayakan struktur bangunan atau membahayakan perangkat yang ada
di dalam sebuah bangunan.
3.
Menampung Petir
Dengan cara membuat grounding system dengan resistansi atau tahanan tanah kurang dari 5 Ohm. Hal
ini agar arus petir dapat sepenuhnya diserap oleh tanah tanpa terjadinya step
potensial. Bahkan dilapangan saat ini umumnya resistansi atau tahanan tanah
untuk instalasi penyalur petir harus
dibawah 3 Ohm.
4.
Proteksi Grounding System
Selain memperhatikan resistansi atau
tahanan tanah, material yang digunakan untuk pembuatan grounding juga harus
diperhatikan, jangan sampai mudah korosi atau karat, terlebih lagi jika
didaerah dekat dengan laut.
Untuk menghindari terjadinya loncatan arus petir yang ditimbulkan, adanya beda
potensial tegangan maka setiap titik grounding
harus dilindungi dengan cara integrasi atau bonding
system.
5.
Proteksi Petir Jalur Power Listrik
Proteksi terhadap jalur dari power mutlak diperlukan
untuk mencegah terjadinya induksi yang dapat merusak peralatan
listrik dan elektronik.
6.
Proteksi Petir Jalur PABX
Melindungi seluruh jaringan telepon
dan signal termasuk pesawat faxsimile dan jaringan data.
7.
Proteksi Petir Jalur Elektronik
Melindungi seluruh perangkat
elektronik seperti CCTV, mesin dan lain-lain dengan
memasang surge arrester elektronik.
3.2. Cara Memasang Grounding System
(Penyalur Petir)
Sebelum tahu
cara memasang penyalur petir yang
benar, maka harus tahu
bagian-bagian dari penyalur petir
terlebih dahulu. Ada 3 bagian utama dari penyalur petir ini,
yaitu:
1.
Grounding system sebagai penyalur arus petir ke dalam
tanah
2.
Kabel penyalur
3.
Batang penyalur petir
Langkah pertama dalam cara memasang penyalur petir yang benar adalah membangun grounding system. Hal ini perlu dilakukan pertama karena
berhubungan dengan faktor keamanan dan kemudahan dalam membuat penyalur petir. Untuk membangun grounding yang baik anda membutuhkan alat earth tester yang digunakan untuk melihat berapa besar nilai tahanan
tanahnya. Pilihlah tempat pembumian yang memungkinkan mengambil jarak terdekat
dengan pemasangan penyalur petir di
atas bangunan, jika memungkinkan. Beberapa tanah yang memiliki kandungan garam
tinggi, atau kandungan air tinggi dan atau kandungan keasaman tinggi biasanya
nilai tahanannya cenderung lebih rendah. Jika nilai tahanan tanahnya rendah
maka kebutuhan terhadap batang Rod tembaga juga makin sedikit.
Setelah
menemukan lokasi tempat pembumian yang baik, tahap selanjutnya pada cara
memasang penyalur petir yang
benar ini adalah membuat instalasi penyalur petir bagian
groundingnya. Adapun bahan yang
dibutuhkan adalah material grounding dari bahan Tembaga, Galvanise atau
Stainless. Material tersebut ditancapkan ke dalam tanah pada lokasi penyalur petir instalasi grounding
yang sudah dipilih. Selanjutnya ukur pula resistansi tanah dan hasilnya harus
lebih kecil dari 5 Ohm. Bahkan jasa pemasangan penangkal petir professional
seperti PT DCT terbiasa dengan etos kerja berstandar tinggi, dan membuat
instalasi grounding hanya memiliki
tahanan di bawah 2 ohm saja. Jika standar yang diinginkan belum tercapai, maka harus menambahkan batang konduktor yang ditanam di dalam
tanah secara parallel dan mengukur kembali nilai tahanan tanahnya hingga nilai
yang diinginkan. Anda mungkin perlu melakukan pengeboran untuk menanam
konduktor dari grounding system ini.
Bahkan perlu mengebor hingga kedalaman 6 meter untuk membuat grounding yang baik hingga nilai standar
pada cara memasang penyalur petir yang
benar tercapai.
Berikutnya
adalah cara memasang penyalur petir yang
benar untuk bagian pemasangan kabel konduktor. Dapat menggunakan kabel coaxial atau kabel BC (Bare Cooper) langkah
pertama adalah mendesain jalur dari kabel. Lalu memulainya
dari grounding hingga ke batang penyalur petir. Pastikan, dalam jalur kabel, tidak
ada atau hanya sedikit jalur yang membentuk sudut dan usahakan kurang dari 90
derajat. Hal ini untuk menghindari terjadinya side flashing atau lompatan muatan listrik pada bangunan dan
berpotensi menimbulkan kerusakan pada bangunan.
Pengkabelan (konduktor) adalah merupakan penghantar aliran dari penyalur
petir ke grounding. Kabel yang
digunakan untuk yang jauh dari jangkauan
biasanya jenis kabel BC ( kabel
tembaga terbuka) dan untuk yang mudah dalam jangkauan menggunakan kabel BCC
atau NYY (kabel tembaga terbungkus).
Selain cara
memasang penyalur petir yang
benar juga pemilihan perangkat penyalur petir maupun
kabelnya juga harus tepat sehingga cara kerja alat penyalur petir dapat maksimal. Gunakan kabel dengan ukuran minimal
50 mm dan sudah mendapatkan SNI.
Cara memasang
penyalur petir yang benar selanjutnya adalah pemasangan batang penyalur petir. Pilih posisi yang paling tinggi pada
bangunan untuk hasil yang paling baik. Pada instalasi penyalur petir konvensional, teknisi sebaiknya dapat
memperkirakan dimana letak sambaran petir untuk menentukan posisi batang penyalur petir yang berbentuk seperti tombak itu. Setelah
itu, sambungkan dengan kabel penghantar. Pastikan, sambungan dengan kabel ini
kuat dan dapat menghantarkan listrik dengan baik.
Banyak
masalah terjadi karena penyambungan antara kabel dan batang penyalur petir yang tidak
sesuai dengan cara memasang penyalur petir yang
benar. Hal ini dapat merusak penyalur petir itu
sendiri, serta membahayakan bangunan yang dipasang penyalur petir ini.
3.3. Prinsip Kerja Grounding System (Penyalur Petir)
Prinsip kerja
penyalur petir adalah bagaimana cara kerja alat penyalur petir sehingga membuatnya mampu menyingkirkan bahaya
sengatan petir agar tidak mengenai gedung atau tempat yang dilindunginya. penyalur petir adalah alat yang digunakan untuk menghindari
sambaran petir.
Gambar 3.1. prinsip kerja grounding system (penyalur
petir)
Untuk menjelaskan prinsip kerja penyalur petir ini dapat dimulai dari
bagian alat penyalur petir yaitu batang penyalur petir, konduktor dan grounding. Prinsip kerja penyalur petir
konvensional yaitu membuatkan jalan yang lebih baik agar petir lebih cepat mencapai
tempat pembumian. Sehingga dengan begitu petir tidak akan melewati jalan lain
yang lebih sulit (yaitu bangunan atau area proteksi). Oleh sebab itu bahan yang
digunakan harus sesuai dengan cara kerja penyalur petir, dimana secara
keseluruhan harus memiliki nilai konduktivitas yang baik. Jika bahan yang
digunakan memiliki kualitas penghantar listrik yang buruk, maka nilai
hambatannya akan besar, dan membahayakan bangunan.
Prinsip kerja penyalur petir secara singkat adalah ketika ada petir, batang
penyalur yang terletak diatas bangunan akan menjadi sasaran petir. Hal ini
disebabkan, batang penyalur petir yang runcing dan tinggi serta memiliki
kualitas penghantar yang baik maka akan cenderung lebih mudah untuk dilalui
muatan listrik petir. Selanjutnya, muatan listrik petir akan segera menuju
bagian kabel penyalur petir atau kabel konduktor sehingga akan lebih cepat
sampai ke tanah (grounding).
Mengingat besarnya muatan listrik yang berasal dari petir, maka selain kualitas
konduktor yang baik, ukuran diameter kabel penyalur petir juga tidak boleh yang
kecil. Dan yang lebih penting lagi nilai tahanan listrik untuk penyalur petir
tidak boleh di atas 5 ohm. Namun ahli penyalur petir biasanya akan
merekomendasikan tahanan di bawah 2 ohm. Semakin kecil nilai hambarannya akan
semakin baik.
Jika pemasangan alat penyalur petir tidak bagus dan mengesampingkan prinsip
kerja penyalur petir, maka dikhawatirkan penyalur petir gagal bekerja. Contoh
prinsip kerja penyalur petir yang gagal yaitu, jika nilai tahanan penyalur
petir besar akibat kualitas bahan yang buruk, maka ketika sambaran petir yang
besar datang, muatan listrik yang seharusnya dapat dengan lancar mengalir ke
bagian pembumian, akan terhambat dan tertahan. Akibatnya, jika ada petir lagi,
muatan petir yang pertama belum sempat dinetralkan, dan petir susulan ini tidak
dapat menuju tanah sehingga akan menyambar bangunan. Atau jika tidak, akan
muncul side flashing (lompatan bunga
listrik) sehingga dapat menyebabkan lonjakan tegangan listrik yang dapat
merusak perangkat elektronik penting.
IV. Kesimpulan
Pada dasarnya sambaran
petir selalu mengenai daerah yang tinggi. Contohnya sambaran petir mengenai
pohon yang tinggi serta rumah dan gedung yang bertingkat. Oleh karena itu
gedung dan rumah tinggal seharusnya memiliki pengamanan grounding system (penyalur petir), khususnya yang berada didaerah
dataran tinggi ataupun diwilayah yang terdapat sambaran petir tertinggi.
Contohnya menurut Isokeraunik Level yang
bersumber dari BMKG, Jakarta-Jawa termasuk dalam kategori tinggi tingkat
kerawanan terhadap petir yaitu 193 curah petir dan 52,88% IKL. Dimana jika IKL
> 50% adalah kategori tinggi, jika IKL 25% atau < 50 % adalah kategori
sedang dan jika IKL < 25% adalah kategori rendah.
V. DAFTAR PUSTAKA
1. http://www.kompasiana.com/evadayat/alasan-menggunakan-alat-penangkalpetir_54f69b45a3331184118b50ae (Diakses pada tanggal 20 April 2017)
2. http://lib.ui.ac.id/file?file=digital/20249274-R231059.pdf (Diakses pada tanggal 20 April 2017)
3.
http://gudang petir.com/mengukur-resistansi-ground/ (Diakses pada tanggal 20 April 2017)
4.
http://gudangpetir.com/kabel-penyalur-penangkal-petir/ (Diakses pada tanggal 20 April 2017)
5.
http://www.pusatpenagkalpetir.com/2015/05/menghitung-frekuensi-sambaran-petir-di.html?m=1 (Diakses pada tanggal 20 April 2017)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar