Pertimbangan Design Lightning Protection

Tujuan studi ini adalah untuk memberikan pengamanan praktis bagi orang dan properti dari bahaya yang timbul akibat sambaran petir.

KODE DAN STANDAR
kode dan standar yang digunakan untuk perhitungan ini adalah NFPA 780 (National Fire Protection Association).
Edisi NFPA 780, Standar untuk Instalasi sistem penangkal petir, disiapkan oleh Technical Committee on Lightning Protection dan ditetapkan oleh National Fire Protection Association. Edisi NFPA 780 ini disetujui oleh American National Standard pada 4 oktober 2011.

Sedangkan kode dan standar IEC (International Electrotechnical Commission) yang sesuai dasar untuk desain listrik secara keseluruhan, spesifikasi dan instalasi peralatan listrik adalah IEC 61024 (Perlindungan Struktur terhadap petir).

SISTEM PENANGKAL PETIR (LIGHTNING PROTECTION SYSTEM)

Sebuah sistem penangkal petir adalah sistem lengkap dengan perangkat terminasi, konduktor, terminal tanah, interkoneksi konduktor, perangkat penekanan lonjakan, dan konektor lain atau alat kelengkapan yang dibutuhkan untuk melengkapi sistem.

Sistem proteksi petir terdiri dari tiga bagian dasar berikut yang mempunyai impedansi rendah:

• Sebuah sistem perangkat terminasi di atap dan lokasi ditinggikan lainnya 
• Sebuah sistem terminal ground 
• Sebuah sistem konduktor yang menghubungkan perangkat terminasi ke terminal tanah

Peletakan dan pemasangan yang benar, komponen dasar meningkatkan kemungkinan bahwa debit petir akan dilakukan tanpa membahayakan antara perangkat terminasi dan terminal tanah.

DESAIN PENANGKAL PETIR (LIGHTNING PROTECTION DESIGN)

Persyaratan untuk perlindungan terhadap listrik statis dan petir dalam area proses / utilitas harus dipenuhi oleh sistem pentanahan (grounding) umum. Semua struktur dan item peralatan harus langsung terhubung ke sistem pentanahan umum.

Penangkal petir (Lightning Protection) untuk kasus ini digunakan tipe konvensional. 

Peralatan yang digunakan untuk tipe konvensional adalah:

• Air terminal: Sebuah perangkat terminasi yang merupakan reseptor untuk kilatan/ sambaran untuk sistem proteksi petir dan terdaftar untuk tujuan tersebut .
• Down Conductor: Sebuah konduktor yang digunakan untuk membawa arus petir antara perangkat terminasi ke terminal tanah. Transient earth clamp.
• Joint test terminal pada junction box.
• Clamp untuk rod ke koneksi down conductor (bonding): Sebuah sambungan listrik antara obyek elektrik konduktif dan komponen dari sistem proteksi petir yang dimaksudkan untuk mengurangi perbedaan potensial yang diciptakan oleh arus petir secara signifikan.

Tipe Un-Convesional (CLT)

Dynasphere ™ Controlled Leader Emision (CLT) terminal udara, terminal ini terdiri floating spheroid yang bertindak untuk mengurangi distorsi medan listrik dan korona yang dihasilkan. 

Prinsip operasi dari terminal ini bergantung pada kopling kapasitif dari lingkup luar terminal dengan muatan leader. Hal ini pada gilirannya menimbulkan tegangan permukaan bola untuk menghasilkan konsentrasi bidang di seluruh celah udara terisolasi antara lingkungan luar dan pusat finial grounded. Breakdown ini menciptakan local foto-ionisasi dan pelepasan kelebihan ion bebas

Metode Volume Pengumpulan

Pengumpulan volume menyediakan Metode imperial dan kuantitatif berdasarkan parameter desain seperti, tinggi struktur, intensifikasi bidang proyeksi struktural, leader charge, tinggi situs dan propagasi kecepatan relatif. Model dapat dikembangkan untuk tiga struktur dimensi dan menawarkan proteksi petir dengan pendekatan desain lebih ketat 

Model Collection Volume mengasumsikan semua titik pada struktur adalah  strike point potensial

Gambar 1 Lightning protection tipe Un-Convensional

LIGHTNING PROTECTION RISK ASSESMENT

Cara Penenentuan besarnya kebutuhan proteksi petir terhadap suatu bangunan menggunakan standard Peraturan Umum Instalasi Penyalur Petir (PUIPP) dan International Electrotechnical Commision (IEC) 1024-1-1.

Berdasarkan 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 berikut:

R = A + B + C + D + E

Dimana : 

R = Perkiraan bahaya petir

A = Penggunaan da nisi bangunan

B = Konstruksi bangunan

C = Tinggi Bangunan

D = Situasi Bangunan 

E = Pengaruh Kilat

Table 1 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 lading, menara atau tiang dari metal	0
Bangunan yang berisi peralatan sehari-hari atau tempat tinggal, misalnya rumah tinggal, industry kecil atau stasiun kereta api	1
Bangunan atau isinya cukup penting, misalnya manara air, took barang-barang berharga, dan kantor pemerintah	2
Bangunan yang berisi banyak sekali orang, misalanya bioskop, sarana ibadah, sekolah, dan monument sejarah yang penting	3
Instalasi gas, minyak atau bensin, dan rumah sakit	5
Bangunan yang mudah meledak dan dapat menimbulkan bahaya yang tidak terkendali bagi sekitarnya, misalnya instalasi nuklir	15

Tabel 2 Indeks B: Bahaya Berdasarkan Kontruksi Bangunan

Kontruksi bangunan	Indeks B
Seluruh bangunan terbuat dari logam dan mudah menyalurkan listrik	0
Bangunan dengan kontruksi beton bertulang atau rangka besi dengan atap logam	1
Bangunan dengan kontruksi beton bertulang, kerangka besi dan atap bukan logam	2
Bangunan kayu dengan atap bukan logam	3

Tabel 3 Indeks C : Bahaya Berdasarkan Tinggi Bangunan

Tinggi bangunan berdasarkan......(m)	Indeks C
6	0
12	2
17	3
25	4
35	5
50	6
70	7
100	8
140	9
200	10

Tabel 4  indeks D : Bahaya Berdasarkan Situasi Bangunan

Situasi bangunan	Indeks D
Di anah daar pada semua ketinggian	0
Di kaki bukit sampai % tinggi bukit atau pegunungan sampai 1000 metter	1
Dipuncak gunung atau pegunungan yang lebih dari 1000 meter	2

Tabel 5 Indeks E : Bahaya Berdasarkan Hari Guruh

Hari guruh per tahun	Indeks E
2	0
4	1
8	2
16	3
32	4
64	5
128	6
256	7

Tabel 6 Indeks R: Perkiraan bahaya sambaran petir

R	Perkiraan Bahaya	Pengamanan
< 11	Diabaikan	Tidak perlu
11	Kecil	Tidak perlu
12	Sedang	Dianjurkan
13	Agak besar	Dianjurkan
14	Besar	Sangat dianjurkan
>14	Sangat besar	Sangat perlu

Sumber: Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan. Peraturan Umum Instalasi Penangkal Petir untuk Bangunan di Indonesia. Hal 17-19

Berdasrkan International Electrotechnical Commision (IEC)

Untuk keperluan perhitungan yang lebih detail dan terperinci digunakan standart IEC 1024-1-1. Berdasarkan standart ini pemilihan tingkat proteksi yang memadai untuk suatu sistem proteksi petir didasarkan pada frekuensi sambaran petir langsung di daerah setempat (Nd) yang diperkirakan ke struktur yang di proteksi dan frekuensi sambaran petir tahunan di daerah setempat (Nc) yang diperbolehkan. Kerapatan kilat petir ke tanah atau kerapatan sambaran petir ke tanah rata-rata tahunan di daerah tempat struktur yang akan di proteksi dinyatakan sebagai:

Ng = 0.04. T_d^1.26 / km² / tahun

Dimana Td adalah jumlah dari guruh rata-rata pertahun di daerah tempat struktur yang akan diproteksi

N_d = N_g. Ae.10^-6 / tahun

Dimana Ae adalah area cakupan dari struktur (m2) yaitu daerah permukaan tanah yang di anggap sebagai struktur yang mempunyai frekuensi sambaran petir langsung tahunan

Daerah yang di proteksi adalah daerah di sekitar struktur 3h dimana h adalah tinggi struktur yang di proteksi.

Contoh penentuan Ae ditunjukkan sebagai berikut:
(a) Proyeksi ke bidang vertikal,
(b) Proyeksi ke bidang horizontal.
Pengambilan keputusan perlu atau tidaknya memasang sistem proteksi petir pada bangunan berdasarkan perhitungan Nd dan Nc dilakukan sebagai berikut:
a. Jika Nd ≤ Nc tidak perlu sistem proteksi
b. Jika Nd > Nc diperlukan sistem proteksi petir dengan efisiensi :

E>1-(Nc/Nd)

dengan tingkat proteksisesuai tabel 6.

Table 7 Efisiensi Sistem Proteksi Petir

Tingkat Proteksi	Efisiensi (E)
I	0.98
II	0.95
III	0.90
IV	0.80

Tabel 8. Penempatan terminasi udara berdasarkan tingkat proteksi

Tingkat Proteksi	h (m)	20	30	45	60	Lebar Jala (m)
	R (m)	ao	ao	ao	ao
I	20	25	-	-	-	5
II	30	35	25	-	-	10
III	45	45	35	25	-	15
IV	60	55	45	35	25	20

DAERAH PROTEKSI

Penangkap petir harus ditempatkan sedemikian rupa sehingga mampu menangkap semua petir yang menyambar tanpa mengenai bagian daerah yang dilindungi. Bidang dasar zona proteksi merupakan suatu lingkaran dengan penyalur petir sebagai titik pusatnya. Oleh sebab itu, untuk menyatakan kemampuan proteksi penyalur petir digunakan sebutan radius proteksi atau jari-jari proteksi, yaitu jarak terjauh dari pusat lingkaran yang masih dapat dilindungi penyalur petir.

Metode yang digunakan untuk mengetahui daerah proteksi adalah sebagai berikut :

1. Metode Zona Proteksi Razevig

Gambaran zona proteksi Razevig dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :

dimana : 

rx : radius proteksi

hx : tinggi maximum objek yang diproteksi

ht : tinggi total penyalur petir

terlihat dari persamaan di atas, bahwa radius proteksi berubah-ubah mengikuti perubahan tinggi benda yang diproteksi.

2. Metode bola bergulir

Semua petir yang berjarak R dari ujung penangkap petir akan mempunyai kesempatan yang sama untuk menyambar bangunan. Besarnya R berhubungan dengan besar arus petir (I) yang dinyatakan sebagai persamaan:

R (m) = I^0.75

3. Metode Early Steamer Emission  (ESE)

ESE adalah terminasi udara non konvensional, peralatan yang digunakan adalah peralatan ESE non radioaktif. Radius dari proteksi didapat dari:

Dimana:

Rp : radius dari proteksi

h : tinggi dari ujung terminal

D : tinggi dari masing-masing level proteksi

SISTEM TERMINASI UDARA

Terminasi udara merupakan bagian yang bertugas menangkap petir, berupa elektrode logam yang dipasang tegak maupun mendatar.

a. E.F Lightning Protection System

E.F Lightning Protection System merupakan salah satu metode terminasi udara penyalur petir non-conventional (modern). Sistem penyalur petir ini terbagi dalam dua bagian, yaitu E.F Terminal yang diletakkan di puncak bangunan sebagai penangkap petir dan E.F Carrier (kabel penghantar) sebagai konduktor penyalur arus yang masuk ke tanah

Tabel 9. Radius proteksi E.F lightning protection system

Tinggi (m)	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110
Radius Proteksi (m)	90	100	110	120	130	140	150	160	170	180	190	200

b. Skylance Lightning Protection System

Skylance Lightning Protection System merupakan salah satu metode terminasi udara penyalur petir non-conventional (modern). Sistem penyalur petir ini dibagi dalam dua bagian, yaitu skylance terminal yang diletakkan di puncak bangunan sebagai penangkap petir dan skylance carrier (kabel penghantar) sebagai konduktor penyalur arus yang masuk ke tanah.

Tabel 10. Radius proteksi skylance lightning protection system

Tinggi (m)	2	3	4	5	6	10	15	20	45	60
Radius Proteksi (m)	50	72	92	112	112	113	114	116	118	124

Share this Post Facebook Twitter Google+ WhatsApp