Terjadinya Petir dan Dampak yang ditimbulkan terhadap kehidupan

Di musim penghujan seperti ini pastinya kita selalu waswas akan terjadinya kilat atau petir, keras nya suara dan percikan sinar nya membuat seseorang menjadi takut yang ter amat sangat.

Pada kali ini saya ingin menjelaskan bagaimana terjadinya petir dan sebuah dampak yang ditimbulkan terhadap kehidupan sehari-hari.

Silahkan di baca..

Sambaran tidak langsung (jarak jauh)

Sambaran tidak langsung (jarak jauh) yaitu sambaran yang jauh dari obyek. Sambaran suatu titik diluar obyek bisa sampai dengan ratusan Km sehingga menimbulkan hantaran gelombang berjalan (electromagnetic wave) atau induksi yang menuju ke peralatan listrik atau elektronika melalui saluran listrik, telekomunikasi atau pipa air. Akibat sambaran tersebut timbul tegangan lebih yang merupakan nilai puncak tegangan dan nilai kecuraman tegangan.

Petir merupakan hasil pemisahan muatan listrik secara alami di dalam awan badai. Di dalam awan terjadi pemisahan muatan. Beberapa teori menyatakan bahwa di dalam awan badai, terdapat kristal es bermuatan positif, sedangkan titik air bermuatan negatif. Mekanisme selanjutnya adalah timbulnya petir yang diawali dengan pengembangan sambaran perintis (stepped downward leader ). Gerakan ke bawah ini bertahap sampai dekat ke tanah, sehingga muatan negatif yang dibawa oleh stepped leader tersebut memperbesar induksi muatan positif di permukaan tanah, akibatnya gradien tegangan antara dasar awan dengan tanah semakin besar.

Apabila kedua akumulasi muatan ini saling tarik-menarik, maka muatan positif dalam jumlah yang besar akan bergerak ke atas menyambut gerakan stepped leader yang bergerak kebawah, akhirnya terjadi kontak pertemuan antara keduanya. Gerakan keatas muatan positif tersebut membentuk suatu streamer yang bergerak ke atas (upward moving streamer), atau yang lebih populer disebut sebagai sambaran balik (return stroke) yang menyamakan perbedaan potensial.

Sebuah sambaran petir berukuran rata-rata memiliki energi yang dapat menyalakan sebuah bola lampu 100 watt selama lebih dari 3 bulan. Sebuah sambaran kilat berukuran rata-rata mengandung kekuatan listrik sebesar 20.000 amp. Sebuah las menggunakan 250-400 amp untuk mengelas baja. Kilat bergerak dengan kecepatan 150.000 km/detik, atau setengah kecepatan cahaya, dan 100.000 kali lipat lebih cepat daripada suara Kilatan yang terbentuk turun sangat cepat ke bumi dengan kecepatan 96.000 km/jam.

EFEK SAMBARAN PETIR

Efek Listrik

Ketika arus petir melalui kabel penyalur (konduktor) menuju resistansi elektroda bumi instalasi penangkal petir, akan menimbulkan tegangan jatuh resistif, yang dapat dengan segera menaikan tegangan sistem proteksi kesuatu nilai yang tinggi dibanding dengan tegangan bumi. Arus petir ini juga menimbulkan tegangan yang tinggi disekitar elektroda bumi, yang sangat berbahaya bagi makluk hidup. Dengan cara yang sama induktansi sistem proteksi harus pula diperhatikan karena kecuraman muka gelombang pulsa petir. Dengan demikian tegangan jatuh pada sistem proteksi petir adalah jumlah aritmatik komponen tegangan resistif dan induktif.

Efek Tegangan Tembus – Samping

Titik sambaran petir pada sistem proteksi petir bisa memiliki tegangan yang lebih tinggi terhadap unsur logam didekatnya, sehingga dapat menimbulkan resiko tegangan tembus dari sistem proteksi petir yang telah terpasang menuju struktur logam lain. Jika tegangan tembus ini terjadi maka sebagian arus petir akan merambat melalui bagian internal struktur logam seperti pipa besi dan kawat. Tegangan tembus ini dapat menyebabkan resiko yang sangat berbahaya bagi isi dan kerangka struktur perangkat atau bangunan yang dilindungi.

EFEK THERMAL

Dalam kaitannya dengan sistim proteksi petir, efek termal pelepasan muatan petir adalah terbatas pada kenaikan temperatur konduktor yang dilalui arus petir yang besar, waktunya adalah sangat singkat dan pengaruhnya pada sistem proteksi petir biasanya diabaikan. Pada umumnya luas penampang konduktor instalasi penangkal petir dipilih terutama untuk memenuhi persyaratan kualitas mekanis, yang berarti sudah cukup besar untuk membatasi kenaikan temperatur 1 derajat celcius.

EFEK MEKANIS

Apabila arus petir melalui kabel penyalur pararel (konduktor) yang berdekatan atau pada konduktor dengan tekukan yang tajam akan menimbulkan gaya mekanis yang cukup besar, oleh karena itu diperlukan ikatan mekanis yang cukup kuat. Efek mekanis lain ditimbulkan oleh sambaran petir yang disebabkan kenaikan temeratur udara yang tiba-tiba mencapai 30.000 K dan menyebabkan ledakkan pemuaian udara disekitar jalur muatan bergerak. Hal ini dikarenakan jika konduktifitas logam diganti dengan konduktifitas busur api listrik, enegi yang timbul akan meningkatkan sekitar ratusan kali dan energi ini dapat menimbulkan kerusakan pada struktur bangunan yang dilindungi.

Energi yang dilepaskan oleh satu sambaran petir lebih besar daripada yang dihasilkan oleh seluruh pusat pembangkit tenaga listrik di Amerika. Suhu pada jalur di mana petir terbentuk dapat mencapai 10.000 derajat Celcius. Suhu di dalam tanur untuk meleburkan besi adalah antara 1.050 dan 1.100 derajat Celcius.

Panas yang dihasilkan oleh sambaran petir terkecil dapat mencapai 10 kali lipatnya. Panas yang luar biasa ini berarti bahwa petir dapat dengan mudah membakar dan menghancurkan seluruh unsur yang ada di muka bumi. Perbandingan lainnya, suhu permukaan matahari tingginya 700.000 derajat Celcius.

Dengan kata lain, suhu petir adalah 1/70 dari suhu permukaan matahari. Cahaya yang dikeluarkan oleh petir lebih terang daripada cahaya 10 juta bola lampu pijar berdaya 100 watt.

JENIS KERUSAKAN

Jenis kerusakan akibat sambaran petir sangat tergantung pada besar kecilnya petir dan sensitivitas peralatan , Adapun jenis kerusakan tsb diantaranya adalah :
Kerusakan yang kelihatan secara visual, misalnya : terbakarnya komponen perangkat /module.
Damage pada data-data penting atau berubahnya output dari suatu perangkat ( Out of spec) sehingga harus di reset / di setting ulang.

JALUR MASUKNYA THUNDERSTORM (PETIR)

Transient yang berbahaya ini dapat masuk baik melalui hubungan langsung ( konduksi ) , melalui induksi arus pada line kabel ( kabel listrik, kabel telepon, kabel data , kabel antena / waveguide antena ) , ataupun melalui hubungan kapasitif. Yang paling sering menimbulkan kerusakan adalah transient-induksi .Ledakan petir yang terjadi sangat jauh sekalipun ( belasan kilometer dari lokasi perangkat ) dapat menimbulkan induksi transient yang cukup berbahaya bagi perangkat elektronik yang peka.

Perambatan gelombang elektro-magnetik yang tertangkap di perkabelan listrik, telepon, kabel data, kabel antena / wave guide akan menimbulkan tegangan kejut ataupun arus kejut , dimana besar tegangan kejut atau arus kejut tersebut tergantung pada besarnya rambatan gelombang elektro magnetik , dan pada panjangnya perkabelan / konduktor yang menangkap rambatan tersebut.

Sambaran

Ancaman petir dapat berupa:

1. Sambaran petir langsung (dekat)

2. Sambaran petir tidak langsung (jauh)

Sambaran petir langsung dikenal sebagai sambaran dekat dan sambaran tidak langsung dikenal sebagai sambaran jauh.

Semakin banyaknya pemakaian komponen mikroelektronik atau mikroprosesor untuk perangkat Infokom atau IT telah menunjukkan statistik kerusakan cukup besar yang disebabkan oleh kedua sambaran petir tersebut.

Sambaran langsung (jarak dekat)

Sambaran langsung yaitu suatu sambaran dekat dari obyek (pohon, antena,gedung dst). Misalnya, sambaran dekat dengan instalasi Telekomunikasi, atau sambaran pada tower antenna, dll.

Arus atau impulse petir yang besar dapat berupa thermal atau mekanikal dimana suhu yang sangat tinggi dapat melelehkan logam atau gaya yang cukup besar dapat mematahkan logam. Selain itu akan mengakibatkan drop tegangan pada tahanan pembumian (grounding), kopling kapasitif dan Tegangan induksi pada loop metal.

Sambaran tidak langsung (jarak jauh)

Sambaran tidak langsung (jarak jauh) yaitu sambaran yang jauh dari obyek. Sambaran suatu titik diluar obyek bisa sampai dengan ratusan Km sehingga menimbulkan hantaran gelombang berjalan (electromagnetic wave) atau induksi yang menuju ke peralatan listrik atau elektronika melalui saluran listrik, telekomunikasi atau pipa air. Akibat sambaran tersebut timbul tegangan lebih yang merupakan nilai puncak tegangan dan nilai kecuraman tegangan.

Mekanisme masuknya Petir ke perangkat Infokom

Dari sambaran langsung dapat terlihat jelas bekasnya pada obyek sedangkan dari sambaran tidak langsung tidak nampak bekas sambaran namun cukup berbahaya dan mengakibatkan kerugian material yang cukup besar. Infrastruktur perangkat Infocom ditunjang oleh perkabelan Kabel Data baik dari antena di Tower maupun Jaringan Kabel pelanggan (Voice, Video, dll) dan Kabel Power dari sumber di luarnya yang semuanya adalah sebagai jalan masuk atau hole bagi tegangan lebih jika terjadi sambaran petir. Pada saat pelepasan muatan petir ke tanah yang berupa sambaran petir akan timbul gelombang elektromagnetik yang merambat ke segala arah dari titik sambaran yang akan menimbulkan tegangan lebih (Surge Voltage). Pada zaman perangkat Infokom belum menggunakan mikroprosesor, hal ini belum terasa akibatnya, namun pada saat ini saat teknologi semakin berkembang pesat dimana hampir semua perangkat menggunakan komponen mikroprosesor yang rawan terhadap petir, maka akibat dari sambaran petir dekat atau jauh akan sangat terasa.

1. Melalui kopling induktif

Perangkat Infokom yang yang selalu ditunjang dengan kabel data maupun listrik melalui alur yang berbeda, mengakibatkan jaringan data dan listrik membentuk suatu loop Induktif. Arus petir yang masuk melalui metal akan menimbulkan medan magnetik yang akan menginduksikan tegangan pada loop yang dibentuk oleh jaringan tersebut., lalu tegangan transversal akan timbul di loop pada input dan output perangkat, dan ini akan merusak perangkat. Seperti terjadi di Sentral Telepon Otomat (STO) Jember pada tanggal 07 April 1995.

2. Kopling konduktif

Aliran arus petir masuk ke kabel atau jalur kabel sehingga tegangan di sekitar induktor akan terinduksi dan memberikan tegangan input dari peralatan Infokom, atau timbul tegangan induksi elektromagnetik ketika sambaran dekat. Seperti yang terjadi di Repeater Srewen September 1998.

3. Kopling galvanis (ohmis coupling).

Bila terjadi kenaikan tegangan tanah mencapai Kilo Volt dari tahanan yang berbeda dari dua perangkat yang terhubung dengan grounding yang berbeda, tegangan tersebut dapat merusak perangkat. Contoh peristiwa di STO Simpang lima Semarang 25 Desember 1995 jam 16.00 WIB.

4. Kopling kapasitif.

Jika petir menyambar saluran masuk perangkat atau batang penangkal petir maka tegangan pada saluran petir sampai ribuan volt lebih tinggi dibanding sekitarnya dan mengakibatkan nilai kapasitor besar. Sehingga secara kapasitif akan terkopling ke sekitarnya dan menimbulkan arus yang mengalir keperangkat yang terkopling dan arus ke perangkat. Contoh kejadiannya di STO Pagatan 13 Maret 1999 pada jam 21.00 WIT

Klasifikasi tanah adalah suatu sistem pengaturan beberapa jenis tanah yang berbeda-beda, tapi mempunyai sifat yang serupa kedalam kelompok-kelompok atau sub-sub kelompok tertentu. Dari sudut pandang teknis, tanah dapat digolongkan menjadi beberapa pokok yaitu : Batu krikil (gravel), pasir ( Sand), Lanau (Silt), Lempung (Clay).

Jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tergantung dari beberapa faktor yaitu :

1. Jenis tanah : tanah liat, berpasir, berbatu dan lain-lain.
2. Lapisan tanah : berlapis-lapis dengan tahanan berbeda atau uniform.

3. Kelembaban tanah.
4. Temperatur.

Arrestor & Grounding

Sistem proteksi internal pada prinsipnya adalah berupa pemasangan Arrester antara line konduktor dan grounding. Pemasangan arester ini harus di sesuaikan antara type arester dengan spesifikasi teknis perangkat yang akan diproteksi.

Perlindungan bertahap harus dilakukan karena sifat arrester yang dapat di produksi oleh pabrik, yaitu berhubungan dengan kemampuan dan kecepatan respon dari arrester untuk membuang energi transient ke ground.

Arrester yang mempunyai kemampuan membuang energi yang lebih besar mempunyai respon yang lebih lambat dibanding dengan arrester yang mempunyai daya buang yang lebih kecil.

Arester yang daya buangnya lebih kecil tapi mempunyai respon yang lebih cepat juga berfungsi membuang bocoran energi transient dari arester sebelumnya yang belum sempat dishortkan ke ground.

Harus kita sadari bahwa kecepatan rambat energi transient petir ini sangat cepat , hanya dalam ukuran nano detik.Disamping itu, arester kecepatan tinggi ini juga diperlukan memproteksi perangkat dari arus transient yang timbul akibat hubungan kapasitip ataupun induktip konduktor ( penghantar ) pada saat ada sambaran petir langsung maupun yang tidak langsung , atau dapat juga diakibatkan oleh switching beban-beban kapasitip / induktip yang besar.

Urutan penempatan arester tidak boleh dibalik, sebab bila arester yang kecepatannya lebih tinggi dengan daya buang yang lebih kecil di tempatkan di zona awal maka dapat mengakibatkan arester akan rusak, ditandai dgn perubahan warna pada indikatornya. Ukuran ambang batas kerja arrestor pada umumnya antara 228-230 Volt untuk tegangan AC dan 60-75 Volt untuk tegangan DC.

Rangkaian sistim protection

JALUR MASUKNYA THUNDERSTORM (PETIR)

Transient yang berbahaya ini dapat masuk baik melalui hubungan langsung ( konduksi ) , melalui induksi arus pada line kabel ( kabel listrik, kabel telepon, kabel data , kabel antena / waveguide antena , tiang) , ataupun melalui hubungan kapasitif. Yang paling sering menimbulkan kerusakan adalah transient-induksi .Ledakan petir yang terjadi sangat jauh sekalipun ( belasan kilometer dari lokasi perangkat ) dapat menimbulkan induksi transient yang membahayakan bagi perangkat elektronik yang peka.

Perambatan gelombang elektro-magnetik yang tertangkap di perkabelan listrik, telepon, kabel data, kabel antena / wave guide akan menimbulkan tegangan kejut ataupun arus kejut , dimana besar tegangan kejut atau arus kejut tersebut tergantung pada besarnya rambatan gelombang elektro magnetik , dan pada panjangnya perkabelan / konduktor yang menangkap rambatan tersebut.

Mekanisme masuknya sambaran petir ke perangkat

Proteksi terhadap Surge Current & Surge Voltage

Grounding
Grounding atau pentanahan untuk perangkat sesuai dengan standard mempunyai ukuran <= 3 ohm.

Arrester

Arrester merupakan pengaman perangkat terhadap tegangan lebih yang diantaranya diakibatkan oleh petir. Pada perangkat ONU biasanya yang dipasang yaitu arrester yang bertype untuk over voltage protection.

Pemasangan arrester pada perangkat ONU yaitu :

Arrester tegangan AC setelah MCB PLN (sebanyak 2 bh baik untuk L maupun N). Yang harus diperhatikan pada PDB yaitu bar untuk Netral dan bar untuk grounding terpisah.

Arrester tegangan DC setelah rectifier.(sebanyak 2 bh, baik untuk (+) maupun (-). Yang harus diperhatikan pada PDB yaitu bar untuk (+) dan bar untuk grounding terpisah.