proteksi petir

PROTEKSI TEGANGAN LEBIH PADAPROTEKSI TEGANGAN LEBIH PADA SISTEM TEGANGAN RENDAH

Dosen Pengasuh:

Zainuddin NawawiZainuddin Nawawi

Muhammad Irfan Jambak

15/03/2012

Standar Kompetensi :1 Mahasiswa memiliki latar belakang dan1. Mahasiswa memiliki latar belakang dan

pengetahuan yang cukup tentang phenomena terjadinya petir, surja petir dan surjaterjadinya petir, surja petir dan surjaswitching.

2. Memahami efek yang ditimbulkan oleh2. Memahami efek yang ditimbulkan olehtegangan lebih akibat surja petir dan surjaswitching.switching.

3. Memiliki kemampuan untuk merancang sistemproteksi petir

15/03/2012

proteksi petir

Course book

Overvoltage Protection ofOvervoltage Protection of Low Voltage SystemsP t HPeter Hasse

Course topics:Course topics:1. Damage due to lightning and surges.2. Origin and effect of surges.2. Origin and effect of surges.3. Protective measures, standards4. Components and protective devices:4. Components and protective devices:

construction and application

15/03/2012

Business industry and public institutions dependBusiness, industry and public institutions depend on electronic data engineering.

•Electronic data processing (EDP) systems•Measuring and control systemsMeasuring and control systems•Instrumentation and control •Data recording devices for production facilitiesData recording devices for production facilities•CIM (computer integrated manufacturing)•CIB (computer integrated business)

15/03/2012

CIB (computer integrated business)

15/03/2012

LIGHTNING AND MODERN SOCIETYLIGHTNING AND MODERN SOCIETYMODERN SOCIETY INFRASTRUCTUREMODERN SOCIETY

Production Function :Airport Transportation

INFRASTRUCTURE

- FacilitiesElectric Power

CBCLOUD- Airport, Transportation

- Hospital, TV station, Radio- Intelegent Buildings- Industries, etc

- Electric Power- Telecommunication- Data Processing- Instrument & Control

CLOUD

R

A AG S C OSingle

PREVENTION DAMAGE DESTRUCTION Simultan

Panic- Lightning Characteristic PanicCatastrophic

Lightning Characteristic- Lightning location System

LPSLPATS

1 D i P 2 LPS D iAKTIF

7

LPS1. External Protection2. Internal Protection

1. Detection Process 2. LPS Design3. Emergency Planning 4. Fault Analysis5. Safety 6. Reliability7. Prediction 8.Preventive Maint.

AKTIF

PASIF

Petir dan Masyarakat Modern

….petir pada masyarakat modern merupakankendala yang sangat serius karenamempunyai kemampuan untuk menggagalkanjuga merusak infrastruktur pada masyarakatindustri yang karena teknologi mikro & nanoindustri yang karena teknologi mikro & nanosaat ini sangat rentan dan sensitif terhadappengaruh gelombang elektromagnetik akibatpengaruh gelombang elektromagnetik akibatsambaran petir…..

8

CIRI MASYARAKAT MODERN

Membutuhkan :a. Sistem listrik arus bolak-balik dan atausearahb. Sistem telekomunikasic. Sistem proses data (komputer)

beserta jaringannya yang luasj g y y gdalam menunjang fungsi-fungsisosial dalam masyarakat …

9

y

CIRI MASYARAKAT MODERNFungsi sosial masyarakat modern :- pelabuhan udara dan pelabuhan laut- jalan tol, rumah sakit, pusat komputerj , , p p- sistem telekomunikasi,

pembangkit pengaturan penyaluran dan- pembangkit, pengaturan, penyaluran danpendistribusian tenaga listrik,

i t lli t b ildi (b b i ik )- intelligent building (berbasis mikro prosesor)pada gedung-gedung tinggi,

10

pusat pengolahan data beserta- pusat pengolahan data beserta jaringannya,

sistem kontrol pada mesin mesin- sistem kontrol pada mesin-mesin industri, stasiun relay radio,

- televisi dengan tower dan stasiun bumi- televisi dengan tower dan stasiun bumi, - sistem pertahanan militer dan

- instalasi lain dengan peralatan yang- instalasi lain dengan peralatan yang menggunakan komponen elektronik dan

mikroprosesormikroprosesor

11

ANCAMAN PETIR

SAMBARAN LANGSUNG

SAMBARAN TIDAK LANGSUNGLANGSUNG LANGSUNG

•Induksi•KonduksiKonduksi•Elevasi Tegangan

•Vessel•Tower•Stack•Kabel

• Listrik• Telekomunikasi• Komputer dan JaringanKabel

•Bangunan•Rigs Minyak•Lapangan GolfM i dll

Komputer dan Jaringan• Instrumen dan Kontrolseperti, DCS, CCTV, dll...

• Sistem Grounding dan Sistem ikat

12

•Manusia, dll….

13

PROSES TERBENTUKNYA AWANPROSES TERBENTUKNYA AWAN PETIR

• Dibutuhkan udara naik (Up-draft) keatas akibat pemanasan permukaan tanah atau sifat orografis permukaan tanah

• Dibutuhkan partikel aerosol (mengambang) yang hygroskopis (menyerap air) dari garam laut atau partikel industri yang naik bersama up-draftDib t hk d l b b ik t ik k t &• Dibutuhkan udara lembab yang ikut naik keatas & membentuk partikel es (hailstone) di awan

14

PEMBENTUKAN SEL BERMUATAN LISTRIK PADA AWAN PETIRPEMBENTUKAN SEL BERMUATAN LISTRIK PADA AWAN PETIRPEMBENTUKAN SEL BERMUATAN LISTRIK PADA AWAN PETIRPEMBENTUKAN SEL BERMUATAN LISTRIK PADA AWAN PETIR

12 5

15,0KMKM

10,0

12,5

-300C

5,0

7,5

0

0

2,0

28

15

t

Pertumbuhan Awan PetirPertumbuhan Awan PetirPertumbuhan Awan PetirPertumbuhan Awan Petir

161 2 3 4 5

Pertumbuhan awan petir di derah Pertumbuhan awan petir di derah TropisTropisTropisTropis

17

PROSES PEMBENTUKAN PROSES PEMBENTUKAN AWAN PETIRAWAN PETIR

14

12

-500 C

KRISTAL ES

KM

10

8 20

-30

8

6

ARAH ANGIN-10

-20SALJU

4

2

ANGIN NAIKARAH ANGIN

+10

0HUJAN

18

02 KM

ARAH ANGINPERMUKAAN TANAH+25

KUAT MEDAN LISTRIK DARIKUAT MEDAN LISTRIK DARIKUAT MEDAN LISTRIK DARIKUAT MEDAN LISTRIK DARIAWAN PETIRAWAN PETIR

1,5 nC/m310 km

1,6 nC/m35 km

0 2 4 6 8 10246810

Muatan corona positif

-10

-20

-30

Kuat medan di permukaan tanah

Kuat medan di permukaan laut

19

-40

-50

-60 kV/m Kuat medan di tanah

Pembentukan Awan Petir& Proses Ionisasi Natural Proses Ionisasi Natural

Sebagai hasil dari proses l kt ifik i d l kelektrifikasi dalam awan, akan

terbentuk kuat medan listrik quasi statis antara awan danquasi-statis antara awan dan permukaan tanah.

20

Pelapasan Muatan Listrik dari AwanAwan

Begitu ujung lidah petir b k d k tbergerak mendekat ketanah, kuat medan listrik pada ujung2listrik pada ujung2 struktur diatas tanah akan meningkat & t j di i i i dterjadi ionisasi udara yang menuju ke awan.

21

BAGAIMANA PETIR TERBENTUK

Leader &Leader & streamerstreamerbertemu pada bertemu pada Final jump Final jump

typically typically lompatan akhirlompatan akhir

Return stroke melaluiReturn stroke melalui

yp yyp yaround around 10 10 metresmetres

Return stroke melalui Return stroke melalui jalur yg sudah terionisasijalur yg sudah terionisasi Total charge Total charge

transferred by transferred by return stroke return stroke

Petir ikutan melalui Petir ikutan melalui jalur yang samajalur yang sama

typically typically 55--200 200 coulomb over coulomb over 00..0505--11..5 5

dd

22

secondsseconds

Formasi Dasar terjadiya Petir – Step 1j y p

Terjadi pembentukan muatan Terjadi pembentukan muatan negatif didalam awan negatif didalam awan

Terjadi peningktan kuat medanTerjadi peningktan kuat medanTerjadi peningktan kuat medan Terjadi peningktan kuat medan listrik listrik

Muatan positif akan terbentuk Muatan positif akan terbentuk k l d kk l d k& terkumpul dipermukaan & terkumpul dipermukaan

tanahtanah

Terjadi ionisasi yang Terjadi ionisasi yang j y gj y gmenghasilkan petirmenghasilkan petir melangkahmelangkah

23

Formasi Dasar terjadinya Petir – Step 2Formasi Dasar terjadinya Petir Step 2

Petir dari awan terus Petir dari awan terus melangkah ke tanah melangkah ke tanah

d dd dKuat medan pada ujung Kuat medan pada ujung struktur diatas tanah terus struktur diatas tanah terus meningkatmeningkatgg

Terjadi aliran muatan Terjadi aliran muatan positif yang kuat dari atas positif yang kuat dari atas struktur ditanah struktur ditanah

Aliran muatan bergerak Aliran muatan bergerak j kj k

24

cepat menuju keawan. cepat menuju keawan.

Formasi Dasar terjadinya Petir – Step 3Formasi Dasar terjadinya Petir – Step 3Aliran muatan Aliran muatan positif keataspositif keataspositif keatas positif keatas bertemu dengan bertemu dengan ujung lidah petir ujung lidah petir ang melangkahang melangkahyang melangkah yang melangkah

ketanahketanah

Membentuk alurMembentuk alurMembentuk alur Membentuk alur muatan listrik muatan listrik

Alur muatan ListrikAlur muatan ListrikAlur muatan Listrik Alur muatan Listrik disebut "return disebut "return stroke"stroke"

25Terlihat cahaya Terlihat cahaya Petir Petir

Sambaran Petir k T hke Tanah

LeaderLeader

Return StrokeReturn Stroke

StStStreamersStreamers

26

JENISJENIS--JENIS SAMBARAN PETIRJENIS SAMBARAN PETIR

2a 3a 4a1a

v vvv

1b 2b 3b 4b

I

r I

r

r

Ir

I

27

PERKEMBANGAN MUATAN PADA UJUNG LIDAH PETIR DAN PERKEMBANGAN MUATAN PADA UJUNG LIDAH PETIR DAN

PUSAT MUATAN NEGATIF PADAAWAN BERMUATAN

PADA PENANGKAL PETIR PADA AWAN NEGATIF PADA PENANGKAL PETIR PADA AWAN NEGATIF

LIDAH PETIR DENGANINTI PLASMA

PETIRPENGHUBUNG

r

28MUATAN POSITIF

YANG DIINDUKSIKAN

PERGERAKAN LIDAH PELOPOR PERGERAKAN LIDAH PELOPOR

(STEP LEADER)(STEP LEADER)

DARI AWAN KE TANAHDARI AWAN KE TANAH

PUKULAN BALIK(RETURN STROKE)

PETIR LOMPAT(STEPPED LEADER)

PENANGKAL PETIR

29KAMERA DENGAN FILM DIAM WAKTU, tKAMERA DENGAN FILM BERGERAK

SAMBARAN BALIK (RETURNSAMBARAN BALIK (RETURN--STROKE) DARI PETIR SETELAH LIDAH PELOPOR MENCAPAI TANAHSTROKE) DARI PETIR SETELAH LIDAH PELOPOR MENCAPAI TANAH

INTI PLASMALIDAH PETIR

PEMBUNGKUS MUATAN

RETURN STROKE

30WAKTU

PETIR DENGAN BEBERAPA SAMBARAN (MULTIPLE-STROKE)

10 ms awan 0,5 ms 0,5 ms

LIDAH PETIRBERTAHAP

LIDAH PETIR LIDAH PETIR

RETURN STROKE RETURN STROKE

PENANGKAL PETIR0,05 ms 0,05 ms 0,05 ms

0,03 s 0,03 s

ARUS PETIR PADA TITIK SAMBAR

31WAKTU

PELEPASAN MUATANPELEPASAN MUATANPELEPASAN MUATANPELEPASAN MUATAN

a. AWANa. AWAN--AWANAWAN--TANAH TANAH

32b. AWAN b. AWAN -- TANAHTANAH

PetirPetir dari awan Cumulonimbus (Cb)

33

MULTIPLE STROKE MULTIPLE STROKE LIGHTNING STRIKE LIGHTNING STRIKE

34

OSCILLOGRAM DARI ARUS PETIR

a. OSCILLOGRAM ARUS PETIR a. OSCILLOGRAM ARUS PETIR NEGATIF DENGAN NEGATIF DENGAN 5 5 PETIR IKUTANPETIR IKUTAN

35

b. OSCILLOGRAM ARUS PETIR b. OSCILLOGRAM ARUS PETIR POSITIFPOSITIF

OSCILLOGRAM ARUS PETIR

DI INDONESIA

36

SAMBARAN PETIR SAMBARAN PETIR DI DUNIA DAN DI INDONESIADI DUNIA DAN DI INDONESIADI DUNIA DAN DI INDONESIADI DUNIA DAN DI INDONESIA

JUMLAH SAMBARAN PETIR DIHITUNG DENGAN JUMLAH SAMBARAN PETIR DIHITUNG DENGAN BERAPA HARI GURUH TERDENGAR DALAM SATU BERAPA HARI GURUH TERDENGAR DALAM SATU TAHUN DAN DINYATAKAN DENGAN HARI GURUH TAHUN DAN DINYATAKAN DENGAN HARI GURUH ATAU ATAU THUNDERSTORMDAYS THUNDERSTORMDAYS

TEMPATTEMPAT--TEMPAT YANG MEMPUNYAI HARI GURUH TEMPAT YANG MEMPUNYAI HARI GURUH YANG SAMA DIHUBUNGKAN DENGAN SATU GARIS YANG SAMA DIHUBUNGKAN DENGAN SATU GARIS G S U U G G S U G SG S U U G G S U G SPADA PETA YANG DISEBUT SEBAGAI PADA PETA YANG DISEBUT SEBAGAI ISOKERAUNIC ISOKERAUNIC LEVELLEVEL

37

SAMBARAN PETIRSAMBARAN PETIRSAMBARAN PETIR SAMBARAN PETIR DI DUNIA DAN DI INDONESIADI DUNIA DAN DI INDONESIA

ISOKERAUNIC LEVEL INI DIPETAKAN OLEH BADANISOKERAUNIC LEVEL INI DIPETAKAN OLEH BADANISOKERAUNIC LEVEL INI DIPETAKAN OLEH BADANISOKERAUNIC LEVEL INI DIPETAKAN OLEH BADANMETEOROLOGI DUNIA DAN JUGA INDONESIAMETEOROLOGI DUNIA DAN JUGA INDONESIA

HARI GURUH MAKSIMUM DI BEBERAPA NEGARA :HARI GURUH MAKSIMUM DI BEBERAPA NEGARA :•• EROPAEROPA : : 30 30 HARI GURUHHARI GURUH•• AMERIKAAMERIKA : : 100 100 HARI GURUHHARI GURUH•• JEPANGJEPANG : : 80 80 HARI GURUHHARI GURUH

KOREAKOREA :: 8080 HARI GURUHHARI GURUH•• KOREAKOREA : : 80 80 HARI GURUHHARI GURUH•• AUSTRALIAAUSTRALIA : : 80 80 HARI GURUHHARI GURUH

•• INDONESIAINDONESIA :: 200200 HARI GURUHHARI GURUH

38

INDONESIAINDONESIA : : 200200 HARI GURUHHARI GURUH

Sirkuit Listrik Global Sirkuit Listrik Global Electrosphère

bbeautemps 300kV

50km Cumulo-nimbus

beautemps

temps 300kV

effetcouronne

pluie

39Terre

couronne

PETIR didaerah TROPISPETIR didaerah TROPIS

40

41

42

PARAMETER PETIRti li k b i t..arus petir yang mengalir ke bumi atau

objek diatas tanah tidak dipengaruhi oleh bj k di bobjek yang disambarnya…

..parameter petir didapatkan melalui pengukuran arus petir di lapangan…

..parameter petir bermanfaat untuk batasan p pbesaran-besaran serta ukuran peralatan proteksi yang harus di desain...

43

p ote s ya g a us d desa ...

Parameter Petir - 1Parameter Petir - 1

Arus Petir Maksimum : nilai arus î ini akan menyebabkan tegangan jatuh pada tahanan dari y g g j pobjek yang disambar

ÛE = Î.Rst

I

44

t

I

Î

stR

DATA STATISTIK PARAMETER PETIR EROPA DAN INDONESIAMt. SAN SALVATORE ,SWITZERLAND dan Mt. TANGKUBAN PERAHU, INDONESIA

PARAMETER ARUS PUNCAK PETIR : iPARAMETER ARUS PUNCAK PETIR : i

ab

ilita

s

4

Pro

ba 5

Arus Puncak Petir

Probabilitas arus puncak petir

45

p p

Eropa Gn. Tangkuban Perahu1. Petir Pertama Total 4. Petir Negatif2. Petir Negatif 5. Petir Positif3. Petir Positif

Parameter Petir - 2Kecuraman Maksimum dari Arus (di/dt) :

il i di/dt i i i b lk d tnilai di/dt ini menimbulkan drop tegangan induktif pada hantaran atau pada loop atau j i t d t d t k t k ijaringan yang terdapat pada suatu konstruksi tertutup atau terbuka yang terletak dekat k d kt dil l i tikonduktor yang dilalui arus petir

46

PARAMETER KECURAMAN GELOMBANG ARUS PETIR : di/dtPARAMETER KECURAMAN GELOMBANG ARUS PETIR : di/dt

4

2

1

Probabilitas

5

47

Kecuraman Arus Petir

1. Petir di Eropa2. Petir Tropis (Gn. Tangkuban Perahu)

3Parameter Petir - 3M P i il i Q i i kMuatan Petir : nilai muatan Q ini merupakan jumlah energi yang terjadi pada titik sambaran d i ik i ik l i di i i b ldan titik-titik lainnya dimana arus petir timbul dalam bentuk lompatan api pada isolator yang

b bk lmenyebabkan a.l ; melelehnya ujung penangkal petir atau kulit aluminium pesawat atau ujung-ujung isolator batang atau lubang pada pelat atas tangki bahan

48b.b.m

PARAMETER MUATAN ARUS PETIR : QPARAMETER MUATAN ARUS PETIR : Q

Semua Petir (n = 119)

49

Semua Petir (n = 119)Petir Negatif (n = 88)Petir Positif (n = 27)Petir Pertama (n = 117)Komponen impuls petir pertama (n = 113)

Parameter Petir - 4

Kuadrat Impuls dari Arus : nilai ini bertanggung jawab pada pemanasan dan tekanan j p pelektrodinamis pada hantaran atau struktur yang dilalui arus petir.pDisebut juga efek elektrodynamic force dari Impuls petirImpuls petir.

50

Monthly Lightning Data

LAPI ITB LAPI ITB LAPI ITB --- PT.CALTEX PACIFIC INDONESIA di DAERAH RIAUPT.CALTEX PACIFIC INDONESIA di DAERAH RIAUPT.CALTEX PACIFIC INDONESIA di DAERAH RIAU

y g g

Monthly Lightning Data on PT. CPI Area January 2002 - Oktober 2002 , Windows ( 200 X 200 ) Km2

6882

6312

6337

7987

65007000750080008500

4050

5229

5290

4828

6 6

45005000550060006500

s C

ount

5

4

85500

628

820002500300035004000

Strik

es

2 42

1115 128

463 78

5

1 43 276

269

136

29 261

330 79

7

635

3 87

15 1

566 11

1 8

0500

100015002000

J F b M h A il M J J l A t S t O t N D

51

Jan Feb March April May June July Augt Sept Oct Nov DecNegative Positive Total

Stroke Frequency Statistic

LAPI ITB LAPI ITB LAPI ITB --- PT.CALTEX PACIFIC INDONESIA di DAERAH RIAUPT.CALTEX PACIFIC INDONESIA di DAERAH RIAUPT.CALTEX PACIFIC INDONESIA di DAERAH RIAU

STROKES FREQUENCY STATISTIC Location at PT. CPI January 1 2002 - Oktober 31 2002 WINDOW (200 X 200) km2

LAPI ITB

January 1, 2002 - Oktober 31, 2002 WINDOW (200 X 200) km2

2400

2600

2800

3000

3200

1400

1600

1800

2000

22002400

200

400

600800

1000

1200

0

200

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

Hour (UTC)

Negative Positive Cloud All

52

Hal penting lainnya Hal penting lainnya St kt M t Li t ik d i ti tid k- Struktur Muatan Listrik dari awan petir tidak

seperti umumnya - Karakteristik Electromaknetik dari sambaranKarakteristik Electromaknetik dari sambaran

petir di tropis agak berbeda dengan di negara sub-tropisp

- Dalam beberapa kasus, awan panas menghasilkan petir, dimana pembentukan batu es tidak terjadi

d l i b l li ik didalam proses timbulnya muatan listrik di awan tersebut

53