Penagkal Petir sebagai Perlindungan Terhadap Peralatan Elektronika

Intisari

Petir merupakan kejadian alam yang selalu melepaskan muatan listriknya ke bumi tanpa dapat dikendalikan dan menyebabkan kerugian harta benda dan manusia. Tak ada yang dapat mengubah situasi ini. Petir telah banyak membuat kerugian pada manusia dan kerusakan pada peralatan sejak dulu. Semakin banyaknya pemakaian alat elektronik dan peralatan tegangan rendah saat ini telah meningkatkan jumlah statistik kerusakan yang ditimbulkan oleh pengaruh sambaran petir baik langsung maupun tidak langsung.
Indonesia memiliki hari guruh yang tinggi dengan jumlah sambaran petirnya yang banyak, sehingga kerusakan dan kerugian yang ditimbulkannya pun lebih besar. Upaya proteksi manusia dan peralatan telah dilakukan, namun dengan semakin luas, semakin banyak dan semakin canggihnya peralatan listrik dan elektronik yang digunakan menyebabkan semakin rumitnya sistem yang diperlukan.

Kerusakan yang diakibatkan oleh petir

Keadaan alam iklim tropis Indonesia pada umumnya termasuk daerah dengan hari petir yang tinggi setiap tahun. Karena keterbatasan data besarnya hari petir untuk setiap lokasi di Indonesia, pada saat ini diasumsikan bahwa lokasi-lokasi yang tinggi di atas gunung atau menara yang menonjol ditengah- tengah area yang bebas (sawah, ladang, dll.) mempunyai kemungkinan sambaran lebih tinggi daripada tempat-tempat di tengah-tengah kota yang dikelilingi bangunan-bangunan tinggi lainnya. Tempat-tempat dengan tingkat sambaran tinggi (frekwensi maupun intensitasnya) mendapat prioritas pertama untuk penanggulangannya, sedangkan tempat-tempat yang relatif kurang bahaya petirnya mendapat prioritas ke dua dengan pemasangan protektor yang lebih sederhana. Lokasi yang mempunyai nilai bisnis tinggi (industri kimia, pemancar TV, Telkom, gedung perkantoran dengan sistem perkantoran dan industri strategis seperti : hankam, pelabuhan udara, dll.), memerlukan proteksi yang dilakukan seoptimal mungkin, sedangkan lokasi dengan nilai bisnis rendah mungkin makin sederhana sistem protektor yang akan dipasang.
Pemakaian penangkal petir tradisional (eksternal) sudah sangat dikenal sejak dulu untuk melindungi bangunan atau instalasi terhadap sambaran petir. Bagaimanapun alat pelindung tradisional ini hanya dapat digunakan sebagai perlindungan gedung itu sendiri terhadap bahaya kebakaran atau kehancuran, sedangkan induksi tegangan lebih atau arus lebih yang diakibatkan masih belum terserap sepenuhnya oleh penangkal petir tradisional tadi. Induksi inilah yang bahayanya cukup besar terhadap peralatan elektronik yang cukup sensitif dan MAHAL HARGANYA.
Dengan berkembangnya teknologi yang sangat pesat hingga kini, maka pelepasan muatan petir dapat merusak jaringan listrik dan peralatan elektronik yang lebih sensitif. Sambaran petir pada tempat yang jauh sudah mampu merusak sistem elektronika dan peralatannya, seperti instalasi komputer, perangkat telekomunikasi seperti PABX, sistem kontrol, alat-alat pemancar dan instrument serta peralatan elektronik sensitif lainnya. Untuk mengatasi masalah ini maka perlindungan yang sesuai harus diberikan dan dipasang pada peralatan atau instalasi terhadap bahaya sambaran petir langsung maupun induksinya.
Salah satu penyebab semakin tingginya kerusakan peralatan elektronika karena induksi sambaran petir tersebut adalah karena sangat sedikitnya informasi mengenai petir dan masalah yang dapat ditimbulkannya.

Kerusakan Akibat Sambaran Langsung
Kerusakan ini biasanya langsung mudah diketahui sebabnya, karena jelas petir menyambar sebuah gedung dan sekaligus peralatan listrik/elektronik yang ada di dalamnya ikut rusak (kemungkinan mengakibatkan kebakaran gedung, PABX, kontrol AC, komputer, alat pemancar, dll. hancur total).

Kerusakan Akibat Sambaran Tidak Langsung
Kerusakan ini sulit diidentifikasi dengan jelas karena petir yang menyambar pada satu titik lokasi sehingga hantaran induksi melalui aliran listrik/kabel PLN, telekomunikasi, pipa pam dan peralatan besi lainnya dapat mencapai 1 km dari tempat petir tadi terjadi. Sehingga tanpa disadari dengan tiba-tiba peralatan komputer, pemancar TV, radio, PABX terbakar tanpa sebab yang jelas. Contoh : Petir menyambar tiang PLN lokasi A sehingga tegangan/arusnya mencapai dan merusak peralatan rumah sakit dan peralatan telekomunikasi di lokasi B karena jarak tiang PLN (A) ke rumah sakit dan peralatan telekomunikasi tersebut (B) adalah kurang atau sama dengan 1 km.

Sistem Perlindungan Peralatan (Penangkal Petir)

Sistem proteksi yang dibutuhkan berkaitan erat dengan konsep zone atau induksi yang mungkin timbul diakibatkan dari petir itu sendiri dan keinginan untuk memperoleh data petir akan terpenuhi dengan semakin banyaknya dana dan daya yang diarahkan ke permasalahan petir. Di samping itu pemahaman tentang masalah atau pengaruh yang ditimbulkan perlu ditingkatkan sehingga usaha perlindungan yang dilakukan dapat maksimal. Sistem perlindungan yang diaplikasikan pada instalasi yang sudah dibangun akan menjadi lebih mahal daripada jika dilakukan perlindungan pada saat instalasi baru pada tahap perencanaan.
Proses terjadinya awan bermuatan ini akan semakin sering jika semakin dekat ke katulistiwa yang berudara lembab. Semakin banyak terbentuknya awan bermuatan akan semakin tinggi jumlah sambaran petir yang terjadi. Jumlah sambaran ini sering disebut juga sebagai jumlah HARI-GURUH PER TAHUN (thunderstormdays).
Dari pengalaman bertahun-tahun para peneliti petir telah menunjukkan bahwa sistem proteksi petir yang didasarkan pada sistem proteksi eksternal dan internal yang klasik, misalnya seperti yang diberikan pada standard DIN VDE 0185, sudah tidak memadai lagi untuk sitem yang rumit dan menggunakan banyak fasilitas jaringan telekomunikasi yang padat seperti pabrik, pusat komputer dan pembangkit listrik. Standar yang konvensional hanya menentukan komponen secara sendiri-sendiri (individual), seperti finial, down conductor, sistem pentanahan, sistem penyama tegangan (Equipotential Bonding - EB), pembatasan medan, atau pembatasan gelombang berjalan pada hantaran.
Ada satu referensi umum untuk semua peraturan yang berlaku pada bidang teknik telekomunikasi, misalnya pada standar Jerman DIN VDE 0800 dan DIN VDE 0845. Standar ini pun belum tentu sesuai dengan standar lainnya, karena itu suatu metode telah dikembangkan untuk memungkinkan perencanaan suatu sistem proteksi yang bisa mengintegrasikan seluruh individual sistem tersebut.
Proteksi petir untuk instalasi telekomunikasi pada dasarnya adalah masalah Electromagnetic Compatibility - EMC. Peralatan elektronik harus tahan terhadap gangguan dari induksi dan konduksi petir pada akibat sambaran langsung atau sambaran dekat dan bahkan tidak boleh "upset" atau terputusnya komunikasi.
Untuk mengintegrasikan seluruh sistem proteksi tersebut, dikenal istilah Lighting Protection Zones (LPZ) yang telah digunakan sebagai standar di Hankam milik Jerman. Prinsipnya adalah sistem proteksi dibagi menjadi beberapa bagian dengan intersection yang jelas antara masing-masing zone. Untuk daerah proteksi, kondisi elektromagnetik dapat didefinisikan, misalnya besarnya medan listrik dan medan magnet akibat pengaruh petir atau besarnya tegangan lebih yang berjalan pada hantaran yang memasuki daerah tersebut. Dari besaran dapat ditentukan ukuran hantaran dan karakteristik alat proteksi yang dibutuhkan.
Metode ini telah dibahas untuk dijadikan sebagai standar pada International Electrotechnical Commission (IEC) TC 81. LPZ ini dimulai dari Zone 0, daerah yang memungkinkan terjadinya sambaran petir (LEMP) langsung, yaitu:

1. Arus transient akibat sambaran petir langsung.
   
2. Arus transient yang mengalir melalui hantaran (kondiksi).
   
3. Medan elektromagnetik akibat sambaran langsung atau sambaran dekat.
   

Model ini dapat dikembangkan untuk proteksi akibat tegangan lebih, akibat proses switching (SEMP) di dalam industri, sehingga proteksi yang lengkap bisa diperoleh.

Konsep Daerah Proteksi (LPZ) dan Tingkat Proteksi (PL) Untuk sistem yang rumit umumnya digunakan Metode Bola Petir (Rolling Sphere Method) untuk menentukan letak finial. Dengan demikian ada daerah yang kemungkinan mendapatkan sambaran petir langsung (LPZ O), juga ada daerah yang tidak akan mendapat sambaran langsung karena terproteksi oleh finial (LPZ O/E).
Dapat ditentukan klasifikasi dari daerah proteksi dan tingkat proteksi, misalnya untuk pusat komputer. Hantaran yang datang dari LPZ O masuk ke LPZ 1 harus dihubungkan dengan alat proteksi yang sesuai yang dilengkapi dengan Equipotential Bonding (EB).
Pada sambaran petir diberikan besaran arus petir yang mengalir pada sistem listrik akibat sambaran petir langsung pada instalasi.
Sesuai dengan ketentuan International Electrotechnical Commission TC 81 yang disahkan bulan Agustus 1989 maka sistem penangkal petir yang sempurna harus terdiri atas 3 bagian:

1. Proteksi External
   Yang disebut Proteksi External adalah instalasi dan alat-alat di luar sebuah struktur untuk menangkap dan menghantar arus petir ke sistem pembumian atau berfungsi sebagai ujung tombak penangkap muatan listrik/arus petir di tempat tertinggi.Proteksi External yang baik terdiri atas:
   - Air Terminal atau Interseptor. - Down Conductor. - Equipotensialisasi.
2. Proteksi Pembumian/Pentanahan
   Bagian terpenting dalam instalasi sistem penangkal petir adalah sistem pembumiannya. Kesulitan pada sistem pembumian biasanya karena berbagai macam jenis tanah. Hal ini dapat diatasi dengan menghubungkan semua metal (Equipotensialisasi) dengan elektrode tunggal yang ke bumi. Hal ini sesuai dengan IEC TC 81 Bab 2.3.
   
3. Proteksi Internal
   Proteksi Internal berarti proteksi peralatan elektronik terhadap efek dari arus petir. Terutama efek medan magnet dan medan listrik pada instalasi metal atau sistem listrik. Sesuai dengan standar DIV VDE 0185, IEC 1024-1. Proteksi Internal terdiri atas:
   
   - Pencegahan sambaran langsung. - Pencegahan sambaran tidak langsung. - Equipotesialisasi.
    
4. Peralatan Proteksi Petir
   Untuk dapat mengantisipasi perkembangan peralatan listrik dan elektronika, maka peralatan proteksi dalam Konsep Daerah Proteksi yang berorientasi pada EMC juga mempunyai tugas yang disesuaikan dengan kebutuhan tersebut.
   

   Kesimpulan

   Perlunya dilakukan penyampaian informasi yang cepat dan tepat kepada perencanaan, pemeliharaan dan penyedia komponen peralatan proteksi tentang teknologi dan metode-metode baru yang berkembang pesat seirama dengan perkembangan teknologi elektronika dan mikroprosesor.Tingkat proteksi yang ada pada sentral telepon Telkom pada umumnya belum mengacu pada proteksi Eksternal dan Internal, apalagi konsep LPZ yang masih sangat baru untuk instalasi di Indonesia.