II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Petir

1. Proses Pembentukan Petir

Petir merupakan suatu peristiwa peluahan muatan listrik di atmosfir. Pada suatu

keadaan tertentu dalam lapisan atmosfir bumi terdapat gerakan angin ke atas

(updraft) membawa udara lembab. Semakin tinggi dari permukaan bumi, semakin

rendah tekanan suhunya. Uap air mengkondensasi menjadi titik air dan

membentuk awan.

Angin keras dengan kecepatan 30000 – 40000 kaki yang bertiup ke atas

membawa awan lebih tinggi. Pada ketinggian lebih dari 5 km, partikel uap air dan

partikel aerosol yang ada di awan akan membeku menjadi kristal – kristal es dan

kemudian turun lagi karena adanya gravitasi bumi. Karena air mengalami

pergerakan acak vertikal dan horizontal, maka terjadilah pemisahan muatan listrik.

Tetesan air yang berada di bagian atas awan biasanya bermuatan positif dan di

bagian bawah bermuatan negatif.

Akibat adanya awan yang bermuatan akan timbul muatan induksi pada permukaan

bumi, hingga timbul medan listrik. Mengingat dimensinya, bumi dianggap rata

6

terhadap awan, maka permukaan bumi dan awan dapat dianggap sebagai dua

keping plat kondensator. Dengan demikian terjadi akumulasi muatan di awan

yang polaritasnya berbeda dengan permukaan bumi. Jika medan listrik yang

terjadi melebihi medan tembus udara, maka akan terjadi pelepasan muatan. Pada

saat itulah terjadinya petir awan ke tanah.

.

Gambar 1: Persebaran muatan positif dan negatif di dalam awan

menurut D.J Malan2

2 Kondisi ketidakmantapan di dalam atmosfer, dapat saja timbul akibat pemisahan tidak seperti

diatas. Misalnya muatan yang terjadi berpisah ke arah horizontal, yang kemudian menimbulkan

pelepasan muatan antara dua awan. Atau pemisahan muatan vertikal tersebut terjadi sebaliknya,

hingga arah peluahan muatan atau petir juga terbalik. Dari Physic Of Lightning D.J. Malan tahun

1963

0 +30

14

12

10

8

6

4

2

-64

-55

-45

-33

-18

-7

+5

Attitude, km Suhu, °C

7

2. Tahapan Perambatan Petir

Petir awan ke tanah merupakan tembus listrik transien yang berlangsung dalam

selang waktu ratusan mikrodetik dan merambat sepanjang beberapa kilometer dari

awan ke permukaan bumi. Petir awan ke tanah berawal dari daerah sela antara

daerah bermuatan positif P di dasar awan dan daerah bermuatan negatif N di

atasnya. Elektron daerah N awan bergerak ke bawah menetralkan muatan positif

di daerah P awan. Proses ini dikenal dengan proses peluahan awal. Selanjutnya

elektron merambat menuju permukaan bumi dan menimbulkan lidah petir. Lidah

petir yang pertama disebut pelopor awal. Arah langkah lidah petir berubah-ubah,

sehingga rambatan petir tidak lurus dan patah-patah. Pelopor akan terus merambat

selama pusat muatan di awan mampu memberikan muatan ke ujung pelopor

melebihi kuat medan udara6.

Seluruh kejadian peluahan petir disebut kilat. Dan dapat terjadi selama 0,5 hingga

1 detik. Satu kilat terdiri dari beberapa peluahan, di antaranya 3 atau 4 pulsa arus

tinggi yang disebut sambaran. Pada petir di dalam awan, yang merupakan

peluahan yang terjadi di dalam satu awan (awan cumulonimbus), tanpa kontak

langsung dengan permukaan bumi. Peluahan petir jenis ini merambat antara

daerah N bermuatan negatif dengan daerah P bermuatan positif di atasnya. Tipe

peluahan petir yang lainnya adalah petir awan ke awan. Petir awan ke awan terjadi

antara dua awan cumulonimbus yang berbeda muatan.

6 Ketika lidah petir mendekati permukaan tanah atau suatu objek, proses attachment terjadi. Yaitu

adanya pelopor yang memiliki polaritas positif bergerak ke atas dari permukaan tanah atau suatu

objek, mengejar lidah petir. Hal ini terjadi akibat adanya beda potensial yang tinggi. Saat kedua

pelopor ini bertemu di titik sambar dan terjadi sambaran balik. Pelopor positif ini akan terus

bergerak ke awan untuk menetralkan muatan negatif awan. Dari Gelombang berjalan dan Proteksi

Surja TS Hutauruk tahun 1991.

8

Dua tipe petir terakhir ini sangat jarang terjadi, dan sulit dikenali karena kedua

petir ini mengacu kepada petir yang berada di dalam awan. Durasi waktu

perambatan petir di dalam awan lebih pendek apabila dibandingkan dengan petir

awan ke awan.

B. Gelombang Impuls

(a)

(b)

Gambar 2. Parameter tegangan uji impuls standar

(a). tegangan impuls petir

(b). tegangan impuls pensaklaran (switching)

t

0,9 Û

0,5 Û

TCR t

Û

u(t)

S Û

Th

Ekor

Muka

0,9 Û

0,5 Û

0,3 Û

Ts

Tf

S

u(t)

Û

9

Dengan :

: Amplitudo arus puncak (kA)

u(t) : Tegangan (kV)

Tr = TCR : Waktu muka gelombang (µs)

Ts = Th : Waktu ekor gelombang (µs)

S : Titik puncak

Gelombang impuls ini mempunyai bentuk gelombang aperiodik yang diredamkan

(damped aperiodic) seperti pada waktu pelepasan muatan sebuah kapasitor

melalui sebuah tahanan yang induktif.

Gelombang yang dibangkitkan ini memiliki bentuk curam pada muka gelombang

dan ekor gelombangnya memiliki bentuk yang pendek. Definisi muka gelombang

(wave-front) dan ekor gelombang (wave-tail) ditetapkan dalam standar-standar

sedemikian rupa sehingga kesukaran untuk menetapkan permulaan gelombang

dan puncak gelombang dapat diatasi.

Muka gelombang didefinisikan sebagai bagian dari gelombang yang dimulai dari

titik nol sampai titik puncak, sedangkan sisanya disebut ekor gelombang.

Tegangan impuls petir dinyatakan dengan bentuk 1,2/50 µs yang berarti suatu

tegangan impuls mempunyai nilai Tr = 1,2 µs ± 30 % dan Ts = 50 µs ± 20 %. Pada

kondisi lain, untuk mengamati tegangan impuls akibat pensaklaran (switching)

yang jauh lebih besar waktu mukanya daripada impuls petir tidak akan lagi

menemui kesulitan. Karena penentuan titik asal 0 yang tepat dan penentuan

puncak S yang tepat dapat digunakan untuk pembakuan atau standar. Untuk

pengujian dengan tegangan impuls pensaklaran (switching) sering digunakan

10

bentuk gelombang impuls 250/2500 µs yang berarti bahwa nilai waktu muka

sebesar Tcr = 250 µs ± 20 %. dan waktu ekornya sebesar Th = 2500 µs ± 60 %.

Besarnya waktu ekor tegangan impuls pensaklaran dapat juga diberi simbol Td

yakni waktu dengan nilai tegangan sesaat lebih besar dari 0,9 sebagai pengganti

dari nilai Th. Pada kondisi lainnya kurva-kurva tegangan impuls petir sering

mengandung osilasi frekuensi tinggi dengan amplitudo yang tidak melebihi 0,05

Û pada daerah puncak maksimumnya.

C. Menara Saluran Transmisi

Pada suatu sistem tenaga listrik, energi listrik yang dibangkitkan dari pusat

pembangkit listrik ditransmisikan ke pusat-pusat pengatur beban melalui suatu

saluran transmisi, saluran transmisi tersebut dapat berupa saluran udara atau

saluran bawah tanah, namun pada umumnya berupa saluran udara. Energi listrik

yang disalurkan lewat saluran transmisi udara pada umumnya menggunakan

kawat telanjang sehingga udara digunakan sebagai media isolasi antara kawat

penghantar tersebut dengan benda sekelilingnya dan untuk menyangga kawat

penghantar dengan ketinggian dan jarak yang aman bagi manusia dan lingkungan

sekitarnya, kawat-kawat penghantar tersebut dipasang pada suatu konstruksi

bangunan yang kokoh, yang biasa disebut menara atau tower. Antara menara

listrik dan kawat penghantar disekat oleh isolator. Konstruksi tower besi baja

merupakan jenis konstruksi saluran transmisi tegangan tinggi (SUTT) ataupun

saluran transmisi tegangan ekstra tinggi (SUTET) yang paling banyak digunakan

di jaringan PLN, karena mudah dirakit terutama untuk pemasangan di daerah

pegunungan dan jauh dari jalan raya, harganya yang relatif lebih murah

11

dibandingkan dengan penggunaan saluran bawah tanah serta pemeliharaannya

yang mudah. Suatu menara atau tower listrik harus kuat terhadap beban yang

bekerja padanya, antara lain yaitu:

- Gaya berat tower dan kawat penghantar (gaya tekan).

- Gaya tarik akibat rentangan kawat.

- Gaya angin akibat terpaan angin pada kawat maupun badan tower.

Menara transmisi dapat dipresentasikan sebagai berikut :

Gambar 3 Representasi menara saluran udara tegangan tinggi

Dimana :

( )

( )

12

( )

( )

Vt adalah kecepatan propagasi petir yang sama dengan kecepatan cahaya sebesar

300 m/µs.

Zt jika menara berbentuk silinder adalah :

(

) ( )

Dimana :

Zt adalah Impedansi Surja Menara

R adalah Tahanan Damping

L adalah Induktansi Damping

α adalah Koefisien Damping

γ adalah Koefisien Attenuasi

13

Gambar 4 Menara jenis cone

Dan jika menara tidak berbentuk silinder melainkan berbentuk cone, maka Zt

adalah :

[ { (

)}] ( )

Dimana

( )

( )

( )

r1, r2, r3 adalah radius puncak, tengah dan dasar menara

adalah tinggi menara dari tengah ke puncak menara

adalah tinggi menara dari dasar ke tengah menara

r1

h1

h2

h3

h4

h

14

Gambar 5 Menara jenis Silinder

D. Isolator

Isolator berfungsi sebagai isolasi tegangan listrik antara kawat penghantar

(konduktor) dengan tiang atau tanah. Umumnya dielektrik isolator terbuat dari

bahan porselen, gelas, kertas, dan karet silikon (silicon rubber).

Gambar 6 Penampang isolator piring

r1

h1

h2

h

r2

r2

Jepitan Logam

Semen

Porselen

Tonggak Logam

15

Terlihat bahawa dari Gambar 6 diatas bahwa bagian utama dari isolator terdiri

dari bahan dielektrik, jepitan logam, dan tonggak logam serta semen sebagai

perekat jepitan logam dan tonggak logam dengan dielektrik. Menurut lokasi

pemasangan, isolator terdiri dari isolator pasangan dalam (indoor) dan isolator

pasangan luar (outdoor) dan Secara konstruksi isolator terdiri dari isolator

pendukung dan isolator gantung (suspension). Isolator pendukung terdiri dari

isolator pin, post, dan pin-post.

Jenis isolator yang digunakan pada saluran udara tegangan tinggi pada umumnya

adalah jenis isolator gantung (suspension). Isolator gantung (suspension) sering

disebut juga isolator piring. Isolator ini terdiri dari badan porselin yang diapit

oleh elektroda-elektroda. Maka isolator memiliki sejumlah kapasitansi. Pada

gandengan isolator terpasang spark gap pada kedua ujung isolator yang dipasang

sedemikian rupa seperti terlihat pada Gambar 8 Sehingga busur api tidak dapat

mengenai isolator saat lompatan api terjadi. Karena itu isolator saluran

dimodelkan dengan suatu kapasitansi yang terpasang pararel dengan saklar

kerjanya terkontrol oleh tegangan.

Gambar 7 Isolator gantung (suspension)

16

Gambar 8 Renteng isolator

Nilai kapasitansi tipikal untuk isolator gantung adalah 80 pF/unit, sedangkan

untuk isolator pin nilai kapasitansinya adalah 100 pF/unit. Apabila pada sebuah

string isolator terdapat 10 (sepuluh) isolator pin maka kapasitansi ekivalennya

adalah 100/10 = 10 pF/string.

Gambar 9 model isolator

E. Kawat Penghantar

1. Kapasitansi dan Reaktansi Kapasitif

a. Rangkaian Fasa Tunggal

Bila ada dua kawat paralel dipisahkan oleh media isolasi akan terbentuk kapasitor,

jadi mempunyai sifat untuk menyimpan muatan listrik. Bila suatu perbedaan

tegangan dipertahankan antara kedua kawat maka muatan-muatan listrik pada

kawat-kawat tersebut mempunyai tanda-tanda yang berlawanan. Sebaliknya bila

SPARK GAP SPARK GAP

Lengan SPARK GAP

Renteng Isolator

17

muatan listrik pada kedua kawat dipertahankan dengan tanda yang berlawanan,

perbedaan tegangan akan timbul antara kedua kawat tersebut.

Pandanglah suatu saluran fasa tunggal dengan dua penghantar paralel berjarak d12

dengan jari-jari masing-masing rl dan r2 seperti pada Gambar 10. Dengan e12

adalah beda potensial antara kawat 1, kawat 2, dan penghantar mendapat muatan

masing-masing q1 dan q2, maka kapasitansi antara dua penghantar tersebut

diekspresikan sebagai berikut:

( )

Dimana :

C12 = kapasitansi antara dua kawat (Farad)

q1 = muatan penghantar 1 (C)

e12 = beda potensial antara kawat 1, kawat 2 (Volt)

r1 = jari – jari kawat (meter)

d12 = jarak antara dua kawat (meter)

h = tinggi kawat dari tanah

Gambar 10 Saluran fasa tunggal dengan dua penghantar paralel

d12

r1

q1

r2

q2

18

Prosedur lain adalah dengan memandang suatu titik yang jauh yang berpotensial

nol sebagai suatu elektroda kapasitor dan kemudian kapasitansi antara tiap kawat

dengan titik tersebut diperhitungkan, maka akan diperoleh dua kapasitor antara

tiap kawat dan titik yang mempunyai potensial nol. Tetapi antara kedua kawat

pada kedua kapasitor yang terlihat pada Gambar 11 terhubung seri.

Gambar 11 Titik netral kapasitansi

Titik dengan potensial nol disebut titik netral kapasitansi (capacitance neutral

point). Bila sistem itu simetris, titik netral berada tepat di tengah-tengah kedua

kawat itu. Sehingga :

( )

( )

Dimana:

C1 = kapasitansi kawat 1 terhadap netral,

C2 = kapasitansi kawat 2 terhadap netral.

Jumlah kapasitansi antara kawat 1 dan kawat 2 yang terhubung seri,

( )

C1 Netral

C2

19

Dan

( )

Bila r1 = r2, sebagaimana biasanya dalam saluran-saluran tenaga listrik, maka :

( )

Di dalam satuan praktis, menghitung kapasitansi per km untuk h = 1.000 meter, ln

diganti menjadi log serta untuk kawat udara = 8,855 x 10-12

F/m. Dengan

mengsubstitusi harga – harga tersebut ke persamaan (14) diperoleh :

( )

Dalam Persamaan (15) r1 dan d12 dapat dianggap sama. Tetapi untuk praktisnya,

dalam penjelasan disini r1 dan d12 dalam meter.

Bila gelombang berbentuk sinus, maka reaktansi kapasitif kawat 1 ditulis :

( )

atau,

(

)

⁄ ( )

20

atau,

( )

Dimana:

( )

⁄

Bila f = 50 Hertz, maka:

( )

( )

b. Rangkaian Fasa Tiga

Gambar 12 Rangkaian fasa tiga

r1,q1

d31 d12

d23 r2,q2 r3,q3

1

2 3

21

Di dalam praktiknya yang paling sering dihadapi adalah rangkaian-rangkaian fasa

tiga. Pada Gambar 12 dapat dilihat suatu rangkaian fasa tiga dengan jarak antar

kawat masing-masing d12, d13, dan d23. Kapasitansi saluran dapat ditulis sebagai

berikut:

(

) ( )

Dimana,

( ) ( ) ( )

√

√

dan

atau

( )

Dengan demikian, reaktansi kapasitif dapat ditulis:

( )

22

2. KONDUKTOR BERKAS (BUNDLED CONDUCTORS)

Pada saluran tegangan ekstra tinggi (EHV), yaitu pada tegangan-tegangan yang

lebih tinggi dari 230 kV, rugi-rugi korona, terutama interfensi dengan saluran

komunikasi sudah sangat besar bila saluran transmisi itu hanya mempunyai satu

konduktor per fasa. Untuk mengurangi gradien tegangan, dengan demikian

mengurangi rugi-rugi korona dan interfensi dengan saluran komunikasi, jumlah

konduktor per fasa dibuat 2, 3, 4, atau lebih. Saluran yang demikian disebut

saluran transmisi dengan konduktor berkas (bundled conductor transmission line).

Dengan menggunakan dua atau lebih konduktor per fasa, maka reaktansi saluran

juga akan lebih kecil dan kapasitas hantar bertambah besar.

a. Reaktansi Induktif

Gambar 13 Konduktor berkas fasa tiga

dAB

dBC

A

B

C

1 2

3 n

1 2

3 n

1 2

3 n

dAC

23

Reaktansi induktif sistem fasa tiga dengan konduktor berkas dimana setiap berkas

terdapat n buah penghatar seperti dapat dilihat pada Gambar 13 diekspresikan

sebagai berikut:

√

( )

√

( )

Dengan demikian reaktansi induktif saluran dinyatakan oleh :

√

√

( )

Dimana :

= √ meter, dan √

meter

b. GMR (Geometric Mean Radius)

GMR konduktor berkas dimana subkonduktor mempunyai jarak-jarak yang sama

dan terletak pada suatu lingkaran dengan radius R, dapat diturnkan sebagai

berikut:

Bila pada saluran terdapat 2 buah subkonduktor, atau n = 2 (Gambar 14),

maka:

GMR = √ = √ = √

= GMR dari subkonduktor. (27)

24

Gambar 14 Dua buah subkonduktor

Bila 3 buah subkonduktor, atau n = 3 (Gambar 15), maka:

√ √

√ √

( )

Gambar 15 Tiga buah subkonduktor

Bila 4 buah subkonduktor, atau n = 4 (Gambar 16), maka:

√

√ √ (√ )

√

( )

dAB

dAC

dBC

A B C

S

R

S

r1’

25

Gambar 16 Empat buah subkonduktor

Bila n buah subkonduktor, maka diperoleh bentuk umum:

√

( )

c. Reaktansi Kapasitif

Reaktansi kapasitif konduktor berkas dapat ditulis sebagai berikut:

( )

( )

Bentuk persamaan untuk Xd1 telah diberikan dalam persamaan (32) sebagai

berikut:

√

( )

Persamaan untuk

( ) dapat ditulis sebagai :

( ) √

( ) ( )

S S

S

S

R

26

Dan bila persamaan (30) dirobah dengan mengganti r’1 dengan r1, maka:

( )

[

√

]

( )

Jadi:

( )

Atau :

[ √

√

]

( )

Dimana r1 adalah radius sub-konduktor.

3. SALURAN GANDA FASA TIGA

a. Reaktansi Induktif Saluran Ganda Fasa-Tiga

Suatu saluran ganda fasa-tiga mempunyai dua konduktor paralel per fasa dan arus

terbagi rata antara kedua konduktor, baik karena susunan konduktor yang simetris

maupun karena transposisi. Pada Gambar 17 diberikan potongan dari saluran

ganda fasa-tiga. Konduktor – konduktor a dan d dihubungkan paralel, demikian

juga konduktor-konduktor b dengan e dan konduktor – konduktor c dengan f.

Gambar 17 Susunan penghantar suatu saluran ganda fasa tiga

d12

d23

d13

d16

d25

d36

1=a

2=b

3=c

6=f

4=d

27

Pada umumnya semua konduktor adalah identik dengan radius r1, jadi: Ia = Id, Ib =

Ie, dan Ic = If. Bila saluran 1 jauh dari saluran 2 maka induktansi bersama antara

konduktor-konduktor dapat diabaikan. Tetapi pada umumnya kedua saluran itu

ditopang pada satu menara, jadi jarak-jarak antara konduktor tidak besar,

sehinggta induktansi bersama tidak dapat diabaikan.

Sekalipun demikian, dalam praktek, sering diambil impedansi dari saluran ganda

itu sama dengan separuh dari impedansi dari satu saluran, dengan kata lain

pengaruh dari impedansi bersama itu diabaikan.

( )

Dimana:

√ ( )

√( )

( )

Untuk memperoleh hasil yang lebih teliti sebaiknya memperhitungkan pengaruh

dari induktansi bersama dan untuk menghitung reaktansi induktif dari saluran

ganda tersebut dapat juga digunakan metode GMR dan GMD yang telah dibahas

sebelumnya. Jadi :

( )

Dimana :

√ ( )

28

√( )

( )

b. Reaktansi Kapasitif Saluran Ganda Fasa-Tiga

Sama halnya dengan reaktansi induktif, konsepsi GMD dan GMR dapat juga

digunakan untuk menghitung reaktansi kapasitif dari saluran ganda fasa-tiga,

dimana GMD sama dengan GMD pada persamaan (40) dan GMR pada persamaan

(41) dengan mengganti r’1 menjadi r1.

( )

Dimana:

√

( )

F. PENGETANAHAN MENARA TRANSMISI

1. Tahanan Kaki Menara

Untuk melindungi kawat fasa terhadap sambaran langsung dari petir digunakan

satu atau dua kawat tanah yang terletak di atas kawat fasa dengan sudut

perlindungan lebih kecil 18. Dengan demikian kemungkinan terjadinya loncatan

api karena sambaran petir secara langsung dapat diabaikan. Kemungkinan

terjadinya loncatan balik karena sambaran kilat secara langsung pada puncak

menara atau kawat tanah tetap masih ada, dan untuk menguranginya tahanan kaki

menara harus dibuat tidak melebihi 10 Ohm. Tahanan kaki menara 10 Ohm dapat

diperoleh dengan menggunakan satu atau lebih batang pengetanahan. Pemilihan

29

penggunaan batang pengetanahan tergantung dari tahanan jenis tanah dimana

menara transmisi tersebut berada.

Bila menggunakan batang pengetanahan, tahanan kaki menara dihitung dengan

menggunakan persamaan sebagai berikut :

( )

Dimana :

R = tahanan kaki menara dalam Ohm

= tahanan jenis tanah dalam Ohm-m

L = panjang dari batang pengetanahan dalam meter

d = diameter batang pengetanahan dalam meter

Menurut persamaan diatas, tahanan kaki menara akan berkurang dengan

menambah panjang batang pengetanahan. Tetapi hubungan ini tidak langsung dan

akan mencapai satu titik dimana penambahan panjang batang pengetanahan hanya

akan mengurangi tahanan kaki menara sedikit. Dalam hal ini digunakan batang

pengetanahan paralel, persamaan diatas tetap dapat digunakan untuk menghitung

tahanan kaki menara, bila variabel d diubah menjadi A dan jari-jari batang

pengetanahan sama sesuai dengan persamaan 10.2. Harga A adalah kelipatan

batang pengetanahan yang tergantung dari penempatan masing-masing batang

pengetanahan sebagai berikut :

Penempatan :

2 batang diletakkan dimana saja √

3 batang diletakkan membentuk segitiga √

30

4 batang diletakkan membentuk segiempat √ ⁄

(45)

Dimana :

r = jari-jari dari masing-masing batang pengetanahan (harus sama)

a = jarak antara batang pengetanahan

2. Sistem Pengetanahan Driven Rod

Untuk mendapatkan tahanan kaki menara yang kecil maka menara transmisi harus

diketanahkan dengan menggunakan satu atau lebih batang pengetanahan (driven

rod) atau sistem counterpoise.

Sistem pengetanahan Driven Rod merupakan sistem pengetanahan yang

menggunakan batang konduktor yang ditanam tegak lurus terhadap tanah. Sistem

pengetanahan Driven Rod dapat menggunakan satu batang konduktor atau 4

batang konduktor

a. Sistem pengetanahan Driven Rod satu batang konduktor

Bila satu batang konduktor dengan panjang l dan memiliki radius r dan ditanam

tegak lurus pada tanah, maka tahanan, kapasitansi, dan induktansi dari konduktor

besama tanah adalah :

(

) ( )

(

) ( )

31

(

) ( )

b. Sistem pengetanahan Driven Rod empat batang konduktor

Bila empat batang konduktor dengan panjang l dan memiliki radius r dan ditanam

tegak lurus pada tanah, maka tahanan, kapasitansi, dan induktansi dari konduktor

besama tanah adalah :

(

√

⁄

)

( )

⁄ (

) ( )

[

√

⁄

] ( )

Dimana : = permitivitas relatif tanah

32

Gambar 18 Driven Rod empat batang konduktor

G. Lompatan Api Balik (Back-Flashover)

Lompatan api balik (back-flashover) merupakan fenomena yang terjadi saat kawat

tanah (Ground Wire) tersambar petir langsung (Direct Stroke).

Besarnya tegangan yang timbul pada isolator transmisi tergantung pada kedua

parameter kilat, yaitu puncak dan kecuraman muka gelombang kilat. Tidak semua

sambaran kilat dapat mengakibatkan lompatan api balik (back-flashover) pada

isolasi saluran.

Fenomena ini terjadi apabila saat kawat tanah tersambar petir dan sisa arus yang

mengalir ke sistem pengetanahan kembali lagi ke puncak menara melalui menara

transmisi dengan berosilasi. Lompatan api balik (back-flashover) pada saluran

terjadi bila tegangan yang timbul sangat besar dan melebihi kekuatan tegangan

impuls V50% isolator.

l

S2

S1

33

Gambar 19 Bekas isolator yang terkena Flashover

(

) ( )

Dimana : K1 = 0,4 x L

K2 = 0,71 x L

L = panjang renteng isolator

t = waktu tembus atau waktu lompatan api (µdet)

H. Jumlah Sambaran Kilat Ke Bumi, Lompatan Api Dan Busur Api

Jumlah sambaran kilat ke bumi adalah sebanding dengan jumlah hari guruh per

tahun atau Iso Keraunic Level (IKL) di tempat itu. Dengan kesepakatan para

peneliti bahwa sambaran yang mengenai saluran dekat menara sebesar 60 % dan

sisanya 40 % mengenai kawat tanah jauh dari menara sepanjang gawang dan

probabilitas peralihan lompatan api menjadi busur api untuk Saluran Udara

34

Tegangan Tinggi (SUTT) adalah : η = 0,86. Untuk menghitung jumlah sambaran

kilat yang mungkin menyambar kawat transmisi dapat digunakan persamaan :

K ( ) sambaran per 100 km/tahun

6 (55)

Dimana : IKL = Iso Keraunic Level (Intensitas petir)

b = Jarak pemisah antara kedua kawat tanah (meter)

= Tinggi kawat tanah pada menara (meter)

Untuk menghitung probabilitas total yang menimbulkan gangguan Back-

Flashover perlu terlebih dahulu mengetahui probabilitas distribusi harga puncak

arus petir dengan menggunakan rumus empiris menurut Anderson-Erksson

sebagai berikut :

( )

( )

Dimana : = Probabilitas arus petir

I = Amplitudo arus petir (kA)

Sedangkan hubungan antara waktu muka gelombang arus petir dengan frekuensi

terjadinya dapat dilihat pada tabel 1 berikut6

:

Tabel 1 hubungan antara waktu muka gelombang arus petir dengan

frekuensi terjadinya

Waktu untuk mencapai harga puncak Frekuensi Terjadinya

(%) Arus petir (µs)

Sampai 0,5 7

1 23

1,5 22

≥ 2 48

35

Sehingga jumlah sambaran yang dapat mengakibatkan back-flashover dapat

dihitung menggunakan persamaan :

( ) Sambaran per 100 km/ tahun

6

(57)

Dimana :

[∑( )]

6Pada saluran udara tegangan tinggi (SUTT) η = 0,85 dan dengan anggapan bahwa jumlah

sambaran pada menara 60 % dari seluruh sambaran. Dari : Gelombang berjalan dan Proteksi Surja

TS Hutauruk tahun 1991.