proteksi petir
TRANSCRIPT
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