Petir dan Saluran Transmisi

• Petir

Petir merupakan gejala alam yang sering terjadi karena adanya loncatan muatan listrik antara awan dengan bumi. Menurut pengetahuan orang pada umumnya suatu gejala petir merupakan gejala yang menakutkan karena petir kadang kala menimbulkan dentuman suara yang keras. Kekuatan listrik yang terkandung dalam sebuah petir ialah 20.000 A. Suhu dimana sebuah petir itu terbentuk mencapai 10.000^oC. Bandingkan dengan suhu permukaan matahari ialah 700.00^oC, jadi suhu petir adalah 1/70 dari suhu matahari. Cahaya yang dikeluarkan oleh petir lebuh terang daripada cahaya yang dihasilkan 10 juta bila lampu pijar berdaya 100 Watt. 

Ilustrasi Petir

Petir yang kita kenal sekarang ini terjadi akibat awan dengan muatan tertentu menginduksi muatan yang ada di bumi. Bila muatan di dalam awan bertambah besar, maka muatan induksi pun makin besar pula sehingga beda potensial antara awan dengan bumi juga makin besar. Kejadian ini diikuti pelopor menurun dari awan dan diikuti pula dengan adanya pelopor menaik dari bumi yang mendekati pelopor menurun. Pada saat itulah terjadi apa yang dinamakan petir.

• Perlindungan Terhadap Petir

Telah dijelaskan diatas bahwa efek dari petir adalah berbahaya karena kandungan yang dimiliki petir itu sendiri. Berikut secara garis besar sistem perlindungan terhadap petir :

1. Sistem Penangkal Petir
Sistem ini menggunakan ujung metal yang runcing sebagai pengumpul muatan dan diletakkan pada tempat yang tinggi sehingga petir diharapkan menyambar ujung metal tersebut terlebih dahulu. Sistem ini memiliki kelemahan di mana apabila sistem penyaluran arus petir ke tanah tidak berfungsi baik, maka ada kemungkinan timbul kerusakan pada peralatan elektronik yang sangat peka terhadap medan transien. 
2. Dissipation Array System (DAS)

Sistem ini menggunakan banyak ujung runcing (point discharge) di mana tiap bagian benda yang runcing akan memindahkan muatan listrik dari benda itu sendiri ke molekul udara di sekitarnya. Sistem ini mengakibatkan turunnya beda potensial antara awan dengan bumi sehingga mengurangi kemampuan awan untuk melepaskan muatan listrik.

• Perlindungan Petir Terhadap Saluran Transmisi

Pada prinsipnya sebuah petir akan menyambar benda yang memiliki ketinggian lebih atau lebih dekat dengan awan. Pada sistem transmisi listrik pada umumnya menggunkan sistem transmisi udara karena lebih efektif dari segi teknis dan ekonomisnya. Pada sistem transmisi udara tersebut tentunya akan menimbulkan suatu ketinggian dan perlindungan terhadap jaringan yang sedang disalurkan. Maka pada sistem transmisi udara tersebut dipasanglah sebuah pelindung, pada umumnya pelindung yang digunakan tersebut ialah kawat tanah  (overhead groundwire). Kawat tanah tersebut diletakan sejajar dengan kawat phasa yang disalurkan dan letaknya diatas kawat phasa tersebut, sehingga dari penempetan posisi tersebut kawat tanah tersebut melindungi kawat phasa dari saman petir.

Gbr. ilustrasi groundwire pada sistem transmisi

Keterangan gambar :

1. Primery power lines
2. Kawat tanah (groundwire)
3. Overhead lines
4. Trafo pengukuran
5. DS (disconecting switch)
6. Circuit breaker
7. Trafo arus
8. Lightning Arester
9. Trafo daya
10. Pusat pengontrol
11. Pagar pengaman
12. Secondary power lines

Pada penerapannya sistem transmisi udara jumlah pemasangan groundwire berbeda-beda antara berjumlah 1 buah atau 2 buah.

1. 1 kawat tanah (groundwire)

Gbr. Saluran transmisi dengan 1 groundwire

Pada saluran transmisi yang menggunakan 1 groundwire pada prakteknya kurang melindungi secara keseluruhan kawat phasa. 

Gbr. Skema 1 groundwire

sebuah groundwire diletakkan setinggi h meter dari tanah. Dengan menggunakan nilai-nilai yang terdapat pada gambar diatas, titik b dapat ditentukan sebesar 2/3 h. Apabila h_x merupakan tinggi kawat phasa yang harus dilindungi, maka lebar b_x dapat ditentukan dalam 2 kondisi, yaitu :

• Untuk h_x > 2/3 h , b_x = 0,6 h (1 – h_x/h)
• Untuk h_x < 2/3 h , b_x = 1,2 h (1 – h_x/0,8h)

      2.  2 kawat tanah (groundwire)

Pada proteksi dengan menggunkan 2 buah groundwire ini meningkatkan perlindungan kawat phasa yang digunakan.

Gbr. Saluran transmisi udara 2 groundwire

2 buah groundwire dengan tinggi h dari tanah dan terpisah sejauh s, perhitungan untuk menetapkan zona proteksi petir dilakukan seperti halnya menggunakan 1 buah groundwire. 

Gbr. Skema 2 groundwire

Apabila h_o menyatakan tinggi titik dari tanah di tengah-tengah 2 groundwire yang terlindungi dari sambaran petir, maka h_o dapat ditentukan :

h_o = h - s/4 

Sedangkan daerah antara 2 groundwire dibatasi oleh busur lingkaran dengan jari-jari 5/4 s dengan titik pusat terletak pada sumbu di tengah-tengah 2 groundwire.

Seperti disebutkan sebelumnya bahwa hadirnya groundwire dimaksudkan sebagai tempat sambaran petir langsung dan dapat melindungi kawat phasa. Zona perlindungan groundwire dapat dinyatakan dengan parameter sudut perlindungan, yaitu sudut antara garis vertikal groundwire dengan garis hubung antara groundwire dan kawat phasa. Jika sudut perlindungan tersebut dinyatakan dalam a dan tinggi groundwire adalah h, maka probabilitas sambaran petir pada groundwire (p) dapat ditentukan sebagai berikut : 

log p = - 4 

Dari persamaan tersebut, terlihat bahwa makin tinggi groundwire dan sudut perlindungan yang besar, akan mengakibatkan probabilitas tersebut meningkat. Untuk itu diperlukan pemilihan tinggi groundwire dan sudut perlindungan yang tepat untuk mendapatkan performa perlindungan yang baik dari sambaran petir.

• Meningkatkan Peforma Kawat Tanah (groundwire)

Pada dasarnya diperlukan pentanahan yang baik pada setiap menara listrik. Jika petir menyambar pada groundwire di dekat menara listrik, maka arus petir akan terbagi menjadi dua bagian. Sebagian besar arus tersebut mengalir ke tanah melalui pentanahan pada menara tersebut. Sedangkan sebagian kecil mengalir melalui groundwire dan akhirnya menuju ke tanah melalui pentanahan pada menara listrik berikutnya. Lain halnya jika petir menyambar pada tengah-tengah groundwire antara 2 menara listrik. Gelombang petir ini akan mengalir ke menara-menara listrik yang dekat dengan tempat sambaran tersebut. Groundwire juga dapat disertai dengan menggunakan counterpoise, yaitu konduktor yang ditempatkan di bawah saluran (lebih sering dibenamkan dalam tanah) dan dihubungkan dengan sistem pentanahan dari menara listrik. Hasilnya, impedansi surya akan lebih kecil.

Usaha-usaha lainnya di antaranya :

• Memasang couplingwire di bawah kawat phasa (konduktor yang disertakan di bawah saluran transmisi dan dihubungkan dengan sistem pentanahan menara listrik).
• Mengurangi resistansi pentanahan menara listrik dengan menggunakan elektroda pentanahan yang sesuai.
• Menggunakan arester.

 Daftar pustaka :

1. Elektro Indonesia http://www.elektroindonesia.com/elektro/energi12a.html
2. Electrical Info http://electricalsinfo.blogspot.com/2012/09/substation.html