Segitiga Petir - Triangle of Lightning

Sebenarnya apa sih pencetus terjadinya "Petir". Ada 3 elemen penting dimana suatu daerah mungkin jadi langganan petir .. 1. Aerosol (Bisa dari partikel-partikel hasil Industri). 2. Humidity (Kelembaban). 3. Up draft (Udara Naik). Jadi kalau ketiganya terpenuhi, besar kemungkinan akan membentuk Awan Comulonimbus dan terjadilah petir.

Menurunkan Nilai Tahanan Rod

Ada kendala ketika suatu saat kita membangun sistem Grounding, setelah diukur dengan Earth Tester Nilai yang muncul 100 ohm (wakss), kalau acuannya PUIL munkin anda di"Wajib"kan menurunkannya.. Ada trik sederhana dengan menambah Rods sesuai dengan rumus mencari Nilai 2 tahanan yang di-paralelkan. (Rod dianalogikan sebagai tahanan). Kalau 100//100=50 ohm (2 rod), 50//50=25 ohm (menjadi 4 rod), trus 25//25=12,5 ohm (menjadi 6 rod), trus 12,5//12,5=6,25 ohm (menjadi 8 rod), trus karena nilainya dianggap bagus kalau nilai tahanannya >0 dan <5>6,25//6,25= 3,125 ohm.. maka jumlah rods yang dibutuhkan untuk menurunkan dari 100 ohm ke 3,125 adalah 10 buah rods. Setelah Grounding Ring dipastikan terhubung sempurna, cek kembali dengan Earth Tester nilai tahanan harusnya sudah turun drastis ...

Simulasi Petir dengan SIMCAD

Mau tau bentuk gelombang petir, bisa dengan SIMCAD simulator Versi 4.1 for 5 user .. http://www.powersimtech.com
.. Diketahui V1, L1, R1, R2, R3, VGNL1 (Generator kejut) maka bisa dilihat nilai Vs, I1, dan Vo, ketika VSTEP1 On..

(terimakasih untuk Guru Pemutus dan Pengaman Listrik - Dr. Moch Ashari M.Eng )

Belajar Plotting dan Rekam Petir dari Jepang

Untuk meneliti petir, beberapa tahun lalu peneliti jepang (kalau tidak salah dari Nagoya University) repot2 ke Australia utk pasang banyak sensor petir karena intensitas tahunan petir di jepang agak rendah. prinsipnya simple, antena>>amplifier>>ADC utk digitasi data>>data processing>>lalu diplot. hasilnya, dia bisa merekam, mengestimasi jarak, posisi dan distribusi petir scr real time. ternyata mekasnisme petir ini mengikuti pola2 tertentu. selain itu, TEPCO (Tokyo Electric Power Co., PLN-nya Jepang utk wilayah Kanto/Timur) telah menyediakan peta online petir (tdr dr petir antar awan dan dr awan ke bumi) yg diupdate otomatis per 6 menit. http://thunder.tepco.co.jp/cgi-bin/main ... e=4&zoom=2 di situ juga bisa dilihat peta awan dan peta hujan. saat ini, sebagian peneliti jepang mulai meninggalkan pengamatan petir dari permukaan bumi. mereka mulai 'melihat' petir yg terjadi dari satelit2 mereka di orbit Geostationary. Kelihatannya mekanismenya dan jenis2 petirnya berbeda dgn yg biasa diamati dr bumi. siapa tertarik dgn fenomena petir ini? kenapa petir perlu dipahami?

(Disarikan dari http://www.te.ugm.ac.id/forum/viewtopic.php?f=11&t=3484)

Ancaman Petir Perlu Diwaspadai

Meski teknologi relatif sudah canggih, masih ada orang yang tewas disambar petir. Bukan hanya di luar rumah, lecutan listrik di angkasa ini bisa masuk rumah dan "menjilat" orang-orang di dalamnya. Tak terhitung harta benda yang rusak akibat sambaran petir. Pada musim hujan petir perlu diwaspadai.

Akibat sambaran petir, seorang anak di Depok tewas. Siang itu cuaca mendung dan hujan gerimis. Di dalam rumah, anak laki-laki itu sedang menonton televisi bersama anggota keluarga lain. Tiba-tiba kilat menyambar antena televisi dan masuk ke dalam rumah.

Petir terjadi karena ada pergerakan vertikal di udara. Pergerakan vertikal ini menyebabkan pemisahan muatan elektro negatif dan elektro positif. Pemisahan muatan ini pada akhirnya akan menimbulkan loncatan muatan di udara yang disebut petir.

Petir biasanya muncul pada saat akan hujan atau ketika hujan sudah turun. Namun, bukan berarti setiap hujan dan mendung akan selalu disertai petir. Menurut pengajar pada Program Studi Meteorologi ITB, Tri Wahyu Hadi, petir hanya terjadi jika ada awan Cumulonimbus (Cb).


Awan Cumulonimbus adalah awan yang terjadi sangat cepat akibat pemanasan tinggi di permukaan Bumi. Pemanasan di permukaan Bumi ini mendorong uap air naik ke atas dengan cepat. Oleh karena itu, ciri-ciri awan Cumulonimbus adalah bentuknya yang menggumpal seperti kapas dan membubung tinggi di langit.

Dari kejauhan awan Cumulonimbus penghasil petir mudah dikenali. Namun, kalau orang tepat berada di bawahnya, keberadaan awan ini agak sulit dideteksi. Syarif Hidayat, pengajar Teknik Elektro dan Informatika ITB yang juga dikenal sebagai ahli petir, mengatakan, kalau tiba-tiba langit berubah menjadi gelap dan angin sedikit kencang, berarti kita berada di bawah Cumulonimbus.

Kalau sejak pagi sudah turun hujan, bisa dipastikan petir tidak akan muncul. Ini disebabkan kondisi permukaan Bumi tidak cukup panas untuk membentuk awan petir.

Syarif mengatakan, petir di Indonesia sebagian besar aktif menyambar pada siang dan malam hari. Sambaran petir di daratan paling banyak terjadi antara pukul 13.00 hingga pukul 19.00. Pada periode tersebut pemanasan di daratan sudah mencukupi untuk membentuk awan Cumulonimbus.

Namun, di lautan petir justru terjadi pada pagi hari. Pada pagi hari laut lebih panas daripada daratan sehingga uap air di lautan naik ke atas dan bisa membentuk awan petir.

"Jumlah petir di darat tujuh kali lebih banyak dibandingkan di lautan," ungkap Syarif.

Syarif menambahkan, potensi terjadinya awan Cumulonimbus bisa diprediksi. Kalau pagi hari terasa panas terik dan kelembabannya tinggi, siang hari pasti akan ada awan Cumulonimbus. Karena dipengaruhi pemanasan daratan, kemunculan awan ini bersifat lokal.

"Itulah sebabnya keberadaan petir juga sangat lokal. Di satu tempat bisa banyak petir, sementara di tempat lain jarang terjadi petir," kata Syarif. Satu sel awan penghasil petir bisa berkumpul dalam radius lebih kurang tujuh kilometer.

Negara petir

Indonesia terletak di negara tropis yang sangat panas dan lembab. Kedua faktor ini sangat penting dalam pembentukan awan Cumulonimbus penghasil petir. Dibandingkan dengan negara lain, Indonesia memiliki hari guruh (hari terjadinya petir dalam setahun) yang sangat tinggi.

Indonesia memiliki 200 hari guruh, sementara Brasil 140 hari, Amerika Serikat 100 hari, dan Afrika Selatan 60 hari. Daerah Cibinong, Jawa Barat, pernah tercatat pada Guinness Book of Records pada tahun 1988 dengan jumlah 322 petir per tahun.

Kerapatan sambaran petir di Indonesia juga sangat tinggi yaitu 12/km2 berpotensi menerima sambaran petir sebanyak 12 kali setiap tahun.

Petir bisa terjadi dari awan ke awan, dari awan ke Bumi maupun dari Bumi ke awan. Namun, yang terakhir ini jarang terjadi di Indonesia. Menurut Syarif, yang paling banyak terjadi di Indonesia adalah petir dari awan ke awan dan sebagian lagi adalah petir yang menyambar dari awan ke Bumi.

Besarnya medan listrik minimal yang dihasilkan oleh petir bisa mencapai 1 juta volt per meter. Bayangkan apa jadinya kalau petir itu menyambar makhluk hidup yang ada di Bumi. Menurut Tri Wahyu, potensi kekuatan petir yang menyambar akan berkurang jika di awan sudah terjadi guruh-guruh kecil.

Sambaran petir ke Bumi sangat dipengaruhi kondisi sesaat yang ada di permukaan Bumi. Oleh karena itu, nyaris tidak pernah bisa memastikan petir itu akan sampai di mana. Menurut Syarif, semua bentuk permukaan Bumi bisa menyambut petir yang datang dari awan.

Obyek yang tersambar petir di Bumi tergantung dari besar-kecilnya pelopor petir yang datang ke Bumi. Kalau pelopor petir besar, akan menyambar obyek-obyek yang menonjol, seperti penangkal petir, menara, pohon, dan gedung tinggi.

Kalau pelopor petirnya kecil, akan menyambar obyek-obyek yang lebih rendah. Menurut Syarif, petir kecil ini sulit ditangkap dengan alat penangkal petir karena gerakannya lebih lincah. (Lusiana Indriasari)

Sumber: Kompas

Petir-pun Bebas Memilih Obyek Sambaran - Finial-pun dilompati

Ilustrasi disamping bisa menjelaskan kenapa "Space Shuttle" itu sesaat kemudian meledak... Padahal konon tempat itu sudah banyak dilengkapi dengan berbagai macam proteksi... Kok yaa, "Sang Petir" tidak mau melewati finial... Dia lebih memilih langsung obyek yang dikehendakinya... Ada material apa sebenarnya didalam Space Shuttle Launcher itu... Ground Resistance yang lebih kecilkah? Kebocoran Grounding Ring? atau yang lain..

Akibat Sambaran Petir Pada Tubuh Manusia

Lingkungan kerja yang aman dan sehat adalah suatu idealisme yang sudah umum diterapkan baik di gedung-gedung yang dipadati banyak orang maupun lingkungan yang cukup banyak orang seperti perkantoran dan sebagainya. Sehubungan dengan bahaya sambaran baik langsung maupun tidak langsung yaitu terjadinya lompatan muatan ke tubuh maupun tegangan sentuh dan lainnya bisa membahayakan para pekerja yang ada di mana saja khususnya pada stasiun pemancar.
Seberapa besar dampak yang dapat terjadi bila arus sambaran petir dengan orde kiloAmpere tersebut mengalir pada tubuh manusia baik secara teknis dan secara medis akan dijelaskan berikut ini.
Pada Tahun 1934, Freiberger melakukan percobaan dan menemukan bahwa bila arus yang mengalir dari ujung satu tangan sampai satu kaki dengan tegangan sebesar 350 Volt, maka resistansi tubuh adalah 1500 , dan pada percobaan lain dengan tegangan 500 Volt didapati resistansi sebesar 1200 . Ketika arus mengalir terjadi penurunan nilai resistansi sebesar 25%, angka resistansi diukur setelah 3 detik ketika tegangan diberikan. Dengan tegangan 220 Volt, Sam (1966) mengukur resistansi tubuh sebesar 800 . Berbagai ilmuwan melakukan penelitian dan dapat diterima bahwa resistansi tubuh berkisar antara “500 – 1000 ”22 pada tegangan 1000 atau lebih (tegangan petir).

1 Arus Melalui Tubuh Manusia
Kemampuan tubuh manusia terhadap besarnya arus yang mengalir di dalamnya adalah terbatas. Sementara besar dan lamanya arus yang masih mampu ditahan oleh manusia sampai batas yang berbahaya sulit ditetapkan. Berbagai percobaan dilakukan oleh para ahli pada sukarelawan yang bertubuh sehat untuk mencari batas dari pengaruh arus terhadap tubuh yang dibagai dalam:
1. Arus penyebab fibrilasi atau pingsan atau kematian (Ventricular Fibrillation)
2. Arus mulai terasa atau persepsi (Perception current)
3. Arus mempengaruhi otot
4. Arus reaksi
5. Arus penyebab tertahannya respirasi (Respiration arrested)

1.1. Arus Fibrilasi
Pengaruh arus ketika melalui tubuh manusia dapat membahayakan bila melebihi arus yang mempengaruhi otot karena dapat membuat seseorang pingsan bahkan meninggal dunia. Kejadian ini disebabkan pengaruh langsung dari arus terhadap jantung disebut juga ventricular fibrillation yang artinya jantung berhenti bekerja dan peredaran darah berhenti. Untuk penyelidikan tentunya dipakai binatang yang badan dan jantungnya seperti manusia. Pada tahun 1968, Dalziel menyimpulkan bahwa 99.5% dari manusia yang beratnya kurang dari 50 kg masih dapat bertahan terhadap besar arus dan waktu yang dirumuskan sebagai:

dimana
I = arus fibrilasi
k =
K = 0.0135 untuk manusia dengan berat badan + 50 kg
= 0.0246 untuk manusia dengan berat badan + 70 kg
t = waktu untuk arus ketika melewati tubuh manusia
maka, k(50) = 0.116 A dan k(70) = 0.157 A

1.2. Arus Persepsi
Ketika seseorang memegang suatu penghantar lalu mulai dialiri arus dari tegangan nol sampai memberi pengaruh karena rangsangan syaraf sehingga terasa nyeri dan bergetar dan tidak membahayakan inilah tahap dari arus tersebut. Untuk arus searah tentunya terasa sedikit panas ditelapak tangan.
Dari hasil uji coba laboratorium di New York 1933 terhadap 40 orang laki-laki dan perempuan didapati arus rata-rata sebagai berikut:
• Untuk laki-laki : 1.1 mA
• Untuk perempuan : 0.7 mA


1.2.1. Arus Mempengaruhi Otot
Bila arus persepsi dinaikkan lagi sehingga rasa sakit mulai terasa maka lama-kelamaan akan mempengaruhi otot sehingga otot-otot didekat konduktor kaku dan menyebabkan tangan tidak dapat lepas darinya.
Di universitas California dibidang medis menyelidiki kejadian ini pada 134 relawan laki-laki dan 28 perempuan dan mendapat rata-rata yaitu:
• Untuk laki-laki : 16 mA.
• Untuk perempuan : 10.5 mA.
Selain itu ada batas arus maksimum ketika manusia masih dapat melepaskan konduktor tadi yaitu :
• Untuk laki-laki : 9 mA.
• Untuk perempuan : 6 mA.

1.2.2. Arus Reaksi
Arus ini adalah arus terkecil dimana bisa membuat orang terkejut, reaksi menanggapi kejutan inilah yang bisa juga membahayakan karena bergantung pada orang itu sendiri. Hal ini biasanya disebabkan oleh reflek yang berlebihan sehingga seseorang dapat melakukan hal yang tidak diduga lebih bersifat fatal. Dalam penyelidikannya DR. Hans Prinz menyusun batasan-batasan arus dari hasil penelitiannya tersebut didalam tabel berikut:

Tabel 1
Batasan-batasan Arus Dan Pengaruhnya Pada Manusia

Besar Arus (mA) Pengaruh pada Tubuh Manusia
0 - 0.9 Belum terasa pengaruhnya (tidak ada reaksi)

Besar Arus (mA) Pengaruh pada Tubuh Manusia
0.9 - 1.2 Terasa ada arus tetapi tidak menimbulkan kontraksi, kejang dan kehilangan kontrol
1.2 - 1.6 Mulai terasa seperti ada yang merayap di dalam tangan
1.6 - 6 Tangan sampai ke siku merasa kesemutan
6 - 8 Tangan mulai kaku dan rasa kesemutan bertambah
13 - 15 Rasa sakit tidak tertahankan, penghantar masih dapat dilepaskan dengan gaya yang besar sekali
15 - 20 Otot tidak sanggup melepaskan penghantar
20 - 50 Dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh manusia
50 - 100 Batas arus yang dapat menyebabkan kematian



1.2.2.1. Arus Penyebab Tertahannya Respirasi
Pengaruh arus sambaran petir pada respirasi dibagi menjadi dua cara, pertama-tama pengaruh tertahannya otot-otot pada bagian dada setelah arus mendadak tadi sehingga menahan saluran pernafasan. Yang kedua ialah pengaruh hanya berlangsung selama arus mengalir karena arus petir hanya mengalir sekitar 10 mikrodetik saja. Dengan kata lain pengaruh akibat arus sambaran petir setelah kejadian lebih mendapat perhatian.

Pada tahun 1930, MacLachlan melaporkan suatu kecelakaan akibat sambaran petir pada frekuensi tenaga dimana korban menerima tegangan sebesar 22 kV antara tangan yang satu sebagai kontak dan tangan lain dan kaki sebagai lawannya. Pernafasan orang ini langsung berhenti, tetapi dapat berlanjut setelah mendapat pernafasan buatan selama delapan jam.
Laporan lain yang didapat yaitu dari Lynch dan Shorthouse (1949) ketika sambaran petir langsung mengenai dua orang pemain sepak bola yang berdiri berdekatan. Arus mengalir dikeduanya dari kepala sampai kaki, walaupun tidak ada tanda jaringan luar yang terbakar tanda hanya terkena tegangan pindah atau lompatan. Akibatnya pernafasan mereka juga tertahan dan segera diberi pernafasan buatan, juga ada kemungkinan arus lain, misalnya arus fibrilasi juga berperan.
Untuk batasannya dilakukan penyelidikan hanya pada kepala binatang, pada tahun 1972, Kitagawa menemukan bahwa dibutuhkan energi minimum 14 J atau sekitar 5.5 J.kg-1 untuk mengakibatkan kematian karena tertahannya pernafasan.

1.2.3. Tegangan Pada Tubuh Manusia Akibat Petir
Kemungkinan terjadinya kecelakaan akibat petir pada pekerja disuatu stasiun pemancar dapat terjadi didalam maupun diluar gedung. Gradien tegangan yang tinggi secara mendadak dapat menghasilkan berbagai faktor gangguan atau kesalahan ke tanah yang memungkinkan mengenai manusia. Berikut adalah macam dari tegangan dan analisis pendekatan untuk berbagai kemungkinan.

2.1 Tegangan Akibat Sambaran Langsung
Berbagai kejadian akibat sambaran langsung (direct strike) memberikan berbagai macam kemungkinan akibat, dimana resistansi tubuh manusia mulai kejang-kejang ketika tersambar sekitar tegangan petir 4 kV sehingga arus yang mengalir kira-kira 4 A seperti pada sub bab sebelumnya dapat mengakibatkan kematian. Namun pada kondisi sesungguhnya ada beberapa korban yang bertahan hidup.
Sambaran ini juga bisa mengenai sekaligus beberapa orang yang berdiri berdekatan, tidak jarang pada kasus tertentu bagian tubuh ada yang terbakar ini bisa juga karena baju yang dikenakan terbakar. Adapula yang melewati payung yang dipegang dan sepatupun bisa terkoyak karenanya.

2.2 Tegangan Sentuh
Tegangan (contact voltage) ini timbul ketika seseorang memegang sebuah benda atau konduktor yang sedang dialiri arus sambaran petir dimana orang tersebut juga terhubung ke tanah.
Besar arus yang mengalir dibatasi oleh nilai resistansi dari tubuh manusia tersebut, adapun model matematis dari peristiwa tegangan sentuh dapat di analogikan dalam persamaan berikut:

dimana:
Es = tegangan sentuh (volt)
Rk = resistansi tubuh manusia ( 1000 ohm)
Rf = tahanan kontak ke tanah dari satu kaki pada tanah yang dilapisi
koral 10 cm ( 3000 ohm)
Ik = besar arus yang mengalir di tubuh (A)
dengan Rf mendekati harga 3.s dimana s adalah tahanan jenis tanah disekitar permukaan. Arus Ik diambil berdasarkan harga dalam persamaan 16, dengan k memilih angka 0.116. Maka selanjutnya persamaan 17 akan menjadi:
( 2)
dengan s dalam satuan ohm-meter untuk lapisan koral 10 cm dan t adalah waktu kejut dalam satuan detik. Berikut tabel tegangan sentuh yang tidak membahayakan,

Tabel 2

Tegangan Sentuh Yang Tidak Membahayakan
Dengan Durasi

Durasi (detik) Tegangan Sentuh (Volt)
0.1 1.980
0.2 1.400
0.3 1.140
0.4 990
0.5 890
1.0 626
2.0 443
3.0 362

2.3 TEGANGAN LANGKAH
Ketika seseorang berdiri di atas permukaan tanah dan tiba-tiba dijarak tertentu ada sambaran petir ke tanah baik langsung maupun langsung maka akan ada beda potensial diantara kedua kakinya (step voltage).
Untuk analisis matematisnya dianggap jarak antara kedua kaki 1 meter dan diameter kakinya adalah 8 cm dengan kaki telanjang dapat ditentukan persamaannya dengan mengambil persamaan 17 diubah pada Rf menjadi rangkaian seri, sebagai berikut:
2.4 Tegangan Pindah.
Hal khusus dari sifat tegangan sebagai miniatur dari lompatan besar suatu petir disebut juga side flash yang disebut dengan tegangan lompat. Hal ini bisa terjadi sebagai contoh ketika seorang bocah bermain layang-layang dalam keadaan langit berawan tiba-tiba ia melihat ada sambaran kilat yang cukup jauh dari layang-layangnya, tetapi saat itu juga tangan bocah itu terbakar dan akibat kejutannya ia jatuh pingsan.

1.3. Akibat Sambaran Petir Pada Perangkat Elektronik
Perangkat elektronik yang dimaksud tentunya terutama adalah perangkat lunak yang berada pada stasiun pemancar. Seperti yang kita ketahui bahwa gangguan yang dimaksud biasa disebut noise ataupun gangguan lain yang dapat mengakibatkan interupsi pada proses pengiriman data sebagaimana kita ketahui pada umumnya memakai sistem digital.
Tegangan dan arus induksi akibat sambaran petir dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan elektronika. Menurut Sowa K. ( 1985 ), Kadete, H. dan Omari S. ( 1990 ) dan K. T. Sirait ( 1987 ) kerusakan tersebut diakibatkan oleh:
1. Pengaruh tegangan induksi sambaran petir
a) Harga maksimum tegangan induksi, mengakibatkan kerusakan pada suatu MOSFET, apabila tegangan maksimum induksi tersebut melebihi tegangan lapisan batas yang diijinkan.

b) Impuls tegangan induksi, , mengakibatkan kerusakan pada suatu transistor akibat energi impuls tegangan induksi melebihi batas energi yang diijinkan didalam lapisan batas transistor.

dengan Wg energi pada lapisan batas dan ug tegangan pada lapisan batas pada arah konduktif.

c) Impuls kuadrat tegangan induksi, , menyebabkan kerusakan pada tahanan R akibat adanya energi yang memanaskan tahanan tersebut sebesar

d) Kecuraman tegangan induksi maksimum, , mengakibatkan kerusakan MOSFET, sebab parameter ini akan menghasilkan arus yang melebihi arus gerbang yang diijinkan.

Pengaruh Kecuraman Pulsa Pada MOSFET
2. Pengaruh arus induksi sambaran petir
a) Harga maksimum arus induksi i, mengakibatkan rusaknya dioda akibat besar arus yang melebihi arus balik yang diijinkan memasuki dioda.


b) Muatan listrik dari arus induksi , mengakibatkan kerusakan pada transistor akibat energi yang diterima transistor melebihi energi yang diijinkan pada lapisan batas

dengan Ug tegangan dioda dari lapisan batas pada arah koduktif.
c) Impuls kuadrat arus induksi, , akan mengakibatkan kerusakan pada tahanan akibat menerima energi yang melebihi ambang batas energi tahanan.

d) Kecuraman arus induksi maksimum , mengakibatkan rusaknya MOSFET akibat tegangan induksi yang dihasilkan melebihi ambang batas tegangan titik batas sambungan

Selain dapat merusak komponen elektronika maka tegangan tinggi terpa petir dapat pula merusak sistem isolasi dari peralatan yang tersambar.
Dari studi yang telah dilakukan tersebut dapat disimpulkan bahwa gelombang impuls petir dapat menimbulkan kerusakan baik pada komponen elektronikanya maupun sistem isolasinya.

Disarikan dari Artikel Ir.Syariffuddin Mahmudsyah,M.Eng (Guru Listrik-Teknik Listrik Perminyakan)