TEGANGAN INDUKSI PADA KABEL INSTALASI LISTRIK AKIBAT ARUS PETIR PADA KAWAT PEMBUMIAN PENANGKAL PETIR OLEH BONAR S BANJARNAHOR NIM : 060402092 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
KATA PENGANTAR Penulis mengucapkan pujian dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus, Allah yang penuh kasih karunia atas rahmat dan penyertaannya yang begitu mengagumkan dalam kehidupan penulis sehingga atas belas kasihannya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul: TEGANGAN INDUKSI PADA KABEL INSTALASI LISTRIK AKIBAT ARUS PETIR PADA KAWAT PEMBUMIAN PENANGKAL PETIR Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Bonggas L. Tobing sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis yang sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Hendra Zulkarnaen sebagai Dosen Wali penulis selama menyelesaikan pendidikan di kampus USU.
3. Bapak Ir. S. Tarmizi Kasim, Msi. sebagai Pelaksana Tugas Harian Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT sebagai Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 5. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU. 6. Kedua orang tua yang begitu saya cintai Marudut Banjarnahor dan Tio Manuntun Purba. Tiada kata yang dapat menggambarkan cinta saya kepada kedua orang tua saya. 7. Saudara kandung saya,pak Henok/Ratna Sidabutar, Parulian/kak Hutapea, Sampe, Emmy/bang Flores, Roma, Nasib dan adik saya satu satunya Citiven yang telah membantu membentuk pribadi saya menjadi lebih kokoh. 8. Saudara saya bersama melayani Tuhan,di UKM KMK USU, teman KTB, abang- abang pembina rohani saya, adik binaaan rohani saya, Kopral 2010, Koordinasi UP FT 2009, Koordinasi UP FT 2010, Koordinasi UP FT 2011, Tim Regenerasi Up FT 2011, dan sinar pelita hati saya atas dukungan mereka semua sehingga pengenalan saya akan Tuhan Yesus semakin kuat. 9. Teman teman saya stambuk Teknik Elektro 2006, Ikatan Mahasiswa USU Humbang, teman alumni 2006 Dolok Sanggul, dan kawan saya bermain musik dan bola lainnya yang tidak secara langsung telah memberi saya dukungan yang sangat berarti.
Penulis meyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis harapkan. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, Oktober 2011 Penulis Bonar S Banjarnahor
ABSTRAK Jika terjadi sambaran petir pada penangkal petir yang terdapat pada suatu bangunan maka arus petir mengalir melalui kawat pembumian penangkal petir yang disalurkan sampai ke tanah. Adanya arus yang mengalir ini mengakibatkan tegangan induksi pada kabel instalasi listrik yang sejajar dengan kawat pembumian penangkal petir tersebut. Dalam tugas akhir ini akan dilihat pengaruh jarak antara kawat pembumian penangkal petir kabel instalasi terhadap tegangan yang diinduksikan pada kabel instalasi listrik. Dari hasil analisis dilihat bahwa tegangan induksi pada kabel instalasi listrik sangat dipengaruhi oleh induktansi beban yang terpasang.
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... iv DARTAT TABEL... v BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG... 1 1.2 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN... 2 1.3 BATASAN MASALAH... 2 1.4 METODOLOGI PENELITIAN... 3 1.5 SISTEMATIKA PENULISAN... 4 BAB II PENANGKAL PETIR DAN ARUS PETIR II.1 PETIR... 6 II.1.1 Mekanisme Terjadinya Petir... 6 II.1.2 Frekwensi Sambaran Petir Pada Bangunan... 9 II.2 DAMPAK PETIR... 11 II.3 PENANGKAL PETIR... 16 II.4 ARUS PETIR... 21 BAB III TEGANGAN INDUKSI AKIBAT SAMBARAN PETIR III.1 Pendahuluan... 25 III.2 Induktansi... 26
III.3 Kapasitansi... 30 III.4 Rangkaian Ekivalen... 34 III.5 Persamaan Tegangan Induksi... 35 BAB IV STUDI KASUS IV 1 Pendahuluan... 41 IV 2 Objek Kasus... 41 IV 3 Parameter Objek Kasus... 43 IV 4 Rangkaian Ekivalen Objek Kasus... 51 IV 5 Beban Terpasang, Sumber Tegangan, dan Arus Petir... 51 IV 6 Tegangan Induksi... 56 IV 7 Analisa Data... 57 IV.7.1 Pengaruh Pertambahan Jarak Terhadap Tegangan Induksi... 58 IV. 7.2 Laju kenaikan Tegangan... 62 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan... 65 V.2 Saran... 65 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR 1 Bangunan dengan Instalasi Listrik... 1 2.1 Mekanisme terjadinya Petir... 7 2.2 Luas daerah sambaran Petir... 11 2.3 Sudut proteksi... 18 2.4 Sudut Proteksi oleh para Peneliti... 18 2.5 Metode Sangkar Burung... 20 2.6 Bentuk Gelombang First Short Stroke... 22 2.7 Long Stroke Current... 24 3.1 Penghantar Tunggal... 28 3.2 Penghantar Sejajar... 29 3.3 Dua Penghantar Dialiri Arus Berlawanan... 30 3.4 Penghantar Dengan Bumi... 31 3.5 Penghantar Sejajar... 32 3.6 Kapasitansi Dua Dielektrik Berbeda... 33 3.7 Dua Penghantar Diantarai Dua Dielektrik... 33
3.8 Rangkaian Ekivalen Penghantar Sendiri... 34 3.9 Rangkaian Ekivalen Dua Penghantar... 35 3.10 Rangkaian Ekivalen Dialiri Arus Listrik... 35 4.1 Susunan Kabel Instalasi dengan Kawat Pembumian... 42 4.2 Kabel Instalasi Dan Kawat Pembumian... 43 4.3 Kabel Instalasi Listrik... 46 4.4 Rangkaian Ekivalen Kabel Instalasi Listrik... 49 4.5 Rangkaian Ekivalen Kawat Pembumian... 50 4.6 Rangkaian Ekivalen Kabel instalasi Kawat Pembumian... 50 4.7 Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen... 51 4.8 Rangkaian Ekivalen Beban... 54 4.9 Tegangan Sesaat... 55 4.10 Gelombang Arus Petir... 55 4.11 Tegangan Induksi Fungsi Jarak... 62
DAFTAR TABEL 2.1 Jenis Kerusakan Pada Bangunan... 13 2.2 Jenis kerusakan Berdasarkan Posisi Sambaran... 16 4.1 Spesifikasi Beban... 42 4.2 Beban Terpasang... 51 4.3 Puncak Tegangan Induksi Pada Beban Ac... 56 4.4 Puncak Tegangan Induksi Pada Beban Setrika... 57 4.5 Puncak Tegangan Induksi Pada Beban Lampu... 57 4.6 Perhitungan Pada Beban Lampu... 58 4.7 Perhitungan Pada Beban Setrika... 59 4.8 Perhitungan Pada Beban AC... 60 4.9 Laju Kenaikan Teganangan Ac... 62 4.10 Laju Kenaikan Teganngan Setrika... 62 4.11 Laju kenaikan Tegangan Lampu... 63