6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Utilitas Bangunan Gedung

Setiap bangunan gedung yang dipergunakan oleh manusia dalam melakukan

aktivitas kehidupan setiap hari harus bersifat nyaman dan aman. Nyaman dalam arti

bahwa individu yang tinggal atau beraktivitas di dalamnya merasa betah dan dapat

menikmati gedung yang ditempatinya. Sedangkan aman dalam arti bahwa individu yang

menggunakannya tidak akan mendapatkan kecelakaan atau musibah selama menempati

bangunan gedung tersebut.

Suatu bangunan gedung dapat memberikan dan menjamin rasa aman dan

nyaman bagi penghuninya apabila bangunan gedung tersebut dilengkapi dengan

prasarana dan sarana bangunan yang mendukung fungsi dari gedung tersebut. Prasarana

dan sarana bangunan gedung adalah fasilitas kelengkapan di dalam dan diluar bangunan

gedung yang mendukung pemenuhan terselenggaranya fungsi bangunan gedung.

Sehingga dengan adanya prasarana dan sarana tersebut, segala sesuatu aktivitas yang

menggunakan bangunan gedung tersebut dapat terselenggara dengan baik.

Prasarana dan sarana bangunan yang melekat terhadap fungsi gedung disebut

juga utilitas bangunan. Utilitas bangunan suatu gedung terdiri dari beberapa komponen,

di mana setiap komponen saling mendukung fungsi gedung serta kenyamanan dan

keselamatan orang-orang yang menggunakan gedung tersebut. Sehingga untuk

mencapai tujuan tersebut, maka segala usaha dan penyelenggaraan utilitas bangunan

harus sesuai dan memenuhi kriteria yang sudah diatur di dalam Undang – Undang No

28 Tahun 2002 tentang Bangunan Gedung dan peraturan pelaksanaannya, yaitu

Peraturan Pemerintah No 36 Tahun 2005.

7

2.2. Konsep Keandalan Utilitas Kelistrikan Bangunan

Salah satu komponen utilitas bangunan yang penting di dalam mendukung

fungsi gedung adalah utilitas kelistrikan bangunan. Utililitas kelistrikan ini menjadi

sangat vital karena fasilitas – fasilitas gedung dan kenyamanannya sangat memerlukan

adanya energi listrik, seperti lampu penerangan untuk pencahayaan gedung, pendingin

udara seperti AC maupun kipas angin, lift maupun eskalator sebagai transportasi

vertikal, pompa air untuk distribusi air bersih dan plumbing. Energi listrik di dalam

suatu bangunan gedung juga sangat diperlukan bagi individu – individu yang

beraktifitas di dalamnya, seperti energi untuk mengidupkan komputer, tata suara dan

telekomunikasi, untuk menjalankan mesin-mesin produksi, ataupun hanya untuk

sekedar membuat secangkir kopi panas.

Energi listrik bersifat berbahaya bagi manusia yang menggunakan serta

lingkungannya, sehingga utilitas kelistrikan dari suatu bangunan gedung harus bersifat

aman. Aman dalam arti bahwa individu – individu yang menggunakan energi listrik

dalam akivitasnya jauh dari bahaya tersentuh tegangan listrik (tersetrum) dan bangunan

gedung juga aman dari bahaya kebakaran apabila terjadi gangguan listrik seperti adanya

arus hubung pendek. Sehingga dalam penggunaan energi listrik dan utilitas kelistrikan

pada suatu bangunan gedung harus sesuai dengan peraturan yang berlaku dan

memenuhi standar minimal yang ditentukan.

Komponen utilitas kelistrikan bangunan suatu gedung terdiri dari tiga komponen

utama, yaitu :

1. Utilitas instalasi listrik, meliputi antara lain panel teganan menengah, transformator

distribusi, panel tegangan rendah, panel distribusi, lampu penerangan, kabel

instalasi, saklar dan stop kontak.

2. Utilitas instalasi generator sets, terdiri dari motor penggerak, alternator, alat

pengisian akki, sistem pendinginan, sistem pemipaan, pompa bahan bakar, tangki

harian, panel, AMF (Automatic Main Failure), ATS (Automatic Transfer Switch)

dan kabel instalasi.

3. Utilitas instalasi penangkal petir, terdiri dari instalasi proteksi eksternal dan instalasi

proteksi internal.

8

Untuk mengukur tingkat penggunaan utililitas kelistrikan bangunan, maka perlu

dilakukan suatu penilaian secara kuantitas terhadap ketiga komponen utilitas tersebut.

Penilaian secara kuantitas terhadap suatu gedung yang mempunyai utilitas kelistrikan

merupakan gambaran tingkat keandalan gedung dalam memenuhi ketentuan dan kriteria

yang dipersyaratkan oleh Undang – Undang ataupun Peraturan – Peraturan yang

berlaku.

2.3. Komponen Utilitas Instalasi Listrik

Setiap bangunan gedung yang membutuhkan energi listrik, pasti memerlukan

instalasi listrik guna penyaluran energi tersebut. Instalasi listrik pada suatu bangunan

gedung harus aman digunakan oleh penghuni gedung yang memanfaatkannya.

Keamanan instalasi listrik meliputi keamanan peralatan listrik dari tegangan sentuh dan

keamanan instalasi listrik yang diakibatkan oleh gangguan listrik seperti adanya hubung

singkat. Untuk menjamin tingkat keamanan tersebut, maka semua peralatan listrik yang

digunakan maupun instalasi listriknya, harus mematuhi standar yang telah ditetapkan.

Di Indonesia, standar yang telah ditetapkan oleh SNI (Standar Nasional Indonesia)

adalah PUIL 2000 (Peraturan Umum Instalasi Listrik 2000).

Terdapat tiga kriteria utama yang harus dipenuhi agar suatu jaringan listrik dapat

dikatakan baik (Sunarno, 2006) yaitu :

1. Fleksibilitas

Jaringan harus mampu memberi kemungkinan untuk penambahan beban walau tetap

harus dalam batas ekonomis. Dengan demikian jika suatu saat ada tambahan beban

yang wajar (tidak terlalu ekstrem) maka tidak perlu dilakukan perombakan atas

jaringan listrik yang lama secara total. Cadangan yang berlebihan tidaklah

ekonomis, bahkan merupakan pemborosan.

9

2. Kepercayaan

Jaringan instalasi harus dapat diandalkan dan dapat dipercaya karena pembebanan

oleh peralatan listrik sering tidak dapat dikontrol. Hal ini perlu memperhatikan

kualitas bahan instalai. Kegagalan peralaan perlu dapat diketahui secara dini.

3. Keamanan

Jaringan instalasi listrik yang digunakan harus aman, sehingga jaringan instalasi

harus dirancang sesuai peraturan nasional yang berlaku (PUIL 2000). Hal utama

yang perlu diperhatikan adalah resiko terjadinya kebakaran

2.3.1. Panel Hubung Bagi

Panel Hubung Bagi atau sering disingkat PHB adalah suatu perlengkapan

hubung bagi yang pada tempat pelayanannya berbentuk suatu panel atau kombinasi

panel-panel, terbuat dari bahan konduktif atau tidak konduktif (PUIL, 2000). Panel

Hubung bagi dilengkapi dengan perlengkapan listrik seperti sakelar, kabel, rel, pemutus

daya dan pemisah daya. Perlengkapan hubung bagi dibatasi dan dibagi-bagi menjadi

petak-petak yang tersusun mendatar dan tegak dianggap sebagai satu panel hubung bagi.

Berdasarkan tegangan yang dilayani, panel hubung bagi dibedakan menjadi dua

jenis, yaitu :

1. Panel tegangan menengah, adalah panel hubung bagi yang melayani tegangan

menengah antara 1000 V – 35 kV, yang digunakan khusus untuk sistem distribusi

(PUIL, 2000).

2. Panel tegangan rendah, adalah panel hubung bagi yang melayani tegangan rendah

kurang dari 1000 V (PUIL 2000)

10

Berdasarkan bentuknya, panel hubung bagi PHB terdiri dari tiga macam, yaitu :

1. Bentuk Lemari, yang disebut lemari hubung bagi atau sering disebut dengan

Cubicle. Lemari hubung bagi mempunyai ciri-ciri selungkup dan kerangka pada

umumnya terbuat dari logam, yang biasanya berasal dari besi. Konstruksi lemari

hubung bagi ditujukan untuk pemasangan berdiri pada lantai di atas suatu

pondasi. Lemari hubung bagi sering dipasang pada dinding atau di dalam

dinding. Pada bagian depan dipasang panel logam yang mencegah sentuhan

langsung dengan bagian bertegangan, sedangkan pada bagian lain diperbolehkan

tidak dipasang pelindung (semi tertutup). Panel jenis ini sering digunakan untuk

melayani tegangan menengah atau tegangan rendah dengan kapasitas daya yang

besar.

2. Bentuk Kotak, yang disebut kotak hubung bagi. Kotak hubung bagi mempunyai

ukuran lebih kecil dari dapa lemari hubung bagi. Panel jenis ini biasanya

dipasang menempel pada dinding. Panel hubung bagi biasanya terbuat dari

logam besi atau aluminium. Panel jenis ini digunakan untuk melayani tegangan

rendah.

3. Bentuk Meja, yang sering disebut meja hubung bagi yang mempunyai ciri-ciri

bidang untuk pelayanan berbentuk meja yang mendatar atau miring, dengan

tinggi kurang dari 1 meter.

Panel hubung bagi harus dipasang sedemikian rupa sehingga terlihat rapi dan

teratr, dan harus ditempatkan dalam ruangan yang cukup leluasa. Selain itu pemasangan

panel hubung bagi juga harus memperhatikan terhadap kemudahan pemeliharaan dan

11

pengukuran, di mana bagian-bagian yang penting mudah dicapai dan tidak berbahaya.

Semua komponen yang pada waktu kerja memerlukan pelayanan, seperti instrumen

ukur, tombol dan saklar, harus dapat dilayani dengan mudah dan aman dari depan, tanpa

banuan peralatan seperti tangga, meja atau perkakas yang tidak lazim lainnya.

Penyambungan saluran masuk dan keluar dari panel hubung bagi harus

menggunakan terminal sehingga penyambungannya dengan komponen dapat dilakukan

dengan mudah, teratur dan aman. Ketentuan ini tidak berlaku bila komponen tersebut

letaknya dekat saluran keluar atau saluran masuk. Terminal kabel kendali (kontrol)

harus ditempatkan terpisah dari terminal saluran daya.

Beberapa panel hubung bagi yang letaknya berdekatan dan mendapatkan suplai

dari sumber yang sama sedapat mungkin ditata dalam satu kelompok. Panel hubung

bagi tegangan rendah atau bagiannya, yang masing-masing dusuplai dari sumber yang

berlainan harus jelas terpisah dengan jarak sekurang-kurangnya 5 cm.

Di sekitar panel hubung bagi harus terdapat ruang yang cukup luas sehingga

pemeliharaan, pemeriksaan, perbaikan pelayanan dan lalulintas dapat dilakukan dengan

mudah dan aman. Ruang pelayanan di sisi depan, lorong dan emper untuk panel

tegangan rendah harus mempunyai lebar minimal 0,75 m, sedangkan tingginya minimal

2 m. Untuk panel tegangan menengah, lebar ruang pelayanan antar dua panel hubung

bagi jenis tertutup yang berhadapan minimal 1,5 m dan antara panel hubung bagi

dengan dinding sekurang-kurangnya 1 m. Lebar ruang bebas untuk pemeliharaan antar

sisi belakang dua buah panel hubung bagi sekurang-kurangnya 1 m, dan antara sisi

belakang panel hubung bagi dengan dinding tembok minimal 0,8 m.

12

Gambar 2.1. Lemari Hubung Bagi

2.3.2. Transformator Distribusi

Transformator adalah suatu perlengkapan listrik yang dapat memindahkan dan

mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang

lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi magnetik

(Zuhal, 1975). Kerja transformator yang berdasarkan induksi elektromagnetik

menghendaki adanya gandengan magnet antara rangkaian primer dan rangkaian

sekunder. Gandengan magnet ini berupa inti besi tempat melakukan fluks bersama.

Berdasarkan sifat tegangan masukan dan keluarannya, transformator dibedakan

menjadi dua jenis, yaitu :

1. Transformator penaik tegangan atau step up, di mana tegangan pada terminal belitan

sekunder (output) lebih besar dari pada tegangan pada terminal belitan primer

(input).

13

2. Transformator penurun tegangan atau step down, di mana tegangan pada terminal

belitan sekunder (output) lebih kecil dari pada tegangan pada terminal belitan primer

(input).

Perbandingan jumlah belitan dengan tegangan pada transformator adalah :

aEE

VV

NN

2

1

2

1

2

1 (2.1)

Di mana :

N1 = Jumlah belitan primer

N2 = Jumlah belitan sekunder

V1 = Tegangan terminal primer, Volt

V2 = Tegangan terminal sekunder, Volt

E1 = GGL (tegangan induksi) pada belitan primer, Volt

E2 = GGL (tegangan induksi) pada belitan sekunder, Volt

a = Nilai perbandingan belitan

Berdasarkan pemakaian di dalam bidang tenaga listrik, transformator dibedakan

menjadi :

1. Transformator daya, digunakan pada sistem transmisi tegangan tinggi atau sistem

transmisi tegangan ekstra tinggi. Transformator ini ditempatkan pada suatu gardu

induk.

2. Transformator distribusi, digunakan pada sistem distribusi tenaga listrik yang

berfungsi sebagai penurun tegangan, dari tegangan menengah menjadi tegangan

rendah. Transformator ini ditempatkan pada suatu gardu distribusi atau ditempatkan

pada tiang distribusi.

14

3. Transformator pengukuran, yang berfungsi untuk membantu dalam pengukuran

listrik. Transformator ini terdiri dari dua jenis, yaitu transformator arus dan

transformator tegangan.

Untuk sistem tenaga listrik yang digunakan di Indonesia, transformator

distribusi digunakan untuk menurunkan tegangan menengah 20 kV menjadi tegangan

rendah 380 V. Pemasangan transformator harus mudah dicapai oleh petugas yang

berwenang, untuk pemeriksaan dan pemeliharaan. Transformator jenis kering tegangan

rendah yang ditempatkan secara terbuka pada dinding, iang atau konstruksi bangunan,

diperbolehkan untuk pemasangan dengan sifat tidak mudah dicapai.

Gambar 2.2. Transformator Distribusi

15

Setiap transformator harus diproteksi dengan perlengkapan proteksi arus lebih

secara tersendiri pada sambungan primer, dengan kemampuan atau setelan tidak lebih

dari 250% dari arus pengenal transformator. Pada sisi sekunder transformator

diperbolehkan mempunyai perlengkapan proteksi arus lebih pada sambungannya,

dengan kemampuan proteksi sesuai dengan arus pengenal transformator. Transformator

tegangan pasangan dalam atau jenis tertuup harus diproteksi dengan menggunakan

pengaman lebur pada sisi primernya.

Transformator dapat dijalankan secara paralel dan disambung sebagai satu unit,

dengan syarat proteksi arus lebih untuk setiap transformator harus sesuai dengan

ketentuan. Pembagian arus beban antara transformator kerja paralel sesuai dengan

kemampuan daya masing – masing transformator. Kerja paralel dari beberapa

transformator harus memenuhi syarat :

1. Perbandingan tegangan harus sama

2. Polaritas transformator harus sama

3. Tegangan impedansi pada keadaan beban penuh harus sama

4. Perbandingan reaktansi terhadap tahanan sebaiknya sama

2.3.3. Kabel

Kabel adalah suatu kawat penghantar listrik yang dibungkus dengan isolasi.

Kabel terdiri dari inti atau konduktor sebagai penghantar listrik, bahan isolasi, bahan

pengikat dan bahan pelindung beban mekanik serta selubung luar. Berdasarkan benuk

fisik konduktornya, kabel dibedakan menjadi dua jenis, yaitu kabel serabut dan kabel

16

berinti pejal. Berdasarkan tegangan pengenalnya, terdapat dua jenis kabel yaitu kabel

tegangan rendah dan kabel tegangan menengah.

Penggunaan kabel untuk sistem tiga fasa berdasarkan warna selubungnya. Kabel

berwarna loreng hijau kuning hanya boleh digunakan untuk menandai penghantar

pembumian, penghantar pengaman dan penghantar yang menghubungkan ikatan

penyama potensial ke bumi. Kabel berwarna biru digunakan untuk menandai

penghantar netral pada instalasi listrik. Warna biru hanya dapat digunakan untuk

maksud lain, jika pada instalasi listrik tersebut tidak terdapat penghantar netral. Warna

biru tidak diperbolehkan untuk menandai penghantar pembumian. Untuk instalasi listrik

arus bolak – balik, penghantar fasa ditandai sebagai berikut :

1. Fasa L1 / R ditandai dengan warna selubung merah

2. Fasa L2 / S ditandai dengan warna selubung kuning

3. Fasa L3 / T ditandai dengan warna selubung hitam

Gambar 2.3. Kabel Listrik

17

2.3.4. Lampu Penerangan dan Perlengkapannya

Lampu listrik adalah lampu yang mengeluarkan atau menghasilkan cahaya

apabila disambungkan terhadap sumber tenaga listrik. Lampu listrik mulai digunakan

sekitar tahun 1810, di mana pada saat itu lampu yang digunakan adalah lampu busur

yang menggunakan karbon sebagai elektrodanya. Pada tahun 1877 Thomas Alfa Edison

menggunakan lampu pijar untuk pertama kalinya.

Di dalam perkembangannya, lampu listrik digolongkan dalam tiga kategori

berdasarkan prinsip kerjanya, yaitu :

1. Lampu Pijar (Incandescent Lamp)

2. Lampu Tabung atau Lampu Pelepasan Gas (Discharge Lamp)

3. Lampu Electroluminescent.

Lampu pijar atau Incandescent Lamp adalah lampu yang menghasilkan cahaya

akibat memijarnya filamen. Lampu pijar tergolong lampu listrik generasi awal yang

masih digunakan hingga saat ini. Jenis – jenis lampu yang termasuk lampu pijar adalah

lampu pijar dengan filamen tungsten (sering dikenal dengan bohlam), lampu pijar

dengan filamen karbon, lampu halogen dan lampu reflektor.

Gambar 2.4. Konstruksi lampu pijar

18

Daya yang didesipasikan P (watt) oleh filamen lampu pijar, dipengaruhi oleh

tegangan kerja V (volt) dan resistansi filamen pada kondisi panas R (ohm), di mana :

RVP

2

( 2.2 )

Lampu tabung (Tubelair Lamp, TL) atau lampu pelepasan gas (Discharge Lamp)

adalah lampu listrik yang mengeluarkan cahaya akibat adanya pelepasan elektron

(electron discharge). Berdasarkan jenis gas yang digunakannya, lampu tabung dibagi

menjadi dua, yaitu :

1. Lampu merkuri, yaitu lampu tabung yang menggunakan gas merkuri untuk

pelepasan elektronnya dalam menghasilkan cahaya. Lampu merkuri ini di

golongkan menjadi dua jenis, yaitu lampu merkuri tekanan rendah dan lampu

merkuri tekanan tinggi

2. Lampu sodium yaitu lampu tabung yang menggunakan gas sodium (natrium) untuk

pelepasan elektronnya dalam menghasilkan cahaya. Lampu sodium ini di golongkan

menjadi dua jenis, yaitu lampu sodium tekanan rendah dan lampu sodium tekanan

tinggi

Lampu Flouresen adalah lampu tabung merkuri tekanan rendah, karena selain gas

floresen pada tabung lampu tersebut juga dimasukkan gas merkuri dengan tekanan

rendah, sekitar 0,4 Pa.

Berdasarkan cara kerjanya, rangkaian lampu tabung dibedakan menjadi dua,

yaitu rangkaian dengan starter (Switch-start Circuit) dan rangkaian tanpa stater. Stater

lampu tabung terdiri dari bimetal yang diletakkan di dalam tabung gelas kecil dan diisi

dengan gas argon. Selain starter, pada lampu tabung juga dilengkapi ballast, yaitu suatu

19

alat yang berfungsi untuk membatasi arus apabila lampu sudah menyala normal. Ballast

lampu tabung terdiri dari induktor yang dihubungkan seri dengan salah satu elektroda.

Gambar 2.5. Konstruksi Lampu Tabung

Gambar 2.6. Rangkaian lampu tabung

Lampu elektroluminescent adalah lampu yang menghasilkan cahaya karena

adanya emisi cahaya hasil dari eksitasi di dalam suatu padatan. Efek tersebut dapat

diperoleh dengan menggunakan medan listrik pada bahan kristalin yang mempunyai

sifat pemendaran khusus dan dapat dikontrol. Hingga saat ini, hanya terdapat dua

sumber cahaya elektroluminescent, yaitu Ligth Emiting Diode (LED) dan panel

elektroluminescent.

20

Untuk menghindari bahaya terhadap sentuhan langsung dan tak langsung pada

penggunaan lampu penerangan, suatu instalasi listrik dilengkapi dengan armatur

penerangan, fitting lampu dan roset. Peralatan-peralatan tersebut harus dibuat

sedemikian rupa sehingga semua bagian yang bertegangan dan bagian yang terbuat dari

logam harus aman dari kemungkinan sentuhan langsung. Armatur penerangan harus

terisolasi dari bagian lampu dan fitting lampu yang bertegangan, serta penggantung dan

pengukuhannya yang terbuat dari logam. Fitting lampu untuk penerangan luar dan

dalam ruangan dengan tetesan air (kamar mandi), harus kedap tetesan atau dipasang

dalam armatur penerangan yang kedap terhadap tetesan air.

2.3.5. Sakelar

Sakelar adalah suatu perlengkapan instalasi listrik yang berfungsi untuk

memutuskan dan menyambungkan arus listrik. Sakelar digunakan untuk mengendalikan

beban listrik seperti lampu penerangan, motor listrik, pemanas, dan lain-lain. Setiap

sakelar harus mampu menyambung dan memutuskan arus yang dapat mengalir dalam

keadaan penggunaan alat tersebut dan harus berfungsi sehingga tidak membahayakan

penggunanya

Desain saklar harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :

1. Harus dapat melayani secara umum tanpa memerlukan bantuan alat bantu

2. Jumlahnya harus cukup sehingga tidak merepotkan

3. Dalam keadaan terbuka sakelar harus tidak bertegangan

4. Harus tidak dapat menghubungkan dengan sendirinya karena pengaruh gaya berat

21

5. Kemampuan sakelar harus sebanding dengan alat/beban yang digunakan, tetapi

tidak boleh lebih dari 5A.

Sakelar sebagai pemutus rangkaian tidak boleh beroperasi pada penghantar

netral, terhadap :

1. Sistem yang mempunyai arus kembali menggunakan perisai pembumian

2. Rangkaian cabang yang netralnya digunakan untuk pembumian instalasi di luar

gedung

3. Rangkaian cabang yang netralnya dibumikan langsung

Gambar 2.7. Sakelar

2.3.6. Kotak Kontak

Kotak kontak adalah suatu peralatan listrik yang dipasang pada sistem instalasi

listrik yang berfungi untuk menyediakan daya listrik bagi peralatatan atau beban listrik

yang bersifat dapat dipindahkan. Dalam instalasi listrik, lubang kotak kontak dengan

tegangan pengenal tertentu tidak boleh dapat dimasuki tusuk kontak dengan tegangan

pengenal yang lebih rendah. Lubang kotak kontak dengan arus tertentu tidak boleh

22

dapat dimasuki tusuk kontak dengan arus pengenal yang lebih besar, kecuali bagi kotak

kontak atau tusuk kontak dengan arus pengenal maksimal 16 A.

Untuk menghindari kesalahan memasukkan tusuk kontak ke dalam lubang kotak

kontak yang tidak semestinya, dianjurkan agar :

1. Dalam satu instalasi listrik hanya ada satu macam kotak kontak

2. Kotak kontak dan tusuk kontak diberi tanda pengenal yang jelas

3. Kotak kontak dan tusuk kontak mempunyai konstruksi yang berlainan

Gambar 2.8. Kotak Kontak

2.3.7. Sistem Pentanahan

Sistem pentanahan atau biasa disebut sebagai grounding adalah sistem

pengamanan terhadap perangkat-perangkat yang mempergunakan listrik sebagai sumber

tenaga, dari tegangan sentuh, gangguan, lonjakan listrik, petir dan lainnya. Tujuan

utama dari adanya pentanahan adalah menciptakan jalur yang low-impedance (tahanan

rendah) terhadap permukaan bumi untuk gelombang listrik dan transient voltage.

Penerangan, arus listrik, circuit switching dan electrostatic discharge adalah penyebab

23

umum dari adanya sentakan listrik atau transient voltage. Sistem pentanahan yang

efektif akan meminimalkan efek tersebut.

Sistem pentanahan terdiri dua komponen, yaitu elektroda pentanahan dan

penghantar pentanahan. Elektroda pentanahan adalah penghantar yang ditanam dalam

tanah dan membuat kontak langsung dengan bumi. Penghantar pentanahan adalah

penghantar yang menghubungkan antara bagian konduktif terbuka atau BKT peralatan

listrik dengan elektroda pentanahan.

Elektroda pentanahan terdapat 3 macam, yaitu elektroda berbentuk pita,

elektroda bernetuk batang dan elektroda yang berbentuk pelat. Elektroda pita adalah

elektroda yang dibuat dari penghantar berbentuk pita atau berpenampang bulat, atau

penghantar pilin yang pada umumnya ditanam secara sejajar dengan permukaan tanah,

dengan kedalaman antara 0,5 – 1,0 m. Elektroda batang adalah elektroda yang terbuat

pipa besi, baja profil atau batang logam lainnya yang dipancangkan ke dalam tanah.

Elektroda pelat adalah elektroda dari bahan logam utuh atau berlubang dan pada

umumnya ditanam secara dalam.

Gambar 2.9. Elektroda Pita

Kualitas dari sistem pentanahan dapat diketahui dari nilai resistansi jenis tanah

dan nilai resistansi pentanahan. Nilai resistansi jenis tanah berbeda-beda tergantung dari

24

jenis tanahnya. Nilai resistansi elektroda pentanahan tergantung pada jenis tanah dan

keadaan tanah serta susunan dari elektroda pentanahan tersebut. Besarnya resistansi

jenis tanah dan resistansi elektroda pentanahan diperlihatkan pada tabel berikut ini.

Tabel 2.1. Resistansi Jenis Tanah

No Jenis TanahResistansi Jenis Tanah

(-m)

1 Tanah Rawa 30

2 Tanah Liat 100

3 Pasir Basah 200

4 Kerikil Basah 500

5 Pasir & Kerikil Kering 1000

6 Tanah Berbatu 3000

Tabel 2.2. Tahanan Elektroda PentanahanNo Jenis Elektroda Panjang

(m)Resistansi Pentanahan

()1

Pitaatau

penghantar pilin

10 20

2 25 10

3 50 5

4 100 3

5

Batangataupipa

1 70

6 2 40

7 3 30

8 5 20

9 Pelat vertikalkedalaman 1m

ukuran 0,5x1 35

10 ukuran 1x1 25

2.3.8. Pengukuran Tahanan Elektroda Pentanahan

Pengukuran tahanan pengetanahan dilakukan dengan metode tiga titik (three

point methode). Misalkan terdapat tiga buah batang pengetanahan, di mana batang 1

25

I

V

321

sebagai tahanan yang hendak diukur, dan batang 2 serta batang 3 sebagai batang

pengetanahan pembantu yang juga belum diketahui besar tahanannya. Gambar berikut

ini memperlihatkan skema metode tiga titik.

Gambar 2.10 Metode PengukuranTiga Titik

Apabila tahanan di antara tiap – tiap batang pengetanahan diukur dengan arus

konstan, tiap pengukuran dapat ditulis sebagai berikut :

12221121

21 2RRRI

VR (2.3.)

13331131

31 2RRRI

VR (2.4.)

23332232

32 2RRRI

VR (2.5.)

Dari ketiga formula di atas :

23131211323121 2222 RRRR

IVVV

(2.6.)

Karena

322131 VVV (2.7.)

Maka

2313121121 RRRR

IVR (2.8.)

26

Tahanan batang pengetanahan dari elektroda 1 diberikan :

23131211 RRRRR (2.9.)

Dengan mengatur posisi elektroda 2, sehingga didapatkan harga :

0231312 RRR (2.10.)

2.3.9. Pengujian Tahanan Isolasi Instalasi Tegangan Rendah

Resistans isolasi suatu instalasi listrik tegangan rendah merupakan salah satu

unsur yang menentukan kualitas instalasi tersebut, mengingat fungsi utama isolasi

sebagai sarana proteksi dasar. Resistans isolasi harus diukur :

a) Antar penghantar aktif secara bergiliran sepasang-sepasang;

b) Antara setiap penghantar aktif dan bumi.

Resistans isolasi yang diukur dengan nilai tegangan uji yang ditunjukkan dalam

Tabel 2.3., akan memuaskan jika setiap sirkit (dengan peranti tidak terhubung)

mempunyai resistans isolasi tidak kurang dari nilai yang diberikan dalam Tabel 2.3.

Pengukuran harus dilakukan dengan arus searah. Aparat pengukuran harus mampu

menyuplai tegangan uji yang ditentukan dalam Tabel 2.3. jika dibebani dengan 1 mA.

Jika sirkit mencakup gawai elektronik, maka hanya dilakukan pengukuran antara fase

dan netral yang terhubung bersama ke bumi.

27

Tabel. 2.3. Resistansi Isolasi Instalasi Tegangan Rendah

2.4. Komponen Utilitas Instalasi Generator Sets

Pada bangunan gedung khususnya gedung bertingkat yang mempunyai lift atau

gedung yang mempunyai sifat khusus seperti rumah sakit, suatu energi listrik cadangan

harus disediakan. Hal ini bertujuan agar suplai energi listrik pada gedung tersebut tetap

terjaga kontinuitasnya pada saat terjadi pemadaman sumber energi listrik utama dari

PLN. Sampai saat ini, sumber energi cadangan yang dapat memberikan pelayanan

dengan waktu yang singkat dan langsung dapat melayani beban adalah generator sets.

Generator sets adalah suatu mesin pembangkit energi listrik, yang terdiri dari

dua bagian utama yaitu alternator dan mesin diesel. Alternator adalah suatu mesin listrik

yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik arus bolak-balik, sedangkan

mesin diesel merupakan penggerak mula (primemover) yang menyediakan energi

mekanisnya. Untuk mendukung kerja dari suatu genset diperlukan suatu sistem instalasi

yang kompleks, terdiri dari sistem kelistrikan genset, sistem suplai bahan bakar, sistem

pendinginan dan pembuanagn gas, sistem peredaman getaran dan suara.

28

Gambar 2.11. Instalasi Gensets

Suatu instalasi gensets dalam keadaan darurat harus dapat memenuhi beban

sebagai berikut:

a) Kelengkapan penggerak utama yang menggunakan tenaga listrik dan

perlengkapanpengasut yang memerlukan pengisian.

b) Lift keadaan darurat dengan anggapan pada suatu kumpulan lift hanya satu lift yang

bekerja.

c) Daya yang digunakan untuk menurunkan lift

d) Kipas untuk mengisap asap.

e) Pompa air untuk sistem pemadam kebakaran saat terjadinya kebakaran.

f) Pemanfaat listrik yang digunakan pada saat terjadinya kebakaran.

g) Penerangan darurat yang dihubungkan ke generator tersebut.

29

2.4.1. Alternator

Alternator atau generator sinkron adalah suatu mesin sinkron yang mengubah

energi mekanis menjadi energi listrik dengan kecepatan sinkron. Mesin sinkron terdiri

dari dua bagian utama, yaitu bagian yang diam disebut stator, dan bagian yang berputar

disebut rotor. Pada stator terdapat belitan jangkar (armatur) tiga fasa, yang masing-

masing terpisah 1200 listrik. Belitan tiga fasa ini selalu terhubung bintang (Y) dan

netralnya dihubungkan ke tanah. Keuntungan dari hubungan ini adalah tegangan per

fasa pada belitan hanya3

1 atau 58 % dari tegangan antar fasanya (VL), sehingga dapat

mengurangi jumlah isolasi di dalam alur statornya

. Pada rotor terdapat belitan medan, yang dicatu dengan tegangan arus searah.

Terdapat dua tipe rotor yang digunakan pada generator sinkron, yaitu :

1. Rotor tipe kutub menonjol (Salient Pole)

Rotor tipe ini digunakan pada generator hidro yang digerakkan oleh turbin air, di

mana turbin air bekerja dengan kecepatan rendah, yaitu antara 50 sampai 300 rpm.

2. Rotor tipe silindris

Rotor jenis ini digunakan pada generator turbo yang mempunyai kecepatan tinggi.

Generator turbo digerakkan oleh turbin uap atau tubin gas yang bekerja pada

kecepatan tinggi yaitu sampai 3600 rpm

30

Gambar 2.12. Konstruksi mesin sinkron

Belitan redaman (damper winding) adalah suatu belitan yang digunakan untuk

mencegah terjadinya fluktuasi momen kecepatan. Belitan redaman ini terbuat dari

batangan tembaga yang kedua ujungnya dihubung-singkatkan dengan cincin tembaga.

Pada umumnya belitan redaman ini digunakan pada rotor tipe kutub menonjol (salient

pole).

Belitan medan pada rotor dari sebuah mesin sinkron dicatu dengan sumber

tegangan arus searah. Fungsi dari catu daya tegangan searah tersebut adalah untuk

membangkitkan medan magnet dan fluks magnet. Apabila rotor pada generator sinkron

tersebut diputar oleh turbin, dan setelah putarannya mencapai kecepatan yang

sebenarnya fluks magnet dibangkitkan. Sehingga fluks magnet yang berputar tersebut

akan memotong konduktor pada stator, maka sesuai dengan hukum Farady dan Lenz,

akan diinduksikan gaya gerak listrik (GGL) bolak-balik pada konduktor jangkar

statornya sebesar :

dtdN

(2.11)

31

Frekuensi GGL yang diinduksikan tersebut dipengaruhi oleh kecepatan putaran

rotor dan jumlah kutub medannya, yaitu :

120.Pnf s (2.12)

di mana f : frekuensi (Hz)

sn : kecepatan sinkron (rpm)

P : jumlah kutub medan

: Gaya Gerak Listrik (Volt)

N : Jumlah lilitan

: Fluksi magnet (Weber)

t : Waktu (detik)

2.4.2. Mesin Diesel

Mesin diesel termasuk mesin dengan pembakaran dalam atau disebut dengan motor

bakar ditinjau dari cara memperoleh energi termalnya. Dalam suatu gensets, mesin

diesel berfungsi sebagai penggerak mula (prime mover) Keuntungan pemakaian mesin

diesel sebagai Prime Mover:

• Design dan instalasi sederhana

• Auxilary equipment sederhana

• Waktu pembebanan relatif singkat

• Konsumsi bahan bakar relatif murah dan hemat

Selain mempunyai beberapa keuntungan, mesin diesel juga mempunyai beberapak

kerugian pemakaian sebagai Prime Mover, yaitu :

32

• Berat mesin sangat berat karena harus dapat menahan getaran serta kompresi yang

tinggi.

• Starting awal berat, karena kompresinya tinggi yaitu sekitar 200 bar.

• Semakin besar daya maka mesin diesel tersebut dimensinya makin besar pula, hal

tersebut menyebabkan kesulitan jika daya mesinnya sangat besar.

Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi

mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Pada mesin diesel/engine

terjadi penyalaan sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni yang

dimampatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi (± 30 arm), sehingga

temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar disemprotkan dalam

silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar

sehingga akan menyala secara otomatis.

Pada mesin diesel penambahan panas atau energi senantiasa dilakukan pada

tekanan yang konstan. Pada mesin diesel, piston melakukan 2 langkah pendek menuju

kepala silinder pada setiap langkah daya.

1. Langkah ke atas yang pertama merupakan langkah pemasukan dan penghisapan, di

sini udara dan bahan bakar masuk sedangkan poros engkol berputar ke bawah.

2. Langkah kedua merupakan langkah kompresi, poros engkol terus berputar

menyebabkan torak naik dan menekan bahan bakar sehingga terjadi pembakaran.

Kedua proses ini (1 dan 2) termasuk proses pembakaran.

33

3. Langkah ketiga merupakan langkah ekspansi dan kerja, di sini kedua katup yaitu

katup isap dan buang tertutup sedangkan poros engkol terus berputar dan menarik

kembali torak ke bawah.

4. Langkah keempat merupakan langkah pembuangan, disini katup buang terbuka dan

menyebabkan gas akibat sisa pembakaran terbuang keluar. Gas dapat keluar karena

pada proses keempat ini torak kembali bergerak naik ke atas dan menyebabkan gas

dapat keluar. Kedua proses terakhir ini (3 dan 4) termasuk proses pembuangan.

5. Setelah keempat proses tersebut, maka proses berikutnya akan mengulang kembali

proses yang pertama, dimana udara dan bahan bakar masuk kembali.

Gambar 2.13 Cara kerja Mesin Diesel

34

Sistem starting adalah proses untuk menghidupkan/menjalankan mesin diesel.

Ada 3 macam sistem starting yaitu:

1. Sistem start manual

Sistem start ini dipakai untuk mesin diesel dengan daya yang relatif kecil yaitu < 30

PK. Cara untuk menghidupkan mesin diesel pada sistem ini adalah dengan

menggunakan penggerak engkol start pada poros engkol atau poros hubung yang

akan digerakkan oleh tenaga manusia. Jadi sistem start ini sangat bergantung pada

faktor manusia sebagai operatornya.

2. Sistem start elektrik

Sistem ini dipakai oleh mesin diesel yang memiliki daya sedang yaitu < 500 PK.

Sistem ini menggunakan motor DC dengan suplai listrik dari baterai/accu 12 atau 24

volt untuk menstart diesel. Saat start, motor DC mendapat suplai listrik dari baterai

atau accu dan menghasilkan torsi yang dipakai untuk menggerakkan diesel sampai

mencapai putaran tertentu. Baterai atau accu yang dipakai harus dapat dipakai untuk

menstart sebanyak 6 kali tanpa diisi kembali, karena arus start yang dibutuhkan

motor DC cukup besar maka dipakai dinamo yang berfungsi sebagai generator DC.

Pengisian ulang baterai atau accu digunakan alat bantu berupa battery charger dan

pengaman tegangan. Pada saat diesel tidak bekerja maka battery charger mendapat

suplai listrik dari PLN, sedangkan pada saat diesel bekerja maka suplai dari battery

charger didapat dari generator. Fungsi dari pengaman tegangan adalah untuk

memonitor tegangan baterai atau accu. Sehingga apabila tegangan dari baterai atau

accu sudah mencapai 12/24 volt, yang merupakan tegangan standarnya, maka

35

hubungan antara battery charger dengan baterai atau accu akan diputus oleh

pengaman tegangan.

3. Sistem start kompresi

Sistem start ini dipakai oleh diesel yang memiliki daya besar yaitu > 500 PK.

Sistem ini memakai motor dengan udara bertekanan tinggi untuk start dari mesin

diesel. Cara kerjanya yaitu dengan menyimpan udara ke dalam suatu botol udara.

Kemudian udara tersebut dikompresi sehingga menjadi udara panas dan bahan bakar

solar dimasukkan ke dalam Fuel Injection Pump serta disemprotkan lewat nozzle

dengan tekanan tinggi. Akibatnya akan terjadi pengkabutan dan pembakaran di

ruang bakar. Pada saat tekanan di dalam tabung turun sampai batas minimum yang

ditentukan, maka kompressor akan secara otomatis menaikkan tekanan udara di

dalam tabung hingga tekanan dalam tabung mencukupi dan siap dipakai untuk

melakukan starting mesin diesel.

2.4.3. Sistem Kelistrikan Gensets

Sistem kelistrikikan genset terdiri dari dua macam, yaitu sistem daya listrik

genset dan sistem kendali (kontrol) gensets. Sistem daya listrik genset adalah sistem

kelistrikan yang berhubungan dengan penyaluran daya listrik, dari gensets sebegai

sumber energi listrik sampai menuju ke panel listrik utama. Sistem kelistrikan daya

listrik ini meliputi sistem pengkabelan, sistem pentanahan genset, panel genset dan

perlengkapan proteksinya.

Sistem kendali (kontrol) genset adalah suatu sistem yang mengendalikan

operasional genset. Sistem kendali genset yang standar adalah sistem start – stop,

36

pengendalian terhadap tegangan keluaran gensets (Automatic Voltage Regulator),

pengendalian terhadap frekuensi gensets dengan governor, kontrol temperatur serta

kontrol terhadap tekanan oli atau minyak pelumas. Sistem kendali operasi genset yang

otomatis terdiri dari AMF (Automatic Main Failure) dan ATS (Automatic Transfer

Switch) serta synchronaizer untuk instalasi genset yang bekerja secara paralel.

AMF merupakan suatu modul elektronik yang berfungsi sebagai pengendali

operasi genset untuk start dan stop secara otomatis, sedangkan ATS merupakan suatu

sistem pensaklaran interlock yang perpindahannya secara otomatis. Bila terjadi

kegagalan pada suplai utama PLN, maka sensor akan memberikan sinyal gangguan

kepada AMF. Sinyal ini akan diproses dan selanjunya AMF akan memerintahkan

kepada Genset untuk beroperasi secara otomatis. Setelah beberapa saat genset

beroperasi stabil (kira-kira 10 detik, PUIL mensyaratkan maksimal 15 detik), AMF akan

memerintahkan ATS untuk membuka kontak saklar catu daya utama PLN dan menutup

kontak saklar catu daya dari genset, sehingga beban dilayani oleh genset.

Apabila catu daya utama dari PLN telah pulih secara normal, maka sensor akan

memberikan masukan sinyal ke AMF, sehingga AMF akan memerintahkan ATS untuk

membuka kontak saklar catu daya genset dan menutup kontak saklar catu daya utama

PLN, sehingga beban dilayani kembali oleh sumber utama PLN. Beberapa menit

kemudian (sekitar 5 menit) AMF memerintahkan gensets untuk berhenti beroperasi.

37

Gambar 2.14 Sistem Kerja AMF+ATS

2.4.4. Sistem Suplai Bahan Bakar

Sistem suplai bahan bakar merupakan salah satu bagian yang penting bagi

instalasi genset, karena keberadaan bahanbakar ini harus kontinu tidak boleh terputus

pada saat genset bekerja. Sistem suplai bahan bakar sebaiknya diatur secara otomatis

dengan menggunakan pompa elektrik yang dikontrol dengan sensor ketinggian bahan

bakar. Sistem suplai bahan bakar terdiri dari tangki bahan bakar, pemipaan bahan bakar,

pompa, dan valve-valve pengatur bahan bakar.

Tangki bahan bakar harian harus disediakan dalam ruang pembangkit masing-

masing untuk setiap unit penggerak utama, dengan kapasitas beban penuh selama 8 jam.

Tempat pengisian bahan bakar harus ditempatkan cukup jauh dari baterai dan

perlengkapan lainnya. Untuk setiap tangki bahan bakar harus tersedia alat duga bahan

bakar yang mudah terlihat. Untuk isi 2/3 bagian harus diberi tanda yang mengingatkan

perlunya pengisian kembali. Alat duga dibuat sedemikian rupa sehingga kalau rusak,

minyak tidak akan bocor. Selain tangki harian, dapat sediakan pula untuk tangki bahan

bakar mingguan maupun bulanan.

38

Pemipaan bahan bakar harus disusun sedemikian rupa sehingga tercegah

masuknya lumpur dan endapan kotoran minyak dan udara yang dapat mengakibatkan

tersumbatnya pipa. Semua keran harus diberi tanda keadaan tertutup atau terbuka. Pipa

bahan bakar harus dilindungi terhadap panas yang berlebihan dan terhadap kerusakan

mekanik.

2.4.5. Sistem Pendinginan dan Pembuangan Gas

Setiap penggerak utama jika mungkin harus mempunyai sistem pendingin

tersendiri, baik pendingin air maupun pendingin udara. Sistem pendingin tersebut tidak

boleh bergantung pada sumber dari luar, termasuk sumber airnya. Jika air didinginkan

di luar bangunan dengan menggunakan menara pendingin atau bak pendingin atau

sistem apapun, harus diperhatikan agar kemungkinan kebakaran tidak akan

mempengaruhi sistem pendinginan tersebut.

Setiap sistem pembuangan gas harus dilengkapi dengan peredam dan sistem pipa

atau cerobong untuk membuang semua gas ke luar bangunan, cukup jauh dari jendela

atau cerobong pemasukan udara ke bangunan itu sendiri atau ke bangunan di

sebelahnya. Semua pipa dan alat sambung pipa, jika perlu harus dilindungi secukupnya

agar terlindung dari bahaya kebakaran, dan agar tidak ada bagian yang menonjol

bersuhu lebih dari 70 °C.

39

2.4.5. Sistem Peredaman Getaran dan Suara

Silinder dari sebuah genset akan menghasilkan tekanan besar yang

mengakibatkan getaran mesin dan suara yang keras. Untuk meredam getaran mesin

tersebut, pada instalasi gensets perlu dibuat suatu pondasi yang berfungsi untuk

meredam getaran mesin tersebut, sehingga getaran tidak diteruskan ke penyangga.

Biasanya pondasi mesin genset terpisah dari lantai ruang genset, dan di antara pondasi

dan lantai tersebut diisi dengan bahan-bahan seperti pasir dan ijuk. Selain dengan sistem

pondasi yang terpisah dengan lantai, peredaman getaran dapat dilakukan pula dengan

menggunakan penyangga (kaki genset) yang terbuat dari karet atau baja berbentuk

spiral.

Gambar 2.15. Sistem Pondasi Gensets

Suara keras yang dikeluarkan oleh genset sangat mengganggu bagi penghuni

gedung, sehingga tingkat kebisingannya harus diatur. Suara kebisingan yang

diperbolehkan adalah 70 db per 7 meter dari pintu ruang genset. Terdapat beberapa

teknik yang digunakan untuk meredam suara genset salah satunya dengan cara membuat

dinding ruang genset dengan sistem dinding ganda, di mana antar dindingnya diberikan

40

ruang kosong. Selain dengan dinding ganda, peredaman suara genset dapat dilakukan

dengan pemasangan glasswool pada semua permukaan dinding ruang genset.

Gambar 2.16. Bahan Peredam Suara Glass-wool

2.5. Komponen Utilitas Instalasi Penangkal Petir

Instalasi penangkal petir adalah instalasi suatu sistem dengan komponen-

komponen dan peralatan-peralatan yang secara kesuluran berfungsi untuk menangkap

petir dan menyalurkannya ke tanah. Sehingga semua bagian dari bangunan beserta

isinya atau benda-benda yang dilindunginya terhindar dari bahaya sambaran petir.

Perlindungan terhadap bahaya petir ini ditujukan terhadap manusia dan

bangunan. Perlindungan untuk manusia dari sambaran petir dimaksudkan agar manusia

terhindar dari arus listrik akibat sambaran petir yang mengalir melalu tubuh manusia.

Arus listrik yang mengalir pada tubuh manusia dapat menyebabkan organ-organ tubuh

akan mengalami kejutan (Shock), sehingga akan mempengaruhi kerja jantung dan dapat

mengakibatkan terhentinya kerja jantung. Disamping itu efek rangsangan dan panas

41

yang timbul akibat arus petir pada organ-organ tubuh dapat juga melumpuhkan jaringan

atau otot, teruama otot yang mempengaruhi pernapasan.

Perlindungan untuk bangunan dimaksudkan untuk menghindari kerusakan

bangunan gedung akibat sambaran petir. Penyebab dari kerusakan yang diakibatkan

oleh sambaran petir adalah besarnya amplituda arus petir dan kecuraman arus petir, di

mana amplitudo arus petir berkisar antara 5 sampai 200 kA. Kerusakan – kerusakan

pada bangunan gedung yang tersambar dapat berupa kerusakan termis seperti

terbakarnya bangunan gedung, kerusakan mekanis seperti bagian atap bangunan retak

atau bangunan runtuh. Kerusakan yang amat parah biasanya terjadi pada bahan-bahan

isolasi, serta tergantung dari kondisi bahan-bahan itu sendiri, misalnya dalam kondisi

basah atau kering.

2.5.1. Sistem Perlindungan Petir

Teknik penangkal petir pertama kali ditemukan oleh Benyamin Franklin dengan

menggunakan intersptor (terminal udara) yang dihubungkan dengan konduktor metal ke

tanah yang efektif. Terdapat dua macam sistem yang digunakan dalam perlindungan

petir, yaitu sistem penangkal petir dan sistem array desipasi.

Sistem penangkal petir 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 pemyaluran arus petir tidak berfungsi dengan baik maka ada

kemungkinan timbul kerusakan pada peralatan elektronik yang sangat peka terhadap

medan transien. Beberapa alat penangkal petir yang sering digunakan adalah :

42

1. Franklin Rod, berupa kerucut tembaga dengan daerah perlindungan berupa kerucut

imajiner dengan sudut puncak 1120. Agar daerah perlindungan besar, Franklin Rod

dipasang pada pipa besi (ketinggian 1-3 m di atas bagunan). Franklin Rod sering

dipasang pada taiang-tiang di bubungan atap bangunan

Sistem ini terdiri dari komponen-komponen :

- Alat penerima logam tembaga ( logam bulat panjang runcing )

- Kawat penyalur dari tembaga

- Pertanahan kawat penyalur sampai pada bagian tanah basah.

Gambar 2.17 : Sistem perlindungan petir Franklin Rod

Batang yang runcing ( bahan copper spit ) pada sistem ini dipasang paling atas,

kemudian batang tembaga serta elektroda yang ditanamkan. Batang elektroda

pentanahan dibuat bak kontrol dengan tujuan untuk memudahkan pemeriksaan dan

pengetesan. Sistem ini cukup praktis dan biayanya murah namun mempunyai

kelemahan jangkauannya terbatas.

2. Faraday Cage, digunakan untuk mengatasi kelemahan Franklin Rod pada daerah-

daerah yang perlindungan petirnya rendah. Sistem Faraday Cage sama dengan

Franklin Rod, namun pemasangannya di seluruh permukaan atap dengan tinggi

tiang yang lebih rendah

43

Sistem ini terdiri dari komponen :

- Alat penerima kawat mendatar

- Kawat dari tembaga

- Pertanahan kawat penyalur sampai pada bagian tanah yang basah.

Pada sistem Faraday Cage, perlindungan bangunan terhadap petir dengan jarak antar

kawat mendatar tidak melebihi 20 m pada titik-titik yang tertentu diberi ujung vertikal

½ M. Sistem pemasangan dibuat memanjang sehingga jangkauannya lebih luas dari

sistem Franklin, sehingga biaya investasi agak mahal, serta menggangu keindahan.

Gambar 2.18. Sistem perlindungan Faraday Cage

3. Ionization Corona, yang bersifat menarik petir untuk menyambar kepalanya dan

selanjutnya akan memancarkan ion-ion ke udara. Pemancaran ion dapat

menggunakan generator listrik atau baterai cadangan (generated ionazition) atau

secara alamiah. Area perlindungan sistem ini berupa bola dengan radius mencapai

sekitar 120 m. Sistem ini mudah dikenali dari kepalanya yang dikelilingi tiga bilah

pembangkit beda tegangan dan dipasang pada tiang tinggi.

4. Radiokatif, meskipun merupakan sistem penarik petir terbaik, namun sudah dilarang

penggunaannya karena radiasi yang dipancarkannya dapat mengganggu kesehatan

manusia. Sistem ini terdiri dari komponen :

44

a. Elektroda

Udara disekeliling elektrode akan di ionisasi, akibat pancaran partikel alpa dari

isotop ( americum 241 ). Elektrode akan terus menerus menciptakan arus ion (

Min. 10 8 ion/det. ).

b. Coaxial cabel

Untuk menghindari kerusakan benda-benda akibat muatan listrik petir yang

menuju tanah maka coaxial cabel dibungkus pipa isolasi.

Metode tahanan langsung dari muatan listrik petir ke dalam tanah menyebabkan

seluruh unit mempunyai potensial yang sama dengan bumi.

Sehingga benda-benda yang berada disekitar system akan aman.

c. Pentanahan

Perlu test lokasi geografis dari pentanahan 5 ohm. Tahanan bumi max. Yang

terbaik untuk system ini = 5 ohm.

Prinsip kerja dari sistem ini adalah saat petir mengenai electroda maka muatan

negatif akan menetralkan muatan. Sistem cocok untuk bangunan tinggi dan besar.

Pemasangan tidak perlu dibuat karena sistem payung yang digunakan dapat

melindunginya. Daerah perlindungan cukup luas, sehingga untuk satu bangunan

cukup satu tempat penagkal petir.

45

Gambar 2.19. Sistem perlindungan Radioaktif

Cara pemasangan ketiga sistem adalah titik puncak/kepala dari alat penangkal

petir dihubungkan dengan pipa tembaga menuju ke dasar tempat sebagai

pentanahan yaitu pipa tembaga tersebut harus mencapai tanah berair. Oleh karena

itu, tempat-tempat tesebut harus dibuat sedemikian rupa, sehingga tidak

menggangu keindahan bangunan dan tetap berfungsi baik terhadap

penanggulangan bahaya petir.

Sistem array desipasi (Dissipation Array System, DAS) menggunakan banyak

ujung runcing (discharge point), di mana setiap bagian benda yang runcing akan

mengarahkan muatan listrik dari benda tersebut ke molekul udara disekitarnya. Sistem

ini mengakibatkan turunnya beda potensial antara awan dengan bumi sehingga

mengurangi kemampuan awan untuk melepaskan muatan listriknya.

2.5.2. Instalasi Penangkal Petir

Faktor – faktor yang perlu dpertimbangkan dalam merencanakan dan memasang

sistem penangkal petir adalah :

1. Keamanan secara teknis, tanpa mengabaikan faktor keserasian arsitektur

Elektrode

46

2. Ketahanan secara mekanis

3. Ketahanan terhadap korosi

4. Bentuk dan ukuran bangunan yang dilindungi

5. Faktor Ekonomis

Bangunan – bangunan yang berdasarkan letak, bentuk, dan penggunaannya

dianggap mudah terkena sambaran petir dan perlu diberi penangkal petir adalah :

1. Bangunan – bangunan tinggi seperti gedung-gedung bertingkat, menara, dan

cerobong pabrik

2. Bangunan – bangunan penyimpan bahan mudah terbakar atau meledak, seprti pabrik

amunisi, gudang penyimpanan bahan peledak dan gudang penyimpanan bahan

cairan atau gas yang mudah terbakar

3. Bangunan – bangunan yang secara khusus perlu perlindungan secara baik, seperti

sekolah, musium, arsip negara, stasiun dan lain-lain

Instalasi penangkal petir terdiri atas bagian-bagian sebagai berikut :

1. Penangkal di atas tanah, adalah penghantar yang dipasang di atas atap sebagai

penangkap petir yang berupa elektroda logam

2. Penghantar pada dinding atau di dalam bangunan, sebagai penyalur arus petir ke

tanah, yang terbuat dari tembaga, baja galvanish atau alumunium

3. Elektroda pentanahan (pembumian), yang terdiri dari dua tipe, yaitu :

a. Elektroda pita (strip), yang ditanam minimum 0,5 – 1 m dari permukaan tanah

b. Elektroda batang, dari pipa atau besi baja profil yang dipancangkan tegak lurus

dalam tanah sedalam ± 2 m.

47

Penangkap-penangkap petir ditempatkan dengan susunan tertentu sedemikian

rupa sehingga sedapat mungkin semua petir dapat ditangkap tanpa mengenai bagian-

bagian lain yang dilindunginya. Hal ini dapat dipenuhi jika tidak ada satu titik pun

dipermukaan atap yang berjarak lebih 7,5 meter dari penangkap petir tersebut.

Penangkap petir yang dipasang sepanjang bubungan dan pada jurai serta lisplang atap

bangunan sudah merupakan penangkap petir yang memadai. Untuk bangunan dengan

ketinggian lebih dari 30 meter diperlukan suatu cara khusus untuk menerima sambaran

petir dari samping.

Setiap bangunan gedung paling sedikit harus mempunyai dua buah penghantar

penyalur petir. Untuk bangunan dengan lebar lebih dari 12 meter diperlukan paling

sedikit 4 buah penghantar penyalur petir. Penghantar penyalur petir tidak boleh

diletakkan di dalam pipa talang air hujan. Pipa air minum tidak diperbolehkan sebagai

penyalur karena semakin banyaknya pengguaan pipa dari bahan plastik atau

penggunaan penyambungan pipa dengan bahan plastik. Pipa gas sama sekali tidak

diperbolehkan digunakan sebagai penghantar penyalur petir. Pada semua penghantar

penyalur petir yang disambungkan dengan sistem pembumian harus disediakan

sambungan ukur yang dapat dijangkau untuk pengukuran tahanan pembumian, misalnya

dibuat suatu kotak sambungan.

Elektroda pembumian plat pita ditanam sekurang-kurangnya 50 cm di

permukaan tanah. Elektroda strip dapat dipasang sebagai elektroda pembumian

melingkar (ring), plat strip tunggal atau plat strip menyebar. Pada elektroda pembumian

menyebar, sudut antara tiap-tiap strip yang berdekatan tidak boleh lebih kecil dari 600.

Elektroda pembumian dapat juga menggunakan pondasi bangunan dengan syarat

48

dilengkapi dengan penyambungan khusus antara elektroda pembumian dan penghantar

penyalur petir.

2.5.3. Tipe Instalasi Petir

Berdasarkan investasi yang diperlukan untuk perlindungan terhadap petir,

terdapat dua tipe instalasi petir, yaitu instalasi penangkal petir eksternal dan internal.

Instalasi penangkal petir eksternal meliputi pengadaan :

1. Susunan finial penangkal petir, dapat berupa finial batang tegak, finial mendatar

atau finial lainnya dengan memanfaatkan benda logam yang ada di atas bangunan.

2. Sistem penyaluran arus petir, di mana arus petir yang mengenai finial harus dapat

segera dialirkan ke tanah melalui jalan terpendek.

3. Sistem pentanahan, di mana sistem ini berfungsi sebagai sarana mengalirkan arus

petir yang menyebar ke segala arah di dalam tanah.

Implementasi konsep instalasi penangkal petir internal pada dasarnya adalah

upaya menghindari terjadinya beda potensial pada semua titik di instalasi atau peralatan

yang diproteksi di dalam bangunan. Langkah – langkah yang dilakukan merupakan

integrasi dari sarana penyama potensial, pemasangan arester tegangan dan arus,

perisaian dan filter. Pemasangan penangkal petir internal ini membutuhkan biaya

investasi yang sngat besar, karena berbagai mekanisme dapat menyebabkan terjadinya

potensial di dalam peralatan yang diproteksi, yang dapat berupa propagasi tegangan

lebih melalui saluran telepon, antene, suplai daya listrik, pentanahan ataupun berbagai

induksi elektromagnetik. Upaya meminimalkan biaya dapat dilakukan dengan langkah

pendefinisian zone area proteksi dan terutama dilakukan dengan upaya mengurangi

49

menjadi sekecil mungkin arus atau tegangan impuls petir yang menjalar ke dalam

bangunan dan instalasi.

2.6. Besaran Listrik Dasar

Terdapat tiga buah besaran listrik dasar yang digunakan di dalam pengukuran

sistem tenaga listrik, yaitu beda potensial atau sering disebut sebagai tegangan listrik,

arus listrik dan frekuensi. Ketiga besaran tersebut merupakan satu kesatuan pokok

pembahasan di dalam masalah – masalah kelistrikan bangunan gedung. Selain ketiga

besaran tersebut, masih terdapat satu faktor penting di dalam pembahasan kelistrikan

bangunan, yaitu daya, faktor daya adalah sudut yang dibentuk oleh hubungan pada daya

listrik.

2.6.1. Beda Potensial

Ketika suatu muatan listrik positif mengalami perpindahan sepanjang lintasan

d di dalam medan listrik E , maka energi potensial elektrostatiknya adalah :

dEqW (2.13 )

Di mana : W = perubahan energi potensial (J)

q = muatan listrik (C)

E = medan listrik (N/C)

d = panjang lintasan (m)

Beda potensial V sebagai kerja (sumber dari luar) yang digunakan untuk

memindahkan suatu muatan listrik positif dari suatu titik ke titik lain adalah perubahan

energi potensial listrik yang sebanding dengan muatan listriknya :

50

akhir

awal

dEq

WV (2.14)

Beda potensial dinyatakan dalam satuan Joule per Coulomb yang didefinisikan sebagai

Volt, sehingga beda potensial sering disebut sebagai voltase atau tegangan listrik. Beda

potensial VAB adalah beda potensial berasal dari luar, yang digunakan untuk

memindahkan satu muatan listrik dari titik awal B sampai titik akhir A, sehingga :

A

BAB dEV (2.15)

ABAB VVV (2.16)

Setiap potensial diukur terhadap suatu titik acuan nol. Didalam pengukuran

eksperimental fisis, titik acuan yang sering digunakan adalah “bumi”, yaitu potensial

permukaan bumi. Sehingga setiap titik mempunyai potensial terhadap titik nol.

Potensial A adalah nilai yang diukur dari titik A terhadap titik acuan nol dan potensial B

adalah nilai yang diukur dari titik B terhadap acuan nol.

2.6.2. Arus Listrik

Arus listrik didefinisikan sebagai laju aliran sejumlah muatan listrik yang

melalui suatu luasan penampang melintang. Menurut konvensi, arah arus listrik

dianggap searah dengan aliran muatan positif. Arus listrik diukur dalam satuan Ampere

(A), adalah satu Coulomb per detik. Arus listrik dirumuskan :

dtdqI (2.17)

Di mana : I = arus listrik (A)

dq = sejumlah muatan (C)

dt = waktu (detik)

51

2.6.3. Frekuensi

Tegangan dan arus listrik yang digunakan pada sistem kelistrikan merupakan

listrik bolak-balik yang berbentuk sinusoidal. Tegangan dan arus listrik sinusoidal

merupakan gelombang yang berulang, sehingga gelombnag sibusoidal mempunyai

frekuensi. Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam selang

waktu yang diberikan. Satuan frekuensi dinyatakan dalam hertz (Hz) yaitu nama pakar

fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali.

Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa yang terjadi satu kali per detik, di mana

frekuensi (f ) sebagai hasil kebalikan dari periode (T ), seperti rumus di bawah ini :

Tf 1 (2.18)

Di setiap negara mempunyai frekuensi tegangan listrik yang berbeda-beda.

Frekuensi tegangan listrik yang berlaku di Indonesia adalah 50 Hz, sedangkan di

Amerika berlaku frekuensi 60 Hz. Frekuensi tegangan listrik biasanya tidak selalu tetap

dan sering berfluktuas, sehingga ditetapkan suatu standart untuk frekuensi yang

diijinkan, yaitu ±1% dari nilai yang berlaku. Standart frekuensi yang dijinkan di

Indonesia adalah 49,5 – 50,5 Hz.

Gambar 2.20. Gelombang Tegangan Sinusoidal

c d

mE

mE

b

t

0

a

a 90 0 180b 0

c d 360 0 t