Metode Perlindungan Petir Type Bola Bergulung

METODE BOLA BERGULUNG

 

• Metode bola bergulir harus digunakan untuk melindungi area bangunan ketika terdapat batasan desain untuk menggunakan metode sudut proteksi.
• Metode bola bergulir direkomendasikan sebagai metode utama yang akan digunakan dalam desain sistem proteksi petir dengan lokasi terminal udara untuk bangunan dengan bentuk yang kompleks.
• Metode ini lebih akurat dan kompleks dibandingkan dengan skema proteksi petir lainnya, karena metode ini menentukan jumlah pasti air terminal yang dibutuhkan untuk setiap bangunan dan mempertimbangkan skenario terburuk, di mana sambaran petir mengenai sisi bangunan.

Posisi Batang Terminasi Udara:

• Dalam metode ini, posisi sistem Terminasi Udara memadai sehingga tidak ada titik bangunan yang akan dilindungi bersentuhan dengan bola dengan radius ‘r’ tergantung pada kelas LPS (lihat tabel) yang menggelinding di atas bangunan ke semua arah yang memungkinkan. Dengan cara ini, bola hanya menyentuh sistem terminasi udara (lihat gambar).

Jari-jari Bola:

• Metode proteksi petir bola bergulir mengasumsikan medan bermuatan listrik yang menghasilkan sambaran petir memiliki jari-jari “r” dan bola dengan jari-jari tersebut menggelinding di atas permukaan bangunan. Setiap tempat bola menyentuh bangunan adalah lokasi tempat petir dapat menyambar bangunan. Dengan memasang terminal udara, bola tidak dapat menyentuh bangunan karena muatan listrik mengalir melalui sistem proteksi petir ke dalam tanah.
• Jari-jari bola bergulir berkorelasi dengan nilai puncak arus dalam petir yang menyambar bangunan: r = 10xIx0,65 yang saya definisikan sebagai kA.
• Dalam metode bola bergulir, jari-jari bola dipilih sedemikian rupa sehingga jari-jarinya sama dengan jarak sambaran. Karena jarak sambaran adalah fungsi dari arus sambaran balik prospektif, jari-jari bola “r” didefinisikan sebagai fungsi dari arus sambaran balik yang mungkin menurut hubungan antara jarak sambaran petir dan arus sambaran balik puncak.
• Sambaran petir bergantung pada tingkat risiko yang dipertimbangkan. Jadi, untuk fasilitas berisiko tinggi, jari-jari bola berada pada titik terkecilnya, misalnya Bola berdiameter 20 meter atau 40 meter. Bola dengan ukuran terkecil berarti jumlah perlindungan yang dipasang akan paling tinggi. Dengan demikian, profil risiko akan menurun dan perlindungan yang diberikan akan meningkat.
• Untuk metode skenario risiko rendah, radius bola berada pada jarak terjauhnya, 60 meter (bola berdiameter 120 meter), yang berarti lebih sedikit perangkat keras yang harus dipasang.
• Jari-jari r bola yang menggelinding bergantung pada kelas LPS sesuai Tabel yang diberikan.

RADIUS OF THE ROLLING SPHERE
Class of LPS	Rolling sphere radius, r (m)
CLASS I- (Very High Risk)	20 Meter
CLASS II- (High Risk)	30 Meter
CLASS III- (Moderate Risk)	45 Meter
CLASS IV- (Low Risk)	60 Meter

• Gambar menunjukkan penerapan metode bola bergulir pada berbagai jenis struktur. Bola dengan radius r digulirkan mengelilingi dan melewati seluruh struktur hingga menyentuh bidang tanah atau struktur atau objek permanen apa pun yang bersentuhan dengan bidang tanah yang dapat bertindak sebagai konduktor petir.
• Titik sambaran petir dapat terjadi saat bola bergulir menyentuh struktur dan pada titik tersebut diperlukan perlindungan oleh konduktor terminasi udara.
• Setiap bagian struktur yang bersentuhan dengan bola dianggap rentan terhadap sambaran petir langsung; volume yang tidak tersentuh mendefinisikan zona terlindungi dari petir.

JARAK PENETRASI:

• Jarak antara dua terminal udara harus dipilih sedemikian rupa sehingga perlindungan diberikan untuk semua objek yang ditempatkan pada permukaan yang akan dilindungi.
• Perlindungan objek yang ditempatkan pada permukaan dapat dipastikan dengan menghitung jarak penetrasi bola yang menggelinding.
• Jarak antara level terminal udara dan titik terendah bola di ruang antara terminal udara disebut jarak penetrasi.

• Mari kita pertimbangkan sebuah objek dengan ketinggian ‘h’ yang diletakkan di permukaan yang akan dilindungi. Misalkan ‘ht’ adalah ketinggian terminal udara, ‘p’ adalah jarak penetrasi, dan ‘d’ adalah jarak antara kedua terminal.
• Dalam kasus ini, jarak penetrasi ‘p’ harus lebih kecil dari ketinggian fisik batang-batang terminasi udara di atas bidang referensi dikurangi ketinggian objek yang akan dilindungi.
• P<(ht-h)

JARAK ANTARA DUA TERMINAL UDARA:

• Jarak penetrasi bola bergulir di bawah level konduktor di ruang antara konduktor dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini (IS 62305-3).
• p=r-√(r^2-(d/2)^2 )
• Di mana,
• p : jarak penetrasi
• r : jari-jari bola bergulir
• d: jarak antara terminal udara
• Untuk mencapai jarak penetrasi tertentu, kita dapat memperoleh jarak yang diperlukan antara terminal udara dari persamaan di atas.
• d=2x√(2 x p x r-p^2 )
• Jika tidak ada benda yang menonjol dari struktur yang akan dilindungi, maka jarak penetrasi dapat ditingkatkan hingga ketinggian terminal udara untuk memberikan perlindungan maksimal. Pada kondisi ini, jarak dapat dihitung dengan mengganti nilai tinggi terminal udara (ht) dengan jarak penetrasi (p).
• d=2x√(2 x ht x r-ht^2 )
• Jarak antara terminal udara (d) dalam metode bola bergulir bergantung pada dua faktor.
• Tinggi terminal udara dan
• Jari-jari bola bergulir
• Di antara kedua faktor ini, jari-jari bola bergulir adalah nilai konstan yang bergantung pada kelas LPS sebagaimana ditetapkan oleh IS/IEC 62305-3. Oleh karena itu untuk kelas LPS tertentu, jarak antara terminal udara semata-mata bergantung pada tinggi terminal udara.

Distance between Air Terminals (Meter)
Height of Air Terminal (ht)	Radius of Rolling Sphere(r)
	LPS-I	LPS-II	LPS-III	LPS-IV
	r=20 Meter	r=30 Meter	r=45 Meter	r=60 Meter
0.5 Meter	8.8	10.9	13.37	15.45
1 Meter	12.48	15.36	18.86	21.81
1.5 Meter	15.2	18.7	23	26.66
2 Meter	17.43	21.5	26.53	30.72
3 Meter	21.07	26.15	32.31	34.36
4 Meter	24	29.9	37	43
6 Meter	28.56	36	44	52.3

Contoh:

• Simpulkan peralatan yang terpasang di Teras dilindungi oleh Sistem LPS atau tidak oleh sistem LPS yang terpasang di Bangunan (Hitung tinggi penetrasi) dengan rincian sebagai berikut.
• Level LPS adalah -IV (Risiko Rendah).
• Tinggi maksimum peralatan adalah 1 meter dari Lantai Teras.
• Jarak antara dua terminal Udara adalah 10 meter.
• Tinggi Terminal Udara adalah 2 Meter.

Perhitungan:

• Pertama, kita hitung jarak maksimum antara dua terminal Udara menurut level LPS.
• Di sini Tinggi Terminal Udara (ht) = 2 Meter.
• Tinggi peralatan (h)=1 Meter
• Menurut LPS-IV Jari-jari bola yang menggelinding (r) = 60 meter
• Jarak antara dua terminal udara (d) =2√(2*ht*r-ht^2 )
• Jarak antara dua terminal udara (d) =2√(2x2x60-2^2 )
• Jarak antara dua terminal udara (d) =30,72 Meter
• Jarak antara terminal udara yang terpasang sebenarnya adalah 10 meter yang kurang dari jarak maksimum yang dihitung antara dua terminal udara.
• Sekarang untuk menghitung tinggi penetrasi.
• tinggi penetrasi (p)=r-√(r^2-(d/2)^2 )
• tinggi penetrasi (p)=60-√(60^2-(10/2)^2 )
• tinggi penetrasi (p)=0,20 Meter. • Sekarang Tinggi Terminal Udara (ht)-Tinggi Peralatan (h) = 2-1 = 1 Meter.
• Periksa kondisi P< (ht-h)
• Di sini 0,2 <1 meter
• Maka peralatan yang dipasang di teras yang tingginya 1 meter terlindungi dari Sistem LPS yang terpasang.

KILAS SISI PADA STRUKTUR TINGGI

• Pada semua struktur yang lebih tinggi dari radius bola bergulir “r”, kilapan ke sisi struktur dapat terjadi. Setiap titik lateral struktur yang tersentuh oleh bola bergulir merupakan titik sambaran yang mungkin. Namun, kemungkinan kilapan ke sisi umumnya dapat diabaikan untuk struktur yang lebih rendah dari 60 meter.
• Untuk struktur yang lebih tinggi, sebagian besar kilapan akan mengenai bagian atas, tepi horizontal terdepan, dan sudut struktur. Hanya beberapa persen dari semua kilapan akan berada di sisi struktur.
• Kemungkinan kilapan ke sisi berkurang dengan cepat seiring dengan ketinggian titik sambaran pada struktur tinggi saat diukur dari tanah.
• Oleh karena itu, pertimbangan harus diberikan untuk memasang sistem terminasi udara lateral pada bagian atas struktur tinggi (biasanya 20% teratas dari tinggi struktur). Dalam kasus ini metode bola bergulir hanya akan diterapkan pada posisi sistem terminasi udara bagian atas struktur.

(1) Bangunan yang Tingginya Lebih dari 120 Meter

• Untuk bangunan yang tingginya lebih dari 120 meter, standar merekomendasikan agar semua bagian di atas 120 meter dilindungi. Diharapkan bahwa karena tinggi dan sifat bangunan tersebut, diperlukan desain LPL I atau II (tingkat perlindungan 99% atau 97%).
• Untuk bangunan tinggi, risiko sambaran petir ke samping diperkirakan oleh industri kurang dari 2%, dan biasanya sambaran petir tersebut lebih kecil, misalnya, dari cabang-cabang kabel listrik yang mengarah ke bawah. Oleh karena itu, rekomendasi ini hanya sesuai untuk lokasi atau bangunan berisiko tinggi.

(2) Bangunan di Atas 60 Meter

• Dalam standar IEC, untuk bangunan di atas 60 meter, perlindungan diperlukan pada sisi-sisi dengan ketinggian 20% teratas. Aturan penempatan yang sama yang digunakan untuk atap harus diterapkan pada sisi-sisi bangunan.
• Meskipun metode jaring lebih disukai, terutama jika menggunakan komponen alami, perlindungan diperbolehkan menggunakan batang horizontal dan metode bola bergulir. Namun, batang horizontal pada sebagian besar struktur tidak praktis karena peralatan akses pencucian jendela, dll.

(3) Bangunan dengan Tinggi Kurang dari 60 Meter

• Perlu diperhatikan bahwa untuk bangunan dengan tinggi kurang dari 60 meter, risiko sambaran petir ke sisi bangunan rendah, dan oleh karena itu perlindungan tidak diperlukan untuk sisi vertikal yang berada tepat di bawah area yang dilindungi

(4) Bangunan dengan Tinggi Lebih dari 30 Meter:

• Untuk bangunan dengan tinggi lebih dari 30 m, ikatan ekuipotensial tambahan dari bagian konduktif internal harus terjadi pada ketinggian 20 m dan setiap 20 m lebih tinggi. Sirkuit aktif harus diikat melalui SPD.

(C) METODE MESH (Cocok untuk semua bangunan dengan permukaan datar)

• Metode mesh adalah metode paling sederhana dan paling fleksibel untuk LPS karena tidak bergantung pada ketinggian struktur. Namun, metode ini memerlukan permukaan yang datar tetapi tidak melengkung. Permukaan datar dapat berupa permukaan horizontal atau vertikal.
• Metode ini sebagian besar digunakan untuk bangunan sederhana seperti rumah tangga, terutama untuk bangunan yang berbentuk persegi atau persegi panjang sempurna.
• Dalam metode mesh, mesh dibuat dengan konduktor datar dan ditempatkan pada struktur. Jarak pemisah konduktor didasarkan pada kelas proteksi yang ditentukan selama penilaian risiko.
• Ukuran Mesh:
• Menurut IEC 62305, ukuran konduktor mesh didasarkan pada kelas LPS yang dipilih dan sepenuhnya bergantung pada kebutuhan pengguna.
• Dalam metode Mesh, mesh penghantar dengan ukuran sel ditentukan oleh arus balik minimum yang diizinkan untuk mengenai struktur yang dilindungi.
• Untuk menghindari sambaran langsung, mesh harus ditempatkan pada jarak kritis di atas permukaan datar agar terlindungi. Prosedur ini disebut “metode mesh pelindung”. Ukuran jaring maksimum harus sesuai dengan tabel di bawah ini.

Mesh Size
Class of LPS	Mesh Size (M)
CLASS I-(VERY HIGH RISK)	5 X 5 METER
CLASS II-(HIGH RISK)	10X 10 METER
CLASS III-(MODERATE RISK)	15 X 15 METER
CLASS IV-(LOW RISK)	20 X 20 METER

• Kondisi berikut harus dipertimbangkan saat memilih Metode Mesh.
• (a) Konduktor terminasi udara diposisikan pada garis tepi atap, pada atap yang menjorok, pada garis bubungan atap, jika kemiringan atap melebihi 1/10.
• (b) Dimensi mesh jaringan terminasi udara tidak lebih besar dari nilai yang diberikan dalam Tabel.
• (c) Jaringan sistem terminasi udara dibangun sedemikian rupa sehingga arus petir akan selalu menemui setidaknya dua rute logam yang berbeda ke terminasi bumi.
• (d) Tidak ada instalasi logam yang menonjol di luar volume yang dilindungi oleh sistem terminasi udara.
• (e) Konduktor terminasi udara mengikuti, sejauh mungkin,
• lokasi Mesh
• yang terpendek dan paling langsung.Sudut dan tepi atap paling rentan terhadap kerusakan akibat petir. Oleh karena itu, perancang dan pemasang harus menempatkan konduktor sedekat mungkin dengan tepi atap.
• IEC 62305 mengizinkan penggunaan konduktor di bawah atap suatu bangunan. Dengan demikian, komponen alami dari suatu struktur dapat digunakan sebagai bagian dari jaringan jala, atau bahkan seluruh jaringan. Komponen-komponen ini dapat berupa struktur tulangan di bawah atap atau konduktor proteksi petir khusus, tetapi komponen-komponen tersebut harus dihubungkan ke batang-batang terminasi udara yang dipasang di atas atap.
• Untuk struktur, dengan struktur logam yang menonjol, Metode Sudut Pelindung umumnya digunakan sebagai pelengkap Metode Jala

Metode Mesh dengan kombinasi Metode lain:

• Untuk bangunan skala menengah hingga besar, mesh dapat diterapkan, tetapi karena keterbatasannya, mesh tidak dapat digunakan sendiri. Mesh harus digabungkan dengan jenis LPS lain, baik sudut perlindungan atau bola bergulir, tergantung pada nomor kelas yang sesuai untuk setiap jenis.
• Konduktor terminasi udara dan konduktor bawah harus saling terhubung melalui konduktor di tingkat atap untuk menyediakan distribusi arus yang cukup melalui konduktor bawah.
• Konduktor di atap dan sambungan batang terminasi udara dapat dipasang ke atap menggunakan spacer dan perlengkapan konduktif atau non-konduktif.
• Konduktor juga dapat diposisikan di permukaan dinding jika dinding terbuat dari bahan yang tidak mudah terbakar. Pusat pemasangan harus berjarak minimal 1 meter.
• Untuk setiap LPS yang tidak terisolasi, jumlah konduktor bawah tidak boleh kurang dari dua. Konduktor bawah harus dipasang di setiap sudut bangunan yang terbuka, jika memungkinkan.

Keterbatasan:

• Metode jala cocok untuk atap horizontal dan miring tanpa lengkungan.
• Metode jala cocok untuk permukaan lateral datar untuk melindungi dari sambaran petir samping.
• Jika kemiringan atap melebihi 1/10, konduktor terminasi udara paralel, bukan jala, dapat digunakan asalkan jarak antara konduktor tidak lebih besar dari lebar jala yang diperlukan.