## SISTEM DETEKSI PETIR MULTISTATION DENGAN METODE TIME OF ARRIVAL
Dasrinal Tessal 1 , Primas Emeraldi 2 , Ariadi Hazmi 2
1 Mahasiswa S2 Teknik Elektro, Universitas Andalas
2 Jurusan Teknik Elektro, Universitas Andalas e-mail: das_04e14@yahoo.co.id
Abstrak —Penelitian ini dilakukan pada sistem deteksi petir yang dibangun di kota Padang. Sistem terdiri dari 3 sensor medan listrik dan GPS yang tersinkronisasi. Perbedaan waktu datang dan koordinat sensor didapatkan dari masing-masing sensor. Data ini digunakan untuk mendapatkan lokasi kejadian petir dengan metode Time of Arrival Linear Spherical . Setelah lokasi petir didapatkan maka jarak antara stasiun dengan lokasi kejadian petir dapat diketahui. Jarak sensor dengan petir dibandingkan dengan parameter gelombang medan listrik yang terekam sehingga dapat diketahui validnya hasil perhitungan. Setelah hasil perhitungan valid maka arus puncak dapat ditentukan. Dari 20 data  tersebut terdapat 8 data yang bentuk gelombang medan  listriknya  sesuai  dengan  jarak  antara  sensor  dengan  lokasi  petir  dengan  arus  puncak  petir  yang terendah  berada  pada  nilai -1,001 kA dan tertinggi berada pada nilai -22,661 kA.
Kata Kunci : Petir, Sistem Deteksi Petir, Time of Arrival, Arus Puncak Petir.
Abstract —This  study  was  done  at  ligtning  detection  system  in  Padang.  The  systems  was  consist  of  3 electric field sensors with synchronous satelite GPS. Time of arrival and sensors coordinate was taken from each sensors. This data was used to calculate ligtning location by Time of Arrival Linear Spherical method. Then the distances between lighting and sensor can be calculated. The distances will compared with electric field waveforms recorded at lightning sensor to testing validity our results. After validity, lightning current peak can be calculated. 8 of 20 data sample are valid with lowest lightning current peak is -1,001 kA dan highest value is -2,661 kA.
Keywords : Lightning, Lightning Detection System, Time of Arrival Ligtning Current Peak.

## I.   PENDAHULUAN
Petir  adalah  fenomena  alam  yang  dapat menyebabkan berbagai macam kerusakan [1, 2] Kematian  bagi  manusia,  kerusakan  jaringan kereta  listrik,  kerusakan  pada  pesawat  terbang, jaringan  telekomunikasi,  serta  jaringan  listrik merupakan beberapa contoh dari kekuatan petir itu sendiri [3, 4].
Pendeteksian  petir  pada  saat  ini  dibangun dengan menggunakan prinsip medan elektromagnetik [5] .  Sistem  pendeteksian  petir di  beberapa  negara  seperti  EUCLID  (Eropa), ALDIS(Austria),  NLDN  (Amerika  Serikat), CLDN  (Kanada),  Blitzortung    (Jerman), SAFIR/FLITS (Belanda), dan BrazilDat (Brazil) [1, 6] merupakan contoh dari sistem deteksi petir yang menggunakan prinsip medan elektromagnetik.
Karakteristik  penting  sebuah  sistem  deteksi petir  adalah  akurasi  lokasi [7] .  Akurasi  ini dipengaruhi  oleh  akurasi  antena,  lokasi  antena, dan  bentuk  geometri  sistem  yang  dipakai.
Pembuatan sistem deteksi petir di Sumatra Barat dengan metode Time of Arrival ini memerlukan evaluasi  terhadap  karakteristik  penting  ini. Akurasi  lokasi  petir  berpengaruh  pada  data distribusi petir yang dihasilkan nantinya, dengan data distribusi petir tersebut dapat dipakai dalam merancang proteksi petir yang lebih baik [2] .
Penentuan  lokasi  petir  dapat  dilakukan dengan  menggunakan  metode Time  of  Arrival . Beberapa  metode Time  of  Arrival yang  telah diterapkan  pada  beberapa  sistem  lokasi petir  di dunia umumnya menggunakan rumus hiperbola yang diperbaiki dengan metoda numerik [8, 9] . Koshak  dkk [10] menemukan  sebuah  metoda aljabar linear untuk menggantikan metode lama tersebut disebut dengan metode Time of Arrival Linear  Spherical (ToA  LS).  Metode  ini  dapat digunakan secara luas dan tidak dipungut biaya. Berdasarkan  fakta-fakta  tersebut  penelitian ini  menggunakan  metode  yang  diperkenalkan Koshak dkk [10] dalam menentukan lokasi petir terhadap  sistem  deteksi  petir  yang  dibangun pada  daerah  Kota  Padang.  Hasil  perhitungan
lokasi  akan  dibandingkan  dengan  karakteristik gelombang medan listrik petir berdasarkan jarak yang  dikemukakan  oleh  Lin  dkk [11] .  Setelah validasi  maka  arus  sebagai  parameter  kekuatan petir yang terjadi dapat kita tentukan.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Metoda Time of Arrival Linear Spherical (ToA LS)
Metode  ini  dikembangkan  Koshak  dkk dengan  memperhitungkan  bentuk  permukaan bumi  yang  melengkung  yang  diabaikan  pada metode Linear  Planar (LP)  dan Quadratic Planar (QP) [10] .  Metode  ini  menggunakan koordinat bola (Gambar 1), berbeda dari metode LP  dan  QP  yang  menggunakan  koordinat kartesian sehingga tidak diperlukan transformasi dari  koordinat  kartesian  ke  bentuk  koordinat bumi. Jika meridian utama merupakan bujur λ = 0,  serta  ekuator  dengan  lintang φ =  0.  Jika  jari- jari  bumi  disimbolkan  dengan r ,  maka r = r 𝐫̂ merupakan lokasi petir dan r i = r 𝐫̂ i adalah lokasi sensor i , unit vektornya sebagai berikut :
𝐫̂ 𝐢 = cos 𝜑 𝑖 cos 𝜆 i 𝐮 ̂ + cos 𝜑 i sin 𝜆 i 𝐯̂ + 𝐬in 𝜑 i 𝐰 ̂,
𝐫̂ = cos 𝜑 cos 𝜆 𝐮 ̂ + cos 𝜑 sin 𝜆 𝐯̂ + sin 𝜑 𝐰 ̂ (1)
Gambar 1 . Koordinat Bumi dalam Metode ToA LS [10]
Persamaan  waktu  deteksi  dalam  bentuk koordinat bumi adalah;
Jika  terdapat  4  sensor  atau  lebih  maka persamaan metode ToA LS adalah ;
𝑡 𝑖 = 𝑡 + 1 𝑐 𝑟𝜃 𝑖 ,
𝜃 𝑖 =   cos −1 (𝐾 𝑖1 cos 𝜑 cos 𝜆 + 𝐾 𝑖2 cos 𝜑 sin 𝜆 + 𝐾 𝑖3 sin 𝜑)
(2)
Dimana ; t = waktu terjadinya petir pada r
t i = waktu pengukuran kejadian pada r i 𝜃 𝑖 = sudut antara unit vektor persamaan 1 Menggunakan identitas trigonometri strandar maka persamaan 2 dapat ditulis ulang.
cos 𝑐 𝑟 𝑡 𝑖 cos 𝑐 𝑟 𝑡 + sin 𝑐 𝑟 𝑡 𝑖 sin 𝑐 𝑟 𝑡 =   𝐾 𝑖1 cos 𝜑 cos 𝜆 + 𝐾 𝑖2 cos 𝜑 sin 𝜆 + 𝐾 𝑖3 sin 𝜑 (3)
Untuk  mendapatkan  solusi  linear  persamaan  3 dibagi  dengan  sin( ct/r )  sehingga  persamaan linearnya adalah ;
g 𝑖 =   𝐾 𝑖1 𝑓 1 + 𝐾 𝑖2 𝑓 2 + 𝐾 𝑖3 𝑓 3 + 𝐾 𝑖4 𝑓 4 (4)
dimana ; g 𝑖 = sin( 𝑐𝑡 𝑖 𝑟 ) 𝑓 1 = cos 𝜑 cos 𝜆 /sin ( 𝑐𝑡 𝑟 ) 𝑓 2 = cos 𝜑 sin 𝜆 /sin ( 𝑐𝑡 𝑟 ) 𝑓 3 = sin 𝜑/sin ( 𝑐𝑡 𝑟 ) 𝑓 4 = cot ( 𝑐𝑡 𝑟 ) 𝐾 𝑖4 =   − cos( 𝑐𝑡 𝑖 𝑟 )
Persamaan 4 ditulis dalam bentuk matrik sebagai g = Kf dengan solusi langsungnya f = K -1 g ( n = 4),  maka  lokasi  petir  dan  waktu  terjadinya didapatkan dari matrik f sebagai berikut :
𝜑 = 𝑡𝑎𝑛 −1 ( 𝑓 3 𝑓 1 cos 𝜆),    𝜆 =   𝑡𝑎𝑛 −1 ( 𝑓 2 𝑓 1 ) ,   𝑡 = 𝑟 𝑐 𝑐𝑜𝑡 −1 𝑓 4 (5)
Untuk standarisasi matrik, koordinat koordinat spasial di rotasi dan ditranslasikan ke koordinat  sementara.  Rotasi  dilakukan  dengan mengubah  sistem  koordinat (𝐮 ̂, 𝐯̂, 𝐰 ̂) menjadi
(𝐮 ̂′, 𝐯̂′, 𝐰 ̂′) dengan sudut Euler λ 1 sebesar 𝐰 ̂ dan (𝐮 ̂′, 𝐯̂′, 𝐰 ̂′) dirotasi  dengan  sudut  Euler φ 1 sebesar  - 𝐯̂′ menjadi (𝐮 ̂ ∗ , 𝐯̂ ∗ , 𝐰 ̂ ∗ ) sehingga persamaannya  dalam sistem bintang ;
a = Lh (6)
dengan persamaan lengkapnya sebagai berikut ;
𝑎 𝑖−1 = 𝐿 𝑖−1,1 ℎ 1 + 𝐿 𝑖−1,2 ℎ 2 + 𝐿 𝑖−1,3 ℎ 3 (7)
dimana ;
𝑎 𝑖−1 = sin ( 𝑐𝑡 𝑖 𝑟 ) 𝐿 𝑖−1,1 =   cos 𝜑 𝑖 ∗ cos 𝜆 𝑖 ∗ − cos ( 𝑐𝑡 𝑖 𝑟 ) 𝐿 𝑖−1,2 =   cos 𝜑 𝑖 ∗ sin 𝜆 𝑖 ∗ 𝐿 𝑖−1,3 =   sin 𝜑 𝑖 ∗ ℎ 1 = Ψ ∗ cos 𝜑 ∗ cos 𝜆 ∗ ℎ 2 = Ψ ∗ cos 𝜑 ∗ sin 𝜆 ∗ ℎ 3 = Ψ ∗ sin 𝜑 ∗ Ψ ∗ =   − (1 − 𝑐𝑜𝑠 2 𝜑 ∗ 𝑐𝑜𝑠 2 𝜆 ∗ ) 1/2
Tanda  bintang  (*)  menandakan  bahwa  titik pusat koordinat berada pada stasiun 1 [12] Maka Solusinya adalah ;
𝐡 = 𝐋 −𝟏 𝐚                         (𝑛 = 4)
𝐡 = (𝐋̃𝐋) −𝟏 𝐋̃𝐚                (𝑛 > 4) (8)
Maka lokasi petir sebagai berikut ;
𝜑 ∗ = tan −1 ( ℎ 3 ℎ 1 cos 𝜆 ∗ ), 𝜆 ∗ =   tan −1 ( ℎ2 ℎ1 ) (9)
Lokasi asli petir dan t 1 adalah ;
𝜑 =   sin −1 (𝐾 13 cos 𝜑 ∗ cos 𝜆 ∗ +  cos 𝜑 1 sin 𝜑 ∗ ),
𝜆 = tan −1 ( 𝐾 12 cos 𝜑 ∗ cos 𝜆 ∗ +cos 𝜆 1 cos 𝜑 ∗ cos 𝜆 ∗ − 𝐾 13 sin 𝜆 1 sin 𝜑 ∗ ) 𝐾 11 cos 𝜑 ∗ cos 𝜆 ∗ −sin 𝜆 1 cos 𝜑 ∗ cos 𝜆 ∗ − 𝐾 13 sin 𝜆 1 sin 𝜑 ∗ ) ) , 𝑇 =   𝑇 1 − 𝑟 𝑐 cos −1 ( cos 𝜑 ∗ cos 𝜆 ∗ ) (10)

## 2.2  Perhitungan Jarak antara Dua Titik pada Permukaan Bumi
Gambar 2. Pencarian Jarak Antara Dua Koordinat pada Permukaan Bumi  ( Inverse Geodetic Problem ) [13]
Perhitungan  jarak  antara  dua  koordinat  titik dapat  menggunakan Inverse  Geodetic  Problem (IGP)  yang  diperkenalkan  oleh  Sodano [13] . Dari dua koordinat yang diberikan yakni  φ 1 , λ 1 yang merupakan titik awal geodesic (P 1) dan φ 2 , λ 2 yang  merupakan  titik  akhir  (P 2 ) maka  kita dapat mencari jarak S pada gambar 2.
Jarak(S) dapat dicari dengan persamaan berikut;
𝑆 =   𝐴 𝑠 Φ + 𝐵 𝑠 [𝑐 2 Φ + (2𝑎 − 𝑚 cos Φ) sin Φ] (11)
dengan :
𝐴 𝑠 = (𝑎 0 + 𝑏 0 )/2 dan 𝐵 𝑠 = (𝑎 0 − 𝑏 0 )/2
(b 0 = 6378.137 km , a 0 = 6356.752 km)
f = 1 - b 0 /a 0,
tan 𝛽 1 = (1 − 𝑓) tan 𝜑 1 ,
tan 𝛽 2 = (1 − 𝑓) tan 𝜑 2
𝑎     =   sin 𝛽 1 sin 𝛽 2 , 𝑏     = cos 𝛽 1 cos 𝛽 2
𝐿     =   𝜆 2 − 𝜆 1
cos Φ   = 𝑎 + 𝑏  cos 𝐿
𝑐   = 𝑏 sin 𝐿 sin Φ 𝑚 = 1 − 𝑐 2

## 2.3 Perkiraan Arus Puncak Petir
Menurut Uman arus puncak petir didapatkan dari model saluran transmisi [14] .Arus puncak ini  berkaitan  dengan  puncak  Medan  Elektrik (Ep) yang dirumuskan sebagai berikut ;
𝐼 𝑝 = 2.𝜋.𝜀 0 .𝑐 2 𝐷 𝑣 𝐸 𝑝 (12)
dimana :
D   = jarak horizontal antara petir dan titik pengamatan v   = (1,8 x 10 8 m/s) kecepatan sambaran balik c    = kecepatan cahaya (3 x 10 8 m/s) Ep = nilai puncak medan listrik 𝜀 0 = (8,854 x 10 -12 )
Sedangkan Ep sendiri didapatkan dari persamaan berikut ;
𝐸 = 𝑉 𝑑 𝐶 𝐺𝐴𝜀 0 (13)
dimana :
V d = tegangan yang terbaca oleh perekam digital (Picoscope) C  = kapasitansi integrator G  = Gain(Penguatan keseluruhan sistem) A  = luas plat antena 𝜀 0 = permivitas ruang hampa (8,854 x 10 -12 )

## 2.4 Bentuk Gelombang Petir Berdasarkan dengan Jarak dan Arus
Bentuk  gelombang  petir  dapat  dijadikan acuan  dalam  melihat  jarak  dan  arus  petir  yang ditangkap oleh sensor petir. Lin dkk [11] telah mengelompokkan bentuk
gelombang
berdasarkan  jarak  1  sampai  200  km  yang dilakukan  pada  sensor  petir  di  Florida. Pengelompokkan  bentuk  gelombang  tersebut dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Tipikal Karakteristik Bentuk Gelombang Petir berdasarkan Jarak [11]

## III. METODOLOGI PENELITIAN
Sinyal petir ditangkap dengan antena medan listrik  dengan skematik sensor petir seperti pada gambar  4.  Data  yang  terekam  akan  diolah dengan  program  yang  dibuat  dengan  bahasa
pemograman  Visual  Basic  2010  hal  ini dilakukan untuk memudahkan pencarian Δt yang akan digunakan untuk perhitungan ToA LS  dan menghitung jarak antara petir dengan sensor.
RECEIVER (OP-AMP & BUFFER) PICOSCOPE kOMPUTER ANTENA PLAT KABEL KOAKSIAL KABEL KOAKSIAL FIBER OPTIK ANTENA GPS INTERNET
Gambar 4. Skema Sensor Petir
Sensor petir yang dipakai dalam penelitian ini  berada  pada  lokasi  yang  diperlihatkan  pada Tabel 1.
Tabel 1. Koordinat Stasiun Sensor Petir Lokasi Lintang Bujur Stasiun Tabing -0.86977 100.33688 Stasiun Padang Pasir -0.93612 100.35688 Stasiun Unand -0.91372 100.46413
Lokasi stasiun deteksi petir yang terpasang dapat dilihat pada Google Maps  pada gambar 5.
Gambar 5. Visualisasi Lokasi Koordinat Stasiun
Sinyal  petir  ditangkap  dengan  antena  dan diperkuat  dengan  integrator op-amp .  Sinyal analog akan diubah dalam bentuk digital dengan menggunakan perangkat Picoscope. Data digital
akan  memiliki  waktu  perekaman  dan  bentuk sinyal  yang  terekam.  Data  ini  juga  termasuk pulsa  GPS  ( Global  Positioning  System )  yang menjadi acuan dalam menentukan data Δt pada setiap  kejadian  sambaran  petir.  Nilai Δt didapatkan  dari  perbedaan  perbedaan  antara waktu pulsa naik dan waktu nol perekaman data, penentuan    nilai Δt pada  satu  stasiun  yang dipakai dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6. Penentuan data nilai Δt
Data perekaman dari 3 stasiun dikumpulkan dan  akan  dipilah  sesuai  hari  dan  waktu  yang sama.  Pemilahan  ini  dilakukan  oleh  program yang dibuat dengan menggunakan Visual Basic 2010.  Diagram  alir  program  metode  ToA  LS dapat dilihat pada gambar 7.
Start Konfigurasi
Sistem dan Koordinat Stasiun File mempunyai Tanggal dan waktu sama (hh:mm:ss) Pemilahan hari dan waktu kejadian Petir (tanggal dan hh : mm : ss) Waktu Kejadian dan Koodinat petir Tampilkan Lokasi di Google Maps Selesai Database Lokasi Petir Konversi file psdata ke file txt File txt ke database Database data rekaman petir Pencarian t gps YA TIDAK Pengurutan t gps berdasar nilai terkecil Pembentukan Matrik a dan l (Pers 2.24) h = l -1 *a (Pers 2.25) Koordinat Latitude dan longitude Kejadian Petir (Pers 2.26 dan 2.27)
Gambar 7. Diagram Alir Utama Pengolahan Data
Data awal yang diperlukan adalah koordinat sistem. Data ini didapatkan dari perangkat lunak
GPS  yang  ada  pada  tiap  stasiun  petir.  Data lainnya  adalah Δt tiap  stasiun.  Data  ketiga stasiun ini dikumpulkan pada satu unit komputer untuk  dilakukan  pemilahan  berdasarkan  waktu dan  tanggal  kejadian.  Kemudian  pencarian lokasi petir dengan metode Toa LS. Setelah data koordinat petir di dapatkan melalui perhitungan program, lokasi  petir ditampilkan pada aplikasi Google Maps . Jarak lokasi petir dengan stasiun dibandingkan dengan karakteristik bentuk sinyal gelombang medan listrik petir. Setelah memastikan  lokasi  petir  sudah  sesuai  dengan karakteristik gelombang medan listriknya maka arus puncak petir dapat ditentukan.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1  Penerapan Metode ToA LS pada Sistem Sensor Petir
Sistem berbentuk segitiga dengan pemilihan lokasi  titik  referensi  nol  diletakkan  pada koordinat  -0.98134  LS  dan  100.37511  BB.  Ini dilakukan  untuk  memenuhi  syarat  metode ToA LS dengan bentuk geometri segiempat [7] . Data diambil  pada  tanggal  12  Januari  2014  dengan sampel  data  sebanyak  20  data  pada  masing- masing  stasiun  dimana  syarat  waktu    untuk metode  ToA  LS  terpenuhi.  Perhitungan  jarak dilakukan  dengan  mengambil  lokasi  sensor Unand sebagai titik awal dan lokasi petir sebagai titik  akhir.  Maka  dengan  perhitungan  program hasilnya dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Hasil perhitungan Program ToA LS
No Waktu Lat Long Jarak (km) 1 14:36:57 -0,88311 100,40337 7,670 2 14:41:50 -0,53370 100,33129 44,621 3 14:42:55 -0,88642 100,40330 7,518 4 14:48:26 -0,88655 100,40283 7,561 5 16:35:10 -0,88481 100,40304 7,620 6 17:59:00 -0,88122 100,41097 7,029 7 18:01:21 -0,84584 100,51712 9,521 8 18:02:54 -0,88344 100,40330 7,659 9 18:05:24 -0,86600 100,45875 5,366 10 18:08:33 -0,97453 100,44369 7,089 11 18:50:38 -0,73904 100,37015 22,051 12 18:51:58 -0,99644 100,36523 14,359 13 18:56:20 -0,77350 100,38044 18,176 14 19:09:08 -0,88419 100,40427 7,526 15 19:18:46 -0,88674 100,40366 7,468 16 21:42:59 -0,88403 100,40352 7,609 17 21:54:34 -0,75864 100,44675 17,312 18 21:56:59 -0,88677 100,40356 7,477 19 21:58:00 -0,74406 100,37476 21,319 20 22:03:06 -0,81981 100,39051 13,323
-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 Te g a n g a n ( V ) -250 -200 -150 -100 -50 0 50 Waktu (ms) 3 2 1 0 Te g a n g a n ( V ) Medan Listrik Petir Sinyal Pulsa GPS Stasiun Unand  t = t gps - 0 t GPS t Sinyal Petir
Peta  sebaran  kejadian  petir  tersebut  dapat dilihat pada Gambar 8.

## Gambar 8. Peta Sebaran Kejadian Petir 12 Januari 2014
Pada  gambar  8  kejadian  petir  dapat dibedakan  atas  2  wilayah  yakni  kejadian  petir yang  terjadi  didalam  geometri  sistem  deteksi petir  dan  kejadian  yang  terjadi  di  luar  lingkup geometri sistem. Petir yang terjadi pada geometri sistem deteksi petir terjadi pada 15 sampel.
Data  1  terjadi  perbedaan  antara  jarak terhitung  dengan Δt yang  didapatkan  pada masing-masing  stasiun, Δt terkecil  didapatkan oleh  stasiun  Unand  namun  lokasi  petir  malah dekat ke stasiun Tabing seperti yang ditampilkan pada gambar 9.
Gambar 9. Lokasi sampel petir pada waktu 14:36:57
Gambar 10. Sumbu simetris pada geometri sistem deteksi petir
Penyimpangan  jarak  ini  disebabkan  lokasi petir  dekat  dengan  sumbu  geometri  sistem sehingga  munculnya  galat  dalam  perhitungan. Galat yang dijelaskan oleh Koshak [15] sebagai “blind” pada  sumbu  simetris,  dimana  invers matrik a akan  bernilai  besar  akibat  nilai  eigen matrik a menuju nol sehingga galat perhitungan akan  semakin  besar  pula,  hal  inilah  yang menyebabkan  perhitungan  jarak  ketiga  stasiun menjadi  tidak  sesuai  dengan  pengukuran Δt . Galat ini juga akan terjadi pada jika petir terjadi jika  mendekati  sumbu  x  atau  y.  Gambar  10 memperlihatkan  bahwa  data  1  terletak  pada sumbu  y  sehingga  terjadi  perbedaan  jarak dengan stasiun.
Perbandingan  dengan  bentuk  gelombang yang  terekam  akan  menentukan  betul  atau tidaknya  lokasi  yang  didapatkan.  Bentuk gelombang  medan  listrik  pada  data  1  dapat dilihat  pada  gambar  11.  Bentuk  gelombang  ini sebelumnya  sudah  dikelompokkan  berdasarkan oleh  Lin  dkk [11,  16] sehingga  dapat  menjadi acuan  dalam  menentukan  lokasi  petir  yang didapatkan.
Gambar 11. Bentuk Gelombang Medan Listrik
Petir pada Data 1(14:36:56) -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 Te g a n g a n ( V ) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 Waktu (ms) 12/1/2014 14:36:56,000742746
Bentuk  gelombang  medan  listrik  data  1 memperlihatkan  bahwa  petir  terjadi  pada  jarak 50  km  hal  ini  menjadikan  bahwa  lokasi  data  1 yang didapatkan tidak valid karena berdasarkan perhitungan jarak dengan stasiun Unand hanya 7 km. Hasil lokasi yang kita dapat berbeda dengan bentuk gelombang medan listrik meng- indikasikan terjadinya kesalahan dalam perekaman  data  yang  bisa  diakibatkan  seperti tidak  sinkronnya  waktu  komputer  akibat terputusnya  koneksi  internet,  perangkat  lunak yang  melakukan  perekaman  lambat  merespon, dan delay yang  terjadi  pada  perangkat perekaman.
Data  2  terletak  jauh  dari  jangkauan  dari geometri sistem hal ini dibuktikan dengan jarak antara  stasiun  dengan  petir  yang  bertentangan seperti  yang  diperlihatkan  pada  gambar  12. Berdasarkan  data Δt seharusnya  petir  terjadi berdekatan  dengan  stasiun  Tabing  namun  hasil perhitungan  lokasi  petir  berada  dekat  dengan stasiun Padang Pasir.
Gambar 12. Lokasi petir yang dihasilkan perhitungan pada data 2 (14:41:50)
Gambar 13. Daerah Jangkauan Sistem deteksi petir
Berdasarkan teori kejadian petir yang dapat dihitung  berada  pada  jarak  radial  antara  sensor dengan sensor seperti yang terlihat pada gambar 13. Jarak antara sensor petir yang terjauh adalah 15 km yakni antara sensor Tabing dengan Unand sehingga jika petir terjadi melebihi jarak tersebut maka  perhitungan  menghasilkan  lokasi  yang salah.  Dari  bentuk  gelombang  medan  listrik dapat diketahui bahwa pada data kedua ini petir terjadi  pada  jarak  jauh  dari  50  km  yang dibuktikan dengan gambar 14.
Gambar 14. Bentuk Gelombang Medan Listrik Petir pada Data 2(14:41:50)
Pada  kasus  seperti  ini  cara  untuk mengatasinya  adalah  dengan  penambahan stasiun  atau  memperbesar  jarak  antara  sensor petir  sehingga  luas  daerah  jangkauannya semakin  luas.  Hal  ini  bisa  dibuktikan  dengan memindahkan  stasiun  1  imajiner  yang  dipakai sebagai  titik  referensi  nol  untuk  mendapatkan koordinat  petir  tersebut  dimana  dipakai  titik referensi nol berada pada φ = -0,5 ,  λ  = 100,35 sehingga  lokasi  petir  yang  dihitung  oleh Program  ToA  berada  pada  koordinat    φ  =  - 0,53370,    λ    =  100,33129  dan jarak  petir  pada masing-masing  stasiun  yakni  dengan  Stasiun Tabing 37,167 km, Stasiun Padang Pasir 44,604 km, dan Stasiun Unand 44,621 km. Petir berada dekat  dengan  stasiun  Tabing  seperti  yang  lihat pada gambar 15 dan sesuai dengan nilai Δt yang didapatkan. -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 Te g a n g a n ( V ) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 Waktu (ms) 12/1/2014 14:41:50:000119411
Gambar 15. Lokasi Petir Data 2(14:41:50)

## Setelah Pemindahan Stasiun 1 Imajiner

## 4.2   Penentuan Arus Puncak Petir
Arus puncak petir adalah nilai arus tertinggi terhitung  dari  data  petir.  Arus  puncak  petir merupakan parameter petir yang penting dalam perencanaan proteksi peralatan elektrik. Dengan mengetahui  berapa  nilai  arus  tertinggi  dari kejadian  petir  pada  suatu  lokasi  maka  akan meminimalisir kerugian akibat yang ditimbulkan oleh petir tersebut.
Dari 20 sampel data hanya 8 data yang dapat dihitung  jaraknya  dan  sesuai  dengan  bentuk gelombangnya.  Berdasarkan  hal  tersebut  maka arus puncak yang kita cari pun terbatas pada ke 8  data  tersebut.  Maka  data  arus  puncak  petir yang terhitung dapat kita rangkum dalam tabel 3. Dari tabel 3 didapatkan  arus puncak petir yang terendah didapatkan bernilai -1,001 kA dan yang tertinggi didapatkan -22,661 kA.
Tabel 3. Nilai Arus Puncak petir
NO WAKTU VD (MV) D (KM) EP (V/M) IP (KA) 1 14:42:55 -1.781 7,518 -26,349 -5,5072 2 14:48:26 -745,9 7,561 -11,035 -2,3198 3 17:59:00 -1.184 7,029 -17,517 -3,4231 4 18:01:21 -1.168 9,521 -17,280 -4,5742 5 18:08:33 -2.046 7,089 -30,270 -5,9654 6 18:51:58 -3.837 14,359 -56,767 -22,661 7 19:18:46 -323,5 7,526 -4,786 -1,001 8 21:42:59 462 7,609 6,835 1,4459
Arus  puncak  petir  berkaitan  dengan  nilai tegangan medan listrik Ep dan jarak dari sumber dengan  sensor.  Dari  ke  8  data  yang  memiliki kesesuaian  dalam  bentuk  gelombangnya  dapat kita  simpulkan  bahwa  pada  jarak  yang  sama semakin  besar Ep maka  semakin  besar  pula Ip yang didapatkan.
Dari  penelitian  ini  masih  masih  terdapat noise yang mengganggu dalam perekaman data. Sumber noise ini  disebabkan  dari  sumber  daya listrik  yang  dipakai  dan  sumber  luar  penghasil gelombang  elektromagnetik  seperti  sinyal telepon  selular.  Pada  penelitian  selanjutnya difokuskan  pada  pengurangan noise-noise ini sehingga bentuk sinyal medan listrik petir yang didapatkan  dapat  dengan  mudah  dianalisa dengan  sampling  yang  lebih  banyak  dari penelitian sebelumnya.

## V. KESIMPULAN
1. Geometri sensor petir mempengaruhi keakuratan  dalam  penentuan  lokasi  dalam metode ToA LS.
2. Jumlah  sensor  dan  jarak  antar  sensor mempengaruhi  luas  daerah  yang  lokasi petirnya dapat ditentukan.
3. Dari  20  data terdapat  8  data  yang  lokasinya sesuai  dengan  bentuk  gelombang  medan listrik.
4. Tidak  sesuainya  data  dengan  bentuk gelombang diakibatkan gagalnya
sinkronisasi  dan  kesalahan  perangkat  lunak maupun perangkat keras.
5. Arus puncak petir yang terendah didapatkan bernilai -1,001 kA dan yang tertinggi didapatkan -22,661 kA.

## Ucapan Terima Kasih
Terima  kasih  penulis  ucapkan  kepada Beasiswa Unggulan (www.beasiswa- unggulan.go.id)  atas  biaya pendidikan  magister selama  tahun  2011-2013  dan  Universitas Andalas yang memberi bantuan dana penelitian BOPTN,  dengan  kontrak  No.  01/UN.6/PL/U- S2,S3/2014.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   Boonstra, Rudger. Validation of SAFIR/FLITS  lightning  detection  system with  railway-damage  reports .  Master Thesis.  Royal  Netherlands  Meteorological Institute. (2008).
[2]   Zulkarnain Abdul-Malek, Aulia, Nouruddeen Bashir and Novizon. Lightning  Location  and  Mapping  System Using Time Difference of Arrival (TDoA) Technique , Practical Applications and Solutions Using
LabVIEW™  Software,  Dr.  Silviu  Folea (Ed.) ,  ISBN: 978-953-307-650-8,  InTech.
(2011).
[3]   Uman, A. Martin. The Lightning Discharge.    International  Geophysics Series .      Academic  Press  Inc.  Orlando.
(1987) .
[4]   Geitz,  C.  William  dan  Jack  Mcguiness. Application of Lightning   Detection  and Warning  Systems  within  the  Explosives and  Blasting  Environment .  Volume  III.
Minutes  of  the  Twenty-Fifth  Explosives Safety  Seminar  Held  in  Anaheim,  CA. (1992).
[5]   Rakov,  Vladimir  dan  Martin  A.  Uman. Lightning Physics and Effects. Cambridge University Press. New York. (2001).
[6]   Wanke, Egon. A low cost Time of Arrival Lightning Detection and Lightning Location Network . Blitzortung.org.
Germany. (2011).
[7]   Finke,U dan O. Kreyer. Detect and Locate Lightning  Events  from  Geostationary Satellite  Observations .  Report.  Institute
für Meteorologie und Klimatologie Universität Hannover. Germany. (2002).
[8]   Cummins,K.L.,  E.A  Bardo  dkk. A combined  TOA/MDF  technology  upgrade of  the  U.S  National  Lightning  Detection Network. J.  Geophys.  Res.,  103,  9035- 9044. (1995).
[9]   Lewis, E.A. Hyperbolic Direction Finding with Sferics of Translatic Origin.
J. Geophys. Res, 65, 1879-1905. (1964).
[10]  Koshak, William J,. R.J Solakiewicz. TOA Lightning Location Retrieval on Spherical and Oblate Spheroidal Earth Geometries . J.Atmos.  Oceanic  Technol,  187-199.
(2001).
[11]  Lin, Y. T., M. A. Uman, J A. Tiller R. D. Brantley, W. H. Beasley, E. P. Krider, dan C.D Weidman. Characterization of Lightning  Return  Stroke  Electric  and
Magnetic  Fields  from  Simultaneous  Two Statiun  Measurement,  J .  Geophys.  Res., 84, 6307-634, doi:0.109/JC084iC0p06307 .(1979)
[12]  Koshak, William J,. R.J Blakesle, dan J.C. Bailey, Data  Retrieval  Algorithm  for Validating the Optical Transient Detector and  the  Lightning  Imaging  Sensor. J. Atmos  Oceanic  Technology.17,  279-297 . (2000).
[13]  Lenart, A.S. Solutions of Inverse Geodetic Problem  in  Navigational  Applications. The  International  Journal  on  Marine Navigation and Safety of Sea
Transportation. DOI:10.12716/1001.07.02
.13. (2013).
[14]  Diendorfer,  Gerhard. Lightning  Location Systems . IX International Symposioum on Lightning Protection. Brazil. (2007).
[15]  Koshak, William J, dan
R.J.Solakiewicz. On  the  Retrieval  of Lightning  Radio  Source  from  Time  of Arrival  Data. Journal  of  Geophysical Research  101  p  26,631-26,639.  (Nov  27, 1996).
[16]  Haddad, Michael A, Rakov dan Cummer.
New  Measurement  of  lightning  electric fields in Florida: Waveform characteriscic,  interaction  with  ionosfer, and  peak  current      estimates .  Journal  of Geophysical  Research  117  D10101. (2006).

## Biodata Penulis
Dasrinal  Tessal,  ST  : Lahir  di  Solok,10 Desember 1985. Menamatkan pendidikan S1 di Jurusan  Teknik  Elektro  Universitas  Andalas tahun  2010.  Pada  saat  ini  penulis  sedang menyelesaikan  pendidikan  S2  pada  institusi yang sama.