Analisa Sambaran Petir Terhadap Sistem Proteksi Tower Telekomunikasi Menggunakan Simulasi Software ATP Draw
Riza Ria Wirasari 1* , Surya Hardi 2 , Rohana 3 , Muchsin Harahap 4
Program Studi Pasca Sarjana Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara 1,2,3 Program Studi Teknik Pendingin Dan Tata Udara, Politkenik Tanjungbalai 4 E-mail : riza.wirasari14@gmail.com 1 DOI: http://dx.doi.org/10.31869/rtj.v5i2.3416
Abstrak— Peningkatan  jaringan  telekomunikasi  diiringi  dengan  penambahan  jumlah  BTS (Base Transceiver Station) di berbagai daerah. Tower BTS (Base Tranceiver Station) dibangun dengan  ketinggian  minimal  25-100  Meter.  Tower  BTS  dilengkapi  dengan  sistem    proteksi eksternal  dan  internal  grounding  yang  didesign  dan  dipasang  sesuai  dengan  SNI.  Sistem proteksi  merupakan  suatu  kesatuan  sistem  perlindungan  pada  tower  dan  perangkat telekomunikasi  dari  sambaran  petir.  Sambaran  petir  terjadi  secara  random  yang  tidak  bisa dipastikan dan dikendalikan kejadinnya dan sambaran petir juga mengakibatkan kerusakan pada obyek  yang  disambar.  ATP  Draw  merupakan  program  grafis  dari  Elektromagnetic  Transient Program  (EMTP)  untuk  Window.  Software  Alternating  Transient  Program  (ATP  Draw) digunakan untuk simulasi digital dari gelombang impuls. Pada software ini memodelkan sistem proteksi  petir  dalam  bentuk  rangkaian  listrik,  dan  bentuk  gelombang  impuls  petir  terhadap rangkaian  sistem  proteksi  petir.  menganalisa  sistem  proteksi  petir  pada  menara  BTS  dengan melakukan simulasi yang menggunakan software ATP Draw dengan model saluran daya dengan Standard IEC 1.2 x 50 μs menunjukkan hasil simulasi gelombang arus surja petir sebesar 30389 A.  untuk  arus  masukan  surja  petir  sebesar  80  kA,  36088  A  untuk  arus  masukan  surja  petir sebesar 95 kA, dan 37987 A untuk arus masukan surja petir sebesar 100 kA. Untuk pemodelan saluran  daya  standard  CIGRE  3.3x77.5μs  hasil  simulasi  gelombang  arus  surja  petir  sebesar 40644 A untuk arus masukan surja petir sebesar 80 kA, 48264 A untuk arus masukan surja petir sebesar  95 kA, dan 50805 A untuk arus masukan surja petir sebesar 100 kA.
Kata kunci :  Base Tranceiver Station, EMTP, ATP Draw, Sistem Proteksi, Petir
Abstract — The increase in the telecommunications network was accompanied by the addition of the number of BTS (Base Transceiver Station) in various regions. The BTS (Base Transceiver Station) tower is built with a minimum height of 25-100 meters. BTS towers are equipped with external  and  internal  grounding  protection  systems  that  are  designed  and  installed  in accordance  with  SNI.  The  protection  system  is  a  unified  protection  system  for  towers  and telecommunications equipment from lightning strikes. Lightning strikes occur  randomly which cannot  be  ascertained  and  their  occurrence  is  controlled  and  lightning  strikes  also  cause damage to the object that is struck. ATP Draw is a graphical program from the Electromagnetic Transient Program (EMTP) for Windows. Software Alternating Transient Program (ATP Draw) is used for digital simulation of impulse waves. In this software a lightning protection system is modeled  in  the  form  of  an  electrical  circuit,  and  a  lightning  impulse  waveform  against  a lightning protection system circuit. analyzed the lightning protection system on the BTS tower by  performing  simulations  using  ATP  Draw  software  with  a  power  line  model  with  Standard IEC  1.2  x  50  s  showing  the  simulation  results  of  a  lightning  surge  current  of  30389  A.  for  a lightning surge input current of 80 kA, 36088 A for a lightning current input lightning surge of 95  kA,  and  37987  A  for  lightning  surge  input  current  of  100  kA.  For  modeling  the  standard CIGRE 3.3x77.5μs power line, the simulation results for a lightning surge current of 40644 A for a lightning surge input current of 80 kA, 48264 A for a lightning surge input current of 95 kA, and 50805 A for a lightning surge input current of 100 kA.
Keywords : Base Tranceiver Station, EMTP, ATP Draw, Protection System, Lightning

## PENDAHULUAN
Tower  BTS  (Base  Tranceiver  Station) dibangun  dengan  ketinggian  minimal  25- 100  Meter.  BTS  itu  sendiri  merupakan
penghubung perangkat komunikasi dari satu jaringan  ke  jaringan  yang  lain.  Perangkat- perangkat  terdiri  dari  berbagai  perangkat telekomunikasi  seperti  Antenna  Radio
Frekuensi,  Antenna  Microwave,  RBS (Radio Base Station), Transmission
Equipment,  Rectifier,  dan  lain-lain[1]. Sedangkan tower BTS terdiri dari tiang besi yang  dibuat  tinggi  menjulang  yang  bangun diatas  tanah  secara  langsung  (Greenfield) ataupun  diatas  sebuah  gedung  (Roof  Top). Tower  BTS  juga  dikenal  dengan  menara BTS[2].  Tower  BTS  dilengkapi  dengan sistem    proteksi  eksternal  dan  internal grounding  yang  didesign  dan  dipasang sesuai  dengan  Standar  Nasional  Indonesia. Sistem  proteksi  merupakan  suatu  kesatuan sistem  perlindungan  pada  tower  dan perangkat  telekomunikasi  dari  sambaran petir  dan  tegangan  berlebih  dari  arus PLN[3].
Sistem  proteksi  petir  merupakan  sistem pangamanan  perangkat  telekomunikasi yang  melindungi  peralatan  dari  sambaran petir.  Sistem  proteksi  petir  terdiri  dari sistem  proteksi  eksternal  dan  sistem proteksi  internal[4].  Sistem  pentanahan sering digunakan di bidang kelistrikan pada umumnya digunakan tujuan untuk mengamankan peralatan listrik dan perangkat elektronik maupun manusia yang berada  disekitar  gangguan.  Sistem  proteksi petir  yang  sudah  dipasang  pada  sisi  tower sesuai  dengan  Standar  Peraturan  Umum Instalasi  Penangkal  petir  (PUIPP)  dan Standar  Nasional  Indonesia  (SNI  03-7015- 2004)[5].  Pada  penelitian  ini,  menganalisa pengaruh  parameter  petir  terhadap  sistem proteksi  tower  telekomunikasi  dengan menggunakan  perangkat  lunak/  software yang dikenal dengan ATP Draw ATP  Draw  merupakan  program  grafis dari  Elektromagnetic  Transient  Program (EMTP)  untuk  Window[6].  Software Alternating Transient Program (ATP Draw) digunakan  untuk  simulasi  digital  dari gelombang  transient  elektromagnetik.  Pada software  ini  memodelkan  sistem  proteksi petir  dalam  bentuk  rangkaian  listrik,  dan bentuk  gelombang  impuls  petir  terhadap rangkaian  sistem  proteksi  petir.  ATP  draw dapat merancang sistem pemodelan rangkaian  elektronik  yang  dapat  memilih komponen dan fitur yang telah tersedia[7].

## STUDI PUSTAKA
A. Model Surja Petir Petir  dikatakan  dengan  nama  halilintar terjadi  karena  adanya  gejala  alam  yang
muncul saat musim hujan. Perbedaan waktu saat  hujan  terjadi  muncul  petir  disebabkan karena  adanya  perbedaan  antara  kecepatan cahaya dan kecepatan suara yang dinamakan  surja  petir[8].  Surja  petir  dalam digambarkan  dalam  bentuk  gelombang sebgai berikut pada gambar 1 :
Gambar 1. Gelombang Surja Petir
B. Base Transciever Station (BTS)
1. Tower BTS
Tower  merupakan  menara  tinggi  yang  di pasang  dengan  rakitan  besi  yang  berfungsi sebagai  tempat  pemancar  antara  kabel feeder  dan  coaxial  yang  terhubung  denga antena  pemancar  dengan  perangkat  shelter dengan ketinggian >25 Meter[9]. Tower ini mempunyai  pengaruh  radiasi  yang  dapat membahayakan  manusia.  Sistem  proteksi pada  tower  dilengkapi  terminal  udara  dan kabel  penyalur  (Down  Conductor)  dan grounding rod pada gambar 2.
Gambar 2. Tower BTS
2. Shelter / BTS Outdoor
Shelter berupa kotak besar dengan ukurusan 3  x  3  meter  berbahan  baja  tertutup dilengkapi
dengan sistem air
conditioning[10].  Shelter  berfungsi  sebagai tempat  penyimpan  perangkat  radio  yang sensitif  terhadap  panas  dan  suhu  ruangan berada kisaran <18 o C.
C. Software ATP Draw
Alternative  Transient  Program  (ATP) digunakan  untuk  membantu  penyelesaian pada bidang transient elektromagnetik pada
tenaga  listrik[11].  Adapun  bentuk  Program ATP Draw dapat di lihat pada gambar 3.
Gambar 3. Aplikasi ATP Draw
Adapun  yang  dapat  dilakukan  dengan software ini adalah :
1. Tegangan  lebih  akibat  mekanisme petir
2. Estimasi  kualitas  daya,  harmonisa dan resonansi
3. Pengujian  peralatan  proteksi,  dan lain-lain

## METODE
1. Metode Pengumpulan Data Pada penelitian ini menggunakan metode dengan Pemodelan Sambaran Petir Terhadap Sistem Proteksi Eksternal
disimulasikan  menggunakan  perangkat lunak ATP-Draw. A. Model Saluran Daya
Konduktor  penyalur  pada  sistem
proteksi digambarkan dalam pemodelan adalah rangkaian R dan L Gambar 4 . Model Sistem Pentanahan B. Model Sistem Pentanahan Pada sistem pentanahan yang digunakan  pada  tower  BTS  dalam penelitian ini adalah sistem pentanahan yang menggunakan 6 driven rod
Gambar 5. Model Sistem Pentanahan
2. Prosedur Penelitian
Gambar 6. Prosedur Penelitian 3. Analisa Data Pada pemodelan ini, parameter komponen  yang  membentuk  rangkaian ekivalen  yang digunakan adalah : A. Arus  petir    yang  digunakan  dalam pemodelan  sesuai  dengan  standar IEC62305 yaitu sebesar 100 kA, 95 kA dan 80 kA
B. Gelombang impuls petir memiliki nilai T  front  dan  T  ekor  sesuai  dengan standar yang telah ditetapkan oleh IEC 62305 1.2x50μs dan CIGRE 3.3x77.5μs

## HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Analisis Simulasi ATP  Draw

## Pemodelan Saluran Daya
Pemodelan  ini  digambarkan  dengan tahanan  dan  induktor  yag  terhubung  secara seri seperti gambar 7 dibawah ini :
Gambar 7. Pemodelan Saluran Daya
Dimana : Rtotal  =  0.62  Ω  (Air  Terminal  +  Kabel Penyalur) L Penyalur = 71.05 μH] Arus Surja Petir = 80 kA; 95 kA; 100 kA
Dari  keterangan    diatas  maka  di  dapatkan Arus  Distribusi  pada  Saluran  Daya  pada tabel 1 dibawah ini Tabel 1. Arus Distribusi Saluran Daya
Arus Surja Petir (kA) Arus pada Saluran  Daya (I dy )  Standard IEC Arus pada Saluran  Daya (I dy )  Standard CIGRE 80 30389 A 40644 A 95 36088 A 48264 A 100 37987 A 50805 A
Bentuk  puncak  gelombang  arus  surja petir  yang  mengalir  pada  saluran  daya dengan  standard  IEC  pada  model  simulasi ATP Draw  pada gambar 2 :
Gambar 2. Simulasi Arus Surja Petir pada Saluran Daya (Standard IEC 1.2 x 50 μs) Bentuk  puncak  gelombang  arus  surja petir  yang  mengalir  pada  saluran  daya dengan  standard  CIGRE  pada  model simulasi ATP Draw  pada gambar 8 .
Gambar 8. Simulasi Arus Surja Petir pada Saluran Daya (Standard CIGRE 3.3 x 77.5 μs)

## Pemodelan Sistem Pentanahan
Sistem  pentanahan  menara  telekomunikasi terdapat  sistem  6  driven  rod  yang digambarkan dengan rangkaian R, L dan C pada gambar 9
Gambar 9 . Pemodelan Saluran Pentanahan Keterangan : C = 94 x 10-12 pF Lrod = 4,254 μH. Rtotal = 0.484 Ω Dari  keterangan    diatas  maka  di  dapatkan sistem pentanahan pada tabel 2
Tabel 2. Sistem Pentanahan Arus Surja Petir (kA) Arus pada Saluran Pentanahan (I - pen ) Standard IEC Arus pada Saluran Pentanahan (I - pen ) Standard CIGRE 80 X0001 = 618.94 A X0002 = 669.41 A X0001 = 874.46 A X0002 = 947.33 A 95 X0001 = 734.56 A X0002 = 795.56 A X0001 = 1038.4 A X0002 = 1125 A 100 X0001 = 773.02 A X0002 = 837.43 A X0001 = 1093.1 A X0002 = 1184.2 A
Bentuk  puncak  gelombang  arus  surja  petir yang  mengalir  pada  saluran  pentanahan dengan  standard  IEC  ditunjukkan  pada gambar 10.
Gambar 10. Simulasi Arus Surja Petir pada Saluran Pentanahan (Standard IEC 1.2 x 50 μs)
Bentuk  puncak  gelombang  arus  surja  petir yang  mengalir  pada  saluran  pentanahan dengan  standard  IEC  ditunjukkan  pada gambar 11.
Gambar 11. Simulasi Arus Surja Petir pada Saluran Pentanahan (Standard IEC 3.3 x 77.5 μs)

## PENUTUP
Dari  hasil  data  pengukuran  dan perhitungan  serta  model  simulasi  pada sistem  proteksi  eksternal  pada  menara ataupun  Tower  BTS  dapat  disimpulkan bahwa :
1. Berdasarkan  analisis  resiko,  menara BTS  yang  memiliki  ketinggian  72 meter  yang  terletak  di  MSC  Mabar memiliki peluang tersambar petir  Nd
=  3,814921  /tahun.  Dengan  nilai efisiensi  SPP  sebesar  =  0.84  atau  84
%, sehingga menara BTS
memerlukan  tingkat  SPP  minimum berada  pada  Level  Proteksi  Petir  IV dengan  nilai  arus  petir  maksimum 100  kA.  Adapun  jarak  sambar  arus petir mencapai 223,124 meter dengan luas  perlindungan  sebesar  86.525,84 m2.  Adapun  radius  proteksi  bola
bergulir R ₁ = 166 meter yang diukur dari  titik  nol  menara  BTS  dan  R2  = 93,83  meter  yang  diukur  dari  batas akhir R ₁ . Adapun sudut perlindungan dari Air terminal adalah α = 71,26 o 2. Terminasi  udara  akan  mengalami korosi  dengan  volume  sebesar 0.00046 m3 jika arus yang mengenai terminasi udara sebesar 100 kA. 3. Induksi  juga  terjadi  jika  nilai  arus minimum  sambaran  petir  80  kA maka  nilai  induksi  sebesar  Vind  =
5,684 kv/ms.
4. Pemodelan  saluran  daya  dengan Standard  IEC  1.2  x  50  μs menunjukkan hasil simulasi
gelombang  arus  surja  petir  sebesar 30389  A  untuk  arus  masukan  surja petir  sebesar  80  kA,  36088  A  untuk arus  masukan  surja  petir  sebesar  95 kA, dan 37987 A untuk arus masukan surja petir sebesar 100 kA. Sedangkan  untuk  pemodelan  saluran daya dengn standard CIGRE 3.3x77.5μs menunjukkan hasil simulasi  gelombang  arus  surja  petir sebesar 40644 A untuk arus masukan surja  petir  sebesar  80  kA,  48264  A untuk  arus  masukan  surja  petir sebesar    95  kA,  dan  50805  A  untuk arus masukan  surja petir  sebesar 100 kA.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] D.  Gies,  “Lightning  protection  for wireless telecommunication transceiver  facilities  (WiTF),”  in
2017  IEEE  Symposium  on  Product Compliance  Engineering  (SPCEB- Boston) ,  2017,  pp.  1–6,  doi:
10.1109/SPCEB.2017.8119348.
[2] H.  B.  Dwight,  “Calculation  of Resistances  to  Ground,” Trans.  Am. Inst. Electr. Eng. , vol. 55, no. 12, pp. 1319–1328,  1936,  doi:  10.1109/T- AIEE.1936.5057209.
[3] A.  Rakotomalala,  P.  Auriol,  and  A.
Rousseau,  “Lightning  distribution through  earthing  systems,”  in Proceedings of IEEE Symposium on Electromagnetic Compatibility , 1994, pp. 419–423, doi: 10.1109/ISEMC.1994.385613.
[4] P.  Y.  Okyere  and  G.  Eduful,
“Evaluation  of  Rolling  Sphere
Method  Using  Leader  Potential
Concept :  A  Case  Study,” IJME-
Intertech , pp. 1–20, 2006.
[5] B.  S.  N.  Indonesia,  “SNI  03-7015- 2004,” in SNI , 2004, pp. 1–20.
[6] I.  Gonos,  F.  Topalis,  and  I. Stathopulos, Transient impedance of grounding rods , vol. 2. 1999.
[7] J.  M.  Wiater,  “New  MOV  model with hysteresis loop in program ATP / EMTP,” Tech. Electr. Eng. , vol. 1, no. 1, 2003.
[8] Y. L. Chow, M. M. Elsherbiny,  and M.  M.  A.  Salama,  “Resistance formulas  of  grounding  systems  in two-layer earth,” IEEE Trans. Power Deliv. ,  vol.  11,  no.  3,  pp.  1330– 1336, 1996, doi: 10.1109/61.517487.
[9] Y.  L.  Chow,  J.  J.  Yang,  and  K.  D. Srivastava, “Grounding resistance of buried electrodes in multi-layer earth predicted by simple voltage measurements  along  each  surface-a theoretical discussion,” IEEE Trans.
Power  Deliv. ,  vol.  10,  no.  2,  pp. 707–715, 1995, doi: 10.1109/61.400861.
[10]  B.  Anggoro,  “The  ground  potential profile  on  the  Earth  surface  of  3 vertical rods of grounding systems,”
in 2017 International Conference on
High  Voltage  Engineering  and
Power  Systems  (ICHVEPS) ,  2017, pp. 479–483, doi: 10.1109/ICHVEPS.2017.8225894. [11]  H.  Priker,  L,  “ATPDRAW  version 5.5 for Windows 9x/NT/2000/xp/Vista.  NTNU,”  in ATPDRAW  version  5.5  f ,  2009,  pp. 10–120.