Analisis Sistem Grounding pada Lapangan Upacara untuk Proteksi terhadap Petir

Yahya Jati Kuncoro, Prof. Ir. Tumiran, M. Eng., Ph. D., IPU. ; Ir. Bambang Sugiyantoro, M.T.

2026 | Skripsi | TEKNIK ELEKTRO

Fenomena sambaran petir berpotensi menimbulkan ground potential rise (GPR) yang tinggi serta menciptakan bahaya berupa touch voltage dan step voltage pada area terbuka seperti lapangan upacara. Untuk memastikan keselamatan manusia dan menilai efektivitas sistem grounding, penelitian ini bertujuan menganalisis kinerja sistem grounding lapangan upacara terhadap tiga jenis arus petir menggunakan pemodelan berbasis frequency domain pada perangkat lunak XGSLab. Sistem grounding dimodelkan dalam konfigurasi grid, ring conductor, dan ground rod, sedangkan karakteristik tanah direpresentasikan melalui pendekatan multilayer dan multizone. Tiga bentuk gelombang arus petir yang dianalisis meliputi first positive stroke (10/350 µs), first negative stroke (1/200 µs), dan subsequent negative stroke (0.25/100 µs), dengan parameter evaluasi berupa GPR, touch voltage, dan step voltage yang dibandingkan terhadap batas aman IEC 60479-1/2. Hasil simulasi pada model multilayer menunjukkan bahwa first positive stroke menghasilkan sebaran GPR terluas dan membentuk area tidak aman touch voltage terbesar, sehingga menjadi kondisi paling berbahaya terhadap keselamatan manusia. Sementara itu, first negative stroke menghasilkan nilai puncak GPR tertinggi. Seluruh variasi arus petir menghasilkan step voltage yang berada dalam batas aman. Pada model multizone, distribusi GPR, touch voltage, dan step voltage memperlihatkan pola persebaran yang tidak merata antar zona, dengan perbedaan tegangan yang nyata antara sisi kiri dan kanan grid. Variasi resistivitas lateral menyebabkan gradien tegangan tidak simetris dan menghasilkan konsentrasi tegangan yang lebih tinggi pada zona berresistivitas besar. Selain itu, model multizone menghasilkan area tidak aman yang lebih luas dibandingkan model multilayer, sehingga memberikan representasi yang lebih realistis untuk kondisi tanah heterogen. Penelitian ini menegaskan bahwa bentuk gelombang arus petir dan heterogenitas tanah berpengaruh signifikan terhadap performa sistem grounding, sehingga perlu dipertimbangkan secara cermat dalam perancangan sistem grounding pada area terbuka dengan tingkat paparan petir tinggi. 

Lightning strikes can generate significant ground potential rise (GPR) and create hazards in the form of touch voltage and step voltage, particularly in open areas such as ceremonial fields. To ensure human safety and assess the effectiveness of the grounding system, this study analyzes the performance of the existing grounding system under three types of lightning currents using a frequency-domain modeling approach in XGSLab. The grounding system is modeled with a grid configuration incorporating horizontal conductors, a ring conductor, and ground rods, while soil characteristics are represented using both multilayer and multizone models. The lightning currents examined include the first positive stroke (10/350 µs), first negative stroke (1/200 µs), and subsequent negative stroke (0.25/100 µs). The evaluated parameters consist of GPR, touch voltage, and step voltage, referenced against the safety limits defined in IEC 60479-1/2. Simulation results for the multilayer model indicate that the first positive stroke produces the widest GPR distribution and the largest unsafe touch voltage area, making it the most hazardous condition for personnel safety. Meanwhile, the first negative stroke yields the highest peak GPR value. All lightning variations produce step voltage levels that remain within safe limits. The multizone model exhibits non-uniform voltage distribution across zones, with clear differences between the left and right sides of the grid. Lateral variations in soil resistivity lead to asymmetric potential gradients and higher voltage concentrations in zones with greater resistivity. Additionally, the multizone model produces a wider unsafe area compared to the multilayer model, providing a more realistic representation for heterogeneous soil conditions. This study concludes that lightning current waveform characteristics and soil heterogeneity significantly influence grounding system performance. These factors must be carefully considered in the design of grounding systems for open-field environments with high lightning exposure.

Kata Kunci : Grounding, Ground Potential Rise, Touch Voltage, Step Voltage, XGSLab