Bab 7 Beban Lebih dan Arus Hubung Pendek. PDF created with FinePrint pdffactory trial version

Bab 7 Beban Lebih dan Arus Hubung Pendek

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

Arus hubung pendek

Aturan umum n sesuai dengan aturan artikel IEC 364-434.2, 434.3 dan IEC 364-533.2, arus

prospektif hubung pendek maksimum pada posisi awal sirkit dan arus prospektif hubung pendek minimum pada posisi akhir sirkit harus ditentukan untuk setiap sirkit. n arus prospektif hubung pendek maksimum menentukan : q kapasitas pemutusan tertinggi(Icu) pemutus daya (Icu ≥ prospektif Icc), q kapasitas penutupan gawai proteksi. q ketahanan thermis dan elektrodinamis pipa kabel dan perangkat hubung bagi . n prospektif arus hubung pendek minimum menentukan : q pemilihan unit trip (kurva) dan pengaman lebur, q pengaman terhadap manusia tergantung sistem pembumian (TN-IT), q kabel terlalu panjang, q sumber dg impendansi besar (gen-set). n dalam semua kasus, pengaman harus disesuaikan dengan kemampuan

tekanan thermis kabel. • ∫ I2dt≤ K2 S2

ustomer Training – Januari 05 - Indonesia


Arus hubung pendek

Aturan umum n apapun jenis arus hubung-pendek (min. or max.), gawai pengaman harus

memutuskan arus tersebut (Isc) dalam waktu t < 5 dt yang bersesuaian dengan tekanan thermis yang dapat ditahan oleh kabel yg dilindungi. • ∫ I2dt ≤ k2.S2 t = k2 q q q q

S2 I2

t = durasi dalam dt S = luas penampang dalam mm2 I = nilai r.m.s arus hubung-pendek dalam ampere k = faktor yg tergantung kepada resistivitas, faktor temperatur dan kapasitas panas dari pada material konduktor, dan temperatur awal dan akhir.



Arus hubung pendek

Aturan umum n nilai k untuk beberapa material umum, untuk perhitungan pengaruh arus

hubung-pendek. Material konduktor tembaga

Aluminium

Material isolasi pvc 60°C karet 85°C karet 90°C thermosetting kertas resap mineral - penghantar - sleeves and seals pvc 60°C karet 85°C karet 90°C thermosetting kertas resap

batas temperatur awal °C 70 60 85 90 80

batas temperatur akhir °C 160/140 200 220 250 160

k 115/103 141 134 143 108

70 105

160 250

115 135

70 60 85 90 80

160/140 200 220 250 160

76/68 93 89 94 71

q note : diberikan 2 nilai batas temperatur akhir dan k, nilai terendah berhubungan kabel yang memiliki luas penampang lebih besar dari 300 mm.



Arus hubung pendek

Prosedur perhitungan arus hubung pendek sisi atas daya hubung pendek Scc nilai nominal transformator TT/TR

Usc (%)

Isc pd terminal transformator - faktor daya, - faktor kebetulan, - faktor tugas - faktor pengembangan yg dpt diduga

- feeder - nilai nominal arus - jatuh tegangan

karakteristik penghantar n busbars : q panjang, q lebar, q ketebalan. n kabel : q jenis isolasi q inti tunggal atau inti banyak, q panjang, q luas penampang. n lingkungan : q suhu ruang, q metode instalasi, q jumlah sirkit yg berdekatan.

kapasitas pemutusan inst. trip setting

pemutus daya utama


main LV switchboard distribution circuit breaker


pemutus daya distribusi kedua


pemutus daya distribusi akhir

Isc dr keluaran perangkat kendali utama TR

Isc pd kepala perangkat kendali kedua

Isc pd kepala perangkat kendali akhir

nilai nominal beban



Isc pd ujung keluaran akhir

Arus hubung pendek

Definisi n arus hubung pendek adalah arus lebih yang dihasilkan oleh gangguan dengan

mengabaikan impendansi antara titik-titik pd potensial yang berbeda dalam kondisi layanan nomal. U U q Icc3 = = q Zt = R2 + X2 Z R2 + X2 Zt

Zt

A

U ZI

U

ZI

B

R = ρ /A dlm Ω/m ρ = lihat Tabel 1

X = L ω = [15,7 + 144.44 Log (d/r)] mΩ/km = 0,3 Ω / km (saluran TR) = 0,4 Ω / km (saluran TM atau TT) r = radius penghantar (mm), d = jarak antar penghantar (mm



Arus hubung pendek

Definisi Tabel 1. Resistivitas penghantar dengan radius < 150 mm2 Arus

Resistivitas

Nilai resistivitas 2 (Ω mm /m) Tembaga Aluminium

Penghantar yang dimaksud

Arus hubung pendek maksimum

ρ1=1,25ρ20

0,0225

0,036

Ph-N

Arus hubung pendek minimum

ρ1=1,5ρ20

0,027

0,043

Ph-N

Arus gangguan dlm sistem TN dan IT

ρ1=1,25ρ20

0,0225

0,036

Ph-N PE-PEN

Tegangan jatuh

ρ1=1,25ρ20

0,0225

0,036

Ph-N

Arus lebih untuk uji kekuatan termal

ρ1=1,5ρ20

0,027

0,043

ρ1=1,25ρ20

0,0225

0,036

Ph-N-PE bila tergabung dalam satu penghantar PE terpisah



Arus hubung pendek

Macam-macam arus hubung pendek n gangguan tiga-fase

ZSC

ZL

~

I sc3 =

V

ZL

U/ 3 Zsc

ZL

n gangguan fase-fase

ZSC

ZL

~ ZL



I sc2 =

U ZSC

U 2. Zsc

= 0,86. Icc 3

Arus hubung pendek

Macam-macam arus hubung pendek n gangguan fase-netral ZSC

ZL

ZLn

~

I sc1 =

V ZLn

U/ 3 Zsc + Z Ln

= 0,5. Icc 3

n gangguan fase-bumi ZSC

ZL

~ Z(0)



U/ 3 I sc(0)= Zsc + Z (0)

V Z(0)

Arus hubung pendek

Akibat hubung pendek Akibat hubung pendek tergantung pada variabel macam dan durasi gangguan, di titik instalasi dimana gangguan itu terjadi serta daya hubung pendek. o pada lokasi gangguan, adanya busur api listrik menyebabkan: kerusakan isolasi melelehnya penghantar api dan bahaya kebakaran o pada sirkit yang tergantung: gaya elektrodinamik, yang menyebabkan: - perubahan bentuk busbar - terputusnya kabel Ÿ suhu yang berlebihan akan terus meningkat akibatnya rugi dalam Joule semakin besar pula, dengan resiko kerusakan isolasi o di sirkit jaringan lainnya atau yang berdekatan dengan jaringan: Ÿ tegangan menurun selama waktu yang dibutuhkan untuk menghapuskan gangguan, yang bervariasi dari beberapa milidetik ke beberapa ratus milidetik ž mematikan sebagian jaringan, tingkat bagian tersebut tergantung pada rancangan jaringan dan tingkat diskriminasi yang diberikan oleh gawai pengaman ž ketidakstabilan dinamis dan/atau rugi sinkronisasi mekanis ž gangguan kendali/pengamatan sirkit, dll



Arus hubung pendek

Bagaimana menghitung arus hubung pendek seimbang n “metoda impedansi” : q digunakan untuk menghitung arus gangguan pd suatu titik instalasi dengan derajat

ketelitian tinggi. C . Un C . Un Isck = = 3 R2 + X2 3 . Zk k

C=1

k

n metoda komposisi : q biasanya digunakan bila karakteristik catu daya tidak diketahui

IscB = IscA .

U U + Zc . IscA

n metoda konvensional : q digunakan bila impendansi atau Isc pd sisi atas instalasi sirkit yg diberikan tidak

diketahui, untuk menghitung Isc pd titik akhir sirkit.



Arus hubung pendek

Contoh : metoda impendansi n tentukan resistansi dan reaktansi setiap bagian instalasi Diagram

Bagian instalasi

Resistansi (milliohms)

Reaktansi (milliohms) Uo2

jaringan sisi atas Psc

R diabaikan

X=

transforrmator Sn, Usc, U

R diabaikan utk S > 100 kVA

X = Usc

pemutus tenaga

R diabaikan R=ρL A R=ρ L A

bar kabel (4)

Uo

Isc = 3

Rt2

+

Xt2

Psc

(1)

Uo2 (2) Sn

X diabaikan

(3)

X = 0.15 milliohms/m

(3)

X = 0.08 milliohms/m

kA

(1) Psc : daya hubung pendek jaringan sisi atas dlm VA (biasanya 500MVA) (2) Usc : tegangan hubung pendek (%) Sn : daya nyata transformator dlm kVA (3) ρ = 22.5 (Cu) ρ = 36 (Al) L = panjang dlm m A = luas penampang dlm mm2 (4) jika ada beberapa kabel paralel sefase, bagilah resistans dan reaktans satu kabel dengan jumlah kabel (5) Uo = tegangan trafo fase ke fase tanpa beban



e

Arus hubung pendek

Contoh : metoda impendansi Diagram

spesifikasi

X1 = Uo2/Ssc . sin ϕ; sin ϕ = 0,98 X1 = 0,33 X2 = V((Usc.Uo2/S)2 - R22) X2 = 10,31

3 kabel, @ A = 150mm2 Cu, L = 3 m

R3 = ρL/3A; ρ = 0,0225 Ωmm2/m R3 = 0,15

X3 = 0,08 L X3 = 0,24

Pemutus daya cepat

R4 = diabaikan

X4 = diabaikan

Bus bar (Cu) : L = 2 m; 3 rel @ A = 150 mm2

R5 = ρL/3A; ρ = 0,0225 Ωmm2/m R5 = 0,1

X5 = 0,15 L X5 = 0,3

R6 = ρL/3A; ρ = 0,0225 Ωmm2/m R6 = 6,43

X6 = 0,08 L X6 = 2,4

R7 = 0,2 X7 R7 = 168

X7 = e Uo2/P X7 = 840

Transformator : S = 630 kVA U1=20kV Usc = 4%, Uo = 410 VAC Wc = 6500 W

B

M

Reaktansi mΩ

R1 = Uo2/Ssc . cos ϕ; cos ϕ = 0.15 R1 = 0,05 R2 = (Wc . Uo2)/S2 R2 = 2,75

Ssc = 500 MVA

A

Resistansi mΩ

3 kabel, @ A = 35mm2 Cu, L = 30 m Motor P = 50 kW e = 25%

= rugi-rugi Cu pd trafo = reaktansi putaran mesin



Arus hubung pendek

Contoh : metoda impendansi Gangguan

Resistansi (mΩ)

Reaktansi (mΩ)

2

2

Isc (kA) 2

2

2

2

A

RTA = R1.(Uo/U1) +R2+R4+R5 XTA = X1.(Uo/U1) +X2+X4+X5 =3 = 10,85

IscA = Uo/V3(RTA +XTA ) = 21,03

B

RTB = RTA + R6 = 9,43

XTB = XTA + X6 = 13,25

IscB = Uo/V3(RTB +XTB ) = 14,55

XM = X6 + X7 = 842,4

IM = Uo/ V3(RM +XM ) = 0,275

REVERSE RM = R6 + R7 CURRENT = 174,43 MOTOR



2

2

Arus hubung pendek

Luas penampang kawat sesuai Isc n kapasitas menghantarkan arus selama hubung singkat dan untuk waktu yang

sangat singkat tergantung dari : q isolasi konduktor (PVC, XLPE), q material konduktor : tembaga atau aluminium, q temperatur awal konduktor sebelum arus hubung pendek, q temperatur akhir konduktor setelah arus hubung pendek, q waktu operasi dari pada arus hubung singkat. n kapasitas menghantarkan arus selama hubung pendek diberikan dalam tabel.

Contoh dapat diambil dari manual pabrik kabel.



Arus hubung pendek

Tabel + rumus

δi = k .

θc - θ i

t t = waktu operasi dari pada Isc θc = suhu awal θi = suhu akhir S=

Isc

δi δi = kerapatan arus dalam A/mm2 q cara mudah menghitung luas penampang konduktor

S=

Isc k

.

t

k = 11 untuk Cu

(θc - θi)

k = 7 untuk Al



Arus hubung pendek

Tabel + rumus n tembaga isolasi penghantar

waktu operasi Isc (S)

suhu °C

0.1 awal θi

kertas resap Polythylene BD

20 30 70

PVC

20 30 70

XLPE EPR

20 30 90

akhir θc

0.2

0.3

0.4

0.5

0.8

1

2

rapat arus A/mm 2

150

446 315 424 300 335 237

257 223 199 158 141 245 212 189 150 134 194 168 150 118 106

99 95 75

160

458 324 436 309 351 248

265 229 205 162 145 252 218 195 154 138 203 175 158 124 111

102 98 79

250

537 394 538 380 439 311

321 278 249 197 116 310 269 241 190 170 254 220 196 155 139

124 120 98



Arus hubung pendek

Tabel + formula n aluminium insulation of conductors

temperatures °C

operating time of the Isc (S) 0.1

initial θi impregnated paper Polyethylene BD

20 30 70

PVC

20 30 70

XLPE EPR

20 30 90

0.8

1

2

150

294 208 278 197 221 157

170 147 131 104 161 139 125 99 128 111 99 78

93 88 70

66 63 49

160

304 215 285 201 231 163

175 152 135 107 164 142 127 101 133 115 103 82

96 90 73

68 64 52

250

367 259 354 250 288 203

212 183 164 130 116 204 177 158 125 112 166 144 129 102 91

82 79 65

final θc



0.2

0.3

0.4

0.5

density of current A/mm2

Arus hubung pendek

Beberapa kasus transformator kerja paralel n apa yg terjadi dg kapasitas pemutusan setiap pemutus tenaga

D2

D1

D2

D1

D4



D4

D3

Arus hubung pendek

Kasus generator n karakteristik generator set : q arus hubung-pendek yg rendah tergantung pada transient reactance (2 s/d 5 ln), q ketahanan thermal terbatas. n karakteristik pengaman : q pengaman waktu lama beraksi cepat (<15s) untuk beben lebih 1.5 ln, q pengaman waktu singkat rendah (< 2ln).

G

250 KVA 400 x’d = 30%

load shedding non-priority

priority

n nilai arus hubung-pendek Icc3 pd terminal genarator set

Icc3 =

Sn √3 Un

.

1 X’d

= transient reactance dinyatakan dalam (30%)



Arus hubung pendek

Kasus generator n reaktans subtransien : x”d dalam %

X’’d =

Un

2

Sn

x.(x’’d) bila tidak ada informasi = 20 %

n reaktans transient : x’d dalam % 2

X’d =

Un

x.(x’d) bila tidak ada informasi = 30 %

Sn

n reaktans ‘zero sequence’ : xo dalam %

Xο =

Un

2

x.(xο) bila tidak ada informasi = 6 %

Sn



Arus hubung pendek

Kasus generator n perhitungan arus hubung-pendek tiga-fase minimum sistem (TN - IT) level

R

X

generator

Ra

X'd

22,5 L S R

duct total

Z

Icc

0,08 L X

√R

V . 1.05 2

+X

2

√3 .√R2 + X2

n perhitungan arus hubung-pendek minimum fase-netral sistem (TN - IT) level

R

generator

Ra

duct

22,5 L (1+m) SPN

X 2X'd + Xo

Icc

3 0,08 x L x 2

√R

total m=

Z

SPH SPE



V . 1.05 2

+X

2

√3√R + X 2

2

Arus hubung pendek

Limitasi arus : mengapa n keuntungan memasang pemutus daya dg kemampuan pembatas

arus : q pemutus tenaga pembatas arus diharapkan mengurangi pengaruhpengaruh yg tidak diinginkan akibat arus hubung pendek pada instalasi. q pemanasan kabel dikurangi sehingga umur kabel lebih panjang. q gaya elektrodinamik berkurang, sehingga sedikit kemungkinan kontakkontak deformasi atau patah. q pengaruh terhadap peralatan pengukuran dekat sirkit listrik dikurangi. q teknik kaskade menawarkan solusi penghematan cukup substansial pada perlengkapan, pelingkup dan dirancang dgn menggunakan nilai nominal gawai lebih rendah pada sisi bawahnya.



Arus hubung pendek

Prinsip limitasi arus Arus prospektif

i u ar

U busur us

yg

di ba

ta

Arus yg dibatasi

Tegangan busur si

t Tegangan jaringan



Arus hubung pendek

Limitasi arus : bagaimana n limiter block beroperasi dengan cara yang sama dengan kutub utama

pemutus daya tetapi tidak dihubungkan secara mekanis ke kutub utama ata ke mekanisme trip pemutus daya . Hal ini menyebabkan kontak limiter block menutup kembali setelah ganggu diputuskan . Isolasi gangguan dilakukan oleh kontak utama pemutus daya Fm

Fr

Fm I I

I



I

Arus hubung pendek

Apa itu limitasi arus : aplikasi dan penggunaan tabel n kemampuan limitasi arus dari

kA peak

pemutus daya : q kemampuan limitasi arus suatu pemutus daya adalah suatu karakteristik dimana hanya arus gangguan lebih kecil dari nilai prospektif yang diijinkan mengalir pada kondisi hubung pendek.

tanpa limitasi

55

dengan limitasi

25

0

30

kA rms

q contoh :

Isc prospective Isc peak

gangguan prospektif = 30 kA rms, 55 kA peak nilai dibatasi = 25 kA peak prospective Isc I2t 9x

limited Isc peak

total energi yang diteruskan selama 1/2 siklus tanpa limita

106

energi yang diteruskan selam 1/2 siklus dengan limitasi

6 x 106

limited Isc t

0



30

kA rms

Arus hubung pendek

Definisi : diskriminasi n diskriminasi (selektivitas), adalah koordinasi gawai pengaman otomatis

sedemikian rupa sehingga gangguan yg terjadi pada suatu titik dalam jaringan listrik dipadamkan oleh gawai pengaman yg diinstal langsung di atas gangguan tersebut dan hanya oleh gawai tersebut saja. tanpa diskriminasi

diskriminasi

CB1

CB1

CB2

CB1 dan CB2 buka

CB2

hanya CB2 buka

n kenapa diskriminasi diperlukan ? q Diskriminasi menjamin kontinuitas pelayanan sumber daya, terutama sangat

diperlukan di industri, instalasi komersial atau institusional.



Arus hubung pendek

Diskriminasi arus n dg membandingkan karakteristik kurva operasi : q kurva limitasi dari pemutus tenaga

q kurva energi tidak trip dari pemutus

sisi bawah (D1) :

tenaga sisi atas (D2)

∫i2 dt

∫i2 dt

tripping no-tripping

D2

D1



Arus hubung pendek

Diskriminasi penuh atau terbatas q diskriminasi penuh

q diskriminasi terbatas

ƒi2 dt

ƒi2 dt D2 D2

D1

D1 I

Is D2

Icc



D1

I

Arus hubung pendek

Diskriminasi logik n kawasan pemilih interlok

D1

rele logik

I rele logik

D2

D3

III



rele logik

Arus hubung pendek

Diskriminasi antara pengaman lebur TM dan pemutus tenaga TR

TM pemutusdaya

imag D

+20%

arus aman IF ≥ 1.35 ICB

10%

TM/TR transformator

I D ± 20%

Icc

Icc> arus pemutusan minimum pemutus daya TT

t tF

F ± 10%

waktu aman tF tCB ≥ 2 e.g. 0,1

tD ≥ 10ms I



=2 0,05

Arus hubung pendek

Definisi : kaskade q kaskade adalah penggunaan kemampuan pembatasan arus (Icu) dari pemutus

daya, sehingga diperkenankan memasang pemutus daya sisi bawah dengan kapasitas pemutusan lebih rendah. q prinsip kaskade telah termaktub pada standar IEC 364-434.3 q kaskade hanya bisa diuji melalui uji laboratorium dan kombinasi kaskade hanya

bisa ditetapkan oleh pabrik pembuatnya. q komentar: pemutus daya sisi atas bertindak selaku back-up terhadap gangguan

hubung pendek. Sehingga diperkenankan pemutus daya dengan kapasitas pemutusan lebih rendah dari arus hubung pendek prospektif pada titik instalasi dimana pemutus tenaga tersebut dipasang.



Arus hubung pendek

Contoh 1 - kaskading Kaskading 2 tingkat : Jaringan 380 V 60A

20A

Dengan instalasi pemutus daya NS250L (dengan kapasitas pemutusan 150 kA) pada sisi atas.

Isc=80kA

30A

Pada arus hubung pendek di rel 30 kA, dapat dipasang NC45H (dengan kapasitas pemutusan 10 kA)

20A

Isc=30kA



Arus hubung pendek

Contoh 2 - kaskading Kaskading 3 tingkat : Jaringan 380 V A NS250L 220A

Isc=80kA sisi atas

B NS100N 63A C NS60N 25A

sisi baawah

Isc=50kA

Isc=24kA

gawai A dikoordinasikan untuk kaskading dengan kedua gawai B dan C.

Pemutus daya A sisi atas digunakan NS250L (dengan kapasitas pemutusan 150 kA) untuk arus prospektif hubung pendek 80 kA. Pemutus daya NS100N (dengan kapasitas pemutusan 25 kA) dapat digunakan untuk pemutusan daya B untuk arus prospektif hubung pendek 50 kA, karena kapasitas pemutusan dinaikkan NS250L dengan kaskading di sisi atas menjadi 150 kA. NC60N (dengan kapasitas pemutusan 10 kA) dapat dipakai untuk pemutus daya C untuk arus prospektif hubung pendek 24 kA pada terminal keluarannya, karena kapasitas pemutusannya dinaikkan oleh NS250L dengan kaskading di sisi atas menjadi 30 A



Akhir presentasi



Bab 7 Beban Lebih dan Arus Hubung Pendek. PDF created with FinePrint pdffactory trial version

Recommend Documents