BAB II LANDASAN TEORI 2.1
SISTEM DISTRIBUSI KELISTRIKAN
Pengertian distribusi energy listrik adalah pengiriman dan pembagian energy listrik melalui suatu jaringan dan perlengkapannya mulai dari sumber energy listriknya hingga ke pemakai. Suatu system distribusi listrik untuk sebuah pabrik merupakan bagian terpenting yang perlu dikaji bilamana berencana membangun sebuah pabrik karena menyangkut kesempurnaan sebuah pabrik dan proses produksi didalamnya. Ada beberapa factor yang perlu diperhatikan dalam perencanaan dan pelaksanaan jaringan instalasi listrik sebuah pabrik yang berfungsi untuk menyalurkan energy listrik ke titik – titik beban seperti : lampu penerangan, motor – motor listrik pada mesin produksi dan lain – lain. Adapun pertimbangan yang dilakukan harus disesuaikan dengan kebutuhan pemakaian yang berdasarkan factor – factor sebagai berikut: 1. Pertimbangan secara umum : a. Keselamatan dan pengaman. Keselamatan menyangkut orang yang mengoperasikan instalasi lsitrik dan menghindari orang serta harta bendanya dari bahaya karena penggunaan listrik seperti bahaya tersentuh tegangan dan bahaya kebakaran serta bahaya – bahaya lainnya.
6
b. Keandalan Unsur ini sangatlah penting bagi bangunan industry, bangunan bertingkat, bangunan umum, bangunan rumah sakit dan sebagainya, dimana kegagalan supply dapat menyebabkan terhentinya proses produksi, panic, membahayakan keselamatan orang dan yang pada akhirnya akan berpengaruh pada penghasilan atau keuntungan. Seorang perancang harus mempetimpangkan apakah akan diperlukan sumber lain sebagai perlengkapan tenaga darurat, menetapkan beban – beban mana tidak boleh padam sehingga membuat instalasi listrik yang handal. c. Kapasitas Daya Pada umumnya system tenaga harus mempunyai kapasaitas daya yang dapat melayani beban yang terpasang ditambah dengan kapasitas cadangan untuk mengantisipasi adanya ekspansi dimasa mendatang. Atas dasar ini besarnya penghantar, perlengkapan hubung bagi dan gawai pengaman perlu ditentukan lebih longgar keatas. d. Biaya Biaya dari system instalasi listrik merupakan presentasi yang kecil (10 sampai 15 persen) dari total keseluruhan biaya pembangunan sebuah pabrik. Meski demikian system instalasi yang dipilih dalam perencanaan perlu memperhatikan sisi ekonomi. Sistem instalasi sebagai hasil dari perencanaan dengan biaya terendah, yang dapat memenuhi secara efektif serta dapat menjadi pilihan. Biaya ini terdiri atas dua bagian yaitu bagian awal pada pemasangan dan biaya operasi.
7
Biaya awal yang rendah karena menggunakan material dengan mutu yang rendah dapat
mengakibatkan biaya energy (kWh) dan
pemeliharaan yang lebih tinggi dan umur material instalasi yang lebih pendek. e. Perkembangan teknik dan kemungkinan ekspansi Dalam
perencanaan
harus
memperhatikan
kecenderungan
perkembangan teknik, kondisi khusus dari lokasi, keinginan dan persyaratan perusahaan dan kemungkinan adanya ekspansi yang membutuhkan perluasan dan tambahan instalasi di masa mendatang. f. Instalasi, operasi dan pemeliharaan Unsur ini mempunyai dampak langsung terhadap unsur pada point e. Setelah
instalasi
terpasang
pengguna
isntalasi
harus
dapat
mengoperasikan dan memelihara instalasi tanpa harus meggunakan perlengkapan yang khusus. Perlengkapan instalasi harus ditempatkan diruangan yang dapat dijangkau dengan mudah agar pengoperasian dan pemeliharaan dapat dengan mudah dilakukan tanpa harus megeluarkan biaya yang tinggi. Kemudian pengontrolan dengan penempatan sarana pengontrol yang perlu diperhatikan. g. Standard dan peraturan Perencanaan harus mengetahui standard dan peraturan yang berlaku yang langsung berhubungan dengan instalasi maupun peraturan pemerintah pusat, daerah dan lingkungan.
8
h. Persyaratan khusus Dalam unsur ini dapat disebutkan spesifikasi dan syarat yang diterima dari pemesan yang harus dipenuhi seperti pengaturan jadwal pemasangan, pengadaan material dan persyaratan lainnya seperti dampak terhadap lingkungan sekitar dan estetika. 2. Langkah – langkah perencanaan Perencanaan instalasi listrik untuk sebuah pabrik didasarkan atas pengetahuan beban listrik yang harus dipikul, berapa besarnya daya, bagaimana karakteristiknya serta kapan beban listrik tersebut harus dioperasikan. Jika pengetahuan akan hal tersebut telah didapatkan maka dapat dirancang sirkit akhir yang dapat melayani beban tersebut sesuai dengan kebutuhannya. Beberapa titik beban dilayani oleh satu sirkit akhir dari kotak hubung bagi, sedangkan kotak hubung bagi ini mendapat supply listriknya dari sirkit cabang atau langsung dari panel hubung bagi utama. Adapun hal – hal lain yang perlu diperhatikan adalah : Dapatkan suatu gambar denah rencana pabrik dan yang menunjukkan dimana beban ditempatkan dan seberapa besar beban tersebut, dan data – data berikut perlu dimiliki :
Beban tersambung, jumlah daya nominal kontinyu dan mesin, piranti, perlengkapan yang disambungkan pada instalasi atau sebagian instalasi dalam satuan VA, kVA, Watt atau kW.
Kebutuhan, beban listrik pada terminal penerima dipikul rata selama jangka waktu tertentu, dinyatakan dalam VA, kVA, Watt
9
atau kW. Jangka waktu yang lazim adalah 15 menit, 30 menit atau 1 jam.
Kebutuhan maksimum, kebutuhan yang terbesar yang terjadi dalam jangka waktu tertentu. Untuk rumah
biasanya kebutuhan
maksimum terdapat dimalam hari. Misalnya : dari kebutuhan yang diukur dalam jangka waktu setiap 15 menit dalam satu hari maka kebutuhan maksimum dari pukul 20.00 sampai 20.15 adalah yang terbesar.
Kebutuhan bersamaan, semua kebutuhan yang terjadi pada suatu waktu yang bersamaan.
Instalasi listrik adalah suatu jaringan yang tersusun secara koordinasi mulai dari sumber pembangkit atau titik sambungan suplai daya listrik sampai ke titik beban terakhir sesuai dengan maksud dan tujuan penggunaannya, seperti yang terlihat pada gambar 2.1 TRANSMISI TET
PEMBANGKITAN
TRANSMISI TT
DISTRIBUSI TM
PELANGGAN I
PELANGGAN II
DISTRIBUSI TR
PELANGGAN III
Gambar 2.1 Sistem jaringan Instalasi listirk PLN
10
PLN ditunjuk pemerintah selaku pemegang kuasa usaha penyelenggara dan pemasok tenaga listrik kepada masyarakat luas. Sedangkan besaran – besaran listirk yang harus dipaham i adalah anatara lain : Tegangan (Volt), Arus (Ampere), Frequensi (Hertz), Daya (Watt), dan Resistansi (Ohm). Berikut adalah system klarifikasi tegangan :
2.2
Tegangan Ekstra Tinggi (TET) > 500kV.
Tegangan Tinggi (TT) > 35kV.
Tegangan Menengah (TM) > 1kV – 35kV.
Tegangan Rendah (TR) <1000 Volt.
Tegangan Ekstra Rendah (TER) < 50 Volt.
INSTALASI TEGANGAN MENENGAH (TM)
Suatu instalasi tegangan listrik yang berkapasitas dengan tegangan 1 kV sampai dengan 35 kV dari jaringan PLN yang terdekat dan kemudian diterima oleh panel TM ( Tegangan Menengah ) yang terdekat yang kemudian diterima dipanel TM yang ada pada ruang power house. Kemudian dari panel TM akan ditransfer ke panel distribusi utama dengan tegangan rendah melalui transformator penurun tegangan dengan kapasitas 2000 kVA,antara lain terdiri dari : a. Gardu PLN b. Panel Tegangan Menengah ( MVMSB) c. Transformator / Trafo d. Kabel Tegangan Menengah dari Gardu PLN sampai trafo
11
2.3
INSTALASI TEGANGAN RENDAH (TR)
Suatu tegangan yang berkisar antara 110 / 220 Volt, 220 / 380 Volt. Yang antara lain terdiri dari : a. Panel Distribusi Utama ( LVMSB ) b. Panel Distribusi Cabang ( LVSB ) c. Kabel tegangan rendah dari trafo sampai ke panel distribusi utama tegangan rendah. d. Instalasi Peralatan ( Material Protection ) e. Instalasi Kotak Kontak (Contact Installation) f. Instalasi Penerangan ( Lighting Installation ) 2.4
DASAR PERHITUNGAN LISTRIK
Bagaimanapun juga untuk saat sekarang adalah suatu kenyataan pokok bahwa makin besar tegangan, suplainya akan semakin murah. Berikut ini akan dipaparkan dasar perhitungan listrik fasa tunggal dan fasa tiga. 2.4.1 Arus bolak – balik fasa tunggal Pada arus bolak – balik fasa tunggal berlaku bahwa suatu pertambahan tegangan memberi pengurangann arus pada jumlah daya dan factor daya yang diberikan. Dengan demikian berlaku rumus : P = V x I x cos
(2.1)
Dimana : I
= arus penghantar ( Ampere )
P
= daya / load (beban ) yang dibutuhkan ( Watt )
V
= tegangan fasa netral ( Volt )
cos = factor kerja 0,8 – 0,9
12
Kemudian untuk menghitung besarnya arus, persamaan (2.1) dapat digunakan sehingga dperoleh : I=
(2.2)
Pengukuran terhadap rugi tegangan didapat dari persamaan : (u) = Es – Er
(2.3)
dimana : U
= rugi tegangan
Es
= tegangan kirim
Er
= tegangan terima
Sehingga rugi tegangan (U) = tegangan kirim (Es) – tegangan terima (Er) dan besarnya rugi tegangan pada umumnya antara 1% sampai 5% dari Es. Kemudian untuk menghitung luasa penampang penghantar fasa satu bisa didapat dari persamaan :
A=
(2.4)
dimana : A
= luas penampang penghantar (mm2)
= daya hantar jenis penghantar Cu ( = 0,0172 x 10-6 ohm.m)
U
= rugi tegangan penghantar (Volt)
l
= panjang penghantar (m)
I
= kuat arus penghantar (A)
13
2.4.2 Arus bolak – balik fasa tiga Hubung bintang kadang – kadang dikenal sebagai system hubung Y, cara penyambungan yang mengaliri suatu beban setimpang dapat dilihat pada gambar 2.2 ϴR
Ip
URN ϴN USN ϴS
ϴT Gambar 2.2 Hubungan bintang (220 / 380 Volt)
Sedangkan gambar 2.3 ini menunjukkan tiga beban yang dihubungkan dalam bentuk bintang, pada system catu empat kawat, fasa tiga. Diagram fasor (gambar 2.4) berfungsi sebagai pembantu untuk menentukan hubungan antara jala – jala dan tegangan fasa. ϴR URN ϴN USN ϴS UTN
ϴT Gambar 2.3 Hubungan bintang yang dihubungkan dengan tiga beban
14
URN
120ᵒ 120ᵒ 120ᵒ
USN
UTN Gambar 2.4 Diagram fasor tegangan
Gambar 2.3 menunjukkan tegangan R ke netral UN diambil sebgai acuan dan urutan, fasanya adalah R, S, T, sehingga tegangan saluran lain ke netral, jika USN = UTN = URN dan ketiganya terpisah maka system tegangan =
akan seimbang.
30ᵒ
½ USN = UTN x ½ 3 = 3 UTN
USN
Tegangan jala –jala adalah 3 kali tegangan fasa (3 = 1,73) Pada sebuah beban setimbang rumus umum untuk daya tiga fasa menjadi : P = 3 V.I cos
(2.5)
Dimana V dan I adalah nilai jala – jala, sehingga untuk menghitung arus fasa tiga bisa didapat dari persamaan (2.5) dengan penjabaran: I=
,
(2.6)
Adapun untuk menghitung luas penampang penghantar fasa tiga bisa didapat dari persamaan : A=
,
(2.7)
15
2.4.3 Hubungan segitiga Hubungan segitiga dalam hal ini juga disebut hubungan mesh, disini VI = Vp yakni untuk hubungan delta tegangan sama dengan fasa, arus jala jala sama dengan selisih fasor dari dua arus fasa.
= cos 30ᵒ
(2.8)
½ IL = Ip x ½ 3
(2.9)
IL = 3 Ip
(2.10) ϴR Ip
URS
URT ϴS
UST ϴT Gambar 2.5 Hubungan segitiga (380 Volt)
Gambar ini menunjukkan hubungan segitiga (380 Volt) dimana pada hubungan ini hanya terdapat tegangan fasa – fasa yaitu R,S,T. Arus jala – jala adalah 3 dikali arus fasa. Seperti sebelumnya rumus umum untuk daya fasa tiga menjadi P = 3 V.I cos . 2.4.4 Faktor kerja ( cos ) Pada pengusahaan sumber listrik, biasanya menawarkan penurunan tariff tertentu sebagai suatu insentif untuk koreksi factor daya. Tinjauan dasar dari persamaan daya sederhana menghasilkan kerugian factor daya yang rendah. Adapun factor daya didapat dari persamaan : cos =
16
dimana : P = daya nyata (Watt) S = daya semu (VA) Untuk memperbaiki factor kerja dapat dilakukan dengan cara memakai kapasitor seperti dapat dilihat pada gambar 2.6 AB = 1,732 x V x I x sin
= daya reaktif
OB = 1,732 x V x I x cos
= daya aktif
OD = OA = daya semu
= daya aktif P.f (cos ) P2 P1
O cos 1
B
F
cos 2
Q2 Q1 D
A
C G Gambar 2.6 skema perbaikan factor daya dengan daya semu tetap
Keterangan : OA = OD, OA = demand (kebutuhan), OB = daya aktif beban = P (kW), OC = daya reaktif beban = QkVAR, cos 1 = factor kerja sebelum kompensasi, cos 2 = factor kerja sesudah kompensasi, DG = daya kapasitor yang dipasang Qc kVAR.
17
2.5 PENGHANTAR Penghantar adalah suatu media yang berfungsi untuk menyalurkan arus listrik dari sumber ke beban. Penghantar yang digunakan untuk instalasi listrik adalah penghantar berisolasi yang dapat berupa kawat berisolasi atau kabel. Sedangkan perkembangan penghantar seiring dengan perkembangan bahan – bahan isolasi, sehingga muncul jenis – jenis penghantar baru. Dan untuk mempermudah mengidentifikasi dari jenis kabel yang ada, maka diadakan suatu pengkodean dari hurum naupun angka. a. Jenis Penghantar Secara garis besar, jenis penghantar dibedakan menjadi dua macam, yaitu : a) Hantaran berisolasi b) Hantaran tak berisolasi b. Penghantar Berisolasi Penghantar berisolasi dapat berupa kawat berisolasi atau kabel. Batasan kawat berisolasi adalah rakitan satu penghantar, baik yang berbentuk serabut maupun kawat tembaga yang diisolasi, contoh kawat adalah NYA dan NYAF. Sedangkan batasan kabel rakitan satu penghantar atau lebih, baik itu penghantar serabut ataupun pejal yang masing – masing diisolasi atau keseluruhannya diselubungi bersama, misalnya kabel jenis NYY, NYM dan NYGBY.
18
c. Penghantar Tidak Berisolasi Penghantar tidak berisolasi merupakan suatu penghantar telanjang atau dengan kata lain tidak terisolasi atau tidak menggunakan selubung. Contoh yang tidak berisolasi : 1. BC ( Bare Conductor ) 2. Penghantar Berlubang ( Hollow Conductor ) 3. ACSR ( Aluminium Conductor Stell Reinforced ) 4. ACAR ( Aluminium Conductor Alloy Reinforced ) 2.5.1 Jenis Penghantar Dilihat dari bahannya, penghantar yang ada adalah dari jenis bahan aluminium dan tembaga. Kedua bahan ini mempunyai sifat yang berbeda. Tabel 2.1 Perbandingan antara aluminium dan tembaga
Sifat
Tembaga
Aluminium
Massa Jenis
2,7 g/cm3
8,96 g/cm3
Kekuatan Tarik
20 – 30 kg / cm2
40 kg / cm2
Daya Tahan Jenis
0,0175 m / mm2
0,029 m / mm2
Daya Hantar Jenis
56 mm2 / m
35 mm2 / m
Penghantar yang digunakan untuk instalasi listrik adalah penghantar yang berjenis kabel berisolasi. Kabel ini dapat dibedakan berdasarkan kegunaannya, antara lain : 1. Kabel instalasi, adalah kabel yang berfungsi untuk instalasi listrik yang biasanya dari jenis NYA atau NYM.
19
2. Kabel tanah, adalah kabel yang berfungsi untuk penghantar tenaga listrik yang dipasang diluar ruangan / didalam tanah. Kabel tanah ini biasanya dari jenis NYY dan NYFGBY. 3. Kabel fleksible adalah kabel yang berfungsi untuk control – control listrik. Biasanya kabel ini berjenis NYAF atau NYYHY. 2.5.2 Kemampuan Hantar Arus Setiap kabel yang memiliki nilai tahanan (R) akan mempunyai rugi – rugi berupa panas jika kabel tersebut dialiri arus listrik (I) selama waktu (t) detik. Panas yang dihasilkan akan dilepas keluar pada lapisan terluar penghantar. Panas yang timbul pada penghantar ini tidak hanya ditimbulkan oleh aliran arus listrik yang terus menerus, tetapi juga dipengaruhi oleh suhu sekitar penghantar atau suhu ruang. Dalam mememilih penampang penghantar, salah satu hal yang perlu diperhatikan adalah KHA dari penghantar. Untuk menentukan besar arus yang melewati penghantar yang akan dipasang, dapat dihitung dengan rumus 2.11, 2.12, 2.13 berikut : 1. Untuk arus searah
:I=
(2.11)
2. Untuk arus bolak – balik 1 fasa : I = 3. Untuk arus bolak – balik 3 fasa :I =
(2.12)
(2.13)
Dimana : I
= arus beban (Ampere)
P
= daya yang diperlukan ( Watt )
V
= tegangan kerja (Volt)
Cos = factor daya 20
Tabel 2.2 menerangkan KHA terus menerus untuk kabel tanah berinti tunggal,
berpenghantar tembaga, berisolasi dan berselubung PVC,
dipasang pada system arus searah dengan tegangan kerja maksimum 1,8 kV. Untuk kabel tanah berinti dua, tiga dan empat berpenghantar tembaga, berisolasi dan berselubung PVC yang dipasang pada system arus bolak – balik fasa tiga dengan tegangan pengenal 0.6 / 1 kV (1.2 kV) pada suhu keliling 30ᵒC. Jenis – jenis kabel tersebut adalah, NYY, NYWBY, NYVGBY, NYYHY. KHA kabel – kabel tersebut akan dijelaskan diudara dan tanah. Terdapat perbedaan KHA baik kabel itu sendiri maupun antara kabel di udara maupun ditanah dengan suhu yang sama. KHA kabel ditentukan sesuai dengan luas penampang, inti kabel masing – masing kabel. Semakin besar luas penampang kabel, semakin besar juga KHA kabel tersebut, begitupun sebaliknya. Tabel 2.2 KHA terus menerus kabel tanah
Jenis Kabel
NYY
NYBY
NYFGBY
NYYHY
Luas Penampang (mm2) 1,5 2,5 4 6 6 10 16 25 1,5 2,5 4 6 1,5 2,5 4 6
KHA terus menerus Berinti Dua Di Di Di Udara Tanah Udara A A A 26 27 21 35 36 29 46 47 38 58 59 48 52 44 68 60 89 80 116 105 27 21 36 29 47 38 59 48 21 18 29 25 38 33 48 42
Berinti Tunggal Di Tanah A 33 45 58 74 -
Berinti tiga dan empat Di Di Tanah Udara A A 24 18 32 25 41 34 52 44 52 44 68 60 89 80 116 105 24 18 32 25 41 34 52 44 18 16 25 22 33 30 42 38
21
Panas dari penampang penghantar yang melewati arus batas kemampuan penghantar dapat menyebabkan KHA dari penghantar berkurang. Jika KHA penghantar pada suhu nominal tidak dikurangi, maka dapat mengakibatkan kerusakan pada isolasi penghantar. Dengan demikian KHA suatu penghantar dapat dinyatakan sebagai kemampuan maksimum untuk dilalui arus secara terus menerus hanya menyebabkan kerusakan pada penghantar tersebut. Kenaikan suhu pada setiap penghantar tidak sama, stergantung pada bahan isolasi dan selubung penghantarnya. Misal penghantar berpelindung XLPE adalah 90 C sedangkan pada penghantar berisolasi kertas adalah sebesar 80C. 2.5.3 Pemilihan Penghantar Untuk pemilihan jenis penghantar, harus ditentukan berdasarkan pertimbangan teknis yang meliputi tegangan nominalnya dan konstruksi (luas penampang), dimana pertimbangan – pertibangan teknis ttersebut dipengaruhi oleh beberapa hal dibawah ini : a. Kuat Hantar Arus (KHA) b. Kondisi Suhu c. Kekuatan Mekanis d. Susut Tegangan e. Kemungkinan perluasan a.
Perhitungan kuat hantar arus dan penampang penghantar
Konstruksi kabel juga dapat mempengaruhi tegangan nominal dan KHA kabel. Konstruksi atau luas penampang dari penghantar juga dapat ditentukan dengan
22
melihat rapat arus nominal suatu penghantar. Pada dasarnya, penentuan rapat arus ini berhubungan dengan suhu maksimum penghantar yang akan ditimbulkan oleh aliran arus. Rapat arus ini dapat dinyatakan pada persamaan 2.14
S=
(ampere / mm2)
(2.14)
Dimana : S
= rapat arus (A/mm2)
A
= luas penampang penghantar (mm2)
I
= arus (A)
Rapat arus yang lebih tinggi akan menimbulkan suhu yang lebih tinggi pula, missal 2 buah penghantar yang terbuat dari bahan yang sama dialiri arus yang sama. Penampang X memiliki luas penampang 1, sedangkan penampang Y memiliki luas penampang 0,5. Maka rapat arus dari penampang Y akan 2 kali lebih besar dari rapat arus penampang X. Sudah jelas penampang Y akan lebih tinggi suhunya daripada penampang X. Dari pernyataan diatas dapat diambil kesimpulan bahwa rapat arus tidak hanya ditentukan oleh jenis penghantar kabel, tetapi juga oleh luas penghantar itu sendiri. Untuk menentukan besarnya penghantar yang dibutuhkan dengan menggunakan persamaan 2.15 hingga 2.18
A=
(2.15)
Atau
23
A = 3
untuk fasa tiga
(2.16)
Atau jika diketahui dayanya adalah sebagai berikut :
A=
(2.17)
Atau
A=
untuk fasa tiga
(2.18)
Besarnya rugi tegangan dapat dihitung menggunakan persamaan 2.19 dan 2.20 berikut :
Va =
(2.19)
Atau : Va = 3
(2.20)
Dimana : Va
= Rugi tegangan (V)
= Tahanan jenis bahan (mm / m) , cu = 0,018; al = 0,03
= Daya hantar bahan (m/mm2), cu = 56, al = 35
L
= Panjang penghantar (m)
24
Rumus 2.21 adalah rugi tegangan dalam persen : a=
x 100%
(2.21)
dimana : a = Rugi tegangan dalam persen (%) Besarnya rugi tegangan diatas diusahakan sekecil mungkin. Besarnya rugi tegangan yang diijinkan adalah : a. 0,5% untuk penghantar dari jala – jala ke metering (APP) b. 1,5% dari APP ke peralatan listrik / beban c. 3,0% dari APP ke motor – motor listrik / rangkaian daya Berdasarkan PUIL 2000 sub bab 4.2.3.1 tentang susut tegangan penurunan tegangan antara teminal konsumen dan sembarang titik instalasi tidak boleh lebih dari 5% daru tegangan pengenal pada terminal konsumen bila semua penghantar dari instalasi dialiri arus. Untuk sirkit dengan panjang jalur tidak lebih dari 25 m, susut tegangan di sirkit akhir dapat diabaikan. Untuk sirkit dengan panjang lebih dari 25 m, susut tegangan di sirkit akhir harus ditentukan dengan menggunakan arus 50% dari nilai arus gawai proteksi yang dipasang. b.
Kondisi Suhu
Penghantar pada suhu rendah berbeda dengan pnghantar yang berada pada tempat atau ruang yang bersuhu / temperature tinggi, yang kemungkinan sangat berpotensi menimbulkan kekurangan lebih besar.
25
c.
Kekuatan Mekanis
Fakor yang sangat diperhitungkan dalam pemilihan penghantar, seperti penghantar yang terdapat di jalan raya atau jalan tol misalnya, akan sangat berbeda dengan pemasangan pada rumah tinggal. Sedangkan untuk penghantar yang mempunyai beban mekanis harus diberikan pengaman, misalnya pipa pelindung yang dapat berupa pipa baja atau pipa beton. Sedangkan sifat mekanis yaitu perubahan bentuk dari suatu benda padat akibat adanya gaya – gaya dari luar yang bekerja pada benda tersebut, jadi adanya perubahan itu tergantung daripada besar kecilnya gaya, bentuk benda, dan dari bahan apa benda tersebut dibuat. Jika tidak ada gaya dari luar yang bekerja, maka ada tiga kemungkinan yang akan terjadi pada suatu benda :
Bentuk benda akan kembali kebentuk semula, hal ini karena benda mempunyai sifat elastic.
Bentuk benda sebagian saja akan kembali kebentuk semula, hal ini karena besar gaya yang bekerja melampaui batas elastisitas sehingga sifat elastisnya berkurang.
Bentuk benda berubah sama sekali, hal ini dapat terjadi karena besar gaya yang bekerja menyebabkan sifat elastisnya sama sekali hilang.
d.
Sifat Lingkungan
Pada pemasangan penghantar yang harus dipertimbangkan adalah kondisi dan sifat lingkungannya, tempat dimana penghantar tersebut akan ditempatkan. Jika penghantar dipasang atau ditanam dalam tanah maka segi yang harus diperhitungkan adalah kondisi dari tanah tersebut, contoh tanah basah, tanah
26
lembab, serta tanah kering. Hal ini akan sangat berhubungan dengan pertimbangan dalam menentukan bahan isolasi penghatar yang akan digunakan. Begitupun dengan suhu lingkungan, penghantar pada suhu rendah berbeda dengan penghantar yang berada pada tempat atau suhu ruang tinggi, yang mempunyai tingkat resio kebakarannya lebih besar. Faktor lain yang harus diperhtungkan didalam memilih penghantar adalah kekuatan mekanis. Untuk penghantar yang terkena beban mekanis, harus dipasang dengan menggunakan pipa baja sebagai pelindungnya. e.
Kemungkinan danya Perluasan
Pada setiap pemasangan
instalasi listrik,
yang
harus disediakan atau
diperhitungkan untuk factor perluasan atau penambahan beban dimasamyang akan dating. Dan ketika terjadi penambahan beban, maka secara otomatis akan terjadi kenaikkan arus beban yang akan mengacu pada perhitungan kuata hantar arus penghantar untuk memilih luas penampang penghantar yang digunakan. Oleh karena itu didalam pemilihan penghantar, dipilih salah satu atau dua tingkat nilai kuat hantar arus penghantar diatas nial nominal bebannya. Hal ini dilakukan dengan tujuan mengantisipasi jatuh tegangan yang lebih besar. Sedangkan susut tegangan yang diizinkan adalah 2% untuk instalasi penerangan dan 5% untuk instalasi daya.
27
2.5.4 Jenis – Jenis Isolasi Jenis – jenis Isolasi yang dipakai pada penghantar listrik meliputi : 1. Isolasi dari bahan PVC (Poly Vinil Chlorid) 2. Isolasi dari bahan XLPE (Cross Linkage Poly Ethiline) 3. Isolasi dari bahan karet 4. Isolasi dari bahan Yute 5. Isolasi kertas
2.5.5 Nomenklatur Kabel Berikut ini beberapa nomenklatur kabel yang sering digunakan pada instalasi sebuah pabrik : N
= kabel jenis standar dengan penghantar tembaga (Cu)
NA
= kabel jenis staandar dengan penghantar aluminium (Al)
K
= kabel dengan selubung timbel
Y
= isolasi atau selebung PVC
Gb
= perisai kawat baja pipih dengan spiral pita baja
A
= kabel berisolasi tunggal
FA
= penghantar kawat halus
HY
= selubung luar bahan karet
J
= kabel dengan urat berwarna majemuk hijau kuning
O
= kabel tanpa urat berwarna majemuk
28
Penggunaan Kabel : NYFGbY
= untuk instalasi dalam tanah / udara
NYM / NYA = untuk instalasi dalam gedung diruang kering NYMHY
= untuk instalasi diudara / dalam pipa
NYM (J)
= kabel dengan kawat arde
NYM (O)
= kabel tanpa kawat arde
FRC
= kabel tahan api (Fire Resistant Cable)
Untuk penghantar berisolasi dapat berupa kawat berisolasi atau kabel. Batasan kawat berisolasi adalah rakitan satu penghantar, baik serabut maupun pejal yang berisolasi, dapat dilihat pada gambar 2.7 misalnya jenis kabel NYA dan NYAF dengan ukuran 1,5 – 400 mm2
Copper Conductor
PVC Insulation
Gambar 2.7 NYA 1.5 – 400mm2 SPLN 42 : 1991
29
Untuk jenis kabel NYY dapat dilihat pada gambar 2.8 yang mana susunannya terdiri dari tiga lapisan, lapisan pertama terselubung dengan tebal isolasi PVC dan lapisan kedua oleh lapisan pembungkus inti dan untuk lapisan ketiga terselubung oleh isolasi PVC. Penggunaan utama NYY sebagai kabel tenaga yaitu untuk instalasi dalam gedung maupun dialam terbuka, disalurkan ke dalam lemari hubung bagi. Untuk kabel jenis ini dapat dilihat pada gambar 2.8 dengan ukuran 1.5 – 500 mm2
Copper Conductor
PVC Insulation
PVC Shealth
Gambar 2.8 NYY 1x(1.5 – 500) mm SPLN 43-1 IEC-60502
30
2.5.6 Pemasangan Penghantar Saluran Udara Konduktor adalah media untuk tempat mengalirkan arus listrik dari Pembangkit listrik ke Gardu induk atau dari GI ke GI lainnya, yang terentang lewat tower – tower. Konduktor pada tower tension dipegang oleh tension clamp, sedangkan pada tower suspension dipegang oleh suspension clamp. Dibelakang clamp tersebut dipasang rencengan isolator yang terhubung ke tower. Sedangkan kawat tanah atau Earth Wire (kawat petir/kawat tanah) adalah media untuk melindungi kawat fasa dari sambaran petir. Kawat ini dipasang diatas kawat fasa dengan sudut perlindungan yang sekecil mungkin, karena dianggap petir menyambar dari atas kawat. Sedangkan ketentuan didalam pemasangan penghantar udara ini sudah ditentukan atau diatur didalam PUIL pasal 750.B. Untuk bahan konduktor yang dipergunakan untuk saluran energy listrik perlu memiliki sifat – sifat sebagai berikut : 1. Konduktivitas tinggi 2. Kekuatan mekanik tinggi 3. Titik berat 4. Biaya Rendah 5. Tidak Mudah Patah 2.6
PENGAMAN
Untuk mempertahankan kinerja, usia dan usaha yang efektif dari peralatan dan fasilitas, maka system pengaman yang optimum harus disediakan. Sistem pengaman tidak hanya menjamin kelancaran pengoperasian, tetapi harus juga menjadi aktif sebelum peralatan tersebut berada pada kondisi paling jelek,
31
sehingga diperlukan sebuah pengaman atau proteksi guna mencegah kerusakan yang terjadi pada peralatan tersebut. Dalam instalasi listrik, baik instalasi penerangan maupun instalasi daya selalu memperhitungkan kapasitas pengaman yang dipasang dari adanya gangguan arus beban lebih dan arus hubung singkat. Sedangkan jenis pengaman yang banyak dipakai pada sebuah instalasi penerangan dan instalasi daya adalah Circuit Breaker (CB) dan pengaman lebur (zekring). Pengaman jenis CB ini lebih diperhitungkan penggunaannya dibandingkan dengan pengaman lebur (Zekring). Hal ini terjadi karena adanya beberapa kelebihan yang terdapat pada CB dibandingkan dengan zekring. Beberapa kelebihan yang terdapat pada CB adalah : 1. CB dapat berfungsi sebagai pengaman terhadap arus lebih atau dan arus hubung singkat. 2. Pengguanaan CB pada listrik system tiga fasa, dapat menghindari terjadinya hilang satu fasa, sebab apabila terjadi salah satu fasanya mati, maka CB tersebut akan trip. 3. Untuk rating arus yang besar. 4. Lebih praktis dan ekonomis. 5. CB dapat berfungsi sebagai keluar. 2.6.1 Jenis – Jenis Pengaman Adapun beberapa jenis pengaman yang sering digunakan baik dalam instalasi penerangan maupun instalasi daya, adalah sebagai berikut :
32
2.6.1.1 Fuse Fuse adalah pengaman lebur yang berfungsi untuk mematikan instalasi listrik dari gangguan arus beban lebih. Berdasarkan daerah pemakaiannya, fuse dapat dibedakan menajdi tiga yaitu : 1. D (Diazed) 2. DO (Niozed) 3. HRC (High Rupturing Capacity) atau NH (Niede Hochlesstup) Diazed dan neozed adalah fuse berjenis ulir, sedangkan HRC adalah jenis Plug In. Fuse jenis ulir terbagi menjadi dua jenis yaitu : a. Diazed Dalam penggunaannya, fuze Diazed dipasang bersama – sama dengan pendukung lainnya seperti terlihat pada gambar 2.9 (a) . Tampak terlihat pada bagian dasar dan atas fuse berfungsi sebagai penyalur arus. Untuk ukuran adaptor juga harus disesuaikan dengan arus fuse, sehingga fuse yang mempunyai arus kerja yang lebih tinggi bagian dasarnya tidak masuk pada adaptor yang semestinya untuk fuse yang ukurannya lebih kecil.
(a)
(b)
Gambar 2.9 Konstruksi fuse diazed (a) dan fuse neozed (b)
33
b. Neozed Konstruksi fuse jenis ini sama seperti pada jenis diazed sperti yang ditunjukkan pada gambar 2.9(b). Pada fuse neozed dan diazed rating arus kerja maksimumnya hanya pada nilai 100A. 2.6.1.2 MCB (Mini Circuit Breaker) MCB sering disebut juga sebagai pengaman otomatis, karena alat ini dapat secara otomatis memutuskan sirkit bila terjadi arus lebih yang melebihi setting arus yang sudah ditentukan, merupakan pengaman otomatis yang ini digunakan sebagai pemutus apabila terjadi arus lebih yang melebihi setting arus yang sudah ditentukan dari MCB tersebut. Pengaman otomatis dapat langsung dioperasikan kembali setelah mengalami pemutusan (trip) akibat adanya gangguan arus hubung singkat dan beban lebih. Berbeda dengan fungsi sakelar yang hanya berfungsi sebagai pemutus arus saja, karena sakelar tidak dilengkapi dengan bimetal, tetapi pada sakelar juga terdapat batasan arus yang dapat melewatinya, apabila arus yang melewati sakelar tersebut melebihi batas ketentuan maka saklar tersebut akan terasa panas. Jenis – jenis MCB Berdasarkan waktu pemutusannya, pengaman – pengaman otomatis dapat terbagi atas Otomat – L, Otomat – H, dan Otomat – G. 1. Otamat – L (Untuk Hantaran) Pada otomat jenis ini pengaman thermisnya disesuaikan dengan meningkatnya suhu hantaran. Apabila terjadi beban lebih dan suhu hantarannya melebihi suatu nilai tertentu, maka elemen dwi logamnya akan memutuskan arusnya. Dan apabila terjadi hubung singkat, maka arusnya diputuskan oleh pengaman
34
elektromagnetiknya. Untuk arus searah dan bolak – balik yang sama dengan 4 In – 6 In dan arus searah yang sama dengan 8 In pemutusan arusnya berlangsung dalam waktu 0 – 2 secon. 2. Otamat – H (Untuk Instalasi Rumah) Secara thermis jenis ini sama dengan Otamat – L, tetapi pengaman elektromagnetiknya memutuskan dalam waktu 0,2 secon, dan jika arusnya sama dengan 2,5 In – 3 In, maka untuk arus bolak – balik atau sama dengan 4 In untuk arus searah. Jenis Otomat ini biasa digunakan untuk instalasi rumah. Pada instalasi rumah, arus gangguan rendah pun harus diputuskan dengan cepat. Jadi apabila terjadi gangguan tanah, maka bagian – bagian yang terbuat dari logam tidak akan lama bertegangan. 3. Otomat – G Otomat jenis ini biasanya digunakan untuk mengamankan motor – motor listrik kecil untuk arus bolak – balik atau arus searah, alat – alat listrik dan juga rangkaian akhir besar untuk penerangan, misalnya penerangan pada pabrik – pabrik. Sedangkan pengaman elektromagnetiknya berfungsi 8In – 11In untuk arus bolak – balik dan atau 14In untuk arus searah. Kontak – kontak sakelarnya serta ruang pemadam busur apinya memiliki konstruksi khusus. Karena itu jenis otomat ini dapat memutuskan arus hubung singkat yang besar, yaitu hingga 1500 A. Cara kerja MCB : 1. Thermis : prinsip kerjanya berdasarkan pada pemuaian atau pemutusan dua jenis logam koefisien yang jenisnya berbeda. Kedua jenis logam tersebut dilas menjadi satu keeping (bimetal) dan kemudian dihubungkan
35
dengan kawat arus. Jika arus yang melalui bimetal tersebut melebihi arus nominal yan dipernankan maka bimetal tersebut akan melengkung dan kemudian memutuskan aliran listrik. 2. Magnetis : prinsip kerjanya adalah memanfaatkan arus hubung singkat yang cukup besar untuk menari saklar mekanik dengan prinsip induksi elektromagnetis. Semakin besar arus hubung singkat, maka semakin besar gaya yang menggerakkan sakelar tersebut sehingga lebih cepat memutuskan rangkaian listrik dan gagang operasi kembali ke posisi off. Busur api yang terjadi masuk kedalam ruangan yang berbentuk plat – plat, tempat busur api dipisahkan, didinginkan dan kemudia dipadampakan dengan cepat.
(a)
(b)
Gambar 2.10 Konstruksi MCB (a) dan bagian-bagian MCB (b)
Keterangan gambar (b) : 1. Tuas Operasi Strip
5. Bimetal
2. Aktuator Mekanis
6. Sekrup Kalibrasi
3. Kontak Bergerak
7. Kumparan magnetis
4. Terminal Bawah
8. Ruang busur api 36
Karakteristik MCB Karakteristik MCB jenis B, C, D dan CL dinyatakan dalam In dan waktu, dimana tidak boleh trip dan harus trip, hal tersebut dapat dilihat pada ketentuan pengujian seperti yang tertera pada table 2.3. Sedangkan karakteristik MCB menurut IEC yang mendekati karakteristik CL yang digunakan oleh PT.PLN adalah type B. Dan dapat dilihat pada lembar table 2.3
Tabel 2.3 Karakteristik MCB Pengujian
Jenis
Arus Uji
Kondisi
B,C,D
1,31In
Dingin
a.
Batas Waktu tidak trip
Hasil yang
atau trip
diperoleh
t 1 jam (untuk In<63A)
Tidak trip
t 2 jam (untuk In>63A) t 1 jam b.
CL B,C,D
1,05In
Segera
1,45In
Setelah
1,2 In
Pengujian
t 1 jam (untuk In<63A)
Trip
t 2 jam (untuk In>63A) t 1 jam
c.
d.
e.
CL B,C,D
Dingin
1detik < t < 60 detik (untuk In<63A) 1detik < t 60 detik (untuk In>63A)
2,55 In Panas *)
Trip
t120 detik
B
3 In
t>0,1 detik
C
5 In
D
10 In
CL
4 In
t>0,2 detik
B
5 In
t>0,1 detik
C
10 In
C
50 In
CL
6 In
Dingin *)
Trip
Dingin
Trip t>0,2 detik
37
Adapun penggunaan tipe – tipe tersebut ialah : Tipe B : Sebagai pengaman atau penghantar utama untuk perumahan. Tipe C : Sebagai pengaman kabel atau penghantar terutama sangat menguntungkan bila arus inrush tinggi misalnya lampu mercury, motor. Tipe D : Untuk penerapan yang menyangkut menimbulkan pulsa cukup besar.
2.6.1.3 MCCB
MCCB atau Moulded Case Circuit Breaker adalah alat pengaman yang berfungsi sebagai pengamanan terhadap arus hubung singkat dan arus beban lebih. MCCB memiliki rating arus yang relatif tinggi dan dapat disetting sesuai kebutuhan. Spesifikasi MCCB pada umumnya dibagi dalam 3 parameter operasi yang terdiri dari:
Ue (tegangan kerja), spesifikasi standar MCCB digambarkan sebagai berikut: Ue = 250 V dan 660 V
Ie (arus kerja), spesifikasi standar MCCB digambarkan sebagai berikut: Ie = 40 A-2500 A
Icn (kapasitas arus pemutusan), spesifikasi standar MCCB digambarkan sebagai berikut: Icn = 12 kA-200 kA
Gambar 2.11 Konstruksi MCCB
38
2.6.1.4 TOLR Pengertian TOLR Thermal Over Load Relay (TOLR) adalah suatu pengaman beban lebih menurut PUIL 2000 bagian 5.5.4.1 yaitu proteksi beban lebih (arus lebih) dimaksudkan untuk melindungi motor dan perlengkapan kendali motor, terhadap pemanasan berlebihan sebagai akibat beban lebih atau sebagai akibat motor tak dapat diasut. Beban lebih atau arus lebih pada waktu motor berjalan bila bertahan cukup lama akan mengakibatkan kerusakan atau pemanasan yang berbahaya pada motor tersebut. TOLR memiliki rating yang berbeda-beda tergantung dari kebutuhan biasanya tiap-tiap TOLR batas ratingnya dapat diatur.
Gambar 2.12 Konstruksi TOLR
Cara kerja TOLR TOLR pada prinsipnya terdiri dari 2 buah macam logam yang berbeda tingkat pemuaian yang ber beda pula. Kedua logam tersebut dilekatkan menjadi satu yang disebut bimetal. Apabila bimetal tersebut dipanasi maka akan membengkak karena perbedaan tingkat pemuaian kedua logamnya. Bimetal tersebut diletakan didekat sebuah elemen pemanas yang dilalui oleh arus menuju beban ujung yang satu dipasang tetap sedangkan yang lainnya dipasang bebas bergerak dan
39
membengkok dan dapat membukakan kontak-kontaknya dengan demikian rangkaian beban atau motor akan terputus. Besarnya arus yang diperlukan untuk mengerjakan bimetal sebanding dengan besarnya arus yang diperlukan untuk membuat alat pengaman terputus. Di dalam penggunaanya sesuai dengan PUIL 2000 pasal 5.5.4.3 bahwa gawai proteksi beban lebih yang digunakan adalah tidak bolehh mempunyai nlai pengenal, atau disetel pada nilai yang lebih tinggi dari yang diperlukan untuk mengasut motor pada beban penuh. Oleh karena itu, waktu tunda gawai proteksi beban lebih tersebut tidak boleh lebih lama dari yang diperlukan untuk memungkinkan motor diasut dan dipercepat pada beban penuh. 2.7
Sakelar
2.7.1 Sakelar Mekanis Sakelar sebagai penghubung dan pemutus arus listrik. Dalam instalasi listrik, penghubung dan pemutus arus listrik secara manual disebut dengan sakelar mekanis diantaranya sakelar togel (toggle swich). Beberapa jenis sakelar togel antara lain: 1. Sakelar SPST (Single Pole Single Throw Switch), merupakan sakelar togel yang terdiri dari satu kutub dengan satu arah, yaitu sebagai pemutus dan 2. penghubung saja. Sakelar ini hanya digunakan pada motor dengan daya > 1 HP. 3. Sakelar SPDT (Single Pole Double Throw Switch), merupakan sakelar yang terdiri dari satu kutub dengan dua arah hubungan. Sakelar ini dapat bekerja sebagai penukar. Dalam pemutusan dan menghubungkan hanya bagian kutub positif atau fasanya saja.
40
4. Sakelar DPST (Double Pole Single Throw Switch), merupakan sakelar yang terdiri dari dua kutub dengan satu arah. Jadi hanya dapat menghubung dan memutus saja. Untuk jenis konstruksi putar jenis sakelar ini banyak dijumpai pada kotak sekering instalasi rumah (panel hubung bagi yang paling sederhana). 5. Sakelar DPDT (Double Pole Double Throw Switch), merupakan sakelar yang terdiri dari dua kutub dengan dua arah. Sakelar jenis ini dapat digunakan sebagai penukar. Pada instalai motor dapat digunakan sebagai pembalik putaran motor arus arus searah dan dan motor satu fasa. Juga dapat digunakan sebagai pelayanan dua sumber tegangan pada satu motor. 6. Sakelar TPST (Three Pole Single Trhow Switch), merupakan sakelar dengan satu arah pelayanan. Digunakan untuk motor 3 fasa atau system 3 fasa lainnya. 7. Sakelar TPDT (Three Pole Double Trhow Switch), merupakan sakelar dengan tiga kutub yang dapat bekerja kedua arah. Sakelar ini digunakan pada instalasi motor tiga fasa atau system tiga fasa lainnya. Juga dapat digunakan sebagai pembalik putar motor 3 fasa, layanan motor 3 fasa dari dua sumber dan juga sebagai starter bintang segitiga yang sangat sederhana. 2.7.2 Kontaktor Kontaktor adalah gawai elektromekanik
yang dapat
berfungsi sebagai
penyambung dan pemutus rangkaian, yang dapat dikendalikan dari jarak jauh pergerakan kontak-kontaknya terjadi karena adanya gaya elektromagnet. Kontaktor magnet merupakan sakelar yang bekerja berdasarkan kemagnetan,
41
artinya bekerja bila ada gaya kemagnetan. Magnet berfungsi sebagai penarik dan pelepas kontakkontak. Arus kerja normal adalah arus yang mengalir selama pemutaran tidak terjadi. Kumparan/belitan magnet (coil) suatu kontaktor magnet dirancang untuk arus searah (DC) saja atau arus bolak-balik (AC) saja. Bila kontaktor untuk arus searah digunakan pada arus bolak-balik, maka kemagnetannya akan timbul dan hilang setiapa saat mengikuti bentuk gelombang arus bolak-balik. Sebaliknya jika kontaktor yang dirancang untuk arus bolak-balik digunakan pada arus searah, maka pada kumparan itu tidak timbul induksi listrik, sehingga kumparan menjadi panas. Jadi kontaktor yang dirancang untuk arus searah, digunakan untuk arus searah saja. Juga untuk arus bolak-balik. Umumnya kontaktor magnet akan bekerja normal bila tegangannya mencapai 85% tegangan kerjanya, bila tegangan turun kontaktor akan bergetar. Ukuran dari kontaktor ditentukan oleh batas kemampuan arusnya. Kontak-kontak pada kontaktor ada dua macam yaitu kontak utama dan kontak bantu. Sedangkan menurut kerjanya, kontak-kontak dibedakan menjadi dua yaitu Normally Open (NO) dan Normally Close (NC). Kontak NO adalah pada saat kontaktor tidak mendapat masukan listrik kontak terbuka, sedangkan pada saat kontaktor mendapat masukan listrik maka kontak akan tertutup. Sedangkan kontak NC adalah pada saat kontaktor tidak mendapat masukan listrik, kontak tertutup sedangkan pada saat kontaktor mendapat masukan listrik, kontak terbuka.
Gambar 2.13 Simbol kotak – kontak
42
Penandaan kontak-kontak mempunyai aturan sebagai berikut:
Penomoran kontak utama adalah 1, 3, 5 dan 2, 4, 6.
Penomoran kontak bantu adalah
a. *1 - *2 untuk NC, contoh 11-12, 21-22, 31-32 dan seterusnya. b. *3 - *4 untuk NO, contoh 13-14, 23-24, 33-34 dan seterusnya. Kode terminasi kontaktor A dan B : terminal koil kontaktor 1, 3, 5 : terminal kontak utama (input) 2, 4, 6 : terminal kontak utama (output) 31, 41 : terminal kontak bantu NC (input) 32, 42 : terminal kontak antu NC (output) 13, 23 : terminal kontak bantu NO (input) 14, 24 : terminal kontak bantu NO (output)
43
