i
PENULIS Tubagus Kurniawan, ST., M.Pd.
i
KATA PENGANTAR PENULIS
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas rahmat dan karunianya penulis dapat menyelesaikan Buku Siswa ini tepat pada waktunya, walaupun ada beberapa hambatan. Buku Siswa ini ditulis untuk digunakan oleh siswa SMK sesuai dengan jurusannya
agar
dapat
memahami
dan
lebih
mendalami
permasalahan-
permasalahan materi yang dibahas pada buku ini yang pada akhirnya akan dapat meningkatkan kompetensi siswa. Ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada semua pihak baik secara kelembagaan maupun perseorangan yang telah membantu dalam penyelesaian penulisan Buku Siswa ini, semoga semua bantuannya mendapat ganjaran yang berlipat ganda. Harus diakui, dan kami menyadarinya bahwa Buku Siswa ini jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kami harapkan saran, kritik atau apapun untuk perbaikan penulisan Buku Siswa ini, terima kasih.
Penulis
ii
KATA PENGANTAR Kurikulum 2013 adalah kurikulum berbasis kompetensi. Di dalamnya dirumuskan secara terpadu kompetensi sikap, pengetahuan dan keterampilan yang harus dikuasai peserta didik serta rumusan proses pembelajaran dan penilaian yang diperlukan oleh peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diinginkan. Faktor pendukung terhadap keberhasilan Implementasi Kurikulum 2013 adalah ketersediaan Buku Siswa dan Buku Guru, sebagai bahan ajar dan sumber belajar yang ditulis dengan mengacu pada Kurikulum 2013. Buku Siswa ini dirancang dengan menggunakan proses pembelajaran yang sesuai untuk mencapai kompetensi yang telah dirumuskan dan diukur dengan proses penilaian yang sesuai. Sejalan dengan itu, kompetensi keterampilan yang diharapkan dari seorang lulusan SMK adalah kemampuan pikir dan tindak yang efektif dan kreatif dalam ranah abstrak dan konkret. Kompetensi itu dirancang untuk dicapai melalui proses pembelajaran berbasis penemuan (discovery learning) melalui kegiatan-kegiatan berbentuk tugas (project based learning), dan penyelesaian masalah (problem solving based learning) yang mencakup proses mengamati, menanya, mengumpulkan informasi, mengasosiasi, dan mengomunikasikan. Khusus untuk SMK ditambah dengan kemampuan mencipta . Sebagaimana lazimnya buku teks pembelajaran yang mengacu pada kurikulum berbasis kompetensi, buku ini memuat rencana pembelajaran berbasis aktivitas. Buku ini memuat urutan pembelajaran yang dinyatakan dalam kegiatan-kegiatan yang harus dilakukan peserta didik. Buku ini mengarahkan hal-hal yang harus dilakukan peserta didik bersama guru dan teman sekelasnya untuk mencapai kompetensi tertentu; bukan buku yang materinya hanya dibaca, diisi, atau dihafal. Buku ini merupakan penjabaran hal-hal yang harus dilakukan peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diharapkan. Sesuai dengan pendekatan kurikulum 2013, peserta didik diajak berani untuk mencari sumber belajar lain yang tersedia dan terbentang luas di sekitarnya. Buku ini merupakan edisi ke-1. Oleh sebab itu buku ini perlu terus menerus dilakukan perbaikan dan penyempurnaan. Kritik, saran, dan masukan untuk perbaikan dan penyempurnaan pada edisi berikutnya sangat kami harapkan; sekaligus, akan terus memperkaya kualitas penyajian buku ajar ini. Atas kontribusi itu, kami ucapkan terima kasih. Tak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada kontributor naskah, editor isi, dan editor bahasa atas kerjasamanya. Mudah-mudahan, kita dapat memberikan yang terbaik bagi kemajuan dunia pendidikan menengah kejuruan dalam rangka mempersiapkan generasi seratus tahun Indonesia Merdeka (2045).
Jakarta, Januari 2014 Direktur Pembinaan SMK
Drs. M. Mustaghfirin Amin, MBA
iii
DAFTAR ISI PENULIS ..................................................................................................................... i KATA PENGANTAR PENULIS ...................................................................................ii KATA PENGANTAR................................................................................................... iii DAFTAR ISI ...............................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................vi DAFTAR TABEL ........................................................................................................ix BAB I .......................................................................................................................... 1 PENDAHULUAN ........................................................................................................ 1 A. Latar Belakang ................................................................................................... 1 B. Deskripsi Bahan Ajar .......................................................................................... 1 C. Tujuan Pembelajaran ......................................................................................... 2 D. Materi Pokok dan Sub Materi Pokok .................................................................. 2 BAB II ......................................................................................................................... 5 Peraturan Umum Instalasi Listrik (PUIL) 2000 ........................................................... 5 A. Peraturan dan Regulasi UU Ketenagalistrikan. .................................................. 5 1. MAKSUD DAN TUJUAN ................................................................................. 5 2. RUANG LINGKUP .......................................................................................... 5 3. SEJARAH SINGKAT ....................................................................................... 5 4. Sistematika PUIL 2000. ................................................................................... 6 B. Karakteristik Beban Instalasi Tenaga Listrik. .................................................... 15 a.
Motor Induksi ........................................................................................... 16
b. Jenis peranti pemanas resistif dan lampu pijar (konvensional atau halogen) ............................................................................................................ 18 C. Pembebanan pada Instalasi Tenaga Listrik. .................................................... 22 a. Daya terpasang (kW) .................................................................................... 22 b. Daya Nyata terpasang (kVA)......................................................................... 23 BAB III ...................................................................................................................... 24 Hubungan Utilitas Jaringan Distribusi Tegangan Rendah ........................................ 24 A. Utilitas Jaringan Distribusi Tegangan Rendah. ................................................ 24 B. Pentarifan dan meter. ....................................................................................... 28 BAB IV...................................................................................................................... 31 Pedoman Pemilihan Arsitektur Tegangan Rendah .................................................. 31 A. Proses Penyederhanaan Perancangan Arsitektur Tegangan Rendah. ............ 31 1. Rancangan Arsitektur .................................................................................... 31 B. Karakteristik Instalasi Listrik. ............................................................................ 33 iv
C. Kriteria Penilaian Arsitektur Tegangan Rendah. .............................................. 37 D. Pemilihan Arsitektur Dasar. .............................................................................. 39 E. Pemilihan Arsitektur Tegangan Rendah Dasar Terinci..................................... 43 BAB V....................................................................................................................... 54 Distribusi Tegangan Rendah .................................................................................... 54 A.
Pola Pembumian. ........................................................................................ 55
B.
Sistem Instalasi.Tenaga Listrik.................................................................... 93
C.
Pengaruh Gangguan Luar (IEC 60364-5-51). ........................................... 112
BAB VI.................................................................................................................... 117 Ukuran dan Pengaman Penghantar ....................................................................... 117 A.
Metoda Praktis untuk menentukan ukuran penghantar. ............................ 117
B.
Menentukan Tegangan Jatuh.................................................................... 121
C.
Arus Hubung Singkat. ............................................................................... 124
D.
Kasus Khusus Arus Hubung Singkat. ....................................................... 127
E.
Pengaman Penghantar Pembumian. ........................................................ 128
F.
Penghantar Netral. .................................................................................... 133
G.
Contoh perhitungan Kabel. ....................................................................... 136
BAB VII................................................................................................................... 141 Perbaikan Faktor Daya dan Penyaringan (Filter) Harmonik ................................... 141 A.
Daya Reaktif dan Faktor Daya. ................................................................. 141
B.
Mengapa Faktor Daya Diperbaiki. ............................................................. 148
C.
Bagimanakah Memperbaiki Faktor Daya. ................................................. 151
D.
Dimana Memasang Kapasitor untuk Perbaikan Faktor Daya. ................... 158
E.
Bagaimanakah menetapkan Tingkat Optimal Kompensasi. ...................... 161
F.
Kompensasi pada Terminal Transformator. .............................................. 166
G.
Perbaikan Faktor Daya pada Motor Induksi. ............................................. 172
H.
Contoh suatu Instalasi sebelum dan sesudah Perbaikan Faktor Daya. .... 178
I.
Pengaruh Harmonik...................................................................................... 180
J. Implementasi Kapasitor Bank ....................................................................... 182 BAB VII................................................................................................................... 185 Fungsi dan Pemilihan Switchgear Tegangan Rendah ........................................... 185 A.
Fungsi dasar Switchgear Tegangan Rendah ............................................ 185
B. Switchgear Tegangan Rendah ..................................................................... 191 C. Pemilihan Switchgear ................................................................................... 196 D. Circuit Breaker .............................................................................................. 198 Daftar Pusaka ....................................................................................................... 201
v
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Ikhtisar pasal 5.5 PUIL 2000. .............................................................. 15 Gambar 2. 2 Permintaan peralatan rumah tangga yaitu pemanas resistif dan lampu pijar (konvensional ataupun halogen) ................................................. 19 Gambar 3. 1 Tegangan darijaringan tegangan rendah lokal dan diagram rangkaian yang terkait ............................................................................................................... 25 Gambar 3. 2 Menunjukkan salah satu dari beberapa cara di mana jaringan distribusi tegangan rendah dapat disusun untuk operasi distributor bercabang radial, dengan menghapus (fasa) Link. ............................................... 28 Gambar 3. 3 Nilai maksimum rata-rata kVA selama interval 2 jam .......................... 29 Gambar 4. 1 Contoh diagram satu garis .................................................................. 31 Gambar 4. 2 Diagram alir untuk pemilihan arsitektur distribusi listrik ....................... 32 Gambar 4. 3 Diagram Koneksi jaringan tegangan rendah ke jaringan utilitas .......... 40 Gambar 4. 4 konfigurasi rangkaian tegangan menengah......................................... 41 Gambar 4. 5 Penempatan sumber daya listrik ......................................................... 44 Gambar 4. 6 Layout terpusat dengan titik yang terhubung deng titik yang lain. ....... 45 Gambar 4. 7 Layout desentralisasi dengan penghubungnya trunking busbar.......... 45 Gambar 4. 8 Konesi ke UPS .................................................................................... 46 Gambar 4. 9 Konfigurasi Radial Single feeder ......................................................... 48 Gambar 4. 10 Konfigurasi dua Kutub ....................................................................... 48 Gambar 4. 11 Konfigurasi dua kutub dengan 2 ½ MLVS dan NO link ..................... 49 Gambar 4. 12 Shedable Switchboard....................................................................... 49 Gambar 4. 13 Panel Interkoneksi ............................................................................. 50 Gambar 4. 14 Konfigurasi Ring ................................................................................ 50 Gambar 4. 15 Konfigurasi Double ended dengan ATS ............................................ 51 Gambar 4. 16 Kombinasi konfigurasi dengan : 1. Single feeder, 2. Panel interkoneksi dan 3 double ended ............................................................................ 51 Gambar 5. 1 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C) ....................................... 56 Gambar 5. 2 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN- C-S) ............................................................................................................ 57 Gambar 5. 3 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S) ........................................... 57 Gambar 5. 4 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT) ...... 58 Gambar 5. 5 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)................................................. 59 Gambar 5. 6 Sistem IT (Netral dengan impedansi yang ditanahkan) ....................... 59 Gambar 5. 7 Sistem TT ............................................................................................ 60 Gambar 5. 8 Sistem TN-C ........................................................................................ 61 Gambar 5. 9 Sistem TN-S ........................................................................................ 61 Gambar 5. 10 Sistem IT ........................................................................................... 62 Gambar 5. 11 TN-S island dalam sebuah sistem IT ................................................. 69 Gambar 5. 12 IT island dalam sebuah sistem TN-S ................................................. 69 Gambar 5. 13 Konduktor ditanam dibawah pondasi bangunan ................................ 72 Gambar 5. 14 Pentanahan rod ................................................................................. 72 Gambar 5. 15 Elektroda pita dalam beberapa konfigurasi ....................................... 73 Gambar 5. 16 Pengukuran metoda 3 kutub ............................................................. 77 Gambar 5. 17 pengukuran Metoda 2 Kutub ............................................................. 78 Gambar 5. 18 Prinsip pengukuran tahanan elektroda pentanahan menggunakan metoda jatuh tegangan – 3 titik ........................................................... 79 Gambar 5. 19 Daerah resistansi efektif dari dua elektroda yang tumpang-tindih ..... 80 vi
Gambar 5. 20 Posisi elektroda Y di luar daerah resistansi efektif dari dua elektroda yang tidak tumpang-tindih ........................................................................................ 81 Gambar 5. 21 Pengukuran resistansi elektroda pentanahan menggunakan Metoda 62% ..................................................................................................... 82 Gambar 5. 22 Daerah resistansi efektif tumpang-tindih ........................................... 82 Gambar 5. 23 Daerah pengukuran 62%................................................................... 83 Gambar 5. 24 Sistem Multi elektroda ....................................................................... 85 Gambar 5. 25 Metoda pengukuran dua titik ............................................................. 87 Gambar 5. 26 Pengukuran kontinuitas hantaran pentanahan .................................. 88 Gambar 5. 27 Metoda pengukuran derau dalam sistem pentanahan ...................... 89 Gambar 5. 28 Cara menetralisi noise dengan melilitkan kabel-kabel ukur secara ... 89 Gambar 5. 29 Cara menghindari noise dengan pengaturan rentangan kabel-kabel ukur ..................................................................................................... 90 Gambar 5. 30 Pentralisiran noise menggunakan kabel perisai (shielded cables) .... 91 Gambar 5. 31 Cara mengatasi tahanan kontak antara elektroda dengan tanah sekitarnya ............................................................................................ 92 Gambar 5. 32 Penggunaan kawat kasa sebagai pengganti dari elektroda bantu .... 92 Gambar 5. 33 (a) gambar Panel Utama dan (b) panel Pusat Pengendali Motor ..... 94 Gambar 5. 34 Panel Cabang / SDP : Sub Distribution Panel ................................... 94 Gambar 5. 35 Panel Beban / SSDP : Sub-sub Distribution Panel ............................ 95 Gambar 5. 36 Panel distribusi dengan fungsi unit yang dapat dilepas .................... 97 Gambar 5. 37 Panel distribusi dengan fungsi unit laci yang dapat ditarik .............. 97 Gambar 5. 38 Representasi berbagai bentuk panel distribusi fungsi Tegangan rendah ............................................................................................... 100 Gambar 5. 39 KHA di udara untuk jenis penghantar .............................................. 107 Gambar 5. 40 Distribusi radial menggunakan kabel di sebuah hotel ..................... 108 Gambar 5. 41 Rancangan sistem trunking busbar untuk distribusi arus dari 25 sampai dengan 4000 A .......................................................................................... 110 Gambar 5. 42 Jalur kabel menggunakan distribusi radial....................................... 111 Gambar 6. 1 Maksimum drop tegangan ................................................................. 122 Gambar 6. 2 Kasus beberapa trafo yang diparalel ................................................. 125 Gambar 6. 3 Diagram Impedansi ........................................................................... 126 Gambar 6. 4 Pengamanan oleh circuit-breaker...................................................... 127 Gambar 6. 5 Sebuah koneksi yang buruk dalam susunan seri .............................. 129 Gambar 6. 6 Koneksi langsung dari konduktor PEN ke terminal pentanahan dari sebuah alat........................................................................................ 130 Gambar 6. 7 Pola TN-C-S ...................................................................................... 130 Gambar 6. 8 Contoh diagram satu garis ................................................................ 135 Gambar 7. 1 Motor listrik yang memerlukan daya aktif P dan daya reaktif Q dari sistem daya ....................................................................................... 142 Gambar 7. 2 Daya yang dikonsumsi peralatan juga membutuhkan energi reaktif . 143 Gambar 7. 3 Diagram daya .................................................................................... 145 Gambar 7. 4 Perhitungan diagram daya ................................................................ 147 Gambar 7. 5 (a) Menunjukkan keistimewaan dasar dari koreksi faktor daya ........ 151 Gambar 7. 6 (b) Menunjukkan keistimewaan dasar dari koreksi faktor daya ........ 152 Gambar 7. 7 Diagram menunjukkan prinsip kompensasi Qc = P (tan φ – tan φ „) . 152 Gambar 7. 8 Contoh kapasitor dengan kompensasi nilai yang tetap ..................... 154 Gambar 7. 9 Contoh peralatan pengaturan kompensasi otomatis ......................... 155 Gambar 7. 10 Prinsip pengendali konpensasi otomatis ......................................... 156 Gambar 7. 11 Kompensasi global .......................................................................... 158 vii
Gambar 7. 12 Kompensasi berdasarkan sektor ..................................................... 159 Gambar 7. 13 Pengurangan kVA maksimum oleh adanya peningkatan faktor daya .......................................................................................................... 165 Gambar 7. 14 Kompensasi Q memungkinkan beban instalasi diperpanjang sampai S2, tampa harus mengganti trafo yang sudah ada, dan output-nya dibatasi sampai S .............................................................................. 168 Gambar 7. 15 Reaktansi trafo per fase .................................................................. 169 Gambar 7. 16 Penyerapan daya reaktif oleh induktasi seri .................................... 169 Gambar 7. 17 Sebelum kompensasi, trafo mensuplai semua daya reaktif; setelah kompensasi, kapasitor mensuplai sebagian besar daya reaktif ........ 173 Gambar 7. 18 Hubungan kapasitor bank ke motor ................................................. 177 Gambar 7. 19 Perbandingan teknis-ekonomi untuk instalasi sebelum dan sesudah koreksi faktor daya ............................................................................ 179 Gambar 7. 20 Prinsip operasi dari aktif filter .......................................................... 181 Gambar 7. 21 Prinsip operasi dari filter hybrid ....................................................... 181 Gambar 7. 22 Element Kapasitor Cross section .................................................... 183 Gambar 8. 1 Gas Switchgear Combined (GSC) 300kV.......................................... 185 Gambar 8. 2 Gas insulated switchgear .................................................................. 186 Gambar 8. 3 Gas Switchgear Combined (GSC) 72,5 kV........................................ 186 Gambar 8. 4 Cubicle type Gas Insulted Switchgear (C-GIS) 72,5 kV .................... 187 Gambar 8. 5 Cubicle type Gas Insulted Switchgear (C-GIS) 12 kV ....................... 187 Gambar 8. 6 Simbol Pemutus atau isolator ............................................................ 191 Gambar 8. 7 Simbol saklar pemutus beban ........................................................... 192 Gambar 8. 8 Simbol bistable remote control switch ............................................... 193 Gambar 8. 9 Simbol Kontaktor ............................................................................... 194 Gambar 8. 10 Simbol Sekering .............................................................................. 194 Gambar 8. 11 Simbol Switch-fuse pemutus otomatis ............................................. 195 Gambar 8. 12 Simbol non-automatic fuse-switch ................................................... 195 Gambar 8. 13 Circuit breaker tipe domestik dengan pengaman dari arus berlebih dan isolasi rangkaian........................................................................... 198 Gambar 8. 14 Bagian utama dari circuit breaker .................................................... 199 Gambar 8. 15 Circuit breaker tipedomestik dengan pengaman terhadap electric shocks ............................................................................................... 199 Gambar 8. 16 Contoh circuit breaker tipe Compact NSX industrial yang menyediakan banyak fungsi tambahan ............................................. 200 Gambar 8. 17 contoh air circuit-breake yang dilengkapi dengan banyak fitur pengendalian“Micrologic” tripping unit ............................................... 200
viii
DAFTAR TABEL Tabel 1. 1 Materi Pokok dan Sub Materi Pokok ......................................................... 2 Tabel 2. 1 Penempatan unsur pengindera proteksi beban lebih. ............................. 13 Tabel 2. 2 Nilai Pengenal atau Setelan Tertinggi Gawai Proteksi Sirkit Motor Terhadap Hubungan Singkat. ............................................................. 14 Tabel 2. 3 Contoh perwakilan Nilai arus dan daya operational ................................ 18 Tabel 2. 4 Komsumsi daya untuk lampu tabung fluorescent .................................... 20 Tabel 2. 5 Konsumsi daya dan arus dari lampu compact fluorescent (pada 230 V – 50 Hz). ................................................................................................ 20 Tabel 2. 6 Contoh konsumsi arus lampu Discharge ................................................. 21 Tabel 3. 1 Tegangan dari Jaringan tegangan rendah lokal dan hubungan diagram rangkaiannya....................................................................................... 24 Tabel 3. 2 Maksimum beban yang diizinkan yang terhubung ke distributor tegangan rendah ................................................................................................. 26 Tabel 4. 1 Konfigurasi rangkaian tegangan rendah .................................................. 52 Tabel 5. 1 Perbandingan system earthing arrangements (SEA) .............................. 64 Tabel 5. 2 Pengaruh jaringan kerja dan beban pada pemilihan system earthing arrangements (SEA) ........................................................................... 66 Tabel 5. 3 Tahanan pentanahan pada jenis tanah dengan tahanan jenis ρ1=100 Ohm-meter .......................................................................................... 74 Tabel 5. 4 Luas Penampang Minimum Elektroda Pentanahan ................................ 74 Tabel 5. 5 Luas Penampang Minimum Hantaran Pengaman ................................... 76 Tabel 5. 6 Jarak elektroda-elektroda bantu menggunakan metoda 62% (ft) ............ 84 Tabel 5. 7 Sistem Multi elektroda ............................................................................. 86 Tabel 5. 8 Luas Penampang Nominal Kabel Dan Kabel Tanah ............................. 101 Tabel 5. 9 Kuat hantar arus penghantar ................................................................. 105 Tabel 5. 10 KHA jenis penghantar ......................................................................... 106 Tabel 5. 11 Daftar pengaruh luar (diambil dari IEC 60364-5-51Appendix A ) ....... 113 Tabel 6. 1 Tabel Pemilihan sistem pengkabelan berdasarkan IEC 60364-5-52. ... 117 Tabel 6. 2 Pemancangan dari sistem pengkabelan (table 52-2 of IEC 60364-5-52) .......................................................................................................... 118 Tabel 6. 3 Contoh metode instalasi (part of table 52-3 of IEC 60364-5-52) ........... 119 Tabel 6. 4 Maksimum drop tegangan antara titik koneksi layanan dengan titik utilitas .......................................................................................................... 121 Tabel 6. 5 Rumus Drop tegangan .......................................................................... 122 Tabel 6. 6 Drop tegangan ∆V antar fasa ke fasa dalam sebuah rangkaian, satuannya dalam volt per amper per km .................................................................................. 123 Tabel 6. 7 Nilai Isc untuk nilai kVA trafo yang berbeda dengan lilitan tegangan menengah ≤ 20 Kva .......................................................................... 124 Tabel 6. 8 Pemilihan Konduktor pengaman (PE) ................................................... 131 Tabel 6. 9 Minimum cross section area (c.s.a) untuk penghantar pengaman ........ 132 Tabel 6. 10 Berbagai situasi untuk konduktor netral mungkin terjadi ..................... 134 Tabel 6. 11Hasil Perhitungan dengan menggunakan program aplikasi Ecodial Versi 3.3 ............................................................................................ 136 Tabel 6. 12 Evaluasi nilai arus hubung singkat ...................................................... 139 Tabel 7. 1 Contoh perhitungan daya aktif dan reaktif ............................................. 146 Tabel 7. 2 Nilai-nilai dari cos φ dan tan φ untuk peralatan yang paling sering digunakan ......................................................................................... 147 ix
Tabel 7. 3 Faktor pengali untuk ukuran kabel sebagai fungsi dari cos φ ............... 149 Tabel 7. 4 Nilai kvar dipasangkan per kW beban, untuk memperbaiki faktor daya dari instalasi ............................................................................................. 163 Tabel 7. 5 kemampuan daya (kW) transformator saat beban penuh, ketika suplai beban pada nilai faktor daya yang berbeda ...................................... 166 Tabel 7. 6 Konsumsi daya reaktif trafo distribusi dengan lilitan utama 20 kV ......... 171 Tabel 7. 7 Maksimum kvar dari koreksi faktor daya yang dapat diterapkan untuk terminal motor dengan tampa resiko eksitasi sendiri ........................ 174 Tabel 7. 8 Karakteristik listriknya ............................................................................ 183 Tabel 7. 9 Kabel Cross section yang terhubung dengan kapasitor bank daya menengah dan tinggi ......................................................................... 184 Tabel 8. 1 Fungsi dasar dari switchgear................................................................. 188 Tabel 8. 2 Kategori utilitas saklar tegangan rendah Acsesuai IEC 60947-3 ........... 192 Tabel 8. 3 Fungsi dari berbagai komponen untuk memenuhi fungsi dasar dari switchgear ......................................................................................... 197 Tabel 8. 4 fungsi yang dilakukan circuit breaker/pemutus ...................................... 198
x
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Sesuai dengan
dinamika perkembangan
pendidikan,
khususnya
pendidikan
kejuruan, disamping perkembangan pendidikan itu sendiri, dinamikanya juga harus selalu menyelaraskan diri dengan perkembangan dunia usaha dan industri (DUDI). Oleh sebab itu, dalam setiap perkembangan DUDI tersebut harus segera direspon dalam pelaksanaan pendidikan kejuruan. Cara meresponnya adalah dengan memperoleh informasi melalui berbagai cara, salah satunya adalah melalui media pembelajaran berupa Bahan Ajar yang selalu harus diperbaharui sesuai dengan perkembangan tersebut.
Bahan Ajar ini secara khusus ditulis bagi siswa SMK, dengan peminatan Teknik Ketenagalistrikan secara umum. Dimana cara penyajian bahan ajar ini disesuaikan dengan pengalaman seorang guru produktif SMK secara umum.
Mempelajari dengan benar topik-topik materi yang terkandung dalam bahan ajar ini, akan membantu siswa SMK untuk menguasai materi tentang Instalasi Tenaga Listrik dalam lingkup peminatan Teknik Ketenagalistrikan.
Untuk mendalami bahan ajar Instalasi Tenaga Listrik, siswa sebaiknya telah mendalami materi Teknik Instalasi Tenaga Listrik dan materi Teknik Distribusi Tenaga Listrik. Selanjutnya mata pelajaran Instalasi Tenaga Listrik sebagai pendukung untuk mempelajari mata pelajaran pada Paket Keahlian Teknik Instalasi Pemanfaatan Tenaga Listrik. B. Deskripsi Bahan Ajar Dalam bahan ajar ini akan dibahas tentang pemasangan dan pemeliharaan instalasi tenaga listrik, yang meliputi bahasan; Peraturan Umum Instalasi Listrik, Hubungan 1
Utilitas Jaringan Distribusi Tegangan Rendah, Pedoman Pemilihan Arsitektur Tegangan
Rendah,
Distribusi
Tagangan
Rendah,
Ukuran
dan
Pengaman
Penghantar, Fungsi dan Pemilihan Switchgear Tegangan Rendah, Proteksi Terhadap Lonjakan Tegangan (Voltage Surge), Efisiensi Energi pada Distribusi Tenaga Listrik, Perbaikan Faktor Daya dan Penyaringan (Filter) Harmonik. Serta membahas tentang : perancangan dan perakitan panel hubung bagi (PHB), pengujian panel hubung bagi (PHB) dan troubleshooting.
Bahan ajar ini menggunakan sistem pembelajaran dengan pendekatan kompetensi, yakni salah satu cara untuk menyampaikan atau mengajarkan pengetahuan keterampilan dan sikap kerja yang dibutuhkan dalam suatu pekerjaan. Melalui pendekatan apa yang dapat dilakukan setelah mengikuti pembelajaran, dimana kompetensi adalah penguasaan individu secara aktual di tempat kerja. Meliputi identifikasi apa yang harus dikerjakan, prestasi yang diraih, dan memastikan elemen kompetensi tercakup, serta proses penilaian. C. Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti seluruh kegiatan pembelajaran yang terdapat pada bahan ajar ini siswa diharapkan mampu memahami dan menjelaskan tentang instalasi tenaga listrik, dengan ruang lingkup materi :
Peraturan Umum Instalasi Listrik.
Hubungan Utilitas Jaringan Distribusi Tegangan Rendah.
Pedoman Pemilihan Arsitektur Tegangan Rendah.
Distribusi Tegangan Rendah.
Ukuran dan Pengaman Penghantar.
Proteksi Terhadap Lonjakan Tegangan (Voltage Surge).
Perbaikan Faktor Daya dan Penyaringan (Filter) Harmonik
D. Materi Pokok dan Sub Materi Pokok Tabel 1. 1 Materi Pokok dan Sub Materi Pokok No 1
Materi Pokok Peraturan Umum Instalasi
Sub Materi Pokok Maksud dan Tujuan 2
No
Materi Pokok Listrik (PUIL) 2000
Sub Materi Pokok Ruang Lingkup Sejarah Singkat Sistematika PUIL 2000
2
Hubungan Utilitas Jaringan Distribusi Tegangan
3
Utilitas Jaringan Distribusi Tegangan Rendah.
Rendah
Pentarifan dan meter.
Pedoman Pemilihan
Proses
Arsitektur Tegangan Rendah
Perancangan
Arsitektur
Tegangan Rendah Sederhana. Karakteristik Instalasi Listrik. Kriteria Penilaian Arsitektur Tegangan Rendah. Pemilihan Arsitektur Tegangan Rendah Dasar. Pemilihan Arsitektur Tegangan Rendah Dasar Terinci. Pemilihan Peralatan.
4
Distribusi Tegangan
Pola Pembumian.
Rendah
Sistem Instalasi.Tenaga Listrik. Pengaruh Gangguan Luar (IEC 603645-51).
5
Ukuran dan Pengaman Penghantar
Metoda Praktis untuk menentukan ukuran penghantar. Menentukan Tegangan Jatuh. Arus Hubung Singkat. Kasus Khusus Arus Hubung Singkat. Pengaman Penghantar Pembumian. Penghantar Netral. Contoh perhitungan Kabel.
6
Proteksi Terhadap
Peralatan Proteksi Tegangan Lebih.
Lonjakan Tegangan
Proteksi terhadap Lonjakan Tegangan
(Voltage Surge)
Rendah.
3
No
Materi Pokok
Sub Materi Pokok Pemilihan Peralatan Proteksi.
7
Perbaikan Faktor Daya dan
1. Daya Reaktif dan Faktor Daya.
Penyaringan (Filter)
2. Mengapa Faktor Daya Diperbaiki.
Harmonik
3. Bagimanakah Memperbaiki Faktor Daya. 4. Dimana Memasang Kapasitor untuk Perbaikan Faktor Daya. 5. Bagaimanakah menetapkan Tingkat Optimal Kompensasi. 6. Kompensasi pada Terminal Transformator. 7. Perbaikan Faktor Daya pada Motor Induksi. 8. Contoh suatu Instalasi sebelum dan sesudah Perbaikan Faktor Daya. 9. Pengaruh Harmonik. 10.
8
Fungsi dan Pemilihan Switchgear Tegangan Rendah
Implementasi Kapasitor Bank.
1. Fungsi Dasar Switchgear Tegangan Rendah. 2. Switchgear Tegangan Rendah. 3. Pemilihan Switchgear Tegangan Rendah. 4. Circuit Breaker.
4
BAB II Peraturan Umum Instalasi Listrik (PUIL) 2000 Indikator Keberhasilan: Setelah mengikuti pembelajaran ini siswa diharapkan dapat memahami Persyaratan Umum Instalasi Listrik (PUIL) 2000.
A. Peraturan dan Regulasi UU Ketenagalistrikan. Kebanyakan negara, instalasi kelistrikan mengikuiti lebih dari satu regulasi kelistrikan, yang biasanya dikeluarkan oleh otoritas nasional dan diakui oleh asosiasi-asosiasi didalamnya, di Indonesia mengikuti Persyaratan Umum Instalasi Listrik (PUIL) 2000. Hal ini penting sekali dan mendasar, mengingat kendala karakter di daerah, sebelum memulai perancangan instalasi listrik. Petunjuk ini berbasiskan kepada standar IEC (International Electrical Commision) yang masih berhubungan, khususnya IEC 60364. IEC 60364 yang telah dibuat oleh para ahli medis dan rekayasa disemua negara di dunia dengan membandingkan pengalaman para ahli pada tingkat internasional. Saat ini, prinsip keselamatan dari IEC 60364 and 60479-1 merupakan konsep dasar dari standar-standar kelistrikan dunia. 1. MAKSUD DAN TUJUAN
Agar pengusahaan instalasi listrik dapat terselenggara baik bagi keselamatan manusia, keamanan instalasi beserta perlengkapannya, keamanan gedung beserta isinya dari kebakaran akibat listrik dan perlindungan lingkungan.
2. RUANG LINGKUP
Untuk perencanaan, pemasangan, pemeriksaan dan pengujian, pelayanan, pemeliharaan maupun pengawasan instalasi listrik tegangan AC sampai dengan 1000V dan tegangan DC sampai dengan 1500 V.
3. SEJARAH SINGKAT
Ditulis pada tahun 1924 pada zaman Belanda dengan nama : Algemene Voorschriften voor Electrische Sterkstroom Instalaties (AVE) dan selesai tahun 1937. 5
Tahun 1956 diterjemahkan menjadi PUIL-64 oleh Yayasan Dana Normalisasi Indonesia dan selesai tahun 1964.
Diubah setelah sepuluh tahun menjadi PUIL-87.
PUIL-77 diubah kembali menjadi PUIL-87 dan diterbitkan sebagai SNI Nomor 255-1987.
PUIL-87 diubah menjadi Persyaratan Umum Instalasi-instalasi tegangan rendah dan menengah di dalam bangunan serta memuat sistem pengaman bagi keselamatan manusia secara terinci.
4. Sistematika PUIL 2000.
BAB 1 : PENDAHULUAN BAB 2 : PERSYARATAN DASAR BAB 3 : PROTEKSI UNTUK KESELAMATAN BAB 4 : PERANCANGAN INSTALASI LISTRIK BAB 5 : PERLENGKAPAN LISTRIK BAB 6 : PERLENGKAPAN HUBUNG BAGI DAN KENDALI (PHB) SERTA KOMPONENNYA BAB 7 : PENGHANTAR DAN PEMASANGANNYA BAB 8 : KETENTUAN UNTUK BERBAGI RUANG DAN INSTALASI KHUSUS BAB 9 : PENGUSAHAAN INSTALASI LISTRIK
BAB 1 PENDAHULUAN Memuat hal-hal umum yang berhubungan dengan, aspek legal, administratif non teknis dan PUIL.
Perbedaan dengan PUIL-87, dalam PUIL-2000:
Memuat perlindungan lingkungan (pasal 1-1).
Berlaku juga untuk TM sampai dengan 35 KV (pasal 1.2)
Memuat ketentuan/peraturan yang terbaru (pasal 1.3)
Panitia PUIL diganti menjadi panitia tetap PUIL (ayat1.5.1.3, 1.5.2 dan pasal 1.8).
6
Definisi mengacu pada : IEV, IEEE Dictionary, SA Wiring Rules, IEC MED, IEC MDE, Istilah resmi dan Kamus Bahasa Indonesia.
BAB 2 PERSYARATAN DASAR
Untuk menjamin keselamatan manusia, ternak dan keamanan harta benda dari bahaya dan kerusahan yang timbul dari instalasi listrik seperti a.l : arus kejut, suhu berlebihan
Memuat 6 pasal a.l : proteksi untuk keselamatan, proteksi perlengkapan dan instalasi listrik, perancangan, pemilikan dan perlengkapan listrik, pemasangan dan verifikasi awal instalasi listrik, pemeliharaan.
Perbedaan dengan PUIL-87, dalam PUIL-2000:
Penglompokan ketentuan-ketentuan berbeda.
Jumlah pasal semula 15 menjadi a6 pasal.
BAB 3 PROTEKSI UNTUK KESELAMATAN
Menentukan persyaratan terpenting untuk melindungi manusia, ternak dan harta benda.
Proteksi untuk keselamatan meliputi a.l : proteksi kejut listrik, proteksi efek termal, proteksi arus lebih, proteksi tegangan lebih ( khusus akibat petir ), proteksi tegangan kurang (akan dimasukan dalam suplemen PUIL), pemisahan dan penyakelaran (belum dijelaskan).
Ditetapkan pada seluruh atau sebagian instalansi / perlrngkapan.
Harus diambil tindakan tambahan dengan penggabungan proteksi jika sistem proteksi tidak memuaskan dalam kondisi tertentu.
Perbedaan dengan PUIL-87 , dalam PUIL – 2000 : Memuat Pasal baru a.l : pendahuluan ( Pasal 3.1 ), Proteksi dari kejut listrik ( Pasal 3.2 ) , proteksi
dengan
pemutusan suplai
secara
otomatis ( Pasal 3.7 ), proteksi dengan ikatan akipotensi lokal bebas bumi, luas penampang penghantar proteksi dan penghantar netral ( Pasal 3.16 ), rekomendasi untuk sistem TT,TN dan IT ( Pasal 3.17 ), proteksi dari efek termal ( Pasal 3.23 ), proteksi dari arus lebih ( Pasal 3.24 ).
7
Memuat hasil perluasa dan revisi a.l : Proteksi dari sentuh langsung maupun tak langsung ( Pasal 3.3 ), proteksi dari sentuh langsung (Pasal 3.4), proteksi dengan menggunakan perlengkapan kelas II atau dengan isolasi ekivalen ( Pasal 3.8 ), proteksi dengan lokasi tidak konduktif (Pasal 3.9), sistem TN atau sistrm pembumi netral pengaman ( Pasal 3.13), sistem IT atau sistem penghantar pengaman ( Pasal 3.14 ), penggunaan gawai proteksi arus sisa ( Pasal 3.15 ). BAB 4 PERANCANGAN INSTALASI LISTRIK
Memuat ketentuan yang berkaitan dengan perancangan instalansi listrik, baik administraif-legal non teknis maupun ketentuan teknis.
Tediri atas 13 Pasal a.l : persyaratan umum, susunan umum, kendali dan proteksi, cara perhitungan kebutuhan maksimum di sirkit utama komsumen dan sirkit cabang, jumlah titik beban daam tiap sirkit akhir, sirkit utama konsumen, susuna sirkit cabang dan sirkit akhir, penghantar netral bersama, pengendali sirkit yang netralnya dibumikan langsung, pengamanan sirkit yang netralnya dibumikan langsung, pengendalian dan pengamanan sirkit yang netralnya dibumikan tidak langsung, perlenglkapan pengendalian api dan asap kebakaran, perlengkapan evakuasi arurat dan lift, saklar dan pemutus sirkit, lokasi dan pencapaian PHB.
Perbedaan dengan PUIL – 87 , dalam PUIL – 2000: Mengacu SA Wiring Rules edisi 1995. Memuat pasal baru a.l : susunan umum, kendali dan proteksi ( Pasal 4.2 ), Lokasi dan pencapaian PHB ( Pasal 4.13 ). Sebagian besar berubah a.l : cara perhitungan kebutuhan maksimum di sirkit utama konsumen dan sirkit cabang, jumlah titik beban dalam tiap sirkit akhir, perlengkapan pengendalian api dan asap kebakaran, perlengkapan evakuasi darurat dan lift.
BAB 5 PERLENGKAPAN LISTRIK
Harus
dirancang
memenuhi
persyaratan
standar,
memenuhi
kinerja,
keselamatan dan kesehatan serta dipasang sesuai dengan lingkungan .
8
Dalam pemasangannya disyaratkan : mudah dalam pelayanan, pemeliharaan dan pemeriksaan, diprotesi terhadap lingkungan a.l lembab, mudah terbakar, pengaruh mekanis.
Bagian perlengkapan listrik yang mengandung logam dan bertegangan diatas 50 V harus dibumikan pengaman tegangan sentuh.
Bab 5 Terdiri atas 17 Pasal, yaitu : Ketentuan umum. Pengawatan perlengkapan listrik. Armatur penerangan, fiting lampu, lampu dan roset. Tusuk kontak dan kotak kontak. Motor, sirkit dan control. Generator. Peranti radah. Transformator dan gardu transformator. Kapasitor. Resistor dan reactor. Piranti pemanas. Perlengkapan pemanas induksi dan dielektrik. Pemanfaat dengan penggerak elektro mekanik. Mesin las listrik. Mesin perkakas. Perlengkapan sinar X. Lamu busur
Perbedaan dengan PUIL – 87, dalam PUIL – 2000 : Penambahan persyaratan mengenai pemanfaatan dengan penggerak elektromekanis (Pasal 5.14), proteksi terhadap tegangan lebih (ayat 5.1.6.1 s/d 5.1.6.3.), pemanfaatan untuk digunakan pada manusia (ayat 15.14.1.3), pemanfaatan untuk tujuan lain (ayat 15.14.1.4). Yang hilang atau tidak ada seperti : perlengkapan listrik harus dipasang dst. (Pasal 500. A..2 ), perlengkapan penyearah (Pasal 50. A..8.1). Penggantian istilah seperti : pengaman menjadi proteksi, pekawatan menjadi pengkawatan, sensor menjadi pengindera, kontak tusuk menjadi kotak kontak dan tusuk kontak.
9
BAB 6 PERLENGKAPAN HABUNGAN BAGI DAN KENDALI ( PHB ).
Mengtur persyaratan yang meliputi pemasangan, sirkit, ruang pelayanan dan pengandaan untuk semua perlengkapan yang termasuk katagori PHB, baik tertutup, trbuka, pasangan dalam maupun pasangan luar.
PHB adalah perlengkapan yang berfungsi untuk membagi tenaga listrik dan / atau mengendalikan dan melindungii sirkit dan pemanfaat listrik, mencangkup sakelar pemutus tenaga, papan hubung bagi tegangan rendah dan sejenisnya.
Terdiri atas 6 Pasal a.l : ruang lingkup, ketentuan umum, perlengkapan hubung bagi dan kendali tertutup, perlengkapan hubung bagi dan kendali terbuka, lemari hubung bagi, kotak hubung bagi dan meja hubung bagi, kompenen yang terpasang pada perlengkapan hubung bagi dan kendali.
BAB 7 PENGHANTAR DAN PEMASANGANNYA.
Mengatur ketentuan mengenai penghantar,
pembebanan penghantar dan
proteksinya, lengkapan penghantar dan penyambungan, penghubung dan pemasangan penghantar.
Terdiri atas 17 pasal yaitu : umum, identifikasi penghantar dengan warna, pembebanan penghantar, pembebanan penghantar dalam keadaan khusus, pengamanan arus lebih,
pengamanan penghantar terhadap kerusakan
karena suhu yang sangat tinggi, pengamanan sirkit listrik, isolator, instalasi dan lengkapannya, jalur penghantar, penghatar,
sambungan
dan
hubungan,
pipa
syarat umum pemasangan
instalasi
dalam
bangunan,
pemasangan penghantar dalam pipa instalansi, penghantar seret dan penghantar kontak, pemasangan kabel tanah, pemasangan penghantar udara, sekitar bangunan, pemasangan penghantar khusus.
Perbedaan dengan PUIL – 87 , dalam PUIL – 2000: Pasal 760F PUIL-87 mengenai jarak antara penghantar dan bumi dan SUTT dan SUTET dihapus. Penghantar udara telanjang untuk tegangan tinggi dan jenis kabel tegangan tinggi dihapuskan, tetapi ada penambahan jenis kabel.
10
Ada penambahan penampang untuk penghantar bulat terdiri dari sektor-sektor 800 mm2, 1000 mm2 dan 1200 mm2. Pengubahan cara penulisan tegagan pengenal kabel instalasi dan beban tegangan kerja maksimum yang diperkenankan, misalnya 0,6/1 kV (PUIL-87) menjadi 0,6/1 kv (1,2 kv), tegangan dalam kurung menyatakan tegangan tertinggi peralatan. Pengelompokan tegangan menjadi 2 kelompok, yaitu kabel tegangan rendah dan tegangan menengah. Pengkoreksian kesalahan-kesalahan dalam PUIL-87, misal KHA kabel, faktor koreksi KHA dll. Terdapat penambahan persyaratan separti : penggunaan pemutusan daya mini – MCB ( ayat 6.2.4.1.dan ayat 6.2.7.2 ), gawai pemisah ( ayat 6.2.8.1 s/d ayat 6.2.8.2.4 ), gawai pemutus untuk pemeliharaan mekanik ( ayat 6.2.8.3 s/d 6.2.8.3.4 ), alat ukur dan indikator ( ayat 6.6.3.2 s/d 6.6.3.4 ). Pasal 760F PUIL-87 mengenai jarak antara penghantar dan bumi pada SUTT dan SUTET dihapus Penghantar udara telanjang untuk tegangan tinggi dan jenis kabel tegangan tnggi dihapuskan, tetapi ada penambahan jenis kabel. Ada penambahan untuk penghantar bulat terdiri dari sektor-sektor 800 mm2, 1000 mm2 dan 1200 mm2. Pengubahan cara penulisan tegangan pengenal kabel instalansi dan beban tegangan kerja maksimum yang diperkenankan, misalnya 0,6/1 kV (PUIL-87 ) menjadi 0,6/1 kV (1,2 kV), tegangan dalam kurung menyatakan tegangan tertinggi peralatan. Pengelompokan tegangan menjadi 2 kelompok, yaitu kabel tegangan rendah dan tegangan menengah. Pengkorksian kesalahan-kesalahan dalam PUIL-87, misal KHA Kabel, faktor koreksi KHS dll.
BAB 8 KETENTUAN BERBAGAI RUANG DAN INSTALASI KHUSUS.
Memuat
berbagai
ketentuan
untuk
lokasi
maupun
yang
instalasipenggunaanya mempunyai sifat khusus. 11
Ruang khusus adalah ruang lembab, berebu, bahaya kebakaran dll.
Instalasi khusus adlah instalasi dengan karakteristik tertentu sehingga penyelenggaranya memerlukan ketentuan tersendiri misal instalasi derek, instalasi lampu penerangan tangda dll.
Terdiri atas 23 pasal, yaitu : ruang listrik, ruang dengan bahaya gas yang dapat meledak, ruang lembab, ruang pendingin, ruang berdebu, ruang dengan gas dan atau debu korosif, ruang radiasi, perusahaan kasar, pekerjaan dalam ketel, tangki dan sejenisnya, pekerjaan pada galangan kapal, derek.
BAB 9 PENGUSAHA INSTALASI LISTRIK
Berisi
ketentuan-ketentuan
mengenai
pemasangan,pelayanan,pemeliharaan
perencanaan,
dan
pengujian
pembangunan, instalasi
serta
pengamanan.
Setiap orang/badan perencana, pemasang, pemeriksa dan penguji instalasi listrik harus mendapatkan izin kerja dari instalasi yang berwenang.
Setiap instalasi listrik harus dilengkapi dengan rencana instalasi listrik yang dibuat oleh perencana yang mendapatkan izin kerja dari instalasi yang berwenang.
Terdiri atas 13 pasal, yaitu: ruang lingkup, izin, pelaporan, proteksi pemasangan instalasi listrik, pemasangan instalasi listrik, pengaturan instalasi listrik bangunan bertingkat, pemasangan kabel tanah, pemasangan kabel penghantar udara TR dan TM, keselamatan dalam pekerjaan, pelaanan instalansi listrik, hal yang tidak dibenarkan dalam pelayanan, pemeliharaan, pemeliharaan ruang.
Instalasi rumah dan gedung khusus, instalasi dalam gedung pertunjukan, pasar dan tempat umum lainnya, instalasi rumah desa, instalasi sementara, instalasi dalam pekerjaan pembangunan, instalasi generator dan penerangan darurat, instalasi dalam kamar mandi, instalasi dalam kolam renang dan air mancur, penerangan tanda dan bertuk, instalasi fasilitas kesehatan dan jenis ruang khusus.
Perbedaan dengan PUIL-87, dalam PUIL-2000 :
12
Mengalami perubahan total (disesuaikan dengan publikasi IEC terakhir). Ruang berdebbu, ruang dengan gas yang mudah terbakar, ruang dimana terdapat serat, instalasi listrik pada kolam renang dan instalasi dalam ruang kamar mandi.
SIRKIT, MOTOR DAN KEDALI Pelat nama Motor. 1.1 Nama Pembuat. 1.2 Tegangan, Arus, Daya Pengenal. 1.3 Frekwensi dan Jumlah Fase. 1.4 Putaran per menit. 1.5 Suhu limgkungan dan kenaikan suhu Pengenal. 1.6 Kelas Isolasi. 1.7 Tegangan kerja dan arus beban penuh sekunder untuk motor. 1.8 Induksi rotor lilit. 1.9 Jenis lilitan shunt, kompon atau seri untuk motor arus searah 1.10 Daur kerja
Tabel 2. 1 Penempatan unsur pengindera proteksi beban lebih. Jenis Motor
Sistem Suplai
Fasa satu a-b dan a-s
2 kawat, fasa a-b atau a-s tidak dibumikan. 2 kawat, fasa a-b atau a-s 1 penghantar dibumikan.
Fasa tiga a-b
Setiap sistem fasa tiga
Jumlah dan Tempat untuk Pengindraan 1, pada salah satu penghantar.
1, pada penghantar yang tidak dibumikan. 2, pada dua penghantar fasa
13
Catatan, jika motor disuplai melalui transformator yang dihubungkan dalam segitigabintang
atau
bintang-segitiga,
Instalasi
berwenang
dapat
mengharuskan
pemasangan tiga unsur sensor, satu pada setiap penghantar.
Tabel 2. 2 Nilai Pengenal atau Setelan Tertinggi Gawai Proteksi Sirkit Motor Terhadap Hubungan Singkat. Jenis Motor
Prosentase Arus Beban Lebih Pemutus Sirkit (%)
Pengaman Lebur (%)
Motor rotor Sangkar atau serempak, pengasutan Bintang Segitiga, Langsung pada jaringan, dengan reaktor atau resistor dan Motor fasa Tunggal.
250
400
Motor Rotor Sangkar atau serempak, dengan pengasutan Autotransformator, atau motor sangkar reaktansi tinggi.
200
400
Motor Rotor Lilit atau arus searah
150
400
Pasal 5.5 Motor, Sirkit dan Kendali. Ikhitisar pasal 5.5 ditunjukan pada gambar 1. 1, rujuk pada PUIL 2000.
14
Gambar 2. 1 Ikhtisar pasal 5.5 PUIL 2000.
B. Karakteristik Beban Instalasi Tenaga Listrik. Pemeriksaan nilai daya nyata sebenarnya yang diperlukan oleh masing-masing beban memungkinkan pembentukan: 15
Permintaan daya listrik yang ditentukan kontraknya perusahaan penyedia energi (PLN)
Nilai operasional trafo tegangan rendah/ tegangan tinggi, mana yang berlaku (diharapkan dapat menerima kenaikan beban)
Tingkat arus beban pada setiap panel distribusi
a. Motor Induksi
Arus yang dibutuhkan Arus beban penuh Ia memasok arus listrik ke motor dengan rumus sebagai berikut :
Motor 3 fasa : Ia = Pn x 1,000 / (√3 x U x η x cos ϕ)
Motor 1 fasa : Ia = Pn x 1,000 / (U x η x cos ϕ)
Dimana : Ia:Arus (dalam ampre) Pn: daya nominal (idalam kW) U: tegangan antara fasa-fasa untuk motor 3 fasa dan tegangan antara terminalterminal untuk motor satu fasa yang mungkin dihubungkan secara fasa-netral atau fasa ke fasa. η: efesiensi per-unit, yaitu output kW / input kW cos ϕ: faktor daya, yaitu kW input / kVA input
Arus cabang dan Pengesetan Proteksi
Nilai puncak arus cabang bisa menjadi sangat tinggi, biasanya nilainya 12 sampai 15 kali nilai I
nominal rms, terkadang nilai ini bisa mencapai 25
kalinya.
Pemutus rangkaian (MCB Merlin gerin, kontaktor Telemecanique dan relay panas) dirancang bagi motor dengan arus cabang yang sangat besar (nilai bisa mencapai 19 kali nilai nominal I rms).
16
Jika terjadi pemutusan proteksi arus beban lebih pada saat menghidupkan motor, ini artinya bahwa arus yang dibutuhkan melebihi dari batas normalnya.
Swithgear kebanyakan (seperti Telemecanique dan Merlin Gerin) dirancang untuk menjamin proteksi starting motor terhadap hubung singkat.
.
Arus pengasutan motor Meskipun efesiensi motor yang tinggi dapat ditemukan di pasaran, secara praktis arus starting motornya merupakan standar motor listrik biasa. Penggunaan sistem pengasutan motor hubung bintang delta atau penggunaan Variable speed drive memungkinkan dapat mengurangi arus pengasutan motor.
Kompensasi daya reaktif (kvar) terhadap motor induksi Secara umum, keuntungan teknis maupun finansial adalah untuk mengurangi arus yang dipasok ke motor induksi, hal ini dicapai dengan menggunakan kapasitor tampa memberikan dampak daya output dari motornya. Aplikasi dari prinsip ini adalah untuk pengoperasian motor induksi yang secara umum mengacu pada peningkatan faktor daya atau koreksi faktor daya. Daya nyata (kVA) yang memasok ke sebuah motor induksi, dapat secara signifikan mengurangi nilainya dengan menggunakan kapasitor yang terhubung secara shunt (mengingat tegangannya tetap). Konpensasi daya reaktif, khususnya terutama disarankan untuk motor yang beroperasi pada waktu yang lama dengan daya yang berkurang. Sebagai catatan diatas :
Sehingga pengurangan daya input kVA akan meningkatkan nilai cos ϕ Pembebanan pada Instalasi Tenaga Listrik. Suplai arus ke motor setelah koreksi faktor daya adalah sebagai berikut : 17
Dimana cos ϕ adalah faktor daya sebelum kompensasi dan cos ϕ adalah faktor daya setelah kompensasi, Ia adalah arus awalnya Tabel 2. 3 Contoh perwakilan Nilai arus dan daya operational
.
b. Jenis peranti pemanas resistif dan lampu pijar (konvensional atau halogen)
Permintaan arus/beban untuk penggunaan peralatan pemanas rumah tangga atau lampu pijar secara mudah diperoleh dari daya nominal Pn ( dengan cos ϕ = 1) 18
Gambar 2. 2 Permintaan peralatan rumah tangga yaitu pemanas resistif dan lampu pijar (konvensional ataupun halogen)
Arus yang diberikan adalah :
Kasus 3 fasa :
Kasus 1 fasa : Dimana U adalah tegangan antara terminal dengan peralatan. Lampu fluorescent dan peralatan yang terkait Daya Pn (watt) menunjukan lampu fluorescent yang belum termasuk dengan disipasi daya di dalam Ballast Arus yang diberikan adalah :
19
Dimana U adalah tegangan lampu
Lampu fluorescent tabung standar
cos ϕ = 0.6 dengan tidak ada kapasitor pengoreksi faktor daya
cos ϕ = 0.86 dengan koreksi faktor daya ( tabung tunggal atau tanung ganda )
cos ϕ = 0.96 untuk ballast elektronik.
Jika tidak ada nilai daya yang hilang, maka menunjukan Ballast, tabel dibawah menunjukan 25 % dari Pn yang mungkin digunakan.
Tabel 2. 4 Komsumsi daya untuk lampu tabung fluorescent
Lampu Compact fluorescent Lampu compact fluorescent mempunyai karakteristik yang sama untuk alasan ekonomi dan panjang penggunaannya sebagai tabung yang klasikal. Umumnya digunakan ditempat-tempat umum. Tabel 2. 5 Konsumsi daya dan arus dari lampu compact fluorescent (pada 230 V – 50 Hz).
20
Lampu Discharge Lampu-lampu ini tergantun cahaya pengosongan listrik melalui gas atau g pada debit listrik bercahaya melalui gas atau uap airsenyawa logam, yang terkandung dalam lapisan kedap udara dengan tekanan yang telah ditentukan. Lampu ini memiliki waktu start-up yang panjang, selama arus Ia lebih besar dari arus nominal In. Konsumsi daya dan arus untuk berbagai jenis lampu (nilai rata-rata yang mungkin sedikit berbeda dari satu produsen dengan produsen yang lain). Tabel 2. 6 Contoh konsumsi arus lampu Discharge
21
C. Pembebanan pada Instalasi Tenaga Listrik. Dalam usaha untuk merancang sebuah instalasi, maka permintaan beban maksimum sebenarnya yang harus disuplai oleh sistem power-supply harus di nilai kebutuhannya. Berbasiskan pada rancangan yang hanya pada perhitungan jumlah aritmatika dari semua beban yang ada di instalasi pada prakteknya akan sangat tidak ekonomis, dan buruk. Tujuan dari materi ini adalah untuk menunjukkan beberapa faktor dalam mempertimbangkan keragaman (operasi non simultan dari semua peralatan dari kelompok tertentu) dan pemanfaatan (misalnya motor listrik umumnya tidak dioperasikan pada kemampuan penuh beban, dll) dari semua beban yang ada dan proyeksinya dapat diketahui nilainya. Nilai yang diberikan didasarkan pada pengalaman dan catatan yang diambil dari instalasi yang sebenarnya. Selain menyediakan rancangan data instalasi dasar pada rangkaian tersendiri, hasilnya akan memberikan nilai global untuk instalasi, dari persyaratan sistem suplai (jaringan distribusi, trafo tegangan rendah/tinggi, atau genset) dapat ditentukan.
a. Daya terpasang (kW)
Daya terpasang adalah penjumlahan daya nominal dari semua peralatan yang mengkonsumsi daya didalam sebuah instalasi. Didalam motor-motor listrik, nilai dayanya merujuk ke daya output untuk menggerakan poros, jadi jelas konsumsi daya input akan lebih besar. Lampu Fluorescent and discharge dihubungkan dengan penstabil Ballast dan kasuskasus lain dalam daya nominal yang menunjukkan pada sebuah lampu adalah kurang daya yang dikonsumsinya oleh ballast dan lampu itu sendiri. Kebutuhan daya (kW), diperlukan untuk memilih nilai daya dari genset atau baterai, dan di mana persyaratan penggerak utama (prime mover) harus dipertimbangkan. Untuk catu daya dari jaringan suplai umum tegangan rendah, atau melalui trafo tegangan rendah/menengah, jumlah yang signifikan adalah daya nyata yang dinyatakan dalam kVA.
22
b. Daya Nyata terpasang (kVA)
Daya nyata yang terpasang umumnya diasumsikan sebagai penjumlahan aritmatika dari beban kVA individu. Estimasi maksimum kVA yang harus dipasok tidak sama dengan nilai kVA yang terpasang. Kebutuhan daya nyata dari beban diperoleh dari nilai daya nominal dan aplikasi dari koefisient berikut : η = efisiensi per-unit = output kW / input kW cos ϕ = faktor daya = kW / kVA Kebutuhan daya nyata beban Pa = Pn /(η x cos ϕ) From this value, the full-load current Ia (A)(1) taken by the load will be: Dari nilai ini, arus beban penuh Ia (A) yang digunakan oleh beban akan menjadi : Untuk satu fasa ke netral yang terhubung ke beban : Untuk beban tiga fasa yang seimbang, dimana : V = tegangan fasa ke netral (volt) U = tegangan fasa ke fasa (volt)
23
BAB III Hubungan Utilitas Jaringan Distribusi Tegangan Rendah
Indikator Keberhasilan: Setelah mengikuti pembelajaran ini siswa diharapkan dapat memahami Hubungan utilitas jaringan distribusi tegangan rendah
A. Utilitas Jaringan Distribusi Tegangan Rendah. Konsumen tegangan rendah, menurut definisi, adalah semua konsumen yang mendapatkan suplai lisrtik yang cukup dari sistem tegangan rendah di wilayah mereka. Standar internasional untuk tegangan 3-fase 4-kawat sistem LV dianjurkan oleh IEC 60038 menjadi 230/400 V. Tabel 3. 1 Tegangan dari Jaringan tegangan rendah lokal dan hubungan diagram rangkaiannya
24
Gambar 3. 1 Tegangan darijaringan tegangan rendah lokal dan diagram rangkaian yang terkait
Konsumen perumahan dan komersial Fungsi dari distributor "induk" tegangan rendah adalah untuk menyediakan koneksi layanan (kabel bawah tanah atau saluran udara) ke sejumlah konsumen di sepanjang rute. Persyaratan nilai arus listrik oleh distributor, dengan estimasi dari sejumlah konsumen yang terhubung dan permintaan rata-rata per konsumen. Dua parameter yang membatasi distributor adalah:
Maksimum arus listrik yang mampu didistribusikan, dan
Maksimal Panjang kabel yang, ketika distribusi arus maksimum, tidak akan 25
Melebihi aturan batas drop tegangan. Kendala ini berarti bahwa besarnya beban yang digunakan untuk dihubungkan dengan distribusi induk tegangan rendahnya, yang perlu dibatasi. Untuk rentang dari sistem tegangan rendah yang sudah disebutkan, yaitu : 120 V satu fasa ke 240/415 V 3-fase, maksimum khas beban yang diizinkan terhubung ke distributor tegangan
rendah mungkin menjadi
seperti pada tabel
dibawah ini :
Tabel 3. 2 Maksimum beban yang diizinkan yang terhubung ke distributor tegangan rendah
Jaringan Distribusi Tegangan Rendah Standar level tegangan distribusi 3-fase 4-kawat di negara-negara eropa adalah 230/400 V, dan saat ini, banyak negara telah mengubah sistem tegangan rendahnya ke IEC yang terbaru. Perkotaan dari ukuran menengah sampai perkotaan yang besar memiliki sistem distribusi kabel bawah tanah. Gardu distribusi tegangan menengah/rendahnya, saling berjarak sekitar 500-600 meter, biasanya dilengkapi dengan:
Panel 3 atau 4 jalur
tegangan rendah, seringnya bentuk ring utama
terbentuk dari pemutus beban keluar dan masuk, dan satu atau dua MV pemutus rangkaian tegangan menengah atau gabungan saklar fuse / pemutus beban untuk sirkuit transformator
Satu atau dua trafo 1000 kVA tegangan menengah/rendah
Satu atau dua (gabungan) panel distribusi 3 fasa 4 kawat gabungan untuk 6 atau 8 jalur tegangan rendah, atau kasus panel pemutus rangkaian, 26
mengendalikan dan melindungi panel
distribusi kabel 4 inti yang keluar
umumnya disebut sebagai "distributor".
Output dari trafo terhubung ke busbar tegangan rendah melalui saklar pemutus beban. Di daerah padat penduduk, ukuran standar distributor ditempatkan membentuk jaringan, dengan (biasanya) satu kabel sepanjang trotoar dan 4 jalur link box yand tempatkan di lubang-lubang got di sudut-sudut jalan, dengan dua kabel yang menyeberang.
Tren terbaru adalah menggunakan lemari yang tahan berbagai cuaca yang ditempatkan di atas permukaan tanah, ataupun di dinding. Link-link dimasukkan sedemikian rupa sehingga distributor membentuk rangkaian radial yang berasal dari gardu dengan cabang-cabang yang terbuka, seperti terlihat pada gambar 3.2.
Dimana link box ini menyatukan distributor dari satu gardu dengan gardu tetangga yang lainnya, fasa link dihilangkan atau diganti dengan sekering, tetapi link netral tetap di tempatkan.
27
Gambar 3. 2 Menunjukkan salah satu dari beberapa cara di mana jaringan distribusi tegangan rendah dapat disusun untuk operasi distributor bercabang radial, dengan menghapus (fasa) Link.
B. Pentarifan dan meter. Perkembangan terkini dalam metering elektronik dan mikro-prosesor, bersama-sama dengan pengendali ripple jarak jauh dari pusat pengendali utilitas (untuk mengubah pewaktuan periode puncak sepanjang tahun, dll) yang sekarang sudah beroperasional. Kebanyakan negara, beberapa tarif, seperti disebutkan di atas, yang sebagian didasarkan pada permintaan kVA, selain konsumsi kWh, selama periode penagihan (seringnya interval 3-bulanan).
28
Permintaan maksimum yang terdaftar oleh meter untuk dijelaskan, adalah, pada kenyataannya, maksimum (yaitu tertinggi) rata-rata permintaan kVA terdaftar untuk periode berikutnya selama interval penagihan.
Gambar 3.3 menunjukkan kurva permintaan kVA selama dua jam dibagi menjadi periode-periode berikutnya untuk setiap 10 menit. Meter mengukur nilai rata-rata kVA selama setiap periode 10 menit ini.
Gambar 3. 3 Nilai maksimum rata-rata kVA selama interval 2 jam
Meter kVAh mirip dengan meter kWh tapi hubungan fasa arus dan tegangan telah dimodifikasi sehingga pengukuran kVAh akan efektif (kilo volt-amper-jam), lebih jauh lagi, malahan memiliki lempengan dekade counter, seperti dalam kasus kWh meter konvensional, alat ini memiliki penunjuk berputar. Ketika penunjuk itu berputar dan mengukur kVAh dan mendorong indikator merah sebelumnya, pada akhir 10 menit, penunjuk akan memiliki bagian jalur lempeng yang
berputar
(dirancang
sedemikian
rupa
sehingga
tidak
pernah
bisa
menyelesaikan satu revolusi dalam 10 menit), dan kemudian secara elektrik akan mereset ke posisi nol, untuk memulai periode 10 menit lagi berikutnya. Indikator merah masih tetap pada posisi yang dicapai oleh penunjuk pengukuran, dan posisi itu, berhubungan dengan besarnya kVAh (kilo volt-ampere--jam) yang diambil oleh beban dalam 10 menit, malahan lempengan yang ditandai dalam kVAh pada titik tersebut, dan dapat ditandai dalam satuan rata-rata kVA. 29
Seandainya titik pada indikator merah mencapai 5 kVAh, Hal ini diketahui bahwa variasi besarnya kVA dari daya nyata, mengalir selama10 menit, yaitu dapat dikatakan 1/6 jam. Jika saat ini, 5 kVAh dibagi dengan sejumlah jam, maka kVA ratarata untuk periodenya dapat diperoleh. Dalam hal ini kVA rata-rata untuk periode tersebut akan menjadi :
Setiap titik di sekitar lempengan akan ditandai serupa yaitu gambaran angka untuk rata-rata kVA akan menjadi 6 kali lebih besar dari nilai kVAh pada suatu titik tertentu. Alasan yang sama yang dapat diterapkan pada interval waktu resetnya. Pada akhir periode penagihan, indikator merah akan berada pada nilai maksimum dari semua nilai rata-rata yang terjadi pada periode penagihan.
Indikator merah akan diatur ulang ke nol kembali pada awal setiap periode penagihan. Electromechanical meter adalah jenis alat ukur yang dapat menjelaskan secara cepatkan yang digantikan dengan instrumen elektronik. Prinsip-prinsip pengukuran dasar tersebut yang diterapkan sekarang pada meter elektronik.
30
BAB IV Pedoman Pemilihan Arsitektur Tegangan Rendah
Indikator Keberhasilan: Setelah mengikuti pembelajaran ini siswa diharapkan dapat memahami Pedoman pemilihan arsitektur tegangan rendah A. Proses Penyederhanaan Perancangan Arsitektur Tegangan Rendah. 1. Rancangan Arsitektur Rancangan arsitektur dipertimbangkan dalam dokumen ini diposisikan sebagai draft tahap rancangan. Hal ini biasanya mencakup tingkat
distribusi utama tegangan
menengah/rendah, distribusi daya tegangan rendah, dan kekecualian tingkat distribusi terminal.
Gambar 4. 1 Contoh diagram satu garis Rancangan arsitektur distribusi listrik dapat digambarkan dengan 3 tahapan proses, dengan kemungkinan berulang. Proses ini didasarkan pada perhitungan karakteristik instalasi dan kriteria yang harus dipenuhi. Seluruh proses dijelaskan secara singkat dalam paragraf berikut dan diilustrasikan seperti yang ditunjukan pada gambar. Proses yang dijelaskan dalam dokumen ini
31
tidak dimaksudkan sebagai satu-satunya solusi. Dokumen ini adalah panduan dimaksudkan untuk penggunaan untuk para perancang instalasi listrik.
Gambar 4. 2 Diagram alir untuk pemilihan arsitektur distribusi listrik Tahap (Step) 1: Pemilihan arsitektur distribusi yang mendasar Hal Ini melibatkan pendefinisian fitur umum dari instalasi listrik. Hal ini didasarkan pada
pertimbangan
karakteristik
makroskopik
mengenai
instalasi
dan
penggunaannya. 32
Karakteristik ini berdampak pada koneksi ke jaringan kerja di hulu, rangkaian tegangan menengah, sejumlah gardu trafo, dan lain-lain. Pada akhir tahap ini, kita memiliki beberapa solusi distribusi diagram skematik, yang digunakan sebagai titik awal untuk membuat diagram satu garisnya. Pilihan tetapnya dikonfirmasi pada akhir tahap 2.
Tahap (Step) 2 : Pemilihan rincian arsitekstur Tahap Ini melibatkan pendefinisian instalasi listrik secara lebih rinci. Tahap ini didasarkan pada hasil dari tahap sebelumnya, serta memenuhi kriteria relatif terhadap pelaksanaan dan pengoperasian instalasi. Proses berulang kembali ke tahap 1 jika kriteria tidak memenuhi syarat. Proses berulang memungkinkan beberapa kombinasi kriteria penilaian yang akan dianalisis. Pada akhir langkah ini, kita memiliki diagram satu garis yang rinci.
Tahap (Step) 3 : Pilihan peralatan Pemilihan peralatan yang akan dilaksanakan, dilakukan dalam tahap ini, dan hasilnya peralatan yang akan digunakan berdasarkan dari pilihan arsitektur. Pilihan yang dibuat berdasarkan katalog produsen, untuk memenuhi kriteria tertentu. Tahap ini diulang kembali ke tahap 2 jika karakteristik tidak memenuhi syarat.
Penilaian Tahap Penilaian ini memungkinkan petugas Teknik untuk memiliki gambaran sebagai dasar acuan untuk didiskusikan dengan pelanggan dan pemain lain. Sesuai dengan hasil dari diskusi ini, dimungkin untuk ke proses tahap 1 tergantung dari hasil diskusi tersebut.
B. Karakteristik Instalasi Listrik. Karakteristik utama instalasi ini memungkikan pendefinisian yang mendasarkan dan rinci untuk arsitekstur distribusi tenaga listrik. Untuk setiap karakteristik ini, kita menyediakan definisi dan kategori berbeda atau nilai yang mungkin. 1. Kegiatan Definisi : Kegiatan ekonomi utama yang dilakukan di tempat instalasi.
33
Daftar indikasi sektor dipertimbangkan untuk bangunan industri :
Pabrik
minuman dan makanan
logistik
Daftar indikasi sektor dipertimbangkan untuk bangunan tersier :
Bangunan kantor
Hypermarket
Mall-mall pusat perbelanjaan
2. Topologi situs Definisi : Karakteristik arsitektur bangunan (s), dengan mempertimbangkan jumlah bangunan, jumlah lantai, dan luas permukaan dari setiap lantai.
Kategori yang berbeda :
bangunan bertingkat satu (Single storey building)
bangunan bertingkat (Multi-storey building)
beberapa tempat bangunan(Multi building site)
bangunan bertingkat tinggi(high-rise building)
3. Layout ketinggian Definisi Pertimbangan Karakteristik kendala dalam hal tata letak peralatan listrik di gedung :
Estetika,
aksesibilitas,
adanya lokasi khusus,
penggunaan koridor secara teknis (per lantai),
penggunaan saluran secara teknis (vertikal). 34
4. Kehandalan Pelayanan Definisi Kemampuan sistem tenaga listrik untuk memenuhi fungsi suplai listriknya di bawah kondisi yang dinyatakan untuk periode waktu tertentu.
Perbedaan Kategori :
Minimum: tingkat kehandalan pelayanan mengandung risiko gangguan yang berhubungan dengan kendala yang geografis, teknis atau ekonomi
Standar :
Peningkatan : tingkat kehandalan layanan dapat diperoleh dengan langkahlangkah khusus yang diambil untuk mengurangi kemungkinan gangguan
5. Perawatan Definisi Fitur masukan selama desain untuk membatasi dampak dari tindakan pemeliharaan pada operasi keseluruhan atau bagian dari instalasi.
Perbedaan Kategori :
Minimum:
instalasi
harus
dihentikan
untuk
melaksanakan
operasi
pemeliharaan.
Standar: operasi pemeliharaan dapat dilakukan selama pelaksanaan operasi instalasi, tetapi dengan kinerja kurang bagus.
Peningkatan : langkah-langkah khusus yang diambil untuk memungkinkan operasi pemeliharaan tanpa mengganggu operasi instalasi.
6. Fleksibilitas instalasi Definisi Kemungkinan untuk memudahkan penyaluran listrik dalam instalasi, atau untuk memudahkan meningkatkan suplai daya listrik pada titik-titik tertentu.
Perbedaan Kategori : 35
Tidak fleksibel : posisi beban tetap disepanjang siklus, karena gangguan yang tinggi yang terkait dengan konstruksi bangunan atau bobot yang tinggi dari proses yang di suplai.
Fleksibilitas desain : jumlah titik penyaluran, daya beban atau lokasinya yang tidak diketahui secara tepat.
Fleksibilitas Pelaksanaan : beban dapat dipasangkan setelah instalasi selesai dijalankan
Fleksibilitas operasi: posisi beban akan berfluktuasi, sesuai dengan proses reorganisasi.
7. Tuntutan permintaan daya listrik Definisi Jumlah beban daya nyata (dalam kVA), yang diterapkan untuk koefisien penggunaan. Hal Ini merupakan daya maksimum yang dapat dikonsumsi pada waktu tertentu untuk instalasi, dengan kemungkinan overload terbatas yang berlangsung singkat. Rentang daya yang signifikan yang berhubungan dengan batas daya trafo yang paling sering digunakan :
< 630kVA
dari 630 sampai 1250kVA
dari 1250 sampai 2500kVA
> 2500kVA
8. Distribusi beban Definisi Karakteristik yang berkaitan dengan keseragaman distribusi beban (dalam kVA / m²) di area atau di seluruh bangunan.
Perbedaan Kategori ;
Distribusi seragam: beban umumnya dari unit daya rata-rata atau rendah dan menyebar ke seluruh luas permukaan atau atas area yang luas dari bangunan (uniform density). 36
distribusi menengah: beban umumnya daya menengah, ditempatkan dalam kelompok atas seluruh luas permukaan bangunan
beban lokal: beban umumnya adalah daya listrik tinggi dan dilokalisasi di beberapa daerah bangunan (non-uniform density).
9. Sensitivitas Gangguan Daya Definisi Bakat dari rangkaian untuk menerima gangguan listrik.
Perbedaan Kategoori :
Rangkaian "Sheddable" : memungkin tidak aktif setiap saat untuk durasi tidak terbatas.
Interupsi lama dapat diterima : waktu interupsi > 3 menit
Interupsi singkat dapat diterima : waktu interupsi < 3 menit
Tidak ada interupsi yang dapat diterima.
C. Kriteria Penilaian Arsitektur Tegangan Rendah. Kriteria tertentu yang menentukan adalah penilaian pada akhir 3 tahapan dalam pendefinisian arsitektur, yaitu untuk memvalidasi pilihan arsitektur yang ditetapkan. Kriteria ini tercantum bawah dengan tingkat alokasi prioritas yang berbeda.
10. Waktu kerja Ditempat Kerja Tingkat prioritas yang berbeda:
Sekunder: waktu kerja di tempat dapat diperpanjang, jika hal ini memberikan pengurangan biaya instalasi keseluruhan
Khusus : waktu kerja di tempat harus diminimalkan, tanpa menghasilkan kelebihan biaya apapun yang signifikan,
Kritis : waktu kerja di tempat harus dikurangi sedapat mungkin, imperatif, bahkan jika hal ini menghasilkan total biaya instalasi lebih tinggi. 37
11. Dampak lingkungan Tingkat prioritas yang berbeda:
Tidak signifikan : kendala lingkungan yang tidak diberikan pertimbangan khusus,
Minimal : instalasi tersebut dirancang dengan persyaratan peraturan minimum,
Proaktif : instalasi tersebut dirancang dengan perhatian khusus untuk melindungi lingkungan.
12. Tingkat pemeliharaan pencegahan Definisi Jumlah jam dan kecanggihan pemeliharaan yang dilakukan selama operasi sesuai dengan rekomendasi produsen adalah untuk menjamin operasi yang handal dari instalasi dan mempertahankan tingkat kinerja (menghindari kegagalan: pemutusan, down time, dll). Perbedaan Kategori :
Standar: sesuai dengan rekomendasi produsen.
Peningkatan : menurut rekomendasi produsen, dengan lingkungan berat (Severe environment)
Khusus : rencana pemeliharaan khusus, memenuhi persyaratan yang tinggi untuk kelangsungan layanan, serta membutuhkan tenaga kerja dengan tingkat kompetensi yang tinggi untuk pemeliharaan ini.
13. Ketersediaan pasokan daya listrik definisi: Kemungkinan untuk hal ini bahwa instalasi listrik mampu men-suplai daya sesuai dengan kebutuhan spesifikasi peralatan itu. Hal ini dinyatakan oleh tingkatan ketersediaan yaitu : Ketersediaan (%) = (1 - MTTR / MTBF) x 100 38
MTTR (Mean Time To Repair) : adalah waktu rata-rata untuk membuat sistem kelistrikan sekali lagi beroperasi kembali menyusul kegagalan (termasuk deteksi alasan kegagalan, perbaikan dan re-commissioning). MTBF (Mean Time Between Failure): adalah pengukuran rata-rata waktu yang operasional sistem tenaga listrik dan karena itu memungkinkan operasi yang benar dari aplikasinya. Kategori ketersediaan yang berbeda hanya dapat didefinisikan untuk jenis instalasi tertentu, contohnya rumah sakit, pusat data dan lain-lain
D. Pemilihan Arsitektur Dasar. Diagram satu garis dapat dipecah menjadi bagian-bagian utama yang berbeda yang menentukan seluruh proses dalam 2 tahap berturut-turut. tahap pertama adalah sebagai berikut :
koneksi ke jaringan utilitas,
konfigurasi rangkaian tegangan rendah,
jumlah trafo daya,
jumlah dan distribusi gardu trafo,
generator cadangan tegangan rendah
14. Koneksi ke jaringan upstream Konfigurasi utama untuk kemungkinan koneksi adalah sebagai berikut :
layanan tegangan rendah,
layanan single line tegangan menengah,
layanan ring-main Tegangan menengah,
duplikasi layanan suplai tegangan menengah,
duplikasi layanan suplai tegangan menengah dengan busbar ganda.
Meter pengukuran, pengamanan, perangkat pemutusan, terletak di gardu penyaluran tidak dinyatakan dalam diagram berikut. Untuk setiap koneksi, satu trafo tunggal seperti yang ditunjukkan untuk tujuan penyederhanaan, tetapi dalam prakteknya, beberapa trafo dapat terhubung. (MLVS: Main Low Voltage Switchboard) 39
Gambar 4. 3 Diagram Koneksi jaringan tegangan rendah ke jaringan utilitas
15. Konfigurasi Tegangan menengah Konfigurasi koneksi utama mungkin adalah sebagai berikut :
feeder tunggal,satu atau beberapa trafo 40
open ring, satu tegangan menengah yang masuk
open ring, dua tegangan menengah yang masuk
Konfigurasi dasar adalah arsitektur radial dengan feeder tunggal, serta dengan satu trafo tunggal. Dalam kasus menggunakan beberapa trafo, tidak ada ring direalisasikan kecuali semua trafo terletak di gardu yang sama.
Gambar 4. 4 konfigurasi rangkaian tegangan menengah 41
16. Jumlah dan distribusi gardu trafotegangan menengah/rendah Karakteristik utama yang dipertimbangkan untuk menentukan gardu transformasi:
Luas permukaan bangunan atau situs
Kebutuhan daya, (dibandingkan dengan standar trafo daya),
distribusi beban
Konfigurasi dasar yang umum terdiri dari satu gardu tunggal. faktor-faktor tertentu berkontribusi untuk meningkatkan jumlah gardu (> 1) :
Area permukaan luas (> 25000m ²),
Tempat konfigurasi: ada beberapa bangunan,
Jumlah daya> 2500KVA,
Sensitivitas terhadap gangguan : kebutuhan untuk redundansi dalam kasus kebakaran.
17. Jumlah trafo Tegangan menengah/rendah Karakteristik utama yang dipertimbangkan untuk menentukan jumlah trafo adalah sebagai beikut :
Luas Permukaan bangunan atau tempat
Jumlah daya untuk beban terpasang
Sensitivitas rangkaian terhadap gangguan listrik
Sensitivitas rangkaian terhadap gangguan
skalabilitas Instalasi
18. Generator Cadangan Tegangan Menengah Karakteristik utama yang dipertimbangkan untuk mengimplementasikan generator cadangan tegangan menengah adalah sebagai berikut :
Aktifitas di tempat/lingkungannya
Total daya untuk beban yang terpasang
Sensitivitas rangkaian terhadap gangguan daya
Ketersediaan jaringan distribusi milik umum. 42
E. Pemilihan Arsitektur Tegangan Rendah Dasar Terinci. Ini adalah tahap kedua dalam perancangan instalasi listrik. Selama tahap ini kita melaksanakan pilihan berikut ini dilakukan:
Layout,
Distribusi tersentralisasi atau desentralisasi,
Adanya generator cadangan,
Adanya suplai listrik yang tidak pernah terputus,
Konfigurasi rangkaian tegangan rendah,
kombinasi Arsitektur
19. Layout Panduan pemilihan :
Tempatkan sumber daya listrik sedekat mungkin dengan tempat konsumen menggunakan listrik,
Kurangi yang berhubugan dengan masalah : bangunan yang digunakan untuk workshop yang terlalu ketat aturannya, misalnya suhu, adanya getaran dan debu, dan lain-lain,
Penempatan alat berat (transformer, generator, dll) dekat dengan dinding atau tempat untuk memudahkan pemeliharaan
43
Gambar 4. 5 Penempatan sumber daya listrik
20. Layout Terdistribusi atau terpusat Dalam layout terpusat, konsumen terhubung ke sumber listrik dengan pola star connection.
44
Gambar 4. 6 Layout terpusat dengan titik yang terhubung deng titik yang lain.
Dalam layout desentralisasi, konsumen terhubung dengan sumber daya listrik dengan pola busway.
Gambar 4. 7 Layout desentralisasi dengan penghubungnya trunking busbar
45
21. Adanya Uninterruptible Power Supply (UPS) Sumber daya listrik dari UPS disuplai dari unit penyimpanan, sistem ini memungkinkan untuk menghindari kegagalan daya dan waktu cadangannya dari sistem ini membatasi waktu dari beberapa menit hingga beberapa jam.
Gambar 4. 8 Konesi ke UPS
22. Konfigurasi Rangkaian Tegangan Rendah
konfigurasi Radial dengan feeder tunggal : Konfigurasi Ini adalah konfigurasi referensi dan yang paling sederhana. Sebuah beban terhubung hanya ke satu sumber. konfigurasi ini memberikan tingkatan minimum ketersediaan sumber, karena tidak ada redundansi dalam kasus kegagalan sumber daya listrik.
46
Konfigurasi dua kutub : Konfigurasi ini menerima suplai daya listriknya yang disediakan oleh 2 trafo, yang terhubung ke saluran tegangan menengah yang sama. Ketika transformator berdekatan, umumnya terhubung secara paralel dengan MLVS sama.
Varian: dua kutub dengan dua ½ MLVS : Dalam konfigurasi ini, untuk meningkatkan ketersediaan dalam kasus kegagalan busbar atau pemeliharaan pada salah satu trafo, maka memungkinkan untuk membagi MLVS menjadi 2 bagian, dengan hubungan terbuka (open link) secara normalnya (NO). Konfigurasi seperti ini biasanya memerlukan Automatic Transfer Switch, (ATS).
Panel Shedable (simple disconnectable attachment): Konfigurasi ini merupakan Serangkaian Rangkaian “shedable” yang dapat terhubung ke panel khusus.
Panel Interkoneksi : Untuk konfigurasi ini, Jika trafo yang secara fisik jauh dari yang lainnya, memungkin trafo-trafo ini terhubung melalui trunking busbar.
Konfigurasi ring : Konfigurasi ini dapat dianggap sebagai perluasan dari konfigurasi dengan interkoneksi antara panel-panel.
Double-ended power supply : Konfigurasi ini diterapkan dalam kasus di mana ketersediaan maksimum diperlukan.
47
Kombinasi konfigurasi : Konfigurasi ini merupakan Instalasi yang dapat terdiri dari beberapa gabungan dengan konfigurasi yang berbeda, sesuai dengan kebutuhan untuk ketersediaan berbagai jenis beban.
Gambar 4. 9 Konfigurasi Radial Single feeder
Gambar 4. 10 Konfigurasi dua Kutub
48
Gambar 4. 11 Konfigurasi dua kutub dengan 2 ½ MLVS dan NO link
Gambar 4. 12 Shedable Switchboard
49
Gambar 4. 13 Panel Interkoneksi
Gambar 4. 14 Konfigurasi Ring
50
Gambar 4. 15 Konfigurasi Double ended dengan ATS
Gambar 4. 16 Kombinasi konfigurasi dengan : 1. Single feeder, 2. Panel interkoneksi dan 3 double ended
51
Tabel 4. 1 Konfigurasi rangkaian tegangan rendah
52
B. Pemilihan Peralatan.
Pemilihan peralatan nerupakan tahapan ke 3 dalam rancangan instalasi listrik. Tujuan dari tahap ini adalah untuk
memilih peralatan dari katalog produsen.
Pemilihan untuk solusi teknologi dihasilkan dari pemilihan arsitektur.
Daftar peralatan yang perlu dipertimbangkan :
Gardu tegangan menengah/rendah,
Panel tegangan menengah,
Trafo,
Panel tegangan rendah,
Trunking Busbar,
Unit-unit UPS,
Koreksi faktor daya dan peralatan penyaringan.
Kriteria untuk dipertimbangkan :
Suasana dan lingkungan,
Indeks layanan,
Menawarkan ketersediaannya per negara,
Persyaratan utilitas,
Pemilihan arsitektur sebelumnya.
53
BAB V Distribusi Tegangan Rendah
Indikator Keberhasilan: Setelah mengikuti pembelajaran ini siswa diharapkan dapat memahami distribusi tegangan rendah
Sistem pentanahan mulai dikenal pada tahun 1900. Sebelumnya sistem-sistem tenaga listrik tidak diketanahkan karena ukurannya masih kecil dan tidak membahayakan. Namun setelah sistem-sistem tenaga listrik berkembang semakin besar dengan tegangan yang semakin tinggi dan jarak jangkauan semakin jauh, baru diperlukan sistem pentanahan. Kalau tidak, hal ini bisa menimbulkan potensi bahaya listrik yang sangat tinggi, baik bagi manusia, peralatan dan sistem pelayanannya sendiri.
Sistem pentanahan adalah sistem hubungan penghantar yang menghubungkan sistem, casing peralatan dan instalasi dengan bumi/tanah sehingga dapat mengamankan manusia dari sengatan listrik, dan mengamankan komponenkomponen instalasi dari bahaya tegangan/arus abnormal. Oleh karena itu, sistem pentanahan menjadi bagian yang penting dari sistem tenaga listrik. Pentanahan tidak terbatas pada sistem tenaga saja, namun mencakup juga sistem peralatan elektronik, seperti telekomunikasi, komputer, kontrol di mana diterapkan komunikasi data secara intensif dan sangat peka terhadap interferensi gelombang elektromagnet dari luar. Pentanahan di sini lebih dititik-beratkan pada keterjaminan sinyal dan pemrosesannya. Oleh karena itu, secara umum, tujuan sistem pentanahan adalah: 1. Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan normal atau tidak dari tegangan sentuh dan tegangan langkah; 2. Menjamin kerja peralatan listrik/elektronik; 3. Mencegah kerusakan peralatan listrik/elektronik; 4. Menyalurkan energi serangan petir ke tanah; 5. Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya flashover 54
ketika terjadi transient; 6. Mengalihkan energi RF liar dari peralatan-peralatan seperti: audio, video, kontrol, dan komputer.
A. Pola Pembumian. Definisi Penyeragaman Pola Pembumian Pentanahan titik netral dari sistem tenaga merupakan suatu keharusan pada saat ini, karena sistem sudah demikian besar dengan jangkauan yang luas dan tegangan yang tinggi. Pentanahan titik netral ini dilakukan pada alternator pembangkit listrik dan transformator daya pada gardu-gardu induk dan gardu-gardu distribusi.
Ada bermacam-macam sistem pentanahan, antara satu dan lainnya mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Berikut ini adalah jenis pentanahan titik netral yang umum digunakan, jenis pentanahan sistem akan menentukan pola proteksinya, oleh karena itu, jenis pentanahan ini sangat penting diketahui.
Ada lima macam skema pentanahan netral sistem daya, yaitu: 1. TN (Terra Neutral) System, terdiri dari 3 jenis skema, yaitu: a. TN-C, b. TN-C-S, dan c. TN-S 2. TT (Terra Terra) 3. IT (Impedance Terra) (Terra = bhs Perancis yang berarti bumi atau tanah)
TN-C (Terra Neutral-Combined): Saluran Tanah dan Netral-Disatukan
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman disatukan pada sistem secara keseluruhan. Semua bagian sistem mempunyai saluran PEN (Protective Earth and
55
Neutral) yang merupakan kombinasi antara saluran N dan PE, disini seluruh bagian sistem mempunyai saluran PEN yang sama.
Gambar 5. 1 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C)
TN-C-S (Terra Neutral-Combined-Separated), Saluran Tanah dan Netral disatukan dan dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman dijadikan menjadi satu saluran pada sebagian sistem dan terpisah pada sebagian sistem yang lain. Sistem TN-C dan TN-S dapat digunakan dalam instalasi yang sama, di dalam sistem TN-C-S, sistem TN-C (4 kabel) tidak pernah boleh digunakan di akhir dari sistem TN-S (5kabel), mengingat secara tidak sengaja, gangguan pada netral pada bagian awal akan menjadi gangguan pada konduktor pengamannya di bagian akhirnya dan ini berbahaya.
56
Gambar 5. 2 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TN- CS)
TN-S (Terra Neutral-Separated): Saluran Tanah dan Netral-dipisah
Pada sistem ini saluran netral dan saluran pengaman terdapat pada sistem secara keseluruhan. Jadi semua sistem mempunyai dua saluran N dan PE secara tersendiri (separated).
Gambar 5. 3 Saluran Tanah dan Netral dipisah (TN-S)
TT (Terra Terra) system: Saluran Tanah dan Tanah
Sistem yang titik netralnya disambung langsung ke tanah, namun bagian-bagian instalasi yang konduktif disambungkan ke elektroda pentanahan yang berbeda (berdiri sendiri).
57
Gambar 5. 4 Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah (TT)
IT (Impedance Terra) System: Saluran Tanah melalui Impedansi
Sistem rangkaian tidak mempunyai hubungan langsung ke tanah namun melalui suatu impedansi, sedangkan bagian konduktif instalasi dihubung langsung ke elektroda pentanahan secara terpisah. Sistem ini juga disebut sistem pentanahan impedansi.
Ada beberapa jenis sambungan titik netral secara tidak langsung ini, yaitu melalui reaktansi, tahanan dan kumparan petersen. Antara ketiga jenis media sambungan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan. Namun, secara teknis jenis sambungan kumparan petersen yang mempunyai kinerja terbaik, namun harganya yang mahal.
58
Gambar 5. 5 Saluran Tanah Melalui Impedansi (IT)
Gambar 5. 6 Sistem IT (Netral dengan impedansi yang ditanahkan)
59
1. Karakteristik dari Sistem TT, TN dan IT Sistem TT
Gambar 5. 7 Sistem TT
Karakteristik Utama
Solusi termudah untuk merancang dan memasang instalasinya, digunakan pada instalasi yang disuplai secara langsung oleh distribusi tegangan rendah milik umum yang ada pada jaringan.
Tidak
memerlukan
monitoring
yang
terus
menerus
selama
operasi
berlangsung (pemeriksaan secara periodik mungkin perlu dilakukan)
Proteksi di jamin oleh peralatan khusus, Residual current devices (RCD) yang juga mencegah terjadinya resiko kebakaran ketika peralatan tersebut di set kurang sama dengan dari 500 mA.
Setiap kesalahan penyekatan/isolasi akan menghasilkan gangguan pada suplai daya
Beban atau bagian instalasi, selama operasi normal akan menyebabkan kebocoran arus yang besar, maka diperlukan pengukuran khusus untuk mencegah pada kesulitan pemutusan.
60
Sistem TN
Gambar 5. 8 Sistem TN-C
Gambar 5. 9 Sistem TN-S
Karakteristik Utama
Memerlukan instalasi elektroda pembumian pada jarak yang teratur diseluruh instalasi
Memerlukan pemeriksaan awal pada saat pemutusan efektif untuk kesalahan isolasi yang pertama yang dilakukan melalui perhitungan selama tahap perancangan, diikuti dengan pengukuran yang harus dilakukan untuk memastikan terjadinya pemutusan selama pemasangan (commissioning) 61
Memerlukan modifikasi yang dirancang dan dilaksanakan oleh teknisi listrik yang memiliki kualifikasi dalam bidangnya.
Mungkin menghasilkan kerusakan yang lebih besar pada kumparan putar mesin, dalam kasus kesalahan isolasi
Kemungkinan terjadinya resiko kebakaran akibat bahaya yang lebih besar dari adanya arus listrik yang besar.
Sistem IT
Gambar 5. 10 Sistem IT
Karakteristik Utama
Solusi yang memberikan jaminan kelangsungan pelayanan selama operasi
Menjamin sistematis pencegahan dari kegagalan suplai
Secara umum digunakan pada instalasi yang di suplai oleh tegangan trafo menengah/rendah milik swasta
Memerlukan personil pemeliharaan dalam monitoring dan pengoperasiannya
62
Memerlukan penyekatan tingkat tinggi di jaringan (kemungkinan terjadinya kebocoran arus listrik yang besar)
Pemeriksaan pada saat pemutusan untuk kesalahan yang simultan yang harus dilaksanakan melalui perhitungan selama tahap perancangan, diikuti dengan
pengukuran
yang
harus
dilakukan
selama
pemasangan
(commissioning) untuk setiap grup interkoneksi bagian konduktif yang terbuka
Pengamanan penghantar netral harus dijamin
2. Kriteria Pemilihan sistem TT, TN dan IT Dalam konteks perlindungan proteksi terhadap manusia, tiga system earthing arrangements (SEA) yang ekivalen jika semua aturan instalasi dan pengoperasian diikuti dengan benar, akibatnya pemilihan sistem tidak lagi tergantung pada kriteria keamanan.
Pemilihan ditentukan oleh faktor-faktor berikut ini :
Semuanya diatas adalah regulasi yang dapat diterapkan pada beberapa kasus yang menentukan tipe tertentu dari SEA
Keduanya, keputusan dari pemilik perusahaan swasta jika suplai daya melalui trafo tegangan menengah/rendah milik swasta atau memiliki pembangkit listrik sendiri
Keputusan SEA untuk perancang jaringan, yaitu harus mencakup :
Persyaratan pengoperasian dan kondisi pengoperasian
Karakteristik khusus dari jaringan dan beban
63
Tabel 5. 1 Perbandingan system earthing arrangements (SEA)
64
65
Tabel 5. 2 Pengaruh jaringan kerja dan beban pada pemilihan system earthing arrangements (SEA)
66
67
68
3. Pemilihan Metode Pentanahan Jaringan kerja “Island” Jaringan “island”
artinya trafo tegangan rendah/rendah memungkinkan untuk
optimisasi pemilihan metoda pentanahan, dapat digunakan terutama dalam memenuhi persyaratan yang khusus.
Gambar 5. 11 TN-S island dalam sebuah sistem IT
Gambar 5. 12 IT island dalam sebuah sistem TN-S
69
Kesimpulan
Optimisasi performansi dari seluruh instalasi menentukan pemilihan sistem pentanahan, termasuk :
Investasi awal, dan
Biaya operasional di masa mendatang, sulit untuk di nilai, yang dapat muncul dari kekurangan reliabilitas, kualitas peralatan, keamanan, keberlangsungan pelayanan dan sebagainya.
4. Instalasi dan pengukuran elektroda pembumian
Tahanan pentanahan harus sekecil mungkin untuk menghindari bahaya-bahaya yang ditimbulkan oleh adanya arus gangguan tanah. Hantaran netral harus diketanahkan di dekat sumber listrik atau transformator, pada saluran udara setiap 200 m dan di setiap konsumen. Tahanan pentanahan satu elektroda di dekat sumber listrik, transformator atau jaringan saluran udara dengan jarak 200 m maksimum adalah 10 Ohm dan tahanan pentanahan dalam suatu sistem tidak boleh lebih dari 5 Ohm.
Seperti yang telah disampaikan di atas bahwa tahanan pentanahan diharapkan bisa sekecil
mungkin.
Namun
dalam
prakteknya
tidaklah
selalu
mudah
untuk
mendapatkannya karena banyak faktor yang mempengaruhi tahanan pentanahan.
Faktor-faktor yang mempengaruhi besar tahanan pentanahan adalah:
Bentuk elektroda. Ada bermacam-macam bentuk elektroda yang banyak digunakan, seperti jenis batang, pita dan pelat.
Jenis bahan dan ukuran elektroda. Sebagai konsekwensi peletakannya didalam tanah, maka elektroda dipilih dari bahan-bahan tertentu yang memiliki konduktivitas sangat baik dan tahan terhadap sifat-sifat yang merusak dari tanah, seperti korosi. Ukuran elektroda dipilih yang mempunyai kontak paling efektif dengan tanah. 70
Jumlah/konfigurasi elektroda. Untuk mendapatkan tahanan pentanahan yang dikehendaki dan bila tidak cukup dengan satu elektroda, bisa digunakan lebih
banyak
elektroda
dengan
bermacam-macam
konfigurasi
pemancangannya di dalam tanah;
Kedalaman pemancangan/penanaman di dalam tanah. Pemancangan ini tergantung dari jenis dan sifat-sifat tanah. Ada yang lebih efektif ditanam secara dalam, namun ada pula yang cukup ditanam secara dangkal;
Faktor-faktor alam. Jenis tanah: tanah gembur, berpasir, berbatu, dan lainlain; moisture tanah: semakin tinggi kelembaban atau kandungan air dalam tanah akan memperrendah tahanan jenis tanah; kandungan mineral tanah: air tanpa kandungan garam adalah isolator yang baik dan semakin tinggi kandungan garam akan memperendah tahanan jenis tanah, namun meningkatkan korosi; dan suhu tanah: suhu akan berpengaruh bila mencapai suhu beku dan di bawahnya. Untuk wilayah tropis seperti Indonesia tidak ada masalah dengan suhu karena suhu tanah ada di atas titik beku.
Jenis Elektroda Pentanahan Pada prinsipnya jenis elektroda dipilih yang mempuntai kontak sangat baik terhadap tanah. Berikut ini akan dibahas jenis-jenis elektroda pentanahan dan rumus-rumus perhitungan tahanan pentanahannya.
-
Elektroda bata (rod)
Elektroda batang ialah elektroda dari pipa atau besi baja profil yang dipancangkan ke dalam tanah. Elektroda ini merupakan elektroda yang pertama kali digunakan dan teori-teori berawal dari elektroda jenis ini. Elektroda ini banyak digunakan di gardu induk-gardu induk. Secara teknis, elektroda batang ini mudah pemasangannya, yaitu tinggal memancangkannya ke dalam tanah. Di samping itu, elektroda ini tidak memerlukan lahan yang luas.
71
Gambar 5. 13 Konduktor ditanam dibawah pondasi bangunan
Gambar 5. 14 Pentanahan rod
72
-
Elektroda Pita
Elektroda pita ialah elektroda yang terbuat dari hantaran berbentuk pita atau berpenampang bulat atau hantaran pilin yang pada umumnya ditanam secara dangkal. Kalau pada elektroda jenis batang, pada umumnya ditanam secara dalam. Pemancangan ini akan bermasalah apabila mendapati lapisan-lapisan tanah yang berbatu, disamping sulit pemancangannya, untuk mendapatkan nilai tahanan yang rendah juga bermasalah. Ternyata sebagai pengganti pemancangan secara vertikal ke dalam tanah, dapat dilakukan dengan menanam batang hantaran secara mendatar (horisontal) dan dangkal. Di samping kesederhanaannya itu, ternyata tahanan pentanahan yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh bentuk konfigurasi elektrodanya, seperti dalam bentuk melingkar, radial atau kombinasi antar keduanya.
Gambar 5. 15 Elektroda pita dalam beberapa konfigurasi 73
Tahanan Pentanahan Berdasarkan Jenis dan Ukuran Elektroda Tabel 5. 3 Tahanan pentanahan pada jenis tanah dengan tahanan jenis ρ1=100 Ohm-meter
Luas penampang elektroda pentanahan Tabel 5. 4 Luas Penampang Minimum Elektroda Pentanahan
74
Luas Penampang Penghantar Pengaman
75
Tabel 5. 5 Luas Penampang Minimum Hantaran Pengaman
76
Pengukuran tahanan Pentanahan
Ada berbagai macam instrument pengukur tanahan pentanahan, salah satu contohnya adalah Earth Hi Tester. Pada instrument cara pengukuran ada 2 macam yaitu :
Pengukuran normal (metoda 3 kutub), dan
Pengukuran praktis (metoda 2 kutub)
Pengukuran Normal (Metoda 3 Kutub)
Langkah awal adalah memposisikan saklar terminal pada 3a, selanjutnya : 1. Cek tegangan baterai ! (Range saklar : BATT, aktifkan saklar / ON). Jarum harus dalam range BATT. 2. Cek tegangan pentanahan (Range saklar : ~ V, matikan saklar / OFF) 3. Cek tanahan pentanahan bantu (Range saklar : C & P, matikan saklar / OFF).
jarum harus dalam range P/C (lebih baik posisi jarum berada saklar 0). 4. Ukurlah tahanan pentanahan (Range saklar : x1� ke x100�) dengan menekantombol pengukuran dan memutar selektor, hingga diperoleh jarum pada galvanometer seimbang / menunjuk angka nol. hasil pengukuran adalah angka yang ditunjukkan pada selektor dikalikan dengan posisi range saklar (x1Ω) atau (x100Ω).
Gambar 5. 16 Pengukuran metoda 3 kutub 77
Pengukuran Praktis (Metoda 2 Kutub) Langkah awal adalah memposisikan saklar terminal pada 2a. Perhatikan ! Jika jalur pentanahan digunakan sebagai titik referensi pengukuran bersama, maka semua sambungan yang terhubung dengan pentanahan itu selalu terhubung dengan tanah. Jika terjadi bunyi bip, maka putuskan dan cek lagi. 1. Cek tegangan baterai dan cek tegangan pentanahan. Caranya
hampir
sama
dengan
metoda
pengukuran
normal,
hanya
pengecekan tekanan tahanan bantu tidak diperlukan. 2. Ukur tahanan pentanahan (Range saklar : x10Ω atau x100Ω). Hasil pengukuran = Rx + Ro
Gambar 5. 17 pengukuran Metoda 2 Kutub
Misalkan berdasarkan pengukuran diperoleh V = 20 V dan I = 1 A, maka tahanan elektroda adalah: R = V/I = 20/1 = 20 Ohm
78
Gambar 5. 18 Prinsip pengukuran tahanan elektroda pentanahan menggunakan metoda jatuh tegangan – 3 titik
Dalam pengukuran yang menggunakan alat ukur tahanan pentanahan, tidak dilakukan pengukuran satu per satu seperti di atas, namun alat ukur telah dilengkapi dengan sistem internal yang memungkinkan pembacaan secara langsung dan mudah.
Posisi Elektroda Bantu Dalam Pengukuran Dalam setiap pengukuran diinginkan hasil pengukuran yang presisi. Apa artinya sebuah data bila tidak mendekati kebenaran. Salah satu faktor yang mempengaruhi ketelitian dalam pengukuran tahanan pentanahan ini adalah letak elektroda bantu yang digunakan dalam pengukuran.
Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang presisi adalah dengan meletakkan elektroda bantu-arus Z cukup jauh dari elektroda yang diukur tahanannya, X, sehingga elektroda bantu-tegangan Y berada di luar daerah yang disebut daerah
79
resistansi efektif dari kedua elektroda (elektroda pentanahan dan elektroda arus bantu). Apa sebenarnya yang dimaksud dengan daerah resistansi efektif ini, dapat diperhatikan pada Gambar.
Gambar 5. 19 Daerah resistansi efektif dari dua elektroda yang tumpang-tindih
Bila arus diinjeksikan ke dalam tanah melalui elektroda Z ke elektroda X, pada ke dua elektroda tersebut akan membangkitkan fluks magnet yang arahnya melingkari batang-batang elektroda. Daerah yang dilingkupi oleh fluks magnet dari masingmasing elektroda disebut daerah resistansi efektif. Gambar 5. 19 menggambarkan daerah resistansi efektif yang tumpang tindih dari kedua elektroda. Peletakan elektroda Y harus di luar daerah tersebut agar penunjukan alat ukur presisi.
Cara mudah untuk mengetahui apakah elektroda Y berada di luar daerah resistansi efektif adalah dengan melakukan pengukuran beberapa kali dengan mengubah posisi elektroda Y di antara X dan Z, yaitu, misalnya pertama pada Y, kemudian dipindah ke arah X, yaitu ke Y‟ dan kemudian ke arah Z ke Y”. Perlu digambarkan kurva resistansi (tahanan) sebagai fungsi jarak antara X & Z untuk mengetahui ini. Bila penunjukan-penunjukan alat ukur tersebut menghasilkan harga resistansi (tahanan) yang berubah secara signifikan, menunjukkan bahwa elektroda Y ada di dalam daerah resistansi efektif yang berarti hasil pengukuran tidak presisi. 80
Sebaliknya, bila diperoleh hasil pengukuran yang relatif sama seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. 19, maka elektroda Y berada di luar daerah resistansi efektif dan hasilnya presisi. Dalam gambar ditunjukkan grafik resistansi sebagai fungsi posisi Y. Bila diperoleh perbedaan yang besar (Gambar 5. 19) menunjukkan Ketidak akuratan hasil pengukuran, sebaliknya jika perbedaan pembacaan kecil diperoleh hasil pengukuran yang presisi (Gambar 5. 20) dalam arti bahwa inilah tahanan elektroda X yang paling tepat.
Gambar 5. 20 Posisi elektroda Y di luar daerah resistansi efektif dari dua elektroda yang tidak tumpang-tindih
Pengukuran Tahanan Elektroda Pentanahan Menggunakan Metoda 62% Metoda 62% digunakan setelah mempertimbangkan secara grafis dan setelah dilakukan pengujian. Ini merupakan metoda yang paling akurat namun hanya terbatas pada elektroda tunggal. Metoda ini hanya dapat digunakan untuk elektrodaelektroda yang yang tersusun berjajar secara garis lurus dan pentanahannya menggunakan elektroda tunggal, pipa, atau pelat, dan lain-lain seperti pada Gambar 5. 21.
81
Gambar 5. 21 Pengukuran resistansi elektroda pentanahan menggunakan Metoda 62%
Gambar 5. 22 Daerah resistansi efektif tumpang-tindih
82
Perhatikan Gambar 5. 22, yang menunjukkan daerah resistansi efektif dari elektroda pentanahan X dan elektroda bantu-arus Z. Daerah resistansi saling tumpang-tindih (overlap). Jika dilakukan pembacaan dengan memindah-mindahkan elektroda bantutegangan Y ke arah X atau Z, perbedaan pembacaan akan sangat besar dan sebaiknya tidak dilakukan pembacaan pada daerah ini. Dua daerah sensitif saling overlap dan menyebabkan peningkatan resistansi ketika elektroda Y dipindahpindah menjauh dari X.
Sekarang perhatikan Gambar 5. 23, di mana elektroda X dan Z dipisahkan pada jarak yang cukup sehingga daerah-daerah resistansi efektif tidak tumpang-tindih. Jika resistansi hasil pengukuran diplot akan ditemukan suatu harga pengukuran di mana ketika Y dipindah-pindah dari posisi Y awal memberikan nilai dengan perubahan yang ada dalam batas toleransi. Posisi Y dari X berjarak 62% dari jarak total dari X ke Z. Daerah toleransi ditentukan oleh pengguna dan dinyatakan dalam bentuk persen dari hasil pengukuran awal: ± 2%, ± 5%, ± 10%, dan lain-lain.
Gambar 5. 23 Daerah pengukuran 62%
83
Jarak Peletakan Elektroda Bantu Tidak ada ketentuan secara pasti tentang jarak antara X dan Z, karena jarak tersebut relatif terhadap diameter dan panjang elektroda yang diuji, kondisi tanah dan daerah resistansi efektifnya. Walaupun begitu, ada beberapa hasil empiris yang dapat digunakan sebagai bantuan dalam penentuan jarak seperti yang ditunjukkan dalam tabel di bawah ini. Harga jarak ini dibuat pada kondisi tanah homogin, diameter elektroda 1”. (Untuk diameter ½”, memendekkan jarak 10%; untuk diameter 2” memanjangkan jarak 10%). Tabel 5. 6 Jarak elektroda-elektroda bantu menggunakan metoda 62% (ft)
Sistem Multi-Elektroda Elektroda batang tunggal yang dipancangkan ke dalam tanah merupakan cara pembuatan sistem pentanahan yang paling ekonomis dan mudah. Tetapi kadangkadang satu elektroda batang tunggal tidak dapat memberikan tahanan pentanahan yang cukup rendah. Untuk mengatasi ini, ditanam beberapa/sejumlah elektroda dan dihubung secara paralel menggunakan konduktor (kabel) pentanahan. Biasanya digunakan dua, tiga atau empat elektroda pentanahan yang ditanam berjajar dan dalam garis lurus.
Bila ada empat elektroda atau lebih yang akan digunakan biasanya dibentuk konfigurasi penanaman segi empat dengan jarak yang sama antar elektroda 84
(Gambar 5. 24). Elektroda-elektroda ini dihubung secara paralel menggunakan konduktor atau kabel pentanahan.
Untuk sistem multi-elektroda seperti ini, metoda 62 % tidak dapat digunakan secara langsung. Jarak elektroda-elektroda bantu pada keadaan ini didasarkan pada jarak grid maksimum. Misalnya, untuk konfigurasi persegi empat yang digunakan adalah diagonalnya, untuk konfigurasi garis lurus digunakan panjang jarak totalnya.
Gambar 5. 24 Sistem Multi elektroda
85
Tabel berikut ini merupakan hasil empiris yang dapat digunakan sebagai pedoman penentuan jarak elektroda-elektroda bantu.
Tabel 5. 7 Sistem Multi elektroda
Metoda Pengukuran Dua-Titik (Metoda Penyederhanaan) Metoda ini merupakan metoda alternatif bila sistem pentanahan yang akan diukur atau diuji merupakan sistem yang sangat baik. Pada suatu daerah yang terbatas di mana sulit mencari tempat untuk menanam dua elektroda bantu, metoda pengukuran
dua-titik
bisa
diterapkan.
Pengukuran
yang
diperoleh
adalah
pengukuran dua pentanahan secara seri. Untuk itu, pipa air atau yang lain harus mempunyai tahanan yang sangat rendah sehingga dapat diabaikan dalam 86
pengukuran akhir. Resistansi (tahanan) kabel penghubung akan diukur juga dan harus diperhitungkan dalam penentuan hasil ukur akhir.
Pengukuran ini tidak se-akurat metoda tiga-titik (62%) akibat pengaruh dari jarak antara elektroda yang diuji dan grounding lain atau pipa air. Metoda pengukuran ini hendaknya tidak digunakan sebagai suatu prosedur standard kecuali sebagai kondisi dalam keterpaksaan. Bagaimana pengukuran ini dilakukan, dilihat seperti yang ditunjukan pada Gambar 5. 25
Gambar 5. 25 Metoda pengukuran dua titik
87
Pengukuran Kontinuitas Pengukuran
kontinuitas
dari
hantaran
pentanahan
dimungkinkan
dengan
menggunakan terminal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. 25.
Gambar 5. 26 Pengukuran kontinuitas hantaran pentanahan
Petunjuk-petunjuk teknis pengukuran
Derau (Noise) tinggi
Derau atau noise yang sangat tinggi bisa menginterferensi pengujian akibat dari kabel yang digunakan dalam pengkuran yang relatif panjang ketika melakukan pengujian dengan metoda tiga-titik. Untuk mengidentifikasi noise ini dapat digunakan voltmeter. Hubungkan X, Y, dan Z menggunakan kabel-kabel standar untuk pengujian tahanan pentanahan. Pasang voltmeter pada terminal X dan Z seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. 27.
88
Gambar 5. 27 Metoda pengukuran derau dalam sistem pentanahan Hasil pembacaan tegangan pada voltmeter harus ada di dalam daerah toleransi yang dapat diterima oleh alat pengukur tahanan pentanahan (grounding tester) ini. Jika tegangan noise ini melampaui harga yang dapat diterima, dapat dicoba caracara berikut ini.
Belitkan kabel-kabel secara bersama seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. 28. Dengan cara ini seringkali dapat menetralisir interferensi noise dari luar.
Gambar 5. 28 Cara menetralisi noise dengan melilitkan kabel-kabel ukur secara bersama-sama
89
Jika cara pertama mengalami kegagalan, cobalah dengan merentang kabelkabel bantu ini sehingga tidak paralel (sejajar) dengan saluran daya baik yang di atas maupun di bawah tanah (Gambar 5. 29).
Gambar 5. 29 Cara menghindari noise dengan pengaturan rentangan kabelkabel ukur
Jika tegangan noise masih belum juga rendah, bisa dicoba dengan menggunakan kabel-berperisai (shielded cables). Perisai ini akan menangkal interferensi dari luar dengan mentralkan ke tanah seperti ditunjukkan pada Gambar 5. 30.
90
Gambar 5. 30 Pentralisiran noise menggunakan kabel perisai (shielded cables)
Resistansi elektroda bantu yang tinggi Salah satu fungsi dari alat uji pentanahan (ground tester) adalah kemampuannya dalam mencatu air yang konstan ke tanah dan mengukur jatuh tegangan dengan bantuan elektroda-elektroda bantu. Tahanan yang sangat tinggi dari salah satu atau kedua elektroda dapat menghalangi kerja alat. Ini disebabkan oleh tahanan tanah yang sangat tinggi atau kurang baiknya kontak antara elektroda bantu dengan tanah sekitarnya (Gambar 5. 31).
Untuk mendapatkan kontak yang baik dengan tanah, masukkan tanah ke sekitar elektroda untuk menutup celah ketika menancapkan elektroda. Jika tahanan jenis tanah yang jadi masalah, kucurkan air ke sekitar elektroda bantu. Ini akan mengurangi tahanan kontak antara elektroda dengan tanah sekitarnya tanpa mempengaruhi pengukuran.
91
Gambar 5. 31 Cara mengatasi tahanan kontak antara elektroda dengan tanah sekitarnya
Lantai beton Kadang-kadang ditemui elektroda pentanahan yang terletak di suatu tempat yang sekelilingnya terbuat dari lantai keras sehingga tidak dapat dilakukan penanaman elektroda bantu. Dalam hal ini dapat digunakan kawat kasa (screen) sebagai ganti elektroda bantu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. 32.
Gambar 5. 32 Penggunaan kawat kasa sebagai pengganti dari elektroda bantu
92
Letakkan kawat kasa di atas lantai dengan jarak yang sama dengan bila menggunakan elektroda bantu biasa dengan metoda tiga-titik. Tuangkan air pada kawat kasa dan biarkan meresap. Agar kawat kasa menempel dengan baik ke permukaan lantai bisa dilakukan penekanan atau dengan meletakkan pemberat. Dalam keadaan ini, kawat-kawat kasa bertindak sebagai elektroda-elektroda bantu.
B. Sistem Instalasi.Tenaga Listrik Sebuah panel distribusi
atau Panel hubung bagi (PHB) adalah titik di mana
penyaluran listrik yang masuk dibagi ke dalam rangkaian-rangkaian yang terpisah di dalam panel
yang masing-masing dikendalikan dan diproteksi oleh sekering atau
switchgear . Sebuah panel distribusi dibagi menjadi sejumlah unit fungsional, dan masing-masing terdiri dari semua elemen listrik dan mekanik yang berkontribusi terhadap penyelasaian fungsi tertentu, Ini merupakan link penting dalam
rantai
ketergantungan.
1. Panel Hubung Bagi (PHB)
PHB adalah perangkat yang digunakan pada instalasi listrik agar sistem dapat bekerja dengan aman dan handal sebelum didistribusikan ke beban-beban. PHB adalah panel hubung bagi / papan hubung bagi / panel berbentuk lemari (cubicle), yang dapat dibedakan sebagai : -
Panel Utama / MDP : Main Distribution Panel
-
Panel Cabang / SDP : Sub Distribution Panel
-
Panel Beban / SSDP : Sub-sub Distribution Panel
-
Panel Pusat Pengendali Motor (Motor Control Center)
93
Gambar 5. 33 (a) gambar Panel Utama dan (b) panel Pusat Pengendali Motor
Gambar 5. 34 Panel Cabang / SDP : Sub Distribution Panel
94
Gambar 5. 35 Panel Beban / SSDP : Sub-sub Distribution Panel
Untuk PHB sistem tegangan rendah, hantaran utamanya merupakan kabel feeder dan biasanya menggunakan NYFGBY. Di dalam panel biasanya busbar / rel dibagi menjadi dua segmen yang saling berhubungan dengan saklar pemisah, yang satu mendapat saluran masuk dari APP (pengusaha ketenagalistrikan) dan satunya lagi dari sumber listrik sendiri (genset).
Dari kedua busbar didistribusikan ke beban secara langsung atau melalui SDP dan atau SSDP. Tujuan busbar dibagi menjadi dua segmen ini adalah jika sumber listrik dari PLN mati akibat gangguan ataupun karena pemeliharaan, maka suplai ke beban tidak akan terganggu dengan adanya sumber listrik sendiri (genset) sebagai cadangan.
Peralatan pengaman arus listrik untuk penghubung dan pemutus terdiri dari : -
Circuit Breaker (CB)
MCB (Miniatur Circuit Breaker) MCCB (Mold Case Circuit Breaker) NFB (No Fuse Circuit Breaker) ACB (Air Circuit Breaker) OCB (Oil Circuit Breaker) VCB (Vacuum Circuit Breaker) SF6CB (Sulfur Circuit Breaker)
-
Sekering dan pemisah 95
Switch dan Disconnecting Switch (DS)
Peralatan tambahan dalam PHB antara lain : -
Rele proteksi
-
trafo tegangan, trafo arus
-
alat-alat ukur besaran listrik : amperemeter, voltmeter, frekuensi meter, cos phi meter
-
lampu-lampu tanda
-
dll
Dua teknologi panel distribusi 1. panel distribusi tradional dan, 2. panel distribusi fungsional
Panel distribusi tradional adalah Switchgear dan fusegear dan seterusnya, normalnya ditempatkan pada chassis dibelakang tempat pemasangan. Peralatan indikator dan pengendali (meter, lampu indikator, tombol tekan dan seterusnya) dipasangkan di depan pintu panel. Pemasangan komponen-komponen dalam tempat pemasangan komponen di dalam panel memerlukan keahlian khusus.
Panel distribusi fungsional adalah secara umum bergantung pada aplikasinya, dibuat menjadi sistem modular yang fungsional yang dimasukan bersama-sama peralatan panel dengan standar aksesoris untuk pemasangan dan penyambungan, dengan jaminan kehandalan yang tinggi dan kapasitas yang besar untuk kegunaan perubahan dimasa mendatang.
96
Gambar 5. 36 Panel distribusi dengan fungsi unit yang dapat dilepas
Gambar 5. 37 Panel distribusi dengan fungsi unit laci yang dapat ditarik 97
Standar IEC 60439-1
Kategori pemasangan Standar IEC 60439-1 membedakan antara dua kategori pemasangan :
-
Type-tested LV switchgear and controlgear assemblies (TTA), adalah pemasangan switchgear dan controlgear tegangan rendah yang telah di uji yang tidak menyimpang secara signifikan dari jenis yang ditetapkan atau sistem yang sesuai dijamin oleh tes tipe yang disediakan dalam standar
-
Partially type-tested LV switchgear and controlgear assemblies
(PTTA),
adalah pemasangan switchgear dan controlgear tegangan rendah yang telah di uji secara terpisah yang mungkin berisi adanya pengaturan jenis tipe yang tidak diuji asalkan yang terakhir berasal dari Pengaturan tipe yang telah diuji.
Fungsi Unit Standar yang sama mendefinisikan unit fungsional :
-
Bagian dari pemasangan yang terdiri dari semua elemen listrik dan mekanik yang berkontribusi terhadap menyelesaikan fungsi yang sama
-
Panel distribusi mencakup unit fungsional masuk dan satu atau lebih unit fungsional untuk rangkaian keluar, tergantung pada persyaratan operasi dari instalasi
Bentuk Pemisahan unit fungsional dalam perakitan disediakan oleh bentuk-bentuk yang ditentukan untuk berbagai jenis operasi. Berbagai bentuk diberi nomor dari 1 sampai 4 dengan variasi berlabel "a" atau "b". Setiap tahapan naik ini (dari 1 sampai 4) adalah kumulatif, yaitu suatu bentuk dengan jumlah yang lebih tinggi termasuk karakteristik bentuk dengan angka yang lebih rendah. Standar ini membedakan :
Bentuk 1: Tidak ada pemisahan
Bentuk 2: Pemisahan busbar dari unit-unit fungsional
98
Bentuk 3: Pemisahan busbar dari unit-unit fungsional dan pemisahan semua unit-unit fungsional, satu dari yang lainnya kecuali pada terminal outputnya.
Bentuk 4: sama seperti bentuk 3, tetapi termasuk pemisahan terminal keluar dari semua unit fungsional, satu dari yang lain.
Keputusannya pada bentuk untuk menerapkan hasil dari kesepakatan antara produsen dan pengguna. Rentang fungsi Prima Plus menawarkan solusi untuk bentuk 1, 2b, 3b, 4a, 4b.
99
Gambar 5. 38 Representasi berbagai bentuk panel distribusi fungsi Tegangan rendah
2. Kabel dan busway trunking
PENGHANTAR 1. Pengertian. a. Penghantar ialah :
Benda logam atau bukan logam yang bersifat menyalurkan arus listrik
Kawat/pilinan kawat yang cocok digunakan untuk menyalurkan arus listrik .
b. Kabel ialah :
rakitan satu penghantar atau lebih, baik penghantar pejal atau berupa pintalan, masing -masing dilindungi dengan isolasi, keseluruhannya dilengkapi dengan selubung pelindung bersama.
c. Kabel instalasi ialah :
Kabel yang dimaksudkan untuk instalasi tetap
d. Kabel fleksibel ialah :
100
kabel yang karena sifat penghantar, isolasi dan selubung yang fleksibel dimaksudkan untuk dihubungkan dengan perlengkapan listrik yang dapat dipindah-pindahkan dan atau bergerak.
e. Kabel Tanah ialah :
Semua jenis penghantar berisolasi dan berselubung yang karena sifat isolasinya dan selubungnya boleh dipasang pada atau di dalam tanah, termasuk di dalam air.
2. Persyaratan Penghantar : a. Bahan penghantar, isolasi dan selubung harus memenuhi syarat sesuai dengan penggunaannya. b. Telah diperiksa dan diuji oleh LMK.
3. Ukuran penghantar Dinyatakan dalam ukuran luas penampang intinya dan satuannya adalah mm2 . Ukuran luas penampang nominal kabel, penghantar tak berisolasi seperti pada tabel 1 di bawah. Di PUIL tercantum pada daftar tabel 5. 8. Tabel 5. 8 Luas Penampang Nominal Kabel Dan Kabel Tanah Kabel dan kabel tanah instalasi tetap dari aluminium atau tembaga 2
( mm )
Kabel dan kabel tanah Instalasi tetap dari aluminium atau tembaga bentuk sektor 2
Kabel fleksibel , Lebih fleksibel , Sangat fleksibel dari tembaga 2
( mm )
( mm ) Pejal Bulat
Dipilin Bulat
Dipilin Bulat Dipadatkan
1
2
3
4
5
0,5 0,75 1,0
0,5 0,75 1,0
-
-
0,5 0,75 1,0
1,5 2,5 4
1,5 2,5 4
-
-
1,5 2,5 4
6 10
10
-
10
10
101
16
16
16
16
16
25 35 50
25 35 50
25 35 50
25 35 50
25 35 50
70 95 120
70 95 120
70 95 120
70 95 120
70 95 120
150 185 240
150 185 240
150 185 240
150 185 240
150 185 240
300
300 400 500
300 400 500
300 400 500
300 400 500
630 800 1000
630 -
630 -
-
102
Jenis penghantar dan kegunaannya.
Jenis- jenis penghantar yang sering digunakan. A. Kabel Instalasi
Untuk instalasi ruangan kering : NYA
Untuk pemasangan di dalam alat-alat listrik dan lemari hubung bagi :NYAF, NGA
Untuk instalasi ruangan kering, lembab & basah : NYM
B. Kabel Fleksibel
Untuk alat tangan ringan (seperti pesawat radio, alat cukur dll) : NYZ, NYD
untuk alat listrik domestik (seperti mesin cuci, lemari es dll) : NYMHY
Untuk alat listrik dapur, bengkel pertanian
( misalnya pemanas air yang besar,
lampu tangan ) : NMH
Untuk alat listrik ringan ini (misalnya setrika) : NSA
C. Kabel Tanah
Untuk instalasi mesin tenaga, lemari hubung bagi dan instalasi industri yang dipasang di dalam ruangan, saluran kabel, alam terbuka : NYY, NAYY, NYFGbY, NAYFGbY, NYRGbY, NAYRGbY.
D. Penghantar Telanjang
Digunakan untuk saluran udara tegangan rendah, menengah maupun tinggi : BCC, AAC, AAAC, ACSR.
103
5. Tegangan Kerja a. Tegangan Kerja Instalasi dan Kabel Fleksibel. Boleh dibebani terus menerus dengan tegangan kerja maksimun 15% lebih tinggi dari tegangan nominal kabel tersebut. Contoh : Tegangan nominal NYM adalah 500 V, maka NYM dapat dibebani secara terus menerus dengan tegangan maksimun sebesar : 115% X 500 V = 575 V.
b. Tegangan Kerja Kabel Tanah . Pada instalasi 3 fase, kabel tanah dapat dibebani dengan tegangan kerja maksimun sebesar : 1. 20% di atas tegangan nominal kabel tanah 0,6/1 kV. 2. 15% di atas tegangan nominal kabel tanah 3,6/6 kV & 6/10 kV. 3. 10% di atas tegangan nominal kabel tanah di atas 10 kV.
PEMBEBANAN
a. Kabel instalasi berisolasi PVC. Kabel instalasi berisolasi PVC tunggal tidak boleh dibebani melebihi KHA yang tercantum seperti pada tabel 2 di bawah, untuk masing-masing luas penampang.
KHA terus menerus yang diperkenankan dan pengaman untuk kabel berisolasi PVC tunggal pada suhu keliling 30oC dan suhu penghantar maksimun 70Oc
104
Tabel 5. 9 Kuat hantar arus penghantar
Jenis Penghantar 1
NYFA, NYFAW,
Luas Penampang Nominal ( mm2 )
KHA Terus menerus Dalam Di udara Pipa (A) (A)
2
3
4
1 1,5 2,5
10 16 20
20 25 35
4 6 10
25 35 50
50 63 80
16 25 35
63 80 100
100 125 160
50 70 95
125 160 200
200 250 300
120 150 185
250 -
355 425 425
240 300 400 500
-
500 600 710 850
NYFAZ, NYFAD, NYA, NYAF, NYAFAW, NYFAZW, NYFADW,
105
b. Kabel instalasi dan berselubung PVC dan kabel Fleksibel tidak boleh dibebani melebihi KHA yang tercantum seperti pada tabel 5. 10 di bawah untuk masingmasing luas penampang. Tabel 5. 10 KHA jenis penghantar Jenis penghantar 1 NYIF
Luas Penampang dalam ( mm2 ) 2
KHA terus menerus (A) 3
1,5 2,5 4
20 25 35
6 10 16
50 63 80
25 50
100 125
70 95 120
160 224 250
150 185 240
300 355 355
300
425
NYIFY NYPLYW NYM NYRAMZ NYRUZY NYRUZYr NHYRUZY NHYRUZYr NYBUY NYLRZY dan Kabel fleksibel berisolasi PVC
c. Kabel instalasi berisolasi, berselubung karet dan kabel instalasi berisolasi karet, PVC, serta kabel fleksibel pada suhu keliling di atas 30oC sampai 55oC. KHA kabel-kabel tersebut di atas sama seperti tabel 5. 9 dan tabel 5. 10.
106
d. Kabel tanah Kabel NYY, NYGbY, NYRGbY berpenghantar tembaga tidak boleh dibebani melebihi KHA seperti yang tercantum pada tabel 5. 11 di bawah untuk masingmasing luas penampang Gambar 5. 39 KHA di udara untuk jenis penghantar Jenis
Luas
KHA terus menerus
Kabel
pena m
Berinti tunggal
Berinti dua
Berinti 3 dan 4
pang nomin al
Di tanah
Di udara
Di tanah
Di udara
Di tanah
Di udara
(A)
(A)
(A)
(A)
(A)
(A)
( mm2 ) 1
2
3
4
5
6
7
8
NYY NYBY NYFGbY
1,5 2,5 4
33 45 58
26 35 46
27 36 47
21 29 38
24 32 41
18 25 34
NYRGbY
6 10 16
74 98 129
58 80 105
59 78 102
48 66 90
52 69 89
44 60 80
25 35 50
169 209 249
140 175 215
134 160 187
120 150 180
116 138 165
105 130 160
70 95 120
312 374 427
270 335 390
231 280 320
230 275 320
205 245 280
200 245 285
150 185 240
481 552 641
445 510 620
356 409 472
375 430 510
316 356 414
325 370 435
300 400 500
730 854 988
710 850 1000
525 605 -
590 710 -
463 534 -
500 600 -
NYCY NYCWY NYSY
NYCEY NYSEY
NYHSY
107
IDENTIFIKASI WARNA KABEL Penggunaan warna untuk identifikasi kabel berlaku ketentuan sebagai berikut : Warna hijau-kuning
: untuk penghantar pentanahan
Warna biru
: untuk penghantar netral
Warna merah
: untuk penghantar fase R
Warna kuning
: untuk penghantar fase S
Warna hitam
: untuk penghantar fase T
.
Pengawatan di dalam perlengkapan listrik disarankan mempergunakan satu warna saja ( merah, kuning atau hitam ) kecuali kabel netral harus warna biru dan kabel pembumian harus hijau-kuning .
Distribusi dan metode instalasi Distribusi ditempatkan via jalur kable yang membawa konduktor berisolasi tunggal atau kabel dan termasuk sistem yang tetap dan pengaman mekanis.
Gambar 5. 40 Distribusi radial menggunakan kabel di sebuah hotel 108
Busbar trunking (Trunking kabel)
Busbar trunking dimaksudkan untuk mendistribusikan daya (dari 20 A 5000 A) dan pencahayaan (dalam aplikasi ini, trunking busbar memainkan peranan ganda memasok listrik listrik dan tempat pemasangan fitting lampu lampu).
Saluran kabel berfungsi sebagai tempat untuk menyalurkan dan sekaligus sebagai pengaman kabel listrik. Dalam pengerjaan pemasangan instalasi, saluran kabel dipasang terlebih dahulu kemudian kabel-kabel disalurkan melewatinya. Saluran kabel bisa dalam bentuk pasangan luar (Out Bow), atau bentuk pasangan dalam (Inbow).
Pada umumnya konstruksi saluran kabel dibuat dalam bentuk inbow. Walaupun kebanyakan saluran kabel dipasang dalam bentuk inbow tetapi harus diperhitungkan agar memudahkan dalam melakukan perawatan dan perbaikan, demikian juga memudahkan jika disuatu saat akan dilakukan penambahan-penambahan instalasi baru. Saluran kabel yang melewati dinding (trunking), biasanya dipasang langsung pada dinding.
Komponen-komponen sistem trunking Busbar
Sebuah sistem trunking busbar terdiri dari satu set konduktor dilindungi oleh sebuah tempat (lihat Gambar). Trunking busbar ini digunakan untuk transmisi dan distribusi tenaga listrik, sistem trunking busbar memiliki semua fitur yang diperlukan untuk tempat: connectors, straights, angles, fixings, dan lain-lain.
109
Gambar 5. 41 Rancangan sistem trunking busbar untuk distribusi arus dari 25 sampai dengan 4000 A
Sistem trunking busbar sekarang ada pada setiap tingkatan dalam distribusi listrik, mulai dari hubungan antara trafo dan panel pensaklaran tegangan rendah (MLVS) sampai dengan distribusi soket listrik (kotak kontak) dan penerangan dikantorkantor, atau distribusi tenaga listrik sampai ke tempat workshop.
110
Gambar 5. 42 Jalur kabel menggunakan distribusi radial
111
C. Pengaruh Gangguan Luar (IEC 60364-5-51). 1. Definisi standar dan acuan
Setiap instalasi listrik yang ditempatkan di lingkungan memiliki tingkatan variabel resiko :
Untuk manusia
Untuk peralatan listrik yang terhubung ke jaringan instalasi
Akibatnya, kondisi lingkungan mempengaruhi definisi dan pilihan peralatan instalasi yang tepat dan pilihan tindakan perlindungan yang mengukur bagi keselamatan orang.
Kondisi lingkungan yang merujuk secara kolektif sebagai "pengaruh eksternal". Banyak standar nasional berkaitan dengan pengaruh eksternal yang termasuk skema klasifikasi yang didasarkan pada atau yang mirip, yang berstandar pada internasional IEC 60364-5-51.
2. Klasifikasi
Setiap kondisi pengaruh eksternal yang ditunjukan oleh suatu kode yang terdiri dari sekelompok dari dua huruf kapital dan nomor sebagai berikut:
Huruf pertama (A, B atau C) Huruf pertama berkaitan dengan kategori umum pengaruh eksternal :
A = lingkungan
B = pemanfaatan
C = konstruksi bangunan
Huruf ke dua Surat kedua berhubungan dengan sifat pengaruh eksternal.
Penomoran 112
Jumlah ini berhubungan dengan kelas dalam setiap pengaruh eksternal.
Huruf Tambahan Digunakan hanya jika perlindungan efektif untuk manusia adalah lebih besar dari yang ditunjukkan oleh digit IP pertama. Ketika hanya perlindungan terhadap manusia ditentukan, dua digit kode IP digantikan oleh X. Contoh: IP XXB.
Contohnya Untuk contoh kode AC2 menandakan : A = lingkungan AC = ketinggian lingkungan AC2 = ketinggian lingkungan > 2,000 m
3. Daftar Pengaruh Luar Tabel dibawah ini merupakan sumber dari IEC 60364-5-51, yang harus dirujuk jika rincian yang lebih lanjut diperlukan.
Tabel 5. 11 Daftar pengaruh luar (diambil dari IEC 60364-5-51Appendix A )
113
114
115
116
BAB VI Ukuran dan Pengaman Penghantar
Indikator Keberhasilan: Setelah mengikuti pembelajaran ini siswa diharapkan dapat memahami Ukuran dan Pengaman Penghantar
Pengkabelan dan pengamanan pada setiap tingkat harus memenuhi beberapa persyaratan pada waktu yang sama, hal ini merupakan usaha untuk memastikan instalasi yang aman dan dapat diandalkan.
A. Metoda Praktis untuk menentukan ukuran penghantar. Referensi standar internasional untuk studi kabel adalah IEC 60364-5-52: "Instalasi listrik bangunan - Bagian 5-52: pemilihan dan pemasangan peralatan listrik - Sistem pengkabelan ".
1. Metoda umum untuk Kabel Kemungkinan metode instalasi untuk berbagai jenis konduktor atau kabel, Tabel Pemilihan sistem pengkabelan berdasarkan IEC 60364-5-52.
Tabel 6. 1 Tabel Pemilihan sistem pengkabelan berdasarkan IEC 60364-5-52.
117
Kemungkinan metode instalasi untuk situasi yang berbeda : Tabel 6. 2 Pemancangan dari sistem pengkabelan (table 52-2 of IEC 60364-552)
Contoh sistem pengkabelan dan metode referensi instalasi, dibawah ini adalah beberapa metode referensi didefinisikan (dengan kode huruf A sampai G), pengelompokan metode instalasi yang memiliki karakteristik yang sama relatif terhadap kapasitas arus pembawa sistem pengkabelan. 118
Tabel 6. 3 Contoh metode instalasi (part of table 52-3 of IEC 60364-5-52)
119
120
B. Menentukan Tegangan Jatuh. Impedansi dari rangkaian konduktor adalah rendah tetapi tidak dapat diabaikan terutama ketika ada arus beban dan saat terjadi penurunan tegangan antara rangkaian asalnya dan terminal beban.
Operasi yang benar dari beban (motor, rangkaian pencahayaan, dan lain-lain) tergantung pada tegangannya di terminal yang dipertahankan pada nilai mendekati nilai operasinya.
Hal ini diperlukan karena itu untuk menentukan rangkaian konduktor sehingga pada saat arus beban penuh, tegangan terminal beban dipertahankan dalam batas-batas yang diperlukan untuk memperbaiki kinerja.
Maksimum drop tegangan yang diijinkan bervariasi dari satu negara ke negara lain. Nilai-nilai khas untuk Instalasi tegangan rendah diberikan pada tabel di bawah ini.
Tabel 6. 4 Maksimum drop tegangan antara titik koneksi layanan dengan titik utilitas
121
Gambar 6. 1 Maksimum drop tegangan
Tabel 6. 5 Rumus Drop tegangan
122
Tabel 6. 6 Drop tegangan ∆V antar fasa ke fasa dalam sebuah rangkaian, satuannya dalam volt per amper per km
123
C. Arus Hubung Singkat. Pengetahuan dari nilai hubung singkat 3 fasa saat simetris (Isc) pada titik strategis dari sebuah instalasi yang diperlukan dalam usaha untuk menentukan switchgear (nilai arus gangguan), kabel (nilai daya tahan panasnya/ thermal), peralatan pengaman dan seterusnya.
1. Arus hubung singkat pada terminal sekunder trafo distribusi tegangan menengah/rendah
Dalam pendekatan sederhana, impedansi dari sistem MV diasumsikan (diabaikan) kecil, sehingga :
P = kVA, nilai dari trafo U20 = fasa-ke-fasa, tegangan sekunder pada rangkaian terbuka In = arus nominal dalam amper Isc = arus hubung singkat dalam amper Usc = tegangan impedansi hubung singkat trafo dalam %.
Tabel 6. 7 Nilai Isc untuk nilai kVA trafo yang berbeda dengan lilitan tegangan menengah ≤ 20 Kva
Contoh 400 kVA transformer, 420 V at no load Usc = 4%
124
Kasus beberapa trafo yang di paralelkan ke sebuah busbar Nilai kesalahan arus yang keluar dari rangkaian yang masuk ke busbar dapat diperkirakan sebagai jumlah dari Isc dari setiap trafo yang dikalkulasi secara terpisah.
Gambar 6. 2 Kasus beberapa trafo yang diparalel
Arus hubung singkat (Isc) 3-phase pada setiap titik dalam instalasi tegangan rendah
Dalam instalasi 3 fasa, Isc pada setiap titik diberikan oleh :
Dimana U20 = tegangan fasa-ke-fasa dari lilitan sekunder dengan rangkaian hubung terbuka untuk trafo suplai daya (s). ZT = total impedansi per fasa (dalam Ω)
125
Metoda Perhitungan ZT
Setiap komponen dari instalasi (jaringan MV, trafo, kabel, sirkuit pemutus, busbar, dan seterusnya ...) ditandai dengan impedansi Z, yang terdiri unsur resistensi (R) dan reaktansi induktif (X). Dapat dicatat bahwa reaktansi kapasitif tidak penting dalam perhitungan arus hubungan singkat saat ini. Parameter R, X dan Z dinyatakan dalam ohm, dan hubungannya dengan sisi dari segitiga siku-siku, seperti yang ditunjukkan pada gambar diagram impedansi.
Gambar 6. 3 Diagram Impedansi
Dimana bagian yang dihubungkan secara seri di dalam jaringan, semua elemen resistif dalam bagian ditambahkan secara deret hitung, juga untuk reaktansi, untuk memberikan nilai RT dan XT. Impedansi (ZT) dihitung dari :
126
D. Kasus Khusus Arus Hubung Singkat. Perangkat pengaman harus terjamin, oleh karena itu harus memenuhi dua syarat berikut:
Nilai arus kesalahannya harus lebih besar dari Isc, maka arus hubung singkat 3 fasa ada pada titik instalasinya.
Penghapusan arus hubung singkat minimum, mungkin terjadi di rangkaian, dalam waktu tc kompatibel dengan masalah suhu rangkaian konduktor, di mana:
berlaku untuk tc < 5 detik
Membandingkan dengan kurva pemutusan atau kinerja sekering dari perangkat pengaman, dengan batas kurva dari masalah suhu untuk konduktor menunjukkan bahwa syarat ini adalah memenuhi syarat jika :
Isc (min) > Im (sesaat atau tingkat pengaturan arus dengan time-delay yang pendek untuk pemutusan Circuit breaker )
Isc (min) > Ia untuk pengamanan sekering. Nilai Ia saat ini sesuai dengan titik persimpangan dari kurva sekering dan kurva suhu kabel
Gambar 6. 4 Pengamanan oleh circuit-breaker 127
E. Pengaman Penghantar Pembumian. Konduktor Pengaman (PE) menyediakan ikatan koneksi antara semua bagian konduktif yang terbuka dan terluar dari instalasi, untuk menciptakan sistem ikatan ekuipotensial utama.
Konduktor ini mengakibatkan nilai arus yang salah karena kesalahan isolasi (antara konduktor fase dan bagian konduktif terbuka) sampai netral yang ditanahkan dari sumber. Konduktor PE yang terhubung ke terminal pentanahan utama dari instalasi. Konduktor PE harus :
Berisolasi dan berwarna kuning dan hijau (garis-garis)
Terlindung dari kerusakan mekanis dan kimia
Dalam pola IT dan TN yang ditanakan sangat disarankan bahwa konduktor PE harus dipasang di dekat jalur penempatan kabel. Pengaturan ini menjamin kemungkinan minimum reaktansi induktif dalam arus listrik yang diketanahkan yang menuju rangkaian. Perlu dicatat bahwa pengaturan ini awalnya disediakan oleh bus-trunking.
koneksi konduktor PE harus :
Menghubungkan bagian kondutif yang terbuka secara individual ke konduktor PE utama,
Memiliki terminal tersendiri pada bar pentanahan pada papan distribusi.
Pola TT Konduktor PE tidak perlu di pasangkan di dekat konduktor yang ada listriknya (aktif) dari rangkaian yang terkait, karena nilai arus yang tinggi yang ditanakan tidak diperlukan untuk mengoperasikan tipe RCD proteksi yang digunakan dalam instalasi TT.
128
Pola IT dan TN Konduktor PE atau PEN, seperti disebutkan sebelumnya, harus dipasang sedekat mungkin dengan konduktor yang sudah ada listriknya dari rangkaian yang terkait dan tidak ada bahan ferro-magnetik diantara bagian tersebut. Sebuah konduktor PEN harus selalu dihubungkan langsung ke terminal pentanahan dari suatu alat, dengan koneksi melingkar dari terminal pentanahan ke terminal netral alat.
Skema TN-C (konduktor netral dan PE adalah satu dan sama, disebut sebagai konduktor PEN) Fungsi pelindung dari konduktor PEN memiliki prioritas, sehingga semua peraturan yang mengatur PE konduktor berlaku ketat untuk PEN konduktor.
Transisi TN-C to TN-S PE konduktor untuk instalasi terhubung ke terminal PEN atau bar, umumnya pada instalasi asalnya. Hilir titik pemisahan, tidak ada PE konduktor dapat dihubungkan ke konduktor netral.
Gambar 6. 5 Sebuah koneksi yang buruk dalam susunan seri
129
Gambar 6. 6 Koneksi langsung dari konduktor PEN ke terminal pentanahan dari sebuah alat
Gambar 6. 7 Pola TN-C-S
130
Jenis Bahan Tabel 6. 8 Pemilihan Konduktor pengaman (PE)
(1) In TN and IT schemes, fault clearance is generally achieved by overcurrent devices (fuses or circuit-breakers) so that the impedance of the fault-current loop must be sufficiently low to assure positive protective device operation. The surest means of achieving a low loop impedance is to use a supplementary core in the same cable as the circuit conductors (or taking the same route as the circuit conductors). This solution minimizes the inductive reactance and therefore the impedance of the loop. (2) The PEN conductor is a neutral conductor that is also used as a protective earth conductor. This means that a current may be flowing through it at any time (in the absence of an earth fault). For this reason an insulated conductor is recommended for PEN operation. (3) The manufacturer provides the necessary values of R and X components of the impedances (phase/PE, phase/PEN) to include in the calculation of the earth-fault loop impedance. (4) Possible, but not recomended, since the impedance of the earth-fault loop cannot be known at the design stage. Measurements on the completed installation are the only practical means of assuring adequate protection for persons. (5) It must allow the connection of other PE conductors. Note: these elements must carry an indivual green/yellow striped visual indication, 15 to 100 mm long (or the letters PE at less than 15 cm from each extremity). (6) These elements must be demountable only if other means have been provided to ensure uninterrupted continuity of protection. (7) With the agreement of the appropriate water authorities. (8) In the prefabricated pre-wired trunking and similar elements, the metallic housing may be used as a PEN conductor, in parallel with the 131
corresponding bar, or other PE conductor in the housing. (9) Forbidden in some countries only. Universally allowed to be used for supplementary equipotential conductors.
Ukuran Penghantar Tabel 6. 9 Minimum cross section area (c.s.a) untuk penghantar pengaman
(1) Data valid if the prospective conductor is of the same material as the line conductor. Otherwise, a correction factor must be applied. (2) When the PE conductor is separated from the circuit phase conductors, the following minimum values must be respected: 2.5 mm2 if the PE is mechanically protected 4 mm2 if the PE is not mechanically protected (3) For mechanical reasons, a PEN conductor, shall have a cross-sectional area not less than 10 mm2 in copper or 16 mm2 in aluminium. (4) Refer to table G53 for the application of this formula.
132
F. Penghantar Netral. Ukuran Penghantar Netral Pengaruh dari jenis sistem pentanahan Pola TT dan TN-S
Rangkaian satu fasa atau semua dari cross sectional area (c.s.a) ≤ 16 mm2 (copper) 25 mm2 (aluminium). Untuk c.s.a. konduktor netral harus sama dengan yang ada pada fasa
Untuk c.s.a. Rangkaian 3 fasa > 16 mm2 untuk bahan tembaga atau 25 mm2 untuk bahan aluminium : c.s.a. yang dari netral dapat dipilih untuk menjadi: -
Sama dengan yang ada pada konduktor fase, atau
-
kecil
Pola TN-C Kondisi yang sama berlaku dalam teori seperti yang disebutkan diatas, tetapi dalam prakteknya, konduktor netral tidak boleh dalam rangkaian terbuka dalam kondisi apapun karena itu merupakan PE serta konduktor netral.
Pola IT Secara umum, tidak dianjurkan untuk mendistribusikan konduktor netral, lebih baik pola 3 fasa 3 penghantar. Saat
instalasi 3 fasa 4 penghantar yang diperlukan,
bagaimanapun, kondisi yang dijelaskan di atas untuk skema TT dan TN-S dapat diterapkan.
Pengaman Penghantar Netral Pengaman terhadap beban lebih Pengaman terhadap hubung singkat Pemutus Penghantar netral Isolasi Penghantar netral
133
Tabel 6. 10 Berbagai situasi untuk konduktor netral mungkin terjadi
(A) Authorized for TT or TN-S systems if a RCD is installed at the origin of the circuit or upstream of it, and if no artificial neutral is distributed downstream of its location (B) The neutral overcurrent protection is not necessary: b If the neutral conductor is protected against short-circuits by a device placed upstream, or, b If the circuit is protected by a RCD which sensitivity is less than 15% of the neutral admissible current.
134
Gambar 6. 8 Contoh diagram satu garis 135
G. Contoh perhitungan Kabel. Contoh perhitungan kabel Instalasi disuplai melalui transformator 1.000 kVA. Proses ini membutuhkan tingkat tinggi untuk kontinuitas suplai listriknya dan ini disediakan oleh instalasi generator siaga 500 kVA 400 V dan mengadopsi sistem IT 3 fase 3-kawat pada panel distribusi utama. Sisa dari instalasi diisolasi dengan trafo 400 kVA 400/400 V. Jaringan hilir menggunakan sistem TT yang ditanahkan 3 fasa 4 penghantar. Mengikuiti diagram satu garis seperti yang ditunjukkan pada Gambar, reproduksi yang dihasilkan dari studi komputer untuk rangkaian C1, circuit breaker Q1, rangkaian C6 dan circuit-breaker Q6. Studi ini dilakukan dengan program aplikasi komputer ECODIAL 3.3 (produk Merlin Gerin). Kemudian diikuti dengan perhitungan yang sama dilakukan dengan metode yang dijelaskan dalam buku ini. Tabel 6. 11Hasil Perhitungan dengan menggunakan program aplikasi Ecodial Versi 3.3
136
137
Dimensi rangkaian C1 Trafo tegangan menengah/rendah 1000kVA memiliki nilai tegangan 420 V tampa beban, rangkaian C1harus memiliki arus sebesar :
adalah nilai per fasa
Enam kabel tembaga satu inti terisolasi PVC di paralel dan akan digunakan untuk setiap fasa. Kabel-kabel ini akan diletakkan di tempat kabel menurut metode, koreksi faktor "k" adalah sebagai berikut: k1 = 1 (temperature = 30 °C) k4 = 0.87 (1 tray ≥ 3 circuits) arus beban yang dikoreksi :
Masing-masing kondutor akan membawa 263 A, dengan c.s.a. 95 mm 2
(cable resistance: 22.5 mΩ.mm2/m) 138
(cable reactance: 0.08 mΩ/m)
Dimensi rangkaian C6 Rangkaian C6 memasok trafo terisolasi 400 kVA 3 fasa 400/400 V Arus primer
Temperatur udaranya 30 o, circuit breaker di set 560 A Koreksi faktor k bernilai 1 c.s.a. yang sesuai adalah 240 mm2 reaktansi induktif dan resistansinya adalah
Perhitungan arus hubung singkat untuk pemilihan circuit-breaker Q 1 dan Q 6 Tabel 6. 12 Evaluasi nilai arus hubung singkat
139
Penghantar PE untuk rangkaian C1 ;
Untuk rangkaian C6, c.s.a. untuk penghantar PE-nya adalah :
140
BAB VII Perbaikan Faktor Daya dan Penyaringan (Filter) Harmonik
Indikator Keberhasilan: Setelah mengikuti pembelajaran ini siswa diharapkan dapat memahami Perbaikan faktor daya dan filter harmonik A. Daya Reaktif dan Faktor Daya. 1. Daya Reaktif
Semua mesin induksi dan semua peralatan yang beroperasi dengan sistem AC, pada dasarnya mengubah energi listrik dari generator-generator pembangkit menjadi kerja mekanik dan panas. Energi ini di ukur dengan menggunakan kWh meter, dan mengacu sebagai daya aktif. Untuk merubah energi ini, harus ada medan magnet yang dibangun didalam mesin tersebut, dan medan magnet ini berhubungan dengan bentuk energi lainnya untuk mensuplai sistem daya/pembangkit, dikenal dengan daya reaktif atau wattless.
Alasan untuk hal tersebut diatas adalah karena ada rangkaian induktif yang berputar yang menyerap energi dari sistem (selama membangun medan magnet) dan memasukan kembali energi tersebut ke dalam sistem ( selama medan magnet tersebut berkurang ) dua kali di setiap siklus frekuensi daya.
Sebuah fenomena yang serupa terjadi dengan elemen kapasitif shunt di dalam sistem daya, seperti halnya kapasitansi kabel atau kapasitor bank. Dalam kasus ini, energi di simpan secara elektro statik, siklus penyimpanan dan pembuangan dari rangkaian kapasistif bereaksi di generator pada sistem dalam bentuk yang sama, seperti yang dijelaskan untuk rangkaian induktif, akan tetapi arus mengalir ke dan dari ragkaian kapasitif dalam fase yang tepat yang berlawanan terhadap rangkaian induktif. Keistimewaan ini berbasis pada kebergatungan skema koreksi faktor daya. Seharusnya dicatat sementara arus “wattless” ini (lebih akurat, komponen “wattless” dari arus beban) tidak menggambar daya dari sistem, itu terjadi karena adanya 141
hilangnya daya dalam sistem transmisi dan distribusi oleh pemanasan konduktor. Secara praktisnya pada sistem daya, komponen “wattless” dari arus beban adalah selalu induktif, sementara impendasi dari sistem transmisi dan distribusi sebagian besar secara indusktif reaktif.
Kombinasi dari arus indusktif yang mengalir melalui sebuah reaktansi induktif menghasilkan kondisi yang mungkin paling jelek untuk drop tegangannya (contohnya fase langsung bertentangan dengan sistem tegangan). Untuk alasan ini (rugi daya transmisi dan drop tegangan), otoritas power-supply mengurangi jumlah arus "wattless" (induktif) sebanyak mungkin. Arus "Wattless" (kapasitif) memiliki efek sebaliknya pada level tegangan dan menghasilkan tegangan-naik dalam sistem daya. Daya (kW) yang berhubungan dengan energi "aktif" biasanya diwakili oleh huruf P.
Daya reaktif (kvar) diwakili oleh Q. daya induktif-reaktif secara konvensional positif (+ Q) sementara daya capacitively-reaktif ditampilkan sebagai kuantitas negatif (- Q). Daya nyata S (kVA) adalah kombinasi dari P dan Q (lihat Gambar. L1). menunjukkan hubungan antara P, Q, dan S.
Gambar 7. 1 Motor listrik yang memerlukan daya aktif P dan daya reaktif Q dari sistem daya
2. Perlengkapan dan peralatan yang membutuhkan energi reaktif
142
Semua peralatan AC dan peralatan yang termasuk perangkat elektromagnetik, atau tergantung pada lilitan magnetis, membutuhkan beberapa tingkat arus reaktif untuk menciptakan fluks magnetik. Bentuk peralatan yang paling umum yang dikenal dalam kelas adalah trafo dan reaktor, motor dan lampu discharge (dengan ballast magnetik) lihat Gambar. 7. 2.
Gambar 7. 2 Daya yang dikonsumsi peralatan juga membutuhkan energi reaktif
Proporsi daya reaktif (kvar) dalam kaitannya dengan daya aktif (kW) ketika sebuah alat listrik dari perlengkapan dimuati beban penuh bervariasi sesuai dengan alat yang menjadi penilaian :
65-75% untuk motor asinkron
5-10% untuk trafo
143
3. Faktor Daya
Definisi Faktor Daya Faktor daya beban, yang mungkin satu alat yang mengkonsumsi daya, atau jumlah alatnya lebih dari (misalnya seluruh instalasi), diberikan oleh rasio P / S, contohnya yaitu kW dibagi dengan kVA pada saat tertentu. Nilai faktor daya akan berkisar dari 0 sampai 1. Jika arus dan tegangan adalah benyuk sinyal sinusoidal sempurna, faktor daya sama dengan cos φ. Sebuah faktor daya mendekati satu berarti bahwa energi reaktifnya adalah kecil dibandingkan dengan energi aktif, sementara nilai yang rendah dari faktor daya menunjukkan kondisi sebaliknya.
Digram Vektor Daya
Daya Aktif P (in kW)
-
Satu fasa (1 fasa and netral): P = V I cos ϕ
-
Satu fasa (fasa ke fasa): P = U I cos ϕ
-
Tiga fasa (3 penghantar or 3 penghantar + netral): P = 3U I cos ϕ
Daya Reaktif Q (dalam kvar)
-
Satu fasa (1 fasa and netral): P = V I sin ϕ
-
Satu fasa (fasa ke fasa): Q = U I sin ϕ
-
Tiga fasa (3 penghantar or 3 penghantar + netral): P = 3 U I sin ϕ
Apparent power S (in kVA)
-
Satu fasa (1 fasa and netral): S = V I
-
Satu fasa (fasa ke fasa): S = U I
-
Tiga fasa (3 penghantar or 3 penghantar + netral): P = 3 U I
Dimana : V = Tegangan antara fasa dan netral U = Tegangan antara fasa-fasa I = arus penghantar ϕ = Sudut fasa antara vektor V dan I. v Untuk beban seimbang dan mendekati seimbang pada sistem 4-kawat
144
Vektor arus dan tegangan, dan derivasi dari diagram listrik Diagram "vektor" daya adalah cara yang paling berguna, berasal langsung dari diagram vektor putar yang sebenarnya dari arus dan tegangan, sebagai berikut: Tegangan sistem daya diambil sebagai jumlah referensi, dan satu fase hanya dianggap pada asumsi pembebanan setimbang 3-fase. Referensi Fase tegangan (V) adalah bersamaan waktunya dengan sumbu horisontal, dan arus (I) dari fase yang akan menuju sumbu horisontal pula, untuk praktisnya hampir semua beban sistem daya, tertinggal tegangan oleh sudut φ. Komponen I yang ada dalam fase dengan V adalah komponen "wattful" dari I dan sama dengan I cos φ, sementara VI cos φ sama dengan daya aktif (kW di) di sirkuit, jika V dinyatakan dalam kV. Komponen I yang tertinggal 90 derajat di belakang V adalah komponen wattless dari I dan sama dengan I Sin φ, sementara VI sin φ sama dengan daya reaktif (dalam kvar) dalam rangkaian, jika V dinyatakan dalam kV. Jika vektor I dikalikan dengan V, dinyatakan dalam kV, maka VI sama dengan daya nyata (dalam kVA) untuk rangkaian. Rumus sederhana diperoleh : S2 = P2 + Q2 kW di atas, kvar dan nilai-nilai kVA per fase, bila dikalikan dengan 3, oleh karena itu mudah mewakili hubungannya antara kVA, kW, kvar dan faktor daya untuk beban total 3-fase, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. 3.
P = Daya aktif Q = Daya reaktif S = Daya nyata
Gambar 7. 3 Diagram daya
145
Contoh perhitungan Daya Tabel 7. 1 Contoh perhitungan daya aktif dan reaktif
4. Nilai praktis dari faktor daya
Perhitungan untuk contoh tiga fase di atas adalah sebagai berikut : Pn = daya poros yang diberikan = 51 kW P = daya aktif yang dikonsumsi
Sehingga, pada mengacu pada diagram Gambar L5 atau menggunakan kalkulator, nilai tan φ yang berhubungan dengan cos φ 0,86 ditemukan menjadi 0,59 Q = P tan ϕ = 56 x 0.59 = 33 kvar Alternatif lainnya
146
Gambar 7. 4 Perhitungan diagram daya
Rata-rata nilai faktor daya untuk peralatan yang paling sering digunakan dan peralatan Tabel 7. 2 Nilai-nilai dari cos φ dan tan φ untuk peralatan yang paling sering digunakan
147
B. Mengapa Faktor Daya Diperbaiki. 1. Pengurangan biaya listrik
Manajemen yang baik dalam konsumsi energi reaktif membawa keuntungan ekonomi. Catatan ini didasarkan pada struktur tarif yang sebenarnya yang umumnya diterapkan di Eropa, dirancang untuk mendorong konsumen untuk mengurangi konsumsi energi reaktif.
Instalasi faktor daya kapasitor koreksi pada instalasi memungkinkan konsumen untuk mengurangi tagihan listrik nya dengan mempertahankan tingkat konsumsi daya reaktif di bawah nilai kontrak yang telah disepakati dengan otoritas power supply. Dalam tarif khusus ini, energi reaktif adalah tagihan sesuai dengan kriteria φ tan. Seperti disebutkan sebelumnya:
Otoritas power supply memberikan energi reaktif secara gratis:
Jika energi reaktif mewakili kurang dari 40% dari energi aktif (tan φ <0,4) untuk jangka waktu maksimum 16 jam setiap hari (06-00 jam sampai 22-00 jam) selama periode beban maksimum (di musin dingin)
Tanpa batasan selama periode beban cahaya di musim dingin, dan di musim semi dan musim panas. Selama periode pembatasan, konsumsi energi reaktif melebihi 40% dari energi aktif (yaitu tan φ> 0,4) adalah tagihan bulanan pada tarif saat ini. Dengan demikian, jumlah energi reaktif ditagih dalam periode ini akan :
kvarh (yang ditagihkan) = kWh (tan ϕ > 0.4) dimana : -
kWh adalah energi aktif yang dikonsumsi selama periode pembatasan
-
kWh tan ϕ adalah total energi reaktif selama periode pembatasan
-
0.4 kWh adalah jumlah energi reaktif disampaikan secara gratis selama periode pembatasan 148
tan φ = 0,4 sesuai dengan faktor daya dari 0,93 sehingga, jika langkah-langkah yang diambil untuk memastikan bahwa selama periode pembatasan faktor daya tidak pernah turun di bawah 0,93, konsumen tidak
akan memiliki apa-apa untuk
membayar daya reaktif yang dikonsumsi.
Untuk menghindari kerugian, konsumen dibebani biaya pembelian, menginstal dan memelihara kapasitor perbaikan faktor daya dan mengendalikan switchgear, peralatan kontrol otomatis (di mana tingkat melangkah kompensasi yang diperlukan) bersama-sama dengan kWh tambahan dikonsumsi oleh kerugian dielektris dari kapasitor, dll. Hal Ini dapat diartikan bahwa lebih ekonomis untuk memberikan kompensasi parsial saja, dan bahwa membayar untuk beberapa energi reaktif yang dikonsumsi lebih murah daripada menyediakan 100% kompensasi.
Pertanyaan koreksi faktor daya adalah masalah optimasi, kecuali dalam kasus yang sangat sederhana.
2. Optimisasi teknik/ekonomi
Faktor daya tinggi yang memungkinkan optimalisasi komponen instalasi. Menilai terlalu tinggi dari peralatan tertentu dapat dihindari, tetapi untuk mencapai hasil terbaik, koreksi harus dilakukan seakurat mungkin dengan peralatan induktif.
Pengurangan ukuran kabel Tabel 7.3 menunjukkan peningkatan yang diperlukan dalam ukuran kabel sebagai faktor daya yang dikurangi dari satu sampai
0,4, untuk daya aktif yang sama
ditransmisikan. Tabel 7. 3 Faktor pengali untuk ukuran kabel sebagai fungsi dari cos φ
149
Pengurangan kerugian (P, kW) pada kabel Kerugian dalam kabel adalah sebanding dengan kuadrat arus, dan diukur dengan meteran kWh instalasi. Pengurangan dari total arus dalam konduktor sebesar 10% misalnya, akan mengurangi kerugian hampir 20%.
Pengurangan drop tegangan Faktor daya kapasitor koreksi mengurangi atau bahkan menggagalkan sepenuhnya arus
(induktif)
reaktif
pada
hulu
konduktor,
sehingga
mengurangi
atau
menghilangkan drop tegangan.
Peningkatan daya yang tersedia Melalui meningkatkan faktor daya beban dipasok dari trafo, arus melalui trafo akan dikurangi, sehingga memungkinkan penambahan beban untuk ditambahkan. Dalam prakteknya, mungkin lebih murah untuk memperbaiki faktor daya, daripada mengganti trafo dengan unit yang lebih besar.
150
C. Bagimanakah Memperbaiki Faktor Daya. 1. Prinsip Teoritis Sebuah beban induktif memiliki faktor daya yang rendah membutuhkan generator dan sistem transmisi / distribusi untuk melewatkan arus reaktif (sistem tegangan tertinggal sebesar 90 derajat) dengan diasosiasikan rugi daya dan jatuh tegangan yang berlebihan, Jika kapasitor bank shunt ditambahkan ke beban, arus (kapasitif) reaktif yang akan mengambil jalan yang sama melalui sistem daya seperti arus beban reaktif.
Karena, arus Ic kapasitif ini (yang mendahului sistem tegangan sebesar 90 derajat) dalam fase arah yang berlawanan langsung terhadap arus beban reaktif (IL), dua komponen yang mengalir melalui jalan yang sama akan menggagalkan satu sama lainnya, sehingga jika bank kapasitor cukup besar dan Ic = IL tidak akan ada arus reaktif pada sistem hulu kapasitor.
Hal ini ditunjukkan pada Gambar 7. 5 (a) dan (b) yang menunjukkan aliran komponen reaktif hanya arus saja. a) Komponen arus reaktif hanya bentuk aliran saja
b) Ketika IC = IL, semua daya reaktif di suplai dari kapasitor bank
Gambar 7. 5 (a) Menunjukkan keistimewaan dasar dari koreksi faktor daya
151
c) Dengan arus beban yang ditambahkan ke kasus (b)
Gambar 7. 6 (b) Menunjukkan keistimewaan dasar dari koreksi faktor daya
Dalam gambar ini : R menyatakan elemen daya aktif beban L menyatakan elemen daya (induktif) reaktif beban C menyatakan elemen daya (kapasitif) reaktif dari peralatan koreksi faktor daya (contohnya kapasitor)
Hal Ini akan terlihat dari diagram (b) dari Gambar L9, bahwa kapasitor bank C terlihat memasok semua arus reaktif beban. Untuk alasan ini, kapasitor kadangkadang disebut sebagai "generator var tertinggal". Dalam diagram (c) dari Gambar L9, komponen arus daya aktif telah ditambahkan, dan menunjukkan bahwa (kompensasi penuh) beban yang muncul ke sistem daya seperti memiliki faktor daya dari 1.
Gambar 7. 7 Diagram menunjukkan prinsip kompensasi Qc = P (tan φ – tan φ „)
152
Secara umum, tidak ekonomis untuk mengkompensasi penuh sebuah instalasi. Gambar
7.6
menggunakan
diagram
listrik
untuk
menggambarkan
prinsip
kompensasi dengan mengurangi daya reaktif Q yang cukup besar untuk mendapatkan nilai Q ' yang lebih kecil dengan arti kapasitor bank yang memiliki daya reaktif Qc. Dengan demikian, besarnya daya semu S terlihat untuk mengurangi ke S '.
Contoh : Sebuah motor mengkonsumsi 100 kW pada faktor daya dari 0,75 (yaitu tan φ = 0,88). Untuk memperbaiki faktor daya menjadi 0,93 (yaitu tan φ = 0.4), daya reaktif dari kapasitor bank harus: Qc = 100 (0,88-0,4) = 48 kvar Tingkat yang terpilih dari kompensasi dan perhitungan penilaian untuk kapasitor bank tergantung pada instalasi tertentu.
Catatan: Sebelum memulai sebuah proyek kompensasi, sejumlah tindakan pencegahan harus diamati. Secara khusus, motor yang terlalu besar harus dihindari, begitu juga motor yang berjalan tampa beban. Dalam kondisi yang terakhir ini, energi reaktif dikonsumsi oleh motor menghasilkan faktor daya yang sangat rendah (≈ 0,17), ini karena kW diambil oleh motor (ketika tidak dibebani) sangat kecil.
Dengan menggunakan peralatan apa ?
Kompensasi pada Tegangan Rendah Pada tegangan rendah, kompensasi disediakan oleh :
Kapasitor dengan nilai yang tetap
Peralatan yang menyediakan pengatur otomatis, atau kapasitor bank yang memungkinkan penyesuaian terus menerus sesuai dengan persyaratan, sebagai pembebanan dari perubahan instalasi
153
Kapasitor dengan nilai tetap Pengaturan ini mempekerjakan satu atau lebih kapasitor (s) untuk membentuk tingkat konstan kompensasi. Pengendaliannya mungkin :
Manual : melalui circuit-breaker atau saklar pemutus beban
Semi-otomatis : menggunakan kontaktor
Koneksi langsung ke sebuah alat dan merubah posisinya
Kapasitor ini diterapkan:
Pada terminal perangkat induktif (motor dan trafo)
Pada busbar menyediakan berbagai motor kecil dan alat induktif untuk yang mana kompensasi masing-masing akan memakan biaya yang mahal
Dalam kasus di mana tingkat beban cukup konstan
Gambar 7. 8 Contoh kapasitor dengan kompensasi nilai yang tetap
Kapasitor Bank Otomatis
Jenis peralatan ini menyediakan pengendali kompensasi otomatis, mempertahankan faktor daya dalam batas mendekati sekitar tingkat yang dipilih. Peralatan tersebut diterapkan pada titik-titik di instalasi di mana variasi aktif daya dan / atau daya reaktif yang relatif besar, misalnya: 154
Pada busbar dari panel distribusi daya
Pada terminal dari kabel feeder dengan beban besar
Gambar 7. 9 Contoh peralatan pengaturan kompensasi otomatis
Prinsip-prinsip dari, dan alasan-alasan, untuk menggunakan kompensasi otomatis
Sebuah bank kapasitor dibagi menjadi sejumlah bagian, setiap bagiannya masingmasing dikendalikan melalui kontaktor. Penutupan kontaktor merubah posisi bagiannya ke dalam operasi paralel dengan bagian lainnya yang sedang dalam perbaikan. Oleh karena itu, ukuran bank dapat meningkat atau menurun dalam beberapa tahap, dengan penutupan dan pembukaan pengendalian kontaktor.
Sebuah relay kontrol memonitor faktor daya dari rangkaian yang dikendalikan dan diatur untuk menutup dan membuka kontaktor-kontaktor yang sesuai untuk
155
mempertahankan sistem faktor daya yang tetap (dalam toleransi yang dikenakan melalui ukuran setiap langkah kompensasi).
Transformator arus untuk pemantauan relay harus jelas ditempatkan pada satu fase dari kabel masuk yang memasok rangkaian yang sedang dikendalikan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. 9.
Gambar 7. 10 Prinsip pengendali konpensasi otomatis
Varset Fast capacitor bank adalah peralatan koreksi faktor daya otomatis dan juga termasuk kontaktor statis (thyristor) yang bukan merupakan kontaktor biasa. Koreksi statis sangat cocok untuk sejumlah instalasi yang menggunakan peralatan dengan siklus yang cepat dan / atau sensitif terhadap lonjakan transien.
Keuntungan kontaktor statis adalah sebagai berikut :
Memberi respon langsung terhadap semua fluktuasi faktor daya (waktu respon 2 ms s atau 40 sesuai dengan pilihan pengaturnya)
Jumlah operasi yang tidak terbatas
Penghapusan fenomena transien pada jaringan pada pensaklaran kapasitor 156
Pengoperasiannya tidak membuat berisik
Melalui penyesuaian kompensasi
erat dengan
yang diminta
oleh
beban,
kemungkinan menghasilkan tegangan yang berlebih pada saat-saat beban rendah akan dapat dihindari, sehingga mencegah pada kondisi tegangan yang berlebih, dan kemungkinan kerusakan pada peralatan dan peralatan.
Tegangan yang berlebih akibat kompensasi reaktif yang berlebihan tergantung sebagian pada nilai impedansi sumber.
Pilihan antara kapasitor bank nilai tetap atau yang diatur secara otomatis
Dimana rating kvar kapasitor kurang dari, atau sama dengan 15% dari nilai pasokan trafo, nilai tetap kompensasi yang sesuai. Di atas level 15%, disarankan untuk memasang bank otomatis dikendalikan kapasitor.
Lokasi kapasitor tegangan rendah di instalasi merupakan mode kompensasi, yang mungkin bersifat luas (satu lokasi untuk seluruh instalasi), parsial (bagian-demibagian), lokal (pada setiap perangkat individu), atau beberapa kombinasi dari dua huruf terakhir. Pada prinsipnya, kompensasi yang ideal diterapkan pada titik konsumsi dan pada tingkat yang diperlukan pada setiap saat. Dalam prakteknya, faktor teknis dan ekonomi mengatur pilihan.
157
D. Dimana Memasang Kapasitor untuk Perbaikan Faktor Daya. 1. Kompensasi Global
Prinsip Kapasitor bank terhubung ke busbar dari panel distribusi utama tagangan rendah untuk instalasi, dan tetap dalam pelayanan selama periode beban normal.
Keutungan Tipe kompensasi global :
Mengurangi hukuman tarif untuk konsumsi kvar yang berlebihan
Mengurangi kebutuhan daya nyata kVA
Mengurangi jumlah trafo penyuplai, yang kemudian mampu menerima beban lebih jika diperlukan
Catatan
Arus reaktif masih mengalir di semua konduktor kabel yang meninggalkan (yaitu hilir) panel distribusi utama tegangan rendah
Untuk alasan di atas, ukuran kabel ini, dan kerugian daya di dalamnya, tidak ditingkatkan melalui mode global kompensasi.
Gambar 7. 11 Kompensasi global 158
Kompensasi berdasarkan sektor Prinsip Kapasitor Bank yang terhubung ke busbar dari setiap panel distribusi lokal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.11.
Gambar 7. 12 Kompensasi berdasarkan sektor
Bagian penting dari manfaat instalasi dari pengaturan ini, terutama kabel feeder dari panel distribusi utama untuk masing-masing panel distribusi lokal di mana pengukuran-pengukuran kompensasi diterapkan.
Keuntungan
Kompensasi berdasarkan sektor :
Mengurangi hukuman tarif untuk konsumsi Kvar yang berlebihan
Mengurangi tuntutan daya nyata KVA
Mengurangi jumlah trafo penyuplai, yang kemudian mampu menerima beban lebih jika diperlukan
159
Besar ukuran kabel suplai ke panel distribusi lokal mungki dapat dikurangi, atau perlu penambahan kapasitas sesuai dengan kemungkinan peningkatan beban
Kerugian pada kabel yang sama dapat dikurangi
Komentar
arus reaktif masih mengalir di semua kabel hilir panel distribusi lokal
Untuk alasan di atas, ukuran kabel ini, dan kerugian daya di dalamnya, tidak diperbaiki dengan kompensasi oleh sektor
Dimana perubahan besar dalam beban terjadi, selalu ada risiko kompensasi berlebih dan masalah akibat tegangan berlebih
kompensasi Individual
Prinsip Kapasitor yang terhubung langsung ke terminal rangkaian induktif (terutama motor). Kompensasi individu harus dipertimbangkan ketika daya motor signifikan besarnya dengan hubungan kebutuhan daya dinyatakan (kVA) instalasi. Nilai kvar kapasitor bank makanya besarnya 25% dari nilai kW motor. Kompensasi pelengkap pada instalasi (transformator) aslinya juga mungkin bermanfaat.
Keuntungan
Kompensasi berdasarkan sektor :
Mengurangi hukuman tarif untuk konsumsi Kvar yang berlebihan
Mengurangi tuntutan daya nyata KVA
Mengurangi ukuran semua kabel serta kerugian kabel
160
E. Bagaimanakah menetapkan Tingkat Optimal Kompensasi. 1. Metode Umum
Daftar daya reaktif menuntut pada tahap desain Daftar ini dapat dibuat dengan cara yang sama (dan pada waktu yang sama) seperti halnya untuk pembebanan daya. Tingkat aktif dan pembebanan daya reaktif, pada setiap tingkat instalasi (umumnya pada titik-titik distribusi dan subdistribution rangkaian) untuk kemudian dapat ditentukan.
Optimasi teknis-ekonomi untuk instalasi yang sudah ada Nilai optimum kapasitor kompensasi untuk instalasi yang sudah ada dapat ditentukan dari pertimbangan pokok sebagai berikut :
Tagihan listrik sebelum pemasangan kapasitor
Tagihan listrik Future diantisipasi setelah instalasi kapasitor
Biaya dari : -
Pembelian kapasitor dan peralatan kendali (kontaktor, relay, lemari, dll)
-
Biaya
kerugian
pemanasan
dielektrik
dalam
kapasitor,
dibandingkan
mengurangi kerugian dalam kabel, trafo, dll, -
Setelah instalasi kapasitor
Metode Sederhana
Prinsip Umum Perhitungan perkiraan umumnya cukup untuk kasus-kasus yang paling praktis, dan mungkin berdasarkan pada asumsi faktor daya dari 0,8 (lagging) sebelum kompensasi. Usaha meningkatkan faktor daya ke nilai yang cukup untuk menghindari hukuman tarif (ini tergantung pada struktur tarif lokal, tetapi diasumsikan di sini untuk menjadi 0,93) dan untuk mengurangi kerugian, drop tegangan, dan lain-lain dalam instalasi.
161
Dari gambar tersebut, dapat dilihat bahwa, untuk meningkatkan faktor daya dari instalasi 0,8 sampai 0,93 akan membutuhkan 0.355 kvar per kW beban. Nilai kapasitor bank pada busbar dari panel distribusi utama dari instalasi menjadi Q (kvar) = 0.355 x P (kW).
Pendekatan ini memungkinkan penentuan yang cepat dari kapasitor kompensasi yang diperlukan, meskipun dalam mode global, sebagian atau independen.
Contoh Hal ini diperlukan untuk memperbaiki faktor daya dari instalasi 666 kVA 0,75-0,928. Permintaan daya aktif adalah 666 x 0,75 = 500 kW. Dalam Gambar L15, persimpangan baris cos φ = 0,75 (sebelum koreksi) dengan kolom cos φ = 0,93 (setelah koreksi) menunjukkan nilai 0,487 kvar kompensasi per kW beban. Untuk beban 500 kW, oleh karena itu, 500 x 0.487 = 244 kvar kompensasi kapasitif diperlukan. Catatan: Metode ini berlaku untuk setiap tingkat tegangan, yaitu independen dari tegangan.
162
Tabel 7. 4 Nilai kvar dipasangkan per kW beban, untuk memperbaiki faktor daya dari instalasi
163
Metode yang berdasarkan pada penghindaran hukuman tarif
Metode berikut ini memungkinkan perhitungan nilai kapasitor bank yang diusulkan, berdasarkan rincian penagihan. Metode ini menentukan kompensasi minimum yang diperlukan untuk menghindari biaya ini yang berbasiskan pada konsumsi kvarh. Prosedurnya adalah sebagai berikut :
Mengacu pada tagihan yang yang mencakup konsumsi
Identifikasi garis mengacu pada tagihan pada "reaktif-energi yang dikonsumsi" dan "kvarh yang akan dikenakan". Pilih tagihan yang menunjukkan biaya tertinggi untuk kvarh (setelah memeriksa bahwa ini bukan karena beberapa situasi yang luar biasa). Sebagai contoh: 15966 kvarh pada bulan Januari.
Evaluasi periode total pengoperasian beban dari instalasi untuk bulan itu, misalnya:. 220 jam (22 hari x 10 jam) Jam yang harus dihitung adalah yang terjadi selama beban terberat dan beban puncak tertinggi terjadi pada sistem daya. Hal ini diberikan dalam dokumen tarif, dan (biasanya) selama 16 jam setiap hari, baik dari 06.00 jam sampai 22,00 jam atau dari pukul 07.00 jam sampai 23.00 h menurut wilayah. di luar periode ini, tidak ada biaya yang dibuat untuk konsumsi kvarh.
Nilai yang diperlukan kompensasi dalam kvar = kvarh ditagih / jumlah jam operasi (1) = Qc.
Nilai kapasitor bank yang terpasang umumnya dipilih untuk menjadi sedikit lebih besar dari yang dihitung. Produsen tertentu dapat memberikan "mistar" yang dirancang khusus untuk memfasilitasi jenis perhitungan ini, menurut tarif tertentu. Perangkat ini dan saran dokumentasi yang menyertainya pada skema peralatan dan kendali yang sesuai, serta memberikan gambaran pembatasan yang dikenakan oleh tegangan harmonik pada sistem tenaga listrik. Tegangan seperti ini membutuhkan baik kapasitor dimensi besar (dalam hal-disipasi panas, tegangan dan peringkat saat ini) dan / atau induktor penekanan harmonik atau filter.
164
Metode yang berdasarkan pada pengurangan dari daya semu maksimum (kVA) yang dinyatakan
Bagi konsumen yang tarifnya berdasarkan pada biaya tetap per kVA, ditambah biaya per kWh dikonsumsi, jelas bahwa pengurangan pada kVA-nya akan bermanfaat. Diagram Gambar L16 menunjukkan bahwa sebagai kenaikan faktor daya, nilai kVA berkurang untuk nilai kW (P) Tertentu. Peningkatan faktor daya ditujukan untuk mengurangi tingkat yang sudah ditentukan dan tidak pernah melebihi itu, sehingga terhindar dari pembayaran harga yang berlebihan per kVA selama periode kelebihan, dan / atau pemutusan dari circuit breaker utama. Gambar L15 (halaman sebelumnya) menunjukkan nilai kvar kompensasi per kW beban, diperlukan untuk meningkatkan dari satu nilai faktor daya ke nilai faktor daya yang lainnya.
Gambar 7. 13 Pengurangan kVA maksimum oleh adanya peningkatan faktor daya
Dalam periode penagihan, selama jumlah waktu penggunaan energi reaktif, dikenakan biaya untuk kasus diatas :
Qc =
= 73 kvar
165
F. Kompensasi pada Terminal Transformator. 1. Kompensasi untuk meningkatkan ketersediaan output daya aktif
Untuk memasok ketersediaan lebih banyak lagi daya aktif, maka perlu meningkatkan faktor daya beban, dan harus memaksimalkan ketersediaan kapasitas trafo yang ada.
Kasus-kasus dapat bermunculan, saat terjadi penggantian trafo dengan unit yang lebih besar, dengan maksud untuk mengatasi pertumbuhan beban yang terjadi, maka untuk menghindari terjadinya permasalahan, tabel 3.5, menunjukkan secara langsung kemampuan daya (kW) dari transformator saat beban penuh pada faktor daya beban yang berbeda, yang mana peningkatan output daya aktif dapat diperoleh sebagai peningkatan nilai faktor daya.
Tabel 7. 5 kemampuan daya (kW) transformator saat beban penuh, ketika suplai beban pada nilai faktor daya yang berbeda
Sebuah instalasi dipasok suplai listrik dari trafo 630 kVA, dibebani pada 450 kW (P1) dengan faktor daya 0,8 lagging, maka daya nyata-nya adalah :
166
Hubungannya dengan daya reaktif :
Kenaikan beban P2 = 100kW diantisipasi dengan faktor daya pada 0,7 lagging. Maka, daya nyata :
S2 =
= 143 kVA
Hubungannya dengan daya reaktif : P = P1 + P2 = 550 kW
Kemampuan daya reaktif maksimum transformator 630 kVA saat memberikan daya 550 kW adalah : Qm = √
Qm = √
= 307 kvar
Total daya reaktif yang dibutuhkan oleh instalasi sebelum kompensasi: Q1 + Q2 = 337 + 102 = 439 kvar
Sehingga ukuran maksimum kapasitor bank yang harus dipasang adalah : Qkvar = 439 - 307 = 132 kvar
Perlu dicatat bahwa perhitungan ini tidak diperhitungkan beban puncak dan durasinya.
Perbaikan yang mungkin terbaik, yaitu koreksi yang mencapai faktor daya 1 akan mengizinkan cadangan daya transformator sebesar 630-550 = 80 kW. Kapasitor bank kemudian akan harus sebesar 439 kvar.
167
Gambar 7. 14 Kompensasi Q memungkinkan beban instalasi diperpanjang sampai S2, tampa harus mengganti trafo yang sudah ada, dan output-nya dibatasi sampai S
2. Kompensasi energi reaktif yang diserap oleh transformator
Sifat Trafo Reaktansi Induktif Semua referensi sebelumnya telah dihubungkan secara shunt ke perangkatnya seperti yang digunakan dalam beban normal, dan faktor daya mengoreksi kapasitor bank dan seterunya. Untuk alasan inilah, dihubungkan secara shunt ke perangkatnya membutuhkan (berdasarkan jaraknya) jumlah terbesar energi reaktif dalam sistem tenaga ; namun, reaktansi terhubung seri, seperti reaktansi induktif kabel listrik dan reaktansi kebocoran lilitan trafo, dan lain-lain, juga penyerapan energi reaktif.
Dimana metering dilakukan pada sisi trafo tegangan menengah, kerugian energi reaktif dalam tranfo mungkin (tergantung pada tarif) perlu dikompensasi. Semua nilai reaktansi merujuk ke sisi sekunder trafo, di mana cabang shunt merupakan jalur arus magnetisasi. Arus magnetisasi tetap besarnya/ konstan (sekitar 1,8% dari arus beban penuh) dari tidak ada beban ke beban penuh, dalam keadaan normal, yaitu dengan tegangan primer konstan, sehingga kapasitor shunt nilai tetap dapat dipasangkan pada tegangan menengah atau sisi tegangan rendah, untuk mengimbangi energi reaktif yang diserap.
168
Gambar 7. 15 Reaktansi trafo per fase
Penyerapan daya reaktif dalam hubungan seri (kebocoran fluks) reaktansi XL Sebuah ilustrasi sederhana dari fenomena ini diberikan oleh diagram vektor yang ditunjukkan Gambar 7. 14. Komponen arus reaktif melalui beban = I sin φ sehingga QL = VI sin φ.
Gambar 7. 16 Penyerapan daya reaktif oleh induktasi seri
Komponen arus reaktif dari sumber = I sin ϕ‟ sehingga QE = EI sin ϕ‟. Nilainya dapat terlihat bahwa E > V dan sin ϕ‟ > sin ϕ. Perbedaan antara EI sin ϕ‟ dan VI sin ϕ adalah kvar per fase yang diserap oleh XL.
169
Nilainya dapat ditunjukkan bahwa nilai kvar ini sama terhadap I2XL (yang analogi terhadap kerugian daya nyata I2R (kW) disebabkan oleh resistansi seri kabel listrik dan lain-lain). Melalui rumus I2XL, menjadi sangat mudah menarik kesimpulan bahwa kvar yang diserap semua nilai beban trafo adalah sebagai berikut : Jika nilai per unit digunakan (bukan nilai persentase)
perkalian langsung dapat
dilakukan antara I dan XL.
Contoh : Sebuah trafo 630 kVA dengan tegangan reaktansi hubung singkat 4 %, dibebani penuh, berapa kerugian daya reaktifnya (kvar) ?
4% = 0.04 pu Ipu = 1 Ioss =
XL =
x 0.04 = 0.04 pu kvar
dimana 1 pu = 630 kVA, rugi kvar 3 fasa adalah 630 x 0.04 = 25.2 kvar (atau, sederhananya, 4% of 630 kVA). Pada setengah beban, yaitu I = 0.5 pu kerugian menjadi 0.52 x 0.04 = 0.01 pu = 630 x 0.01 = 6.3 kvar dan seterusnya...
Contoh ini maupun diagram vektor Gambar 7. 14 menunjukkan, bahwa :
Faktor daya pada sisi primer dengan trafo dibebani adalah berbeda (normalnya lebih rendah) dibanding sisi sekundernya (akibat oleh adanya penyeraan var)
Kerugian kvar beban penuh akibat kebocoran reaktansi adalah sama terhadap reaktansi persentasi trafo (4% reaktansi mengartikan kerugian kvar sama terhadap nilai 4% trafo)
Kerugian kvar akibat kebocoran reaktansi, bervariasi sesuai kuadrat arus listriknya (atau pembebanan kVA)
Untuk menentukan kerugian kvar sebuah trafo, konstanta rugi-rugi rangkaian arus magnetisasi (sekitar 1.8 % nilai kVA trafo) harus ditambahkan
ke rugi-rugi seri
sebelumnya.
170
Tabel 7.6 menunjukkan kvar tampa beban dan beban penuh untuk trafo distribusi. Prinsipnya, induktansi seri dapat dikompensasi memalui kapasitor seri tetap. Susunan ini, secara operasonal sulit dilakukan, akan tetapi pada tingkat tegangan sesuai petunjuk ini, kompensasi shunt selalu diterapkan.
Dalam kasus metering tegangan menengah, nilainya sudah mencukupi untuk menaikkan faktor daya ke titik dimana trafo ditambah konsumsi beban daya reaktif berada dibawah tingkatan biaya penagihan yang dibuat. Tingkatan ini bergantung pada tarif-nya, namun sering berhubungan dengan tan ϕ value of 0.31 (cos ϕ of 0.955).
Tabel 7. 6 Konsumsi daya reaktif trafo distribusi dengan lilitan utama 20 kV
171
G. Perbaikan Faktor Daya pada Motor Induksi. 1. Hubungan pengaturan kapasitor bank and proteksi
Pencegahan Umum Karena konsumsi kW kecil, faktor daya motor sangat rendah saat tidak berbeban atau beban ringan. Arus reaktif motor tetap konstan secara praktis pada semua beban, sehingga sejumlah motor tidak berbeban merupakan mengkonsumsi daya reaktif yang umumnya merugikan instalasi, untuk alasan-alasan yang dijelaskan dalam bagian sebelumnya. Oleh karena itu, dua baik aturan umum bahwa motor tidak berbeban harus dimatikan, dan motor tidak boleh kebesaran (karena mereka kemudian akan ringan bebannya).
Hubungannya kapasitor Bank harus terhubung langsung ke terminal motor.
Motor Khusus Disarankan bahwa motor khusus (stepping, plugging, inching, reversing motors, dll) tidak harus dikompensasi.
Efek pada pengaturan proteksi Setelah menerapkan kompensasi pada sebuah motor, arus ke kombinasi motorkapasitor akan lebih rendah dari sebelumnya, dengan asumsi kondisi beban motordriven adalah sama. Hal ini karena bagian penting dari komponen reaktif dari arus motor sedang di suplai dari kapasitor, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. 15.
172
Gambar 7. 17 Sebelum kompensasi, trafo mensuplai semua daya reaktif; setelah kompensasi, kapasitor mensuplai sebagian besar daya reaktif
Saat alat proteksi arus lebih dari motor yang ditempatkan di koneksi motor kapasitor ( dan ini akan selalu menjadi kasus kapasitor yang terhubung ke terminal), pengaturan relay arus lebih harus dikurangi dengan rasio : cos ϕ sebelum kompensasi / cos ϕ setelah kompensasi
untuk motor-motor yang dikompensasi sesuai dengan kvar, ditunjukkan Tabel 7.7 (nilai maksimum yang disarankan untuk menghindari eksitasi sendiri motor-motor induksi standar)
173
Tabel 7. 7 Maksimum kvar dari koreksi faktor daya yang dapat diterapkan untuk terminal motor dengan tampa resiko eksitasi sendiri
Rasio yang disebutkan diatas akam memiliki kemiripan terhadap yang ditunjukkan hubungan kecepatan motor dalam Tabel 7. 8.
Tabel 7. 8 Faktor pengurangan untuk proteksi arus lebih setelah kompensasi
174
2. Bagaimana eksitasi sendiri dari sebuah motor induksi dapat dihindari
Saat motor menggerakan beban inersia yang tinggi, motor akan berlanjut untuk berputar ( tampa sengaja direm) setelah sumber listrik ke motor dimatikan. Inersia magnetik dari rangkaian rotor yang adalah emf (electromagnetic force) yang akan dibangun di lilitan stator dalam periode yang singkat setelah daya listriknya dimatikan, dan akan normal kembali berkurang ke nol setelah 1 atau 2 siklus, dalam kasus motor terkompensasi.
Namun kapasitor kompensasi, merupakan beban "wattless" 3-phase untuk emf yang berkurang ini, yang menyebabkan arus kapasitif mengalir melalui lilitan stator. Arusarus stator ini akan menghasilkan medan magnet yang berputar didalam rotor yang bergerak secara tepat sepanjang sumbu yang sama dan dalam arah yang sama, sambil medan magnetnya berkurang setelah itu.
Fluksi pada rotor menjadi meningkat; arus stator juga bertambah; dan tegangan pada terminal-terminal motor juga bertambah; terkadang sampai pada tingkatan yang berbahaya. Fenomena ini dikenal sebagai eksitasi sendiri dan satu alasan mengapa generator AC tidak secara normal beroperasi pada faktor daya yang mendahului (leading), yaitu ada kecenderungan secara spontan (tidak terkendali) melakukan eksitasi sendiri.
Catatan : 1. Karakteristik motor yang sedang didorong oleh daya inersia dari beban tidak secara tepat indentik dengan karakteristik tampa beban. Asumsi ini, Asumsi ini, bagaimanapun, adalah cukup akurat untuk tujuan praktis. 2. Dengan motor bertindak sebagai generator, arus yang mengalir sebagian besar adalah reaktif, sehingga dampak pengereman (perlambatan) pada putaran motor terutama ke beban. 3. Arus listrik ( hampir 90° tertinggal/lagging) yang berasal dari suplai listrik dalam keadaan normal, pada saat motor tidak berbeban dan arus listrik (hampir 90° mendahului/leading) dipasok dari kapasitor pada
175
saat motor bertindak sebagai generator, keduanya memiliki hubungan fase yang sama ke tegangan terminal.
Dalam
usaha
untuk
menghindari
eksitasi
sendiri
seperti
yang
dijelaskan
sebelumnya, nilai kvar kapasitornya harus dibatasi dengan nilai maksimumnya adalah : Qc
0.9 x Io x Un x √
Dimana Io = Arus motor tanpa beban, dan Un = tegangan nominal motor antar fasa dalam kV.
Contoh Sebuiah motor 75 kW, 3,000 rpm, 400 V, 3 fasa, memiliki kapasitor bank, tidak lebih besar dari 17 kvar sesuai gambar L24. Nilai-nilai didalam tabel, secara umum, terlalu kecil untuk melakukan kompensasi motor ke tingkat cos ϕ yang normal yang diperlukan. Tambahan kompensasi dapat juga dilakukan, namun dipasangkannya ke sistem.
Motor-motor dengan gaya inersia yang tinggi dan/ berbeban
Pada semua instalasi diaman motor dengan gaya inersia yang tinggi menggerakkan beban yang ada, maka circuit breaker atau kontaktor mengendalikan motor tersebut seharusnya, dan dalam kondisi power suplai yang diputus sama sekali, maka seharusnya circuit breaker menjadi trip dengan cepat. Jika tindakan pencegahan ini tidak diambil, maka eksitasi sendiri akan terjadi sampai tegangannya sangat tinggi, itu yang kemungkinan besar terjadi, mengingat semua kapasitor bank yang ada pada instalasi dengan secara efektif terparalel ke semua motor yang memiliki gaya inersia yang tinggi.
176
Skema proteksi untuk semua motor ini harus ada, oleh karenanya harus memasukan juga alat proteksi tripping relay untuk tegangan berlebih, begitu juga dengan reverse-power checking contacts (motor akan memberikan daya ke sisa instalasinya, sampai energi inersia yang tersimpan habis).
Jika kapasitor bank dihubungkan dengan motor yang memiliki inersia yang tinggi yang lebih besar dibanding dari yang disarankan gambar3.16, maka motor tersebut harus dikendalikan secara terpisah oleh circuit breaker atau kontaktor, yang akan memutus secara simultan dengan kontaktor atau circuit breaker pengendali motor utama, seperti yang ditunjukkan gambar 7. 16
Gambar 7. 18 Hubungan kapasitor bank ke motor
177
H. Contoh suatu Instalasi sebelum dan sesudah Perbaikan Faktor Daya.
178
Gambar 7. 19 Perbandingan teknis-ekonomi untuk instalasi sebelum dan sesudah koreksi faktor daya 179
I. Pengaruh Harmonik. 1. Masalah yang muncul dari harmonik sistem tenaga
Peralatan yang menggunakan komponen-komponen power elektronik (variablespeed motor, controllers, thyristor-controlled rectifiers, dan sebagainya.) dapat meningkatkan permasalahan dikarenakan adanya harmonic pada sistem suplai listriknya (power supply).
Harmonik telah ada sejak awal adanya sebuah industri dan akan ada terus, hal ini disebabkan impedansi magnetisasi non-linier trafo, reaktor, ballast lampu dan sebagainya.
Harmonik pada sistem tenaga 3 fasa, umumnya memiliki bilangan
ganjil : ke 3, 5, 7, 9..., dan besarnya menurun sesuai kenaikan harmoniknya. Sejumlah keistimewaan yang digunakan dalam berbagai jalan untuk mengurangi harmonik khusus untuk menghilangkan nilai keseluruhan adalah tidak mungkin. Dalam bab ini, cara praktis untuk mengurangi pengaruh harmonik yang direkomendasikan, dengan referensi khusus untuk kapasitor bank.
Kapasitor sangat sensitif terhadap komponen harmonik dari tegangan suplai karena fakta bahwa penurunan reaktansi kapasitif sebagai peningkatan frekuensi. Dalam prakteknya, ini berarti bahwa persentase yang relatif kecil dari tegangan harmonik dapat menyebabkan arus yang signifikan mengalir dalam rangkaian kapasitor. Adanya komponen harmonik menyebabkan (biasanya sinusoidal) bentuk gelombang tegangan atau arus listrik yang terdistorsi, semakin besar harmoniknya, semakin besar tingkat distorsi.
Jika frekuensi sebenarnya dari kombinasi kapasitor bank/reaktansi sistem tenaga listrik dekat dengan harmonik tertentu, maka resonansi parsial akan terjadi, dengan nilai tegangan dan arus yang diperkuat pada frekuensi harmonik yang bersangkutan. Dalam hal kasus khususnya ini, arus listrik yang tinggi akan menyebabkan pemanasan kapasitor yang berlebih, dengan degradasi dielektrik, yang dapat mengakibatkan kegagalan akhirnya.
180
Beberapa solusi untuk masalah ini dapat dicapai dengan :
Shunt yang dengan terhubung filter harmonik dan / atau reaktor penekanan harmonik atau
Filter daya Aktif atau
Filter hibryd
Gambar 7. 20 Prinsip operasi dari aktif filter
Gambar 7. 21 Prinsip operasi dari filter hybrid 181
J. Implementasi Kapasitor Bank Unit Kapasitor jenis kering (yaitu tidak diresapi oleh cairan dielektrik) terdiri bahan metallized polypropylene yang merupan self healing film (yang memperbaiki sendiri) dalam bentuk dua rol film.
Kapasitor ini diproteksi dengan sistem berkualitas tinggi (pemutus kebihan tekanan digunakan digunakan dengan kapasitas sekering pemutus tinggi) yang mematikan kapasitor jika kerusakan internal dari kapasitor terjadi.
Pola proteksi yang dioperasikan adalah :
jika adanya arus bocor dan hubung singkat melalui dielektrik akan merubah posisi sekering,
besarnya arus lebih besar dari normalnya, tetapi terkadang tidak cukup untuk sampai merubah posisi sekering, karena ada kebocoran arus.
Gas yang dihasilkan oleh penguapan dari metallisation di lokasi yang rusak secara bertahap akan membangun tekanan di dalam wadah plastik, dan
akhirnya
akan
mengoperasikan
alat
tekanan-sensitif
untuk
menghubung singkat unit, sehingga menyebabkan posisi sekering berubah
Kapasitor terbuat dari bahan isolasi yang disediakan diatas tersebut dengan isolasi ganda dan menghindari kebutuhan untuk koneksi ground.
182
Gambar 7. 22 Element Kapasitor Cross section
Tabel 7. 8 Karakteristik listriknya
183
Tabel 7. 9 Kabel Cross section yang terhubung dengan kapasitor bank daya menengah dan tinggi
184
BAB VII Fungsi dan Pemilihan Switchgear Tegangan Rendah
Indikator Keberhasilan: Setelah mengikuti pembelajaran ini siswa diharapkan dapat memahami fungsi dan pemilihan switchgear tegangan rendah
A. Fungsi dasar Switchgear Tegangan Rendah Standar nasional dan internasional menjelaskan cara di mana rangkaian instalasi listrik tegangan rendah yang harus direalisasikan, dimana perangkat tersebut harus memiliki kemampuan dan bisa membatasi dari berbagai perangkat pensaklaran (switching) yang secara kolektif disebut sebagai switchgear. Fungsi utama dari switchgear adalah:
pengaman Listrik
isolasi listrik dari bagian instalasi
pensaklaran Lokal atau remote
Gambar 8. 1 Gas Switchgear Combined (GSC) 300kV
185
Gambar 8. 2 Gas insulated switchgear
Gambar 8. 3 Gas Switchgear Combined (GSC) 72,5 kV 186
Gambar 8. 4 Cubicle type Gas Insulted Switchgear (C-GIS) 72,5 kV
Gambar 8. 5 Cubicle type Gas Insulted Switchgear (C-GIS) 12 kV
187
Adapun ringkasan fungsi-fungsi dasar ini dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 8. 1 Fungsi dasar dari switchgear
Selain dari fungsi yang ditampilakn pada tabel tersebut, switchgear juga berfungsi sebagai pengaman dari tegangan berlebih maupun drop tegangan (under voltage).
1. Pengaman Listrik Tujuannya adalah untuk menghindari atau membatasi kerusakan yang berbahaya akibat arus berlebih (short circuit), atau semua yang berkaitan dengan beban lebih maupun kegagalan isolasi, serta untuk memisahkan rangkaian yang rusak dari sisa instalasi.
Pengamanan terhadap rangkaian
Kondisi arus berlebih
terhadap arus hubung singkat, dikarenakan kegagalan isolasi untuk antara konduktor dari fase yang berbeda atau (didalam sistem TN) antara penghantar fasa dan netral (PE).
Pengamanan terhadap Manusia Terhadap kegagalan isolasi, Menurut sistem pembumian untuk instalasi (TN, TT atau IT) pengamanan di lakukan melalui peralatan sekering atau circuit-breaker, alat arus residual, dan / atau pemantauan permanen resistansi isolasi dari instalasi ke bumi
188
Pengamanan terhadap Motor Listrik Pengaman ini digunakan untuk pengaman terhadap panas yang berlebih, karena, contohnya, untuk beban penuh (overloading) jangka panjang, rotor terhenti, mengakibatkan fasa tunggal dan seterusnya. Relay Thermal, dirancang khusus untuk menyesuaikan dengan karakteristik motor tertentu yang digunakan.
2. Isolasi
Tujuan dari isolasi untuk memisahkan rangkaian atau peralatan listrik (seperti motor, dll) dari sistem yang masih ada sisa yang berenergi listriknya, agar pekerja yang bekerja pada bagian peralatan listrik yang berisolasi tetap aman.
Sebuah peralatan yang terisolasi, harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :
Semua kutub rangkaian, termasuk netral (kecuali dimana netral adalah penghantar PEN) harus terbuka
harus tersedianya sistem penguncian dengan kunci (misalnya gembok) apabila dalam posisi terbuka, untuk menghindari kelengahan atau yang bukan petugas khusus yang menangani bagian tersebut
Ini harus sesuai dengan standar nasional atau internasional yang diakui (misalnya IEC 60947-3) tentang jarak antara kontak, jarak rambat, Kemampuanmenahan tegangan berlebih.
3. Kendali Switchgear
Kendali ini berhubungan dengan semua operasi pensaklaran/switching untuk kondisi pelayanan normal agar dapat dinaikan atau diturunkan bagian dari sistem atau instalasi, atau bagian peralatan individual, barang pabrik, dan seterusnya.
Switchgear dimaksudkan untuk tugas tersebut harus dipasang sekurang-kurangnya:
Pada apapun instalasi asal
189
Pada akhir dari rangkaian beban atau sirkuit (satu saklar yang dapat mengendalikan beberapa beban)
Agar memberikan fleksibilitas maksimum dan kontinuitas operasi, khususnya dimana perangkat switching juga merupakan pengamanan (misalnya sirkuit-breaker atau saklar-sekering) maka lebih baik untuk menyertakan sebuah saklar pada setiap tingkat distribusi.
190
B. Switchgear Tegangan Rendah 1. Peralatan Switching dasar
Pemutus atau Isolator Saklar ini dioperasikan secara manual, dapat dikunci, perangkat dengan dua posisi (terbuka / tertutup) yang menyediakan isolasi yang aman rangkaiannya pada saat dalam posisi terbuka dikarenakan dikunci. Karakteristiknya didefinisikan dalam IEC 60947-3. Sebuah pemutus yang tidak dirancang untuk memutuskan arus listrik dan tidak ada nilai dasar untuk semua fungsi-fungsi ini yang diberikan dalam standar.
Saklar Pemutus Beban Saklar kendali ini biasanya dioperasikan secara manual (tapi kadang-kadang diputus secara listrik untuk keamanan operator) dan alat dengandua posisi non-otomatis (terbuka/tertutup). Hal ini digunakan untuk menutup dan membuka rangkaian beban dalam konsidi rangkaian bekerja secara normal. IEC 60947-3 mendefinisikan standar:
Frekuensi operasi saklar (maksimum 600 siklus buka/tutup per jam)
Daya tahan Mekanis dan listrik
Pemutusan arus dan penyambungan kembali untuk kondisi normal dan jarang dioperasikan.
Gambar 8. 6 Simbol Pemutus atau isolator
191
Gambar 8. 7 Simbol saklar pemutus beban
Tabel 8. 2 Kategori utilitas saklar tegangan rendah Acsesuai IEC 60947-3
Saklar Pengendali Jarak jauh (remote control switch)
Perangkat ini banyak digunakan dalam pengendalian rangkaian pencahayaan di mana depresi dari tombol tekan ini (pada posisi remote control) akan membuka saklar yang sudah ditutup atau menutup saklar yang sudah terbuka dalam urutan bistable.
Aplikasi yang umum adalah:
pensaklaran/switching dua-arah pada tangga di bangunan yang besar
skema pentahan pencahayaan
pencahayaan pabrik, dll
192
Gambar 8. 8 Simbol bistable remote control switch
Kontaktor
Kontaktor adalah perangkat switching dioperasikan melalui solenoid yang umumnya pada saat tertutup oleh ( terjadi pengurangan) arus listrik yang melalui solenoid yang menutup.Kontaktor dirancang untuk melaksanakan berbagai siklus buka/tutup dan biasanya dikendalikan dari jauh melalui pushbutton on-off. Sejumlah siklus pengoperasian pengulangan berdasarkan standar IEC 60947-4-1 :
Durasi operasi: 8 jam; tidak terganggu, intermiten dengan nilai sementara 3, 10, 30, 60 dan 90 menit
Pemanfaatan kategori: misalnya, kontaktor kategori AC3 dapat digunakan untuk operasi starting dan stopping dari motor sangkar
siklus start-stop (1 sampai 1.200 siklus per jam)
daya tahan Mekanik (jumlah manuver pada tanpa beban)
daya tahan Listrik (jumlah manuver pada berbeban)
nilai arus listrik dari kinerja alat (penyambungan dan pemutusan) sesuai dengan kategori pemanfaatan bersangkutan.
193
Gambar 8. 9 Simbol Kontaktor Kontantor Pemutus (discontator) Sebuah kontaktor dilengkapi dengan relay tipe thermal untuk pengamanan terhadap beban lebih, dimana hal ini biasa disebut dengan "discontactor". Discontactors digunakan secara luas, biasanya untuk push-button remote dalam pengendalian rangkaian pencahayaan.
Sekering Huruf pertama mengindikasikan rentang pemutusan :
“g” fuse-links (full-range breaking-capacity fuse-link)
“a” fuse-links (partial-range breaking-capacity fuse-link)
Huruf kedua menunjukkan kategori pemanfaatan, huruf ini mendefinisikan mengenai akurasi karakteristik arus listrik terhadap waktu, waktu dan arus konvensional dan gerbang.
Gambar 8. 10 Simbol Sekering
Kombinasi Saklar dan Sekering
Dua kasus yang dibedakan :
Tipe ini di mana mengoperasikani satu (atau lebih) sekering yang menyebabkan saklar membuka. Hal ini dicapai dengan menggunakan sekering dilengkapi dengan pin striker.
Tipe ini adalah saklar non-otomatis berhubungan dengan satu set sekering yang dipasangkan secara umum. 194
Gambar 8. 11 Simbol Switch-fuse pemutus otomatis
Gambar 8. 12 Simbol non-automatic fuse-switch
195
C. Pemilihan Switchgear Tabulasi Kemampuan fungsional Setelah mempelajari fungsi dasar switchgear tegangan rendah dan berbagai komponen switchgear, tabel 8. 1 menunjukkan ringkasan kemampuan dari berbagai komponen untuk melakukan fungsi dasar dari switchgear.
Pemilihan Switchgear
Software yang digunakan lebih banyak dan lebih digunakan dalam bidang pemilihan optimal untuk memilih switchgear. Setiap rangkaian dianggap satu pada waktu tertentu, dan daftar disusun dari fungsi pengaman yang dibutuhkan dan penggunaan instalasi , seperti yang ditunjukkan pada tabel 8. 3 dan diringkas dalam tabel 8. 1 . Sejumlah kombinasi switchgear dipelajari dan dibandingkan dengan yang lainnya terhadap kriteria yang relevan , dengan tujuan untuk mencapai :
kinerja Memuaskan
Kompatibilitas diantara
masing-masing alat , dari nilai arus In sampai
tingkatan kesalahan nilai arus yang Icu
Kompatibilitas
dengan
switchgear
di
hulu
atau
mempertimbangkan
kontribusinya
Kesesuaian dengan semua regulasi dan spesifikasi mengenai keamanan dan kehandalan kinerja rangkaian
196
Tabel 8. 3 Fungsi dari berbagai komponen untuk memenuhi fungsi dasar dari switchgear
(1) Where cut-off of all active conductors is provided (2) It may be necessary to maintain supply to a braking system (3) If it is associated with a thermal relay (the combination is commonly referred to as a “discontactor”) (4) In certain countries a disconnector with visible contacts is mandatory at the origin of a LV installation supplied directly from a MV/LV transformer (5) Certain items of switchgear are suitable for isolation duties (e.g. RCCBs according to IEC 61008) without being explicitly marked as such
197
D. Circuit Breaker Seperti yang ditunjukkan pada tabel dibawah, circuit breaker/pemutus rangkaian adalah satu-satunya alat switchgear yang mampu secara simultan memberikan semua fungsi dasar yang diperlukan dalam instalasi listrik. Selain itu dapat, dengan cara memberikan unit tambahan, menyediakan berbagai macam fungsi lainnya, misalnya: indikasi (on-off - pemutus kesalahan); pemutus drop tegangan dan sebagainya. Fitur-fitur ini membuat circuit breaker/pemutus rangkaian ini sebagai unit dasar dari switchgear untuk setiap instalasi listrik.
Tabel 8. 4 fungsi yang dilakukan circuit breaker/pemutus
Gambar 8. 13 Circuit breaker tipe domestik dengan pengaman dari arus berlebih dan isolasi rangkaian
198
Gambar 8. 14 Bagian utama dari circuit breaker
Gambar 8. 15 Circuit breaker tipedomestik dengan pengaman terhadap electric shocks 199
Gambar 8. 16 Contoh circuit breaker tipe Compact NSX industrial yang menyediakan banyak fungsi tambahan
Gambar 8. 17 contoh air circuit-breake yang dilengkapi dengan banyak fitur pengendalian“Micrologic” tripping unit
200
Daftar Pusaka
Schneider Electric, Electrical installation guide, Schneider Electric Industries SAS Publishing, Rueil Malmaison Cedex France 2009.
Standar Nasional Indonesia, Persyaratan Umum Instalasi Listrik 200 (PUIL 2000), Jakarta 2000.
Sumardjati, Prih dkk, Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik Jilid 1, Direktorat Pembinaan Pendidikan Sekolah Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.
Muslim, H. Supari dkk, Teknik Pembangkit Tenaga Listrik Jilid 3, Direktorat Pembinaan Pendidikan Sekolah Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008. -
201
