Download Domestic Electrical Installations: Conductors, Construction, and Current Carrying Capacity and more Study notes Electrical Engineering in PDF only on Docsity!
KONDUKTOR ATAU PENGHANTAR INSTALASI
3.1 PENDAHULUAN
Konduktor atau penghantar adalah komponen yang utama dalam suatu instalasi, fungsi dari konduktor adalah untuk menghantarkan muatan listrik, bahan untuk penghantar listrik pada umumnya dari logam tembaga dan logam aluminium, untuk penghantar jenis kabel pada umumnya bahan konduktor yang digunakan adalah tembaga dan untuk penghantar jenis kawat (penghantar tidak berisolasi) pada umumnya bahan konduktornya adalah logam aluminium. Kabel-kabel yang digunakan dalam bidang teknik listrik banyak sekali jenisnya karena bahan-bahan sebagai isolasi kabel terus berkembang, untuk meningkatkan kualitas kabel, bahan-bahan sebagai isolasi kabel disamping sebagai isolasi diharapkan bisa tahan terhadap panas, air atau bahan kimia lainnya. Jenis kabel dinyatakan dengan singkatan-singkatan yang terdiri dari sejumlah huruf yang memiliki arti-arti tertentu sesuai dengan standar yang ditetapkan, karena bnyaknya jenis kabel yang ada, sering tidak mudah untuk mengenali konstruksi suatu kabel hanya dari nama singkatanya saja tanpa keterangan tambahan. Nomenklatur yang digunakan dalam PUIL 2000 adalah mengacu pada nomenklatur jerman, karena huruf-huruf yang digunakan juga berasal dari istilah-istilah jerman.
Bahan yang banyak digunakan sebagai isolasi kabel adalah thermoplastic atau PVC (polyvennil chloride) , selain isolasi dari bahan thermoplastic yang pengembanganya masih terus dilakukan, pemakaian dari bahan kombinasi antara kertas dan minyak masih merupakan dielectric yang efektif pada tegangan-tegangan yang lebih tinggi. Kesukaran membuat kabel-kabel dari bahan extruded polyethylene tanpa menimbulkan ruang-ruang kosong (void) didalam bahan isolasi ini telah membatasi pemakaianya hanya untuk tegangan yang rendah saja, meskipu kabel-kabel semacam ini bisa bekerja pada tegangan sampai 100 kV, pembatasan temperature kabel ini adalah 70oC yang kalau dilampaui akan menyebabkan konduktor akan tenggelam dalam isolasi kabel, untuk mendapatka batas ketahanan terhadap panas yang lebih tinggi (sampai 90 oC) yakni dengan menggunakan bahan polythene yang dibuat dengan
system rantai bersilang atau cross-linked polyethelene (XLPE).
3.2 PROSES DAN KONSTRUKSI PENGHANTAR
Bahan penghantar yang banyak digunakan pada instalasi tegangan rendah adalah tembaga, untuk membuat tembaga yang mempunyai daya hantar tinggi maka kemurnian tembaga harus diatas 99,5%, ini bisa dicapai jika temabaga itu di electrolytic (diolah secara kimia), secara garis besar proses tersebut sebagai berikut: Batang-batang dari tembaga electrolytic dipanaskan daro 800 oC sampai 1000 oC kemudian batang tembaga electrolytic tersebut dibentuk bulat dan diperkecil hingga 20X sehingga menjadi kawat yang berdiameter kira-kira 10 mm^2 kemudian kawat ini ditarik melalui suatu alat (die) yang gunanya untuk memperkecil diameter kawat sesuai dengan yang dikehendaki setelah itu baru digulung. Kita membedakan sistim-sistim yang dipakai untuk memperkecil diameter
3.3 BAHAN PENGHANTAR
sebagai bahan penghantar pada umumnya digunakan logam tembaga dan logam aluminium, kedua bahan ini disamping memiliki daya hantar yang baik merupakan logam yang mudah didapat dan juga harganya lebih murah. Tembaga yang digunakan untuk penghantar kabel umumnya tembaga elektrolitis dengan kemurnian sekurang-kurangnya 99,5%. Tahan jenis dari tembaga lunak untuk keperluan hantaran listrik telah dibakukan secara internasional yakni tidak boleh melebihi : 1/58 = 0,017241 Ωmm^2 /m pada suhu 20 oC. Atau sama dengan daya hantar sekurang-kurangnya 58 siemens sama dengan 100% IACS. IACS (international annealed copper standard) Daya hantar tembaga sangat dipengaruhi oleh ketakmurnian, campuran besi sebanyak 0,02% misalnya akan meningkatkan tahanan jenis tembaga samapai mencapai 10%. Keadaan kekerasanya juga mempengaruhi daya hantarnya. Tembaga lunak dengan daya hantar 100% IACS, memiliki kuat tarik 195 – 245 N/ mm^2 , daya hantar tembaga keras dengan kuat tarik 390 – 440 N/ mm^2 , hanya kira-kira 97% IACS, jadi kira- kira 3% lebih rendah dari pada daya hantar tembaga lunak. Koefisien suhu tembaga pada 20oC, kira-kira 0,004 per derajat celcius. Jadi kenaikan suhu 10oC akan meningkatkan ketahanan jenisnya samapai 4%. Luas penampang hantaran tembaga telah dibakukan secara internasional, seperti yang ada pada table 3.2, table ini juga memuat luas penampang aluminium dan kabel fleksibel dari bahan tembaga. Aluminium untuk penghantar kabel berisolasi harus juga aluminium murni, umumnya digunakan aluminium dengan kemurnian 99,5%, juga tahanan jenis aluminium lunak untuk hantaran listrik telah
dibakukan yakni tidak boleh melebihi : 1/35 = 0,0283 Ωmm^2 /m pada suhu 20 oC, atau sama dengan daya hantar sekurang-kurangnya 61% IACS. Daya hantar aluminium juga dipengaruhi oleh keadaan kekerasanya, tetapi tidak seperti daya hantar tembaga, aluminium lunak dengan daya hantar 61% IACS memiliki kuat tarik 60 - 70 N/ mm^2 dan daya hantar aluminium keras dengan kekuatan tarik 150 – 195 N/ mm^2 , hanya kira-kira 1% lebih rendah dari daya hantar aluminium lunak, koefisien suhu aluminium pada 20oC kira-kira 0,004 perderajat celcius atau sama dengan koefisien suhu tembaga. Aluminium jauh lebih ringan bila dibandingkan dengan tembaga, berat jenis aluminium dan tembaga pada suhu 20oC masing-masing 2, dan 8,9 kg/m. Karena daya hantar aluminium hanya 61% IACS, maka untuk tahanan penghantar yang sama diperlukan luas penampang aluminium : 100/61 = 1,64 x luas penampang tembaga. Jadi untuk penghantar bulat diperlukan penghantar aluminium dengan diameter : √1,64 = 1,28x diameter penghantar tembaga, berat aluminium yang diperlukan untuk penghantar dengan tahanan yang sama adalah : 1,64 x 2,7/8,9 x 100 % = 50 % dari berat tembaga
Table 3.2 Perbandingan data bahan penghantar
Jenis penghantar Daya hantar (m/Ωmm^2 )
Tahanan jenis (Ωmm^2 /m)
Kuat tarik (Kg/mm^2 )
Berat jenis (Kg/m) Tembaga murni 58 0,0 172 40 8, Aluminium murni 35 0,0283 20 2, Al. Campuran 28 0,0357 35 2,
Untuk mendapatkan fleksibilitas pada penghantar kawat maka kawat-kawat tersebut akan dibuat dalam bentuk strainded (terdiri dari inti-inti). Untuk ukuran dibawah 10 mm^2 kawat masih dimungkinkan dalam bentuk pejal (inti tunggal) tapi untuk ukuran diatas 16 mm^2 kawat harus dibuat dalam bentuk strainded, yang terdiri dari sejumlah inti yang disusun berlapis dengan menggunakan persamaan : N = 3X^2 + 3X + Dimana : N adalah jumlah urat kawat, diameter per urat max. 3 mm X adalah bilangan bulat positif Contoh : Ukuran prnghantar Konstruksi 10 mm^2 7 x 1,35 mm Ø 16 mm^2 7 x 1,70 mm Ø 25 mm^2 7 x 2,14 mm Ø 35 mm^2 7 x 2,25 mm Ø 50 mm^2 19 x 1,87 mm Ø 70 mm^2 19 x 2,14 mm Ø 95 mm^2 19 x 2,52 mm Ø 120 mm^2 19 x 2,85 mm Ø 150 mm^2 37 x 2,25 mm Ø 185 mm^2 37 x 2,52 mm Ø 240 mm^2 61 x 2,25 mm Ø 300 mm^2 61 x 2,50 mm Ø 400 mm^2 91 x 2,37 mm Ø 500 mm^2 127 x 2,72 mm
AAC BC AAAC ACSR
Gambar 3.1 Penghantar tidak berisolasi
3.5 PENGHANTAR BERISOLASI (KABEL)
Penghantar berisolasi atau kabel pada umumnya digunakan untuk instalasi control, instalasi dalam panel, instalasi gedung dan juga untuk instalasi bawah tanah, fungsi isolasi adalah memisahkan antara konduktor dengan konduktor atau konduktor dengan peralatan lainya. Untuk kabel yang digunakan untuk instalasi bawah tahan disamping memiliki isolasi, juga memiliki pelindung atau perisai (armour) yang akan melindungi kabel dan isolasi kabel terhadap adanya tekanan mekanis dari luar. Ada tiga hal pokok pada kabel : a. Konduktor/penghantar : merupakan media untuk menghantarkan muatan listrik b. Isolasi : merupakan bahan dielectric untuk mengisolir dari yang satu terhadap yang lain dan juga terhadap lingkungan sekitar
resin PVC kira-kira 1,4 tergantung pada jenis dan banyaknya bahan-bahan yang dicampurkan, berat jenis kompon PVC dapat berkisar antara 1, sampai 1,55. Resin PVC memilki ketahanan yang cukup baik terhadap sejumlah besar bahan kimia lainya. Dengan menggunakan bahan pelunak yang tepat bapat diciptakan kompon PVC yang akan tahan terhadap bahan-bahan kimia. Ada beberapa bahan yang dapat menyerap bahan pelunak, misalnya bahan-bahan dari minyak bumi, sehingga menyebabkan kompon PVC menjadi keras dan rapuh. Salah satu kelemahan dari kompon PVC adalah ketahananya terhadap tekanan sebagai akibat dari digunakannya bahan pelunak. Kalau ditekan cukup kuat dan dalam waktu yang lama, maka kompon PVC akan bisa berubah bentuk dan tidak dapat dikembalikan ke keadaan semula, makin tinggi suhunya maka makin berkurang ketahananya terhadap tekanan. Umumnya kompon PVC hanya dapat digunakan pada suhu kerja 70 oC, dengan menggunakan bahan pelunak khusus dapat dihasilkan bahan PVC untuk suhu sampai dengan 105 oC. Polietilen atau PE adalah hasil polimerisasi dari etilene H 2 C = CH 2 sifat-sifat listrik dari PE ini sebenarnya lebih baik dari pada yang dimiliki oleh PVC, hanya sayangnya PE lebih mudah terbakar, bahan PE kalau dibakar akan lebih mudah menjalarkan nyala api, karena itu kabel dari jenis isolasi PE jarang digunakan untuk kabel tenaga, kabel isolasi PE banyak digunakan untuk kabel telekomunikasi. Pengembangan dari PE ini menghasilakan kabel dengan isolasi yang memiliki ketahanan terhadap panas yang lebih tinggi yakni : XLPE (cross-linked polyethylene) dengan suhu kerja sampai 90 oC dan bahan ini akan menyala pada suhu 300 oC
3.5.2 Isolasi kertas
Kabel yang menggunakan isolasi dari bahan kertas yang di impregnasi (proses minyak) pada umumnya adalah kabel tanah, sebelum berkembangnya kabel-kabel dengan isolasi thermoplastic atau PVC, kabel tanah yang banyak digunakan adalah kabel dengan isolasi kertas berselubung timbel, menurut nomenklatur PUIL kabel jenis ini adalan NKBA yang hingga sekarangpun masih banyak digunakan terutama untuk kabel tegangan menengah. Kabel NKBA yang diberi urat-urat Bantu diantara urat-urat utamanya, urat-urat Bantu ini digunakan untuk keperluan penerangan jalan, memindahkan hubungan kWh meter dari posisi single tariff menjadi dobel tariff , dan juga untuk pengukuran dan pemberi isyarat. Pada kabel tanpa urat Bantu, tempatnya diisi dengan tali-tali pengisi berupa tali goni Kabel ini memiliki penghantar tembaga berisolasi kertas yang telah direndam dalam minyak kabel. Urat-urat kabel dibelit jadi satu dan kemudian diberi isolasi pengikat dari kertas yang telah direndam dalam minyak kabel , bagian kabel samapi dengan isolasi pengikat disbut teras kabel. Teras kabel ini akan diberi selubung timbel yang kemudian dibungkus dengan dua lapis kertas yang dicelupkan dalam aspal, lapisan ini berfungsi untuk melindungi timbelnya terhadap pengaruh asam. Lapisan kertas aspal ini dibungkus lagi dengan lapisan dari tali goni yang juga telah dicelupkan dalam aspal, lapisan ini berfungsi sebagai alas untuk perisai kabel. Perisainya terdiri dari dua pita baja yang dililitkan sedemikian pada kabel hingga membentuk spiral-spiral terbuka yang saling menutupi. Spiral yang atas harus menutupi celah-celah spiral yang ada dibawah dengan sekurang-kurangnya ¼ dari lebar pita baja, dengan demikian kabelnya masih dapat dibengkokan tanpa perisainya menjadi terbuka, lapisan tali goni dibawah perisai harus dapat mencegah rusaknya selubung timbel
Karet alam mempunyai fleksibilitas yang bagus dan tahan terhadap minyak, karena itu akan digunakan sebagai bahan isolasi yang cukup fleksibel pada suatu lingkungan yang kasar seperti untuk instalasi yang bersifat sementara, dan juga karena sifatnya tahan terhadap minyak maka kebel ini juga bisa digunakan pada instalasi kapal-kapal dan juga untuk keperluan yang lain. Lapisan luar dari kabel ini menggunakan bahan kain, salah satu kabel jenis ini adalah NGA, sesuai nomenklatur PUIL kode G pada NGA adalah berisolasi karet, kelemahanya kabel dari isolasi karet adalah mudah terbakar. 3.6 JENIS PENANDAAN
Tidak ada normalisasi sebagai kode internasional untuk penandaan kabel-kabel listrik, Indonesia mengacu pada kode penandaan yang digunakan oleh Negara jerman (VDE). Contoh : a. Kabel NYA 1,5 mm^2 Huruf kode Arti penandaan N kabel jenis standar, dengan penghantar tembaga Y isolasi dari bahan PVC A penghantar dengan kawat pejal 1,5 mm^2 luas penampang konduktor kabel b. NYM 3 x 2,5 mm^2 Huruf kode Arti penandaan N kabel jenis standar, dengan penghantar tembaga Y isolasi dari bahan PVC M Selubung isolasi bahan PVC 3 jumlah inti kabel 2,5 mm^2 luas penampang konduktor per inti
c. NYMHY 5 x 1,5 mm^2 Huruf kode Arti penandaan N kabel jenis standar, dengan penghantar tembaga Y Isolasi dari bahan PVC M Selubung isolasi bahan PVC HY inti kabel berbentuk serabut 5 x 1,5 mm^2 jumlah inti dam luas penampang per inti
d. NYFGbY dan NaYFGbY – I 4 x 50 mm^2 re 0,6/1 kV Huruf kode Arti penandaan N kabel jenis standar, dengan penghantar tembaga Na kabel jenis standar, dengan penghantar aluminium Y isolasi inti dari bahan PVC F perisai/pelindung dari kawat baja pipih Gb perisai pita baja Y selubung luar dari bahan PVC re penghantar berbentuk padat bulat -I kabel dengan sistim pengenal warna urat hijau /kuning 4 x 50 mm^2 jumlah inti dan luas penampang per inti 0,6/1 kV tegangan antara phasa dengan netral/bumi 0,6 kV dan tegangan antara phasa dengan phasa 1 kV
e. NYRGbY dan NaYRGbY – O 3 x 120 mm^2 sm 0,6/1kV Huruf kode Arti penandaan N kabel jenis standar, dengan penghantar tembaga Na kabel jenis standar, dengan penghantar aluminium Y isolasi inti dari bahan PVC R perisai/pelindung dari kawat baja bulat
CW Penghantar konsentris pada masing-masing inti, yang dipasang secara berlawanan arah untuk kabel tegangan nominal 0,6/1 kV Contohnya : NYCWY D Spiral inti tekanan dan pita penguat non magnetis Contohnya : E Kabel dengan masing-masing intinya berselubung logam Contohnya : NEKBA F Perisai/pelindung dari kawat baja pipih Contohnya : NYFGbY, NaYFGbY
G Spiral dari kawat baja pipih Contohnya : NYKRG Atau kabel berisolasi karet / EPR Contohnya : NGA Atau selubung isolasi dari bahan karet Contohnya : NGG 2G Isolasi karet butyl dengan daya tahan lebih tinggi terhadap panas contohnya : N2GAU Gb Spiral pita baja (mengikuti F atau R) Contohnya : NYRGbY, N2XSEYFGbY H Lapisan penghantar diatas isolasi, untuk membatasi medan listrik Contohnya : NHKBA, NHKRA
K Selubung timbale Contohnya : NKBA, NAKBY
KL Selubung aluminium Contohnya : NKLY, NAHKLY KWK Selubung dari pita tembaga yang terpasang dan dilas memenjang Contohnya : NKWKZY L Perisai dari jalinan kawat baja bulat Contohnya :NTRLA MK Kabel dengan selubung timah hitam untuk pemasangan pada kapal laut Contohnya : MK N Kabel standar dengan penghantar tembaga Contohnya : NYA, NYY Na Kabel standar dengan penghantar aluminium Contohnya : NaYFGbY, NaYRGbY NF Kabel udara dengan isolasi dipilin Contohnya : NF2X, NFAY NI Kabel bertekanan gas Contohnya : NIKLDEY NO Kabel bertekanan minyak Contohnya : NOKDEFOA NP Kabel dalam pipa bertekanan gas Contohnya :NPKDvSt2Y O Perisai terbuka dari kawat-kawat baja Contohnya : NKROA Atau kabel berpenampang oval Contohnya : NYM-O Atau kabel tanpa inti berwarna hijau/kuning Contohnya : NYFGbY-O
Tegangan kerja dapat juga disebut tegangan nominal, atau tegangan yang mendasari perencanaan pembuatan suatu peralatan yang mana pasti sesuai dengan karakteristik-karakteristik kerjanya. Tegangan kerja yang dimaksud adalah tegangan antar penghantar dengan penghantar dan tegangan antara penghantar dengan netral/bumi. Batas maksimum tegangan yang diizinkan yang bekerja secara terus menerus adalah 15% diatas tegangan kerja. Tegangan kerja kabel daya di definisikan sebagai Vo/V Dimana : Vo adalah tegangan antara konduktor dengan netral/bumi atau dengan pelindung dari logam V adalah tegangan antara penghantar dengan penghantar Sehingga Vo = V/√ 3 Contoh : Kabel daya dengan spesifikasi sebagai berikut : NYFGbY – O 3 x 120 mm^2 sm 0,6/1 kV Kabel dapat diterjemahkan : kabel jenis standar dengan tembaga sebagai penghantar dan isolasi inti terbuat dari bahan PVC, kebel memiliki perisai/ pelindung dari kawat baja pipih dan dilapisi dengan kawat spiral pita baja dengan isolasi paling luar (sheald) dari bahan PVC, inti kabel berjumlah 3 dengan luas penampang masing-masing inti adalah 120 mm^2 bentuk inti konduktor adalah dipilin dengan bentuk sector dengan sistim pengenal warna urat tanpa hijau/kuning, tegangan kerja kabel adalah 0, kV untuk tegangan phasa dengan netral/bumi atau terhadap pelindung luar dari logam dan 1 kV untuk tegangan phasa dengan phasa.
3.8 RESISTANSI PENGHANTAR
Semua bahan yang dipakai untuk penghantar listrik bagaimanapun murninya pasti mempunyai resistansi yang mana resistansi penghantar ini tergantung dari tahanan jenis penghantar ( ρ ) bahan itu sendiri. Resistansi penghantar berbanding lurus dengan panjang penghantar dan berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar, resistansi penghantar juga dipengaruhi oleh suhu penghantar itu sendiri. Tahanan jenis ( ρ = rho ), adalah tahanan jenis suatu penghantar dengan panjang 1 m, luas penampang 1 mm^2 pada suhu 20oC, dengan satuan nilai adalah: Ω mm^2 /m. kebalikan dari tahanan jenis adalah daya hantar ( τ = tau ), jadi semakin kecil resistansi jenis ( ρ ) maka semakin besar nilai daya hantar penghantar tersebut. τ = 1/ρ ( m/Ω mm^2 ) τCU = 56 m/Ω mm^2 τAL = 35 m/Ω mm^2 maka resistansi penghantar adalah : R = ρ.ℓ/A atau R = ℓ/τ.A Dimana : R : Tahanan penghantar ( Ω ) ρ : Tahanan jenis penghantar (Ω mm^2 /m) τ : Daya hantar ( m/Ω mm^2 ) ℓ : Panjang penghantar ( m ) A : Luas penampang penghantar ( mm^2 )
Contoh 1 : Kabel jenis NYA 2,5 mm^2 dengan panjang 50 meter, hitunglah resistansi total penghantar tersebut : Penyelesaian : R = ρ.ℓ/A ρ tembaga = 0,
