Download Electrical System Protection: Device Coordination and more Study notes Electrical Engineering in PDF only on Docsity!
PROTEKSI
4.1. PERSYARATAN ALAT PENGAMAN
Persyaratan yang harus dimiliki oleh alat pengaman atau sistem pengaman
- Sensitifitas (kepekaan) Suatu pengaman bertugas mengamankan suatu alat atau bagian tertentu dari sistem tenaga listrik termasuk dalam jangkauan pengamanannnya merupakan daerah pengaman tugas suatu pengaman mendeteksi adanya gangguan yang terjadi didaerah pengamanannya harus cukup sensitif untuk mendeteksi dengan nilai minimum dan bila perlu mentripkan PMT atau Pelebur untuk memisahkan bagian yang terganggu dengan bagian yang sehat
- Selektifitas (ketelitian) Selektifitas dari pengaman adalah kwalitas kecermatan dalam mengadakan pengamanan bagian yang terbuka dari suatu sistem oleh karena terjadinya gangguan diusahakan seminimal mungkin jika dapat tercapai maka pengamanan demikian disebut pengamanan selektif.
- Keandalan ( Realibilitas) Dalam keadaan normal pengaman tidak boleh bekerja, tetapi harus pasti dapat bekerja bila diperlukan. Pengaman tidak boleh salah bekerja, jadi susunan alat-alat penga,man harus dapat diandalkan.
Keandalan keamanan tergantung kepada desain, pengerjaan dan perawatannya
- Kecepatan. (Speed) Makin cepat pengaman bekerja tidak hanya dapat memperkecil kerusakan tetapi juga dapat memperkecil kemungkinan meluasnya akibat-akibat yang ditimbulkan oleh gangguan, walaupun dibutuhkan kecepatan kerja dari suatu alat pengaman tetap dibutuhka adanya kordinasi antara alat pengaman sehingga tidak semua alat pengaman bekerja secara bersamaan.
4.2 KORDINASI ALAT PENGAMAN Koerdinasi diperlukan agar dua buah alat pengaman yang bekerja secara bersamaan dapat efisien dan tepat. Supaya alat pembatas maupun pengaman dapat bekerja dengan baik pada suatu jaringan distribusi, maka karakteristik rusak (damage kurve) dari peralatan yang dipergunakan harus sesuai dengan karakteristik alat pengaman peralatan tersebut. Hal ini diperlukan agar alat tersebut dapat bekerja denga baik, atau bisa dikatakan hanya bagian yang terganggu saja yang disolir oleh alat pengaman tersebut. Sistim peralatan pembatas atau pengaman harus dapat bekerja dengan alata pengaman model lain, yang artinya alat tersebut dapat dikordinasi dengan lat pengaman yang lain sehingga keadaan dari sistim listrik tersebut dapat lebih tinggi dan terjamin, selain itu kita juaga dapat mengguanakan bermacam-macam alat pembantas maupun pengamanan dari berbagai model asalkan karakteristik dari peralatan tersebut sesuai.
4.2.1 Kordinasi antara Fuse dengan MCB
c. Expultion fuse memproteksi current limiting fuse d. Current limiting fuse memproteksi expultion fuse Syarat – syarat dasar ialah :
- Waktu pemutusan dari fuse link pemproteksi tidak boleh melebihi 75% dari waktu leleh minimum fuse link yang diproteksi. Factor 75% ini digunakan untuk mengatasi perubahan operasi seperti akibat pembembanan mula, temperature kerja dan panas lebur.
- Arus beban pada titik pemakaian tidak boleh melebihi kapasitas arus dari link, dan besarnya kapasitas arus ini adalah sekitar 150% dari rating fuse tipe T dan K.
- untuk kordinasi yang baik maka bentuk kedua karakteristik harus sama, kordinasi fuse link dapat diselesaikan kurfa arus waktu dan table kordinasi.
4.3 PENGAMAN LEBUR (FUSE) Fuse digunakan untuk mengamankan rangkaian dari arus hubung singkat. Alat ini terdiri dari kawat dengan kemampuan arus tertentu, biasanya kawat lebur ini terdiri dari kawat perak, timah, tembaga dan juga kombinasi logam-logam lainya. Setiap pengaman lebur mempunyai arus nominal yang telah ditentukan oleh pabriknya, karakteristik pengaman lebur adalah fungsi arus terhadap waktu. Salah satu bagian dari fuse yaitu elemen lebur, yang mana dibagi dalam dua tipe yaitu : tipe cepat dan tipe lambat. Menurut VDE (Verban Duetscher Elektrotecniker) mempunyai ketentua-ketentuan untuk operasional tipe elemen lebur, yaitu : Element lebur tipe cepat tidak boleh putus dalam waktu 10 detik apabila diberi beban 1,75 x I nominal. Element lebur tipe lambat tidak boleh putus dalam waktu 6 detik apabila diberi beban 5 x I nominal
Apabila diberi beban 7 x I nominalnya pengaman lebur harus putus, sebagai mana yang tercantum dalam table 4.
Table 4.1 Respon waktu pemutusan pengaman lebur pada 7 x I nominal No. Arus Nominal Pengaman (Ampere)
Batas waktu pemutusan (detik) Tipe Cepat Tipe Lambat
- 2 dan 4 < 0,05 > 0,
- 6 dan 10 < 0,1 > 0,
- 16 -20 dan 25 < 0,15 > 0,
- 35 – 50 dan 63 < 0,2 > 0,
- 80 dan 100 < 0,35 > 0,
- 125 – 165 dan 200 < 0,5 > 0,
4.4 JENIS-JENIS FUSE LINK
Ada sejumlah standar yang dianut fuse link, salah satu standar pengenal fuse link yang terdahulu dikenal dengan sebutan pengenal N. Pengenal N dispesifikasi fuse link tersebut mampu untuk disalurkan arus listrik sebesar 100 % secara kontinue dan akan melebur pada nilai tidak lebih dari 230 % dari angka pengenalnya dalam waktu 5 menit [1]. Pada praktek dilapangan ketentuan tersebut kurang memuaskan penggunanya karena hanya satu titik yang dispesifikasi pada kerakteristik arus-waktu sehingga fuse link yang dibuat oleh sejumlah pabrik yang berbeda mempunyai keterbatasan dalam memberikan jaminan koordinasi antar fuse link. Setelah fuse link dengan pengenal N kemudian muncul standar industri fuse link dengen pengenal K dan pengenal T pada tahun 1951 Pengenal K untuk menyatakan fuse link dapat bekerja memutus jaringan listrik yang berbeban dengan waktu kerja lebih “cepat” dan pengenal T untuk menyatakan fuse link bekerja memutus jaringan listrik
Arus pengenal (rating) Fuse yang tidak disarankan / intermediate
Tabel 4.4. Arus Leleh Fuse Link Tipe T Arus pengenal (rating) Fuse yang disarankan / disukai
Minimum Maksimum Minimum Maksimum Minimum Maksimum
8 15 18 18 27 97 116 6. 5 12 25 30 29. 5 44 166 199 6. 6 20 39 47 48 71 273 328 7. 0 30 63 76 77. 5 115 447 546 7. 1 50 101 121 126 188 719 862 7. 1 80 160 192 205 307 1180 1420 7. 4
1 2 2. 4^ .(2)^10 .(2)^58 - 2 4 4. 8^ .(2)^10 .(2)^58 - 3 6 7. 2 .(2) 10 .(2) 58 -
Arus Pengenal dibawah 6 Amper
Rasio Kecepatan
10 detik^1
Arus leleh 0,1 detik^1 Arus^ Arus leleh Pengenal fuse link
300 – 600 detik^1
Arus leleh
Arus Pengenal yang tidak disarankan / tidak disukai / Intermediate
Rasio Kecepatan Minimum Maksimum Minimum Maksimum Minimum Maksimum
8 15 18 20. 5 31 166 199 11. 12 25 30 34. 5 52 296 355 11. 8 20 39 47 57. 0 85 496 595 12. 7 30 63 76 93. 0 138 812 975 12. 9 50 101 121 152 226 1310 1570 13. 0 80 160 192 248 370 2080 2500 13. 0 1 2 2. 4 .(2) 11 .(2) 100 2 4 4. 8 .(2) 11 .(2) 100 - 3 6 7. 2^ .(2)^11 .(2)^ `^ -
Arus Pengenal yang tidak disarankan / tidak disukai / Intermediate
Arus Pengenal fuse link
Arus Pengenal dibawah 6 Amper
Arus leleh 10 detik^1
Arus leleh 0,1 detik^1
Arus leleh 300 – 600 detik^1
Tabel 4.5 Arus Leleh Fuse Link Tipe T Intermediate – Tidak disarankan. [1]
Tiga titik operasi fuse link untuk tipe K dan tipe T yang distandarkan dalam karakteristik arus – waktu adalah : a. 300 detik untuk fuse link 100 amper dan dibawahnya , 600 detik untuk fuse link 140 amper dan 200 amper b. 10 detik c. 0.1 detik seperti yang dirancang pada tabel 1 dan tabel 2. untuk fuse link tipe K dan tabel tabel 3 dan tabel 4 untuk fuse link tipe T Karakteristik arus – waktu lebur minimum fuse link tipe K dan T yang dibuat semestinya tidak kurang dari nilai-nilai minimum yang ditampilkan dan karakteristik lebur minimum fuse link ini ditambah dengan toleransi dari pabrikan seharusnya tidak lebih besar dari nilai maksimum seperti pada tabel 1 dan tabel 2. untuk fuse link tipe K dan tabel 3 dan 4 untuk fuse link tipe T
Minimum Maksimum Minimum Maksimum Minimum Maksimum
6 12. 0 14. 4 15. 3 23 120 144 10 10 19. 5 23. 4 26. 5 40 224 269 11. 5 15 31. 0 37..2 44. 5 67 388 466 12. 5 25 50 60 73. 5 109 635 762 12. 7 40 80 96 120 178 1010 1240 13 65 128 153 195 291 1650 1975 12. 9 100 200 240 319 475 2620 3150 13. 1 140 310 372 520 775 4000 4800 12. 9 200 480 576 850 1275 6250 7470 13. 0
300 – 600 detik^1 0,1 detik^1 Arus Pengenal yang disarankan / disukai
Arus leleh Arus leleh Rasio Kecepatan
Arus^ Arus leleh Pengenal fuse link
10 detik^1
Gambar 4.1 Kurva Karakteristik Arus – Waktu Fuse link tipe K ( kerja cepat )
Gambar 4.2 Fuse link tipe T (kerja lebih lambat)
Dari kedua Karakteristik kerja fuse ini masing-masing memiliki a. Kurva waktu leleh minimum ( minimum melting time )
Kurva Leleh Minimum Kurva Leleh Maksimu Pemutusan Rampung
Instalasi Listrik Domestik 85
Yaitu kurva yang menunjukkan waktu yang dibutuhkan mulai dari saat terjadinya arus lebih sampai dengan mulai meleburnya pelebur untuk harga arus tertentu. b. Waktu busur, Waktu antara saat timbulnya busur permulaam sampai saat pemadaman c. Kurva waktu pembebasan maksimum ( maximum clearing time ) Yaitu kurva yang menunjukkan waktu yang dibutuhkan dari saat terjadinya arus lebih sampai dengan padamnya bunga api untuk harga arus tertentu. Seiring dengan perubahan teknologi dan kebutuhan dalam peningkatan mutu pelayanan tenaga listrik. beragam tipe dan angka pengenal fuse cutout letupan (expulsion) yang diproduksi dan dijual dipasaran pada masa kini. Salah satu perusahaan pembuat fuse link menyediakan beberapa tipe yang diantaranya adalah tipe K, T, H, N, D, S untuk sistim distribusi dengan tegangan sampai 27 kV dan tipe EK, ET dan EH untuk sistem distribusi dengan tegangan sampai 38 kV dengan pengenal seperti terlihat pada tabel 4. Tabel 4.6 Ketersediaan tipe dan rating fuse link yang diproduksi pabrik Arus kontinyu yang di ijinkan Jenis waktu Arus Pengenal ( % Pengenal ) kerja ( A ) H ( Tahan Surja ) D - Timah (Tahan Surja ) K – Timah ( Cepat ) K – Perak ( Cepat ) N – Timah ( Cepat ) T – Timah ( Lambat ) S – Tembaga ( Sangat Lambat ) EK ( Cepat ) ET ( Lambat ) EH (Sangat Lambat) 1,2,3,5 100 Sangat lambat 13 s/d 22
6 s/d 100 150 Lambat 10 s/d 13.
6 s/d 100 150 Cepat 6 s/d 8.
3 s/d 200 150 Sangat lambat 15 s/d 20
1 s/d 200 150 Lambat 10 s/d 13.
5 s/d 200 100 Cepat 6 s/d 11
6 s/d 100 100 Cepat 6 s/d 8,
1 s/d 200 150 Cepat 6 s/d 8,
1-1,5-2-3-4-5-7-10-15-20 100 Sangat lambat 7 s/d 46
Tipe Fuse Link
Rasio Kecepatan Kerja 1-2-3-5-8 100 Sangat lambat 6 s/d 18
Patron lebur memiliki kawat lebur dari bahan perak dengan campuran beberapa logam lainya antara lain : timbel, Zeng dan tembaga. Utnuk kawat lebur digunakan perak karena logam ini hampir tidak bisa meng-Oksidasi dan juga daya hantarnya bagus, jadi diameter kawat leburnya dapat sekecil mungkin, sehingga kalau kawatnya menjadi lebur tidak akan timbul banyak uap, dengan demikian kemungkinan terjadinya bunyi ledakan juga dapat diperkecil. Selain kawat lebur dalam patron lebur juga terdapat kawat isyarat dari kawat tahanan, kawat isyarat ini dihubungkan parallel dengan kawat lebur. Karena tahananya besar maka arus yang mengalir dalam kawat isyarat kecil. Pada ujung kawat isyarat terdapat sebuah piringan kecil berwarna yang berfungsi sebagai isyarat, piringan isyarat ini menekan sebuah pegas kecil, kalau kawat leburnya putus karena arus yang besar, maka kawat isyaratnya juga akan putus, karena itu piringan isyaratnya akan lepas sehingga dapat diketahui bahwa kawat leburnya telah putus. Dalam patron lebur juga terdapat pasir kwarsa, pasir ini dimaksudkan untuk memadamkan bunga api yang timbul akibat hubung singkat, diameter luar dan ujung patron lebur berbeda-beda, tergantung pada arus nominalnya, makin tinggi arus nominalnya maka makin besar diameter ujung patronya, karena itu sebuah patron hanya dapat digunakan untuk pengepas patron yang arus nominalnya sama (kode warna sama) atau yang arus nominalnya lebih tinggi akan tetapi tidak boleh sebaliknya. Warna kode yang digunakan untuk menandai patron lebur dan pengepas patron, berasal dari warna perangko jerman yakni sbb: 2 A : Merah muda 20 A : Biru 4 A : Coklat 25 A : Kuning 6 A : Hijau 35 A : Hitam
10 A : Merah 50 A : Putih 16 A : Kelabu 65 A : Warna tembaga
4.6 PENGAMAN OTOMATIS 4.6.1 Miniature Circuit Breaker (MCB) Mini Circuit Breaker (MCB) berfungsi sebagai peralatan pengaman terhadap gangguan hubung singkat dan beban lebih yang mana akan memutuskan secara otomatis apabila melebihi dari arus nominalnya. MCB merupakan sebuah pengaman yang bekerja berdasarkan prinsip Bimetal, dengan beberapa elemen operasi yaitu :
- Terminal trip (Bimetal)
- Elektromagnetik trip (coil)
- Pemadam busur api
- Mekanisme pemutusan Berdasarkan konstruksinya, maka MCB memiliki dua cara pemutusan yaitu : pemutusan bersarkan panas dan berdasarkan elektromagnetik. Pemutusan berdasarkan panas dilakukan oleh batang bimetal, yaitu : perpaduan dua buah logam yang berbeda koefisien muai logamnya. Jika terjadi arus lebih akibat beban lebih, maka bimetal akan melengkung akibat panas dan akan mendorong tuas pemutus tersebut untuk melepas kunci mekanisnya. Pemutusan berdasarkan lektromagnetik dilakukan oleh koil, jika terjadi hubung singkat maka koil akan terinduksi dan daerah sekitarnya akan terdapat medan magnet sehingga akan menarik poros dan mengoperasikan tuas pemutus. Untuk menghindari dari efek lebur, maka panas yang tinggi dapat terjadi bunga api yang pada saat pemutusan akan
Berdasarkan waktu pemutusanya, pengaman otomatis dibagi atas : a. Type G (General) Biasanya digunakan untuk instalasi motor listrik b. Type L (Line) Biasanya digunakan untuk instalasi jala-jala c. Type H (Home) Biasanya digunakan untuk instalasi rumah/gedung d. Type K&U Biasanya digunakan untuk rangkaian elektronika atau trafo
a. Otomat type G Pada jenis ini digunakan untuk mengamankan motor-motor kecil AC maupun DC, mengamankan alat-alat listrik dan juga rangkaian akhir besar untuk penerangan, seperti penerang pada bangsal pabrik dll. Pengaman elektro magnetiknya berfungsi pada 8 – 11 x I nominalnya untuk AC dan 14 x I nominal untuk DC. b. Otomat tipe L Pada jenis ini pengaman thermisnya disesuaikan dengan meningkatnya suhu hantaran, kalau terjadi beban lebih dan suhu hantaranya melebihi suatu nilai tertentu, maka elemen bimetalnya akan memutuskan rangkaian. Kalau terjadi hubung singkat, maka arusnya kan diputuskan oleh pengaman elektromagnetik. Untuk AC adalah : 4 – 6 x In dan DC adalah : 8 x In dimana pemutusan arusnya akan berlangsung dalam waktu 2 detik. c. Otomat type H Secara thermis jenis ini sama dengan otomat type L, tapi pengaman elektro magneriknya akan memutuskan dalam waktu 0,2 detik. Untuk AC 2,5–3 x In dan DC 4 x In. jenis otomat ini digunakan untuk instalasi rumah, dimana kondisi gangguan yang relative kecil pun harus diputuskan dengan cepat, jadi kalau terjadi gangguan tanah, maka bagian – bagian yang terbuat dari logam tidak akan lama bertegangan.
Gambar 4.4 MCB untuk berbagai type
Gambar 4.5 Karakteristik MCB berbagai Type
hantaran suplay ke mesin atau peralatan yang diamankan, termasuk hantaran netral, ini berlaku untuk semua sambungan satu-phasa, sambungan tiga-phasa tanpa netral maupun sambungan tiga-phasa dengan netral.
9,5 A 10 A
arus bocor 0,5 A
Gambar 4.7 Prinsip kerja relay arus bocor tanah (ELCB)
Dalam keadaan normal, jumlah arus yang dilingkari oleh inti trafo adalah sama dengan nol, kalau terjadi arus bocor ketanah, misalkan 0, ampere, maka keadaan setimbang ini akan terganggu, karena itu dalam inti trafo akan timbul medan magnet yang membangkitkan suatu tegangan dalam kumparan sekunder (lihat gambar 4.7 ). Arus defferntial terkecil yang masih menyebabkan saklar ini bekerja disebut arus jatuh nominal (If) dari saklar. Saklar ini direncanakan untuk suatu arus jatuh nominal tertentu.
Trip rele
Fault sensing coil Toroidal transformator
Circuit test Resistor test
R S T N
Prinsip kerja ELCB : Pada saat terjadi gangguan arus yang mengalir dipenghantar phasa tidak sama lagi dengan arus yang mengalir pada netral ( IL = IN + If ) atau sistim dikatatakan dalam keadaan tidak seimbang, arus differensial ini dibandingkan dalam sebuat sistim trafo toroida. Ketidak seimbangan antara arus phasa dengan arus netral menandakan adanya arus bocor ketanah akibat kegagalan isolasi, ketidak seimbangan arus ini akan menyebabkan fluks magnet pada toroida sehingga pada bilitan sekunder toroida akan dibangkitkan suatu tegangan yang berfungsi untuk menggerakan relai pemutus mekanisme kontak, kemudian kontak utama ELCB akan memutuskan hubungan dengan peralatan. Untuk instalasi rumah kita dapat memilih ELCB dengan kepekaan yang lebih tinggi yakni ELCB dengan ratting arus sisa 10 mA atau 30 mA. Perlindungan yang idial untuk instalasi listrik apapun seharusnya memiliki perangkat pengaman terhadap beban lebih, hubung singkat dan arus bocor. Untuk mengamanka sistim dan peralatan yang kita gunakan sebaiknya sistim kita memilki pentanahan yang baik dalam arti nilai impedansi pentanahan harus sekecil mungkin agar pengaliran arus gangguan ketanah berlangsung dengan sempurna. Bagaimanapun juga kenaikan nilai impedansi beberapa ohm saja bisa mempengaruhi pengaliran arus gangguan ketanah menjadi tidak sempurna, sehingga pada kondisi ini terjadi penambahan waktu pemutusan rangkaian dalam beberapa menit untuk ELCB tersebut bekerja, atau ada kemungkinan sama sekali ELCB tersebut tidak bisa bekerja. Banyak contoh yang terkait dengan pentanahan peralatan yang mengalami gangguan, sehingga satu-satunya cara perlindungan yang dapat diberikan adalah melalui pemakaian ELCB dengan kepekaan tinggi. Perlu dicatat bahwa tidak tertutup kemungkinan terjadinya gangguan
