Apa saja jenis jenis Earthing System ?

Terdapat beberapa macam skema earthing pada sistem tenaga listrik yang biasa diterapkan. Beberapa skema ini memiliki perbedaan karakteristik bergantung kepada metode earthing yang digunakan pada instalasi di sisi downstream dari kumparan secondary transformator MV/LV serta penggunaan earthing pada sisi konduktor penghantar arus pada instalasi tegangan rendah yang mendapat suplai tenaga listrik dari transformator tersebut.

Perancangan system earthing bergantung kepada hal hal yang merupakan preferensi dari perancangnya, sehingga bisa berbeda beda bergantung kepada pertimbangan perancang. Secara garis besar terdapat tiga pertimbangan, yaitu:

• Jenis dari koneksi sistem kelistrikan (pada umumnya konduktor netral dari sistem) dan jenis koneksi antara bagian konduktif yang terekspose ke konduktor pentanahan.
• Konduktor proteksi yang terpisah atau konduktor proteksi dan konduktor netral dijadikan satu konduktor bersamaan.
•  Penggunaan proteksi gangguan ke tanah dari proteksi overcurrent dari switchgear hanya mengclearkan arus gangguan yang relative besar atau menggunakan tambahan relay untuk mendeteksi dan mengclearkan gangguan arus ke tanah yang kecil / leak current.

Setiap pilihan tersebut memiliki keunggulan dan kekurangan masing masing, misalnya:

• Penggunaan koneksi dari bagian konduktif yang terbuka dari peralatan dan dari konduktor netral ke konduktor PE (protective earth) akan menghasilkan level potensial yang sama (equipotential) dan akan merendahkan nilai tegangan lebih. Akan tetapi di sisi lain akan meningkatkan nilai arus gangguan ke Tanah.
• Memiliki konduktor proteksi terpisah akan memiliki dampak langsung terkait harga walaupun penampang konduktornya memiliki ukuran yang kecil. Akan tetapi disisi lain akan lebih tidak mudah terpengaruh oleh voltage drop, harmonic, dan gangguan power quality lainnya jika dibandingkan dengan hanya menggunakan konduktor netral saja.
• Instalasi dari relay proteki residual current atau peralatan untuk memonitor insulasi merupakan instalasi peralatan yang sensitif dan dapat memonitor terjadinya gangguan bahkan sebelum gangguan yang lebih besar muncul. Instalasi proteksi jenis ini merupakan proteksi tambahan yang bisa ditambahkan kemudian setelah sistem proteksi yang utama.

Sistem TT

Pada sistem earthing jenis TT, satu titik di sisi sumber dihubungkan langsung ke tanah. Semua bagian konduktif yang terlihat (conduit, tray, switchgear, exposed metal parts, metal objects) atau bagian yang konduktif tersembunyi (frame structure, steel reinforced concrete, etc) dihubungkan ke electrode pentanahan terpisah pada instalasinya. Electrode ini boleh atau tidak independent secara elektrikal terhadap electrode di sisi sumber. Dua zona pentanahan tersebut dapat overlap satu sama lain tanpa mempengaruhi operasi dari perangkat proteksi.

Gambar TT System, Property of Installation WIKI by Schneider Electric

Sistem TN

Pada sistem TN, sisi sumber dihubungkan dengan Tanah sebagaimana pada sistem TT diatas. Pada instalasinya semua bagian konduktif yang terlihat (conduit, tray, switchgear, exposed metal parts, metal objects) atau bagian yang konduktif tersembunyi (frame structure, steel reinforced concrete, etc) dihubungkan ke konduktor neutral. Ada beberapa versi dari sistem TN yang digunakan:

Sistem TN-C

Konduktor neutral juga digunakan untuk protective conductor dan dinamakan sebagai konduktor PEN (Protective Earth and Neutral). Pada sistem ini ukuran dari PEN tidak diijinkan lebih kecil dati 10mm2 atau untuk peralatan yang portable. Pada sistem TN-C membutuhkan lingkungan yang memiliki equipotential yang efektif dengan electrode pentanahan terpasang dengan jarak yang sama sebisa mungkin karena PEN conductor merupakan konduktor neutral dan pada saat yang bersamaan membawa arus unbalance sebagaimana juga arus harmonic orde ke 3 dan kelipatannya. Oleh karena itu PEN conductor harus terhubung ke sejumlah electrode pentanahan pada instalasinya. Hal yang perlu diperhatikan adalah pada sistem TN-C, fungsi protective conductor memiliki prioritas diatas fungsi neutral. Sehingga, PEN conductor harus selalu terhubung dengan terminal pentanahan dari beban dan jumper digunakan untuk menghubungkan terminal pentanahan dari beban ini ke terminal neutral.

Gambar TN-C System, Property of Installation WIKI by Schneider Electric

Sistem TN-S

Sistem TN-S (5 kawat) wajib untuk rangkaian dengan luas penampang kurang dari 10mm2 untuk peralatan portable. Protective conductor dan neutral conductor terpisah. Pada sistem cable bawah Tanah dengan penggunaan cable jenis lead-sheath, yang menjadi protective conductor adalah lead sheath tersebut.

Gambar TN-S system, Property of Installation WIKI by Schneider Electric

Sistem TN-C-S

Sistem TN-C dan sistem TN-S bisa digunakan sekaligus pada instalasi yang sama. Hanya saja sistem TN-C (4wires) tidak boleh digunakan pada sisi downstream dari sistem TN-S (5 wires), karena apoabila terjadi interupsi pada sisi neutral dari sisi upstream dapat menyebabkan gangguan pada protective conductor di sisi downstream dan menyebabkan timbulnya bahaya pada sistem.


Gambar TN-C-S System, Property of Installation WIKI by Schneider Electric



PEN Connection pada system TN-C, Property of Installation WIKI by Schneider Electric

IT Isolated Neutral

Pada sistem IT tidak ada koneksi pada neutral di sisi sumber terhadap pentanahan. Semua bagian konduktif yang terlihat (conduit, tray, switchgear, exposed metal parts, metal objects) atau bagian yang konduktif tersembunyi (frame structure, steel reinforced concrete, etc) dihubungkan ke electrode pentanahan.

Gambar sistem Isolated Neutral, Property of Installation WIKI by Schneider Electric

Dalam prakteknya semua rangkaian memiliki nilai impedansi bocor ke tanah karena memang tidak ada insulasi yang sempurna. Impedansi ini ada yang merupakan impedansi resistif dan impedansi kapasitif, kedua nilai resistif dan kapasitif ini membentuk nilai impedansi bocor ke tanah.

Gambar Leakage Impedance to Earth pada IT system, Property of Installation WIKI by Schneider Electric

Pada sistem tegangan rendah sistem 3 wire, pada 1 km cable dapat memiliki nilai impedance bocor sebagai akibat dari nilai C1, C2, C3 dan R1, R2, dan R3 senilai dengan impedansi Zct sebesar 3000 sampai 4000 ohm tanpa memperhitungkan kapasitansi filter dari peralatan elektronik.

Gambar Impedance Equivalent to Leakage Impedance pada IT system

IT Impedance-Earthed Neutral

Impendansi Zs dengan nilai 1000-2000 ohm dihubungkan secara permanen antara sisi netral dari sisi sekunder transformator dengan pentanahan. Semua bagian konduktif yang terlihat (conduit, tray, switchgear, exposed metal parts, metal objects) atau bagian yang konduktif tersembunyi (frame structure, steel reinforced concrete, etc) dihubungkan ke electrode pentanahan. Tujuan dari pentanahan jenis ini adalah untuk memperbaiki nilai potensial dari jaringan yang kecil terhadap tanah (Zs bernilai kecil bila dibandingkan dengan impedansi bocor) dan untuk mengurangi tingkat dari overvoltage seperti nilai surja yang dating dari kumparan tegangan menengah, static charge, dll. Akan tetapi pentanahan jenis ini memiliki efek menambah tingkat nilai arus gangguan.


Gambar sistem Impedance-Earthed Neutral, Property of Installation WIKI by Schneider Electric

Sekian dahulu penjelasan tentang sistem sistem earthing. Semoga bermanfaat :)


Source:
IEC 60364 electrical installations of buildings
http://www.electrical-installation.org/enwiki/Earthing_connections
http://www.electrical-installation.org/enwiki/Definition_of_standardised_earthing_schemes

ETAP Tutorial, Membuat Single Line Diagram

single line diagram atau diagram satu garis merupakan bentuk representasi sistem kelistrikan yang akan kita rancang atau kondisi kelistrikan dari fasilitas eksisting yang hendak kita kembangkan atau perbaiki dalam bentuk gambar 2 dimensi. Melalui single line diagram kita bisa mengetahui komponen peralatan listrik apa saja yang ada di sistem kelistrikan, spesifikasi peralatan secara umum serta memudahkan kita dalam melakukan studi atau kalkulasi.

Di dalam software ETAP, membuat single line diagram merupakan kemampuan dasar yang dibutuhkan sebelum kita melakukan studi sistem listrik lebih lanjut seperti load flow, short circuit, protection setting dan lain lain.

Yuk kita mulai dari memulai project baru pada ETAP. Setelah software ETAP running kita akan dibawa pada tampilan kosong sebagai berikut. Project baru atau studi baru yang kita buat kita mulai dari sini. Cukup pilih menu FILE kemudian dilanjutkan dengan memilih NEW PROJECT. Atau shortcut yang paling mudah adalah dengan memilih gambar kertas putih terlipat dipojok kiri atas dari menu pada software ETAP. Rekan rekan yang sering menggunakan microsoft word pasti familiar karena lambangnya sama dengan create new microsoft word file.

Gambar Menu Awal Software ETAP

Setelah itu kita akan dibawa pada windows baru yang berguna untuk mengisi nama file project yang akan kita gunakan. Menu Name harus diisi dengan nama project yang akan dibuat, sementara menu directory menunjukan alamat tempat file project kita disimpan. Jika hendak menyimpan data project kita ditempat yang lain, maka bisa dipilih directory lokasinya dengan menekan tombol browse.

Menu Create New Project File

Pemilihan unit system English / Metric akan menentukan banyak hal mulai dari standard kalkulasi yang digunakan, material yang digunakan, frekuensi sistem kelistrikan, satuan besaran yang digunakan dan lain lain. Secara umum karena kita di Indonesia dengan sebagian besar manufaktur peralatan listrik kita mengacu ke standard eropa (IEC), maka dapat kita pilih ke satuan metric. Jika kita lebih suka mengacu kepada standard north america (ANSI) bisa memilih english. Jangan khawatir, walaupun sudah dipilih diawal, nantinya masih bisa kita rubah lagi kok. Setelah menekan tombol OK maka kita akan dibawa ke menu berikutnya yaitu user information:

Menu User Information

User Name silahkan diisi dengan nama keinginan kita. Untuk Full Name merupakan optional untuk diisi. Untuk Description bisa diisi tentang penjelasan user name kita, dan kolom ini juga optional untuk diisi. Kemudian dibagian bawah ada pilihan access level yang diberikan untuk user name tersebut. Mulai dari administrator sampai dengan operator. Masing masing level memiliki fungsi masing masing dan sangat bermanfaat jika project yang kita gunakan sangat besar dan perlu diakses filenya oleh berbagai macam personel. Untuk lebih jelasnya bisa kita pilih menu HELP pada window ini untuk membaca penjelasan lebih detail dan lebih lanjut. 

Setelah kita pilih OK, maka window ETAP akan berubah menjadi worksheet kerja sebagai berikut:

Worksheet ETAP

Untuk detail penjelasan menu menu pada worksheet, rekan rekan bisa membaca post blog sebelumnya tentang ETAP Tutorial, Getting Started. Untuk pembuatan single line diagram, kita akan fokus pada halaman kosong dengan tulisan OLV dan pastikan dalam posisi edit mode (pastikan di menu toolbar sisi kiri yang terhighlight adalah gambar SLD atau di windows olv tertulis kata kata edit mode).

Semua sistem distribusi listrik pasti memiliki konsep berikut. Ada sumber listrik dan ada beban listriknya. Maka pembuatan single line juga pasti mengikuti kaidah itu. Ada sumber listriknya (bisa generator, bisa utility system, wind turbin, dll) kemudian melalui penghantar, dinaikan tegangan atau diturunkan tegangannya lewat transformator kemudian di salurkan kepada beban (motor, panel distribusi, lampu, beban statis dll).

Yuk kita mulai dengan contoh sederhana berikut ini:

1. Masukan 4 komponen sistem kelistrikan sebagaimana pada gambar berikut serta masukan parameter parameter terlampir. 

   

   Step 1 Latihan membuat SLD
2. Kemudian hubungkan masing masing elemen tersebut kemudian kita coba jalankan simulasi load flow dengan memilih menu load flow dari sisi atas toolbar ETAP.
3. Kita coba memanjangkan busbar 2. Jangan lupa setiap mengedit single line pastikan dalam kondisi edit mode.
4. Kita masukan tambahan elemen baru disisi bawah busbar 2 yang sudah kita panjangkan sebagai berikut: 

   

   Step 2 Latihan membuat SLD

5. Kita lanjutkan dengan menghubungkan semua elemen dan masukan semua parameter data yang kita miliki. 
6. Setelah semua elemen terhubung dan parameter sudah terisi, kita jalankan kembali load flow calculation.
7. Kembali ke edit mode, kemudian panjangkan sisi busbar 2 menuju ke arah kanan.
8. Tambahkan item generator, akan muncul dengan element name GEN1 kemudian kita rotasi 180 derajat. Untuk melakukan rotasi bisa secara manual atau cara cepatnya adalah dengan menekan Shift + R.

   

   Step 3 Lathan membuat SLD

9. Hubungkan elemen yang sudah ditambahkan kemudian masukan parameter yang dibutuhkan untuk perhitungan load flow.
10. Setelah generator terhubung dan semua parameter sudah dimasukan, kita bisa lanjutkan dengan melakukan load flow calculation lagi.
11. Kembali ke edit mode, kemudian kita panjangkan busbar 1 ke arah kanan.
12. Kita gandakan element T1, Bus2, Lump1, Cable1, T2, Bus4, dan Lump4 dengan cara memilih elemen elemen tersebut kemudian klik kanan pada mouse dan pilih copy.
13. Kemudian kita pilih area tempat kita hendak menaruh element tersebut, kemudian klik kanan kembali dan pilih "move from dumpster". Menu paste juga ada, tetapi menu paste hanya dipakai jika kita hendak menggandakan berulang kali tanpa harus melakukan perintah copy berulang kali. Kemudian hubungkan ke elemen Bus1.
14. Masukan elemen circuit breaker sebagai tie breaker diantara elemen bus4 dan bus5 dan set agar breaker tersebut dalam keadaan terbuka (Normally Open).

    

    Step 4 Latihan Membuat SLD

    Sampai step ini kita sudah selesai dengan latihan dasar pembuatan SLD. Kemudian kita lanjutkan dengan cara memasukan elemen composite network. Composite network sangat bermanfaat untuk menyederhanakan sistem SLD yang kompleks, sehingga ketika hendak mengubah parameter atau melakukan modifikasi akan membuat kita jadi lebih mudah karena elemen elemennya terkumpul atau dibagi bagi menjadi kluster yang lbeih kecil. Sangat bermanfaat apalagi jika kita sedang melakukan studi pada plant industri yang memiliki jumlah beban sangat banyak. 
15. Blok elemen elemen yang merupakan cabang dari bus2 menuju bus4 dan bus7 menuju bus 5.
16. Cut semua elemen yang terblok tersebut.
17. Masukan komponen composite network dan hubungkan dengan Bus2 dan Bus7.
18. Pindahkan elemen yang sebelumnya sudah dicut dari dumpster ke dalam network1 window.
19. Hubungkan kembali cable dengan koneksi awal mereka sehingga terbentuk sebagai berikut:

    

    Step 5 Latihan membuat SLD

20. Tambahkan High Voltage Circuit Breaker pada lokasi berikut:

    

    Step 6 Latihan membuat SLD

21. Jalankan kembali simulasi Load Flownya dan akan menunjukan hasil seperti ini:

    

    Hasil LF

    
    

    

    Hasil LF (Cont)

Oke, sekian dulu tutorial membuat SLD dan melakukan studi LF sederhana. Selamat mencoba :)

Source:

ETAP training materials

Memahami Nameplate Motor Induksi

Induction Motor Nameplate

Nameplate atau pelat indikasi nama pada peralatan listrik seperti motor induksi sangatlah penting dikarenakan informasi di dalam nameplate inilah yang membuat kita bisa memahami spesifikasi ketika motor tersebut dibuat oleh pabrikan motor. Nameplate ini juga harus memiliki bahasa universal sehingga mudah dipahami oleh pihak yang akan melakukan instalasi atau melakukan perbaikan terhadap motor tersebut. 

Contoh Motor Nameplate. Properti of Siemens

Jika kita mengacu ke standard NEC (National Electrical Code), maka terdapat beberapa informasi yang harus ada pada nameplate motor induksi, diantaranya:

1. Rated voltage or voltages
2. Rated full-load ampere for each voltage level
3. Frequency
4. Phase
5. Rated full-load speed
6. Insulation class and rated ambient temperature
7. Rated horsepower
8. Time rating
9. Locked-rotor code letter
10. Manufacturer's name and address

diluar informasi diatas, nameplate motor juga dilengkapi dengan data ukuran frame, NEMA design letter, service factor, full load efficiency, dan juga power factor.

Rated Voltage

Motor induksi dirancang untuk memiliki performa yang optimal ketika beroperasi pada level tegangan tertentu atau kombinasi dari level level tegangan tertentu pada dual voltage motor. Nilai tegangan tersebut dinamakan nilai voltage nameplate. Dalam aktual instalasi di lapangan kondisi tegangan dari sistem distribusi tenaga listrik bisa saja berubah atau beban yang dihubungkan dengan motor tersebut juga berubah, maka manufaktur biasanya merancang toleransi sekitar 10% diatas atau dibawah tegangan rating tersebut. Sebagai contoh motor dengan rating nameplate 460V bisa beroperasi dalam range tegangan 414V sampai dengan 506V.

Rated full-load ampere

Pada saat torsi beban pada motor meningkat, maka jumlah arus yang diperlukan untuk memutar motor juga semakin meningkat. Ketika torsi beban maksimal dan daya maksimal motor tercapai, maka nilai arus yang muncul dinamakan sebagai full-load ampere (FLA). Nilai ini didapatkan dari hasil pengujian laboratorium, dimana nilainya sedikit dibulatkan dan dicatat dalam nameplate motor. nilai FLA pada nameplate digunakan untuk memilih ukuran conductor cable yang tepat, jenis starter yang digunakan dan proteksi overload yang dibutuhkan untuk melindungi motor tersebut ketika beroperasi.

Typical Motor Curve Characteristic. Picture taken from http://avsld.com.sg/typical-torque-speed-curve-of-a-cage-induction-motor/

Frequency

Untuk dapat beroperasi, maka frekuensi dari motor harus sesuai dengan frekuensi dari sistem tenaga listrik yang digunakan untuk menyuplai motor tersebut. Di Amerika umumnya menggunakan frekuensi 60Hz sementara di belahan dunia lain termasuk di Indonesia menggunakan sistem dengan frekuensi 50 Hz.

Phase

Pada motor jumlah fasa akan menentukan jenis motornya, apakah motor jenis 3 fasa atau jenis motor 1 fasa. Perbedaan jumlah fasa akan mempengaruhi jumlah core cable serta rating tegangan yang digunakan untuk menyuplai tenaga listriknya.

Rated full-load speed

Nilai ini adalah nilai perkiraan kecepatan dalam keadaan full load, ketika tegangan dan frekuensinya juga sesuai dengan nilai rating yang disyaratkan. Nilai aktual kecepatan dalam kondisi full load ini bisa saja sedikit dibawah nilai yang tertera pada nameplate dikarenakan faktor toleransi ketika proses manufakturing, temperatur motor dan variasi dari tegangan suplai. Pada motor induksi standar, besarnya kecepatan full load ini sekitar 96% sampai dengan 99% dari kecepatan motor tanpa beban (no-load).

Insulation class & rated ambient temp

Salah satu elemen yang penting dalam pengoperasian motor induksi adalah nilai temperature maksimal yang muncul pada titik terpanas di dalam motor. Temperature yang muncul pada titik tersebut merupakan kombinasi dari desain motor (temperature rise) dan ambient / suhu udara sekitar.

Pada nameplate biasanya dituliskan nilai temperature ambient maksimal yang diperbolehkan, umumnya di 40 derajat C (104 derajat F) dan kelas insulasi yang digunakan pada desain motor. Kelas insulasi motor diantaranya kelas B, F, dan H.

Rated Horsepower

Horsepower merupakan standar yang digunakan untuk mengukur seberapa besar beban yang dapat diputar oleh motor. Nilai ini berdasarkan nilai torsi full load dan kecepatan full load dan dapat dihitung dengan persamaan berikut ini:

Horse power (HP) = [Motor Speed x Torsi (lb-ft)] / 5,250

pada tabel NEMA standar, nilai dari horsepower motor bervariasi mulai dari 1 hp sampai dengan 450 hp. 

Time rating

Motor standard di desain untuk beroperasi secara terus menerus (24 jam/7 hari) pada rating beban dan nilai temperatur ambient maksimum. Sementara ada juga motor yang di desain secara khusus untuk beroperasi dalam waktu yang singkat dimana memang secara fungsi motor tersebut hanya dibutuhkan secara intermittent. Motor motor yang dioperasikan dalam waktu singkat (short-time) ini memiliki rating waktu 5-60 menit. 

Locked-rotor code letter

Ketika AC motor dinyalakan dengan tegangan penuh sesuai ratingnya, maka bisa muncul arus inrush yang nilainnya beberapa kali lipat lebih besar dari nilai arus full load.

Picture taken from https://www.sunpower-uk.com/glossary/what-is-inrush-current/

Nilai dari arus yang besar ini bisa sangat penting pada beberapa instalasi listrik karena dapat menyebabkan voltage dip atau turunnya nilai tegangan di sistem sehingga bisa mempengaruhi peralatan lain yang terhubung pada sistem yang sama. Ada dua cara untuk mencari nilai dari arus ini, yaitu:

• Mengacu kepada motor performance datasheet dari manufaktur. Umumnya akan ditulis sebagai nilai locked-rotor current.
• Menggunakan locked rotor code letter yang menjelaskan nilai arus inrush yang muncul ketika motor di start.

Manufacture Name and address

Hampir semua manufaktur menuliskan nama mereka pada nameplate motor yang mereka produksi.

Sekian dulu sharing hari ini terkait dengan cara membaca nameplate motor induksi. Semoga bermanfaat :)

Menghitung Ukuran Kabel Daya

Cable sizing merupakan salah satu dari perhitungan dasar yang harus diketahui ketika kita hendak melakukan desain sistem kelistrikan. Dalam perhitungannya ada beberapa hal yang harus dipertimbangkan:

1. Faktor Tegangan jatuh (voltage drop)
2. Faktor Penurunan Rating (de-rating factor)
3. Faktor Kapasitas Arus (Current- carrying capacity)
4. Faktor Arus Hubung Singkat (Short Circuit)

Faktor Tegangan Jatuh

Pemilihan kabel harus mempertimbangkan jatuh tegangan yang diperbolehkan di dalam desain. Umumnya nilai jatuh tegangan yang diperbolehkan bervariasi bergantung kepada level tegangan sistem (Tegangan tinggi, Tegangan menengah, atau tegangan rendah). Contoh sederhana untuk memudahkan persyaratan jatuh tegangan bisa dilihat pada gambar di bawah:

Contoh Persyaratan Tegangan Jatuh

• Perhitungan AC 3 Fasa dalam kondisi normal

Note: Data cable resistance dan reactance bisa didapatkan dari manufaktur kabel

• Perhitungan AC 3 Fasa dalam kondisi motor starting

Note: Nilai starting motor 600% dan 700% merupakan nilai asumsi, jika kita sudah mengetahui aktual starting currentnya bisa menggunakan data aslinya.

• Perhitungan AC 1 fasa
  
  
  
  

Faktor Penurunan Rating

Kapasitas hantar arus dari kabel akan mengalami pengurangan kapasitas bergantung kepada metode pengelompokan ketika instalasi (grouping factor) dan suhu di sekitar lokasi instalasi (ambient temperature). Suhu di sekitar lokasi instalasi sendiri juga dipengaruhi jenis instalasinya apakah di dalam tanah atau menggunakan cable support system (tray).

Courtesy of Kabel Metal Indonesia

Faktor Kapasitas Arus

Untuk memilih ukuran minimal dari kabel yang sesuai dengan beban yang dibutuhkan, akan menggunakan persamaan berikut ini:

Kapasitas hantar arus dari cable juga harus lebih besar dari ukuran peralatan proteksi untuk memastikan ketika terjadi arus yang berlebih, maka peralatan proteksi akan bekerja terleih dahulu sebelum merusak kabel.

Faktor Arus Hubung Singkat

Untuk kabel tegangan menengah, terdapat faktor kapabilitas hubung singkat terhadap arus gangguan yang harus dipertimbangkan. Kabel harus dihitung agar ketika terjadi arus gangguan, maka suhu dari conductor tidak melebihi batas yang diperbolehkan sehingga terhindar dari kerusakan permanen.

Ukuran minimal dari luas penampang konduktor kabel tegangan menengah serta durasinya dijelaskan dalam IEC 60346 pada persamaan berikut:

 

Mudah mudahan artikel ini bermanfaat :)

Terima kasih

Source:

Engineering Documents

KMI Cable Technical Data

IEC 60287 Electric Cables-calculation of the current rating

IEC 60364-5-52 Selection and erection of electrical equipment-Wiring systems

IEC 60949 Calculation of thermally permissible short circuit

IEC 60986 Short circuit temperature limits of electrical cable

Apa perbedaan antara MCB, MCCB, ELCB, dan RCCB?

Memang banyak sekali istilah di dunia tenaga listrik. Salah satunya adalah istilah yang dipakai untuk komponen pemutus daya atau yang biasa dikenal dengan nama kerennya circuit breaker. Ada beberapa jenis pemutus daya yang sering digunakan di dalam desain sistem tenaga listrik, diantaranya MCB, MCCB, ELCB dan RCCB. Yuk kita lihat satu satu perbedaannya apa saja:

MCB

MCB atau Miniature Circuit Breaker merupakan peralatan pemutus daya yang mungkin kita sering lihat di lingkungan rumah kita seperti di panel pembagian di rumah, panel distribusi di kantor, dan lain lain. Ya, jenis pemutus daya ini memang punya karakteristik sebagai berikut:

• Rating arus umumnya tidak lebih dari 100A (saat ini ada produk MCB dengan size >100A).
• Rating tegangan rendah (Low Voltage < 1 kV).
• Kurva trip nya tidak bisa diatur, fix dan merupakan design dari manufaktur.
• Fungsi kerjanya berdasarkan fungsi thermal  atau thermal-magnetic.

karena karakteristiknya tersebut maka tidak heran pemutus daya jenis ini adalah yang paling dekat dan paling sering digunakan oleh konsumen dalam kehidupan sehari hari.

Contoh MCB 1P. Courtesy of Schneider-Electric

Contoh MCB 1P + N. Courtesy of Schneider-Electric

Contoh MCB 3P. Courtesy of Schneider-Electric

Gambar diatas merupakan contoh MCB yang ada dipasaran saat ini, dengan jenis koneksi diantaranya 1 pole, 2 pole, 3 pole, 1pole + neutral, 2 pole + neutral dan masih banyak lagi jenis koneksinya sesuai dengan kebutuhan konsumen.

Contoh Jenis Koneksi pada MCB. Courtesy of Schneider-Electric

MCCB

MCCB atau Moulded Case Circuit Breaker merupakan pemutus daya yang umumnya mulai digunakan pada sisi distribusi yang membutuhkan kapasitas arus yang lebih besar. Secara garis besar karakteristik dari MCCB adalah sebagai berikut:

• Rating arus sampai dengan 1000A (saat ini sudah ada produk MCCB dengan rating 3200A).
• Rating tegangannya rendah (< 1 kV)
• Karakteristik trip nya adjustable dan bisa kita set sesuai kebutuhan kita.
• Fungsi kerjanya berdasarkan fungsi thermal-magnetic atau pada MCCB yang dikendalikan oleh Electronic Trip Unit (ETU) atau microprocessor, karakter tripnya berdasarkan nilai yang di input.
• MCCB bisa dikombinasikan dengan rele sebagai pemutus daya.

MCCB 3P Thermal-Magnetic. Courtesy of Schneider-Electric

MCCB 3P dengan ETU. Courtesy of Schneider-Electric

MCCB banyak dipakai untuk kebutuhan distribusi serta proteksi di sistem tegangan rendah tetapi dengan kapasitas arus yang besar (>100A). Saat ini MCCB merupakan peralatan yang sangat mudah dikustomisasi sesuai dengan kebutuhan distribusi kita. Mulai dari jumlah koneksinya (3P, 4P atau 3P + N), menggunakan ETU atau menggunakan thermal magnetic curve, menambahkan auxiliary trip, perintah trip dari jauh, digunakan sebagai trip unit dari rele dan masih banyak lagi kustomisasi yang bisa kita lakukan.

Konfigurasi wiring MCCB dengan ETU. Courtesy of Schneider-Electric

Konfigurasi Wiring MCCB untuk remote operation. Courtesy of Schneider-Electric

ELCB

ELCB atau Earth Leakage Circuit Breaker merupakan peralatan pemutus daya yang berfungsi sebagai peralatan keselamatan untuk digunakan pada instalasi sistem tenaga listrik dengan impedansi pentanahan yang tinggi untuk mencegah kejadian tersengat listrik. Alat ini akan mendeteksi jika ada tegangan sisa pada enclosure peralatan yang terbuat dari logam dan akan memutus rangkaian listrik ketika tegangan yang berbahaya terdeteksi. Secara garis besar ada dua jenis ELCB, ELCB yang bekerja berdasarkan tegangan dan ELCB yang bekerja berdasarkan arus atau biasa dikenal sebagai RCCB (Residual Current Circuit Breaker).

ELCB Wiring Diagram

Ketika tegangan dari bagi enclosure peralatan tersebut meningkat (sebagai akibat dari bersentuhannya kawat/bus fasa dengan bagian enclosure atau terjadi kegagalan insulasi) yang dapat menimbulkan terjadinya perbedaan tegangan antara tanah dan bagian enclosure yang menimbulkan potensi terjadinya sengatan listrik. Perbedaan tegangan ini akan menghasilkan arus yang mengalir dari bagian enclosure peralatan melewati kumparan relai menuju ke tanah. Ketika tingkat tegangan di bagian enclosure peralatan melebihi 50 Volt, besarnya arus yang melewati kumparan relai dapat menggerakkan kontak relai yang memutus sumber arus yang dapat mencegah bahaya sengatan listrik. ELCB akan tetap dalam kondisi OFF sampai di reset secara manual. 

Gambar ELCB yang ada dipasaran sekitar tahun 1960-1970an
Courtesy of Pauluk from Electrical Contractor Forum

Wiring pada ELCB yang ada dipasaran sekitar tahun 1960-1970an.
Courtesy of Pauluk from Electrical Contractor Forum

Namun yang perlu diingat adalah ELCB berbasis tegangan tidak mendeteksi arus gangguan dari bagian yang bertegangan ke bagian yang ditanahkan, melainkan hanya mendeteksi apabila terjadi perbedaan potensial antara bagian enclosure yang seharusnya tidak bertegangan dengan kawat pentanahan sebagai acuan tegangan 0 volt. Jika terjadi gangguan dari bagian yang bertegangan dengan pentanahan di luar rangkaian peralatan tersebut (misalnya orang atau suatu pipa metal) maka ELCB berbasis tegangan ini tidak akan terputus karena tegangan pada kawat pentanahan peralatan tidak berubah. Bahkan ketika gangguan terjadi antara bagian bertegangan dan pentanahan dari rangkaian peralatan, kondisi paralel pada jalur pentanahan yang diciptakan oleh pipa gas atau air dapat menyebabkan ELCB akan dilewatkan begitu saja. Sebagian besar arus gangguan akan melewati pipa karena impedansi pada kawat pentanahan kan jauh lebih besar dibandingkan dengan ratusan meter pipa metal yang terkubur di dalam tanah.

Karena hal ini lah ELCB yang berbasis tegangan sudah ditinggalkan dan digantikan dengan ELCB berbasis arus atau RCCB.

RCCB

ELCB berbasis arus lebih dikenal dengan nama perangkat residual current. Peralatan ini juga berfungsi untuk melindungi dari arus bocor. Kedua rangkaian konduktor (konduktor suplai dan konduktor kembali) dilewatkan pada kumparan pendeteksi. Jika ada ketidakseimbangan pada arus maka akan menyebabkan ketidakseimbangan pada medan magnet, sehingga medan magnet tidak benar benar menghilangkan satu sama lain. 

Gambar Wiring pada RCCB

Contoh RCCB di pasaran saat ini. Courtesy of Schneider-Electric

Kumparan sumber (kumparan fasa), kumparan netral dan kumparan pendeteksi semuanya dililitkan pada bagian inti dari transformator. Pada suatu rangkaian yang normal maka terdapat sejumlah arus yang besarnya sama masuk melewati kumparan fasa menuju beban dan kembali melalui kumparan netral. Baik kumparan fasa maupun kumparan netral dililit dengan cara berlawanan sehingga mereka menghasilkan fluks magnetik yang juga saling berlawanan. Ketika terdapat arus yang besarnya sama melewati kumparan fasa dan kumparan netral, maka fluks magnet yang timbul akan saling menghilangkan satu sama lain.

Ketika terjadi gangguan atau ada arus bocor ke tanah di rangkaian beban, atau dimanapun diantara rangkaian beban dan output dari rangkaian RCD maka arus kembali yang melalui kumparan netral akan berkurang. Sehingga fluks magnet yang dihasilkan pada inti transformator tidak seimbang lagi. Sisa dari flux magnet yang tertinggal inilah yang dinamakan fluks residu.

Perubahan dari fluks residu di dalam inti transformator akan memotong kumparan pendeteksi. Kejadian ini akan menghasilkan electromotive force (emf) pada kumparan pendeteksi. Gaya emf  ini pada dasarnya merupakan arus bolak balik (AC). Tegangan yang terinduksi di kumparan pendeteksi akan menghasilkan arus di dalam kawat trip circuit. Arus inilah yang mengoperasikan Itripping coil dari pemutus tenaga. Karena arus pembuat trip ini didorong oleh fluks magnet residu antara kumparan fasa dan kumparan netral, maka arus ini dinamakan perangkat arus residu (residual current device).

Oke, sekian dulu untuk berbaginya di artikel ini. Mudah mudahan bisa bermanfaat untuk kawan kawan semua. Maaf untuk yang bagian ELCB dan RCCB bahasanya agak kaku karena ngambil dari tesis saya sendiri. Mungkin nanti akan saya edit agar lebih "manuasiawi" bahasanya :)

Terima kasih sudah mampir 

Source:

• Electrical Contractor Forum https://www.electrical-contractor.net
• Electrical Engineering Portal http://electrical-engineering-portal.com
• Schneider-electric http://www.schneider-electric.co.id/en/all-products

yang mau baca baca tesis saya terkait harmonic dan ELCB bisa mampir di alamat ini http://www.lib.ui.ac.id/detail?id=20389485&lokasi=lokal

Transformer Winding Connection

Transformer Connection

Secara teori transformator tiga fasa merupakan tiga buah transformator satu fasa dengan inti yang digunakan secara bersama. Besarnya tegangan yang diubah oleh transformator ditentukan oleh perbandingan jumlah kumparan di sisi primer dan sisi sekunder. Hubungan antara kumparan primer dan kumparan sekunder secara umum ada 3 diantaranya:

1. Koneksi Star (Wye)
2. Koneksi Delta 
3. Koneksi Zigzag

Koneksi Star (Wye)

Pada koneksi star (wye) ketiga kumparann terhubung pada bagian titik ujungnya. Bagian ujung ini merepresentasikan titik hubungan neutral. Transformator dengan koneksi star ini direpresentasikan pada gambar dengan lambang Y pada sisi tegangan tingginya serta menggunakan lambang y pada sisi tegangan rendahnya.

Untuk aplikasinya transformator dengan koneksi star (wye) kita gunakan untuk aplikasi di tegangan tinggi serta pada arus yang rendah.

Koneksi Delta

Pada transformator dengan koneksi delta, bagian ujung dari kumparan dihubungkan dengan bagian awal dari kumparan lain. Sehingga jika kita lihat seolah olah kumparan dihubungkan secara seri. Transformator dengan koneksi delta digambarkan dengan lambang D pada sisi tegangan tinggi serta lambang d pada sisi tegangan rendah. 

Aplikasinya digunakan pada arus yang besar serta tegangan yang rendah.

Koneksi Zigzag

Pada transformator dengan koneksi zigzag, setiap fasanya memiliki dua winding yang seimbang pada bagian inti yang tidak sama panjang. Sehingga akan ada dua fasa pada masing masing bagian inti dengan satu winding di masing masing inti dihubungkan pada bagian ujungnya. Transformator dengan koneksi zigzag di indikasikan dengan Z atau z. Koneksi jenis zigzag membutuhkan 15.5% kumparan lebih banyak dibandingkan transformator dengan koneksi biasa sehingga ukuran transformator zigzag akan lebih besar dan lebih mahal

Transformator jenis zigzag digunakan pada aplikasi dimana sering terjadi unbalance load antara fasa dan neutral seperti instalasi daya untuk jaringan penerangan.

Vector Group

Koneksi dari semua kumparangan pada transformator tiga fasa di indikasikan oleh simbol Vector Group. Simbolnya ditunjukan dengan apa jenis koneksi kumparannya serta berapa besar perbedaan fasanya dalam bentuk indeks numerik (contohnya Dny11)

Metode Jam digunakan untuk menghasilkan indeks numerikal dari vector group dengan masing masing setiap jam nya merepresentasikan pergeseran fasa 30 derajat

Berikut ini adalah koneksi tiga fasa yang umum diantaranya Dyn5, Dyn11, Yyn0, Yd1, Yd11, Dz0, Yz1 and Yz11.

• Dyn5

• Dyn11

• Dz0

• Yd1

• Yd11

• Yyn0

• Yz1

• Yz11

sekian dulu pendahuluan untuk koneksi transformator. Berikutnya kita akan lebih detail membahas vector group pada transformator.

Reference: electrical-engineering-portal.com