Bab 7 Beban Lebih dan Arus Hubung Pendek. PDF created with FinePrint pdffactory trial version

Transkripsi

1 Bab 7 Beban Lebih dan Arus Hubung Pendek

2 Aturan umum sesuai dengan aturan artikel IEC , dan IEC , arus prospektif hubung pendek maksimum pada posisi awal sirkit dan arus prospektif hubung pendek minimum pada posisi akhir sirkit harus ditentukan untuk setiap sirkit. arus prospektif hubung pendek maksimum menentukan : q kapasitas pemutusan tertinggi(icu) pemutus daya (Icu prospektif Icc), q kapasitas penutupan gawai proteksi. q ketahanan thermis dan elektrodinamis pipa kabel dan perangkat hubung bagi. prospektif arus hubung pendek minimum menentukan : q pemilihan unit trip (kurva) dan pengaman lebur, q pengaman terhadap manusia tergantung sistem pembumian (TN-IT), q kabel terlalu panjang, q sumber dg impendansi besar (gen-set). dalam semua kasus, pengaman harus disesuaikan dengan kemampuan tekanan thermis kabel. I 2 dt K 2 S 2

3 Aturan umum apapun jenis arus hubung-pendek (min. or max.), gawai pengaman harus memutuskan arus tersebut (Isc) dalam waktu t < 5 dt yang bersesuaian dengan tekanan thermis yang dapat ditahan oleh kabel yg dilindungi. I 2 dt k 2.S 2 S 2 t = k 2 I 2 q t = durasi dalam dt q S = luas penampang dalam mm 2 q I = nilai r.m.s arus hubung-pendek dalam ampere q k = faktor yg tergantung kepada resistivitas, faktor temperatur dan kapasitas panas dari pada material konduktor, dan temperatur awal dan akhir.

4 Aturan umum nilai k untuk beberapa material umum, untuk perhitungan pengaruh arus hubung-pendek. Material konduktor tembaga Material isolasi pvc 60 C karet 85 C karet 90 C thermosetting kertas resap mineral - penghantar - sleeves and seals batas temperatur awal C batas temperatur akhir C 160/ k 115/ Aluminium pvc 60 C karet 85 C karet 90 C thermosetting kertas resap / / q note : diberikan 2 nilai batas temperatur akhir dan k, nilai terendah berhubungan kabel yang memiliki luas penampang lebih besar dari 300 mm.

5 Prosedur perhitungan arus hubung pendek sisi atas daya hubung pendek Scc nilai nominal transformator TT/TR Usc (%) - faktor daya, - faktor kebetulan, - faktor tugas - faktor pengembangan yg dpt diduga nilai nominal beban - feeder - nilai nominal arus - jatuh tegangan karakteristik penghantar busbars : q panjang, q lebar, q ketebalan. kabel : q jenis isolasi q inti tunggal atau inti banyak, q panjang, q luas penampang. lingkungan : q suhu ruang, q metode instalasi, q jumlah sirkit yg berdekatan. Isc pd terminal transformator Isc dr keluaran perangkat kendali utama TR Isc pd kepala perangkat kendali kedua Isc pd kepala perangkat kendali akhir Isc pd ujung keluaran akhir kapasitas pemutusan inst. trip setting kapasitas pemutusan inst. trip setting kapasitas pemutusan inst. trip setting kapasitas pemutusan inst. trip setting pemutus da utama main LV switchboard distribution circuit break pemutus da distribusi kedua pemutus da distribusi akhir

6 Definisi arus hubung pendek adalah arus lebih yang dihasilkan oleh gangguan denga mengabaikan impendansi antara titik-titik pd potensial yang berbeda dalam kondisi layanan nomal. U U q Zt = R 2 + X 2 q Icc 3 = = Z R 2 + X 2 Zt Zt A U ZI U ZI R = ρ /A dlm Ω/m ρ = lihat Tabel 1 X = L ω = [15, Log (d/r)] mω/km = 0,3 Ω / km (saluran TR) = 0,4 Ω / km (saluran TM atau TT) r = radius penghantar (mm), d = jarak antar penghantar ( B

7 Definisi Tabel 1. Resistivitas penghantar dengan radius < 150 mm 2 Arus hubung pendek maksimum Arus hubung pendek minimum Arus Resistivitas Nilai resistivitas (Ω mm 2 /m) Arus gangguan dlm sistem TN dan IT Penghantar yang Tembaga Aluminium dimaksud ρ1=1,25ρ20 0,0225 0,036 Ph-N ρ1=1,5ρ20 0,027 0,043 Ph-N ρ1=1,25ρ20 0,0225 0,036 Ph-N PE-PEN Tegangan jatuh ρ1=1,25ρ20 0,0225 0,036 Ph-N Arus lebih untuk uji kekuatan termal ρ1=1,5ρ20 0,027 0,043 Ph-N-PE bila tergabung dalam satu penghantar ρ1=1,25ρ20 0,0225 0,036 PE terpisah

8 Macam-macam arus hubung pendek gangguan tiga-fase ZL ZSC ZL ~ V Isc 3 = U / 3 Zsc ZL gangguan fase-fase ZL ZSC ZL ~ U ZSC Isc 2 = U 2. Zsc = 0,86. Icc 3

9 Macam-macam arus hubung pendek gangguan fase-netral ZL ZSC ZLn ~ V ZLn Isc 1 = = 0,5. Icc3 U / 3 Zsc + Z Ln gangguan fase-bumi ZL ZSC ~ V I sc (0) = U / 3 Zsc + Z (0 Z(0) Z(0)

10 Akibat hubung pendek Akibat hubung pendek tergantung pada variabel macam dan durasi gangguan, di titik instalasi dimana gangguan itu terjadi serta daya hubung pendek. o pada lokasi gangguan, adanya busur api listrik menyebabkan: kerusakan isolasi melelehnya penghantar api dan bahaya kebakaran o pada sirkit yang tergantung: gaya elektrodinamik, yang menyebabkan: - perubahan bentuk busbar - terputusnya kabel suhu yang berlebihan akan terus meningkat akibatnya rugi dalam Joule semakin besar pula, dengan resiko kerusakan isolasi o di sirkit jaringan lainnya atau yang berdekatan dengan jaringan: tegangan menurun selama waktu yang dibutuhkan untuk menghapuskan gangguan, yang bervariasi dari beberapa milidetik ke beberapa ratus milidetik mematikan sebagian jaringan, tingkat bagian tersebut tergantung pada rancangan jaringan dan tingkat diskriminasi yang diberikan oleh gawai pengaman ketidakstabilan dinamis dan/atau rugi sinkronisasi mekanis gangguan kendali/pengamatan sirkit, dll

11 Bagaimana menghitung arus hubung pendek seimbang metoda impedansi : q digunakan untuk menghitung arus gangguan pd suatu titik instalasi dengan derajat ketelitian tinggi. C. Un C. Un Isc k = = C = 1 3 R 2 + X 2 3. Zk k k metoda komposisi : q biasanya digunakan bila karakteristik catu daya tidak diketahui U Isc B = Isc A. U + Zc. IscA metoda konvensional : q digunakan bila impendansi atau Isc pd sisi atas instalasi sirkit yg diberikan tidak diketahui, untuk menghitung Isc pd titik akhir sirkit.

12 Contoh : metoda impendansi tentukan resistansi dan reaktansi setiap bagian instalasi Diagram Bagian instalasi Resistansi (milliohms) Reaktansi (milliohms) jaringan sisi atas Psc transforrmator Sn, Usc, U R diabaikan R diabaikan utk S > 100 kva Uo 2 X = (1) Psc Uo X = Usc 2 (2) Sn pemutus tenaga R diabaikan X diabaikan bar kabel (4) R = ρ L A (3) R = ρ L A (3) X = 0.15 milliohms/m X = 0.08 milliohms/m Isc = Uo 3 Rt 2 + Xt 2 ka (1) Psc : daya hubung pendek jaringan sisi atas dlm VA (biasanya 500MVA) (2) Usc : tegangan hubung pendek (%) Sn : daya nyata transformator dlm kva (3) ρ = 22.5 (Cu) ρ = 36 (Al) L = panjang dlm m A = luas penampang dlm mm 2 (4) jika ada beberapa kabel paralel sefase, bagilah resistans dan reaktans satu kabel dengan jumlah kabel (5) Uo = tegangan trafo fase ke fase tanpa beban

13 Ssc = 500 MVA Transformator : S = 630 kva U1=20kV Usc = 4%, Uo = 410 VAC Wc = 6500 W Arus hubung pendek Contoh : metoda impendansi Diagram spesifikasi Resistansi mω Reaktansi mω R1 = Uo 2 /Ssc. cos ϕ; cos ϕ = 0.15 R1 = 0,05 R2 = (Wc. Uo 2 )/S 2 R2 = 2,75 X1 = Uo 2 /Ssc. sin ϕ; sin ϕ = 0,98 X1 = 0,33 X2 = V((Usc.Uo 2 /S) 2 - R2 2 ) X2 = 10,31 A 3 A = 150mm 2 Cu, L = 3 m Pemutus daya cepat R3 = ρl/3a; ρ = 0,0225 Ωmm 2 /m R3 = 0,15 R4 = diabaikan X3 = 0,08 L X3 = 0,24 X4 = diabaikan Bus bar (Cu) : L = 2 m; 3 A = 150 mm2 R5 = ρl/3a; ρ = 0,0225 Ωmm 2 /m R5 = 0,1 X5 = 0,15 L X5 = 0,3 B 3 A = 35mm 2 Cu, L = 30 m R6 = ρl/3a; ρ = 0,0225 Ωmm 2 /m R6 = 6,43 X6 = 0,08 L X6 = 2,4 M Motor P = 50 kw e = 25% R7 = 0,2 X7 R7 = 168 X7 = e Uo 2 /P X7 = 840 = rugi-rugi Cu pd trafo = reaktansi putaran mesin

14 Contoh : metoda impendansi Gangguan Resistansi (mω) Reaktansi (mω) Isc (ka) A R TA = R1.(Uo/U1) 2 +R2+R4+R5 = 3 X TA = X1.(Uo/U1) 2 +X2+X4+X5 = 10,85 I sca = Uo/V3(R TA 2 +X TA 2 ) = 21,03 B R TB = R TA + R6 = 9,43 X TB = X TA + X6 = 13,25 I scb = Uo/V3(R TB 2 +X TB 2 ) = 14,55 REVERSE CURRENT MOTOR RM = R6 + R7 = 174,43 XM = X6 + X7 = 842,4 I M = Uo/ V3(R M 2 +X M 2 ) = 0,275

15 Luas penampang kawat sesuai Isc kapasitas menghantarkan arus selama hubung singkat dan untuk waktu yang sangat singkat tergantung dari : q isolasi konduktor (PVC, XLPE), q material konduktor : tembaga atau aluminium, q temperatur awal konduktor sebelum arus hubung pendek, q temperatur akhir konduktor setelah arus hubung pendek, q waktu operasi dari pada arus hubung singkat. kapasitas menghantarkan arus selama hubung pendek diberikan dalam tabel. Contoh dapat diambil dari manual pabrik kabel.

16 Tabel + rumus q c - q i d i = k. t t = waktu operasi dari pada Isc q c = suhu awal q i = suhu akhir Isc S = di δ i = kerapatan arus dalam A/mm 2 q cara mudah menghitung luas penampang konduktor Isc t k = 11 untuk Cu S =. k (q c - q i ) k = 7 untuk Al

17 Tabel + rumus tembaga isolasi penghantar suhu C waktu operasi Isc (S) awal θi akhir θc rapat arus A/mm 2 kertas resap Polythylene BD PVC XLPE EPR

18 Tabel + formula aluminium insulation of conductors temperatures C initial θi final θc operating time of the Isc (S) density of current A/mm 2 impregnated paper Polyethylene BD PVC XLPE EPR

19 Beberapa kasus transformator kerja paralel apa yg terjadi dg kapasitas pemutusan setiap pemutus tenaga D1 D2 D1 D2 D3 D4 D4

20 Kasus generator karakteristik generator set : q arus hubung-pendek yg rendah tergantung pada transient reactance (2 s/d 5 ln), q ketahanan thermal terbatas. karakteristik pengaman : q pengaman waktu lama beraksi cepat (<15s) untuk beben lebih 1.5 ln, q pengaman waktu singkat rendah (< 2ln). G 250 KVA 400 x d = 30% load shedding non-priority priority nilai arus hubung-pendek Icc3 pd terminal genarator set Sn 1 Icc 3 =. = transient reactance dinyatakan dalam (30%) 3 Un X d

21 Kasus generator reaktans subtransien : x d dalam % X d = Un 2 bila tidak ada informasi = 20 % Sn x.(x d) reaktans transient : x d dalam % X d = Un2 Sn x.(x d) bila tidak ada informasi = 30 % reaktans zero sequence : xo dalam % Xο = Un 2 Sn x.(xο) bila tidak ada informasi = 6 %

22 Kasus generator perhitungan arus hubung-pendek tiga-fase minimum sistem (TN - IT) level R X Z Icc generator Ra X'd duct total 22,5 L 0,08 L V S R X R 2 + X 2 3. R 2 + X 2 perhitungan arus hubung-pendek minimum fase-netral sistem (TN - IT) level R X Z Icc generator Ra 2X'd + Xo duct 3 22,5 L (1+m) 0,08 x L x 2 SPN V total R 2 + X 2 3 R 2 + X 2 m = SPH SPE

23 Limitasi arus : mengapa keuntungan memasang pemutus daya dg kemampuan pembatas arus : q pemutus tenaga pembatas arus diharapkan mengurangi pengaruhpengaruh yg tidak diinginkan akibat arus hubung pendek pada instalasi. q pemanasan kabel dikurangi sehingga umur kabel lebih panjang. q gaya elektrodinamik berkurang, sehingga sedikit kemungkinan kontakkontak deformasi atau patah. q pengaruh terhadap peralatan pengukuran dekat sirkit listrik dikurangi. q teknik kaskade menawarkan solusi penghematan cukup substansial pada perlengkapan, pelingkup dan dirancang dgn menggunakan nilai nominal gawai lebih rendah pada sisi bawahnya.

24 Prinsip limitasi arus i u Arus prospektif U busur arus yg dibatasi Arus yg dibatasi Tegangan busur t Tegangan jaringan

25 Limitasi arus : bagaimana limiter block beroperasi dengan cara yang sama dengan kutub utama pemutus daya tetapi tidak dihubungkan secara mekanis ke kutub utama a ke mekanisme trip pemutus daya. Hal ini menyebabkan kontak limiter block menutup kembali setelah gang diputuskan. Isolasi gangguan dilakukan oleh kontak utama pemutus day Fr Fm Fm I I I I

26 Apa itu limitasi arus : aplikasi dan penggunaan tabel kemampuan limitasi arus dari pemutus daya : q kemampuan limitasi arus suatu pemutus daya adalah suatu karakteristik dimana hanya arus gangguan lebih kecil dari nilai prospektif yang diijinkan mengalir pada kondisi hubung pendek. ka peak tanpa limitasi dengan limitasi 0 30 ka rms Isc prospective Isc peak prospective Isc q contoh : gangguan prospektif = 30 ka rms, 55 ka peak nilai dibatasi = 25 ka peak limited Isc peak I 2 t 9 x 10 6 total energi yang diterusk selama 1/2 siklus tanpa li limited Isc 6 x 106 energi yang diteruskan s 1/2 siklus dengan limitas t 0 30 ka rms

27 Definisi : diskriminasi diskriminasi (selektivitas), adalah koordinasi gawai pengaman otomatis sedemikian rupa sehingga gangguan yg terjadi pada suatu titik dalam jaringan listrik dipadamkan oleh gawai pengaman yg diinstal langsung di atas gangguan tersebut dan hanya oleh gawai tersebut saja. tanpa diskriminasi diskriminasi CB1 CB1 CB2 CB2 CB1 dan CB2 buka hanya CB2 buka kenapa diskriminasi diperlukan? q Diskriminasi menjamin kontinuitas pelayanan sumber daya, terutama sangat diperlukan di industri, instalasi komersial atau institusional.

28 Diskriminasi arus dg membandingkan karakteristik kurva operasi : q kurva limitasi dari pemutus tenaga sisi bawah (D1) : q kurva energi tidak trip dari pemut tenaga sisi atas (D2) 2 2 i dt i dt tripping no-tripping D2 D1

29 Diskriminasi penuh atau terbatas q diskriminasi penuh q diskriminasi terbatas ƒi 2 dt ƒi 2 dt D2 D2 D1 D1 I Is I D2 Icc D1

30 kawasan pemilih interlok Arus hubung pendek Diskriminasi logik D1 rele logik I D2 rele logik D3 rele logik III

31 Diskriminasi antara pengaman lebur TM dan pemutus tenaga TR TM pemutusdaya imag D +20% 10% arus aman IF 1.35 I CB TM/TR transformator D ± 20% F ± 10% I Icc> arus pemutusan minimum pemutus daya TT Icc t t F t D 10ms waktu aman tf t CB 2 e.g. 0,1 = 2 0,05 I

32 Definisi : kaskade q kaskade adalah penggunaan kemampuan pembatasan arus (Icu) dari pemutus daya, sehingga diperkenankan memasang pemutus daya sisi bawah dengan kapasitas pemutusan lebih rendah. q prinsip kaskade telah termaktub pada standar IEC q kaskade hanya bisa diuji melalui uji laboratorium dan kombinasi kaskade hanya bisa ditetapkan oleh pabrik pembuatnya. q komentar: pemutus daya sisi atas bertindak selaku back-up terhadap gangguan hubung pendek. Sehingga diperkenankan pemutus daya dengan kapasitas pemutusan lebih rendah dari arus hubung pendek prospektif pada titik instalasi dimana pemutus tenaga tersebut dipasang.

33 Contoh 1 - kaskading Kaskading 2 tingkat : Jaringan 380 V Dengan instalasi pemutus daya NS250L (dengan kapasitas pemutusan 150 ka) pada sisi atas. 60A Isc=80kA Pada arus hubung pendek di rel 30 ka, dapat dipasang NC45H (dengan kapasitas pemutusan 10 ka) 20A 30A 20A Isc=30kA

34 Contoh 2 - kaskading Kaskading 3 tingkat : Jaringan 380 V A NS250L 220A B NS100N 63A C NS60N 25A Isc=80kA sisi atas sisi baawah Isc=50kA Isc=24kA gawai A dikoordinasikan untuk kaskading dengan kedua gawai B dan C. Pemutus daya A sisi atas digunakan NS250L (dengan kapasitas pemutusan 150 ka) untuk arus prospektif hubung pendek 80 ka. Pemutus daya NS100N (dengan kapasitas pemutusan 25 ka) dapat digunakan untuk pemutusan daya B untuk arus prospektif hubun pendek 50 ka, karena kapasitas pemutusan dinaikkan NS250L dengan kaskading di sisi ata menjadi 150 ka. NC60N (dengan kapasitas pemutusan 10 ka) dapat dipakai untuk pemutus daya C untuk aru prospektif hubung pendek 24 ka pada terminal keluarannya, karena kapasitas pemutusannya dinaikkan oleh NS250L dengan kaskading di si atas menjadi 30 A

35 Akhir presentasi