Gangguan Hubung Singkat pada saluran transmisi dan distribusi tenaga listrik

Hubung singkat pada saluran transmisi dan distribusi adalah suatu keadaan dimana terjadi pertemuan antara fasa dengan fasa atau fasa dengan tanah tanpa melalui tahanan guna. Tahanan guna di sini adalah tahanan yang sengaja dipasang (resistansi, Impedansi, capasitansi) untuk mendapatkan guna (faedah) dari pemasangannya. Tahanan guna meliputi seluruh peralatan-peralatan yang memerlukan listrik dalam pemanfaatannya.

Gambar dari sini

Gangguan hubung singkat dapat dibagi menjadi 2 yaitu :

-      Gangguan Hubung singkat simetris

-      Gangguan hubung singkat tidak simetris

Gangguan hubung singkat simetris didefenisikan sebagai gangguan yang melibatkan ketiga fasa, sehingga tidak mempengaruhi keseimbangan dari phasor arus dan tegangan. Sedangkan gangguan tidak simetris merupakan gangguan yang melibatkan sebagian dari fasa, baik itu satu fasa ke tanah, dua fasa antar saluran, maupun dua fasa ke tanah.

Saat gangguan terjadi, arus yang mengalir pada saluran transmisi yang menuju pusat gangguan sangat besar, sehingga akan mempengaruhi kestabilan dari keseluruhan system, untuk itu perlatan proteksi diharapkan mampu mendeteksi dan kemudian mengisolasi rangkaian yang mengalami gangguan terhadap rangkaian yang masih normal, karenanya diperlukan suatu analisis terhadap parameter-parameter yang berlaku pada system tenaga listrik jika gangguan hubung singkat tersebut terjadi.

Tujuan utama dari analisa tersebut adalah untuk memprediksi arus gangguan terbesar yang dapat terjadi sehingga dapat digunakan sebagai referensi dalam menentukan kapasitas Circuit breaker yang akan digunakan, serta prediksi arus hubung singkat terkecil yang akan digunakan sebagai acuan dalam menerapkan settingan relay proteksi.

Pada system yang terdiri dari beberapa bus, perhitungan arus gangguan dapat dilakukan dengan cara manual, tapi jika system terdiri dari banyak bus, maka perhitungan dengan cara manual sulit dilakukan dan dikhawatirkan dapat terjadi kesalahan dalam perhitungannya.

Saat ini sudah banyak aplikasi yang dapat digunakan dalam menganalisa system tenaga listrik, diantaranya Matlab, Fortran, dan lain-lain. Bahkan dengan menggunakan Microsoft exel, hal tersebutpun bisa dilakukan. Untuk perhitungan arus hubung singkat ini, InsyaAllah akan dibahas pada postingan selanjutnya.

Semoga Bermanfaat.

Hubungan Antara Arus dan Tegangan pada Rangkaian Star-Delta

Postingan ini saya buat setelah membaca komentar pada beberapa blog yang mempertanyakan hubungan antara tegangan dan arus pada sebuah rangkaian listrik, di mana pertanyaan tersebut muncul berkaitan dengan pembahasan mengenai metode starter motor star-delta yang bertujuan mengurangi arus starting yang tinggi. Berikut inti pertanyaannya : 

Pada motor dengan hubung star, tegangan phasa (salah satu belitan motor) lebih kecil dari tegangan line sumber, sedangkan pada hubungan delta, tegangan phasa sama dengan tegangan line sumber. Merujuk pada perlakuan arus dan tegangan pada jaringan distribusi dan transmisi, dimana alasan utama penerapan tegangan tinggi adalah untuk mengurangi besar arus yang mengalir pada jaringan tersebut. Yang berarti hubungan antara tegangan dan arus saling bertolak belakang, dimana jika besaran tegangan meningkat, maka arus yang mengalir akan menjadi semakin kecil. Bagaimana hubungan antara tegangan dan arus pada motor berkaitan dengan metode starting yang digunakan.?

 Sesaat setelah membaca pertanyaan tersebut, saya menjadi bingung, dan terbawa pemikiran penanya mengenai hubungan antara arus dan tegangan, namun dengan keyakinan bahwa metode starting star-delta dapat mengurangi arus starting, maka saya tertarik untuk mencari jawaban dari pertanyaan itu.

Berikut adalah gambar rangkaian hubung star (Y) serta diagram phasor tegangannya :

 (a) Hubung Star pada rangkaian listrik                                     (b) Diagram Phasor tegangan

Pada gambar di atas, tegangan E_AB, E_BC dan E_CA merupakan tegangan line dimana :

E_AB = E_AN + E_NB = E_AN - E_BN

E_BC = E_BN + E_NC = E_BN – E_CN

E_CA = E_CN + E_NA = E_CN – E_AN

Gambar b memperlihatkan diagram phasor di mana dapat dilihat bahwa tegangan phase E_AN, E_BN dan E_CN memiliki magnitude yang sama namun terpisah satu sama lain sebesar 120º. Tegangan line E_AB merupakan penjumlahan dari vector E_AN dan – E_BN begitupun dengan tegangan line E_BC dan E_CA dan juga terpisah 120º satu dengan yang lainnya.

 E_AB = E_BC = E_CA = 2 E_AN cos 30^º     
                                         

    

                                             
 

Sedangkan arus yang mengalir dapat dihitung dengan persamaan :

I_A = I_B = I_C = I_ph(I_a, I_b, I_c) (magnitude)

 

Dari persamaan di atas, dapat dilihat bahwa arus yang mengalir pada belitan motor (I_a) sama dengan arus yang masuk (I_A). dan diagram phasornya dapat dilihat pada gambar berikut :

Mari kita bandingkan dengan hubungan arus dan tegangan pada rangkaian listrik hubung delta seperti gambar berikut :

 (a) Hubung Delta pada rangkaian listrik                                        (b) Phasor arus dan tegangan

Tegangan phase a (belitan a) = tegangan line = V_CA

Sementara arus dalam rangkaian dapat dihitung dengan persamaan :

dan arus line (I_A,I_B,I_C) bisa diperoleh dengan menerapkan hukum Kirchhoff's

I_A = I_ab – I_ca

I_B = I_bc - I_ab

I_C = I_ca - I_bc

Dari persamaan di atas, dapat dilihat bahwa magnitude arus yang mengalir pada line (I_{A) adalah} √3 kali magnitude arus phasa I_ph.
berikut perbandingan arus line yang mengalir pada kedua metode hubung di atas :

Dalam transformasi dari rangkaian star ke delta (atau sebaliknya) maka nilai Z adalah :

Z_delta sama dengan 3 kali Z_star, dan Z_star sama dengan Z_delta dibagi 3

Jadi, kesimpulan dari pembahasan di atas adalah bahwa metode starter star-delta dapat mengurangi konsumsi arus yang dibutuhkan oleh motor untuk starting.

Semoga bermanfaat. 

Listrik bermanfaat dan berbahaya

Listrik menjadi salah satu kebutuhan primer saat ini. hidup seakan-akan tidak lengkap tanpa adanya listrik. mulai dari penerangan, hiburan, sampai pada kemudahan dalam melakukan pekerjaan seperti tidak bisa lepas dari listrik. Bagi sebagian orang, listrik selain bermanfaat juga merupakan sebuah ancaman yang menakutkan bagi keselamatan diri dan keluarganya. beberapa kasus kecelakaan yang disebabkan oleh listrik mengakibatkan hilangnya nyawa manusia. 

dalam pekerjaan instalasi listrik atau perbaikan peralatan-peralatan listrik, tentunya harus di serahkan kepada mereka yang ahli di bidang tersebut, namun apakah perkejaan-pekerjaan seperti menghubungkan peralatan listrik ke sumbernya harus minta bantuan orang yang ahli dalam bidang kelistrikan..?? tentunya tidak. oleh karena itu,  masyarakat selaku pengguna/konsumen listrik harus mengetahui tentang bagaimana listrik bekerja dan bagaimana memperlakukannya agar aman bagi keselamatan. Pada kesempatan ini, akan diuraikan sedikit pengenalan tentang listrik dan bahayanya sehingga diharapkan dapat meminimalisir bahkan menghindari kecelakaan atau dampak negatif yang disebabkan oleh penggunaan energi listrik.

Kita pasti sudah mengetahui apa itu Kesetrum atau tersengat listrik, pernah mendengar atau bahkan pernah mengalami kejadian itu. dan pastinya muncul dalam pikiran kita, kenapa bisa tersengat listrik??, kenapa burung yang hinggap pada kabel listrik telanjang (tak berisolasi) tidak tersengat listrik?? kenapa listrik yang berasal dari charge atau adaptor tidak menjadikan tubuh bereaksi apa-apa...?? dan berbagai pertanyaan lainnya. Perlu diketahui bahwa sengatan listrik dapat terjadi ketika aliran listrik dari sumbernya menuju tanah atau netral melalui tubuh. besar kecilnya arus yang mengalir pun sangat berpengaruh pada akibat yang ditimbulkan oleh sengatan listrik, dengan mengetahui dua hal tersebut maka pertanyaan-pertanyaan di atas sudah bisa terjawab. Berikut adalah grafik bahaya arus listrik bagi tubuh manusia serta penjelasannya (http://dunia-listrik.blogspot.com/) :

gambar1. grafik bahaya arus listrik (http://dunia-listrik.blogspot.com/)

Jantung sebagai organ tubuh yang paling rentan terhadap pengaruh aliran arus listrik dan ada empat batasan jika kita tersengat aliran listrik(lihat gambar 1).

• Daerah 1 (0,1 sd 0,5mA) jantung tidak terpengaruh sama sekali bahkan dalam jangka waktu lama.
•  Daerah 2 (0,5 sd 10 mA) jantung bereaksi dan rasa kesemutan muncul dipermukaan kulit. Diatas 10mA sampai 200mA jantung tahan sampai jangka waktu maksimal 2 detik saja.
• Daerah 3 (200 sd 500mA) Jantung merasakan sengatan kuat dan terasa sakit, jika melewati 0,5 detik masuk daerah bahaya.
• Daerah 4 (diatas 500mA) jantung akan rusak dan secara permanen dapat merusak sistem peredaran darah bahkan berakibat kematian. 

 Gambar2. aliran arus listrik pada tubuh (http://dunia-listrik.blogspot.com/)

Model terjadinya aliran ketubuh manusia dapat dilihat pada gambar 2. Sumber listrik AC mengalirkan arus ke tubuh manusia sebesar Ik, melewati tahanan sentuh tangan Rut, tubuh manusia Rki dan tahanan pijakan kaki Ru2. Tahanan tubuh manusia rata-rata 1000 Ώ, arus yang aman tubuh manusia maksimum 50mA, maka besarnya tegangan sentuh adalah sebesar :

                                                     UB = Rk. Ik = 1000 Ώ x 50 mA = 50 V

Nah...!!! terjawablah mengapa tegangan Akumulator 12V tidak menyengat saat dipegang terminal positip dan terminal negatifnya, karena tubuh manusia baru merasakan pengaruh tegangan listrik diatas 50V.

Faktor yang berpengaruh ada dua, yaitu besarnya arus mengalir ketubuh dan lama waktunya menyentuh. Tubuh manusia rata-rata memiliki tahanan Rk sebesar 1000 Ώ = 1k Ώ, dan pada saat tangan menyentuh tegangan PLN 220V (gambar 3), arus yang mengalir ketubuh besarnya.

                                                          Ik = U/Rk =220V/1000 Ώ = 220mA

Arus Ik sebesar 200mA dalam hitungan milidetik tidak membahayakan jantung, tetapi diatas 0,2 detik sudah berakibat fatal bisa melukai bahkan bisa mematikan. 

 model terjadinya aliran listrik ke tubuh manusia diklasifikasikan menjadi dua Model, yaitu :
1. Sentuhan Langsung : model ini terjadi ketika tubuh manusia menyentuh kabel penghantar listrik tak berisolasi secara langsung. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3 berikut :

Gambar 3. Sentuhan langsung (http://dunia-listrik.blogspot.com/)

2. Sentuhan tidak langsung : pada model sentuhan ini, tubuh manusia tidak secara langsung menyentuh konduktor/penghantar yang bertegangan, akan tetapi akibat dari kerusakan isolasi pada peralatan mengakibatkan terjadinya bagian body dari peralatan tersebut menjadi bertegangan. 

Gambar4. Sentuhan tak langsung (http://dunia-listrik.blogspot.com/)

Baik sentuhan langsung maupun tak langsung, keduanya sama berbahayanya jika tidak dilakukan tindakan pengamanan dengan baik. 

dari pemaparan di atas, kiranya dapat menambah pengetahuan tentang bagaimana karakteristik aliran arus yang bisa berbahaya bagi keselamatan, dan beberapa tips yang dapat dilakukan guna mencegah terjadinya kecelakaan akibat kesalahan dalam penggunaan energi listrik adalah sebagai berikut :

• Gunakan peralatan-peralatan listrik yang telah mendapatkan sertifikasi dari Lembaga pengujian yang diakui, seperti LMK dan SNI.
• Kawat penghantar sebaiknya berisolasi (terutama yang berada pada tempat yang mudah terjangkau)
• Pentanahan peralatan listrik sebaiknya dilakukan, sehingga jika terjadi kegagalan isolasi pada peralatan, maka arus listrik akan langsung diteruskan ke tanah, sehingga aman ketika tersentuh oleh manusia.
• Gunakan alas kaki yang berbahan Isolator dan kering (seperti karet, Plastik, Kertas,  porselin dll) ketika hendak menyentuh peralatan listrik yang diragukan keamanannya. hal ini dimaksudkan untuk mengisolasi tubuh dari kontak ke tanah sehingga pengaliran arus dalam tubuh dapat di hambat. bisa juga dengan menggunakan sarung tangan berbahan Isolator.
• Posisi stop kontak harus berada pada posisi yang jauh dari jangkauan anak-anak, jika harus meletakkannya pada posisi  yang terjangkau, gunakan stop kontak yang dilengkapi dengan cover pengaman. 
• Jangan memasang atau mencabut "colokan" dari stop kontak jika tangan dalam kondisi basah, karena air merupakan konduktor yang baik dalam mengalirkan arus listrik.

sebenarnya Masih banyak hal-hal yang perlu untuk diketahui dari bahaya dan penanganannya, yang tentunya tidak dapat dipaparkan di sini seluruhnya, jika ada tambahan atau pertanyaan, silahkan memberikan komentar.
Semoga bermanfaat,
Makasih.