modul praktikum proteksi tegangan sentuh pada sistem
TRANSCRIPT
MODUL PRAKTIKUM PROTEKSI TEGANGAN SENTUH PADA SISTEM
PEMBUMIAN TT MENGGUNAKAN ELCB Yoseph Santosa, Mochamad Riza Febriansyah Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung
Jln Geger Kalong Hilir, Bandung,4000, INDONESIA [email protected]
Pada simulasi proteksi tegangan sentuh ini mempunyai
tujuan diantaranya merancang dan membuat modul
praktikum proteksi tegangan sentuh pada sistem
pembumian TT menggunakan ELCB, merancang dan
membuat modul praktikum proteksi tegangan sentuh
pada sistem pembumian TT menggunakan ELCB.
Proteksi tegangan sentuh merupakan salah satu proteksi
terhadap manusia. Dari simulasi modul praktikum
tegangan sentuh pada sistem pembumian TT dapat
dilihat nilai tegangan sentuh dan arus gangguan yang
mengalir pada simulasi tahanan tubuh manusia saat
kondisi kering, sedang dan basah. Serta dapat
mengetahui cara kerja Gawai Proteksi Arus Sisa
(GPAS/ELCB). Pada simulasi pembumian TT ini dapat
dilihat juga pengaruh tahanan pembumian, baik
pembumian sistem maupun pembumian peralatan.
Kata kunci : Sistem pembumian TT, ELCB
ABSTRACT
In this simulation of residual voltage has many purposes
like design and build residual voltage protection lab
work module in TT grounding system use ELCB, design
and build residual voltage protection lab work modul in
TT grounding system use ELCB. Residual voltage
protection is one of human safety protection. From
residual voltage lab work module simulation in TT
grounding system can be seen that residual voltage
value and current leak which flowed to a human
resistance at dry condition, half wet condition and wet
condition. And could detected the work method of Earth
Leakage Circuit Breaker. In this TT grounding
simulation could be seen the influence of grounding
resistance too, its kind system grounding system or
equipment grounding system.
Keyword : TT grounding system, ELCB
1. PENDAHULUAN
Sistem proteksi merupakan suatu bagian vital
dalam keandalan sistem kelistrikan. Sistem proteksi
dapat berupa proteksi untuk sistem dan komponen
peralatan atau proteksi terhadap manusia yang berupa
proteksi proteksi terhadap tegangan sentuh ataupun arus
bocor. Sistem proteksi ini berupa sistem pentanahan
atau pembumian (grounding) pada jaringan dan pada
BKT (Bagian Konduktif Terbuka). Selain pembumian,
sistem proteksi tegangan sentuh juga biasanya
dilengkapi dengan suatu pengaman tambahan, yaitu
ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker).
Berdasarkan uraian di atas perumusan masalah
yang diambil adalah merancang bangun modul
praktikum tegangan sentuh pada sistem pembumian TT
(Tere-Tere) menggunakan ELCB ( Earth Leakage
Circuit Breaker ) sehingga dapat merangkai dan
mengetahui prinsip kerja dari Modul Praktikum Proteksi
Tegangan Sentuh Pada Sistem Pembumian TT
menggunakan ELCB. Dimana sistem pembumian
tenaga listrik TT adalah suatu sistem pembumian yang
mempunyai satu titik yang dibumikan langsung (RB).
BKT (Bagian Konduktif Terbuka) dihubungkan ke
elektrode bumi secara listrik terpisah (RA) dari elektrode
bumi sistem tenaga listrik. Sistem TT dilakukan dengan
cara:
Membumikan titik netral sistem listrik di
sumbernya.
Membumikan BKT perlengkapan dan BKT
instalasi listrik sedemikian rupa sehingga apabila
terjadi kegagalan isolasi tercegahlah bertahannya
tegangan sentuh yang terlalu tinggi pada BKT
tersebut karena terjadinya pemutusan suplai secara
otomatis dengan bekerjanya gawai proteksi. Jika
titik netral sistem di sumbernya tidak ada,
penghantar fasa dari sumber dapat dibumikan.
Gambar 1.1 Sistem Pembumian TT
Pada penelitian ini pembatasan masalahnya
dibatasi pada perancangan dan pembuatan modul
praktikum proteksi tegangan sentuh pada sistem
pembumian TT menggunakan Earth Leakage Circuit
Breaker (ELCB).
Dari studi literatur diketahui bahwa sistem pembumian
TT adalah suatu sistem yang sampai sekarang masih
banyak digunakan di dunia industri yang berfungsi
untuk mengamankan tegangan sentuh tak langsung
karena kebocoran arus yang dapat membahayakan
manusia ketika menyentuh bagian konduktif terbuka.
Perhitungan Tegangan Sentuh dan Arus Gangguan Untuk perhitungan tegangan sentuh dan arus gangguan
ke tanah pada sistem pembumian TT antara lain :
Arus total
𝐼𝑇 =𝑉𝑆𝑅𝑇
Dimana :
IT = Arus total (A)
VS = Tegangan sumber (Volt)
RT = Tahanan total (Ohm)
Arus gangguan
𝐼𝐹 = 𝐼𝑇 × 𝑅𝑉
𝑅𝑉 + [𝑅𝐹 + (𝑅𝐴 × 𝑅𝐾𝑅𝐴 + 𝑅𝐾
)]
Dimana :
IF = Arus gangguan (A)
IT = Arus total (A)
RV = Tahanan saluran (Ohm)
RF = Tahanan isolasi yang bocor (Ohm)
RA = Tahanan pembumian peralatan (Ohm)
RK = Tahanan tubuh manusia (Ohm)
Arus sentuh pada manusia
𝐼𝐾 = 𝐼𝐹 × (𝑅𝐴
𝑅𝐴 + 𝑅𝐾)
Dimana :
IK = Arus sentuh pada tubuh manusia (A)
IF = Arus gangguan (A)
RA = Tahanan pembumian peralatan (Ohm)
RK = Tahanan manusia (Ohm)
Tegangan sentuh pada manusia
𝑉𝐾 = 𝐼𝐾 × 𝑅𝐾
Dimana :
VK = Tegangan sentuh pada tubuh manusia
(Volt)
IK = Arus sentuh pada tubuh manusia (A)
RK = Tahanan tubuh manusia (Ohm)
Komponen utama sebagai Penunjang.
Pengaman Gawai Proteksi Arus Sisa (GPAS) ELCB adalah pemutus yang peka terhadap arus
sisa, yang dapat memutuskan sirkit termasuk penghantar
netralnya secara otomatis dalam waktu tertentu. Cara
kerja Earth Leakage Circuit Breaker (ELCB) ketika
terjadi kontak antara listrik dan tubuh manusia, maka
arus akan mengalir melalui tubuh manusia ke grounding
atau bumi maka akan terjadi perbedaan total arus yang
melewati ELCB sehingga akan memicu alat tersebut
memutuskan arus listrik seketika.
Gambar 1.2 Prinsip kerja ELCB
Prinsip kerja dari gawai ini adalah berdasarkan
pada adanya arus bocor ketanah yang disebut juga arus
sisa (residual current) yang timbul sebagai akibat
sentuhan langsung. Sehingga jumlah total arus yang
melewati terminal ELCB dengan terminal keluarnya
berbeda. Apabila arus sisa yang timbul karena terjadi
kegagalan isolasi melebihi nilai tertentu, sehingga
tercegahlah bertahannya tegangan sentuh yang terlalu
tinggi. Perbedaan total arus tersebut memicu ELCB ini
untuk memutuskan arus seketika sehingga bahaya
tersengat listrik dapat dihindari. Karena arus bocor
ketanah sangat kecil, sehingga alat ini harus sangat
sensitif, yaitu arus sebesar 30mA sudah mampu
menyebabkan tripnya gawai proteksi. ELCB sangat
dianjurkan pada sistem TT.
Desain fisik ELCB dengan satu phasa, dengan kawat
phasa dan netral diputus bersamaan dengan arus bocor
30mA. Dilengkapi dengan tombol reset, jika ditekan
tombol reset maka ELCB akan bekerja memutus
rangkaian OFF. ELCB harus di ON kan kembali dengan
menaikkan tombol ON ke atas.
1.2 Tegangan Sentuh Kontak Langsung
Tegangan sentuh kontak langsung, bahaya ini
disebabkan ketika kita tersengat listrik langsung oleh
sumber tegangannya. Terjadi apabila manusia
memegang langsung kawat atau kabel fasa bertegangan.
Pengamanan terhadap resiko kontak langsung dapat
berupa:
Isolasi kabel fasa bertegangan
Boks panel
Tahanan tubuh manusia berkisar di antara 500 Ohm
sampai 100.000 Ohm tergantung dari tegangan, keadaan
kulit pada tempat yang mengadakan hubungan (kontak)
dan jalannya arus dalam tubuh. Kulit yang terdiri dari
lapisan tanduk mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi
terhadap tegangan yang tinggi kulit yang menyentuh
konduktor langsung terbakar, sehingga tahanan dari
kulit ini tidak berarti apa-apa. Tahanan tubuh manusia
ini yang dapat membatasi arus. Berdasarkan hasil
penyelidikan oleh para ahli maka sebagai pendekatan
diambil harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000
Ohm.
L
Tegangan Sentuh
Langsung
RK
RK = Resistansi Tubuh Gambar 1.3 Tegangan Sentuh Langsung
Model terjadinya aliran ketubuh manusia dapat dilihat
pada sumber listrik AC mengalirkan arus ke tubuh
manusia sebesar Ik, melewati tahanan sentuh tangan Rut,
tubuh manusia Rki dan tahanan pijakan kaki Ru2.
1.2.Tegangan Sentuh Kontak Tidak Langsung
Tegangan sentuh kontak tidak langsung, bahaya ini
disebabkan ketika kita tersengat listrik tidak langsung
dari sumbernya tetapi melalui media penghantar lainnya.
Terjadi ketika terjadi kerusakan isolasi pada peralatan
listrik dan orang menyentuh peralatan listrik tersebut
yang bersangkutan akan terkena bahaya tegangan sentuh.
L
N
Isolasi gagal
Gambar 1.4 Tegangan Sentuh Tidak Langsung
Kerusakan isolasi bisa terjadi pada belitan kawat pada
motor listrik, generator atau transformator. Isolasi yang
rusak harus diganti karena termasuk kategori kerusakan
permanen. Bahaya listrik akibat tegangan sentuh
langsung dan tidak langsung, keduanya sama
berbahayanya. Tetapi dengan tindakan pengamanan
yang baik, akibat tegangan sentuh yang berbahaya dapat
diminimalkan.
1.3 Macam Arus yang Melalui Tubuh Manusia
Kemampuan tubuh manusia terhadap besarnya arus
yang mengalir di dalamnya. Tetapi berapa besar dan
lamanya arus yang masih dapat ditahan oleh tubuh
manusia sampai batas yang belum membahayakan sukar
ditetapkan. Dalam hal ini telah banyak diselidiki oleh
para ahli dengan berbagai macam percobaan baik
dengan tubuh manusia sendiri maupun menggunakan
binatang tertentu. Dalam batas-batas tertentu dimana
besarnya arus belum berbahaya terhadap organ tubuh
manusia telah diadakan berbagai percobaan terhadap
beberapa orang sukarelawan yang menghasilkan batas-
batas besarnya arus dan pengaruhnya terhadap manusia
yang berbadan sehat. Batas-batas arus tersebut dibagi
sebagai berikut :
1. Arus mulai terasa atau persepsi.
2. Arus mempengaruhi otot.
3. Arus mengakibatkan pingsan atau mati atau arus
fibrilasi
4. Arus reaksi
Tahanan tubuh manusia berkisar di antara 500 Ohm
sampai 100.000 Ohm tergantung dari tegangan, keadaan
kulit pada tempat terjadinya hubungan (kontak) dan
jalannya arus dalam tubuh. Kulit yang terdiri dari
lapisan tanduk mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi
terhadap tegangan yang tinggi kulit yang menyentuh
konduktor dapat terbakar, sehingga tahanan dari kulit ini
tidak berarti apa-apa. Sehingga hanya tahanan tubuh
yang dapat membatasi arus.
1.4 Arus Persepsi
Bila seseorang memegang penghantar yang diberi
tegangan mulai dari harga nol dan dinaikkan sedikit
demi sedikit, arus listrik yang melalui tubuh orang
tersebut akan memberikan pengaruh
1.5 Arus Yang Mempengaruhi Otot
Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya tingkat
arus persepsi dinaikkan lagi maka orang akan merasa
sakit dan kalau terus dinaikkan maka otot-otot akan
kaku sehingga orang tersebut tidak berdaya lagi untuk
melepaskan konduktor yang dipegangnya.
1.6 Arus Fibrilasi
Apabila arus yang melewati tubuh manusia lebih besar
dari arus yang mempengaruhi otot dapat mengakibatkan
orang menjadi pingsan bahkan sampai mati. Hal ini
disebabkan arus listrik tersebut mempengaruhi jantung
sehingga jantung berhenti bekerja dan peredaran darah
tidak jalan dan orang segera akan mati.
1.7 Arus Reaksi
Arus reaksi adalah arus yang terkecil yang dapat
mengakibatkan orang menjadi terkejut, hal ini cukup
berbahaya karena dapat mengakibatkan kecelakaan
sampingan. Karena terkejut orang dapat jatuh dari
tangga, melemparkan peralatan yang sedang dipegang
yang dapat mengenai bagian-bagian instalasi
bertegangan tinggi sehingga terjadi kecelakaan yang
lebih fatal.
Efek dari sengatan listrik (Electric Shock) sangat
bervariasi, berupa fisik dan psikis yang dapat
meninggalkan bekas untuk waktu yang lama, tergantung
besarnya arus dan lama waktu bersentuhan.
Grafik dibawah ini menunjukkan besarnya efek arus
listrik yang mengalir dan lamanya waktu yang melewati
tubuh.
Gambar 1.5 Grafik arus terhadap waktu
2. Perancangan Fisik/Konstruksi Perancangan
Perancangan adalah proses menuangkan ide
dan gagasan berdasarkan teori-teori dasar yang
mendukung. Proses perancangan dapat dilakukan
dengan cara membuat lay out dari modul praktikum
proteksi tegangan sentuh, dan menentukan spesifikasi
komponen-komponen listrik yang akan digunakan pada
modul praktikum tersebut sehingga dapat dibuat sebuah
modul praktikum yang sesuai dengan spesifikasi yang
diharapkan.
Tujuan Perancangan Tujuan dilakukannya perancangan adalah
sebagai berikut:
Mempersiapkan segala keperluan komponen-
komponen listrik yang digunakan untuk
perancangan modul praktikum proteksi tegangan
sentuh.
Untuk mempermudah proses realisasi modul
praktikum tersebut sehingga lebih terarah dan
terorgansir dengan baik.
Agar dapat meninimalisir kesalahan dan kerugian
waktu serta materil.
Langkah-langkah Perancangan Dalam proses perancangan diperlukan langkah-
langkah perancangan yang terbagi dalam beberapa
bagian, yaitu :
1. Membuat flowcart modul praktikum proteksi
tegangan sentuh
2. Perancangan fisik/konstruksi
3. Menentukan spesifikasi komponen
Menentukan flowcart rancang bangun modul praktikum proteksi tegangan sentuh adalah sebagai
berikut :
Perencanaan
Pengadaan
komponen
Ya
Ya
Realisasi
Modul Praktikum
Realisasi
Modul Praktikum
Mulai
Sesuai
Modul
Pengujian dan Analisa Perbaikan
Selesai
Gambar 2.1 Flowchart Modul Praktikum Proteksi Tegangan Sentuh
Gambar 2.2 Perancangan Fisik/Konstruksi
3. Pengujian dan Analisa
Pada modul praktikum proteksi tegangan sentuh
diasumsikan seseorang menyentuh sebuah bagian
konduktif terbuka (BKT) dari simulasi beban 1 fasa (RV)
yang terhubung singkat melalui tahanan RF dengan fasa
L1 dan dialirkan menuju tahanan pembumian pengaman
peralatan (RA) dan tahanan pembumian sistem (RB).
Pengukuran yang akan dilakukan adalah mengukur
besarnya tegangan dan arus yang mengalir pada tahanan
tubuh seorang manusia yang disimulasikan dari RK = 50
Ω, Dengan tahanan tubuh seorang manusia yang
berbeda-beda, maka tegangan sentuh dan arus bocor
yang mengalir ke manusia juga akan berbeda.
V
A
RK
RARB
RNMCBELCB
MCB
R N S N T N
RF
A
A
A
V
Gambar 3.1 Rangkaian modul praktikum
Langkah Kerja :
a. Matikan MCB dan ELCB
b. Buat rangkaian seperti gambar rangkaian di atas
c. Hubung singkat antara BKT dengan L1 (dengan
menggunakan tahanan hubung singkat (RF) pada
posisi tahanan maksimum)
d. Hubungkan tahanan pembumian peralatan
dengan tahanan 0.1 Ω
f. Hubungkan simulasi tahanan manusia yang
dengan tahanan 50 Ω
g. Cek rangkaian apakah sudah benar atau belum,
apabila sudah selesai beritahukan pada pengajar
h. Nyalakan MCB dan ELCB
i. Turunkan tahanan hubung singkat (RF) sambil
mengukur dan mencatat IF,IA, IK dan VK sampai
ELCB trip
j. Ukur dan catat tahanan hubung singkat (RF)
k. Apabila sudah benar, ulangi pengukuran dengan
tahanan peralatan (RA) bervariasi 0.3 Ω, 0.5 Ω, 1
Ω, 1.5 Ω, 2 Ω, 2.5 Ω, dan 3 Ω
Data Modul Praktikum: Data Perhitungan VS : 22 V
RV : 100 Ω
RB : 0.5 Ω
RK : 50 Ω
Tabel 3.1 Tabel Perhitungan
Dimana :
VS = Tegangan sumber
VK = Tegangan sentuh pada manusia
IF = Arus gangguan
IK = Arus sentuh pada manusia
IA = Arus pembumian peralatan
RV = Tahanan beban
RB = Tahanan pembumian sistem
RK = Tahanan tubuh manusia
RA = Tahanan pembumian peralatan
RF = Tahanan gangguan
Data Pengujian VS : 22 V
RV : 100 Ω
RB : 0.5 Ω
RK : 50 Ω
Grafik Modul Praktikum:
Grafik Perhitungan
Gambar 3.1 Grafik Data Perhitungan Arus ke Manusia (IK)
Gambar 3.2 Grafik Data Perhitungan Tegangan Sentuh (VK)
Grafik Pengujian
Gambar 3.3 Grafik Data Pengujian Arus ke Manusia (IK )
0
0.5
1
1.5
0 1 2 3 4
Aru
s ke
Man
usi
a (m
A)
Tahanan Peralatan (Ω)
Data Perhitungan Arus ke Manusia
0
20
40
60
80
0 2 4
Tega
nga
n S
entu
h (
mV
)
Tahanan Peralatan (Ω)
Data Perhitungan Tegangan Sentuh
0
0.5
1
1.5
0 1 2 3 4
Aru
s ke
Man
usi
a (m
A)
Tahanan Peralatan (Ω)
Data Pengujian Arus ke Manusia
Gambar 3.4 Grafik Data Pengujian Tegangan Sentuh (VK)
Analisa Modul Praktikum
Analisa Perhitungan Terlihat pada Grafik 3.1, arus yang mengalir ke tubuh
manusia mencapai 1.23mA dengan tahanan peralatan
(RA) 3Ω. Arus tersebut masih dalam kategori aman
dikarenakan masih dalam daerah 2 (Gambar 1.5).
Tegangan sentuh (VK) yang tertinggi mencapai 61.7mV
dengan tahanan peralatan (RA) 3Ω (Grafik 3.2), pada
harga sebenarnya tegangan sentuh tersebut mencapai
0.617V. Akan tetapi, tegangan sentuh tersebut masih
dalam kategori aman bagi keselamatan jiwa manusia
dikarenakan masih di bawah 50V.
Analisa Pengujian Terlihat pada Grafik 3.3, arus yang mengalir ke
tubuh manusia mencapai 1mA dengan tahanan peralatan
(RA) 3Ω . Arus tersebut masih dalam kategori aman
dikarenakan masih dalam daerah 2 (Gambar1.5).
Tegangan sentuh (VK) yang tertinggi mencapai 81.8mV
dengan tahanan peralatan (RA) 3Ω (Grafik 3.4).
Akan tetapi, tegangan sentuh tersebut masih dalam
kategori aman bagi keselamatan jiwa manusia
dikarenakan masih di bawah 50V.
IV.KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan Dari hasil eksperimen ini dapat diambil beberapa
kesimpulan, yaitu: 1) Untuk simulasi proteksi tegangan sentuh dengan
menggunakan saklar pengaman arus bocor (ELCB)
modul dapat menampilkan bagaimana prinsip kerja
ELCB.
2) Modul dapat mensimulasikan berbagai macam
keadaan manusia. Dengan 3 macam keadaan, yaitu
kondisi basah dengan tahanan simulasi 50Ω (yang
dilakukan pengujian), kondisi sedang tahanan
simulasi 100Ω dan kondisi kering tahanan simulasi
240Ω. Sebagai salah satu yang mempengaruhi
peningkatan keamanan dari tegangan sentuh
maupun arus bocor.
3) Pada simulasi praktikum sistem pentanahan tenaga
listrik TT dapat diketahui besarnya tegangan sentuh
dan arus bocor yang mengalir pada tahanan
simulasi manusia saat terjadi hubung singkat dan
tegangan sentuh kontak tidak langsung. Dengan
semakin kecil tahanan pembumian sistem dan
tahanan pembumian peralatan juga akan
memperkecil resiko terhadap tegangan sentuh
maupun arus sentuh terhadap manusia.
Saran Beberapa saran yang diperlukan diantaranya :
1) Untuk setiap praktikum sebaiknya digunakan
peralatan dan alat ukur yang sesuai dengan job atau
modul yang akan dipraktikan, pemilihan range alat
ukur juga harus diperhatikan dan disesuaikan
karena pada praktikum ini, tegangannya tergolong
kecil yaitu sepersepuluh dari tegangan normal.
2) Untuk setiap praktikum juga selalu diperhatikan
aspek-aspek K3 agar tidak terjadi kecelakaan pada
personil maupun alat peraga praktikum.
DAFTAR PUSTAKA
1. Anonim. 2000. diambil dari
http://elektroindonesia.com/elektro/ener31.html,
diakses tanggal 23 Juli 2010
2. Anonim. 2009. Bahaya Listrik. Diambil dari
http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/bahaya-
listrik.html, diakses tanggal 23 Juli 2010
3. Anonim .2009. Sistem Pengamanan Bahaya Listrik.
diambil dari
http://masdodod.files.wordpress.com/2009/03/bab-
11-sistem-pengamanan-bhy-listrik.pdf, diakses
tanggal 21 Juli 2010
4. A.S. Pabla, 1994. Sistem Distribusi Daya Listrik.
Erlangga: Jakarta
5. Dion, 2009. “Elektroda Batang”. diambil dari
http://jofania.wordpress.com/2009/11/21/elektroda-
batang/, diakses tanggal 23 Juli 2010
6. http://www.wikipedia.org. Earthing System.
diambil dari
http://en.wikipedia.org/wiki/Earthing_system,
diakses tanggal 9 Februari 2010
7. Hutauruk, T.S. 1999. Pengetanahan Netral Sistem
Tenaga dan Pengetanahan Peralatan. Erlangga:
Jakarta
8. Panitia PUIL. 2000. Persyaratan Umum Instalasi
Listrik 2000 (PUIL 2000). Yayasan PUIL: Jakarta
9. Supriyanto. Modul Ajar Pengeman Jaringan Listrik
Tegangan Rendah. Politeknik Negeri Bandung:
Bandung
0
50
100
0 2 4
Tega
nga
n S
entu
h (
mV
)
Tahanan Peralatan (Ω)
Data Pengujian Tegangan Sentuh