Bab 7 Beban Lebih dan Arus Hubung Pendek · PDF fileBab 7 Beban Lebih dan Arus ... dengan...

Bab 7 Beban Lebih dan Arus Hubung Pendek

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com

http://www.fineprint.com

Customer Training – Januari 05 - Indonesia

Arus hubung pendek

Aturan umum

n sesuai dengan aturan artikel IEC 364-434.2, 434.3 dan IEC 364-533.2, arus prospektif hubung pendek maksimum pada posisi awal sirkit dan arus prospektif hubung pendek minimum pada posisi akhir sirkit harus ditentukan untuk setiap sirkit.

n 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 .

n 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).

n dalam semua kasus, pengaman harus disesuaikan dengan kemampuan tekanan thermis kabel.• ∫ I2dt≤ K2 S2




n 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.

• ∫ I2dt ≤ k2.S2

S2

t = k2I2

q t = durasi dalam dt q S = luas penampang dalam mm2

q I = nilai r.m.s arus hubung-pendek dalam ampereq k = faktor yg tergantung kepada resistivitas, faktor temperatur dan kapasitas panas

dari pada material konduktor, dan temperatur awal dan akhir.

Arus hubung pendek

Aturan umum




Arus hubung pendek

Aturan umum

n nilai k untuk beberapa material umum, untuk perhitungan pengaruh arus hubung-pendek.

Material konduktor

pvc60°C karet85°C karet90°C thermosettingkertas resapmineral- penghantar- sleeves and seals

pvc60°C karet85°C karet90°C thermosettingkertas resap

batastemperaturakhir °C

batastemperaturawal °C

q note : diberikan 2 nilai batas temperatur akhir dan k, nilai terendah berhubungan kabel yangmemiliki luas penampang lebih besar dari 300 mm.

7060859080

70105

7060859080

160/140200220250160

160250

160/140200220250160

115/103141134143108

115135

76/6893899471

kMaterial isolasi

tembaga

Aluminium




Arus hubung pendek

Prosedur perhitungan arus hubung pendek

nilai nominaltransformator TT/TR

nilai nominalbeban

- faktor daya,- faktor kebetulan,- faktor tugas- faktor pengembangan

yg dpt diduga

karakteristik penghantarn busbars :q panjang,q lebar,q ketebalan.n kabel :q jenis isolasiq inti tunggal atau inti banyak,q panjang,q luas penampang.n lingkungan :q suhu ruang,q metode instalasi,q jumlah sirkit yg berdekatan.

sisi atasdaya hubung pendek Scc

Usc (%)

Isc pd terminaltransformator

Isc dr keluaran perangkatkendali utama TR

Isc pd kepala perangkatkendali kedua

Isc pd kepala perangkatkendali akhir

Isc pd ujungkeluaran akhir

- feeder- nilai nomi-

nal arus- jatuh

tegangan

kapasitas pemutusaninst. trip setting

pemutus dayautama

main LVswitchboarddistributioncircuit breaker

pemutus dayadistribusikedua

pemutus dayadistribusiakhir







Arus hubung pendek

Definisi

n arus hubung pendek adalah arus lebih yang dihasilkan oleh gangguan dengan mengabaikan impendansi antara titik-titik pd potensial yang berbeda dalam kondisi layanan nomal.

ZI

Zt

U

A

B

ZI

Zt

U

q Zt = R2 + X2U U

q Icc3 = = Z R2 + X2

R = ρ /A dlm Ω/mρ = lihat Tabel 1

X = L ω = [15,7 + 144.44 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 (mm)




Arus hubung pendek

Definisi

Arus Resistivitas Nilai resistivitas(Ω mm2/m)

Penghantaryang

Tembaga Aluminium dimaksudArus hubung pendekmaksimum

ρ1=1,25ρ20 0,0225 0,036 Ph-N

Arus hubung pendekminimum

ρ1=1,5ρ20 0,027 0,043 Ph-N

Arus gangguan dlm sistemTN dan IT

ρ1=1,25ρ20 0,0225 0,036 Ph-NPE-PEN

Tegangan jatuh ρ1=1,25ρ20 0,0225 0,036 Ph-N

Arus lebih untuk ujikekuatan termal

ρ1=1,5ρ20 0,027 0,043 Ph-N-PEbila tergabungdalam satupenghantar

ρ1=1,25ρ20 0,0225 0,036 PE terpisah

Tabel 1. Resistivitas penghantar dengan radius < 150 mm2




n gangguan tiga-fase

Arus hubung pendek

Macam-macam arus hubung pendek

ZL

ZL

ZL

ZL

ZL

ZSC

V~

ZSC

U~ZSC

n gangguan fase-fase

I 3sc =U / 3Zsc

I 2sc =U

2. Zsc

3= 0,86. Icc




n gangguan fase-netral

Arus hubung pendek

Macam-macam arus hubung pendek

n gangguan fase-bumi

ZL

ZLn

ZL

Z(0)

ZSC

V~Z(0)

ZSC

V~ZLn

I 1sc =U / 3

Zsc + ZLn

I (0)sc =U / 3

Zsc + Z(0)

3= 0,5. Icc




Arus hubung pendek

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 kebakarano pada sirkit yang tergantung: gaya elektrodinamik, yang menyebabkan:

- perubahan bentuk busbar- terputusnya kabel

ü 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:ü tegangan menurun selama waktu yang dibutuhkan untuk menghapuskan gangguan,

yang bervariasi dari beberapa milidetik ke beberapa ratus milidetikû mematikan sebagian jaringan, tingkat bagian tersebut tergantung pada rancangan

jaringan dan tingkat diskriminasi yang diberikan oleh gawai pengamanû ketidakstabilan dinamis dan/atau rugi sinkronisasi mekanisû gangguan kendali/pengamatan sirkit, dll




n “metoda impedansi” :q digunakan untuk menghitung arus gangguan pd suatu titik instalasi dengan derajat

ketelitian tinggi. C . Un C . Un

Isck = = C = 13 R2 + X2 3 . Zk

n metoda komposisi :q biasanya digunakan bila karakteristik catu daya tidak diketahui

UIscB = IscA .

U + Zc . IscA

n metoda konvensional :q digunakan bila impendansi atau Isc pd sisi atas instalasi sirkit yg diberikan tidak

diketahui, untuk menghitung Isc pd titik akhir sirkit.

Arus hubung pendek

Bagaimana menghitung arus hubung pendek seimbang

k k




Arus hubung pendek

Contoh : metoda impendansi

(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 mm2

(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

Reaktansi (milliohms)

X = (1)

X = Usc (2)

X diabaikan

X = 0.15 milliohms/m

X = 0.08 milliohms/m

n tentukan resistansi dan reaktansi setiap bagian instalasi

Resistansi (milliohms)

R diabaikan

R diabaikanutk S > 100 kVA

R diabaikan

R = ρ (3)

R = ρ (3)

Bagian instalasi

jaringan sisi atasPsc

transforrmatorSn, Usc, U

pemutus tenaga

bar

kabel (4)

Diagram

LALA

Uo2

Psc

Uo2

Sn

Uo3 Rt2 + Xt2

Isc = kA




Arus hubung pendek


Ssc = 500 MVA

Transformator :S = 630 kVA U1=20kVUsc = 4%, Uo = 410 VACWc = 6500 W

3 kabel, @ A = 150mm2

Cu, L = 3 m

Pemutus daya cepat

Bus bar (Cu) :L = 2 m; 3 rel@ A = 150 mm2

MMotorP = 50 kWe = 25%

Diagram spesifikasi Resistansi mΩ Reaktansi mΩ

A

B

= rugi-rugi Cu pd trafoe = reaktansi putaran mesin

R1 = Uo2/Ssc . cos ϕ; cos ϕ = 0.15R1 = 0,05

X1 = Uo2/Ssc . sin ϕ; sin ϕ = 0,98X1 = 0,33

R2 = (Wc . Uo2)/S2

R2 = 2,75X2 = V((Usc.Uo2/S)2 - R22)X2 = 10,31

R3 = ρL/3A; ρ = 0,0225 Ωmm2/mR3 = 0,15

R4 = diabaikan X4 = diabaikan

X3 = 0,08 LX3 = 0,24

R5 = ρL/3A; ρ = 0,0225 Ωmm2/mR5 = 0,1

X5 = 0,15 LX5 = 0,3

3 kabel, @ A = 35mm2

Cu, L = 30 mR6 = ρL/3A; ρ = 0,0225 Ωmm2/mR6 = 6,43

X6 = 0,08 LX6 = 2,4

R7 = 0,2 X7R7 = 168

X7 = e Uo2/PX7 = 840




Arus hubung pendek


Gangguan Resistansi (mΩ) Reaktansi (mΩ) Isc (kA)

A RTA = R1.(Uo/U1)2+R2+R4+R5 = 3

XTA = X1.(Uo/U1)2+X2+X4+X5 = 10,85

IscA = Uo/V3(RTA2+XTA

2) = 21,03

B RTB = RTA + R6 = 9,43

XTB = XTA + X6 = 13,25

IscB = Uo/V3(RTB2+XTB

2) = 14,55

REVERSECURRENT

MOTOR

RM = R6 + R7 = 174,43

XM = X6 + X7 = 842,4

IM = Uo/ V3(RM2+XM

2) = 0,275




Arus hubung pendek

Luas penampang kawat sesuai Isc

n kapasitas menghantarkan arus selama hubung singkat dan untuk waktu yangsangat 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.

n kapasitas menghantarkan arus selama hubung pendek diberikan dalam tabel.Contoh dapat diambil dari manual pabrik kabel.




Arus hubung pendek

Tabel + rumus

θc - θiδi = k .t

t = waktu operasi dari pada Iscθc = suhu awalθi = suhu akhir

IscS =

δiδi = kerapatan arus dalam A/mm2

q cara mudah menghitung luas penampang konduktor

Isc t k = 11 untuk CuS = .

k (θc - θi) k = 7 untuk Al




Arus hubung pendek

Tabel + rumus

n tembaga

waktu operasi Isc (S)suhu °Cisolasipenghantar

kertas resapPolythyleneBD

awal θi akhir θc

446424335

458436351

537538439

PVC

XLPEEPR

315300237

324309248

394380311

257245194

265252203

321310254

223212168

229218175

278269220

199189150

205195158

249241196

158150118

162154124

197190155

141134106

145138111

116170139

999575

1029879

12412098

150

160

250

203070

203070

203090

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.8 1 2rapat arus A/mm2




Arus hubung pendek

Tabel + formula

n aluminium

operating time of the Isc (S)temperatures °Cinsulationof conductors

impregnated paperPolyethyleneBD

initial θi final θc

294278221

304285231

367354288

PVC

XLPEEPR

208197157

215201163

259250203

170161128

175164133

212204166

147139111

152142115

183177144

13112599

135127103

164158129

1049978

10710182

130125102

938870

969073

11611291

666349

686452

827965

150

160

250

203070

203070

203090

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.8 1 2density of current A/mm2




Arus hubung pendek

Beberapa kasus transformator kerja paralel

n apa yg terjadi dg kapasitas pemutusan setiap pemutus tenaga

D1 D2

D4

D1 D2

D4

D3




Arus hubung pendek

Kasus generator

n karakteristik generator set :q arus hubung-pendek yg rendah tergantung pada transient reactance (2 s/d 5 ln),q ketahanan thermal terbatas.

n karakteristik pengaman :q pengaman waktu lama beraksi cepat (<15s) untuk beben lebih 1.5 ln,q pengaman waktu singkat rendah (< 2ln).

load shedding

non-priority priority

250 KVA400x’d = 30%

G

n nilai arus hubung-pendek Icc3 pd terminal genarator setSn 1

Icc3 = = transient reactance dinyatakan dalam (30%)√3 Un X’d

.




Arus hubung pendek

Kasus generator

n reaktans subtransien : x”d dalam %

bila tidak ada informasi = 20 %X’’d =Un 2

Snx.(x’’d)

bila tidak ada informasi = 30 %X’d =Un2

Snx.(x’d)

bila tidak ada informasi = 6 %Xο =Un 2

Snx.(xο)

n reaktans transient : x’d dalam %

n reaktans ‘zero sequence’ : xo dalam %




Arus hubung pendek

Kasus generator

n perhitungan arus hubung-pendek tiga-fase minimum sistem (TN - IT)

level R X Z Icc

generator Ra X'd

duct 22,5 L 0,08 LS

R X √R2 + X2

√3.√R2 + X2

V . 1.05total

level R X Z Icc

generator Ra 2X'd + Xo

duct 22,5 L (1+m) 0,08 x L x 2SPN

total √R2 + X2√3√R2 + X2

V . 1.05

3

m = SPHSPE

n perhitungan arus hubung-pendek minimum fase-netral sistem (TN - IT)




n keuntungan memasang pemutus daya dg kemampuan pembatas arus :q pemutus tenaga pembatas arus diharapkan mengurangi pengaruh-

pengaruh 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 kontak-

kontak 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 nilainominal gawai lebih rendah pada sisi bawahnya.

Arus hubung pendek

Limitasi arus : mengapa




Arus hubung pendek

Prinsip limitasi arus

Arus prospektif

Arus yg dibatasi

Tegangan busur

Tegangan jaringan

U busur

i u

arus yg dibatasi

t




Arus hubung pendek

Limitasi arus : bagaimana

n limiter block beroperasi dengan cara yang sama dengan kutub utama pemutus daya tetapi tidak dihubungkan secara mekanis ke kutub utama atau ke mekanisme trip pemutus daya . Hal ini menyebabkan kontak limiter block menutup kembali setelah gangguan diputuskan . Isolasi gangguan dilakukan oleh kontak utama pemutus daya

II

Fr

Fm

I I

Fm




Arus hubung pendek

Apa itu limitasi arus : aplikasi dan penggunaan tabel

n 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.

prospectiveIsc peak

prospective Isc

limited Isc

limited Isc peak

t

Isc

tanpalimitasi

denganlimitasi

kA peak

kA rms300

25

55

q contoh :gangguan prospektif = 30 kA rms,

55 kA peaknilai dibatasi = 25 kA peak

total energi yang diteruskan selama 1/2 siklus tanpa limitasi

I2t

kA rms300

6 x 106 energi yang diteruskan selama1/2 siklus dengan limitasi

9 x 106




Arus hubung pendek

Definisi : diskriminasi

n 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.

n kenapa diskriminasi diperlukan ?q Diskriminasi menjamin kontinuitas pelayanan sumber daya, terutama sangat

diperlukan di industri, instalasi komersial atau institusional.

diskriminasi

CB1

CB2

hanya CB2 buka

tanpa diskriminasi

CB1

CB2

CB1 dan CB2 buka




Arus hubung pendek

Diskriminasi arus

n dg membandingkan karakteristik kurva operasi :

q kurva limitasi dari pemutus tenaga sisi bawah (D1) :

q kurva energi tidak trip dari pemutus tenaga sisi atas (D2)

∫i dt ∫i dt

tripping

no-tripping

D2

D1

2 2




Arus hubung pendek

Diskriminasi penuh atau terbatas

q diskriminasi penuh

D2

D1

ƒi2 dtD2

D1

I

ƒi2 dt

D2

D1

Is I

q diskriminasi terbatas

Icc




Arus hubung pendek

Diskriminasi logikn kawasan pemilih interlok

relelogik

relelogik

relelogik

D1

D2

D3

I

III




Arus hubung pendek

Diskriminasi antara pengaman lebur TM dan pemutus tenaga TR

TM pemutus-daya

TM/TR transformator

Icc

+20% 10%imag D

D ± 20% F ± 10%I

I

ttF

tD ≥ 10ms

arus aman IF ≥ 1.35

ICB

waktu aman tF tCB ≥ 2

e.g. 0,1 = 20,05

Icc>arus pemutusanminimum pemutusdaya TT




Arus hubung pendek

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 364-434.3

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.




Arus hubung pendek

Contoh 1 - kaskading

Dengan instalasi pemutus daya NS250L (dengankapasitas pemutusan 150 kA) pada sisi atas.

Pada arus hubung pendek di rel 30 kA, dapat dipasang NC45H (dengan kapasitas pemutusan10 kA)

Kaskading 2 tingkat :Jaringan 380 V

60A Isc=80kA

20A 20A30A

Isc=30kA




Arus hubung pendek

Contoh 2 - kaskading

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 hubung pendek 50 kA, karena kapasitas pemutusan dinaikkan NS250L dengan kaskading di sisi atas menjadi 150 kA.

NC60N (dengan kapasitas pemutusan 10 kA)dapat dipakai untuk pemutus daya C untuk arus prospektif hubung pendek 24 kA pada terminalkeluarannya, karena kapasitas pemutusannya dinaikkan oleh NS250L dengan kaskading di sisi atas menjadi 30 A

Kaskading 3 tingkat :Jaringan 380 V

ANS250L220A

Isc=80kA

CNS60N25A

BNS100N63A

Isc=50kA

Isc=24kA

sisi atas

sisi baawah

gawai A dikoordinasikan untuk kaskading dengan kedua gawai B dan C.




Akhir presentasi



Bab 7 Beban Lebih dan Arus Hubung Pendek · PDF fileBab 7 Beban Lebih dan Arus ... dengan...

Documents

Transcript of Bab 7 Beban Lebih dan Arus Hubung Pendek · PDF fileBab 7 Beban Lebih dan Arus ... dengan...