Electric Shock Hazard [http://bit.ly/1Oyz4wI]
Bagi insinyur listrik, gangguan hubung singkat merupakan istilah yang tidak asing. Apabila gangguan ini membentuk rangkaian tertutup (closed loop) impedansi kecil, maka arus berorde ratusan hingga puluhan ribu ampere akan mengalir dari sumber menuju titik ini. Lebih lanjut, jika dibiarkan terjadi, maka generator, trafo, kabel, CB (circuit breaker), kontaktor, maupun motor yang dilewati dapat mengalami penurunan performa dan kerusakan.
Terdapat tiga macam hubung singkat yang lazim terjadi, hubung singkat 3-fasa (symmetrical fault), fasa-ke-fasa (line-to-line fault), dan fasa-ke-tanah (line-to-ground fault). Namun, menurut data statistik Procter and Gamble (P&G)1, dari ketiga jenis gangguan tersebut, tercatat 95% tipe yang sering terjadi adalah hubung singkat fasa-ke-tanah baik di ranah transmisi maupun distribusi. Hubung singkat fasa-ke-tanah, seperti namanya, merupakan terjadinya koneksi langsung antara setidaknya salah satu fasa dengan tanah. Dengan melihat tingginya probabilitas tipe fasa-ke-tanah, terdapat urgensi lebih untuk membahas hubung singkat jenis ini, baik pada sistem tidak ditanahkan (ungrounded) maupun ditanahkan (grounded), dengan sisi sumber ditanahkan melalui titik netral.
95% hubung singkat yang sering terjadi adalah hubung singkat single line-to-ground Procter and Gamble (P&G)1
Apabila salah satu fasa dari kabel (contoh fasa-R) terkelupas dan konduktornya menyentuh casing motor yang tidak ditanahkan, maka casing akan ikut bertegangan dengan magnitude yang sedikit lebih rendah dari tegangan nominal sistem 1-fasa. Namun pada kasus ini, tidak akan ada arus hubung singkat karena sistem tidak membentuk rangkaian tertutup (tidak ditanahkan). Sehingga, apabila casing yang bertegangan ini tersentuh oleh teknisi lapangan, arus akan mengalir melalui tubuh teknisi dan ia akan mengalami kejang listrik (electric shock). Hal ini terjadi karena sistem menemukan jalan bagi elektron untuk mengalir menuju tanah melalui badan teknisi, yang sebelumnya tidak ada.
Pada persoalan semacam ini, dimana casing bertegangan, saran yang umum diajukan untuk menanggulanginya adalah melakukan pemasangan grounding. Solusi ini dilakukan dengan harapan kedepannya kejang listrik dapat dicegah. Pada satu sisi, salah satu fungsi dipasangnya grounding adalah untuk mengurangi kemungkinan terjadinya kejang listrik. Akan tetapi, apakah hanya dengan begitu masalah ini akan selesai?
Apabila anda dengan cepat memutuskan untuk memasang grounding untuk mengatasi kejadian ini, maka yang terjadi pada akhirnya adalah melelehnya isolasi kabel motor. Anda menyelesaikan masalah dengan menimbulkan masalah yang lain. Peristiwa ini terjadi disebabkan oleh arus yang menemukan jalan untuk membentuk rangkaian tertutup menuju tanah melalui kawat penghantar grounding, yang berarti berimpedansi rendah. Saat rangkaian sudah tertutup, maka arus ribuan hingga puluhan ribu ampere akan mengalir hanya melalui fasa-R. Kabel akan mengalami panas berlebih (overheating) akibat arus yang besar, yang pada akhirnya melelehkan isolasi fasa-fasa di sebelahnya. Yang semula hanya hubung singkat satu fasa-ke-tanah, pada akhirnya akan menjadi hubung singkat 3-fasa. Kemudian arus hubung singkat akan dideteksi oleh rele proteksi arus lebih (overcurrent relay) dan akhirnya memerintahkan CB untuk memutus aliran daya menuju motor. Mesin produksi pabrik tidak berjalan dan perusahaan mengalami kerugian.
Overcurrent Relay [http://bit.ly/21v34TD]
Hanya dengan memasang grounding tidak akan dengan segera menyelesaikan persoalan ini, walaupun menggunakan jenis yang berkualitas. Instalasi grounding memerlukan pertimbangan dari banyak parameter, walah satunya adalah proteksi arus. Pada kasus ini, arus hubung singkat fasa-ke-tanah yang sangat besar tidak akan terdeteksi oleh rele proteksi arus lebih, yang hanya mendeteksi komponen urutan positif (positive sequence current). Padahal hubung singkat fasa-ke-tanah memiliki komponen yang berbeda, yaitu urutan nol (zero sequence current). Sehingga, rele proteksi lain harus digunakan, yaitu rele proteksi arus tanah (ground fault current relay). Sayangnya, perkara ini tidak terselesaikan hanya dengan memasang proteksi arus tanah. Serupa dengan proteksi arus lebih, proteksi arus tanah juga harus dilakukan pengaturan. Namun pendekatan yang digunakan untuk melakukan setting proteksi arus tanah berbeda.
Kejang listrik tidak dapat diselesaikan hanya dengan instalasi grounding
Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa kejang listrik (electric shock) yang dialami pekerja lapangan sebagai akibat menyentuh rumah (casing) komponen listrik yang bertegangan tidak dapat diselesaikan serta merta dengan melakukan instalasi pentanahan (grounding). Terdapat parameter lain yang juga ikut bermain dalam masalah ini, salah satunya rele proteksi arus tanah (ground fault current relay) yang juga harus diatur sedemikian rupa. Jika seluruh parameter telah dipertimbangkan dengan baik, maka kemungkinan terjadinya peristiwa ini akan jauh menurun dan kerugian finansial sebagai dampak dari keharusan mengganti kabel yang isolasinya meleleh pun dapat dihindari.
--------
Skalar Consulting dapat membantu anda untuk menghindari permasalahan ini dengan memperhatikan seluruh parameter termasuk pengaturan koordinasi proteksi arus lebih dan arus tanah sebelum memasang grounding. Dengan demikian, pabrik anda akan menjadi lebih kebal terhadap efek merusak hubung singkat fasa-ke-tanah.
Referensi
- Nelson, John P. Improved Electrical Safety Through High Resistance Grounding. IEEE (2015)
- Stevenson, William; Grainger, John. Power System Analysis: Analysis and Design. McGraw-Hill (1994)