MODUL PRAKTIKUM PROTEKSI TEGANGAN SENTUH PADA SISTEM ...

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