Laporan Perlengkapan Sistem Tenaga Listrik - ELCB

PRAKTIKUM PERLENGKAPAN SISTEM TENAGA

PERCOBAAN 5

Earth Leakage Circuit Breaker (ELCB)

STTN 2016

I. Tujuan percobaan :

1. Menentukan ‘rated tripping current’ ELCB 1 fasa dan ELCB 3 fasa melalui

pengujian arus bocor tanah.

2. Mengamati pengaruh beban tidak setimbang pada penggunaan ELCB 3 fasa.

3. Menghitung tahanan pentanahan gedung.

II. Dasar Teori :

Listrik dapat menimbulkan bahaya terhadap keselamatan/jiwa daam bentuk

terbakar, luka, shock. Agar keselamatan kerja terjamin, maka harus dihindarkan

terjadinya bahaya tersebut.

Cara untuk mengurangi dan mencegah bahaya yang ditimbulkan dari listrik

adalah dengan memasang perlengkapan pentanahan yang baik. Tahanan pentanahan

harus serendah mungkin, sehingga dalam keadaan hubung singkat/arus bocor ke

tanah arusnya cukup besar yang dapat memutuskan sekering.

Gambar 5.1. Prinsip pentanahan pengaman pada perlengkapan listrik.

Contoh :

Sebuah ketel listrik 2 kw dihubungkan ke sumber 240 v, dalam keadaan bekerja,

telah terjadi kerusakan isolasi pada bagian elemen pemanas sehingga menyebabkan

hubung singkat pada kerangka metal ketal. Kebocoran listrik terjadi pada suatu titik

yang terletak pada ¼ panjang total elemen pemanas dari terminal fase.

Laporan Perlengkapan Sistem Tenaga Listrik 1Bernadus Alexander L.031300345

L

N

Sekering

Pentanahan pengamanPentanahan netral sumber

Tanah


PERCOBAAN 5


STTN 2016

Gambar 5.2. Contoh hubung singkat pada ketel listrik.

Sekering yang digunakan untuk pengaman ketel tersebut sebesar 15 A, Memiliki

watak pemutusan sebagai berikut :

BESAR ARUS 47 A 33 A 28 A

Waktu Pemutusan 1 detik 10 detik 60 detik

Resistans pentanahan antara kerangka ketel dengan titik pentanahan R2 = 1

ohm, dan antara R2 dan titik pentanahan sumber (R1) = 1 ohm.

Dengan mengabaikan resistansi kawat fase dan kawat netral, maka dapat

dihitung :

1. Arus hubung singkat dari sumber.

2. Tegangan bocor antara pentanahan dan kerangka metal.

Penyelesaian :

Gambar 5.3. Untai ekivalen dagi gambar 5.2. pada hubung singkat ketanah di P


240 V

L1

N1

L2

N2

P1/4

3/4

R1 = 1 Ohm

R2 = 1

Ie

R2 = 1

R1 = 1

7,2

L2L1

240 V

I

IeP

21,6

N1

N2

(a) (b)

Tempat terjadinya hubung singkat

Kerangka metal ketel

L1

N1

15 A

R1 = 1 ohm R2 = 1 ohm

P

L2

N2


PERCOBAAN 5


STTN 2016

Gambar 5.3 (a) adalah gambar ekivalen dari gambar 5.2, Sedangkan gambar

5.3. (b) adalah gambar ekivalen kedua secara jelas.

Resistans elemen pemanas ketel = = = 28,8 ohm

Seperempat bagiannya (dari L2 ke P)= = 7,2 ohm

Sisanya (dari P ke N2) = = 21,6 ohm

Resistansi dilihat antara L1 dan N1 adalah :

7,2 + = 7,2 + 1,83 = 9,03 ohm

Sehingga diperoleh :

1. Arus hubung singkat dari sumber = = 26,6

Amper

Arus yang melalui tanah, Ie = =

24,4 Amper

2. Tegangan yang terjadi antara kerangka metal ketel dan elektroda pentanahan

sumber (antara P dan N1) adalah :

Ie x RPN1 = 24,4 x (1+1) = 48,8 volt.

3. Arus hubung singkat dari sumber = 26,6 ampere, sedangkan sekering

pengaman baru akan putus sesudah lebih dari 1 menit untuk arus 26,6 A

tersebut. Dalam keadaan ini, bagian ketel mungkin sudah terbakar.

Sedangkan tegangan yang terjadi antara metal ketel terhadap elektroda

pentanahan sumber = 48,8 volt, masih memenuhi syarat (maks. 50 Volt,

PUIL 1977), dan dianggap belum berbahaya bagi manusia.



PERCOBAAN 5


STTN 2016

Apabila cara-cara tersebut di atas masih belum menjamin keselamatan orang,

perlu dipasang pemutus arus bocor yaitu ELCB “Earth Leakage Circuit Breaker”.

Alat ini akan memutus rangkaian jika arus bocor ke tanah melampaui batas tertentu.

Menurut prinsip kerjanya, ada dua macam ELCB :

1. ELCB yang dioperasikan oleh tegangan.

Gambar 5.4 Voltage operated ELCB.

Trip coil ELCB ini dioperasikan oleh adanya arus bocor ke tanah yang

menimbulkan beda tegangan metal (M) perlengkapan pertanahan terhadap tanah

yang melebihi batas tertentu (misalnya 40 volt). Harus dihindari adanya

kemungkinan jalan arus tanah yang memparalelkan ELCB, misalnya jaringan

pipa air minum atau wilayah pentanahan yang saling menutupi (overlap), yang

dapat menyebabkan trip coil tidak bekerja.


Ke instalasi rumah

Pentanahan pengaman

Hubungan tanah(minimal 2,5 mm2)

N LSumber

G

P M

Wilayah pentanahan tidak boleh saling menutupi

Trip Coil


PERCOBAAN 5


STTN 2016

2. ELCB yang dioperasikan oleh arus.

ELCB ini bekerja berdasarkan perbedaan arus yang mengalir antara kawat

fase dan kawat netral. Pada keadaan yang normal, arus yang mengalir antara

kedua kawat tersebut adalah sama, namun apabila ada kebocoran ke tanah akan

menyebabkan tidak seimbang besarnya arus yang melalui dua kawat tersebut,

sehingga akan menyebabkan ELCB akan bekerja.

Prinsip kerjanya mirip dengan transformator arus, dalam keadaan normal,

arus fase (L) sama dengan arus netral (N), sehingga flux magnet yang dihasilkan

pada inti adalah nol. Namun apabila terjadi arus bocor, kedua arus tersebut

berbeda besarnya, sehingga menimbulkan flux pada inti, dan kemudian

menginduksikan tegangan pada lilitan R, sehingga arus mengalir pada trip coil.

Jika arus yang ditimbulkan flux inti tersebut cukup besar, maka akan

menyebabkan trip coil bekerja memutuskan hubungan ke sumber.

ELCB ini dapat dibuat sangan sensitif, misalnya untuk arus bocor hanya 3

mA. Pada ELCB tiga fase, ketidak seimbangan arus fase maupun arus harmonik

ke 3 dapat menyebabkan ELCB tersebut bekerja salah.


Ke instalasi rumah / beban

Lilitan R

Lilitan NLilitan L

Trip coil

Sumber

L N

Inti besi

Saklar

I fase I netral


PERCOBAAN 5


STTN 2016

Gambar 5.5 ELCB yang diopersikan oleh arus.

III. Sarana yang diperlukan :

1. ELCB 1 fasa.

2. ELCB 3 fasa.

3. Ampere meter.

4. Volt meter.

5. Tahanan geser.

6. Saklar 1 fasa.

7. Saklar 3 fasa.

8. Beban listrik.

IV. Percobaan :

A. ELCB 1 fasa

1. Buatlah rangkaian seperti dibawah ini :

2. Ujilah dahulu apakah ELCB bekerja dengan baik, dengan cara ELCB

dihubungkan dengan sumber tegangan, kemudian saklar test (T) pada ELCB

ditekan. Apabila terjadi trip, maka ELCB bekerja dengan baik.

3. Keluaran ELCB dihubungkan dengan beban lampu 40 watt.

4. Bagian fase keluaran ELCB diparalel dengan pentanahan dalam gedung yang

diseri dengan tahanan geser.

5. Atur tahanan geser pada nilai tertinggi (24 K Ohm).


V A

Sumber N L

ELCB 1 fasa

Beban lampu 40 watt

saklar

Rheostat0-24 K Ohm

Pentanahan


PERCOBAAN 5


STTN 2016

6. Kecilkan tahanan geser sedikit demi sedikit, sehingga ELCB trip.

7. Catat arus dan tegangan pada saat trip.

8. Ulangi percobaan sampai 5 kali.

B. ELCB 3 fase.

1. Siapkan ELCB 3 fasa.

2. Buatlah rangkaian seperti gambar.

3. Uji dahulu ELCB 3 fase seperti pada percobaan pertama.

4. ELCB dibebani dengan beban setimbang ( lampu 40 watt).

5. Amati trip atau tidak,

6. Salah satu fase dihubungkan dengan pentanahan, atur rheostat pada nilai

tertinggi kemudian kecilkan sedikit-sedikit hingga ELCB trip.

7. Catat arus dan tegangan saat trip.

8. Lakukan percobaan untuk fase yang lain.

9. Kemudian gantilah dengan beban yang tidak setimbang (lampu 40W, 25W,

dan 15W).

10. Amati apakah trip atau tidak.

11. Lakukan pengujian tiap fase dengan pentanahan seperti percobaan

sebelumnya.

12. Catat penunjukan arus dan tegangan saat trip.


Sumber R S T N

ELCB 3 fasa

Beban lampu

V A

saklar

Rheostat0-24 K Ohm

Pentanahan


PERCOBAAN 5


STTN 2016

V. Data Praktikum

“Terlampir”

VI. Pembahasan

Pada Praktikum ini mengenai Earth Leakage Circuit Breaker atau yang sering disebut ELCB. Adalah jenis pengaman untuk memutus arus yang dilengkapi dengan rangkaian deteksi arus bocor yang mampu mencegah bahaya akibat sengatan listrik ke manusia secara langsung. Alat ini bekerja dengan mendeteksi perbedaan arus mengalir pada kawat listrik antara input dan output , memutuskan rangkaian terhadap sumber ketika terjadi kontak singkat antara positif dengan negatif dan melakukan grounding pada instalasi listrik.

Pada praktikum ini, menguji ELCB 1 fasa dan ELCB 3 fasa. Dengan menghubung singkat fasa terhadap pentanahan. Agar ELCB tidak langsung trip, maka dibantu dengan tahanan geser (rheostat) yang akan mengkondisikan berupa hambatan maksimum pada benda yang hubung singkat antara fasa dan pentanahan.

Pada ELCB 1 fasa, dengan pengujian 5 kali, didapat rated tripping current 24,8 A; 23,7 A; 23,6 A; 23,9 A; dan 24 A. Dan bila dirata-ratakan rated tripping currentnya sekitar 24 A. Sehingga dari V rheostat yang rata-ratanya 202 Volt maka hambatan rata ratanya 8,42 ohm.

Untuk ELCB 3 fasa dilakukan dengan dua cara yaitu dengan memberi beban seimbang dan beban tidak seimbang. Pada percobaan ELCB 3 fasa dilakukan percoban 3 kali dengan dilakukan masing-masing fasanya.

Dalam percobaan ELCB 3 fasa di dapat rated tripping currentnya yaitu : 1. Fasa R : 23,93 A2. Fasa S : 23,76 A3. Fasa T : 23,67 A

Dan hambatan rata-rata ketika terjadi beban seimbang adalah:1. Fasa R : 9,19 Ohm2. Fasa S : 9,26 Ohm3. Fasa T : 9,29 Ohm

Dan adapun percobaan ELCB 3 fasa beban tak seimbang digunakan diperoleh :1. Fasa R

a. Arus : 23,57 Ab. Hambatan : 9,33 Ohm

2. Fasa Sa. Arus : 23,43 Ab. Hambatan : 9,39 Ohm

3. Fasa Ta. Arus : 23,5 A



PERCOBAAN 5


STTN 2016

b. Hambatan : 9,36 OhmDari hasil yang diperoleh tersebut, untuk ELCB 3 fasa bekerja dengan baik untuk beban

tidak seimbang. Hasil yang diperoleh mengalami sedikit perbedaan dengan data dari

praktikum menggunakan beban seimbang. Walaupun perbedaan yang didapat tidak

terlalu berbeda jauh dengan hasil pengukuran seimbang. Hal ini juga ditunjukan dengan

penurunan tegangan pada tiap fasa dan hambatannya. Tegangan rheostat pada R

menjadi 205V, S menjadi 215V, dan T menjadi 212V yang sebelumnya pada keadaan

seimbang memiliki tegangan rheostat pada masing masing fasanya adalah sama yaitu

220V. sedangkan pada hambatan Fasa R memiliki perbedaan 0,14 Ohm, S memiliki

perbedaan 0,13 Ohm, dan T memiliki perbedaan 0,7 Ohm.

VII. Kesimpulan

1. Rated tripping current pada ELCB 1 fasa adalah 22,062 A

dengan hambatan sebesar 10,01 Ohm

2. Rated tripping current pada ELCB 3 fasa adalah

a. Fasa R : 23,93 A 9,19 Ohm

b. Fasa S : 23,76 A 9,26 Ohm

c. Fasa T : 23,67 A 9,29 Ohm

3. Rated tripping curret pada ELCB 3 fasa beban tidak

seimbang

a. Fasa R : 23,57 A 9,33 Ohm

b. Fasa S : 23,43 A 9,39 Ohm

c. Fasa T : 23,5 A 9,36 Ohm

VIII. Daftar Pustaka

Modul praktikum Perlengkapan Sistem Tenaga 2014 STTN-BATAN: Yogyakarta


Praktikan,

Bernadus Alexander L.NIM: 031300345

Engineering

Laporan Perlengkapan Sistem Tenaga Listrik - ELCB