Loading...

Karya Tulis Ilmiah Analisis Pengukuran Temperature Suhu Terhadap Penekukan Kabel Listrik Pada Rumah Tinggal

word image

KARYA TULIS ILMIAH ANALISIS PENGUKURAN TEMPERATURE SUHU TERHADAP PENEKUKAN KABEL LISTRIK PADA RUMAH TINGGAL

Oleh :

Nama : Heri Setiadi

Npm : 1607220001

A1 (Pagi)

DOSEN PEMBIMBING Rimbawati, S.T, M.T

Mata Kuliah : Karya Tulis Ilmiah

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SUMATERA UTARA FAKULTAS TEKNIK

PRODI ELEKTRO

2017

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

DAFTAR ISI ………………………………………………………………………………………..i DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………………………………..i DAFTAR TABEL …………………………………………………………………………………i BAB I PENDAHULUAN ……………………………………………………………………….1

1.1. Latar Belakang ……………………………………………………………………………1

1.2. Rumusan Masalah ……………………………………………………………………….1

1.3. Tujuan ……………………………………………………………………………………….2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ………………………………………………………………3

2.1. Tinjauan Pustaka Relavan……………………………………………………………..3

2.2. Landasan Teori ……………………………………………………………………………5

BAB III METODE PENELITIAN ……………………………………………………………9

3.1. Tempat Penelitian ………………………………………………………………………..9

3.2. Alat Dan Bahan Penelitian …………………………………………………………….9

3.3. Data Penelitian ……………………………………………………………………………9

3.4. Jalannya Penelitian ………………………………………………………………………10

DAFTAR PUTAKA

DAFTAR GAMBAR

GAMBAR 3.1 DIAGRAM ALIR PENELITIAN ………………………………………..10

DAFTAR TABEL

TABEL 3.1. DATA PENGARUH SUDUT PENEKUKAN TERHADAP TEMPERATUR PADA ARUS 5A …………………………………………………………..9

TABEL 3.2. DATA PENGARUH SUDUT PENEKUKAN TERHADAP

TEMPERATUR PADA ARUS 19A …………………………………………………………9

i

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Di era modern ini, kita tidak dapat terlepas yang namanya listrik. Dimana kita ketahui listrik adalah kebutuhuhan primer bagi masyarakat yang dipasang di rumah mereka. Dalam pemasangan instalasi listrik kita juga membutuhkan yang namanaya kabel sebagai media jalurnya arus listrik yang di sambung keseluruh bagian rumah.

Kabel merupakan bahan yang sering di gunakan sebagai media penyambung arus listrik pada instalasi rumah. Kabel memiliki bermacam-macam jenis dan ukuran, dari ukurannya yang kecil hingga besar. Kabel adalah tembaga yang berisolasi karet.

Kabel memiliki peran yang sangat penting dalam proses penyaluran arus listrik. Permasalahannya yang banyak terjadi pada kabel adalah permasalahan pada bahan isolasi dimana sering kali terjadi kegagalan isolasi sehingga bahan isolasi tidak melakukan fungsinya dengan baik. Kegagalan dari isolasi tersebut disebabkan oleh banyak hal dan salah satunya adalah karena panas yang terjadi pada kabel sehingga isolasi kabel tersebut rusak.

Pemasangan kabel listrik pada instalasi di perumahan tidak selalu lurus, tetapi di tempat-tempat tertentu harus ditekukan/dibengkokan. Hal ini sering dilupakan dan bahkan diabaikan, padahal adanya penekukan pada kabel ini akan mempengaruhi kenaikan temperatur kabel. Banyak kasus kebakaran terjadi karena adanya hubungan pendek listrik (short circuit/korsluiting) yang disebabkan karena tingginya temperatur pada kabel menyebababkan rusaknya isolasi kabel tersebut.

Untuk itu, Karya Ilmiah yang berjudul “ Analisa Pengukuran Temperatur Suhu Pada Penekukan Kabel Instalasi Listrik Terhadap Rumah Tinggal” ini dibuat agar dapat menyelesaikan dan mengatasi permasalahan tersebut.

Rumusan Masalah

1. Bagaimana mengurangi dan mengatasi panas temperatur pada penekukan kabel?

2. Berapa panas temperatur suhu pada penekukan kabel ketika akan terjadinya kebakaran?

Tujuan Penelitian

1. Untuk mengunrangi dan mengatasi panas temperatur pada penekukan kabel.

2. Untuk mengetahui berapa besar panas suhu pada penekukan kabel ketika akan terjadinya kebakaran.

TINJAUAN PUSTAKA

Tinjauan Pustaka Relevan

Pada penelitian ini telah dilakukan analisis kapasitas arus hubung singkat saluran kabel. Perhitungan dilakukan dengan menghitung terlebih dahulu temperatur awal kabel yang diasumsikan sebelum terjadinya hubung singkat pada kabel. Sedangkan nilai temperatur akhir kabel diasumsikan sebagai temperatur maksimum hubung singkat penghantar. Adiabatik dan non_adiabatik merupakan metoda yang dapat digunakan dalam perhitungan kapasitas arus hubung singkat. Metoda non_adiabatik bertujuan untuk mengoreksi kekurangan yang terjadi pada perhitungan metoda adiabatik supaya diperoleh analisis hasil perhitungan kapasitas arus hubung singkat yang lebih mendekati kenyataan yang sebenarnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kapasitas arus hubung singkat dapat meningkat 2,05% sampai 4,89% jika dalam penanaman di sekitar kabel diberikan tanah isian dengan tahanan panas jenis yang cukup rendah. (Mahmud, 2012)

Pengujian keandalan kabel pada kondisi kelembaban lingkungan. Telah dilakukan pengujian sistem kabel pada kondisi kelembaban. Pengujian dilakukan pada pemanas listrik horizontal dengan kemampuan pemanasan hingga 300°c. Sebagai hasil pengujian adalah kegagalan terjadi karena adanya penunjnan arus listrik dengan kenaikan resistansi akibat kenaikan suhu. Sedangkan pengaruh kelembaban terhadap kegagalan belum diperoleh hasil yang signifikan sesuai kondisi uji yang dilakukan. Demikian pula halnya bahwa waktu hingga mencapai kegagalan akan bertambah singkat dengan dengan kenaikan suhu uji. (Situmorang, 2000)

Instalasi listrik bangunan adalah rakitan perlengkapan listrik pada

bangunan yang berkaitan satu sama lain, untuk memenuhi tujuan atau maksud tertentu dan memiliki karakteristik terkoordinasi, apa yang sudah tertuang pada Persyaratan Umum Instalasi Listrik (PUIL 2000). Maksud dan tujuan dari instalasi listrik ialah agar pengusahaan instalasi listrik terselenggara dengan baik, untuk menjamin keselamatan manusia dari bahaya kejut listrik, keamanan instalasi listrik beserta perlengkapannya, keamanan gedung serta isinya dari kebakaran akibat listrik, dan perlindungan lingkungan. Hal-hal yang selama ini

dianggap sepele oleh masyarakat, tanpa disadari telah menjadi pemicu tingginya angka kasus kebakaran. Kebakaran dapat terjadi jika ada tiga unsur, yaitu bahan yang mudah terbakar, oksigen dan percikan api. Hubungan pendek arus listrik atau (korsleting listrik) yang menimbulkan percikap api terhadap bahan yang mudah terbakar, masih menjadi pemicu tingginya angka kebakaran. (Indra, 2011) Isolasi adalah satu faktor yang penting sekali dalam desain kabel. Awal

dari kerusakan ini adalah kurang sempurnanya dalam pembuatan isolasi kabel tersebut. Kerusakan pada isolasi kabel akibat yang besar dari muatan listrik. Menyebabkan terbentuknya rongga, apabila isolasi tersebut melebihi tegangan dari kemampuannya maka akan terjadi kenaikan temperatur, kenaikan temperatur yang melebihi kemampuan isolasi akan memperbesar rongga udara pada kabel. Tekanan yang tinggi menyebabkan muatan listrik akan terdesak ketempat rongga udara sehingga terjadi lompatan-lompatan pada permukaan isolasi akibatnya akan terjadi arus bocor dan kekuatan isolasi akan menurun sehinga umur isolasi akan berkurang. Tujuan penelitian ini adalah melihat bagaimana pengaruh arus bocor akibat kenaikan temperatur kabel. Berdasarkan hasil perhitungan didapat bahwa pada saat temperatur semakin besar dari temperatur normal maka arus bocor semakin besar, dan pada saat temperatur semakin kecil dari temperatur normal maka arus bocor pun semakin semakin besar. (Erhaneli, 2012)

Pada instalasi listrik di rumah atau kantor dan industri, pemasangan kabel tidak selalu lurus tapi sering harus melengkung. Hal ini akan mempengaruhi suhu kabel saat kabel diberikan beban. Tugas akhir ini menjelaskan tentang pengaruh tikungan derajat dan nilai arus pada kabel terhadap tempeature kabel. Data yang diambil dengan melakukan percobaan dengan memberi arus pada kabel maka akan terlihat perbedaan suhu antara kabel yang memiliki tingkat tikungan lebih tajam dibanding yang lainnya. Dari percobaan diperoleh bahwa tingkat yang lebih tajam pada kabel memiliki suhu higger. (Faizal, 2009)

Landasan Teori

Dalam sistem tenaga listrik kabel merupakan benda yang sangat penting. Secara umum, kabel memiliki 2 fungsi yaitu :

1. Untuk menyalurkan daya listrik dari satu tempat ke tempat lain

2. Untuk membawa sinyal informasi dari satu tempat ke tempat lain.

Kabel instalasi rumah yang sering dipakai adalah jenis kawat tembaga, bukan kabel serabut. Kabel kawat tembaga ini ada beberapa macam, diantara yang umum dipakai adalah tipe kabel NYA, NYM dan NYY. Kabel NYM merupakan kabel yang paling banyak digunakan untuk instalasi rumah tinggal. Penggunaan kabel jenis ini dipasang langsung menempel pada dinding, kayu, atau ditanam langsung dalam dinding. Juga diruangan lembab atau basah, ruang kerja atau gudang dengan bahaya kebakaran atau ledakan. Bisa juga dipasang langsung pada bagian-bagian lain bangunan konstruksi, rangka asalkan cara pemasangannya tidak merusak selubung luar kabelnya tetapi tidak boleh dipasang didalam tanah. Untuk pemasangannya digunakan klem dengan jarak antara yang cukup sehingga terpasang rapi dan lurus. Jika dipasang diruang lembab harus digunakan kotak sambung yang kedap air dan kedap lembab. Luas penampang hantaran yang harus digunakan ditentukan kemampuan hantaran arus yang diperlukan dan suhu keliling yang harus diperhitungkan. Selain itu rugi tegangannya harus diperhatikan. Rugi tegangan antara perlengkapan hubung bagi utama dan setiap titik beban pada keadaan stasioner dengan beban penuh tidak boleh melebihi 5% dari tegangan di perlengkapan hubung bagi utama. Untuk instalasi rumah t inggal sekurang-kurangnya harus memiliki luas penampang 1.5 mm2. Untuk saluran 2 kawat, kawat netral harus memiliki luas penampang sama dengan luas penampang kawat fasanya. Untuk saluran 3 fasa dengan hantaran netral, kemampuan hantaran arusnya harus sesuai dengan arus maksimum yang mungkin timbul dalam keadaan beban tak seimbang yang normal. Luas penampang sekurang-kurangnya harus sama dengan luas penampang kawat fasa. Dalam saluran 3 fasa semua hantaran fasanya harus mempunyai penampang yang sama. Temperatur yang dihasilkan di sepanjang penghantar yang ditekuk ketika dialiri arus tidaklah merata. Hal ini disebabkan karena kepadatan arus yang tidak sama di sepanjang penghantar. Pada nilai arus yang sama, temperatur permukaan dari sebuah penghantar yang ditekuk

dengan sudut tekuk yang lebih kecil lebih tinggi daripada penghantar yang ditekuk dengan sudut tekuk yang lebih besar. Perubahan temperatur berbanding lurus dengan nilai rasio arus I/Icr, sudut tekukan, dan radius penekukan dimana I adalah besar arus yang dialirkan, dan Icr adalah arus maksimal yang bisa diberikan kepada penghantar.

Rugi-Rugi Panas pada Kabel

Pada kabel, faktor termal atau panas merupakan suatu hal yang harus diperhatikan. Kapasitas arus suatu kabel sangat dipengaruhi oleh karakteristik termal dari bahan-bahan penyusunnya khususnya bahan konduktor kabel tersebut. Rugi-rugi panas akibat arus yang besar akan dilepaskan pada bahan penyusun kabel tersebut. Pemanasan yang sangat tinggi, melebihi ketahanan bahan kabel tidak hanya mengakibatkan kegagalan isolasi saja, namun dapat mengakibatkan putusnya bahan konduktor pada kabel.

Sumber-sumber panas pada kabel diakibatkan oleh timbulnya rugi yang dibangkitkan didalam komponen kabel. Panas yang ditimbulkan akan merambat ke sekeliling kabel dan mempengruhi besarnya kamampuan daya hantar arus kabel. Pemanasan yang berlebihan berdampak pada isolasi atau memperpendek usia kabel.

Rugi-rugi yang timbul di dalam kabel adalah :

Rugi-Rugi Penghantar (Pc)

Rugi–rugi panas pada penghantar atau biasa disebut rugi–rugi joule (Joule Losses) timbul karena adanya arus yang mengalir pada penghantar. Besar dari rugi–rugi ini adalah :

Pc = I2Rac…………………………………………………………………………………….. (2.1)

Rugi-Rugi Isolasi / Panas Dielektrik (Pd)

Rugi-rugi panas pada bahan dielektrik merupakan rugi-rugi panas yang disebabkan oleh adanya bahan dielektrik seperti isolasi polimer pada kabel. Jika Tc merupakan temperatur penghantar, dengan faktor daya diambil sama untuk dinding dielektrik dan tegangan sepanjang elemen adalah Vr, maka besar nya tegangan sepanjang elemen tersebut dapat ditulis:

 

Vr = V ln (r/rc) / ln (r1/rc) ……………………………………………………………………………….. (2.2)

Rugi-Rugi Selubung (Ps)

Rugi panas pada selubung (sheath losses) merupakan kerugian yang diakibatkan oleh adanya arus akibat induksi pada selubung logam. Besar rugi – rugi pada selubung dapat dinyatakan dengan persamaan :

Ps = I2Rs ……………………………………………………………………………………… (2.3)

Rugi-Rugi Perisai/Logam Pelindung (Pa)

Rugi-rugi perisai (armouring losses) timbul karena adanya arus sirkulasi pada bagian perisai yang diakibatkan oleh induksi dari aliran arus pada penghantar. Untuk kabel 20 kV inti tunggal biasanya bagian-bagian ini terbuat dari pita logam, sehingga rugi-rugi perisai dinyatakan dengan persamaan :

Pa = I2Ra ……………………………………………………………………………………… (2.4)

Dimana:

I = Arus efektif yang mengalir pada penghantar (A) R = Tahanan (Ohm atau Ω)

Rac = Tahanan penghantar ac pada temperatur kerja per satuan panjag (Ω/m)

Pc = Rugi-Rugi Panas pada Penghantar (W/m) Ps = Rugi panas pada selubung (W/m)

Pa = Rugi-rugi perisai(W/m)

Vr = Tegangan sepanjang elemen (V)

Kegagalan Isolasi

Kegagalan isolasi pada kabel adalah suatu keadaan dimana isolasi tidak dapat mengantisipasi atau membendung suatu keadaan di luar batas kemampuan isolasi tersebut. Mekanisme kegagalan isolasi ini di sebabkan oleh beberapa hal, seperti : jenis bahan elektroda, konfigurasi medan listrik, suhu, tekanan, besar tegangan, dan umur bahan dari bahan isolasi yang digunakan.

Kegagalan Thermal

Kegagalan thermal adalah kegagalan-kegagalan yang terjadi jika kecepatan pembangkitan panas di suatu titik dalam bahan melebihi laju kecepatan pembuangan panas keluar. Akibatnya terjadi kegagalan tidak stabil sehingga pada suatu saat bahan mengalami kegagalan. Mekanisme kegagalan thermal mengikuti hukum konversi energi, yaitu panas yang dibangkitkan sama dengan panas yang di salurkan keluar melalui elektroda medium sekelilingnya di tambah dengan

panas yang di gunakan untuk menaikkan suhu bahan dari T1 ke T2, atau dalam bentuk persamaan :

U0 = U1+U2 …………………………………………………………………………………. (2.5) Dimana:

U0 = panas yang dibangkitkan (oC)

U1 = panas yang disalurkan keluar (oC)

U2 = panas yang digunakan untuk menaikkan suhu badan (oC) Menurut Whitehead, tegangan gagal thermal minimum Vm adalah :

tegangan gagal thermal minimum vm …………………………………………………………………………….. (2.6)

Dimana :

T0 = suhu pada permukaan bahan (dalam hal ini sama dengan satu keliling) (oC) Tm = suhu kritis dalam bahan gagal (oC)

σ = konduktivitas listrik (ohm/m)

Ketahanan Isolasi Kabel

Kegagalan thermal ini akan mengakibatkan umur dari bahan akan berkurang atau semakin besar penurunan umur isolasi dan tergantung dari tegangan yang diterapkan. Hubungan antara tegangan lucutan dengan umur bahwa dinyatakan oleh persamaan berikut :

𝐿 = 𝐴 (v/y)……………………………………………………………………………………. (2.7)

Dimana:

L = Penurunan umur isolasi (tahun)

Vi = Tegangan dimana mulai terjadi loncatan (V) = Vm + Vs

Vm = Tegangan gagal minimum (V) Vs = Tegangan system (V)

n = Nilai antara 3 dan 10

A = Konstanta

METODOLOGI PENELITIAN

Tempat Penelitian

Penelitaian ini dilakukan di Laboratorium Tegangan Tinggi dan Pengukuran Listrik di Lantai 2, Departemen Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Alat dan Bahan Penelitian

Untuk mempermudah proses penelitian maka diperlukan alat untuk mengukur temperaturnya yaitu: Thermocouple. Dan adapun bahan yang digunakankan yaitu: Kabel NYM 2×1.5 mm2

Data Penelitian

Dalam pembuatan karya tulis ilmiah ini peneliti hanya memperoleh data yang berasal dari sumber-sumber penelitian atau studi yang telah ada sebelumnya baik yang berbentuk data primer dan data sekunder yaitu: data pengaruh sudut penekukan terhadap temperatur pada arus 5A dan data pengaruh sudut penekukan terhadap temperatur pada arus 19A.

Tabel 3.1. Data Pengaruh Sudut Penekukan Terhadap Temperatur Pada Arus 5A

Percobaan Sudut

Penekukan

Kabel (Isolasi)

Temperatur

Kabel oC

Sudut Penekukan

Kabel (Konduktor)

Temperatur

Kabel oC

1. 135,27.5 27,50 135,28.2 28,20
2. 90,27.6 27,55 90,28.6 28,55
3. 60,28.3 28,40 60,28.6 28,95
4. 30,28.4 28,46 30,29.1 29,05
5. 0,28.5 28,50 0,29.3 29,35

Tabel 3.2. Data Pengaruh Sudut Penekukan Terhadap Temperatur Pada Arus 19A

Percobaan Sudut Penekukan

Kabel (Isolasi)

Temperatur

Kabel oC

Sudut Penekukan

Kabel

(Konduktor)

Temperatur

Kabel oC

1. 135,35.4 35,5 135,38.7 38,90
2. 90,38.1 38,5 90,42.3 42,03
3. 60,40.1 40,0 60,43.6 44,00
4. 30,41.6 41,8 30,44.7 44,98
5. 0,43.9 44,0 0,49.3 49,00

Jalannya Penelitian

Penelitian ini dilakukan karena adanya kasus kebakaran yang diakibatkan oleh panasnya kabel listrik maka dari itu peneliti melakukan suatu penelitian yaitu Pengukuran Temperature Suhu Terhadap Penekukan Kabel Listrik Pada Rumah Tinggal

Kemudian peneliti mencari tahu semua yang dibutuhkan dalam pengukuran teperatur suhu pada kabel yaitu berupa tempat pengukurannya, alat ukur, dan kabel.

Pada penelitian ini peneliti harus lebih teliti dalam melihat dan mengukur suhu pada kabel yang di tekukkan.

Dalam penelitian ini untuk mempermudah peneliti maka peneliti membuat diagram alir untuk mempermudah penulisan dalam melaksanakan penelitiannya.

Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

DAFTAR PUSTAKA

Syahir, 2012,“Analisi Kapasitas Arus Hubung Singkat Saluran Kabel Bawah Tanah 20 KV Berisolasi XLPE,” prosiding seminar nasional sains dan teknik 2012 kupang, 13 november 2012

Erhaneli, 2012,“Pengaruh Arus Bocor Terhadap Perubahan Temperature Pada Kabel Bawah Tanah 20 KV,” jurnal momentum Vol. 12 Nomor 1 2012, Hal: 28 – 31

Johnny, 2000,“Pengujian Kendala Kabel Pada Kondisi Kelembaban

Lingkungan,” prosiding presentasi ilmiah teknologi keselamatan nuklir

2000 serpong, 28 juni 2000

Indra, 2011,“Analisis Sistem Instalai Listrik Rumah Tinggal Dan Gedung Untuk

Mencegah Bahaya Kebakaran,” jurnal ilmiah elite elektro Vol. 2 Nomor 1

2011, Hal: 40 – 44