PERENCANAAN DAN PEMBUATAN PANEL DISTRIBUSI TEGANGAN RENDAH

1. TUJUAN

1.1 Tujuan Instruksional Umum

Setelah mempelajari materi ini mahasiswa diharapkan dapat merencanakan, memasang, dan memperbaiki panel distribusi dan instalasi listrik tegangan rendah.

1.2 Tujuan Instruksional Khusus

a. Mahasiswa diharapkan dapat melakukan  perhitungan beban listrik.
b. Mahasiswa diharapkan dapat membuat single line diagram panel.
c. Mahasiswa diharapkan dapat membuat wiring diagram.
d. Mahasiswa trampil merakit pengawatan panel distribusi listrik.
e. Mahasiswa mampu mengatasi trouble shooting pada panel.

2. DASAR TEORI

2.1 Komponen Panel Distribusi Tenaga Listrik

Panel distribusi tenaga listrik berfungsi sebagai sistem pendistribusian tenaga listrik yang dihasilkan oleh sumber PLN dan atau diesel generator set. Panel distribusi terdiri dari berbagai peralatan listrik yang difabrikasi / diinstalasi menjadi rangkaian kontrol dan proteksi terhadap sumber tegangan dan beban, dengan komponen / peralatan listrik sebagai berikut :

2.1.1. Box Panel / Almari Panel

Rumah panel yaitu tempat / almari panel distribusi listrik yang di dalamnya terpasang peralatan listrik. Berdasarkan lokasi instalasi dan kondisi lingkungan sekitar, almari panel ini harus di desain agar dapat memberikan perlindungan terhadap benda asing / debu dan air, dengan menentukan tingkat perlindungannya IP (DIN 40 050, IEC Publ. 144). Kode IP disertai dua angka, angka pertama menunjukkan perlindungan terhadap sentuhan dan benda padat, angka kedua menunjukkan perlindungan terhadap benda cair.

2.1.2.Indikator dan Metering

Pada panel dibutuhkan peralatan / instrument yang dipasang untuk melakukan monitoring kelistrikan yang ada. Suatu panel distribusi listrik umumnya dipasang metering yang standart yaitu : Ampere meter, Voltmeter, Kw meter, Frekuensi meter, Cos phi meter, dan untuk panel generator set yang bekerja paralel digunakan Zero volt meter, Double volt meter, dan synkronoskop, dan juga dilengkapi dengan indikator lampu (pilot lamp).

Dalam pemasangan Ampere meter, Kw meter, Cos phi meter dibutuhkanCurrent Transformer (CT) yang bekerja dengan perbandingan arus sekunder 5 A. untuk pemggunaan volt meter digunakan Vss (Volt selector switch) untuk mengatur pembacaan sesuai kebutuhan (mis. : phase – netral atau phase – phase).

2.1.3. Circuit Breaker

Panel distribusi membutuhkan peralatan listrik yang berfungsi sebagai pengaman terhadap terjadinya gangguan yang disebabkan oleh hubung singkat (short circuit) dan pembebanan yang melebihi kapasitas arus yang terjadi secara cepat (over loading), keandalan dari suatu breaker ditentukan dari kecepatan memutus jika terjadi gangguan dan kemampuan untuk menahan arus hubung singkat secara cepat. Dalam panel distribusi tegangan rendah terdiri dari bermacam – macam breaker sesuai dengan kapasitasnya yaitu antara lain : miniature circuit breaker (MCB), moulded circuit breaker (MCCB), no fuse breaker (NFB), NT fuse, air blast circuit breaker (ACB), yang mempunyai berbagai kutub dari satu sampai empat kutub. Dalam mamilih kutub circuit breaker, hal – hal yang harus dipertimbangkan adalah :

• Karakteristik sistem dimana circuit breaker tersebut dipasang.
• Kebutuhan akan kontinuitas pelayanan sumber daya listrik.
• Aturan dan standar proteksi yang berlaku.

Karakteristik sistem

1. Sistem Tegangan
   Tegangan operasional dari CB harus lebih besar atau minimum sama dengan tegangan sistem.
2. Frekuensi sistem
   Frekuensi pengenal CB harus sesuai dengan frekuensi sistem.
3. Arus pengenal
   Arus pengenal CB harus disesuaikan dengan arus beban yang dilewatkan oleh kabel dan harus dari arus ambang yang diijinkan pada kabel.
4. Kapasitas pemutusan
   Kapasitas pemutusan CB paling sedikit sama dengan arus hubung singkat prospektif yang mungkin terjadi.
5. Jumlah pole
   Jumlah pole dari CB tergantung dari sistem pembumiannya.

Kebutuhan kontinuitas sumber daya

Dalam memilih CB harus diperhatikan :

1. Diskriminasi total dari dua CB yang ditempatkan secara seri.
2. Diskriminasi terbatas (sebagian), diskriminasi hanya dijamin sampai tingkat arus gangguan tertentu.

Aturan dan standar proteksi

Aturan instalasi listrik yang berlaku seperti PUIL, BKI harus diikuti. Standar yang diacu baik local atau internasional seperti SPLN, IEC 60947-2 harus diperhatikan. Penanaman tipe MCB beragam, tergantung pada pabrik pembuat, data pemakaian yang perlu adalah karakteristik tiap MCB untuk disesuaikan dengan kebutuhan sistem. Berikut ini contoh klasifikasi MCB (Instalasi Listrik II – Muhaimin ) :

1. MCB tipe Z (rating dan breaking capacity kecil)
   Digunakan untuk pengaman rangkaian semikonduktor dan trafo – trafo  tegangan yang peka.
2. MCB tipe K (rating dan breaking capacity kecil)
   Digunakan untuk pengaman alat – alat rumah tangga (home appliance).
3. MCB tipe G ( rating besar) untuk pengaman motor.
4. MCB tipe L untuk pemgaman kabel atau jaringan.
5. MCB tipe H untuk pengaman instalasi penerangan bangunan.

2.1.4. ELCB

Prinsip prinsip pengaman ini berdasarkan pada arus bocor yang terjadi. Arus bocor ini berdasarkan standar, umumnya tidak lebih dari 30 mA, alasan penetapan ini berdasarkan pada resistansi tubuh bila dikenai tegangan. Komponen ini tidak memiliki pengaman thermal dan magnetis, sehingga ELCB harus diamankan terhadap hubung singkat dan beban lebih oleh MCB di sisi atasnya. ELCB mempunyai mekanisme trip tersendiri dan juga dapat dioperasikan secara manual seperti saklar. Alat ini digunakan jika pengamanan arus bocor dibutuhkan pada sekelompok circuit yang maksimum terdiri dari 4 circuit.

Pengaman lain Modul Vigi (MG) merupakan kombinasi MCB dan ELCB dipakai ketika pengamanan penuh terhadap hubung singkat, beban lebih, dan arus bocor dibutuhkan pada circuit tunggal.

Modul Vigi (MG) merupakan pendeteksi arus bocor sebagai alat bantu MCB atau disebut juga relay arus bocor. Alat ini tidak memiliki mekanisme trip namun mengirimkan perintah secara mekanis ke MCB. Digunakan pada bangunan komersial dan aplikasi industri jika hubungan singkat tinggi dan MCB harus dipasang dengan baik.

2.1.5. Push Button

Adalah peralatan listrik yang berfungsi sebagai saklar impuls yang berfungsi dalam rangkaian listrik Push button ada dua macam, yaitu push button on dengan warna hijau yang bekerja dengan normally open dan push button off yang berwarna merah yang bekerja normally close pada rangkaian kontrol.

2.1.6. Kontaktor

Adalah peralatan listrik yang berfungsi untuk memutus atau menghubungkan rangkaian listrik. Kontaktor terdiri dari 3 bagian pokok, yaitu : kontak utama, kontak bantu, dan koil magnetic. Prinsip kerja kontaktor berdasarkan induksi elektromagnetik dimana koil magnetic kontaktor tersebut di supply sumber tegangan listrik AC / DC, pada kumparan tembaga tersebut terjadi induksi elektromagnetik sehingga dapat menarik bahan ferro magnetic yang ada di dekatnya (prinsip magnet buatan). Kapasitas penghubung dan pemutus suatu kontaktor dapat dilihat dari data teknik dari suatu kontaktor itu sendiri, jadi jika suatu kontaktor menghubungkan arus listrik yang melebihi kemampuan hantar arusnya (KHA) maka kontaktor tersebut akan leleh dan mengakibatkan hubung singkat.

2.1.7. Rell tembaga / Bus bar

Adalah tembaga batangan yang berfungsi untuk memberikan sistem distribusi listrik yang ada pada panel. Sebelum menentukan penampang bus bar / rel tembaga maka harus diperhitungkan / ditentukan berapa kemampuan hantaran arus (KHA) yang mengalir pada rel tembaga tersebut. Maka setelah itu ditentukan penampangnya. Busbar dapat mempunyai KHA yang lebih besar dari nominalnya jika busbar tersebut dicat dan diberi warna, sehingga dilapisi dengan cat, adapun warna standar yang dipakai sistem PLN, yaitu :

• Warna merah                           adalah fasa L₁
• Warna kuning                          adalah fasa L₂
• Warna hitam                            adalah fasa L₃
• Warna biru                               adalah netral (N)
• Warna kuning dan hijau      adalah grounding (PE)

2.1.8. Kabel daya / kontrol kabel

Adalah peralatan listrik yang berfungsi untuk penghantar / konduktor listrik yang berfungsi untuk mendistribusikan listrik dari suatu sumber ke suatu beban. Kabel mempunyai luas penampang yang berbeda-beda tergantung dari kemampuan hantaran arus (KHA) yang digunakan. Perencanaan pemasangan power kabel / kontrol kabel harus mempertimbangkan terhadap suhu ruang dan pemasangan di udara atau di dalam tanah (underground). Jenis penghantar yang selama ini dipakai untuk kabel tegangan rendah / kabel di bawah tegangan kerja 1 kV dengan isolasi PVC.

Jenis kabel yang digunakan antara lain :

1. NYY, jenis ini dapat digunakan sebagai kabel tenaga untuk instalasi industri dan dalam lemari hubung bagi. Apabila diperkirakan tidak akan ada gangguan mekanis, kabel ini dapat juga ditanam dalam tanah asal diberi perlindungan secukupnya.
2. NYM, jenis kabel ini untuk instalasi penerangan dimana dalam pemasangannya tidak merusak isolasi PVC nya, tapi kabel jenis ini tidak boleh ditanam dalam tanah karena alasan keamanan dimana isolasinya tidak untuk kabel tanam.
3. NYA, kabel inti tunggal dengan kawat tembaga berisolasi PVC seperti NYY.
4. NYAF, berupa kabel inti tunggal dengan kawat tembaga berisolasi PVC fleksibel.
5. BC (Bore Copper), digunakan untuk pentanahan berupa kabel tanpa isolasi, biasanya disambung dengan elektrode yang ditanam dalam tanah2.2. Perhitungan dan perencanaan penentuan spesifikasi komponen panelInstalasi yang aman harus memenuhi ketentuan :
   1. KHA pengaman > I beban nominal
   2. KHA peralatan instalasi dan penghantar > KHA pengaman

   Penentuan KHA penghantar dan pengaman (dengan menggunakan voltage drop) :

   1 fasa : In =

   

   3 fasa : In =

   

   • Dengan perolehan nilai ln diatas dapat ditentukan nilai Isn sehingga diperoleh nilai KHA pengaman yang digunakan.
   • Jenis pengaman disesuaikan dengan beban yang terpasang.
     Penentuan I max beban tergantung faktor pengali, mis. :
     – beban penerangan : 2
     – beban motor : 5
     (umumnya tertera pada name plate peralatan)
     Tiap tipe MCB juga memilki faktor pengali, mis. :
     – Tipe L : 3,1
     – Tipe G : 7,5
     – Tipe H : 8
     (perhatikan kurva karakteristik MCB dan brosur, lihat lampiran)
     Mis. beban penerangan digunakanMCB tipe L, maka terpenuhi :
     Isn x 3,1 > In x 2
   • Pemilihan penghantar dilakukan dengan acuan KHA dan kondisi lingkungan atau tempat pemasangan. Besarnya diameter kabel harus memberikan nilai KHA yang lebih besar dari KHA pengaman.

   3. PERALATAN DAN KOMPONEN

   Peralatan dan komponen yang dipakai dalam percobaan ini untuk setiap panel distribusi adalah sebagai berikut :

   1. Box panel (almari panel) ukuran 50 x 40 x 20 cm                  1 buah
   2. MCB 3 fase 220 / 380 V                                                                      2 buah
   3. MCB 1 fase 220 / 380 V                                                                      1 buah
   4. Kontaktor 25 Ampere                                                                         1 buah
   5. Auxiliary contact                                                                                  1 buah
   6. Push button ON, 220 V                                                                       1 buah
   7. Push button OFF, 220 V                                                                     1 buah
   8. Volt meter 0-500 V                                                                             1 buah
   9. Volt selector switch                                                                             1 buah
   10. Terminal strip                                                                                         32 buah
   11. Pilot lamp                                                                                                 2 buah
   12. kontrol kabel                                                                                           1 m
   13. Rell tembaga                                                                                            50 cm
   14. Isolator                                                                                                     6 biji
   15. Tool box                                                                                                   1 buah
   16. Multi tester                                                                                             1 buah

   4. PROSEDUR KERJA

   1. Membuat single line diagram , yang meliputi : Diagram PHB lengkap dengan keterangan mengenai ukuran dan besaran nominal dari hasil perhitungan beban listrik yang akan dipasang.
   2. Membuat keterangan mengenai jenis dan beban listrik yang akan terpasang  dan pembagiannya pada beban tiga atau satu fasenya pada single line diagram.
   3. Menentukan jenis hantaran yang kan dipakai kemudian memeriksakan pada instruktur untuk mendapatkan persetujuan dan membuat gambar pelengkap panel distribusi yaitu :
      a. Gambar susunan komponen – komponen listrik busbar.
      b. Ganbar konstruksi panel dengan rail,isolator-isolator, terminal untuk kabel
      c. Gambar detail untuk satu kawat lokasi (gambar dengan pengawatan panel)
      d. Gambar susunan komponen-komponen untuk pintu panel.
      e. Gambar untuk sambungan kawat dengan pintu ( wiring diagram pintu panel)
      f. Gambar konstruksi pintu panel dan rencana pengukurannya.
      g. Fabrikasi panel (melakukan pekerjaan pengawatan) dengan semua detail gambar dam cara pemasangannya dan memakai standar warna sebagai berikut :
      – Warna kawat merah                : untuk fasa L1
      – Warna kawat kuning               : untuk fasa L2
      – Warna kawat hitam                 : untuk fasa L3
      – Warna kawat biru                    : untuk hantran netral (N)
      – Warna kawat kuning hijau   : untuk proteksi earth

   5. PERHITUNGAN BEBAN

   1). Electric Cooker 3 fase , 4 KW, cos φ = 0,76, η = 0,8.  Jarak dari panel 7 m.

   

   I sn = 10 A

   S = P / cosφ = 4/0,8  = 5 KVA

   S1 + S2 + S3 = S/3 = 5/3 = 1,67  KVA

   • Menggunakan MCB NC45 φ 3 katub pemakaian di perumahan.

   2). Mesin cuci 1 fase  1,2 KW , cos φ = 0,8 , η = 0,85 , jarak dari panel 15 m.

   

   I sn = 10 A

   S = P / cosφ = 1,2/0,8  = 1,5 KVA

   • Menggunakan MCB NC45φ 1 kutub, pemakaian di perumahan

   3). Lampu TL 2 x 40 Watt, jarak dari panel 12 m, cos φ=0,8 , η=0,8

   

   S = P / cosφ = 0,08/0,8  = 0,1 KVA

   4). Lampu pijar 100 Watt

   

   S = P / cosφ = 0,02/1  = 0,02 KVA

   In _total = 0,57 A + 0,909 A = 1,479 A

   Isn = 2 A

   • Menggunakan MCB NC45 φ 1 katup pemakaian di perumahan

   JENIS KABEL

   Jenis kabel yang ada dalam kabel distribusi adalah NYA 1000volt dengan kuat arus maksimal dalam pipa 30⁰ C.

   1. Mesin cuci 1 fasa
      In = 8,021 A
      Dilihat dari data teknik NYA, didapat penampang nominal 2,5 re sehingga pada kabel NYA yang berada di luar panel distribusi adalah 3 x 2,5 mm = 7,5 mm.
   2. Electric cooker 3 fasa
      In = 9,99 A
      Dilihat dari data teknik NYA, didapat penampang nominal 2,5 re sehingga pada kabel NYA yang berada di luar panel distribusi adalah 5 x 2,5 = 12,5 mm.
   3. Lampu TL 2×40 watt 1 fasa
      In = 0,568A
   4. Lampu pijar 100 watt 1 fasa
      In = 0,568A.6. RANGKAIAN PERCOBAAN

      

   5. 7. TABEL DATA HASIL PERCOBAANA. Pengukuran Tanpa Tegangan
      

      No.	Hubungan Instalasi	Hasil Pengukuran
      	Semua MCB OFF
      1	L1 terhadap N	0
      2	L2 terhadap N	0
      3	L3 terhadap N	0
      4	L1 terhadap PE	0
      5	L2 terhadap PE	0
      6	L3 terhadap PE	0
      7	N   terhadap PE	0
      	Semua MCB ON
      8	L1 terhadap N	0
      9	L2 terhadap N	0
      10	L3 terhadap N	0
      11	L1 terhadap PE	0
      12	L2 terhadap PE	0
      13	L3 terhadap PE	0
      14	N   terhadap PE	0

      Keterangan :

      0 = Tidak ada hubunga   1 = ada hubungan

      B. Pengukuran Dengan Teganagan

      No.	Hubungan Instalasi	Hasil Pengukuran
      1	L1 terhadap N	217
      2	L2 terhadap N	217
      3	L3 terhadap N	218
      4	L1 terhadap PE	216
      5	L2 terhadap PE	215
      6	L3 terhadap PE	219
      7	N   terhadap PE	1
      8	L1 terhadap L2	376
      9	L1 terhadap L3	378
      10	L2 terhadap L3	376
      11	Electric Cooker 3 PhaseL1 terhadap NL2 terhadap N L3 terhadap N	216217 217
      12	Mesin Cuci 1 PhaseL1 terhadap N	215
      13	Lampu TL 2 x 40 WattL2 terhadap N	215
      14	2 Lampu Pijar 100 WattL3 terhadap N	215

   8. ANALISA DATA

   Dari table hasil pengukuran tanpa tegangan baik ketika MCB OFF maupun ON semua hubungan instalasi menunjukan tidak ada hubungan , hal ini berarti semua instalasi telah terpasang dengan baik dan tidak ada yang terjadi hubungan singkat antar instalasi sehingga instalasi aman untuk digunakan.

   Sedangkan pada pengukuran dengan tegangan tegangan antara fase dengan N maupun PE menunjukkan angka yang relative sama yaitu rata-rata sebesar 217 volt . dan tegangan antar fase rata-rata sebesar 376 volt. Dan  antara N dengan PE  hampir tidak ada tegangan atau tegangannya sangat kecil yaitu 1 volt.

   9. KESIMPULAN

   Untuk membuat panel distribusi terlebih dahulu yang dilakukan yaitu membuat perencanaannya  yang meliputi, perhitungan beban yang terpasang , pemilihan MCB sesuai dengan beban, pembuatan diagram garis tunggal, serta pembuatan diagram pengawatannya, jika semua instalasi sudah terpasang maka yang harus dilakuakn adalah melakukan pengujian terhadap instalasi apakah ada instalasi yang tidak terpasang dengan baik atau terjadi trouble shooting, yang dapat menyebabkan terjadinya hubungan singkat ( short ).

   10. DAFTAR PUSTAKA

   • Watkins A.J Motor Calculation , Victoria Th 1979
   • Arnold Edward. Electrical Instalation Calculation, Birmingham, Th 1980
   • Setiawan E, Ir.Instalasi Listrik Arus Kuat jilid 3 . Th 1985
   • Hermagasantos Z. Ir. Msc. Aplikasi Instalasi Listrik . Bandung Th 1995
   • Herten. Van . Noordhoff Gronige. Netherland Th 1978
   • Muhaimin. Instalasi listrik 1. Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik Bandung