Proteksi kejut listrik: proteksi dasar, proteksi gangguan, pemutusan otomatis, dan kelas peralatan

Mesin cuci industri di laundry komersial bekerja terus-menerus dalam lingkungan lembap. Ketika seorang operator menyentuh rangka mesin dan merasakan getaran yang tidak wajar pada tangannya, itu bukan getaran mekanik, melainkan arus listrik yang mengalir melalui tubuhnya. Penyebabnya isolasi belitan yang menua dan lembap, ditambah jalur arus gangguan yang tidak memadai untuk memicu pemutus sirkit secara cepat. Pemilik lalu bertanya apakah MCB di PHB sudah cukup, dan mengapa mesin memakai kabel tiga inti sedangkan setrika di sebelahnya dua inti. Jawabannya ditentukan waktu putus, impedansi lingkar gangguan, dan kelas peralatan.

Ketiganya inti PUIL 2020 (seri SNI 0225:2020), yang Bagian 4-41-nya khusus mengatur proteksi terhadap kejut listrik. Bab sistem pembumian TN, TT, dan IT sudah menjelaskan jalur arus gangguan; uraian berikut menurunkan syarat besaran dan waktu bagi jalur itu. Bab uji pembumian mengukur angkanya, bab bahaya listrik pada tubuh memberi dasar fisiologisnya, dan perangkat RCD (gawai proteksi arus sisa, GPAS) beserta pemilihannya dibahas pada bab RCD. Di sini RCD hanya dibahas sebagai proteksi gangguan pada TT dan sebagai proteksi tambahan.

Batas pembahasan

Cakupannya instalasi 230/400 V, 50 Hz, arus bolak-balik, pada sistem TN (umumnya TN-C-S di Indonesia menurut PUIL 2020 411.4) dan TT. Sistem IT, tindakan proteksi Lampiran B dan C yang hanya boleh di bawah supervisi personel terampil (410.3.5 dan 410.3.6), dan sistem arus searah tidak dibahas. Lokasi khusus diatur Bagian 7, yang tidak ada di salinan PUIL 2020 korpus, dan dibahas pada bab ruang basah dan ruang khusus. Metode ukur ada di bab uji pembumian. Uji lingkar dan uji RCD hanya dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD. Angka pada contoh adalah ilustrasi.

Proteksi dasar: isolasi, penghalang, dan selungkup

PUIL 2020 memakai istilah proteksi dasar untuk yang dulu disebut proteksi terhadap sentuh langsung, dan proteksi gangguan untuk proteksi terhadap sentuh tak langsung (410). Aturan dasarnya dari IEC 61140: bagian aktif berbahaya tidak boleh dapat dijangkau, dan bagian konduktif yang dapat dijangkau tidak boleh menjadi aktif berbahaya, baik dalam keadaan normal maupun saat terjadi satu gangguan. Proteksi dasar melayani keadaan normal dan diberikan oleh isolasi dasar bagian aktif atau oleh penghalang dan selungkup menurut Lampiran A (411.1 dan 411.2).

Isolasi adalah pembungkus dielektrik yang menyelimuti konduktor dan mencegah sentuhan langsung dengan bagian bertegangan. Menurut Lampiran A.1, isolasi itu menutup bagian aktif seluruhnya dan hanya dapat dilepas dengan merusaknya; itulah bedanya dengan lapisan pelindung mekanik yang dapat dibuka. Kelembapan dan suhu tinggi di laundry mempercepat penurunan mutu isolasi, sehingga resistansinya diperiksa berkala (bab uji resistansi isolasi).

Penghalang dan selungkup mencegah sentuhan secara fisik. Lampiran A.2.1 meminta tingkat proteksi sekurang-kurangnya IPXXB atau IP2X, dan A.2.4 meminta selungkup hanya dapat dibuka dengan kunci atau perkakas, atau setelah suplainya diputus. Kode IP mengacu sepenuhnya pada IEC 60529 (Lampiran H): angka pertama menyatakan proteksi terhadap benda padat dan akses ke bagian berbahaya, angka kedua terhadap air. IP2X berarti benda padat berdiameter 12,5 mm ke atas tidak masuk; IPXXB berarti jari uji IEC 60529 (diameter 12 mm) tidak menyentuh bagian berbahaya. Permukaan atas horizontal yang mudah dijangkau harus sekurang-kurangnya IPXXD atau IP4X (A.2.2), supaya kawat atau benda kecil tidak jatuh masuk lewat celah atas; di laundry, serat tekstil dan debu deterjen yang lembap juga dapat membentuk jalur rambat arus di dalam panel.

Untuk air, PUIL 2020 Tabel 51A memetakan pengaruh luar ke kode IP: AD4 (percikan dari segala arah) meminta IPX4, dan AD5 (pancaran air) meminta IPX5. IP44, misalnya, berarti terlindung dari benda padat berdiameter 1 mm ke atas dan dari percikan dari segala arah. Kode IP dipilih dari pengaruh luar di lokasi, bukan perkiraan.

Proteksi gangguan: pembumian, ikatan, dan pemutusan otomatis

Proteksi gangguan bekerja ketika proteksi dasar gagal, misalnya ketika isolasi kabel motor bocor ke rangka mesin. Tujuannya agar tegangan sentuh pada bagian konduktif terbuka (BKT, istilah PUIL 2020) tidak bertahan cukup lama untuk memicu fibrilasi. PUIL 2020 menyusunnya dari tiga unsur yang bekerja bersama dan tidak saling menggantikan: pembumian proteksi (411.3.1.1), ikatan ekuipotensial proteksi (411.3.1.2), dan pemutusan otomatis dalam waktu yang ditentukan (411.3.2).

Pembumian proteksi menghubungkan semua BKT, seperti rangka motor, rangka mesin, dan pintu panel logam, ke konduktor proteksi (PE) hijau-kuning; setiap sirkit harus membawa PE ke terminal pembumian yang relevan (411.3.1.1). Pada sistem TN, PE terhubung kembali ke titik netral trafo yang dibumikan (411.4.2), sehingga arus gangguan mengalir melalui lingkar logam yang impedansinya dapat dihitung. Pada sistem TT, BKT dihubungkan ke elektrode bumi instalasi yang terpisah dari pembumian titik netral sumber (411.5.1).

Ikatan ekuipotensial proteksi utama menghubungkan pipa logam yang masuk gedung, bagian konduktif ekstra (BKE) struktural, dan tulangan beton yang dapat dijangkau ke terminal pembumian utama, sedekat mungkin dengan titik masuknya (411.3.1.2). Tujuannya bukan mengalirkan arus gangguan, melainkan memperkecil beda potensial antara permukaan yang dapat disentuh bersamaan: rangka mesin dan pipa air yang terikat ke titik yang sama naik bersama-sama saat gangguan. Pipa air panas dan pipa uap di laundry termasuk BKE yang diikat, seperti diuraikan bab pemasangan lapangan mesin.

Urutan kejadian saat proteksi gangguan bekerja:

1. Isolasi gagal: tegangan fasa muncul pada rangka mesin.
2. Arus gangguan mengalir melalui PE ke titik netral sumber (TN) atau melalui elektrode dan tanah (TT).
3. MCB, sekering, atau RCD memutus sirkit dalam waktu yang ditetapkan PUIL 2020.
4. Tegangan sentuh hanya bertahan selama waktu pemutusan.

Alat pemutusnya gawai proteksi arus lebih (MCB, MCCB, atau sekering) atau RCD (411.4.5), dan gawai itu harus cocok untuk mengisolasi sekurang-kurangnya konduktor lin (411.3.2.1). Semakin rendah impedansi lingkar gangguan, semakin besar arus gangguan dan semakin cepat pemutusan; rantai inilah dasar persyaratan kuantitatif PUIL 2020.

Tabel waktu putus dan alasannya

PUIL 2020 Tabel 41.1 menetapkan waktu pemutusan maksimum menurut sistem (TN atau TT) dan tegangan lin ke bumi $U_0$. Tabel itu berlaku untuk sirkit akhir berarus pengenal tidak lebih dari 63 A yang mempunyai kotak kontak, dan tidak lebih dari 32 A yang hanya menyuplai peralatan terhubung magun (411.3.2.2); angka itu arus pengenal sirkit, bukan arus beban.

Catatan Tabel 41.1 mengizinkan waktu TN pada TT bila pemutusan dilakukan gawai arus lebih dan semua BKE terikat; catatan itu terbawa dari IEC 60364-4-41 yang mengizinkan gawai arus lebih di TT, sedangkan PUIL 2020 411.5.4 melarang gawai arus lebih saja, sehingga di Indonesia catatan itu tidak dipakai. Dasar fisiologis angka-angka ini adalah hubungan arus tubuh, durasi, dan peluang fibrilasi dalam IEC 60479-1, yang kini terbit sebagai standar edisi 2018 menggantikan IEC TS 60479-1:2005 yang masih dicantumkan PUIL 2020 Bagian 4-44; uraiannya ada di bab bahaya listrik pada tubuh.

Perbedaan TN dan TT berasal dari tegangan sentuh, bukan dari kemampuan MCB. Pada TN dengan PE seukuran konduktor fasa, impedansi lingkar terbagi kira-kira separuh di konduktor lin dan separuh di PE, sehingga rangka yang bocor naik kira-kira separuh $U_0$ atau kurang terhadap bagian yang terikat ke terminal pembumian utama. Pada TT, arus gangguan melewati elektrode instalasi $R_\text{A}$ dan pembumian sumber $R_\text{B}$; karena $R_\text{A}$ umumnya jauh lebih besar, hampir seluruh $U_0$ muncul di rangka. Tegangan sentuh yang lebih tinggi menghasilkan arus tubuh lebih besar, sedangkan kurva c1 IEC 60479-1 turun tajam terhadap durasi: sekitar 350 mA pada 0,2 s dan 145 mA pada 0,4 s. Karena itu TT mendapat waktu lebih pendek, seperti dihitung pada contoh kerja. Arus gangguan TT juga kecil karena melewati tanah, hanya beberapa ampere, jauh di bawah arus pelepasan seketika MCB; itulah sebabnya 411.5.4 melarang gawai arus lebih saja sebagai proteksi gangguan di TT dan RCD menjadi alat utamanya.

Syarat impedansi lingkar pada TN dan resistansi pada TT

Pada sistem TN, PUIL 2020 411.4.4 mensyaratkan karakteristik gawai proteksi dan impedansi sirkit memenuhi:

$$Z_\text{s} \times I_\text{a} \le U_0$$

dengan $Z_\text{s}$ impedans lingkar gangguan (istilah PUIL 2020) dalam Ω, yang terdiri atas sumber, konduktor lin sampai titik gangguan, dan konduktor proteksi kembali ke sumber; $I_\text{a}$ arus (A) yang membuat gawai memutus otomatis dalam waktu 411.3.2.2 atau 411.3.2.3, atau untuk RCD arus operasi sisa yang menghasilkan pemutusan itu; dan $U_0 = 230$ V. Catatan 411.4.4 menyatakan bahwa pada TN arus gangguan sisa jauh di atas $5 I_{\Delta\text{n}}$, sehingga RCD menurut IEC 61008-1, IEC 61009-1, atau IEC 62423 memenuhi Tabel 41.1.

Untuk MCB, $I_\text{a}$ diambil dari pita pelepasan seketika IEC 60898-1: 3–5 kali arus pengenal $I_\text{n}$ untuk kurva B, 5–10 kali untuk kurva C, dan 10–20 kali untuk kurva D. Ujung atas pita menjamin pelepasan seketika, jauh di bawah 0,4 s, sehingga $I_\text{a} = 5 I_\text{n}$ (B), $10 I_\text{n}$ (C), dan $20 I_\text{n}$ (D). Ujung bawah pita hanya arus tempat MCB boleh mulai memutus seketika; arus di antara kedua ujung dapat saja diputus pelepas termal dalam hitungan detik. Maka batasnya

$$Z_\text{s,maks} = \frac{U_0}{I_\text{a}}$$

yang untuk MCB 16 A bernilai 2,88 Ω (B), 1,44 Ω (C), dan 0,72 Ω (D), sama dengan angka yang dipakai bab diagnosis instalasi.

$Z_\text{s,maks}$ berlaku pada kabel yang sudah bekerja pada suhu operasinya, 70 °C untuk isolasi PVC; uji lapangan pada kabel lebih dingin memberi angka lebih kecil. Bab uji pembumian memakai resistivitas tembaga $0{,}0178\ \Omega\,\text{mm}^2/\text{m}$ pada 20 °C yang naik sekitar 0,39 % per kelvin. Hitungan desain di sini memakai $\rho_1 = 0{,}0225\ \Omega\,\text{mm}^2/\text{m}$, nilai PUIL 2020 5-52 Lampiran G untuk tembaga pada suhu layanan normal, yaitu 1,25 kali 0,018, nilai 20 °C yang dipakai PUIL. Terhadap 0,0178 bab uji rasionya 1,26 (setara sekitar 87 °C, di atas nilai 70 °C model itu, 0,0213), sehingga $k_\theta$ di bawah sengaja sekitar 1 % lebih konservatif. Hasil ukur pada suhu $\theta$ dinaikkan dengan mengalikan bagian kabelnya:

$$Z_\text{s,panas} \approx Z_\text{e} + (R_1 + R_2)_\theta \times k_\theta, \qquad k_\theta = \frac{\rho_1}{0{,}0178\,[1 + 0{,}00393\,(\theta - 20)]}$$

dengan $Z_\text{e}$ impedansi lingkar di awal sirkit, dianggap tetap, dan $(R_1 + R_2)_\theta$ hasil uji mati konduktor lin dan PE pada suhu $\theta$; pada 30 °C, $k_{30} = 1{,}216$. Pedoman instalasi Inggris membandingkan nilai terukur dengan 0,8 kali nilai tabel 70 °C (sekunder); pada 30 °C cara ringkas itu lebih ketat karena mengalikan seluruh $Z_\text{s}$.

Pada sistem TT dengan RCD sebagai proteksi gangguan, 411.5.3 meminta dua syarat: i) waktu pemutusan menurut 411.3.2.2 atau 411.3.2.4, dan ii)

$$R_\text{A} \times I_{\Delta\text{n}} \le 50\ \text{V}$$

dengan $R_\text{A}$ jumlah resistansi elektrode bumi dan konduktor proteksi ke BKT (Ω) dan $I_{\Delta\text{n}}$ arus operasi sisa pengenal RCD (A). Nilai 50 V adalah batas tegangan sentuh prospektif konvensional (PUIL 2020 Bagian 1), yaitu tegangan sentuh yang boleh bertahan tanpa batas waktu pada keadaan umum: dengan kulit kering, $50/(0{,}7 \times 2\,500) \approx 29$ mA, di bawah asimtot c1 sekitar 40 mA. Syarat ini menjamin rangka tidak naik di atas 50 V selama arus bocor belum mencapai $I_{\Delta\text{n}}$, ketika RCD belum wajib memutus; ia bukan tegangan sentuh saat gangguan logam, yang jauh lebih besar dan diakhiri pemutusan cepat. Untuk RCD 30 mA, $R_\text{A}$ maksimum $50/0{,}03 = 1\,667$ Ω; itu batas, bukan sasaran desain, karena resistansi elektrode dapat naik berlipat saat kemarau.

Kelas peralatan dan konsekuensinya pada pengawatan

IEC 61140:2016 mengelompokkan peralatan menurut cara peralatan itu memberi proteksi gangguan, dan setiap kelas menuntut pengawatan yang berbeda.

Pada peralatan kelas 0, satu gangguan isolasi langsung membuat rangkanya bertegangan; lingkungan pelindungnya di PUIL 2020 hanya lokasi nonkonduktif Lampiran C di bawah supervisi personel terampil (410.3.6).

Motor mesin cuci industri umumnya peralatan kelas I, sehingga PE harus tersambung dari terminal PE motor ke rel PE di panel. Pada kabel empat inti (tiga fasa ditambah PE), konduktor hijau-kuning disambung ke terminal PE motor, bukan ditinggal di kotak sambung atau diikat ke rangka secara sembarangan. Kontinuitasnya harus dapat dibuktikan, seperti pada uji $R_1 + R_2$ bab uji pembumian.

Peralatan kelas II dikenali dari simbol dua bujur sangkar bersarang (IEC 60417-5172) pada pelat nama. Bagian konduktif di dalam selungkup isolasinya tidak boleh dihubungkan ke konduktor proteksi, kecuali spesifikasi peralatan mengaturnya (412.2.2.4). Menambahkan PE ke badannya keliru karena dua hal: baut atau lubang untuk PE dapat menembus isolasi suplemen (412.2.2.2 melarang sekrup isolasi diganti sekrup logam), dan PE membawa potensial gangguan dari peralatan kelas I lain ke permukaan yang semula tidak terhubung ke apa pun. Sebaliknya, kotak kontak yang menyuplai peralatan kelas II tetap berkontak PE, karena 412.2.3.2 memperhitungkan penggantian kelak dengan peralatan kelas I.

SELV dan PELV untuk kendali dan lampu di area basah

Tegangan ekstra rendah pengaman (SELV) dan tegangan ekstra rendah protektif (PELV) diatur PUIL 2020 414 dan dibatasi pada 50 V AC atau 120 V DC tanpa riak (414.1.1). Tindakan proteksi ini menuntut pembatasan tegangan, pemisahan proteksi dari semua sirkit selain SELV dan PELV, dan, khusus SELV, isolasi dasar terhadap bumi.

SELV adalah sistem yang bagian aktifnya terisolasi dari bumi dan BKT-nya tidak dihubungkan ke bumi, ke PE, atau ke BKT sirkit lain (414.4.1 dan 414.4.4). Sumbernya salah satu yang disebut 414.3: trafo isolasi keselamatan, sumber yang setara, baterai, atau gawai elektronik tertentu yang keluarannya tetap di bawah batas walaupun terjadi gangguan internal. Teks 414.3.1 menulis standar trafo itu "IEC 61556-2-6"; itu salah ketik untuk IEC 61558-2-6, yang tercantum benar di acuan normatif 410.2. Keamanan SELV datang dari tegangan rendah dan pemisahan yang andal, bukan dari keadaan tubuh. Karena itu 414.4.5 tetap meminta proteksi dasar (isolasi atau selungkup) di atas 25 V AC atau bila peralatan terendam; tanpa proteksi dasar, batasnya 25 V AC pada kondisi kering normal dan 12 V AC dalam keadaan lain.

PELV mirip SELV, tetapi sirkitnya dan/atau BKT-nya boleh dibumikan (414.4.1). PELV dipakai untuk sirkit kendali yang memerlukan acuan bumi, misalnya 0 V catu daya 24 V DC yang dihubungkan ke PE pada panel mesin cuci, bila sumbernya termasuk 414.3 dan pemisahannya memenuhi 414.4, seperti di bab sirkit kendali. Karena terhubung ke bumi, sirkit PELV dapat menerima potensial yang dibawa PE saat ada gangguan di tempat lain. Tegangan 24 V dari trafo kendali biasa yang hanya memberi separasi sederhana bukan SELV maupun PELV; menurut 411.7 sirkit itu FELV, proteksi dasarnya mengikuti tegangan primer, dan BKT-nya dihubungkan ke PE sirkit primer, seperti di bab transformator.

Contohnya lampu inspeksi 24 V AC untuk bagian dalam drum saat pemeliharaan, disuplai trafo isolasi keselamatan -T1 (IEC 61558-2-6) yang tidak dibumikan. Karena bagian dalam drum basah dan tegangannya di atas 12 V, lampu dan kabelnya memerlukan isolasi atau selungkup (414.4.5), dan stekernya tidak dapat masuk ke kotak kontak sistem lain dan tanpa kontak PE (414.4.3).

Pemisahan perkawatan diatur 414.4.2 dengan lima susunan, cukup salah satu: konduktor SELV atau PELV diberi selubung nonlogam atau selungkup berisolasi di atas isolasi dasarnya, dipisahkan oleh selubung atau layar logam yang dibumikan, diisolasi untuk tegangan tertinggi yang ada bila sekabel atau sekelompok dengan sirkit bertegangan lebih tinggi, sirkit lain memakai perkawatan menurut 412.2.4.1, atau dipisahkan secara fisik. Jadi konduktor SELV berisolasi dasar saja tidak boleh bercampur dengan kabel 230 V di satu saluran; kabel SELV berselubung, atau konduktor berperingkat tegangan tertinggi, boleh. Tanpa pemisahan, kegagalan isolasi membuat sirkit SELV bertegangan terhadap bumi tanpa gawai yang mendeteksinya.

Proteksi tambahan: RCD 30 mA dan ikatan ekuipotensial tambahan

PUIL 2020 415 menempatkan proteksi tambahan sebagai cadangan bila proteksi dasar atau proteksi gangguan gagal, atau bila pengguna lalai (415.1.1). Bentuknya RCD berarus operasi sisa pengenal tidak lebih dari 30 mA dan ikatan ekuipotensial proteksi suplemen (415.2). RCD 30 mA bukan sarana tunggal proteksi dan tidak menghapus kewajiban tindakan proteksi 411 sampai 414 (415.1.2); lokasi wajibnya (411.3.3) dibahas pada bab RCD.

RCD mendeteksi arus sisa, jumlah sesaat arus semua konduktor aktif yang melewatinya, yang muncul ketika sebagian arus mengalir melalui jalur tak dikehendaki, termasuk tubuh manusia. RCD jenis umum harus memutus paling lama 300 ms pada $I_{\Delta\text{n}}$ dan 40 ms pada $5 I_{\Delta\text{n}}$ (sekunder); titik arus-waktu itu berada di bawah kurva c1, tetapi RCD membatasi durasi, bukan besar arus. RCD tidak menggantikan MCB: 411.5.2 mewajibkan sirkit ber-RCD pada TT juga dilindungi gawai arus lebih, dan Catatan 1 411.4.5 menganjurkan hal sama pada TN dengan merujuk Bagian 4-43, terpisah atau dalam satu gawai gabungan.

Ikatan ekuipotensial suplemen menghubungkan semua BKT peralatan magun dan BKE yang dapat disentuh bersamaan dan disambung ke konduktor proteksi semua peralatan (415.2.1); 411.3.2.6 memakainya juga bila waktu pemutusan tidak tercapai. Rumus resistansinya di 415.2.2 tidak tercetak di salinan korpus; padanannya di IEC 60364-4-41, $R \le 50\ \text{V}/I_\text{a}$, dibahas pada bab pemasangan lapangan mesin. Area mesin cuci yang lantainya selalu basah patut dipertimbangkan untuk ikatan ini, yang tidak meniadakan kebutuhan pemutusan (415.2, Catatan 2).

Contoh kerja 1: MCB kurva C 16 A pada kabel 2,5 mm² sepanjang 35 m

Data (ilustrasi). TN-C-S 230/400 V. Mesin cuci kelas I terhubung magun disuplai dari PHB cabang lewat kabel tembaga PVC berinti L, N, PE masing-masing 2,5 mm² sepanjang 35 m, dilindungi MCB -F1 kurva C 16 A. Impedansi lingkar di PHB cabang $Z_\text{e} = 0{,}35$ Ω. Apakah -F1 memutus dalam 0,4 s pada gangguan fasa ke PE di ujung kabel?

Langkah 1: batas waktu dan $I_\text{a}$. Alasan: batas bergantung pada jenis sirkit. Sirkit 16 A untuk peralatan magun tercakup 411.3.2.2: 0,4 s. Pelepasan seketika kurva C dijamin pada ujung atas pita, $I_\text{a} = 10 \times 16 = 160$ A; ujung bawah, 80 A, tidak boleh dipakai.

Langkah 2: resistansi kabel pada suhu layanan. Alasan: syarat berlaku pada kabel yang sudah panas.

$$R_1 = R_2 = \frac{\rho_1 L}{A} = \frac{0{,}0225 \times 35}{2{,}5} = 0{,}315\ \Omega, \qquad R_1 + R_2 = 0{,}63\ \Omega$$

Langkah 3: impedansi lingkar. Alasan: lingkar mencakup sumber sampai PHB ditambah kabel. $Z_\text{s} = 0{,}35 + 0{,}63 = 0{,}98$ Ω. Penjumlahan besaran ini konservatif.

Langkah 4: syarat 411.4.4. Alasan: membandingkan dengan batas.

$$Z_\text{s} \times I_\text{a} = 0{,}98 \times 160 = 156{,}8\ \text{V} \le 230\ \text{V}, \qquad I_\text{f} = \frac{230}{0{,}98} = 235\ \text{A}$$

Arus 235 A (14,7 kali $I_\text{n}$) di atas 160 A, sehingga -F1 memutus seketika, jauh di bawah 0,4 s. Batas $Z_\text{s,maks} = 1{,}44$ Ω setara panjang maksimum $(1{,}4375 - 0{,}35)/(0{,}0225 \times 2/2{,}5) = 60$ m.

Langkah 5: tegangan dan arus tubuh. Alasan: dasar angka 0,4 s. Rangka naik kira-kira sebesar susut di PE, $U_\text{T} \approx I_\text{f} R_2 = 235 \times 0{,}315 = 74$ V. Dengan rumus bab bahaya listrik pada tubuh, jalur tangan ke kedua kaki ($k_\text{p} = 0{,}7$) dan impedansi kering persentil 50 % pada 100 V (1.725 Ω, konservatif untuk 74 V), $I_\text{B} = 74/(0{,}7 \times 1\,725) = 61$ mA; dengan asimtot kulit basah 775 Ω, 136 mA. Keduanya di bawah c1 pada 0,4 s, 145 mA. Pada TT dengan $R_\text{A} = 48$ Ω dan $R_\text{B} = 10$ Ω, rangka naik $230 \times 48/58 = 190$ V dan kulit kering (1.225 Ω) memberi 222 mA: di bawah c1 pada 0,2 s (350 mA), tetapi di atas c1 pada 0,4 s. Dengan asimtot basah 775 Ω hasilnya 351 mA, tepat di c1 pada 0,2 s; margin itu nol, dan RCD yang memutus paling lama 40 ms pada arus sebesar ini yang memberi keselamatan nyata.

Langkah 6: batas hasil ukur lapangan. Alasan: uji komisioning dilakukan pada kabel dingin. Pada 30 °C, $R_1 + R_2 = 0{,}0178 \times 1{,}0393 \times 35 \times 2/2{,}5 = 0{,}518$ Ω, jadi nilai harapan $Z_\text{s} = 0{,}87$ Ω. Nilai terukur terbesar yang lulus adalah $0{,}35 + (1{,}4375 - 0{,}35)/1{,}216 = 1{,}24$ Ω (aturan ringkas 0,8 memberi 1,15 Ω).

Contoh kerja 2: menilai lembar hasil bab uji pembumian

Data. Lembar hasil bab uji pembumian mencatat pada 30 °C: $Z_\text{s}$ terbesar 0,86 Ω, $R_1 + R_2 = 0{,}42$ Ω, MCB 16 A tanpa keterangan kurva, dan RCD 30 mA dengan waktu terbesar 35 ms pada $I_{\Delta\text{n}}$ dan 17 ms pada $5 I_{\Delta\text{n}}$.

Langkah 1: koreksi suhu. Alasan: hanya bagian kabel yang memanas. $0{,}86 + 0{,}42 \times (1{,}216 - 1) = 0{,}95$ Ω.

Langkah 2: tiga kemungkinan kurva. Alasan: kurva tidak tercatat. Kurva B (batas 2,88 Ω) dan C (1,44 Ω) lulus; kurva D (0,72 Ω) tidak memenuhi 411.4.4 dengan MCB saja.

Langkah 3: peran RCD. Alasan: 411.4.4 mengizinkan RCD pada TN. Arus gangguan $230/0{,}95 = 242$ A jauh di atas $5 I_{\Delta\text{n}}$ dan 17–35 ms di bawah 0,4 s, jadi sirkit memenuhi melalui RCD; kurva MCB tetap wajib dicatat. Untuk kios TT pada latihan bab itu, $R_\text{A} I_{\Delta\text{n}} = 120 \times 0{,}03 = 3{,}6$ V dan $120 \times 0{,}1 = 12$ V, keduanya memenuhi syarat ii) 411.5.3; syarat i) dibuktikan dari waktu putus hasil uji RCD kios itu.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus dan ketentuan bab ini; angka keadaan yang bukan dari sumber ditandai angka latihan, dan hitungannya dicatat di peta sumber pengembangan. Uji lingkar, uji RCD, dan uji kontinuitas dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD, dengan metode bab uji pembumian.

Contoh 1: kotak kontak dapur hotel. Sirkit kotak kontak dapur sebuah hotel bersistem TN-C-S dilindungi MCB kurva B 20 A. Sirkit akhir berkotak kontak di bawah 63 A tercakup 411.3.2.2, jadi batasnya 0,4 s, dan $I_\text{a} = 5 \times 20 = 100$ A memberi $Z_\text{s,maks} = 2{,}30$ Ω. Hasil uji pada 30 °C: $Z_\text{s} = 1{,}40$ Ω dan $R_1 + R_2 = 0{,}90$ Ω (angka latihan).

$$Z_\text{s,panas} \approx 0{,}50 + 0{,}90 \times 1{,}216 = 1{,}59\ \Omega \le 2{,}30\ \Omega$$

Sirkit lulus. Kabel 40 A dari PHB utama ke sub-PHB dapur adalah sirkit distribusi, sehingga batasnya pada TN 5 s (411.3.2.3), bukan 0,4 s.

Contoh 2: gudang linen hotel bersistem TT. Gudang linen terpisah dari gedung utama hotel memakai elektrode sendiri dan RCD 100 mA sebagai proteksi gangguan. $R_\text{A}$ terukur 140 Ω pada musim hujan; untuk kemarau diandaikan tiga kali, 420 Ω (angka latihan).

$$420 \times 0{,}1 = 42\ \text{V} \le 50\ \text{V}, \qquad I_\text{f} = \frac{230}{420 + 10} = 0{,}53\ \text{A}$$

Syarat ii) 411.5.3 masih terpenuhi, tetapi batas 500 Ω untuk RCD 100 mA hampir tercapai. Arus gangguan logam sekitar 5,3 kali $I_{\Delta\text{n}}$, sehingga RCD jenis umum memutus paling lama 40 ms, di bawah 0,2 s. Elektrode diukur ulang pada musim kemarau, dan kotak kontak di gudang tetap memerlukan RCD 30 mA bila 411.3.3 berlaku.

Contoh 3: ikatan suplemen di ruang cuci rumah sakit. Lantai area mesin cuci laundry rumah sakit selalu basah, dan rangka mesin serta pipa air panas di dekatnya diikat dengan ikatan suplemen. Sirkit mesin dilindungi MCB kurva C 16 A. Bab pemasangan lapangan mesin mencatat $I_\text{a}$ untuk gawai arus lebih sebagai arus yang memutus dalam 5 s; arus seketika pasti 160 A memutus jauh lebih cepat, jadi memakainya memberi batas yang lebih ketat:

$$R \le \frac{50\ \text{V}}{160\ \text{A}} = 0{,}31\ \Omega$$

Uji kontinuitas setelah isolasi membaca 0,08 Ω (angka latihan), jadi ikatan memenuhi. Ikatan ini tidak meniadakan pemutusan otomatis (415.2, Catatan 2).

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan jangan mengenergikan kembali bila:

1. BKT atau BKE terukur bertegangan terhadap PE atau tanah, atau orang merasakan kesemutan dari rangka mesin. Itu gangguan aktif: sirkit dimatikan, dikunci, dan dibuktikan bebas tegangan menurut Bab 2 · Keselamatan sebelum diselidiki. Angka 50 V batas konvensional, bukan batas aman mutlak; di lantai basah tegangan lebih rendah pun dapat mengalirkan arus di atas ambang lepas.
2. Kontinuitas PE ke BKT putus atau jauh di atas harapan, atau PE terlepas di terminal mesin.
3. $Z_\text{s}$ hasil ukur, setelah dikoreksi suhu, melampaui $U_0/I_\text{a}$ gawai yang terpasang dan sirkit tidak dilindungi RCD yang berfungsi.
4. Pada sistem TT, sirkit hanya dilindungi gawai arus lebih, atau RCD tidak memutus pada $I_{\Delta\text{n}}$.
5. RCD yang trip berulang akan dijembatani atau diganti dengan yang kurang peka tanpa penyebabnya ditemukan.
6. Peralatan kelas II dimodifikasi dengan PE yang dibaut ke badannya, atau isolasi atau selungkupnya retak.
7. Sirkit SELV atau PELV ditemukan menyentuh atau berbagi terminal dengan sirkit 230 V tanpa pemisahan 414.4.2.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Ada MCB, jadi proteksi kejut sudah lengkap." Pada TN, MCB boleh menjadi gawai proteksi gangguan (411.4.5) hanya bila PE utuh dan $Z_\text{s} I_\text{a} \le U_0$; tanpa pengukuran impedansi lingkar hal itu belum terbukti. Pada TT, MCB saja tidak boleh dipakai (411.5.4).

"Syarat TT dan TN sama." Waktu sirkit akhir TT 0,2 s, separuh dari TN, karena rangka yang bocor pada TT naik hampir ke $U_0$; arus gangguannya juga kecil, sehingga TT hampir selalu memerlukan RCD.

"Kelas II lebih aman kalau diberi PE juga." PE yang dibaut ke badan peralatan kelas II dapat menembus isolasi suplemen dan membawa potensial gangguan peralatan lain. Peralatannya tidak disambung ke PE, tetapi kotak kontaknya tetap ber-PE.

"RCD 30 mA cukup, tidak perlu MCB." RCD tidak memberi proteksi arus lebih dan hubung pendek; tanpa gawai arus lebih, kabel dapat terbakar walaupun RCD aktif.

"SELV 24 V boleh memakai kabel apa saja." Kabel SELV dipisahkan dengan salah satu cara 414.4.2, dan di tempat basah di atas 12 V tetap memerlukan proteksi dasar.

"Waktu 0,4 s berarti proteksi boleh lambat." Nilai itu batas maksimum. Arus gangguan di antara ujung bawah dan ujung atas pita seketika dapat diputus pelepas termal dalam hitungan detik, melampaui batas; karena itu $I_\text{a}$ diambil dari ujung atas pita.

Hubungan dengan bab lain

Prasyaratnya Bab 1, bab sistem pembumian, bab uji pembumian, dan bab bahaya listrik pada tubuh. FELV ada di bab transformator, PELV kendali di bab sirkit kendali, ikatan pipa di bab pemasangan lapangan mesin, dan kurva MCB di bab diagnosis instalasi. Tipe RCD, koordinasi MCB dengan kabel, ukuran PE dan elektrode, lokasi basah, dan urutan verifikasi dibahas pada bab RCD, proteksi arus lebih, pembumian dan ikatan ekuipotensial, ruang basah, serta pemeriksaan dan pengujian instalasi.

Latihan dan pembahasan

Tuliskan rumus, satuan, dan asumsi. Angka adalah data latihan; setiap pengukuran bertegangan dianggap dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

1. Pengering kelas I, sistem TN, disuplai MCB kurva C 10 A melalui kabel tembaga 1,5 mm² (L dan PE) sepanjang 28 m; $Z_\text{e} = 0{,}40$ Ω, $\rho_1 = 0{,}0225\ \Omega\,\text{mm}^2/\text{m}$. Apakah memenuhi 0,4 s? Bagaimana bila diganti kurva D 10 A?
2. Teknisi ingin membaut kabel PE dari badan setrika uap berlabel kelas II (kabel dua inti) ke rel PE panel agar "lebih aman". Mengapa salah, dan apa yang seharusnya diperiksa?
3. PHB cabang bersistem TT dilindungi RCD 30 mA. Elektrode instalasi 45 Ω, konduktor proteksi 3 Ω, pembumian netral sumber 10 Ω. Periksa 411.5.3, lalu hitung arus gangguan dan tegangan rangka saat gangguan logam fasa ke rangka.
4. Kabel lampu 24 V SELV di ruang uap mesin dimasukkan ke saluran kabel motor 230/400 V karena "isolasinya sama bagusnya". Nilai menurut PUIL 2020 414.
5. Sirkit akhir TN, MCB kurva C 20 A, impedansi lingkar di PHB 0,35 Ω, di ujung sirkit terukur 1,15 Ω pada 30 °C. Apakah memenuhi 411.4.4? Apa pilihan perbaikannya?
6. Mengapa area mesin cuci yang sudah ber-RCD 30 mA masih perlu ikatan ekuipotensial suplemen?

Kunci jawaban beralasan

1. $R_1 + R_2 = 0{,}0225 \times 28 \times 2/1{,}5 = 0{,}84$ Ω; $Z_\text{s} = 0{,}40 + 0{,}84 = 1{,}24$ Ω; $I_\text{f} = 230/1{,}24 = 185$ A. Kurva C: $I_\text{a} = 100$ A, $Z_\text{s} I_\text{a} = 124$ V ≤ 230 V ($Z_\text{s,maks} = 2{,}30$ Ω), memenuhi. Kurva D: $I_\text{a} = 200$ A, $Z_\text{s,maks} = 1{,}15$ Ω, dilampaui; 185 A berada di dalam pita 100–200 A sehingga pelepasan seketika tidak dijamin. Tanpa RCD, kurva D tidak memenuhi.
2. Bagian konduktif setrika kelas II tidak boleh dihubungkan ke PE (412.2.2.4). Membaut PE dapat menembus isolasi suplemen, dan PE membawa potensial gangguan peralatan kelas I lain ke badan setrika. Yang diperiksa: keutuhan selungkup dan kabel, serta kotak kontaknya yang harus tetap berkontak PE (412.2.3.2) walaupun steker setrika dua pin.
3. $R_\text{A} = 48$ Ω; $R_\text{A} I_{\Delta\text{n}} = 1{,}44$ V ≤ 50 V, syarat ii) terpenuhi. Angka itu tegangan rangka saat arus bocor sebesar $I_{\Delta\text{n}}$, bukan saat gangguan logam. Saat gangguan logam, $I_\text{f} = 230/58 = 3{,}97$ A dan rangka naik $3{,}97 \times 48 = 190$ V. Arus itu 132 kali $I_{\Delta\text{n}}$, sehingga RCD memutus paling lama 40 ms, di bawah 0,2 s (syarat i)). Keselamatan datang dari waktu putus, bukan dari tegangan yang rendah.
4. Alasan "sama bagusnya" tidak cukup. PUIL 2020 414.4.2 mengizinkan saluran bersama bila salah satu susunannya dipenuhi: kabel SELV berselubung nonlogam, konduktor SELV berperingkat tegangan tertinggi (400 V), layar logam dibumikan, kabel motor berupa perkawatan menurut 412.2.4.1, atau pemisahan fisik. Konduktor SELV berisolasi dasar tanpa selubung di samping kabel motor tidak memenuhi dan dipisah atau diselubungi. Ruang uap tidak kering dan 24 V di atas 12 V, sehingga lampu dan kabel juga memerlukan proteksi dasar (414.4.5).
5. Batas $230/200 = 1{,}15$ Ω. Nilai 1,15 Ω tampak lulus, tetapi diukur pada 30 °C: $0{,}35 + (1{,}15 - 0{,}35) \times 1{,}216 = 1{,}32$ Ω > 1,15 Ω, jadi tidak memenuhi. Pilihan: RCD yang memenuhi 411.4.4, kurva B 20 A bila arus asut mengizinkan ($Z_\text{s,maks} = 2{,}30$ Ω), atau penampang lebih besar; terminal kendur juga diperiksa.
6. RCD memutus setelah arus sisa muncul, sehingga selama waktu pemutusan orang yang menyentuh dua bagian berbeda potensial tetap dialiri arus. Ikatan suplemen memperkecil beda potensial antara BKT dan BKE yang dapat disentuh bersamaan, termasuk potensial yang dibawa pipa dari tempat lain yang tidak terlihat RCD. Ikatan tidak meniadakan kebutuhan pemutusan (415.2, Catatan 2), dan RCD bukan sarana tunggal (415.1.2).

Referensi