Uji pembumian, impedansi lingkar gangguan, dan uji RCD

Sebuah laundry kiloan menambah dua mesin cuci dan satu pengering, dengan sirkit baru dari PHB cabang ruang cuci (PUIL 2020 juga memakai istilah PSDK). Teknisi pemasang menancapkan dua pasak bantu 5 m dan 10 m dari batang pembumian, membaca 3,8 Ω, lalu menulis "pembumian baik, di bawah 5 Ω". Ia menekan tombol uji RCD (gawai proteksi arus sisa, GPAS), RCD memutus, dan instalasi dinyatakan aman. Pemeriksa kedua meminta empat angka yang tidak ada di laporan: resistansi konduktor proteksi sampai titik terjauh, resistansi elektrode yang diukur dengan cara yang dapat diperiksa ulang, impedansi lingkar gangguan di ujung sirkit, dan waktu pemutusan RCD yang diukur dengan alat.

Proteksi kejut bekerja hanya bila jalur arus gangguan dari konduktor lin ke konduktor proteksi cukup rendah impedansinya dan gawai pemutus benar-benar memutus. Bab uji resistansi isolasi menguji isolasi dengan tegangan DC dari alat pada sirkit yang mati; uraian berikut menguji jalur logam yang justru harus menghantar saat gangguan, tanah tempat elektrode ditanam, dan alat pemutusnya. Isinya metode, alat, dan cara mencatat. Penilaian angka terhadap Tabel 41.1 PUIL 2020 dan karakteristik pengaman dibahas pada bab proteksi kejut listrik, desain elektrode pada bab pembumian dan ikatan ekuipotensial, dan urutan uji lengkap beserta dokumen serah terima pada bab pemeriksaan dan pengujian instalasi.

Batas pembahasan

Cakupannya instalasi 230/400 V, 50 Hz, bersistem TN-C-S, yang menurut PUIL 2020 Bagian 4-41, 411.4, umumnya berlaku di Indonesia, dan TT. Sistem IT tidak dibahas. Uji kontinuitas dan uji elektrode tiga kutub dilakukan pada instalasi yang dibebaskan dan terbukti bebas tegangan menurut bab keselamatan alat ukur; metode jepit tidak memerlukan pelepasan, tetapi konduktor bumi yang dijepit diperlakukan dapat membawa arus dan bertegangan, sehingga prasyarat pengukuran bertegangan tetap berlaku. Uji lingkar dan uji RCD mensyaratkan tegangan jaringan, sehingga hanya dilakukan personel kompeten yang ditugaskan, dengan alat berkategori ukur sesuai, kabel uji layak, APD, dan area kerja yang dikendalikan. PUIL 2020 Bagian 6 (verifikasi) dan Bagian 5-54 (pembumian) tidak ada di salinan korpus; metode ditulis dari IEC 60364-6:2016 dan seri IEC 61557 edisi 2019, dan klausul PUIL 2020 padanannya belum diverifikasi. Angka pada contoh adalah ilustrasi.

Apa yang diuji: lingkar arus gangguan

Pada sistem TN, arus gangguan ke badan mesin kembali ke trafo melalui logam: konduktor lin ke titik gangguan, PE ke terminal pembumian utama, lalu PEN jaringan ke titik netral trafo. PUIL 2020 411.4.4 menamai impedansi jalur itu $Z_\text{s}$, impedans lingkar gangguan (istilah PUIL 2020), yang terdiri atas sumber, konduktor lin sampai titik gangguan, dan konduktor proteksi kembali ke sumber, lalu mensyaratkan $Z_\text{s} \times I_\text{a} \le U_0$, dengan $I_\text{a}$ arus yang membuat gawai memutus dalam waktu yang ditetapkan. Uji lapangan menyediakan $Z_\text{s}$; $I_\text{a}$ dan penilaiannya dibahas pada bab proteksi kejut listrik.

Pada sistem TT, arus gangguan kembali lewat elektrode instalasi dan tanah. PUIL 2020 411.5.3 mensyaratkan $R_\text{A} \times I_{\Delta\text{n}} \le 50$ V, dengan $R_\text{A}$ jumlah resistansi elektrode dan konduktor proteksi ke bagian konduktif terbuka. Di sini angka elektrode menjadi masukan penilaian; pada sistem TN angka itu bukan kriteria pemutusan otomatis, meskipun elektrode tetap berperan saat PEN jaringan putus, yang dibahas pada bab sistem pembumian. PUIL 2020 132.2.3 dan 313.1.1 juga meminta impedansi lingkar gangguan bumi di hulu awal instalasi dan arus hubung pendek prospektif diketahui.

$$Z_\text{s} \approx Z_\text{e} + (R_1 + R_2), \qquad R_1 + R_2 = \rho_\theta\, L \left( \frac{1}{A_1} + \frac{1}{A_2} \right)$$

dengan $Z_\text{e}$ impedansi lingkar di luar instalasi, diukur di awal instalasi (Ω); $R_1$ dan $R_2$ resistansi konduktor lin dan PE dari awal sirkit sampai titik uji (Ω); $\rho_\theta$ resistivitas tembaga, sekitar $0{,}0178\ \Omega\,\text{mm}^2/\text{m}$ pada 20 °C dan naik sekitar 0,39 % per kelvin; $L$ panjang sirkit (m); $A_1$ dan $A_2$ luas penampang lin dan PE (mm²). Asumsinya reaktansi kabel sirkit akhir kecil; penjumlahan besaran sedikit melebihi penjumlahan fasor dari bab reaktansi dan impedansi, sehingga hasilnya konservatif.

Uji mati dulu, uji hidup kemudian

IEC 60364-6:2016, 6.4.3.1, menyarankan urutan: kontinuitas konduktor, resistansi isolasi, polaritas, lalu keefektifan pemutusan otomatis dan proteksi tambahan, urutan fasa, dan uji fungsi; bila satu uji gagal, uji itu dan uji sebelumnya yang mungkin terpengaruh diulang setelah perbaikan. PUIL 2020 Bagian 9, 9.4.3.2, memasukkan pembumian, kesinambungan sirkit, dan fungsi proteksi ke pemeriksaan sebelum instalasi dialiri.

Alasannya fisik: uji lingkar dan uji RCD mengalirkan arus dari lin ke PE, dan bila PE putus, arus uji tidak mengalir, sehingga PE di hilir putusan dan semua badan logam yang tersambung padanya naik sampai tegangan fasa selama alat menyambungkan beban ujinya, dan RCD tidak memutus karena tidak ada arus sisa; bila PE hanya beresistansi tinggi, badan logam naik sebagian besar tegangan fasa selama arus uji mengalir. IEC 61557-3:2019, 4.4, meminta alat menghindari tegangan gangguan di atas batas tegangan sentuh di titik uji, tetapi perlindungan alat tidak menggantikan bukti bahwa PE utuh.

Kontinuitas konduktor proteksi dan ikatan

IEC 60364-6, 6.4.3.2, meminta kontinuitas konduktor proteksi dan sambungannya ke bagian konduktif terbuka diverifikasi dengan pengukuran resistansi. Alatnya diatur IEC 61557-4:2019: tegangan rangkaian terbuka 4–24 V dan arus ukur tidak kurang dari 0,2 A pada jangkauan terendah. Arus sebesar itu membedakan sambungan layak dari sambungan yang hanya bersentuhan ringan, sesuatu yang tidak dapat dilakukan bunyi kontinuitas multimeter.

Pada cara $R_1 + R_2$, konduktor lin dan PE sirkit dihubungkan sementara di PHB, lalu resistansi antara kontak lin dan kontak PE diukur di setiap titik sirkit; nilai terbesar, biasanya di titik terjauh, adalah $R_1 + R_2$. Cara ini sekaligus membuktikan polaritas. Pada cara kabel panjang, alat disambung ke terminal pembumian utama dan, lewat kabel uji panjang, ke setiap bagian yang harus terhubung: badan mesin, pipa air, pipa uap, rangka logam. Cara ini cocok untuk konduktor ikatan.

Resistansi kabel uji dinolkan atau dikurangkan, hasil dibandingkan dengan nilai harapan dari rumus, dan suhu ruang dicatat. Nilai jauh di atas harapan menunjuk sambungan longgar atau penampang lebih kecil dari gambar; nilai jauh di bawahnya dapat berarti konduit logam atau rangka bangunan menutupi PE yang putus.

Resistansi elektrode bumi

PUIL 2020 Bagian 1 mendefinisikan resistansi elektrode bumi sebagai resistansi antara elektrode atau sistem pembumian dan bumi acuan, dan resistansi pembumian sebagai jumlah resistansi elektrode dan konduktor bumi. Hampir seluruh resistansi terkumpul di tanah dekat elektrode (daerah resistansi); bumi acuan adalah tanah di luar daerah itu.

Metode tiga kutub dan aturan 62 %

Alat mengalirkan arus bolak-balik dari terminal E, yang disambung ke elektrode, ke pasak arus C pada jarak $D$. Pasak potensial P ditancapkan segaris pada jarak $x$, dan alat menampilkan $R = V_\text{EP}/I$. IEC 61557-5:2019 mensyaratkan keluaran bolak-balik, tegangan rangkaian terbuka dibatasi 50 V efektif atau arus hubung singkatnya 3,5 mA, ketidakpastian operasi tidak lebih dari ±30 %, dan kemampuan mengenali resistansi pasak bantu yang melebihi batas.

Untuk elektrode setengah bola beradius $a$ di tanah homogen beresistivitas $\rho$, bacaannya

$$R_\text{baca}(x) = \frac{\rho}{2\pi}\left(\frac{1}{a} - \frac{1}{D} - \frac{1}{x} + \frac{1}{D - x}\right)$$

Suku pertama adalah resistansi sebenarnya, $\rho/(2\pi a)$. Tiga suku lainnya saling meniadakan bila $u = x/D$ memenuhi $u^2 + u - 1 = 0$, yaitu $u = (\sqrt{5} - 1)/2 \approx 0{,}618$. Itulah asal aturan 62 %. Tanah nyata berlapis dan elektrode berupa batang, sehingga 62 % adalah titik awal, bukan jaminan.

Karena itu P digeser ke kedua arah, misalnya 52 %, 62 %, dan 72 % dari $D$. Bila daerah resistansi elektrode dan pasak arus tidak tumpang tindih, ketiga bacaan hampir sama dan rata-ratanya dicatat. Bila bacaan terus naik tanpa daerah datar, keduanya tumpang tindih dan $D$ diperbesar. Satu artikel teknik menganjurkan $D$ sekurang-kurangnya sepuluh kali dimensi terpanjang elektrode, sekitar 30 m untuk batang 3 m. PUIL 2000 3.21.3.1.1 meminta elektrode bantu sekurang-kurangnya 20 m dari elektrode batang dan sekitar tiga kali garis tengah susunan pita (PUIL 2000, sebagai rujukan cadangan).

Tanda bacaan yang tidak dapat dipakai

Bacaan yang melompat biasanya bersumber pada tegangan interferensi di tanah, resistansi pasak bantu terlalu tinggi karena tanah kering atau pasak dangkal, atau jepit berkarat dan longgar. Batas tegangan interferensi dinyatakan pabrikan alat, dan buku ajar korpus juga memeriksa tegangan tanah dan pasak bantu lebih dulu. Bacaan yang tidak stabil tidak dirata-ratakan menjadi angka resmi; penyebabnya dihilangkan dulu.

Elektrode yang tersambung ke jaringan dan metode jepit

Pada sistem TN-C-S, elektrode pelanggan tersambung ke terminal pembumian utama dan PEN jaringan yang dibumikan di banyak titik. Metode tiga kutub pada elektrode yang masih tersambung membaca paralel elektrode itu dengan seluruh pembumian jaringan, jadi angkanya tidak mengatakan apa pun tentang batang pelanggan. Untuk mengukur batang saja, konduktor bumi dilepas. Membebaskan instalasi tidak memutus PEN jaringan, karena PUIL 2020 411.4.3 melarang gawai sakelar pada konduktor PEN; arus netral pelanggan lain atau PEN yang putus di jaringan tetap dapat mengalir lewat elektrode dan memunculkan tegangan berbahaya di celah saat konduktor bumi dibuka. Karena itu pelepasan hanya dilakukan saat seluruh instalasi dibebaskan, dikunci, dan terbukti bebas tegangan menurut Bab 2 · Keselamatan dan bab keselamatan alat ukur (prosedur penguncian dibahas pada bab kerja aman), setelah arus di konduktor bumi diperiksa dengan tang arus bocor seperti pada bab tang ampere dan terbukti mendekati nol, tanpa tubuh menjembatani kedua sisi celah, dan kontinuitas sambungan dibuktikan lagi sebelum instalasi dienergikan.

Metode jepit menghindari pelepasan. Tang khusus menginduksikan tegangan pada lingkar konduktor bumi, elektrode, tanah, dan pembumian lain yang paralel, lalu mengukur arusnya. Yang terbaca adalah resistansi elektrode yang dijepit ditambah paralel elektrode lain dan konduktor penghubung, sehingga mendekati resistansi elektrode hanya bila elektrode lain jauh lebih rendah. Metode ini tidak dapat dipakai pada batang tunggal sistem TT tanpa jalur balik, dan bacaan yang sangat kecil dapat berarti tang menjepit lingkar logam, bukan tanah.

Pengaruh musim dan cara mencatat

Satu buku ajar di korpus mengutip uji laboratorium tanah merah yang resistivitasnya naik sampai 30 kali saat kadar air turun dari 20 % ke 10 %. Catatan uji elektrode memuat tanggal, cuaca beberapa hari terakhir, keadaan tanah, $D$, posisi P, ketiga bacaan, dan tegangan interferensi; pengukuran berkala dibandingkan pada musim yang sama.

Impedansi lingkar gangguan

Alat uji lingkar mengukur tegangan fasa-PE tanpa beban, lalu selama beberapa puluh milidetik memasang resistor uji di antara lin dan PE dan mengukur tegangan serta arusnya:

$$Z_\text{s} = \frac{U_\text{tanpa beban} - U_\text{berbeban}}{I_\text{uji}}$$

dengan tegangan dalam V, arus dalam A, dan $Z_\text{s}$ dalam Ω. Prinsip yang sama tertulis sebagai pengukuran resistansi lingkar dengan voltmeter, amperemeter, dan resistor di PUIL 2000 3.21.3.1.2 (PUIL 2000, sebagai rujukan cadangan). Rangkaian semacam itu tidak dirakit sendiri; alat IEC 61557-3 membatasi durasi, arus, dan tegangan gangguan yang timbul.

Penurunan tegangannya kecil: resistor uji 23 Ω pada lingkar 0,83 Ω memberi arus sekitar 10 A dan penurunan sekitar 8 V. IEC 61557-3 memberi ketidakpastian operasi ±30 %. Tegangan suplai yang naik-turun akibat mesin lain langsung terbaca sebagai kesalahan impedansi, sehingga bacaan diulang sekurang-kurangnya tiga kali dan sebarannya dicatat.

$Z_\text{e}$ diukur di awal instalasi; $Z_\text{s}$ di titik terjauh setiap sirkit. Alat umumnya juga mengukur lingkar fasa-netral untuk arus hubung pendek prospektif. Pada sirkit ber-RCD 30 mA, arus uji beberapa ampere dari lin ke PE adalah arus sisa, sehingga RCD memutus. Menjembatani RCD supaya uji berjalan tidak boleh dilakukan. Jalan yang sah adalah mode arus rendah (no-trip), atau menentukan $Z_\text{s}$ dari impedansi di PHB ditambah $R_1 + R_2$ hasil uji mati. Mode arus rendah bersebaran besar: pada 15 mA, penurunan hanya 12 mV, sehingga fluktuasi suplai 0,23 V setara kesalahan sekitar 15 Ω tanpa perataan panjang. Pedoman instalasi Inggris mengingatkan bahwa $R_1 + R_2$ tidak boleh dihitung dengan mengurangkan $Z_\text{e}$ dari $Z_\text{s}$ terukur, karena $Z_\text{s}$ memuat jalur paralel.

Hasil dicatat bersama titik ukur, mode alat, ketiga bacaan, suhu ruang, dan perkiraan $Z_\text{e} + (R_1 + R_2)$. Perbandingan dengan $Z_\text{s}$ maksimum dari $I_\text{a}$ pengaman, termasuk koreksi karena konduktor lebih panas saat gangguan, dibahas pada bab proteksi kejut listrik.

Arus gangguan prospektif dari hasil uji lingkar

$$I_\text{pf} = \frac{U_0}{Z_\text{s}}, \qquad I_\text{psc} = \frac{U_0}{Z_\text{LN}}, \qquad I_\text{3f} \approx 2\,I_\text{psc}$$

dengan $I_\text{pf}$ arus gangguan prospektif fasa-PE, $I_\text{psc}$ arus hubung pendek prospektif fasa-netral, $Z_\text{LN}$ impedansi lingkar fasa-netral, dan $U_0 = 230$ V. Tegangan yang dipakai alat untuk menghitung arus prospektif, nominal atau terukur, dicatat. Perkiraan tiga fasa adalah derivasi editorial: $I_\text{psc} = U_0/(Z_\text{L} + Z_\text{N})$, dan bila $Z_\text{N} = Z_\text{L}$ menjadi $U_0/(2Z_\text{L})$, sedangkan gangguan tiga fasa simetris hanya dibatasi $Z_\text{L}$. Bila netral berpenampang lebih kecil atau lebih resistif daripada fasa, perkiraan ini terlalu kecil dan tidak boleh dipakai memilih kapasitas pemutusan; bila impedansi trafo mendominasi, hasilnya terlalu besar sehingga tetap di sisi aman.

Arus terbesar, di awal instalasi dan PHB, dibandingkan dengan kapasitas pemutusan gawai, yang dibahas pada bab arus hubung pendek dan kapasitas pemutusan. Arus gangguan terkecil, di ujung sirkit, menentukan apakah pengaman memutus cukup cepat, dan menjadi bahan bab proteksi kejut listrik.

Uji RCD

Tombol uji mengalirkan arus lewat resistor internal yang memintas trafo arus jumlah; ia menguji mekanisme, tetapi tidak mengukur waktu atau arus pemutusan dan tidak membuktikan PE tersambung. PUIL 2000 3.21.3.4 pun memisahkan uji tombol dari pengukuran arus sisa dan tegangan badan peralatan (PUIL 2000, sebagai rujukan cadangan).

Alat uji RCD mengalirkan arus sisa terkendali dari lin ke PE di hilir RCD. IEC 61557-6:2019 meminta alat mengukur waktu pemutusan pada arus operasi sisa pengenal $I_{\Delta\text{n}}$, menunjukkan apakah RCD memutus pada arus yang tidak melebihi $I_{\Delta\text{n}}$, dan menunjukkan apakah tegangan gangguan pada $I_{\Delta\text{n}}$ tidak melebihi batas tegangan sentuh konvensional $U_\text{L}$; pengujian dilakukan pada arus pengenal dan pada 50 % dan 500 % bila berlaku, dan untuk RCD proteksi tambahan sampai 30 mA alat harus mampu memberi lima kali arus pengenal.

Rentang itu untuk arus uji sinus; untuk arus setengah gelombang pada RCD tipe A, standar gawai memberi rentang lain yang dibahas pada bab RCD. PUIL 2020 411.4.4 mencatat arus gangguan sisa pada sistem TN jauh di atas $5 I_{\Delta\text{n}}$, dan Catatan 4 pada 411.5.3 mengaitkan waktu pemutusan Tabel 41.1 dengan arus sisa prospektif yang tipikal $5 I_{\Delta\text{n}}$. Uji $5 I_{\Delta\text{n}}$ meniru gangguan nyata; uji $I_{\Delta\text{n}}$ memeriksa kepekaan. Waktu pemutusan bergantung pada titik gelombang saat arus uji dimulai, sehingga IEC 61557-6 meminta arus uji dinyalakan pada lintasan nol; alat umumnya menyediakan lintasan nol naik (0°) dan turun (180°), dan nilai terbesar yang dicatat. IEC 61557-6 juga mengatur bentuk arus uji: sinus, setengah gelombang kedua polaritas untuk tipe A, dan arus searah halus yang naik untuk tipe B. Batas waktu pemutusan menurut standar gawai, IEC 61008-1 dan IEC 61009-1 edisi 2024, dan penilaiannya terhadap Tabel 41.1 dibahas pada bab RCD dan bab proteksi kejut listrik.

Tegangan sentuh yang dibangkitkan alat uji

Arus uji mengalir lewat PE dan, pada sistem TT, lewat elektrode ke tanah, sehingga semua badan logam yang tersambung ke PE itu naik potensialnya. Pada sistem TT besarnya

$$U_\text{F} = I_\text{uji} \times R_\text{A}$$

sedangkan pada sistem TN arus kembali lewat logam dan kenaikannya jauh lebih kecil. Dengan $R_\text{A} = 120$ Ω, uji RCD 30 mA menaikkan badan mesin 3,6 V pada $I_{\Delta\text{n}}$ dan 18 V pada $5 I_{\Delta\text{n}}$. IEC 61557-6, 4.5, meminta pencegahan bahaya tegangan gangguan di atas $U_\text{L}$, dengan pemutusan otomatis atau arus awal dibatasi 3,5 mA untuk mengukur lebih dulu. Selama uji, tidak seorang pun boleh menyentuh badan mesin, pipa, atau rangka logam; di laundry, mesin lain yang berbagi PE dan pipa air yang terhubung ikut naik. Arus bocor peralatan di hilir RCD menjumlah dengan arus uji, sehingga beban dilepas dulu dan arus bocornya diukur tersendiri dengan tang arus bocor seperti pada bab tang ampere.

Contoh kerja: mencatat empat uji pada satu sirkit mesin cuci

Data (ilustrasi). Laundry pada pembuka bab bersistem TN-C-S 230/400 V. Sirkit satu fasa ke terminal mesin cuci 1 berasal dari PHB cabang, memakai kabel tembaga L, N, PE masing-masing 2,5 mm² sepanjang 28 m, dilindungi MCB 16 A dan RCD 30 mA tipe A. Elektrode berupa batang 3 m; suhu ruang 30 °C. Uji mati dilakukan setelah sirkit, dan untuk uji elektrode seluruh instalasi, dibebaskan, dikunci, dan terbukti bebas tegangan. Uji hidup dilakukan personel kompeten dengan alat IEC 61557 berkategori ukur sesuai, APD, dan area yang dikosongkan.

Langkah 1: kontinuitas $R_1 + R_2$. Alasan: membuktikan PE utuh sebelum uji hidup dan menyediakan pembanding.

$$R_1 + R_2 = 0{,}0178 \times 28 \times \left(\frac{1}{2{,}5} + \frac{1}{2{,}5}\right) = 0{,}399\ \Omega, \qquad 0{,}399 \times (1 + 0{,}00393 \times 10) = 0{,}414\ \Omega$$

Dengan sambungan sementara L-PE di PHB dan kabel uji dinolkan, terbaca 0,42 Ω di terminal mesin, sekitar 1 % di atas harapan pada 30 °C: PE utuh. Ikatan pipa air ke terminal pembumian utama terbaca 0,06 Ω. Sambungan sementara dilepas dan pelepasannya dicatat.

Langkah 2: resistansi elektrode. Alasan: mengetahui keadaan batang, yang pada sistem TT menjadi $R_\text{A}$. Konduktor bumi dilepas dengan instalasi bebas tegangan dan terkunci. Percobaan pertama meniru laporan lama: $D = 10$ m, P di 5,2; 6,2; 7,2 m, terbaca 26, 31, 38 Ω. Bacaan naik terus tanpa daerah datar, jadi ditolak. Percobaan kedua: $D = 30$ m, P di 15,6; 18,6; 21,6 m (52, 62, 72 %), tegangan interferensi 1,2 V, resistansi pasak dalam batas alat. Terbaca 33,1; 34,0; 35,6 Ω, menyimpang −2,6 % dan +4,7 % dari bacaan tengah, sehingga daerah datar tercapai:

$$R_\text{E} = \frac{33{,}1 + 34{,}0 + 35{,}6}{3} = 34{,}2\ \Omega$$

Angka ini wajar untuk batang 3 m di tanah sekitar 100 Ω·m; karena diukur dua hari setelah hujan, angka kemarau diperkirakan lebih tinggi. Konduktor bumi disambung kembali dan kontinuitasnya dibuktikan sebelum instalasi dienergikan. Angka 3,8 Ω di laporan lama tidak dapat dipakai: jaraknya terlalu dekat dan status sambungan ke PEN tidak tercatat.

Langkah 3: impedansi lingkar. Alasan: mengukur seluruh jalur dan memeriksanya silang dengan Langkah 1. Lingkar fasa-PE di rel PHB cabang, di hulu RCD, terbaca 0,41 Ω; lingkar fasa-netral di titik itu 0,38 Ω. Di terminal mesin, dengan mode arus rendah, terbaca 0,86; 0,79; 0,83 Ω. Perkiraan dari impedansi di PHB ditambah $R_1 + R_2$ uji mati, $0{,}41 + 0{,}42 = 0{,}83$ Ω, cocok dengan rata-rata bacaan 0,83 Ω, dan sebaran 0,07 Ω, sekitar 8 %, masih dalam ketidakpastian alat. Untuk penilaian dicatat nilai terbesar, 0,86 Ω.

Langkah 4: arus prospektif. Alasan: menyiapkan angka untuk dua bab lanjutan.

$$I_\text{pf} = \frac{230}{0{,}86} = 267\ \text{A}, \qquad I_\text{psc,PHB} = \frac{230}{0{,}38} = 605\ \text{A}, \qquad I_\text{3f,PHB} \approx 2 \times 605 = 1\,210\ \text{A}$$

Langkah 5: RCD. Alasan: mengukur kepekaan dan waktu. Mesin dilepas. Pada $0{,}5 I_{\Delta\text{n}}$ tidak memutus pada 0° maupun 180°; pada $I_{\Delta\text{n}}$ memutus 28 ms (0°) dan 35 ms (180°); pada $5 I_{\Delta\text{n}}$ 14 ms dan 17 ms; uji naik bertahap memutus pada 22 mA ($0{,}73 I_{\Delta\text{n}}$); tegangan gangguan 0,1 V; tombol uji memutus.

Langkah 6: lembar hasil dan tanda penilaian.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus bab ini; angka keadaannya angka latihan, dan hitungannya dicatat di peta sumber pengembangan. Uji mati dilakukan pada sirkit yang dibebaskan, dikunci, dan terbukti bebas tegangan; uji hidup dilakukan personel kompeten dengan alat IEC 61557 berkategori ukur sesuai dan APD.

Contoh 1: kontinuitas sirkit oven dapur hotel. Sirkit oven memakai lin 4 mm² dan PE 2,5 mm² tembaga sepanjang 22 m, dan suhu ruang 32 °C (angka latihan).

$$R_1 + R_2 = 0{,}0178 \times 22 \times \left(\frac{1}{4} + \frac{1}{2{,}5}\right) = 0{,}255\ \Omega, \qquad 0{,}255 \times (1 + 0{,}00393 \times 12) = 0{,}27\ \Omega$$

Alat dengan kabel uji dinolkan membaca 0,58 Ω, sekitar 2,2 kali harapan. Sesuai kondisi berhenti butir 1, uji hidup ditunda dan sambungan PE sepanjang sirkit diperiksa. Setelah terminal PE yang longgar di kotak sambung dikencangkan, bacaan menjadi 0,27 Ω, sama dengan harapan, dan pengujian dilanjutkan.

Contoh 2: impedansi lingkar dari dua tegangan di laundry rumah sakit. Di rel PHB cabang laundry rumah sakit, di hulu RCD, alat uji lingkar mencatat tegangan tanpa beban 229,0 V, tegangan berbeban 220,6 V, dan arus uji 10,1 A. Sirkit mesin cuci di hilirnya ber-RCD 30 mA dan $R_1 + R_2$ hasil uji matinya 0,35 Ω (angka latihan).

$$Z_\text{PHB} = \frac{229{,}0 - 220{,}6}{10{,}1} = 0{,}83\ \Omega, \qquad Z_\text{s} \approx 0{,}83 + 0{,}35 = 1{,}18\ \Omega, \qquad I_\text{pf} = \frac{230}{1{,}18} = 195\ \text{A}$$

Penjumlahan ini jalan sah yang menghindari uji arus tinggi di hilir RCD. Angka 1,18 Ω dan 195 A dicatat untuk dinilai terhadap MCB sirkit pada bab proteksi kejut listrik.

Contoh 3: RCD tampak terlalu peka karena arus bocor. Uji naik bertahap pada RCD 30 mA sirkit tiga mesin cuci laundry hotel memutus pada 17 mA ketika mesin masih tersambung (angka latihan). Setelah mesin dilepas, uji yang sama memutus pada 24 mA, dan tang arus bocor membaca arus bocor ketiga mesin 7 mA.

$$17 + 7 = 24\ \text{mA}, \qquad \frac{24}{30} = 0{,}8\,I_{\Delta\text{n}}$$

Arus bocor menjumlah dengan arus uji, sehingga bacaan pertama tidak dipakai. Dengan beban dilepas, hasilnya berada di dalam rentang 0,5 sampai 1,0 $I_{\Delta\text{n}}$ untuk arus uji sinus, jadi RCD tidak diganti. Arus bocor 7 mA dicatat tersendiri karena saat ketiga mesin bekerja, RCD memutus bila arus sisa tambahan mencapai sekitar 17 mA.

Contoh 4: mengapa titik 62 % dan mengapa P digeser. Rumus elektrode setengah bola dipakai dengan $\rho = 100$ Ω·m dan $a = 0{,}5$ m (angka latihan), sehingga resistansi sebenarnya 31,8 Ω.

$$R_\text{baca}(x) = \frac{100}{2\pi}\left(\frac{1}{0{,}5} - \frac{1}{D} - \frac{1}{x} + \frac{1}{D - x}\right)$$

Dengan $D = 30$ m, P di 52, 62, dan 72 % memberi 31,4; 31,8; dan 32,5 Ω. Dengan $D = 10$ m, titik yang sama memberi 30,5; 31,9; dan 33,7 Ω. Pada tanah ideal, titik 62 % tepat pada kedua jarak, tetapi sebaran bacaan di sekitarnya tiga kali lebih besar pada $D = 10$ m. Pada tanah berlapis titik tepatnya bergeser, sehingga sebaran besar berarti galat besar. Karena itu P selalu digeser, dan $D$ diperbesar sampai ketiga bacaan berdekatan.

Kondisi berhenti

Hentikan pengujian, atau jangan memulainya, bila:

1. Kontinuitas PE atau ikatan terbaca putus, atau jauh di atas harapan tanpa penjelasan. Uji hidup tidak dilakukan dan sirkit tidak dienergikan sampai diperbaiki dan diuji ulang.
2. Sambungan sementara L-PE dari uji $R_1 + R_2$ belum dilepas atau pelepasannya tidak tercatat.
3. Alat uji menampilkan tegangan pada PE, polaritas salah, lingkar terbuka, atau tegangan gangguan di atas $U_\text{L}$, atau menghentikan uji sendiri. Keadaan itu diperlakukan sebagai gangguan aktif; sirkit dibebaskan dan penyebabnya dicari.
4. RCD tidak memutus pada $I_{\Delta\text{n}}$ atau saat tombol uji ditekan, atau, pada arus uji sinus, arus pemutusannya melebihi $I_{\Delta\text{n}}$. Sirkit tidak dibiarkan beroperasi, dan RCD tidak diganti dengan yang kurang peka.
5. Uji hanya dapat dilakukan dengan menjembatani RCD atau gawai proteksi lain.
6. Orang lain dapat menyentuh badan mesin, pipa, rangka logam, atau lantai basah di area yang PE-nya sedang dialiri arus uji.
7. Konduktor bumi atau ikatan akan dilepas saat instalasi bertegangan, konduktor bumi masih mengalirkan arus yang terukur dengan tang sebelum dilepas, atau instalasi akan dienergikan sebelum sambungan itu dipasang kembali dan kontinuitasnya dibuktikan.
8. Alat tidak memenuhi bagian IEC 61557 yang sesuai, kategori ukurnya lebih rendah dari titik ukur, atau kabel uji rusak.
9. Bacaan elektrode tidak stabil, tegangan interferensi melebihi batas alat, atau resistansi pasak bantu ditandai terlalu tinggi.
10. Ada petir atau awan badai saat kabel pasak bantu puluhan meter terbentang di halaman.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Resistansi pembumian harus ≤5 Ω untuk semua sistem." Satu buku ajar di korpus menyatakan angka itu berlaku untuk seluruh sistem dan instalasi. Angka 5 Ω berasal dari PUIL 2000 3.13.2.10, yang mengatur resistansi pembumian total seluruh sistem PEN jaringan distribusi, dengan 10 Ω di tanah beresistivitas tinggi, bukan batang pelanggan (PUIL 2000, sebagai rujukan cadangan). PUIL 2020 Bagian 4-41 memakai kriteria tegangan sentuh: 411.5.3 untuk TT dan 411.4.4 untuk TN.

"Angka elektrode kecil, jadi sistem TN lulus." Pada TN, arus gangguan kembali lewat PE dan PEN; elektrode 2 Ω tidak menolong PE yang putus di kotak kontak.

"RCD memutus saat uji lingkar, jadi RCD harus dijembatani dulu." Pemutusan itu tanda RCD bekerja; pakai mode arus rendah atau penjumlahan $Z_\text{e} + (R_1 + R_2)$.

"Kontinuitas baik bila penguji isolasi menunjukkan nol." Satu buku ajar di korpus memeriksa kesinambungan fasa-netral dengan penguji resistansi isolasi dan menyatakannya baik bila terbaca nol. Nol pada skala megaohm hanya berarti jauh di bawah satu megaohm; sambungan 5 Ω pun terbaca nol.

Hubungan dengan bab lain

Prasyaratnya Bab 1, bab reaktansi dan impedansi, keselamatan alat ukur, multimeter, tang ampere, uji resistansi isolasi, serta Bab 1 · Keselamatan dan Bab 2 · Keselamatan. Prosedur penguncian dan izin kerja dibahas pada bab kerja aman. Penilaian hasil dibahas pada bab sistem pembumian, proteksi kejut listrik, RCD, arus hubung pendek, dan pembumian dan ikatan ekuipotensial; urutan lengkap pada bab pemeriksaan dan pengujian instalasi. Bab diagnosis instalasi dan pemeliharaan listrik terencana memakai uji ini.

Latihan dan pembahasan

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

1. Sirkit memakai lin 4 mm² dan PE 2,5 mm² tembaga sepanjang 40 m. Alat kontinuitas membaca 0,64 Ω di titik terjauh tanpa penolan; kabel uji 0,18 Ω. Hitung harapan $R_1 + R_2$ pada 20 °C, bacaan setelah resistansi kabel uji dikurangkan, dan tafsirkan.
2. Uji tiga kutub dengan $D = 20$ m memberi dua set bacaan pada P di 52, 62, dan 72 %: (a) 18,2; 18,6; 19,1 Ω; (b) 12; 17; 26 Ω. Apakah tiap set dapat dicatat, dan apa tindakan berikutnya?
3. Impedansi lingkar di PHB cabang 0,35 Ω dan $R_1 + R_2$ sebuah sirkit 0,62 Ω. Uji lingkar di ujungnya membaca 1,88; 1,92; 1,90 Ω. Hitung perkiraan $Z_\text{s}$, bandingkan, hitung $I_\text{pf}$ dari keduanya, lalu tentukan tindakan.
4. Uji RCD 30 mA: pada $0{,}5 I_{\Delta\text{n}}$ tidak memutus; pada $I_{\Delta\text{n}}$ tidak memutus selama durasi uji; pada $5 I_{\Delta\text{n}}$ memutus 18 ms; tombol uji memutus. Pilih: (A) RCD layak karena memutus pada $5 I_{\Delta\text{n}}$ dan tombol; (B) RCD gagal karena tidak memutus pada arus operasi sisa pengenalnya; (C) hasil $I_{\Delta\text{n}}$ diabaikan karena gangguan nyata di atas $5 I_{\Delta\text{n}}$; (D) RCD terlalu peka.
5. Kios laundry bersistem TT mempunyai $R_\text{A} = 120$ Ω. Hitung tegangan badan mesin selama uji pada $I_{\Delta\text{n}}$ dan $5 I_{\Delta\text{n}}$ untuk RCD 30 mA dan 100 mA. Apa artinya bagi alat uji dan orang di sekitar mesin?
6. Seorang teknisi ingin mengukur batang pelanggan pada instalasi TN-C-S yang sedang beroperasi dengan melepas konduktor bumi. Rekannya menjepit tang pembumian pada konduktor bumi dan membaca 1,6 Ω, padahal batang tunggal 3 m di tanah itu diperkirakan sekitar 30 Ω. Nilai kedua rencana dan tafsirkan 1,6 Ω.

Kunci jawaban beralasan

1. Harapan $0{,}0178 \times 40 \times (1/4 + 1/2{,}5) = 0{,}463$ Ω. Setelah dikurangkan, $0{,}64 - 0{,}18 = 0{,}46$ Ω, cocok, jadi lin dan PE utuh dengan penampang sesuai. Tanpa pengurangan, 0,64 Ω tampak 38 % di atas harapan.
2. (a) Simpangan terhadap bacaan tengah −2,2 % dan +2,7 %; daerah datar tercapai, rata-rata 18,6 Ω dicatat. (b) Bacaan naik terus tanpa daerah datar, tanda daerah resistansi tumpang tindih. Hasil tidak dicatat; $D$ diperbesar dan uji geser diulang.
3. Perkiraan $0{,}35 + 0{,}62 = 0{,}97$ Ω; rata-rata terukur 1,90 Ω, hampir dua kali, di luar ketidakpastian alat. $I_\text{pf}$ perkiraan $230/0{,}97 = 237$ A, terukur $230/1{,}90 = 121$ A. Selisihnya menunjuk sambungan buruk di bagian yang tidak tercakup uji $R_1 + R_2$, misalnya terminal masuk MCB atau RCD. Sirkit dibebaskan, sambungan diperiksa, lalu kedua uji diulang sebelum angka dinilai.
4. B. Arus operasi sisa pengenal adalah arus yang harus membuat RCD memutus; RCD yang tidak memutus pada $I_{\Delta\text{n}}$ tidak memberi proteksi pada gangguan berarus kecil, misalnya lewat tubuh di lantai basah. A salah karena uji $5 I_{\Delta\text{n}}$ dan tombol tidak menguji kepekaan. C salah karena catatan PUIL 2020 tentang $5 I_{\Delta\text{n}}$ menyangkut waktu pemutusan pada gangguan logam, bukan alasan mengabaikan kepekaan. D salah karena RCD terlalu peka justru memutus pada $0{,}5 I_{\Delta\text{n}}$. Ini kondisi berhenti.
5. $U_\text{F} = I \times R_\text{A}$. RCD 30 mA: 3,6 V dan 18 V. RCD 100 mA: 12 V dan 60 V. Uji $5 I_{\Delta\text{n}}$ pada RCD 100 mA menaikkan badan mesin di atas 50 V, sehingga alat IEC 61557-6 harus mencegahnya setelah pengukuran awal berarus kecil. Selama uji, semua badan logam yang berbagi PE bertegangan terhadap tanah, jadi tidak boleh disentuh. Angka $R_\text{A} I_{\Delta\text{n}}$, 3,6 V dan 12 V, dicatat untuk dinilai terhadap 411.5.3 pada bab proteksi kejut listrik.
6. Rencana pertama tidak boleh: konduktor bumi yang terlepas dapat memunculkan tegangan berbahaya di celahnya, bahkan dari PEN jaringan; pelepasan hanya saat seluruh instalasi dibebaskan dan dikunci, arus konduktor bumi terukur mendekati nol, dan kontinuitas dibuktikan kembali sebelum dienergikan. Metode jepit membaca lingkar: resistansi batang ditambah paralel pembumian lain, sehingga hasilnya tidak mungkin lebih kecil dari resistansi batang itu. Angka 1,6 Ω jauh di bawah sekitar 30 Ω, jadi tang hampir pasti menjepit lingkar logam, misalnya ikatan pipa air yang kembali ke terminal pembumian utama. Titik jepit dipindah ke konduktor yang hanya menuju batang, atau batang diukur tiga kutub saat instalasi bebas tegangan. Penjepitan itu sendiri sah dilakukan pada instalasi beroperasi oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

Referensi