Skip to content

Search ARSTEMA

Type a chapter, term, symptom, or tool.

    Back to the atlas
    Electrical & Control · Chapter 9Applied

    By Kurnia · Published September 30, 2026 · Revised October 29, 2026 · Version 3 · 24 min read

    Beban tak seimbang, arus netral, dan bahaya netral putus

    Bab ini menjelaskan arus netral sebagai jumlah fasor arus fasa, cara membagi beban satu fasa ke tiga fasa berdasarkan arus dan pola operasi, ukuran konduktor netral menurut PUIL 2020 524.2 dan 523.6, serta mekanisme netral putus yang menggeser titik netral dan menaikkan tegangan beban ringan sampai mendekati √3·U0 (PUIL 2020 442.3). Pencegahan mencakup sambungan netral yang andal, larangan sekering dan sakelar kutub tunggal di netral yang dibumikan langsung (2.9.3 dan 2.12.2), dan pemantauan tegangan fasa-netral; ketidakseimbangan tegangan pada motor tiga fasa dibahas secara kualitatif dengan definisi NEMA MG 1 dan rujukan IEC 60034-26. Contoh kerja menghitung arus netral tiga beban laundry satu fasa dengan faktor daya sama dan berbeda, lalu tegangan tiap beban saat netral putus dengan model resistif. Harmonisa, sistem pembumian, dan prosedur diagnosis dibahas di bab lain.

    This chapter is still in Indonesian. Its English edition will follow.

    Section you’re reading: Chapter opening

    Sebuah laundry kiloan memakai sambungan tiga fasa. Pada suatu sore, lampu ruang setrika meredup setiap kali ketel uap setrika menyala, sementara lampu gudang bersinar sangat terang. Beberapa menit kemudian papan kendali dua mesin cuci satu fasa mati dan berbau hangus, padahal pengering dan pompa tiga fasa tetap bekerja. Voltmeter antarfasa di pintu PHB menunjukkan sekitar 400 V pada ketiga posisi, tidak ada MCB yang trip, dan RCD tidak bereaksi. Belakangan ditemukan terminal netral masuk di PHB longgar dan terbakar. Pemilik bertanya mengapa hanya sebagian alat yang rusak dan mengapa tidak satu pun pengaman bekerja.

    Batas pembahasan

    Bab 8 tentang sistem tiga fasa mengandaikan tiga beban yang sama; di usaha kecil, beban satu fasa tersebar di tiga fasa dengan daya dan jam kerja berbeda. Pembahasan dibatasi pada sistem 230/400 V dengan netral dibumikan di sumber, frekuensi 50 Hz, dan arus sinus. Harmonisa ada di Bab 10, akibat putusnya PEN terhadap tegangan sentuh di Bab 20, batas tanggung jawab dengan operator jaringan di Bab 13, dan prosedur mencari netral putus di Bab 80. Uraian ini bukan instruksi kerja; pengukuran pada sistem bertegangan hanya dilakukan oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur yang sesuai dan APD, seperti dibahas di Bab 14 tentang keselamatan alat ukur.

    Arus netral sebagai jumlah fasor

    Pada beban bintang empat kawat, arus ketiga beban satu fasa kembali lewat satu konduktor netral. Arus netral (neutral current) adalah arus pada konduktor itu, yang menurut hukum arus Kirchhoff di titik bintang sama dengan jumlah ketiga arus fasa. Karena ketiga arus bergeser fase, jumlahnya adalah jumlah fasor seperti di Bab 4, bukan jumlah angka tang ampere:

    IˉN=Iˉ1+Iˉ2+Iˉ3\bar{I}_\text{N} = \bar{I}_1 + \bar{I}_2 + \bar{I}_3

    dengan Iˉk\bar{I}_k fasor arus bernilai efektif pada konduktor lin ke-kk, dalam ampere. Dengan Uˉ1N=230∠0∘\bar{U}_\text{1N}=230\angle 0^\circ V sebagai acuan pada urutan positif, arus beban L2 berpusat di −120° dan arus beban L3 di +120°, lalu masing-masing tertinggal sebesar φk\varphi_k bila bebannya induktif. Bila ketiga beban resistif, seperti elemen pemanas dan setrika, ketiga arus berjarak tepat 120° dan penguraian komponen memberi:

    IN=I12+I22+I32−I1I2−I2I3−I3I1I_\text{N} = \sqrt{I_1^2 + I_2^2 + I_3^2 - I_1 I_2 - I_2 I_3 - I_3 I_1}

    Rumus ini hanya berlaku bila ketiga beban bersudut impedansi sama. Arus fasa terkecil membentuk sistem seimbang tanpa arus netral, dan hanya sisanya yang muncul di netral: arus 20 A, 10 A, dan 5 A setara dengan sistem seimbang 5 A ditambah sisa 15 A dan 5 A. Karena itu arus netral beban bersudut sama tidak pernah melebihi arus fasa terbesar; nilai tertinggi tercapai saat hanya satu fasa dibebani, atau dua fasa dibebani sama dan fasa ketiga kosong.

    Bila faktor daya berbeda, arus netral dapat melebihi arus fasa terbesar (Contoh 4) atau justru berkurang (Contoh 1), sehingga tidak dapat disimpulkan dari tiga angka tang ampere; yang dipercaya adalah pengukuran langsung pada netral oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur yang sesuai dan APD (Bab 16), atau hitungan fasor dengan faktor daya tiap beban. Harmonik kelipatan tiga dari catu daya elektronik dan lampu LED tidak saling meniadakan di netral, melainkan menjumlah, sehingga arus netral dapat melampaui arus fasa walaupun ketiga fasa tampak seimbang.

    Membagi beban satu fasa ke tiga fasa

    PUIL 2020 Bagian 2 memasukkan keseimbangan beban ke dalam perhitungan teknis desain yang dibuat bila dianggap perlu, meminta diagram garis tunggal menyebut jenis, besar, dan pembagian beban (2.1.2.3 c dan e), dan pada contoh kebutuhan maksimum memakai fasa terberat sebagai acuan. Kabel, pengaman, dan pembatas arus bekerja per konduktor, sehingga fasa terberat yang pertama mencapai batas: instalasi dengan satu fasa 32 A dan dua fasa 12 A tidak memakai kapasitas tiga fasanya dengan baik, walaupun jumlah arusnya sama dengan tiga fasa masing-masing 18,7 A.

    Bagian PUIL 2020 yang tersedia tidak memberi angka target selisih arus antarfasa. Ukuran yang dipakai di sini adalah ketidakseimbangan arus (current unbalance) uIu_I, berbentuk sama dengan definisi ketidakseimbangan tegangan NEMA di bagian motor:

    uI=100×max⁡∣Ik−Irata∣Irata %,Irata=I1+I2+I33u_I = 100 \times \frac{\max\left|I_k - I_\text{rata}\right|}{I_\text{rata}}\ \%, \qquad I_\text{rata} = \frac{I_1 + I_2 + I_3}{3}

    Sebagai target kerja, bukan norma, uIu_I diusahakan tidak lebih dari sekitar 10% pada pola beban puncak; pada beban resistif, arus fasa 1,1; 1,0; dan 0,9 kali rata-rata memberi arus netral sekitar 0,17 kali arus rata-rata. Target ini sering tidak tercapai pada usaha kecil; yang wajib tetap bahwa arus fasa terberat berada dalam kemampuan kabel, pengaman, dan sambungan. Beban satu fasa dibagi dengan langkah berikut:

    1. Daftar setiap beban satu fasa dengan arusnya (daya pengenal dibagi 230 V, atau pelat nama), bukan dengan menghitung titik atau MCB.
    2. Tandai pola operasinya: beban yang bekerja terus pada jam sibuk (ketel uap setrika, pemanas air, lampu) atau bersiklus (pemanas mesin cuci).
    3. Pisahkan beban tiga fasa seimbang, yang arusnya tidak memengaruhi pembagian; mesin tiga fasa yang memakai netral untuk papan kendali 230 V hampir tidak memengaruhi keseimbangan, tetapi tetap ikut terkena bila netral putus.
    4. Urutkan beban satu fasa dari yang terbesar, lalu tempatkan setiap beban ke fasa yang saat itu paling ringan.
    5. Hitung arus tiap fasa, uIu_I, dan arus netral, dengan fasor bila faktor daya beban sangat berbeda.
    6. Verifikasi dengan pengukuran arus fasa dan netral pada jam sibuk oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur yang sesuai dan APD, lalu perbarui diagram garis tunggal setiap kali mesin ditambah atau dipindah.

    Ukuran konduktor netral

    PUIL 2020 Bagian 5-52, 524.2, mengatur luas penampang netral bila tidak ada informasi yang lebih akurat. Netral sekurang-kurangnya sama dengan konduktor lin pada sirkit satu fasa dua kawat berapa pun ukurannya, pada sirkit multifase dengan konduktor lin sampai 16 mm² tembaga atau 25 mm² aluminium, dan pada sirkit tiga fasa dengan distorsi harmonik ketiga dan kelipatan ganjilnya antara 15% dan 33% (524.2.1). Di atas 33%, netral kabel multiinti dipilih agar mampu menghantar 1,45 kali arus desain lin (524.2.2). Netral yang lebih kecil hanya diizinkan pada sirkit multifase di atas 16 mm² tembaga bila bersamaan: beban normal seimbang dengan harmonik ketiga tidak lebih dari 15%, netral diproteksi arus lebih menurut 431.2, dan netral tidak kurang dari 16 mm² tembaga atau 25 mm² aluminium (524.2.3).

    Untuk ketidakseimbangan pada frekuensi dasar, 523.6.2 menjelaskan mengapa netral berukuran sama sudah cukup: panas dari arus netral diimbangi berkurangnya panas pada fasa yang lebih ringan, sehingga netral dipilih berdasarkan arus lin tertinggi. Selama arus netral juga diperkirakan tidak melebihi arus lin, 431.2.1 tidak mensyaratkan deteksi arus lebih pada netral; bila harmonik dapat membuat arus netral melampaui kemampuan hantarnya, berlaku 431.2.3.

    Netral putus pada sistem bintang

    Selama netral utuh, titik bintang beban dipaku pada potensial netral sumber, dan setiap beban menerima sekitar 230 V apa pun arusnya. Bila netral terputus di hulu beban, titik bintang beban (N′) kehilangan acuan itu, dan potensialnya ditentukan oleh perbandingan admitansi beban. Admitansi (admittance) adalah kebalikan impedansi, Yˉ=1/Zˉ\bar{Y}=1/\bar{Z}, dalam siemens (S); untuk beban resistif, Y=1/RY=1/R. Hukum arus Kirchhoff di N′ (teorema Millman) memberi tegangan pergeseran titik netral:

    UˉN’N=Uˉ1NYˉ1+Uˉ2NYˉ2+Uˉ3NYˉ3Yˉ1+Yˉ2+Yˉ3,Uˉk′=UˉkN−UˉN’N\bar{U}_\text{N'N} = \frac{\bar{U}_\text{1N}\bar{Y}_1 + \bar{U}_\text{2N}\bar{Y}_2 + \bar{U}_\text{3N}\bar{Y}_3}{\bar{Y}_1 + \bar{Y}_2 + \bar{Y}_3}, \qquad \bar{U}'_k = \bar{U}_\text{kN} - \bar{U}_\text{N'N}

    dengan UˉkN\bar{U}_\text{kN} tegangan fasa sumber dan Uˉk′\bar{U}'_k tegangan yang diterima beban ke-kk. Asumsinya: sumber kaku, impedansi kabel diabaikan, impedansi beban tetap, putus terjadi di hulu semua beban, dan tidak ada jalur lain dari N′ ke bumi. Pembilang rumus itu sama dengan arus netral sebelum netral putus, karena saat itu Iˉk=UˉkNYˉk\bar{I}_k=\bar{U}_\text{kN}\bar{Y}_k, sehingga UˉN’N=IˉN/∑Yˉ\bar{U}_\text{N'N}=\bar{I}_\text{N}/\sum\bar{Y}: makin besar arus netral normal dan makin ringan total bebannya, makin jauh titik netral bergeser.

    Titik N′ bergeser ke arah fasa yang bebannya paling berat; beban berat menerima tegangan rendah dan beban ringan tegangan tinggi. Pada beban resistif, bobot Yk/∑YY_k/\sum Y semuanya positif, sehingga N′ berada di dalam segitiga ujung ketiga fasor tegangan fasa, dan tegangan satu beban tidak melebihi sisi segitiga itu, 3 U0≈400\sqrt{3}\,U_0\approx400 V. Beban kecil, misalnya papan kendali elektronik, yang berhadapan dengan beban besar pada fasa lain menerima hampir 400 V. PUIL 2020 Bagian 4-44, 442.3, meminta hal ini dipertimbangkan: bila netral sistem multifase TN atau TT terputus, isolasi dan komponen berating tegangan lin ke netral dapat terkena tegangan lin ke lin, sampai 3 U0\sqrt{3}\,U_0.

    Batas ini hanya berlaku bila semua beban bersudut impedansi sama. Bila faktor dayanya berbeda, bobotnya kompleks dan N′ dapat keluar dari segitiga: dalam model impedansi tetap, pemanas 10 A di L1, motor 10 A berfaktor daya 0,5 di L3, dan papan kendali kecil di L2 memberi papan kendali sekitar 460 V, sedangkan pada urutan fasa terbalik tegangannya jauh lebih rendah. Karena itu 3 U0\sqrt{3}\,U_0 adalah angka rancangan PUIL, bukan batas matematis untuk semua beban.

    Inilah jawaban pertanyaan pemilik laundry. Alat yang rusak berada pada fasa yang ringan saat itu, sedangkan beban pada fasa berat kekurangan tegangan, sehingga lampu meredup dan motor satu fasa melambat serta memanas. Mesin tiga fasa tanpa netral tidak terpengaruh dan voltmeter antarfasa tetap menunjukkan 400 V, karena tegangan antarfasa tidak berubah; hanya pengukuran fasa-netral yang memperlihatkan masalahnya. MCB tidak trip karena beban kini tersambung seri berpasangan melintasi 400 V: arus beban berat justru turun, dan arus beban ringan naik tetapi tetap jauh di bawah arus pengenal MCB. RCD tidak bereaksi karena semua arus tetap masuk dan keluar lewat konduktor yang melewatinya, sehingga tidak ada arus sisa ke bumi.

    Konduktor netral di hilir titik putus juga tidak lagi bertegangan nol terhadap bumi, melainkan ∣UˉN’N∣|\bar{U}_\text{N'N}|, yang pada beban resistif dapat mendekati tegangan fasa dan pada campuran pemanas dan motor dapat melampauinya. Bila yang putus adalah konduktor PEN di hulu titik pemisahan PE dan N, akibatnya lebih berat. PUIL 2020 menyebut TN-C-S sebagai sistem yang umumnya berlaku di Indonesia (411.4), dan catatan 411.4.1 menyebut pembumian PEN pada banyak titik untuk mengurangi risiko putusnya PEN. Arus netral lalu mencari jalan lewat konduktor proteksi, elektrode bumi, dan logam yang terikat, sehingga rangka mesin cuci dapat bertegangan terhadap lantai basah (Bab 20).

    Mencegah netral putus

    Pencegahan pertama adalah sambungan. PUIL 2020 526.1 meminta sambungan konduktor memberi kontinuitas listrik yang awet serta kekuatan mekanis dan proteksi yang memadai. Pada netral syarat ini lebih menentukan, karena satu terminal netral masuk yang longgar memengaruhi seluruh beban satu fasa di PHB itu. Torsi terminal sesuai data pabrikan, sepatu kabel yang cocok dengan ukuran dan bahan konduktor, rel netral yang tidak dijejali, dan pemeriksaan berkala terhadap perubahan warna atau panas (Bab 81) mencegah sebagian besar kejadian.

    Pencegahan kedua adalah tidak memasang gawai yang dapat membuka netral sendirian. PUIL 2020 Bagian 2, 2.9.3.1, melarang sekering di konduktor netral yang dibumikan secara langsung. Klausul 2.12.2 melarang sakelar atau pemutus sirkit beroperasi pada netral sirkit cabang yang netralnya dibumikan langsung, kecuali sakelar kutub banyak yang memiliki kontak netral atau sakelar yang terkait sehingga kontak netral tidak dapat tetap terbuka ketika kontak aktif tertutup. Bagian 4-43, 431.3, menambahkan bahwa netral yang harus diputus tidak boleh terbuka sebelum konduktor lin dan harus tersambung kembali bersamaan atau lebih dulu, dan 411.4.3 melarang gawai sakelar atau isolasi pada konduktor PEN. Sekering netral yang putus atau sakelar kutub tunggal di netral meninggalkan fasa bertegangan dan, pada sirkit multifase, menciptakan netral putus.

    Pencegahan ketiga adalah pemantauan: relai pemantau tegangan yang mengukur ketiga tegangan fasa-netral dan memutus kontaktor sirkit satu fasa bila salah satunya keluar dari rentang setelan. Voltmeter panel dengan sakelar pemilih sebaiknya memiliki posisi fasa-netral. Pemantauan tidak menggantikan sambungan yang baik.

    Ketidakseimbangan tegangan dan motor tiga fasa

    Ketidakseimbangan tegangan (voltage unbalance) adalah keadaan tegangan antarfasa di terminal motor tidak sama besar, berbeda dari netral putus yang tidak mengubah tegangan antarfasa. Penyebabnya antara lain arus fasa tak seimbang yang melewati impedansi trafo dan kabel, sambungan fasa yang longgar, atau satu tahap bank kapasitor yang sekeringnya putus. NEMA MG 1 mendefinisikan persen ketidakseimbangan tegangan sebagai 100 kali simpangan terbesar dari rata-rata tegangan antarfasa dibagi rata-rata itu:

    uU=100×max⁡∣Uk−Urata∣Urata %,Urata=U12+U23+U313u_U = 100 \times \frac{\max\left|U_k - U_\text{rata}\right|}{U_\text{rata}}\ \%, \qquad U_\text{rata} = \frac{U_{12} + U_{23} + U_{31}}{3}

    Standar IEC memakai perbandingan komponen urutan negatif terhadap urutan positif, yang untuk ketidakseimbangan kecil memberi angka berdekatan. IEC 60034-26:2026 menguraikan akibat tegangan tak seimbang pada motor induksi sangkar tiga fasa, dan edisi kedua ini menegaskan bahwa tegangan yang dimaksud adalah tegangan antarfasa.

    Komponen urutan negatif membentuk medan putar yang berlawanan dengan rotor. Terhadap medan itu slip rotor hampir 2, sehingga impedansinya rendah seperti saat asut, dan tegangan kecil sudah menarik arus besar yang memanaskan rotor dan stator tanpa menambah torsi. Perkiraan kasar yang merujuk NEMA MG 1 menyebut ketidakseimbangan arus pada kecepatan kerja sekitar 6 sampai 10 kali persen ketidakseimbangan tegangan, dan persen kenaikan suhu belitan kira-kira dua kali kuadrat persen ketidakseimbangan tegangan; keduanya bukan rumus desain. NEMA MG 1 juga memberi kurva penurunan rating daya motor dan tidak menganjurkan operasi di atas 5%; rinciannya ada di Bab 41 tentang data motor lanjutan.

    Di laundry, motor washer-extractor (Bab 10 · Laundry) dan kipas pengering yang bekerja dekat beban penuh pada instalasi yang beban satu fasanya tak seimbang dapat memanas tanpa terlihat dari tegangan rata-rata. Menaikkan setelan relai beban lebih karena sering trip menutupi gejala ini, bukan memperbaikinya.

    Contoh kerja

    Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Setiap pengukuran yang disebut dilakukan oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur yang sesuai dan APD.

    Contoh 1: arus netral dari tiga beban laundry satu fasa. Sebuah sub-PHB laundry memasok ketel uap setrika 4,6 kW pada L1, mesin cuci satu fasa pada L2, dan pemanas air 1,15 kW pada L3, pada 230 V dan urutan positif. Ketel dan pemanas air resistif, I1=4 600/230=20I_1=4\,600/230=20 A dan I3=1 150/230=5I_3=1\,150/230=5 A, dan mesin cuci pada tahap pemanasan dianggap resistif dengan I2=10I_2=10 A (kasus A):

    IˉN=20∠0∘+10∠−120∘+5∠120∘=(20−5−2,5)+j(0−8,66+4,33)=12,5−j4,33 A,IN=12,52+4,332=13,2 A\bar{I}_\text{N} = 20\angle 0^\circ + 10\angle -120^\circ + 5\angle 120^\circ = (20 - 5 - 2{,}5) + j(0 - 8{,}66 + 4{,}33) = 12{,}5 - j4{,}33\ \text{A}, \qquad I_\text{N} = \sqrt{12{,}5^2 + 4{,}33^2} = 13{,}2\ \text{A}

    Rumus besaran memberi hasil sama, 400+100+25−200−50−100=175=13,2\sqrt{400+100+25-200-50-100}=\sqrt{175}=13{,}2 A. Ketidakseimbangannya besar: Irata=35/3=11,7I_\text{rata}=35/3=11{,}7 A, simpangan terbesar 20−11,7=8,320-11{,}7=8{,}3 A, dan uI=100×8,3/11,7=71u_I=100\times8{,}3/11{,}7=71%. Menukar pemanas air dan mesin cuci tidak menolong, karena ketel 20 A sendirian melebihi jumlah dua beban lain; perbaikannya ketel tiga fasa dengan tiga elemen sama, atau memindahkan beban lain ke L2 dan L3. Pada tahap cuci (kasus B) pemanas mati dan motor bekerja; arus L2 diandaikan tetap 10 A dengan faktor daya 0,8 induktif, sehingga φ2=arccos⁡0,8=36,9∘\varphi_2=\arccos 0{,}8=36{,}9^\circ dan sudut arusnya −120∘−36,9∘=−156,9∘-120^\circ-36{,}9^\circ=-156{,}9^\circ:

    Iˉ2=10∠−156,9∘=−9,20−j3,93 A,IˉN=(20−9,20−2,5)+j(0−3,93+4,33)=8,30+j0,40 A,IN=8,3 A\bar{I}_2 = 10\angle -156{,}9^\circ = -9{,}20 - j3{,}93\ \text{A}, \qquad \bar{I}_\text{N} = (20 - 9{,}20 - 2{,}5) + j(0 - 3{,}93 + 4{,}33) = 8{,}30 + j0{,}40\ \text{A}, \qquad I_\text{N} = 8{,}3\ \text{A}

    Angka tang ampere sama dengan kasus A, tetapi arus netral turun dari 13,2 A ke 8,3 A karena arus L2 berputar mendekati arah berlawanan dengan arus L1.

    Contoh 2: tegangan pada tiap beban saat netral putus. Beban kasus A pada Contoh 1 tetap bekerja ketika terminal netral masuk sub-PHB terlepas. Beban dimodelkan sebagai resistor tetap; kenaikan resistansi karena suhu diabaikan:

    R1=23020=11,5 Ω,R2=23010=23 Ω,R3=2305=46 Ω;Y1=0,0870 S,Y2=0,0435 S,Y3=0,0217 S,∑Y=0,1522 SR_1 = \frac{230}{20} = 11{,}5\ \Omega, \quad R_2 = \frac{230}{10} = 23\ \Omega, \quad R_3 = \frac{230}{5} = 46\ \Omega; \qquad Y_1 = 0{,}0870\ \text{S}, \quad Y_2 = 0{,}0435\ \text{S}, \quad Y_3 = 0{,}0217\ \text{S}, \quad \sum Y = 0{,}1522\ \text{S}

    Pembilang rumus Millman sama dengan arus netral normal:

    UˉN’N=12,5−j4,330,1522=82,1−j28,5 V=86,9∠−19,1∘ V\bar{U}_\text{N'N} = \frac{12{,}5 - j4{,}33}{0{,}1522} = 82{,}1 - j28{,}5\ \text{V} = 86{,}9\angle -19{,}1^\circ\ \text{V}

    Titik netral bergeser hampir 87 V ke arah L1, fasa terberat, dan konduktor netral di sisi beban kini bertegangan sekitar 87 V terhadap bumi. Tegangan beban Uˉk′=UˉkN−UˉN’N\bar{U}'_k=\bar{U}_\text{kN}-\bar{U}_\text{N'N} dan daya relatifnya (U′/230)2(U'/230)^2:

    U1′=150,6 V (0,43 kali daya pengenal),U2′=260,8 V (1,29 kali),U3′=301,1 V (1,71 kali)U'_1 = 150{,}6\ \text{V}\ (0{,}43\ \text{kali daya pengenal}), \qquad U'_2 = 260{,}8\ \text{V}\ (1{,}29\ \text{kali}), \qquad U'_3 = 301{,}1\ \text{V}\ (1{,}71\ \text{kali})

    Pemanas air bekerja pada 171% daya pengenalnya, papan kendali mesin cuci menerima 261 V, di atas batas +10% (253 V) yang dibahas di Bab 4, dan ketel uap kekurangan daya. Arus fasa menjadi 13,1 A, 11,3 A, dan 6,5 A, masih jauh di bawah arus pengenal MCB sirkitnya. Pada kasus ekstrem hanya ketel uap 4,6 kW di L1 dan papan kendali 20 W di L3 yang bekerja. Resistansi setara papan kendali 2302/20=2 645230^2/20=2\,645 Ω, dan kedua beban seri melintasi tegangan antarfasa 3×230=398,4\sqrt{3}\times230=398{,}4 V:

    Upapan=398,4×2 6452 645+11,5=396,6 V,Uketel=398,4×11,52 645+11,5=1,7 VU_\text{papan} = 398{,}4 \times \frac{2\,645}{2\,645 + 11{,}5} = 396{,}6\ \text{V}, \qquad U_\text{ketel} = 398{,}4 \times \frac{11{,}5}{2\,645 + 11{,}5} = 1{,}7\ \text{V}

    Papan kendali menerima hampir 3 U0\sqrt{3}\,U_0, keadaan yang disebut PUIL 2020 442.3, dan netral di sisi beban bertegangan sekitar 229 V terhadap bumi. Model ini mengabaikan bahwa motor yang tegangannya turun menarik arus lebih besar, catu daya elektronik menarik arus lebih kecil saat tegangannya naik, dan varistor pelindung dapat terhubung singkat.

    Contoh 3: membagi ulang enam beban laundry hotel. Sub-PHB laundry sebuah hotel memasok enam beban satu fasa yang dianggap resistif: ketel uap setrika 4,6 kW, pemanas air dan mesin cuci tahap pemanasan masing-masing 2,3 kW, setrika uap 1,84 kW, setrika tangan 1,38 kW, dan beban kecil 0,92 kW, yaitu 20, 10, 10, 8, 6, dan 4 A pada 230 V. Susunan lama, dua MCB per fasa, memberi 28, 16, dan 14 A; rata-ratanya 19,3 A, uIu_I = 45%, dan INI_\text{N} = 13,1 A. Langkah 4 metode pembagian menaruh 20 A di L1, 10 dan 8 A di L2, serta 10, 6, dan 4 A di L3, sehingga arus fasa menjadi 20, 18, dan 20 A, uIu_I = 6,9%, dan INI_\text{N} = 2,0 A; jumlah MCB per fasa kini tidak sama, tetapi fasa terberat turun dari 28 A ke 20 A.

    Contoh 4: pemanas dan motor kipas di dua fasa. Di ruang laundry sebuah hotel, pemanas 15 A berfaktor daya 1 bekerja di L1 dan motor kipas satu fasa yang hampir tanpa beban, 12 A berfaktor daya 0,5, bekerja di L3; L2 kosong. Arus motor tertinggal 60°, sehingga sudutnya 120∘−60∘=60∘120^\circ-60^\circ=60^\circ:

    IˉN=15∠0∘+12∠60∘=21,0+j10,4 A,IN=23,4 A\bar{I}_\text{N} = 15\angle 0^\circ + 12\angle 60^\circ = 21{,}0 + j10{,}4\ \text{A}, \qquad I_\text{N} = 23{,}4\ \text{A}

    Rumus besaran, yang tidak berlaku untuk sudut beban berbeda, memberi angka keliru 225+144−180=13,7\sqrt{225+144-180}=13{,}7 A. Arus netral 23,4 A melebihi arus fasa terbesar, padahal 431.2.1 mengandaikan arus netral tidak melebihi arus lin. Teknisi melaporkan temuan ini kepada perancang untuk menilai kemampuan hantar netral.

    Contoh 5: ukuran netral sirkit beban elektronik. Sirkit tiga fasa ruang administrasi sebuah rumah sakit memasok lampu LED dan komputer dengan arus desain lin IBI_\text{B} = 40 A dan konduktor lin tembaga 10 mm². Pada distorsi harmonik ketiga 25%, netral sekurang-kurangnya 10 mm², sama dengan lin (524.2.1); pada 40%, netral kabel multiinti dipilih agar mampu menghantar (524.2.2):

    1,45×IB=1,45×40=58 A1{,}45 \times I_\text{B} = 1{,}45 \times 40 = 58\ \text{A}

    Ukuran untuk 58 A dipilih perancang dari tabel kemampuan hantar arus. Teknisi memastikan netral terpasang tidak lebih kecil dari lin dan melaporkan netral yang panas.

    Contoh 6: tegangan tak seimbang pada motor kipas pengering. Relai beban lebih motor kipas pengering di laundry hotel sering trip, dan tegangan antarfasa di terminal motor terbaca 402, 398, dan 380 V. Dengan definisi NEMA MG 1:

    uU=100×393,3−380393,3=3,4 %u_U = 100 \times \frac{393{,}3 - 380}{393{,}3} = 3{,}4\ \%

    Perkiraan kasar memberi kenaikan suhu belitan sekitar 2×3,42≈232\times3{,}4^2\approx23% dan ketidakseimbangan arus 6 sampai 10 kali, sekitar 20 sampai 34%; walau 3,4% masih di bawah 5%, pemanasan itu dapat membuat relai trip pada motor yang bekerja dekat beban penuh. Motor dihentikan sesuai Kondisi berhenti 6, penyebabnya dicari (arus beban satu fasa per fasa, sambungan fasa, sekering tahap kapasitor), dan setelan relai tidak dinaikkan.

    Kondisi berhenti

    Hentikan pemakaian dan jangan melanjutkan pemeriksaan bertegangan bila salah satu keadaan berikut ditemukan. Pemeriksaan dan perbaikan sesudahnya dikerjakan personel kompeten menurut prosedur kerja aman (Bab 76).

    1. Tegangan satu fasa terhadap netral naik bersamaan dengan turunnya tegangan fasa lain, atau lampu satu fasa terang-redup mengikuti beban di fasa lain. Keadaan ini dianggap netral putus sampai terbukti bukan, dan beban satu fasa dilepas dengan gawai yang memutus semua kutub sebelum pemeriksaan dilanjutkan.
    2. Konduktor netral di hilir titik yang dicurigai putus dianggap bertegangan terhadap bumi. Konduktor itu tidak disentuh, dilepas, atau disambung ulang sebelum sirkit diisolasi dan diverifikasi bebas tegangan menurut prosedur kerja aman.
    3. Terminal atau rel netral berubah warna, meleleh, berbau hangus, atau lebih panas dari terminal fasa. PHB dikeluarkan dari operasi; terminal tidak dikencangkan dalam keadaan bertegangan.
    4. Orang merasakan kesemutan dari rangka mesin atau logam lain, atau alat ukur mendeteksi tegangan pada konduktor proteksi, yang dapat berarti PEN putus. Orang dijauhkan dari rangka mesin dan lantai basah, instalasi dikeluarkan dari operasi, dan operator jaringan dihubungi bila titiknya di sisi sambungan pelanggan.
    5. Ditemukan sekering tunggal atau sakelar kutub tunggal pada netral. Gawai itu tidak dioperasikan dan dicatat untuk diganti oleh orang kompeten sesuai 2.9.3 dan 2.12.2.
    6. Motor tiga fasa panas atau relai beban lebih sering trip dengan arus fasa yang jelas berbeda. Motor dihentikan dan ketidakseimbangan tegangan diperiksa; setelan relai tidak dinaikkan.
    7. Peralatan yang sudah terkena tegangan lebih tidak dinyalakan ulang sebelum diperiksa.

    Salah tafsir yang sering terjadi

    Guess what’s wrong first, then open the explanation.

    Common misconception

    Instalasi seimbang bila jumlah titik atau MCB di tiap fasa sama.

    Why is it wrong?

    Cara ini masih dipakai buku ajar instalasi untuk membagi beban studi kasus. Keseimbangan ditentukan oleh arus pada pola operasi nyata; satu kotak kontak yang memasok setrika 2 kW menarik arus lebih besar daripada sepuluh titik lampu LED.

    Common misconception

    Voltmeter antarfasa normal berarti tegangan normal.

    Why is it wrong?

    Voltmeter panel antara dua fasa, seperti yang dicontohkan buku ajar tadi, tidak memperlihatkan netral putus, karena netral putus tidak mengubah tegangan antarfasa.

    Common misconception

    RCD atau MCB akan memutus bila netral putus.

    Why is it wrong?

    Keduanya tidak mendeteksi tegangan lebih. Arus beban berat turun, arus beban ringan naik tetapi tetap kecil, dan tidak ada arus sisa ke bumi.

    Common misconception

    Sekering di netral menambah keamanan.

    Why is it wrong?

    PUIL 2020 2.9.3.1 melarangnya pada netral yang dibumikan langsung. Sekering netral yang putus meninggalkan fasa bertegangan dan menimbulkan netral putus.

    Hubungan dengan bab lain

    Prasyaratnya Bab 1 (pembagi tegangan resistif), Bab 4 (fasor dan batas +10%), Bab 6 (faktor daya), dan Bab 8 (sistem tiga fasa); motor tiga fasa di Bab 52, yang tidak memakai netral, tidak terpengaruh netral putus, tetapi terpengaruh ketidakseimbangan tegangan. Lanjutannya Bab 10 (harmonisa), Bab 16 (tang ampere), Bab 41 (data motor lanjutan), Bab 47 (proteksi motor dan relai fasa), Bab 20 (sistem pembumian), dan Bab 80 (urutan diagnosis netral putus). Kerangka berpikir berhenti ada di Bab 1 · Keselamatan, dan beban mesin cuci di Bab 10 · Laundry tentang washer-extractor.

    Latihan dan pembahasan

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

    Try to answer first, then open the worked solution.

    1. Pengukuran pada jam sibuk membaca arus L1 18 A, L2 14 A, dan L3 9 A. Semua beban resistif (setrika dan pemanas). Hitung arus netral dan uIu_I, lalu, bila di L1 ada satu setrika 920 W yang dapat dipindah, tentukan fasa tujuan yang paling memperbaiki keseimbangan.

      See the worked solution

      IN=182+142+92−18×14−14×9−9×18=61=7,8I_\text{N}=\sqrt{18^2+14^2+9^2-18\times14-14\times9-9\times18}=\sqrt{61}=7{,}8 A, Irata=41/3=13,67I_\text{rata}=41/3=13{,}67 A, dan simpangan terbesar ada di L3, 13,67−9=4,6713{,}67-9=4{,}67 A (lebih besar dari 18−13,67=4,3318-13{,}67=4{,}33 A), sehingga uI=100×4,67/13,67=34u_I=100\times4{,}67/13{,}67=34%. Setrika 920 W menarik 920/230=4,0920/230=4{,}0 A; memindahkannya dari L1 ke L3 memberi 14, 14, dan 13 A, dengan IN=1=1,0I_\text{N}=\sqrt{1}=1{,}0 A dan uI=100×0,67/13,67=4,9u_I=100\times0{,}67/13{,}67=4{,}9%. Pemindahan dari L1 ke L2 memberi 14, 18, dan 9 A, yang hanya memindahkan masalah.

    2. Pada instalasi di pembuka bab, voltmeter antarfasa membaca 400, 399, dan 401 V. Mengapa kesimpulan "tegangan normal" keliru, dan pengukuran apa yang memperlihatkan masalahnya?

      See the worked solution

      Netral putus menggeser titik netral beban tetapi tidak mengubah tegangan antarfasa, yang ditentukan sumber, sehingga voltmeter antarfasa tetap membaca sekitar 400 V. Yang memperlihatkan masalah adalah tegangan tiap fasa terhadap netral di sisi beban: satu atau dua fasa tinggi, sisanya rendah, dan angkanya berubah mengikuti hidup-matinya beban; keadaan ini memenuhi Kondisi berhenti 1.

    3. Netral sebuah sub-PHB putus ketika hanya dua beban bekerja: setrika 2,3 kW pada L1 dan beban 460 W pada L2 yang dianggap resistif; L3 kosong. Hitung tegangan dan daya pada beban 460 W.

      See the worked solution

      R1=2302/2 300=23R_1=230^2/2\,300=23 Ω dan R2=2302/460=115R_2=230^2/460=115 Ω; tanpa netral dan dengan L3 kosong, kedua beban seri melintasi U12=398U_{12}=398 V. U2=398×115/(23+115)=332U_2=398\times115/(23+115)=332 V dan U1=398−332=66U_1=398-332=66 V, sehingga daya beban 460 W menjadi 3322/115=958332^2/115=958 W, sekitar 2,1 kali pengenalnya. Beban ringan menerima tegangan tinggi karena resistansinya lebih besar, sesuai pergeseran titik netral ke arah beban berat.

    4. Seorang teknisi mengusulkan MCB kutub tunggal tambahan pada netral sirkit satu fasa di instalasi TN-C-S "supaya netral juga terlindungi". Pilih jawaban: (a) boleh bila arus pengenalnya sama dengan MCB fasa; (b) tidak boleh, karena gawai kutub tunggal di netral yang dibumikan langsung dilarang; (c) boleh asal sirkit dilindungi RCD. Jelaskan.

      See the worked solution

      Jawaban (b). Menurut 2.9.3.1 dan 2.12.2, sekering dan sakelar kutub tunggal tidak boleh dipasang atau beroperasi pada netral yang dibumikan langsung, kecuali gawai kutub banyak dengan kontak netral atau gawai yang menjamin netral tidak terbuka sementara fasa tertutup. Pilihan (a) keliru karena arus pengenal yang sama tidak mencegah netral terbuka sendirian, dan (c) keliru karena RCD tidak mencegah fasa tetap bertegangan saat netral terbuka.

    5. Pengukuran membaca tegangan antarfasa di terminal motor washer-extractor 404, 396, dan 389 V. Hitung persen ketidakseimbangan menurut NEMA MG 1, perkirakan kenaikan suhu belitan dan ketidakseimbangan arus dengan perkiraan kasar di atas, dan sebutkan yang diperiksa sebelum setelan relai beban lebih diubah.

      See the worked solution

      Rata-rata (404+396+389)/3=396,3(404+396+389)/3=396{,}3 V, simpangan terbesar 404−396,3=7,7404-396{,}3=7{,}7 V (lebih besar dari 396,3−389=7,3396{,}3-389=7{,}3 V), dan ketidakseimbangan 100×7,7/396,3=1,9100\times7{,}7/396{,}3=1{,}9%. Perkiraan kasar memberi kenaikan suhu belitan sekitar 2×1,92≈72\times1{,}9^2\approx7 sampai 8% dan ketidakseimbangan arus 6 sampai 10 kali, sekitar 12 sampai 19%; angka 1,9% di bawah batas operasi 5%, tetapi motor yang bekerja dekat beban penuh tetap dapat panas. Sebelum menyentuh setelan relai, periksa penyebabnya: arus beban satu fasa per fasa, sambungan fasa yang longgar, dan sekering tahap kapasitor.

    6. Sirkit utama tiga fasa laundry memakai kabel tembaga 25 mm² dan memasok terutama setrika, mesin cuci satu fasa, dan lampu LED. Perancang mengusulkan netral 16 mm² karena "arus netral kecil". Apakah usulan itu sesuai PUIL 2020? Jelaskan.

      See the worked solution

      Tidak sesuai. Netral lebih kecil pada sirkit di atas 16 mm² tembaga hanya diizinkan bila beban dalam layanan normal seimbang dan harmonik ketiga tidak lebih dari 15%, netral diproteksi arus lebih, dan netral tidak kurang dari 16 mm² (524.2.3). Beban laundry yang didominasi beban satu fasa tidak seimbang, dan lampu LED serta catu elektronik menambah harmonik, sehingga netral dibuat 25 mm², sama dengan lin, yang menurut 523.6.2 dipilih berdasarkan arus lin tertinggi.

    Referensi

    External sources

    • IEC 60038:2009+AMD1:2021 CSV, IEC standard voltageswebstore.iec.ch
    • IEC 60034-26:2026 (Ed. 2.0), Rotating electrical machines, Part 26: Effects of unbalanced voltages on the performance of three-phase cage induction motorswebstore.iec.ch
    • ANSI/NEMA MG 00001-2024, Motors and Generators (revisi MG 1-2021)webstore.ansi.org

    Revision history

    DateVersionChange
    October 29, 20263Revised to the chapter standard
    October 20, 20262Expanded in wave R10: worked examples, stop conditions, and cross-chapter references
    September 30, 20261First published

    How to cite

    Kurnia (2026). Beban tak seimbang, arus netral, dan bahaya netral putus. ARSTEMA Academy. Revised October 29, 2026. arstema.com/academy/konsep/beban-tak-seimbang-arus-netral-dan-bahaya-netral-putus

    Self-check · 3 questions

    Check your understanding before moving on

    Write your answer in your own words, then compare it with the worked solution from this chapter’s exercises. The system doesn’t judge open answers as right or wrong; you decide which parts you’ve understood.

    0/3rated
    1

    Pengukuran pada jam sibuk membaca arus L1 18 A, L2 14 A, dan L3 9 A. Semua beban resistif (setrika dan pemanas). Hitung arus netral dan uIu_I, lalu, bila di L1 ada satu setrika 920 W yang dapat dipindah, tentukan fasa tujuan yang paling memperbaiki keseimbangan.

    2

    Pada instalasi di pembuka bab, voltmeter antarfasa membaca 400, 399, dan 401 V. Mengapa kesimpulan "tegangan normal" keliru, dan pengukuran apa yang memperlihatkan masalahnya?

    3

    Netral sebuah sub-PHB putus ketika hanya dua beban bekerja: setrika 2,3 kW pada L1 dan beban 460 W pada L2 yang dianggap resistif; L3 kosong. Hitung tegangan dan daya pada beban 460 W.

    Self-assessment progress0%

    Nearby chapters

    NextHarmonisa: sumber, ukuran, dan akibatnya

    Reading order by shelf: Electrical & Control · Chapter 10.

    PreviousSistem tiga fasa: bintang-segitiga, urutan fasa, dan daya

    Reading order by shelf: Electrical & Control · Chapter 8.

    Same disciplineTegangan, arus, resistansi, dan daya

    Bab lain dalam Teknik Elektro dan Elektronika.