Rangkaian dan perkabelan alarm kebakaran: sirkit zona dan resistor akhir saluran, kelas A dan B, loop beralamat dan isolator hubung singkat, sirkit sounder, kabel, dan pengukuran tanpa tegangan

Setelah renovasi koridor lantai 4 sebuah hotel, zona 2 panel konvensional mulai alarm sendiri pada malam-malam lembap, tanpa asap. Teknisi servis mematikan panel, melepas kabel zona dari terminal, dan mengukur resistansi antara kedua kawat: 1,6 kΩ, padahal resistor akhir salurannya 4,7 kΩ. Panel itu menganggap resistansi zona 150 Ω sampai 1,5 kΩ sebagai alarm, menurut manual panel konvensional. Jalur bocor sekitar 2,4 kΩ sejajar resistor akhir membuat zona hampir menyentuh jendela alarm, dan sedikit tambahan lembap melewatinya (Contoh 2). Sumbernya ditemukan di atas plafon dekat saluran buang laundry: sambungan kabel yang dipuntir dan dililit lakban, padahal SNI 03-3985-2000 melarang sambungan di sepanjang hantaran kecuali di dalam kontak terminal tertutup.

Batas pembahasan

Panduan perancang dalam bab ini adalah panduan perancangan sistem alarm kebakaran dari sebuah pabrik detektor yang menafsirkan BS 5839-1:2002. Nilai resistor dan batas resistansi di bab ini adalah contoh dari manual tertentu.

Kabel dibahas di Bab 26 · Kelistrikan & Kendali, susut tegangan di Bab 28 · Kelistrikan & Kendali, pembumian di Bab 29 · Kelistrikan & Kendali, cara pasang di Bab 30 · Kelistrikan & Kendali, resistor di Bab 83 · Kelistrikan & Kendali, komparator di Bab 89 · Kelistrikan & Kendali, panel dan isolasi di Bab 19, detektor di Bab 20, catu daya dan urutan mematikan panel di Bab 22, dan uji berkala di Bab 23. Mengubah atau menyambung kabel sistem adalah pekerjaan kontraktor berwenang. Pengukuran tanpa tegangan dilakukan teknisi kompeten atas izin penanggung jawab sistem, karena zona yang kabelnya dilepas tidak terlindungi (Bab 19).

Prinsip supervisi: arus diam, resistor akhir saluran, dan jendela alarm

Supervisi (supervision) adalah pemantauan terus-menerus oleh panel terhadap keutuhan sirkit, sehingga putus atau hubung singkat dilaporkan sebagai gangguan. Pada sistem konvensional, detektor dan titik panggil manual dipasang paralel pada sirkit dua kawat yang berujung pada perangkat akhir saluran. Resistor akhir saluran (end-of-line resistor, EOL) adalah resistor di ujung terjauh sirkit yang mengalirkan arus diam kecil, sehingga panel tahu kabel masih utuh sampai ujungnya.

Manual panel konvensional memberi angka satu model: keluaran sirkit 15 sampai 28 VDC, arus diam kurang dari 6 mA dengan 15 detektor, resistor akhir 4,7 kΩ, resistansi alarm 150 Ω sampai 1,5 kΩ dengan nilai normal 470 Ω, dan arus alarm 25 mA. Panel menyatakan alarm bila arus zona naik banyak.

Penggolongan dibuat pembanding ambang di papan panel (Bab 89 · Kelistrikan & Kendali). Manual panel yang berbeda memakai resistor akhir 4,7 kΩ, 3,3 kΩ, 10 kΩ, dan 47 kΩ untuk sirkit yang berbeda, sehingga penggantinya selalu bernilai sesuai diagram panel terpasang. Manual panel skala besar membatasi resistansi kabel zona sampai 100 Ω.

Detektor dan titik panggil manual dalam satu zona

SNI meminta setiap detektor punya terminal duplikat atau sejenisnya, dengan sambungan masuk dan keluar terpisah, supaya sambungan ikut tersupervisi. Manual aplikasi detektor melarang kawat dililitkan utuh di bawah terminal; kawat dipotong sehingga jalur masuk dan keluar terpisah. Kawat yang hanya dililit melewati terminal tidak putus walau terminalnya kendur, sehingga panel tidak tahu.

Panduan perancang meminta pencabutan detektor tidak melumpuhkan titik panggil manual mana pun. Manual panel konvensional memberi dua cara sambung:

1. Cara a: semua titik panggil manual dipasang di depan detektor, dan ujung sirkit diberi resistor 4,7 kΩ tanpa dioda.
2. Cara b: detektor dan titik panggil manual boleh di mana saja, dasar detektor diberi dioda, dan ujung sirkit diberi AEOL. AEOL (active end-of-line) adalah perangkat akhir saluran aktif yang menggantikan resistor akhir saluran. Pada manual panel konvensional, AEOL setara 4,7 kΩ dengan arus kerja 5 mA. Polaritas sirkit tidak boleh terbalik, dan dioda harus tetap urut di sirkit saat detektor dicabut.

Cara a mudah rusak oleh renovasi: titik panggil manual yang ditambah sesudah detektor terputus dari panel bila satu kepala detektor di depannya dicabut. Panduan perancang memberi cara ujinya: cabut semua detektor di sirkit, lalu operasikan titik panggil manual terjauh; alarm harus bekerja.

Kelas A dan kelas B

Sirkit kelas B (Class B circuit) adalah sirkit yang berangkat dari panel dan berakhir di perangkat akhir saluran, sehingga satu putus memutus perangkat di belakang titik putus. Gangguan pada satu zona radial tidak memengaruhi zona lain.

Sirkit kelas A (Class A circuit) adalah sirkit yang berangkat dari panel, melewati semua perangkat, lalu kembali ke panel, sehingga satu putus tidak memutus perangkat mana pun. Panduan panel modular menyatakan perangkat beralamat kelas A tetap berkomunikasi dengan panel walau ada satu putus di loop. Manual panel skala besar menyebut sirkit zona kelas A tanpa resistor akhir di lapangan.

Panduan panel modular membolehkan percabangan T pada loop beralamat kelas B, karena setiap perangkat berkomunikasi langsung dengan panel, tetapi melarangnya pada loop kelas A dan pada sirkit sounder kelas B. Pada sirkit yang diawasi resistor akhir, cabang tanpa resistor akhir tidak terawasi. Putus pada kelas A tetap dilaporkan sebagai gangguan dan segera diperbaiki, karena sesudahnya sirkit tidak punya cadangan.

Loop beralamat, kapasitas, dan isolator hubung singkat

Loop beralamat (signalling line circuit) adalah sirkit dua kawat yang membawa catu dan komunikasi data antara panel dan perangkat beralamat. Manual panel beralamat dua loop memakai bus dua kawat 24 V (18 sampai 26 V), 250 titik per loop, dan jarak paling jauh 1.000 m dengan kabel 2 kali 1,0 mm² atau 1.500 m dengan 2 kali 1,5 mm². Panduan perancang menganjurkan cadangan sekitar 10 % per loop: loop 126 perangkat diisi sekitar 114 di awal.

Isolator hubung singkat (short-circuit isolator) adalah perangkat di loop yang merasakan arus lebih akibat hubung singkat lalu memutus bagian loop di sisinya. Perangkat di antara dua isolator terdekat ikut terputus. Menurut tafsiran BS 5839-1 dalam panduan perancang, satu gangguan tidak boleh menghilangkan proteksi lebih dari 2.000 m² atau lebih dari satu lantai, dan dua gangguan sekaligus tidak lebih dari 10.000 m², praktis luas maksimum satu loop. Manual aplikasi detektor membatasi resistansi kabel antara panel dan isolator pertama, atau antara dua isolator, sampai 10 Ω, yaitu 237,74 m kabel 18 AWG.

Sirkit sounder

Sirkit alat pemberi tanda (notification appliance circuit) adalah sirkit keluaran panel yang mencatu sounder, bel, atau lampu kedip saat alarm, dan diawasi lewat resistor akhir saluran saat siaga. Panduan panel modular membalik polaritas sirkit selama siaga, sehingga alat pemberi tanda yang berpolaritas tidak menghantar dan arus siaga hanya lewat resistor akhir. Karena itu sounder disambung sesuai tanda polaritas terminal, dan resistor akhir dipasang paralel di ujung sirkit.

Batas arus berbeda per panel, misalnya 1 A per keluaran pada panel konvensional dan 3,0 A per sirkit pada panel skala besar; panel modular membatasi 70 perangkat per sirkit.

Panduan perancang meminta paling sedikit satu sounder tetap berbunyi bila satu sirkit terhubung singkat oleh api; ruang publik lebih dari 4.000 m² atau lebih dari 500 orang memakai dua sirkit berselang-seling, dan dua sirkit sounder tidak berada dalam satu kabel. Kabel 4 inti yang membawa sirkit deteksi dan sirkit sounder diizinkan BS 5839-1, tetapi satu gangguan dianggap mengenai keempat intinya.

Kabel menurut SNI 12.2.7 dan perbandingannya

SNI 03-3985-2000 pasal 12.2.7 mengatur kabel sistem:

1. sistem deteksi memakai kabel berpenampang paling kecil 0,6 mm²; sistem alarm dan catu paling kecil 1,5 mm²;
2. NYA boleh, tetapi di dalam pipa konduit; NYM dan NYY boleh untuk sirkit detektor pada tarikan jauh; lokasi panas, lembap, atau banyak gangguan mekanis ringan memakai NYY atau paling tidak NYM;
3. kabel fleksibel langsung ke detektor paling panjang 1,5 m;
4. pemasangan mengikuti SNI 04-0225-2000 (PUIL 2000), dan semua kabel di dinding di dalam konduit;
5. penampang dipilih sehingga pada beban kerja maksimum susut tegangan di titik terjauh dari panel tidak lebih dari 5 %;
6. hantaran antargedung memakai kabel tanam dengan perlindungan mekanis;
7. tidak boleh ada sambungan di sepanjang hantaran; sambungan hanya di dalam kontak terminal tertutup; sambungan ke detektor di dalam detektor, kecuali detektor kedap air;
8. kabel sistem deteksi dan alarm tidak disatukan dengan kabel instalasi listrik.

Manual lain memberi syarat tambahan atau berbeda:

Kebolehan sambungan di panduan panel modular bertentangan dengan SNI 12.2.7.11; untuk gedung di Indonesia, larangan SNI yang dipakai. Bagian SNI yang tersedia tidak mengatur kelas kabel tahan api, dan standar kabel tahan api yang berlaku di Indonesia belum dapat dipastikan; tanyakan ke perencana proteksi kebakaran.

Susut tegangan: 5 persen SNI dan 4 persen PUIL 2020

Untuk sirkit arus searah 24 V, rumus satu fasa Bab 28 · Kelistrikan & Kendali menjadi sederhana karena tidak ada suku reaktansi dan faktor daya:

$u = 2\,I\,L\,r, \qquad r = \frac{\rho}{S}, \qquad \Delta u = 100\,\frac{u}{U}$

dengan $u$ susut tegangan (V), $I$ arus beban di ujung sirkit (A), $L$ panjang jalur kabel satu arah (m), $r$ resistansi per meter satu konduktor (Ω/m), $\rho$ resistivitas (Ω·mm²/m), $S$ penampang konduktor (mm²), $\Delta u$ susut relatif (%), dan $U$ tegangan nominal sirkit (V). Bab ini memakai $\rho = 0{,}0225$ Ω·mm²/m untuk tembaga pada suhu kerja, nilai PUIL 2020 Lampiran G yang dipakai Bab 28 · Kelistrikan & Kendali. Seluruh beban dianggap di ujung sirkit, hasil yang aman.

Dua batas yang sering dicampur:

Kedua angka tidak saling membatalkan karena mengukur bagian rangkaian yang berbeda: kabel 230 V ke panel diperiksa terhadap 4 % dari terminal pelanggan, sedangkan kabel 24 V dari panel ke sounder terjauh terhadap 5 % dari panel. Bab 28 · Kelistrikan & Kendali juga mencatat bahwa 4 % PUIL 2020 menggantikan 5 % PUIL 2000 untuk instalasi umum, sedangkan SNI 03-3985-2000 masih merujuk PUIL 2000; status pasal ini terhadap PUIL 2020 belum dapat dipastikan.

Manual pabrik memberi batas dalam volt: susut sirkit sounder paling besar 2 V pada panel skala besar, dan tabel panjang kabel panel modular dihitung dengan susut 3 V. Panel skala besar juga meminta tegangan di perangkat terakhir tidak turun di bawah tegangan minimumnya. Untuk gedung di Indonesia, batas SNI dipakai, ditambah batas pabrik bila lebih ketat.

Mengukur tanpa tegangan

Panduan panel modular memberi urutan pemeriksaan kabel dengan multimeter, dengan panel tanpa catu:

1. Pastikan panel tidak bertegangan, termasuk baterai (Bab 22), dan pakai titik pembumian panel untuk pengukuran ke tanah.
2. Ukur tegangan asing antara kawat + dan kawat - setiap sirkit pada jangkah 300 VAC, lalu 60 VDC; keduanya harus 0 V.
3. Ukur resistansi pada jangkah ohm dan bandingkan dengan tabel manual. Bila sirkit zona terbaca terbuka, periksa apakah kepala detektor terpasang benar.
4. Pastikan setiap sirkit bebas dari hubungan ke tanah.

Tabel manual itu memberi bacaan wajar untuk panelnya:

Bacaan sounder berbeda menurut arah karena polaritas alat pemberi tanda. Untuk loop beralamat, manual panel skala besar memberi resistansi total pasangan paling besar 50 Ω, dan resistansi antarkonduktor pasangan tanpa perangkat paling kecil 1 kΩ.

Manual panel dua loop meminta semua kabel masukan dan keluaran diuji dengan megger 500 V sebelum disambung ke terminal panel, dengan resistansi ke tanah paling sedikit 20 MΩ. Panduan perancang meminta resistansi isolasi diukur dengan perangkat dilepas. Megger tidak dipasang pada kabel yang masih tersambung ke panel atau perangkat. Kerja aman sisi 230 V panel mengikuti Bab 76 · Kelistrikan & Kendali.

Gangguan tanah pada sistem DC 24 V

Gangguan tanah (earth fault) adalah hubungan yang tidak dikehendaki antara satu konduktor sirkit dan tanah atau rangka. Panduan panel modular memberi ambang deteksi paling rendah 10 kΩ untuk semua sirkit, dan menyatakan kebanyakan sirkit masih bekerja dengan satu gangguan tanah, tetapi beberapa gangguan tanah dapat melumpuhkan komunikasi, sehingga gangguan harus dicari dan diperbaiki. Penjelasannya: sistem 24 V panel tidak dibumikan, sehingga satu hubungan ke tanah belum menutup rangkaian, sedangkan hubungan kedua pada kawat lain menutup jalur arus lewat tanah.

Pencarian gangguan tanah oleh panel menemukan satu gangguan sekali jalan, hanya satu catu per lokasi yang ditugaskan mendeteksi tanah, dan panel tidak memberi proteksi kebakaran selama pencarian. Setelah gangguan diperbaiki, panel disarankan dihidupkan ulang. Bila gangguan tidak ditemukan, penyebabnya dapat berupa hubungan tanah di kabel internal, gangguan yang datang dan pergi, atau kabel komputer servis yang tersambung ke tanah. Panel konvensional punya lampu gangguan tanah, dan lampu catu panel modular berkedip sekali untuk gangguan tanah positif dan dua kali untuk negatif.

Contoh kerja

Angka dalam contoh dan latihan di bawah, termasuk angka kasus pembuka, adalah angka latihan, kecuali disebut berasal dari standar atau manual.

Contoh 1: jendela alarm dan daya resistor uji. Dengan resistor akhir 4,7 kΩ dan detektor yang alarm setara 470 Ω, zona terbaca $470 \parallel 4700 = 427$ Ω; dua detektor alarm memberi $470 \parallel 470 \parallel 4700 = 224$ Ω. Keduanya di dalam jendela 150 Ω sampai 1,5 kΩ. Manual itu meminta resistor uji zona 470 Ω berdaya 2 W. Pada tegangan sirkit tertinggi 28 V, dayanya $28^2/470 = 1{,}67$ W, di bawah 2 W; resistor akhir 4,7 kΩ hanya menyerap $28^2/4700 = 0{,}17$ W, di bawah rating 0,25 W. Model resistor ini penyederhanaan.

Contoh 2: jalur bocor pada kasus pembuka. Terbaca 1,6 kΩ, resistor akhir 4,7 kΩ. Jalur bocor $R_x$ memenuhi $1/R_x = 1/1600 - 1/4700$, sehingga $R_x = 2.426$ Ω. Bila lembap menurunkan bocor menjadi 2,0 kΩ, zona terbaca $2000 \parallel 4700 = 1.403$ Ω, di bawah 1,5 kΩ, dan panel menyatakan alarm. Batasnya terlampaui bila bocor turun di bawah sekitar 2,2 kΩ.

Contoh 3: membaca hasil ukur. Dengan panel modular mati, teknisi mencatat: zona 1 terbaca 3,3 kΩ; zona 2 tak hingga; zona 3 0,4 Ω; sounder 1 10 kΩ dan 150 Ω menurut arah; kawat - sounder 2 ke tanah 80 kΩ. Menurut tabel manual, zona 1 dan sounder 1 wajar; zona 2 putus atau kepala detektor tidak duduk benar; zona 3 hubung singkat; sounder 2 punya jalur ke tanah yang harus tak hingga.

Contoh 4: susut tegangan sirkit sounder. Sounder dengan total arus 0,8 A berada 60 m dari panel pada kabel 1,5 mm². Dengan $r = 0{,}0225/1{,}5 = 0{,}015$ Ω/m, $u = 2 \times 0{,}8 \times 60 \times 0{,}015 = 1{,}44$ V, yaitu 6,0 % dari 24 V, melebihi 5 % SNI. Kabel 2,5 mm² memberi $r = 0{,}009$ Ω/m, $u = 0{,}86$ V atau 3,6 %, memenuhi. Batas 2 V satu manual akan meloloskannya; SNI lebih ketat.

Contoh 5: dua titik ukur. Panel menarik paling besar 0,5 A dari catu utama (angka masukan panel dua loop) lewat kabel 2,5 mm² sepanjang 40 m. Susutnya $2 \times 0{,}5 \times 40 \times 0{,}009 = 0{,}36$ V, yaitu 0,16 % dari 230 V. Bila susut dari terminal pelanggan sampai papan hubung bagi sudah 2,0 %, totalnya 2,16 %, di bawah 4 % PUIL 2020 menurut Bab 28 · Kelistrikan & Kendali. Pemeriksaan ini terpisah dari Contoh 4.

Contoh 6: gangguan tanah yang tersembunyi. Kawat negatif satu zona terbaca 50 kΩ ke tanah. Panel tidak melapor karena ambangnya 10 kΩ, tetapi angka itu 400 kali lebih rendah dari 20 MΩ syarat sebelum komisioning, jadi isolasinya sudah memburuk. Bila kemudian kawat + dan - zona yang sama masing-masing bocor 1 kΩ ke tanah, terbentuk jalur 2 kΩ sejajar resistor akhir: $2000 \parallel 4700 = 1.403$ Ω, di dalam jendela alarm, sehingga menurut model resistor zona alarm palsu.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan serahkan kepada teknisi servis atau kontraktor berwenang bila:

1. Kabel harus ditambah, dipindah, atau disambung; sambungan hanya di kontak terminal tertutup.
2. Pengukuran menemukan tegangan asing pada sirkit yang seharusnya mati.
3. Nilai resistor akhir tidak diketahui atau berbeda dari diagram panel.
4. Gangguan tanah muncul atau perlu dicari; panel tidak memberi proteksi selama pencarian.
5. Uji isolasi dengan megger diperlukan; perangkat dan panel harus dilepas lebih dulu.
6. Titik panggil manual baru ditemukan di belakang detektor pada sirkit tanpa dioda, atau uji pencabutan detektor gagal.
7. Susut tegangan hasil hitung atau ukur melebihi 5 % atau batas pabrik.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Konstruksi kabel ada di Bab 26 · Kelistrikan & Kendali, rumus dan batas susut tegangan di Bab 28 · Kelistrikan & Kendali, pembumian di Bab 29 · Kelistrikan & Kendali, cara pasang dan pemisahan sirkit di Bab 30 · Kelistrikan & Kendali, resistor di Bab 83 · Kelistrikan & Kendali, dan komparator di Bab 89 · Kelistrikan & Kendali. Panel dan isolasi ada di Bab 19, detektor di Bab 20, catu daya dan urutan mematikan panel di Bab 22, uji berkala di Bab 23, dan kerja aman sisi 230 V di Bab 76 · Kelistrikan & Kendali.

Latihan dan pembahasan