Cable Sizing: Pemilihan Ukuran Kabel Tegangan Rendah vs Shortcircuit

Bahasan ini pasti sangat menarik bagi dunia electrical engineering. Terutama pada engineer yang mengerjakan Green Field atau project baru. Yang dimana belum ada guidance atau petunjuk pemilihan cable sebelumnya.

Cable Sizing Calculation adalah dokumen yang digunakan untuk menentukan ukuran kabel yang akan digunakan baik di tegangan tinggi, menengah, dan tegangan rendah. Kali ini saya tidak akan membahas perhitungan pemilihan ukuran kabel pada tegangan tinggi dan menengah. Saya akan membahas pemilihan ukuran kabel di tegangan rendah, tapi tidak semua aspek. Karena telah banyak berterbangan di website-website lain yang membahas secara umum pemilihan kabel.

Umumnya pemilihan ukuran kabel akan mempertimbangkan:

1. Kebutuhan terhadap beban
2. Faktor penurunan kapasitas kabel akibat temperatur dan instalasi
3. Tegangan jatuh akibat panjangnya kabel
4. Untuk tegangan menengah dan tegangan tinggi ditambahkan, Ketahanan Kabel karena shortcircuit

 Sebenarnya ada satu lagi yang harus dilakukan yaitu:

1.  Mempertimbangkan panjang maksimum yang diperbolehkan agar alat pengaman proteksi bekerja. -> yang ini akan kita bahas di artikel berikutnya:(Link)

Karena saya telah menyampaikan tidak akan membahas yang telah umum, maka mana yang akan dibahas? Saya akan membahas khusus untuk point nomor 4.

Kebanyakan konsultan akan mengabaikan nomor 4 ini untuk perhitungan low voltage. Dan hanya menggunakan kategori ini untuk tegangan menengah dan tegangan tinggi dengan rumusan sebagai berikut sesuai IEC 60364-4-43:

 Persamaan 1. Ukuran Minimum Diameter Kabel

Dimana:

S: adalah ukuran minimum diameter kabel(sqmm)

I: adalah arus shortcircuit (ampere)

t: adalah durasi tripping alat pengaman (second)

k: adalah konstanta temperature rise sesuai Tabel 1

Tabel 1. Konstanta Temperature Rise dari Konduktor

Contoh hasil perhitungan:

Tabel 2. Contoh Hasil Perhitungan

 

Dari Tabel 2 sekilas ukuran kabel yang digunakan masuk akal. Tapi coba pakai rumus di atas untuk menghitung ukuran kabel tegangan rendah dengan load 16A yang di proteksi dengan MCCB dengan tripping time 0.01 second. Hasilnya adalah minimal ukuran kabel tembaga yang digunakan adalah 25 mm2. Padahal seyoganya hanya butuh kabel 2.5 mm2. 10 kali lebih kacil dari hasil perhitungan. Oleh karenanya, daripada tidak masuk akal. Banyak konsultan menghindar dari pada mencari solusi yang seharusnya. Atau dengan kata lain, Persamaan 1 kurang tepat jika diaplikasikan ke tegangan rendah.

Bagan 1. Kurva Karakteristik Tripping TMD16 Schneider

Setelah membaca beberapa literature, rupanya ada salah satu solusi. Yaitu menggunakan Breaker yang memiliki kemampuan membatasi energy shortcircuit yang terjadi.  Sehingga persamaan 1 dapat kita ubah menjadi:

Persamaan 2. Ukuran Minimum Diameter Kabel menjadi Energy (A²s)

Sehingga:

Persamaan 3. Ukuran Minimum Diameter Kabel ditinjau dari  Limitasi Energy (A²s)

Dari persamaan diatas, untuk mendapatkan ukuran minimum kabel dapat diperoleh dari Energi yang dibatasi dibagi dengan konstanta temperature rise. Data limited energy dari shortcircuit dapat dilihat pada Bagan 2. Jika kita masih ragu akan perhitungan kita. Bisa kita bandingkan shorcircuit limited energy breaker dengan maximum energy atau thermal stress dari kabel. Data thermal stress kabel dapat dilihat pada Bagan 4.

 

Bagan 2. Kurva Limitasi Energi Beberapa Breaker (NSX dan C60H)

Tabel 3. Data Thermal Stress Kabel

Dari data-data diatas, kita dapat membuat tabel sebagai berikut:

Tabel 4. Ukuran Minimal Diameter Kabel Tegangan Rendah Sesuai Shortcircuit Limited Energy

   Dari Tabel 4 diatas dapat kita tarik kesimpulan:

1. Pemilihan ukuran minimum diameter kabel menggunakan besaran shortcircuit bus kurang tepat jika diaplikasikan pada tegangan rendah.
2. Penggunaan breaker atau pemutus tegangan dengan kemampuan limitasi energi hasil shortcircuit menawarkan pemilihan ukuran minimum diameter kabel yang lebih masuk akal.
3. Untuk ukuran breaker 100A-250A, minimum diameter kabel yang dapat digunakan adalah 10mm2.
4. Untuk ukuran breaker 400A-630A, minimum diameter kabel yang dapat digunakan adalah 25mm2.
5. Untuk ukuran breaker dibawah 100A minimum diameter kabel yang dapat digunakan adalah 2.5mm2 jika menggunakan 10kA-15kA breaker.
6. Untuk ukuran breaker dibawah 100A dan menggunakan breaker diatas 15kA harus dihitung menggunakan persamaan limited shortcircuit energy.