Analisis Perlindungan Korsleting ke Tanah pada Sistem Distribusi Rendah Tegangan untuk Pusat Data
Sirkuit distribusi listrik tegangan rendah digunakan secara luas di berbagai industri, dan lingkungan distribusinya kompleks dan beragam. Sirkuit-sirkuit ini tidak hanya diakses oleh profesional tetapi juga sering kali oleh non-spesialis, yang secara signifikan meningkatkan risiko terjadinya kerusakan. Desain atau pemasangan yang tidak tepat dapat dengan mudah menyebabkan sengatan listrik (terutama kontak tidak langsung), kerusakan kabel, atau bahkan kebakaran listrik.
Sistem grounding adalah komponen kritis dalam jaringan distribusi tegangan rendah—elemen teknik yang rumit dan penting dari segi keselamatan. Jenis sistem grounding sangat erat kaitannya dengan efektivitas perlindungan terhadap gangguan grounding.
Saat ini, sistem distribusi tegangan rendah di pusat data di seluruh Tiongkok sebagian besar mengadopsi konfigurasi grounding TN-S. Sistem-sistem ini melibatkan banyak perangkat distribusi tegangan rendah dan kabel yang luas, mewakili investasi modal yang signifikan. Setiap gangguan, jika tidak ditangani dengan cepat, dapat mengakibatkan cedera serius pada personil dan kerusakan properti yang signifikan, sehingga membutuhkan keandalan yang sangat tinggi dari sistem distribusi.
Untuk memberikan penjelasan yang lebih komprehensif dan sistematis tentang perlindungan terhadap gangguan grounding dalam sistem distribusi tegangan rendah, bagian berikut ini akan menyajikan analisis perbandingan berbagai konfigurasi grounding dan metode perlindungan gangguan yang sesuai.
Peraturan Umum untuk Perlindungan Terhadap Gangguan Grounding
- Sistem perlindungan terhadap gangguan grounding harus dirancang untuk mencegah sengatan listrik tidak langsung pada personil, serta kecelakaan seperti kebakaran listrik dan kerusakan kabel.
- Bagian konduktif yang terpapar dari peralatan listrik harus dihubungkan dengan andal ke konduktor pelindung (konduktor PE) sesuai dengan kondisi spesifik sistem. Bagian konduktif yang dapat dijangkau dari luar dan dapat disentuh secara bersamaan harus dihubungkan ke sistem grounding yang sama untuk memastikan penyamaan potensial.
- Jika perlindungan terhadap gangguan grounding pada instalasi listrik tidak dapat memenuhi persyaratan pemutusan otomatis sirkuit gangguan dalam waktu yang ditentukan, bonding equipotential tambahan harus diterapkan di area lokal untuk mengurangi tegangan sentuh dan meningkatkan keselamatan.
Perlindungan Terhadap Gangguan Grounding dalam Sistem TN
Dalam sistem TN, karakteristik operasional perlindungan terhadap gangguan grounding untuk sirkuit distribusi harus memenuhi kondisi berikut:
Zs × Ia ≤ Uo
Di mana:
- Zs — Impedansi total loop gangguan grounding (Ω);
- Ia — Arus yang diperlukan untuk menyebabkan perangkat pelindung memutuskan sirkuit gangguan secara otomatis dalam waktu yang ditentukan (A);
- Uo — Tegangan nominal antara fase dan tanah (V).
Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah, ketika terjadi gangguan grounding pada fase L3, arus gangguan (Id) mengalir melalui konduktor fase L3, rangka logam peralatan, dan konduktor pelindung PE, membentuk loop tertutup. Zs mewakili impedansi total loop fase-ke-konduktor pelindung, dan Uo adalah 220V.
Persyaratan Waktu Pemutusan untuk Perlindungan Terhadap Gangguan Grounding dalam Sistem TN
Untuk sirkuit distribusi sistem TN dengan tegangan nominal fase-ke-tanah 220V, waktu yang diperlukan untuk perlindungan terhadap gangguan grounding memutuskan sirkuit gangguan harus memenuhi persyaratan berikut:
- Untuk sirkuit distribusi atau sirkuit akhir yang mensuplai peralatan listrik tetap, waktu pemutusan tidak boleh melebihi 5 detik;
- Untuk sirkuit yang mensuplai peralatan tangan atau peralatan mobile, atau sirkuit stopkontak, waktu pemutusan tidak boleh melebihi 0,4 detik.
Pilihan Metode Perlindungan Terhadap Gangguan Grounding dalam Sistem TN:
a. Ketika persyaratan waktu pemutusan di atas dapat dipenuhi, perlindungan overcurrent dapat digunakan sebagai perlindungan terhadap gangguan grounding;
b. Ketika perlindungan overcurrent tidak dapat memenuhi persyaratan, tetapi perlindungan arus nol urutan dapat, perlindungan arus nol urutan harus digunakan. Nilai pengaturan perlindungan harus lebih besar dari arus tidak seimbang maksimum dalam kondisi operasi normal;
c. Ketika kedua metode di atas tidak dapat memenuhi persyaratan, perlindungan operasi arus sisa (RCD, atau "perlindungan arus bocor") harus digunakan.
Perlindungan Terhadap Gangguan Grounding dalam Sistem TT
Karakteristik operasional perlindungan terhadap gangguan grounding dalam sirkuit distribusi sistem TT harus memenuhi kondisi berikut:
RA × Ia ≤ 50 V
Di mana:
- RA — Jumlah resistansi elektroda tanah bagian konduktif yang terpapar dan resistansi tanah konduktor netral (N) (Ω);
- Ia — Arus yang diperlukan untuk memastikan perangkat pelindung memutuskan sirkuit gangguan secara andal (A).
Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah, ketika terjadi gangguan grounding pada fase L3, arus gangguan (Id) mengalir melalui konduktor L3, rangka logam peralatan, resistansi elektroda tanah peralatan, tanah, dan kembali ke sumber melalui resistansi tanah titik netral, membentuk loop gangguan. Nilai 50 V mewakili batas aman untuk tegangan sentuh, memastikan bahwa tegangan yang mungkin terkena seseorang selama gangguan tidak membahayakan.
Pilihan Perlindungan Terhadap Gangguan Grounding untuk Sistem TT:
- Ketika perangkat perlindungan overcurrent digunakan, arus Ia harus menjadi nilai yang memastikan pemutusan sirkuit gangguan dalam 5 detik;
- Ketika perangkat perlindungan overcurrent trip instan digunakan, Ia harus menjadi arus minimum yang diperlukan untuk memastikan operasi instan;
- Ketika perangkat perlindungan operasi arus sisa (RCD, atau "perlindungan arus bocor") digunakan, Ia harus diambil sebagai arus operasi sisa nominalnya In.
Perlindungan Terhadap Gangguan Grounding dalam Sistem IT
Dalam operasi normal, arus bocor pada setiap fase sistem IT terdiri dari arus kapasitif ke tanah—dinyatakan sebagai Iac, Ibc, Ica—dan jumlah vektor dari arus kapasitif tiga fase ke tanah adalah nol. Oleh karena itu, tegangan titik netral dapat dianggap 0V.
Ketika terjadi gangguan grounding pertama, tegangan fase-ke-tanah pada fase sehat (tidak bermasalah) meningkat sebesar faktor √3. Ini menunjukkan bahwa sistem IT menuntut tingkat isolasi yang lebih tinggi pada peralatan listrik dibandingkan dengan sistem TN dan TT. Namun, karena arus selama gangguan grounding pertama sangat kecil (terutama arus kapasitif), sistem dapat terus beroperasi. Namun, perangkat monitoring isolasi harus dipasang untuk memberikan alarm saat mendeteksi gangguan pertama, memungkinkan personil operasi dan pemeliharaan untuk menemukan dan memperbaiki gangguan dengan cepat.
- Ketika bagian konduktif yang terpapar dipasangkan ke tanah secara individual, pemutusan sirkuit gangguan selama gangguan kedua pada fase yang berbeda harus memenuhi persyaratan perlindungan terhadap gangguan grounding sistem TT;
- Ketika bagian konduktif yang terpapar dihubungkan ke sistem grounding umum, pemutusan sirkuit gangguan selama gangguan kedua pada fase yang berbeda harus memenuhi persyaratan perlindungan terhadap gangguan grounding sistem TN;
- Sistem IT seharusnya tidak memiliki konduktor netral (garis N) yang diturunkan.
Secara keseluruhan, sistem grounding pasokan listrik yang berbeda menunjukkan karakteristik gangguan grounding yang berbeda. Hanya dengan memahami sepenuhnya perilaku gangguan setiap sistem, skema perlindungan terhadap gangguan grounding yang sesuai dan kompatibel dapat dirancang, memastikan operasi yang aman dan andal dari sistem pasokan dan utilitas listrik.
