ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker)

2.1       Earth Leakage Circuit Breaker (ELCB)

Earth Leakage Circuit Breaker (ELCB) adalah suatu alat listrik yang dipergunakan sebagai pengaman bila terjadi arus bocor pada salah satu penghantar yang melalui alat tersebut Sakelar ini memiliki sebuah transformator arus dengan inti berbentuk gelang. Inti ini melingkari semua hantaran suplai ke mesin atau sistem yang diamankan, termasuk penghantar netral.

Dalam keadaan normal, jumlah arus yang dilingkari oleh inti transformator sama dengan nol. Kalo ada arus bocor ke tanah, keadaan seimbang akan terganggu. Karena itu dalam inti transformator akan timbul suatu medan magnetik yang membangkitkan tegangan dalam kumparan sekunder. Apabila arus bocor tersebut mencapai pada suatu harga tertentu maka relay pada ELCB akan bekerja melepaskan kontak-kontaknya. Berdasarkan PUIL 2000 pada bagian 3.15.1.2 pemilihan ELCB untuk proteksi tambahan dari sentuhan langsung dipilih ELCB dengan arus operasi arus sisa pengenal 30 mA. (PUIL, 2000)

2.2       Miniature Circuit Breaker (MCB)

Miniature Circuit Breaker merupakan suatu pengaman untuk memutuskan rangkaian listrik. Di dalam MCB dilengkapi dengan pengaman thermis yang berupa logam bimetal sebagai pengaman ganguan arus beban lebih dan pengaman elektromagnetik sebagai pengaman hubung singkat. Sebagai pembatas beban, MCB dipasang bersama KWH meter dan disegel oleh PLN biasanya bertuas warna biru. Sedang untuk pengaman instalasi listrik di dalam alat ini bertugas menggantikan sekring biasanya warna hitam pada tuasnya.

Untuk pengoperasiannya sangat sederhana yakni menggunakan tuas naik (on) dan turun (off). Ukuran MCB sama seperti sekring ada 2 A, 4A, 6A, 10A, 16A, 20A, dst. MCB terdapat berbagai jenis untuk berbagai macam kebutuhan pemutusan arus listrik. Menurut phasa, ada 1phasa, 2phasa, 3phasa, dan menurut jenis peralatan yang akan diproteksi misal: instalasi motor 3phasa, instalasi tenaga, dll masing-masing berbeda jenis dan ratingnya. (Nuril, ELCB Satu Fasa sebagai Pelindung Tegangan Sentuh 2009).

Deskripsi kerja MCB :

Pengaman thermis yang berupa bimetal adalah 2 buah logam yang mempunyai koefisien muai yang berbeda dan disatukan pada ujungnya. Jika terkena panas yang diakibatkan oleh adanya beban lebih, maka bimetal akan mengerjakan kontak relai, dan kontak relai inilah yang akan memutuskan kontak MCB. Jika terjadi gangguan hubung singkat, maka rangkaian elektromagnetik akan ter-energize, sehingga akan menggerakkan kontak relai. Kontak relai ini kemudian memutuskan kontak MCB yang akhirnya memutuskan rangkaian.

2.3       Sekering

Sekering kawat tunggal adalah peralatan untuk mengamankan rangkaian dari arus yang berlebihan. Pengaman ini mempunyai elemen yang dapat melebur jika arus yang melewatinya melebihi batas kemampuan dengan nilai ketentuan batas limitnya. Arus kerja (nominal) sekering adalah nilai yang sudah ditentukan oleh pabrik, yaitu besarnya arus yang dijamin oleh pabrik untuk tidak menyebabkan kerusakan sekering yang bekerja secara terus menerus pada kondisi

normal tanpa terjadi peleburan pada bagian elemennya atau tanpa terjadinya keadaan yang memburuk karena arus tersebut pada sekering. Pada penggunaannya sekering harus sesuai dengan tegangan dari rangkaian tempat digunakannya. Pada sekering tegangan rendah konstruksi/bentuk-bentuk sekering antara lain :

1.         Sekering-sekering tipe ulir (sistem diazed/D dan Neozed/Do)

2.         Sekering-sekering pemutus pisau (sistem NH/sekering-sekering HRC) HRC adalah kependekan dari High Rupturing Capacity yang berarti kapasitas pemutusan tinggi.

3.         Sekering-sekering isolator tabung/peluru (elemen sekering dapat diganti atau tetap sekering catride) Jenis sekering yang paling banyak digunakan oleh konsumen

Sakering (fuse) dan MCB (Miniature Circuit Breaker) mempunyai perbedaan yaitu jika Sekering jika terjadi arus lebih (over current) akan putus, dan penggunaanya hanya sekali, harus diganti dengan yang baru, tetapi jika MCB berbentuk saklar otomatis yang jika terjadi arus lebih (over current) akan OFF dan dapat di ON kan kembali. Dari ketiga alat yang dijelaskan diatas yaitu dari ELCB, MCB dan Sekering mempunyai kemiripan yang sama yaitu mendeteksi adanya kesalahan arus. Pada bab selanjutnya akan dijelaskan mengenai cara kerja dan pemasangan ELCB (GPAS) secara detailnya.

2.4       Bahaya yang ditimbulkan

Secara umum kita tinjau dahulu bahaya-bahaya yang mungkin dapat ditimbulkan oleh tegangan atau arus listrik terhadap manusia mulai dari yang ringan sampai yang paling berat yaitu: terkejut, pingsan atau mati.
Ringan atau berat bahaya yang timbul, tergantung dari faktor-faktor dibawah ini sebagai berikut :

1.                  Tegangan dan kondisi orang terhadap tegangan tersebut.

2.                  Besarnya arus yang melewati tubuh manusia.

3.                  Jenis arus, searah (DC) atau bolak-balik (AC).

2.4.1    Tegangan

Pada sistem tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap manusia, dalam hal terjadi tegangan kontak langsung atau dalam hal manusia berada di dalam suatu daerah yang mempunyai gradien tegangan yang tinggi. Akan tetapi sebenarnya yang menyebabkan bahaya tersebut adalah besarnya arus yang mengalir dalam tubuh manusia. Khususnya pada gardu-gardu induk kemungkinan terjadinya bahaya terutama disebabkan oleh timbulnya gangguan yang menyebabkan arus mengalir ke tanah. Arus gangguan ini akan mengalir pada bagian-bagian peralatan yang terbuat dari metal dan juga mengalir dalam tanah di sekitar gardu induk. Arus gangguan tersebut menimbulkan gradien tegangan diantara peralatan dengan peralatan, peralatan dengan tanah dan juga gradien tegangan pada permukaan tanah itu sendiri. Untuk menganalisis lebih lanjut akan ditinjau beberapa kemungkinan terjadinya tegangan dan kondisi orang yang sedang berada di dalam dan di sekitar gardu induk tersebut. (Ikwan, Bahaya yang Timbul dari Gardu 2009) Dalam paper ini akan dibahas lebih lanjut tentang macam-macam tegangan, arus dan seberapa besar tahanan tubuh manusia.

2.4.1.1 Macam Tegangan

Sulit untuk menentukan secara tepat mengenai perhitungan tegangan yang mungkin timbul akibat kesalahan ke tanah terhadap orang yang sedang berada di dalam atau di sekitar gardu iduk, karenanya banyaknya faktor yang mempengaruhi dan tidak diketahui.

Untuk menganalisis keadaan ini maka diambil beberapa pendekatan sesuai dengan kondisi orang yang sedang berada di dalam atau di sekitar gardu induk tersebut pada saat terjadi kesalahan ke tanah. Pada hakekatnya perbedaan tegangan selama mengalir nya arus gangguan tanah dapat digambarkan sebagai berikut :

1.                  Tegangan sentuh

2.                  Tegangan langkah

3.                  Tegangan pindah

1.         Tegangan Sentuh

Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara suatu obyek yang disentuh dan suatu titik berjarak 1 meter, dengan asumsi bahwa obyek yang disentuh dihubungkan dengan kisi-kisi pengetanahan yang berada dibawahnya.
Besar arus gangguan dibatasi oleh tahanan orang dan tahanan kontak ke tanah dari kaki orang tersebut (Ikwan, Bahaya yang Timbul dari Gardu 2009)

Tegangan sentuh yang terlalu tinggi harus diberikan proteksi agar tidak membahayakan keselamatan manusia sebagaimana dalam bagian 3.5.1.4 PUIL 2000 disebutkan “Tindakan proteksi harus dilakukan sebaik-baiknya agar tegangan sentuh yang terlalu tinggi karena kegagalan isolasi tidak dapat terjadi atau tidak dapat bertahan”. Dan pada bagian 3.5.1.5 PUIL 2000 diberikan ketentuan tentang tegangan sentuh yang terlalu tinggi yaitu “Tegangan sentuh yang terlalu tinggi adalah tegangan sentuh yang melampui batas rentang tegangan (lihat 3.3.1.1) yaitu > 50 V a.b. efektif”. Khusus untuk tempat-tempat berikut ini :

a.                   tempat yang lembab/basah, atau

b.                  ruang kerja dalam industri pertanian, tegangan sentuh yang terlalu tinggi adalah tegangan sentuh yang > 25 V a.b. efektif”.

Tabel 2.1 Tegangan sentuh yang diinjinkan dan lama gangguan

Lama Gangguan t (detik)	Tegangan sentuh yang diijinkan (volt)
0,1	1.980
0,2	1.400
0,3	1.140
0,4	990
0,5	890
1,0	626
2,0	443
3,0	362

Khusus mengenai tegangan sentuh akan dibahas prinsip kerja ELCB sebagai pelindung tegangan sentuh bagi manusia pada bab selanjutnya.

2.         Tegangan Langkah

Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul di antara dua kaki orang yang sedang berdiri di atas tanah yang sedang dialiri oleh arus kesalahan ke tanah. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 2.5. Dalam hal ini dimisalkan jarak antara kedua kaki orang adalah 1 meter dan diameter kaki dimisalkan 8 cm dalam keadaan tidak memakai sepatu. (Ikwan, Bahaya yang Timbul dari Gardu 2009)

Tabel 2.2 Tegangan langkah yang diinjinkan dan lama gangguan

Lama Gangguan t (detik)	Tegangan langkah yang diijinkan (volt)
0,1	7.000
0,2	4.950
0,3	4.040
0,4	3.500
0,5	3.140
1,0	2.216
2,0	1.560
3,0	1.280

3.         Tegangan Pindah

Tegangan pindah adalah hal khusus dari tegangan sentuh, dimana tegangan ini terjadi bila pada saat terjadi kesalahan orang berdiri di dalam gardu induk, dan menyentuh suatu peralatan yang diketanahkan pada titik jauh sedangkan alat tersebut dialiri oleh arus kesalahan ke tanah. Tegangan pindah akan sama dengan tegangan pada tahanan kontak pengetanahan total. Tegangan pindah itu sulit untuk dibatasi, tetapi biasanya konduktor-konduktor telanjang yang terjangkau oleh tangan manusia telah diisolasi. (Ikwan, Bahaya yang Timbul dari Gardu 2009)

2.4.2    Arus yang Melalui Tubuh Manusia

Kemampuan tubuh manusia terhadap besarnya arus yang mengalir di dalamnya. Tetapi berapa besar dan lamanya arus yang masih dapat ditahan oleh tubuh manusia sampai batas yang belum membahayakan sukar ditetapkan. Dalam hal ini telah banyak diselidiki oleh para ahli dengan berbagai macam percobaan baik dengan tubuh manusia sendiri maupun menggunakan binatang tertentu. Dalam batas-batas tertentu dimana besarnya arus belum berbahaya terhadap organ tubuh manusia telah diadakan berbagai percobaan terhadap beberapa orang sukarelawan yang menghasilkan batas-batas besarnya arus dan pengaruhnya terhadap manusia yang berbadan sehat. (Komite Nasional Keselamatan Instalasi Listrik, 2009) Batas-batas arus tersebut dibagi sebagai berikut :

1.                  Arus mulai terasa atau persepsi.

2.                  Arus mempengaruhi otot.

3.                  Arus mengakibatkan pinsan atau mati atau arus fibrilasi.

4.                  Arus reaksi.

1.         Arus Persepsi

Bila seseorang memegang penghantar yang diberi tegangan mulai dari harga nol dan dinaikkan sedikit demi sedikit, arus listrik yang melalui tubuh orang tersebut akan memberikan pengaruh. Mula mula akan merangsang syaraf sehingga akan terasa suatu getaran yang tidak berbahaya bila dengan arus bolak balik dan akan terasa sedikit panas pada telapak tangan.
Pada Electrical Testing Laboratory New York tahun 1993 telah dilakukan pengujian terhadap 40 orang laki-laki dan perempuan, dan diperoleh arus rata-rata yang disebut threshold of perception current sebagai berikut :

1.                  Untuk laki-laki : 1,1 mA.

2.                  Untuk perempuan : 0,7 mA.

2.         Arus yang Mempengaruhi Otot

Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya tingkat arus persepsi dinaikkan lagi maka orang akan merasa sakit dan kalau terus dinaikkan maka otot-otot akan kaku sehingga orang tersebut tidak berdaya lagi untuk melepaskan konduktor yang dipegangnya. Di University of California Medical School telah dilakukan penyelidikan terhadap 134 orang laki-laki dan 28 orang perempuan dan diperoleh angka rata-rata yang mempengaruhi otot sebagai berikut :

1.                  Untuk laki-laki : 16 mA.

2.                  Untuk perempuan : 10,5 mA

Berdasarkan penyelidikan ini telah ditetapkan batas arus maksimal dimana orang masih dapat dengan segera melepaskan konduktor bila terkena arus listrik sebagai berikut :

1.                  Untuk laki-laki : 9 mA.

2.                  Untuk perempuan : 6 mA.

3.         Arus Fibrilasi

Apabila arus yang melewati tubuh manusia lebih besar dari arus yang mempengaruhi otot dapat mengakibatkan orang menjadi pingsan bahkan sampai mati. Hal ini disebabkan arus listrik tersebut mempengaruhi jantung sehingga jantung berhenti bekerja dan peredaran darah tidak jalan dan orang segera akan mati. Untuk mendapatkan nilai pendekatan suatu percobaan telah dilakukan pada University of California oleh Dalziel pada tahun 1968 , dengan menggunakan binatang yang mempunyai badan dan jantung yang kira-kira sama dengan manusia disebutkan bahwa 99.5 % dari semua orang yang beratnya kurang dari 50 kg masih dapat bertahan terhadap besar arus dan waktu yang ditentukan.

4.         Arus Reaksi

Arus reaksi adalah arus yang terkecil yang dapat menakibatkan orang menjadi terkejut, hal ini cukup berbahaya karena dapat mengakibatkan kecelakaan sampingan. Karena terkejut orang dapat jatuh dari tangga, melemparkan peralatan yang sedang dipegang yang dapat mengenai bagian-bagian instalasi bertegangan tinggi sehingga terjadi kecelakaan yang lebih fatal. Penyelidikan yang terperinci telah dikemukan oleh DR. Hans Prinz dimana batasan-batasan arus tersebut

2.4.3    Tahanan Tubuh Manusia

Tahanan tubuh manusia berkisar di antara 500 Ohm sampai 100.000 Ohm tergantung dari tegangan, keadaan kulit pada tempat yang mengadakan hubungan (kontak) dan jalannya arus dalam tubuh. Kulit yang terdiri dari lapisan tanduk mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi terhadap tegangan yang tinggi kulit yang menyentuh konduktor langsung terbakar, sehingga tahanan dari kulit ini tidak berarti apa-apa. Sehingga hanya tahanan tubuh yang dapat membatasi arus.
Berdasarkan hasil penyelidikan oleh para ahli maka sebagai pendekatan diambil harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000 Ohm.

2.5              Keselamatan Kerja   

Keselamatan manusia merupakan faktor terpenting yang harus diperhatikan di dalam pemakaian energi listrik. Salah satu bahaya yang dapat ditimbulkan oleh pemakaian energi listrik adalah adanya tegangan sentuh yang dapat mengancam jiwa manusia. Ada beberapa tindakan yang dapat dilakukan untuk mengurangi bahaya tegangan sentuh yang berlebihan. Metoda yang paling umum digunakan untuk mengurangi bahaya tersebut dapat digolongkan menjadi 2 bagian (Nuril, ELCB Satu Fasa sebagai Pelindung Tegangan Sentuh 2009), yaitu:

a)                  Langkah-langkah pengamanan untuk mencegah terjadinya tegangan sentuh, yaitu :

1.         Isolasi Total

Peralatan diberi isolasi tambahan untuk mencegah selungkup bertegangan seandainya isolasi dasar gagal berfungsi.

2.         Alas Isolasi

Manusia diisolir dari pembumian dan dari seluruh benda penghantar listrik yang terhubung ke benda-benda tersebut.

3.         Pengaman dengan Pemisah

Peralatan listrik dihubungkan ke saluran utama melalui sebuah trafo isolasi (rasio transformasi 1:1).

4.         Tegangan Ekstra Rendah yang Aman

Peralatan disulang dengan tegangan yang aman (sampai 50 V) yang misalnya berasal dari sebuah trafo isolasi, baterai, atau yang lainnya.

b)                  Langkah-langkah pengamanan yang bertujuan memutuskan bahaya tegangan sentuh, yaitu :

1          Pentanahan Pengaman

Selungkup peralatan dihubungkan langsung ke pentanahan. Saat terjadi hubung singkat ke rangka, arus gangguan yang mengalir ke pentanahan sangat besar sehingga peralatan pengaman jatuh (tripped).

2.         Netralisasi (disebut juga sistem TN)

Cara ini merupakan bentuk pengamanan yang merupakan cara yang paling lazim. Selungkup peralatan dihubungkan ke penghantar netral yang ditanahkan, yang selanjutnya disebut dengan penghantar PEN. Pada waktu terjadi hubung singkat ke rangka, arus gangguan yang mengalir ke pentanahan terlalu besar sehingga pemutus arus atau peralatan pengaman jatuh.

3.         Sistem Pemutus Sirkuit Gangguan Tanah

Jika arus gangguan mengalir ke tanah pada salah satu titik di dalam sirkuit yang hendak diamankan, maka pemutusan sirkuit gangguan tanah segera memutuskan sirkuit tersebut.