Arus Hubung Singkat Listrik: Teori, Perhitungan, dan Implikasi Sistem

Konsleting adalah kondisi di mana terjadi hubungan langsung antara dua konduktor yang seharusnya terpisah, seperti antara fasa dan netral, atau antar fasa itu sendiri. Hal ini mengakibatkan terjadinya aliran arus listrik yang sangat besar karena tidak ada hambatan yang signifikan antara kedua titik yang terhubung tersebut. Konsleting dapat menyebabkan kerusakan serius pada sistem kelistrikan, seperti pemutusan kabel, kerusakan peralatan, atau bahkan kebakaran.

Pengaruh Konsleting terhadap Sistem Kelistrikan

Penurunan tegangan mendadak di sekitar titik gangguan,
Pemutusan sebagian besar sistem melalui perangkat proteksi,
Stres mekanik (gaya elektrodinamik) yang kuat pada peralatan dan koneksi (kabel, saluran) yang dapat menyebabkan kerusakan fisik,Terjadinya busur listrik daya tinggi di titik gangguan yang dapat menyebabkan kerusakan parah dan menyebar dengan cepat.

Meskipun kemungkinan terjadinya hubung singkat semakin kecil pada instalasi modern yang dirancang dan beroperasi dengan baik, akibat serius yang ditimbulkan mendorong implementasi semua langkah yang mungkin untuk mendeteksi dan mengurangi dampaknya dengan cepat.

Definisi Arus Hubung Singkat

Arus hubung singkat pada titik tertentu dalam sistem diekspresikan sebagai nilai rms (root mean square) dari komponen AC-nya, yang dinyatakan dalam kA. Nilai puncak maksimum yang dapat dicapai oleh arus hubung singkat adalah nilai puncak Ip dari setengah siklus pertama. Nilai puncak ini dapat jauh lebih tinggi dari √2.Isc karena komponen DC yang teredam yang dapat ditumpangkan pada komponen AC. Komponen DC acak ini bergantung pada nilai tegangan pada saat dimulainya hubung singkat dan karakteristik sistem.

Jenis-jenis Hubung Singkat

Hubung Singkat Fase-ke-Fase

Arus hubung singkat tiga fase pada titik F dalam sistem dihitung dengan rumus:
Di mana U merujuk pada tegangan antarfase pada titik F sebelum gangguan terjadi dan Zcc adalah impedansi sistem hulu ekuivalen seperti yang terlihat dari titik gangguan.
Secara teori, ini adalah perhitungan sederhana; dalam praktik, ini rumit karena sulitnya menghitung Zsc, impedansi yang setara dengan semua impedansi kesatuan unit yang terhubung seri dan paralel yang terletak di hulu dari gangguan.
Impedansi ini sendiri merupakan jumlah kuadrat dari reaktansi dan resistansi.

Perhitungan dapat disederhanakan dengan mengetahui daya hubung singkat Ssc pada titik yang terhubung ke sistem distribusi. Dengan mengetahui Ssc pada titik ini, impedansi ekivalen Za di hulu titik ini dapat dihitung menggunakan rumus:
Mungkin tidak hanya ada satu sumber tegangan, melainkan beberapa sumber yang terhubung secara paralel, khususnya motor sinkron dan asinkron, yang bereaksi seperti generator ketika terjadi hubung singkat. Arus hubung singkat tiga fasa umumnya merupakan arus terkuat yang dapat mengalir dalam sistem.
Arus hubung singkat dua fasa selalu lebih lemah (dengan rasio e/2, yaitu sekitar 87%).

Hubung Singkat Fase-ke-Tanah (Satu Fase)

Nilai arus ini bergantung pada impedansi Zn antara netral dan bumi.

Impedansi ini bisa bernilai hampir nol jika netral langsung dibumikan (seri dengan resistansi sambungan pembumian) atau, sebaliknya, hampir tak terbatas jika netral tidak dibumikan (paralel dengan kapasitansi fasa ke bumi sistem).

Perhitungan arus hubung singkat tak seimbang ini memerlukan penggunaan metode komponen simetris. Metode ini menggantikan sistem nyata dengan menumpangkan tiga sistem: positif Z1, negatif Z2, dan urutan nol Z0.

Nilai arus gangguan fasa ke bumi Io adalah:

Perhitungan ini diperlukan untuk sistem dengan netral yang dibumikan dengan impedansi Zn. Perhitungan ini digunakan untuk menentukan pengaturan perangkat proteksi “gangguan bumi” yang akan memutus arus gangguan bumi.

Dalam praktiknya :

Perhitungan Arus Hubung Singkat

Perhitungan arus hubung singkat dilakukan untuk menentukan besarnya arus gangguan pada berbagai level tegangan sistem kelistrikan. Salah satu komponen kunci dalam proses perhitungan ini adalah menentukan total impedansi sirkuit dari utilitas/sumber, melalui sistem transmisi, transformator, dan konduktor, hingga titik yang dimaksud seperti panel atau switchboard. Impedansi dari berbagai elemen sirkuit memiliki resistansi dan reaktansi, dan sering disebut sebagai “impedansi kompleks” atau “notasi polar”. Perhitungan hubung singkat sebenarnya hanya versi rumit dari Hukum Ohm.

Sumber dan Kontributor Arus Hubung Singkat

Arus hubung singkat adalah aliran energi listrik yang terjadi ketika penghalang isolasi gagal dan memungkinkan arus mengalir melalui jalur yang lebih pendek dari sirkuit yang dimaksud. Dalam operasi normal, impedansi dari beban peralatan listrik membatasi aliran arus ke nilai yang relatif kecil, tetapi jalur hubung singkat melewati impedansi pembatas arus normal. Akibatnya, nilai arus yang sangat tinggi terjadi, yang hanya dibatasi oleh keterbatasan sumber daya listrik itu sendiri dan oleh impedansi kecil dari elemen konduktif yang masih ada di jalur antara sumber daya dan titik gangguan.

Ada tiga sumber dasar arus hubung singkat:

Ada dua jenis motor yang berkontribusi pada arus hubung singkat:

Antara sumber arus hubung singkat dan titik gangguan, berbagai impedansi bertindak untuk membatasi (menghambat) aliran arus dan dengan demikian mengurangi jumlah arus hubung singkat yang “tersedia” untuk mengalir ke dalam gangguan. Secara alami, nilai impedansi ini berbeda di setiap titik dalam sistem kelistrikan; oleh karena itu, besarnya arus hubung singkat yang tersedia untuk mengalir ke dalam gangguan di berbagai tempat dalam sistem kelistrikan juga bervariasi.