Buku Saku: Konsep Dasar Keamanan dan Panduan Praktis Pengelolaan Sistem Kelistrikan di Rumah Hunian untuk Mencegah Kebakaran

(1)

Dr.-Ing. Farid Thalib: Pusat Studi Sistem Sensor dan Teknik Pengukuran, Universitas Gunadarma, posel: farid@staff.gunadarma.ac.id

Farid Thalib

Buku Saku:

Konsep Dasar Keamanan dan Panduan Praktis Pengelolaan Sistem Kelistrikan

di Rumah Hunian untuk Mencegah Kebakaran

Dr.-Ing. Farid Thalib

Pusat Studi Sistem Sensor dan Teknik Pengukuran Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi Universitas Gunadarma, Jakarta

Jl. Margonda Raya No. 100, Depok 14242 Posel: farid@staff.gunadarma.ac.id

(2)

Kata Pengantar

Buku ini ditulis dengan tujuan menyebarluaskan pengetahuan praktis dan pengalaman Penulis tentang pengelolaan sistem kelistrikan di rumah hunian untuk mencegah kebakaran. Buku ini menguraikan unsur utama yang perlu diperhatikan dalam upaya peningkatan keamanan rumah dari kebakaran akibat listrik, yaitu keamanan pada jaringan listrik.

Buku ini ditulis sebagai salah satu bentuk realisasi pengabdian kepada masyarakat, yang diwujudkan dalam bentuk buku kecil atau buku saku, dan dapat dijadikan petunjuk praktis untuk mengelola jaringan listrik di rumah tinggal atau rumah lapak. Rumah tinggal atau rumah lapak yang dimaksud adalah rumah yang dibangun di atas lahan, bukan rumah susun (Rusun). Tujuan untuk membedakan kedua jenis rumah tersebut adalah masalah keleluasaan mengelola rumah lapak tanpa mengganggu tetangga.emoga buku ini bermanfaat.

Dalam kesempatan ini Penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada intri dan anak, Diana Roza dan Juergen Donggala Putra, yang telah banyak membantu mengoreksi ketikan teks buku ini.

Selain itu, Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Dr.

Fani Yayuk Supomo, yang telah mendorong penulisan buku ini.

Semoga buku ini bermanfaat.

Penulis, Juni 2020

(3)

Daftar Isi

Kata Pengantar

1. Selayang Pandang Tentang Pilihan Energi Listrik 2. Besaran dan Satuan Listrik

3. Prinsip Sistem Pengaman Jaringan Listrik 3.1 Prinsip Teknis Pengaman Jaringan Listrik 4. Prinsip Kemanan Jaringan Listrik

4.1 Prinsip Redundansi 4.2 Prinsip Diversifikasi

4.3 Prinsip Kerja Sistem Redundansi dengan Rangkap Dua 4.4 Prinsip Kerja Sistem Redundansi dengan Rangkap Tiga 4.5 Prinsip Kerja Sistem Diversifikasi

5. Prediksi Tingkat Risiko Kegagalan Pengaman 5.1 Defini Kegagalan

5.2 Karakteristik Perangkat Pengaman

5.3 Penghitungan Tingkat Kemanan dengan Redundansi 6. Prinsip Pengelolaan Sistem Pengamanan Jaringan Listrik Daftar Pustaka

(4)

1. Selayang Pandang Tentang Pilihan Energi Listrik

Energi elektrik adalah salah satu bentuk energi.yang mudah dimanfaatkan di lingkungan hidup sehari-hari. Terdapat sejumlah kelebihan penggunaaan energi listrik atau energi elektrik untuk kehidupan sehari-hari, antara lain: mudah dialirkan ke tempat tujuan, tidak memproduksi pencemaran udara ketika dipergunakan, tidak berbau, tidak menimbulkan kebisingan, tidak membutuhkan tempat penyimpanan. Karena.itulah energi listrik menjadi bentuk energi yang menjadi pilihan untuk digunakan dalam kehidupan sehari-hari rumah hunian. Selanjutnya, sumber energi lain, misalnya: energi panas bumi, energi fosil, batu bara, gas bumi dan bentuk energi lainnya, akan diubah terlebih dahulu ke bentuk energi listrik atau elektrik sebelum digunakan dalam kehidupan keseharian kita di rumah hunian.

.

2. Besaran dan Satuan Listrik

Besaran-besaran elektrik dan satuannya perlu dipahami terlebih dahulu sebelum seseorang bisa memahanmi dampak kerusakan akibat energi listrik atau dampak sengatan listrik. Besaran utama adalah Tegangan (voltage), Arus (current), Impedansi, Daya (power), Energi (energy)

(5)

Besaran-besaran dan Satuan Elektrik yang Perlu diketahui [1]

No. Nama Besaran Lambang Besaran

Satuan Singkatan Satuan

1 Tegangan V volt v

2 Arus I Ampere A

3 Impedansi Z Ohm 

4 Waktu T Detik/Sekon s

5 Dayas P Wattt W

6 Energi E Joule J

Secara umum, tegangan efektif yang masuk ke rumah adalah 220 volt. Batas daya yang dipasang pada perangkat pengaman ditandai dengan ukuran arus maksimum yang diizinkan pada perangkat pengaman, misalnya 6 Ampere, atau disingkat 6A.

Terdapat banyak pilihan daya, yaitu: 1A, 2A, 4A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, dan ada yang lebih besar lagi.

Jika sebuah perangkat pengaman mempunyai batas arus 10A, maka daya maksimum yang diizinkan adalah 10A x 220V = 220 Volt- Ampere atau 2200 Watt.

3. Konsep Sistem Pengamanan Jaringan Listrik

(6)

Gaambar 1 memberi model sketsa rangkaian dasar yang menghubungkan antara sumber energi listrik dan pemakai energi.

Antara sumber energi dan pemakai energi dipasang pengaman.

Pengaman yang umum dikenal dengan istilah MCB (Miniature Circuit Breaker).

3.1 Prinsip Teknis Pengaman Jaringan Listrik:

Perangkat pengaman akan memutuskan hubungan antara Sumber Energi Listrik (Source) dan Perangkat Pemakai Energi Listrik (Loud) jika terjadi penyimpangan perilaku arus listrik yang mengalir melalui perangkat pengaman, melampaui batas maksimum yang diizinkan.

Model dasar sistem jaringan listrik yang dilengkapi dengan sistem pengaman disajikan pada gambar 1. Sistem pengaman bertujuan

A Pengaman 1 B tersambung

Pengaman 2

terputus

Z

Sumber energi

Perangkat pemakai Gambar 1. Prinsip sistem Pengamanan Jaringan Listrik

(7)

memutuskan aliran listrik antara sumber energi listrik dan perangkat pemakai energi listrik. Secara umum, pemutusan jaringan dilakukan secara otomatis oleh sistem pengaman jika terjadi perilaku arus listrik yang menyimpang dari keadaan normalnya. Perilaku yang menyimpang bisa terjadi jika:

(a) Arus yang mengalir melalui sistem pengaman melampaui batas maksimal yang diizinkan (deteksi nilai arus); dan

(b) Terjadi perubahan arus yang melampaui batas kecepatan perubahan yang diizinkan (deteksi perubahan arus).

Keadaan pada butir pertama (butir a) dapat terjadi jika peralatan pengguna energi listrik membutuhkan energi sesaat (daya) yang lebih besar daripada batas maksimum yang diizinkan. Selain itu, ada kemungkinan terjadi hubungan singkat pada bagian internal peralatan pemakai energi listrik, yang menyebabkan arus listrik mengalir sangat besar, dan selanjutnya dapat menyebabkan kabel selubung pembungkus kabel terbakar dan bisa menyebabkan benda-benda di sekitar kabel tersebut ikut terbakar.

Keadaan pada butir kedua (butir b) dapat terjadi jika perubahan arus yang mendadak besar. Hal yang terdeteksi oleh perangkat pengaman adalah kecepatan perubaahan arus, bukan nilai arusnya.

Jika kecepatan perubahan arus melampaui batas kecepatan

(8)

maksimum yang diizinkan, maka perangkat pengaman akan memutuskan penghubung antara sumber energi listrik dan pemakai energi.

4. Prinsip Keamanan Jaringan Listrik

Dari aspek pemakaian energi dan aspek keamanan, jaringan listrik yang masuk ke pemakai terdiri atas dua bagian, yaitu: (a) bagian pengukuran energi yang terpakai, dan (b) bagian keamanan jaringan pemasok energi listrik. Keamanan jaringan yang menjadi aspek penjelasan pada bagian berikutnya.

Prinsip Keamanan Jaringan yang diterapakan pada jaringan listrik terdiri atas: (a) aspek redundansi, dan (b) aspek diversifikasi yang terintegrasi pada perangkat pengaman. Tindakan pengamanan berarti memutuskan aliran listrik antara sumber energi listrik dan pemakai energi listrik.

4.1 Prinsip Redundansi

Secara praktis redundansi dimaknai sebagai sistem pengamanan rangkap, yakni rangkap dua atau rangkap tiga.

Pengamanan rangkap dua berarti pemasangan dua perangkat pengaman secara serial (berderet) pada satu jalur aliran listrik.

(9)

Pengamanan rangkap tiga berarti pemasangan tiga perangkap pengaman secara serial pada satu jalur aliran listrik (lihat ganmbar 3).

Perangkat pengaman berfungsi memutuskan hubungan antara sumber energi listrik dan perangkat pemakai energi listrik jika perilaku keadaan aliran listrik yang mengalir melalui pengaman tersebut berada dalam keadaan tidak wajar (tidak normal).

A Pengaman 2 B

tersambung Pengaman 1

tersambung a

Pengaman 2 terputus Pengaman 1

terputus

A B

c Pengaman 1 B

terputus

Pengaman 2 tersambung A

d A Pengaman 1 B

tersambung

Pengaman 2

terputus b

Gambar 2. Sistem Redundansi dengan Dua Pengaman

(10)

4.2 Prinsip diversifikasi

Diversifikasi bermakna membuat cara yang berbeda-beda untuk mendeteksi penyimpangan perilaku aliran listrik dari keadaan wajar (keadaan normal) yang mengalir melalui sebuah pengaman.

4.3 Prinsip Kerja Sistem Redundansi dengan Rangkap Dua Dalam sistem rangkap dua (lihat gambar 2), jaringan listrik akan terhubung jika kedua pengaman terhubung. Kebalikannya, jika salah satu atau kedua pengaman terputus, maka sistem pengaman terputus. Dengan demikian, arus listrik hanya bisa mengalir dari titik A ke titik B jika kedua pengaman terhubung (lihar gambar 2a).

Gambar 2b, 2c, dan 2d menunjukkan sistem pengaman terputus.

4.4 Prinsip Kerja Sistem Redundansi dengan Rangkap Tiga Dalam sistem rangkap tiga (lihat gambar 3), jaringan listrik akan terhubung jika ketiga pengaman terhubung. Kebalikannya, jika salah satu atau dua atau seluruh pengaman terputus, maka sistem pengaman terputus. Dengan demikian, arus listrik hanya bisa mengalir dari titik A ke titik B jika seluruh (ketiga-tiganya) pengaman terhubung (lihar gambar 3a). Gambar 3 menunjukkan contoh beberapa kemungkinan keadaan tiap pengaman dalam sistem pengaman jaringan listrik.

(11)

4.5 Prinsip Kerja Sistem Diversifikasi

Ada beberapa metode yang diterapkan untuk mendeteksi perilaku menyimpang dari aliran arus listrik yang mengalir pada perangkat pengaman. Jika perilaku arus menyimpang dari keadaan normal,

Pengaman 3 tersambung Pengaman 2

tersambung Pengaman 1

tersambung

A B

Pengaman 1 tersambung

B Pengaman 2

tersambung

Pengaman 3 terputus A

Pengaman 2 terputus Pengaman 1

tersambung

B Pengaman 3

terputus A

Pengaman 1 terputus

B Pengaman 2

tersambung

Pengaman 3 terputus A

d c a

b

Gambar 3. Sistem Redundansi dengan tiga Pengaman

(12)

maka perangkat pengaman akan memutuskan hubungan antara sumber energi listrik dan perangkat pemakai energi listrik. Metode yang umum diterapkan adalah:

a) Metode deteksi arus maksimum yang diizinkan mengalir pada perangkat pengaman. Jika arus maksimum tercapai, maka perangkat pengaman akan memutuskan hubungan antara sumber energi listrik dan perangkat pemakai energi listrik;

b) Metode perubahan arus yang mengalir pada perangkat pengaman. Jika kecepatan perubahan arus melebihi batas yang diizinkan pada perangkat pengaman, maka perangkat pengaman tersebut akan memutuskan hubungan antara sumber energi listrik dan perangkat pemakai energi listrik.

Kedua metode deteksi tersebut diterapkan pada perangkat pengaman yang umum dipakai, namun tidak semua perangkat pengaman memiliki kedua metode deteksi tersebut.

5. Prediksi Tingkat Risiko Kegagalan Pengamanan 5.1 Definisi Kegagalan

Perangkat Pengaman disebut GAGAL jika “tidak berhasil”

memutuskan hubungan antara Sumber Energi Listrik dan Perangkat Pemakai Energi Listrik ketika terjadi penyimpangan perilaku arus yang melalui perangkat tersebut.

(13)

5.2 Karakteristik Perangkat Pengaman

Karakteristik pengaman yang yang menjadi perhatian utama dalam hal kemanan adalah: (a) Peluang gagal dalam pengamanan, dan (b) Harapan hidup perangkat pengaman.

Peluang gagal didefinisikan sebagai “terjadinya satu kali gagal dalam dalam sejumlah minimal keberhasilan merespon peristiwa atau kecelakaan (accident)”. Contoh: jika perangkat sebuah perangkat pengaman mengalami satu kali gagal (tidak berfungsi) dalam merespon 1000 peristiwa pengamanan, maka perangkat pengaman tersebut mempunyai peluang gagal sebesar: 1/1000 atau 0,001 atau 0,1 persen (0,%) dalam menanggapi peristiwa pengamanan.

Harapan hidup (live time) didefinisikan sebagai “lama waktu sebuah perangkat untuk berfungsi selama karakteristiknya tidak berubah”

5.3 Penghitungan Tingkat Keamanan dengan Redundansi Dua Pengaman. Jika dua buah Perangkat pengaman yang karakteristiknya sama, disambungkan secara serial, maka peluang untuk terjadi kegagalan pada sistem pengaman tersebut adalah (0,001) x (0,001) = 0,000001. Ini berarti bahwa sistem pengaman

(14)

tersebut berpeluang untuk satu kali gagal dalam 1000000 = 10⁶ (1 juta) kali peristiwa pengamanan.

Tiga Pengaman. Jika tiga buah Perangkat pengaman yang karakteristiknya sama, disambungkan secara serial, maka peluang untuk terjadi kegagalan pada sistem pengaman tersebut adalah (0,001) x (0,001) x (0,001) = 0,000000001. Ini berarti bahwa sistem pengaman tersebut berpeluang untuk satu kali gagal dalam 1000000000 = 10⁹ (1 miliar) kali peristiwa pengamanan.

6. Prinsip Pengelolaan Sistem Pengamanan Jaringan Listrik Contoh penghitungan kegagalan yang diutarakan sebelumnya adalah penghitungan teoretik jika semua perangkat pengaman berfungsi sebagai mana seharusnya. Namun demikian, setiap perangkat pengaman memiliki rentang waktu beroperasi tertentu, yang disebut harapan hidup atau ketahanan (resilience). Setiap komponen mempunyai harapan hidup yang diberikan oleh pabrik pembuatnya berdasarkan hasil pengujian.

Pengelolaan jaringan bermaksud menguji fungsi pengaman secara berkala. Praktik baik yang Penulis lakukan adalah:

(a) Pemeriksaan setiap triwulan: mematikan dan menghidupkan perangkat pengaman beberapa kali;

(15)

(b) Pengujian setiap semester: melakukan hubung-singkat dengan terlebih dahulu mematikan dan menghidupkan perangkat pengaman beberapa kali. Ada 3 macam reaksi yang bisa terjadi, yakni:

(1) Pengman bagian dalam memutuskan aliran listrik, sedangkan pengaman bagian luar tidak bereaksi. Hal ini perlu menjadi perhatian, mungkin waktu respon pengaman dalam lebih cepat, mungkin juga pengaman luar tidak berfungsi baik. Hal ini perli diverifikasi beberapa kali, karena pengamn luar adalah pengaman milik PLN;

(2) Pengaman bagian dalam dan luar bereaksi bersamaan memutuskan alirann listrik. Kedua perangkat mempunyai waktu respon yang sama;

(3) Pengman bagian luar memutuskan aliran listrik, tetapi pengaman bagian dalam tidak bereaksi, mungkin waktu respon pengamn bagian dalam lebih lambat daripada pengaman luar, mungkin juga sudah tidak berfungsi. Kalau keadaan ini terjadi, maka pengaman dalam harur diganti;

(c) Penggantian perangkat pengaman bagian dalam setelah beberapa tahun. Ketahanan (resilience) sebuah pengaman untuk beroperasi tanpa perubahan pada karakteristiknya, bergantung kepada kualitas produk itu sendiri. Penulis biasanya mengganti

(16)

pengaman bagian dalam antara 2 hingga 4 tahun sekali dan melakukan pemeriksaan komponen penghubung dan kerangka tempat pengaman secara menyeluruh.

Perhatian

Hal yang perlu diketahui bahwa pengaman yang terletak berdekatan dengan alat pengukur pemakaian listrik (pada bagian luar rumah) itu adalah milik PLN. Kedua perangkat tersebut tidak boleh dibuka (milik PLN). Pengaman yang bisa dikelola adalah pengaman pada bagian dalam rumah, yang biasanya dibagi dalam dua, tiga, atau empat kelompok distribusi daya. Selain itu, aliran yang listrik masuk ke rumah, berasal dari sebuah pengaman yang letaknya tidak jauh dari rumah. Dengan demikian sistem pengaman rumah terdiri atas tiga pengaman yang terhubung secara serial.

Namun demikian masih sering terjadi kebakaran akibat listrik. Itu berarti sistem pengaman tidak berfungsi, karena itulah pengaman bagian dalam mempunyai peran yang sangat penting dan harus dikelola melalui pengecekan secara berkala.

(17)

Daftar Pustaka

[1] Serway, Raymond A; Jewwet, John W: Physics for Scientists and Engineers, 6^th Edition, ISBN 0534408427, Thomson Brooks/cole 2004.

[2] Rizzoni, Giorgio: Fundamentals of Electrical Engineering, 1th Edition, ISBN 978-0-07-338037-7, McGraw-Hill 2009.

[3] Rizzoni, Giorgio: Principles and Applications of Electrical Engineering, 5th Edition, ISBN 0-390-63826-9, McGraw-Hill 2007.

[4] Muehl, Thomas, “Einfuehrung in die Elektrische Messtechnik”, Grundlagen, Verfahren, Anwendungen, 4. Auflage, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2014.