Kabel Instrument [PDF]

Citation preview

Kabel Instrument DRAIN WIRE Dalam melakukan pemilihan kabel instrumentasi ada beberapa hal yang perlu kita perhatikan. Berikut konstruksi umum kabel instrumentasi :



Gambar : Kabel Triad (4/T) dengan Individual & Overall Screen, Konduktor tembaga berserabut, Inner Sheath dari PVC, Steel Wire Armour, Outer Sheath PVC dengan warna hitam 1. Konduktor, merupakan bagian yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik. Kuat hantar arus listrik konduktor sangat dipengaruhi oleh unsur - unsur campurannya, kemurnian dan ketidaksempurnaan dalam kristal logam. a. Material Konduktor yang paling sering digunakan adalah : 



Tembaga (Cooper), 







Aluminium (Aluminum),



Umumnya, konstruksi konduktor tersebut adalah :



 Solid conductor (Class 1 menurut IEC 60288), konduktor ini memiliki karakteristik lebih rigid kekurangannya adalah lebih mudah patah Namun memiliki harga yang relatif lebih murah  Stranded conductor (Class 2 menurut IEC 60288), konduktor memiliki ciri-ciri berserabut dan memiliki karakteristik lebih fleksibel dibandingkan dengan konduktor solid. Untuk kebutuhan industri, saat ini yang paling umum digunakan adalah tipe serabut dengan bahan tembaga berpilin 7. Biasanya di dokumen spec cable akan menyebutkan seperti ini : "CONCENTRIC CIRCULAR STANDARD (7 STRANDED) CONDUCTOR COMPOSED OF ANNEALED BARE COPPER WIRES" b. Hal lain yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan konduktor adalah luas area kabel tersebut karena nilai nya akan berpengaruh terhadap hambatan konduktor tersebut (ingat rumus R=rho.l/A). Umumnya untuk kebutuhan instrumentasi dimana arus yang dihantarkan tidak terlalu besar (untuk kebutuhan sinyal 4-20mA, switch, solenoid) maka yang paling sering digunakan adalah ukuran :  0.75 mm2 atau setara 18 AWG 



1.5 mm2 atau setara 16 AWG







dan 2.5 mm2 atau setara 14 AWG



Pemilihan luas area konduktor juga didasari oleh drop tegangan yang mana semakin panjang kabel maka drop tegangan akan semakin besar yang perlu diakomodir oleh luas penampang tersebut. c. Selain Material dan luas penampang kabel, yang perlu diperhatikan adalah jumlah konduktor yang dibuthkan. Umumnya sebagai berikut :  Single pair, artinya satu pasang kabel yang terdiri dari dua konduktor. untuk aplikasi umum seperti transmitter, positioner atau field device lainnya dari Junction box ke field device.  Multi pair, banyak pair. umumnya terdiri dari 2/PR, 5/PR, 10/PR, 15/PR, 20/PR, 30/PR, 50/PR dst. Untuk aplikasi dari Junction box ke Marshalling Cabinet  Triad, artinya satu Triad terdiri dari 3 konduktor. Biasanya untuk Device 3-wire. Seperti RTD, Gas detector, Proximitor dsb. 



Quad, artinya satu Quad terdiri dari 4 konduktor



2. Isolasi, berfungsi untuk memisahkan konduktor, hal - hal yang perlu diperhatikan adalah : a. Material insulasi, pemilihan material ini berdasarkan Rating suhu, ketahanan terhadap abrasi dan korosi. Material yang sering digunakan antara lain :  PVC (Polyvinylchloride), Murah, tempeartur kerja sampai dengan 70 degreeC, lebih fleksibel 



PE (Polyethylene), lebih mudah terbakar dibanding PVC, tahan terhadap air, bahan kimia.



 XLPE (Cross-linked Polyethylene, Memiliki semua keunggulan yang dimiliki material Polyethylene (PE), Tahan panas, temperatur kerja tinggi (90 degreeC), tahanan isolasi tinggi (10^19 ohm-cm), umur kabel lama 



HDPE (High Density Polyethylene), Tahan terhadap abrasi/goresan, suhu tinggi



Untuk material yang sering digunakan adalah PVC atau XLPE. Rating cable juga perlu diperhatikan. Umumnya untuk Instrument Rating 300V sudah cukup. Untuk keperluan Power Supply 600/1000 V 3. Cable Screen, berfungsi untuk mengatasi interferensi signal. Jenis yang paling umum digunakan adalah Aluminium Tape Screen.  IS untuk Individual Screen, artinya Shield pada setiap pair dan OS untuk Overall Screen artinya satu screen untuk seluruh pair yang ada.  Untuk kabel multipair wajib menggunakan individual Screen. Screen ini terbuat dari aluminium tape yang menyelubungi seluruh Pair kabel (Dengan overlap 25% agar memastikan tercover ketika ada bending/lekukan kabel). Lapisan aluminium ini menyelubungi satu kabel Draing Wire (terbuat dari tembaga dengan ukuran 18 AWG atau 0.75 mm2). Kabel Drain (Drain Wire) yang diterminasi dan di ground kan secara terpisah dengan Power Earthing di Control Room. Untuk menghindari Ground Loop Drain wire ini hanya diterminasi pada satu Earthing (Control Room) dan tidak diterminasi pada Field Device (biasanya di potong & di isolasi).



Jenis lain adalah Copper Wire Braid, Jenis ini hanya menyelubungi 80% s.d. 95% sehingga memiliki proteksi yang lebih rendah dibanding tipe Aluminium Tape Screen. Kelebihannya adalah lebih tahan terhadap intervensi mekanik.  4. Inner Sheath, atau disebut selubung kabel, dapat dibagi menjadi tiga golongan :  Selubung logam, misalnya timbal/lead (tahan terhadap korosi dan kelembapan), aluminium/aluminum (tahan terhadap korosi dan kelembapan dan lebih ringan dan memiliki bending radius lebih kecil dibandingkan selubung timbal)  Continuous Corrugated Aluminium Sheath, berfungsi ntuk proteksi terhadap kelembapan dan korosi) 



Selubung karet (sintesis), misalnya karet silikon, polychloroprene



 Selubung plastik, misalnya PVC, paling banyak digunakan dan untuk kebutuhan Control biasa menggunakan tipe Flame Retardant Fungsi dari selubung antara lain :  Melindungi inti kabel dari pengaruh luar. 



Melindungi kabel terhadap korosi.







Menahan gaya mekanis.







Melindungi / mengamankan kabel terhadap gaya listrik dari luar.







Mencegah masuknya uap air / cairan ke dalam kabel secara vertikal.



 Untuk kabel kertas yang diresapi minyak (impregnated paper), selubung juga mencegah keluarnya minyak. Material yang sering digunakan adalah PVC sebagai bantalan/bedding bagi armor kabel.



5. Armour, secara umum berfungis sebagai proteksi mekanikal, terpotong, rayap, kutu, hewan pengerat dan sebagai proteksi terhadap interferensi elektromagnetik. Terdapat 3 jenis yang sering digunakan :  SWA, Steel Wire Armour, terbuat dari lapisan kabel galvanis memberikan proteksi mekanik yang baik (terselubung 90%).



 GSWB, Galvanized Steel Wire Braid, memberikan proteksi mekanik yang baik (terselubung 80%) sekaligus mampu memberikan bending radius yang lebih kecil dibandingkan jenis armor lainnya 







GSTA, Steel Tape Armour, memberikan proteksi yang sangat baik (terselubung 100%).



 GSFA, Steel Flat Armour, sejenis dengan SWA tetapi bentuknya yang pipih memberikan proteksi mekanik yang lebih.



6. Outer Sheath, Selubung luar yang langsung kontak dengan lingkungan/tanah.  Hal - hal yang perlu diperhatikan adalah :  Tipe instalasi (indoor/outdoor, direct buried, dst) 



Kemungkinan adanya kelembapan, minyak, bahan kimia, dst..



 Jika terbakar api (Perambatan (dihalau dengan tipe Flame Retardant untuk Process Control, Fire Resistance untuk SIS, keluaran gas dst) 



Suhu kerja







UV Resistance



7. Proteksi Tambahan, untuk kebutuhan khusus  Moisture Barrier 



Laminated Sheath







Lead Sheath, 



 Hi-Pack, alternatif daripada Sheath berbahan timbal memberikan proteksi terhadap korosi dan kelembapan tetapi lebih ringan arena berbahan aluminium 8. Hal lain yang perlu diperhatikan :  IS atau NON-IS, apakah aplikasinya untuk Intrinsically Safety Circuit atau bukan  Warna kabel, umumnya berwarna hitam untuk outer sheath. Hitam & Putih untuk masing masing pair. Hitam, merah dan putih untuk Triad 



Nomor pair/wire



 Tahanan terhadap api. Flame Retardant IEC 60332 dimana api tidak akan merambat meskipun kabel terbakar. Fire Resistance IEC 60331 dimana sirkuit akan tetap beroperasi.



Harga dan jenis jenis Kabel Listrik (Kontrol,Power,instrumen) Seperti kita ketahui, ada beberapa jenis jenis di dalam kabel listrik. ada 3 bagian jenis kabel listrik ini yaitu : 1. 2. 3.



Kabel Power : NYY, NYFGBY, N2XY, N2XRY, NYA, NYSY Kabel Kontrol : NYYHY, LiYCY, YSLY, YSLYCY Kabel Instrumen : Re-Y(St)Y, Re-2Y(St)Y, Cu/XLPE/ISOS/PVC



Untuk Harga ke 3 kabel listrik tersebut juga beda beda. Harga tersebut tergantung dari komposisi kabel itu sendiri.



Apa perbedaan antara Fire resistant dan Flame retardant? Fire resistant kabel adalah kabel yang dapat tetap beroperasi normal pada saat terbakar dalam waktu dan kondisi tertentu. Fire resistant harus lulus tes sesuai IEC 60331. Flame retardant kabel tidak didesain untuk tetap beroperasi pada saat terbakar tetapi menghambat rambatan api ke daerah baru dengan kondisi tertentu yang dibuktikan dengan lulus tes sesuai IEC 60332. Fire resistant kabel digunakan pada rangkaian kritikal yang perlu tetap beroperasi selama kebakaran seperti: – Kabel instrumen yang berhubungan dengan sinyal untuk mengaktifkan ESD2, ESD1, abandon platform. – Kabel Instrumen untuk peralatan pemadam kebakaran seperti deluge solenoid valve. – Kabel untuk evakuasi keamanan dan emergency service. Flame retardant kabel digunakan pada rangkaian selain sebutkan di atas, yang beroperasi pada fail safe mode. Untuk konstruksi kabel, penting untuk membedakan warna selubung luar (outer seath) kabel antara flame retardant dan fire resistant. Umumnya, selubung luar (outer seath) fire resistant berwarna merah dan flame retardant berwarna abu-abu atau hitam. Namun setiap klien biasanya memiliki standar karakteristik kabel yang mereka gunakan.



Jenis - Jenis Kabel Kabel merupakan penghantar yang terbungkus isolasi, ada yang berinti tunggal atau banyak, ada yang kaku atau berserabut, ada yang dipasang di udara maupun di dalam tanah, dan masing-masing digunakan sesuai dengan kondisi pemasangannya. Kabel instalasi yang biasa digunakan pada instalasi penerangan, jenis kabel yang banyak digunakan dalam instalasi rumah tinggal untuk pemasangan tetap ialah NYA dan NYM. Pada penggunaannya kabel NYA menggunakan pipa untuk melindungi secara mekanis ataupun melindungi dari air dan kelembaban yang dapat merusak kabel tersebut.



I. NYA



Kabel NYA



Kabel NYA hanya memiliki satu penghantar berbentuk pejal, kabel ini pada umumnya digunakan pada instalasi rumah tinggal. Dalam pemakaiannya pada instalasi listrik harus menggunakan pelindung dari pipa union atau paralon / PVC ataupun pipa fleksibel.



II. NYM



Kabel NYM



Sedangkan kabel NYM adalah kabel yang memiliki beberapa penghantar dan memiliki isolasi luar sebagai pelindung. Konstruksi dari kabel NYM terlihat pada gambar di atas. Penghantar dalam pemasangan pada instalasi listrik, boleh tidak menggunakan pelindung pipa. Namun untuk memudahkan saat peggantian kabel / revisi, sebaliknya pada pemasangan dalam dinding / beton menggunakan selongsong pipa. III. NYY



Kabel NYY



Kabel tanah thermoplastik tanpa perisai seperti NYY, biasanya digunakan untuk kabel tenaga pada industri. Kabel ini juga dapat ditanam dalam tanah, dengan syarat diberikan perlindungan terhadap kemungkinan kerusakan mekanis. Perlindungannya bisa berupa pipa atau pasir dan diatasnya diberi batu.



Pada prinsipnya susunan NYY ini sama dengan susunan NYM. Hanya tebal isolasi dan selubung luarnya serta jenis PVC yang digunakan berbeda. Warna selubung luarnya hitam. Untuk kabel tegangan rendah tegangan nominalnya 0,6/1 kV dimana maksudnya yaitu : a). 0,6 kV : Tegangan nominal terhadap tanah. b). 1,0 kV : Tegangan nominal antar penghantar.



Penggunaan utama NYY sebagai kabel tenaga adalah untuk instalasi industri di dalam gedung maupun di alam terbuka, di saluran kabel dan dalam lemari hubung bagi, apabila diperkirakan tidak akan ada gangguan mekanis. NYY dapat juga ditanam di dalam tanah asalkan diberi perlindungan secukupnya terhadap kemungkinan terjadinya kerusakan mekanis.



IV. N2XY



Kabel N2XY



Kabel tanah thermoplastik tanpa perisai, kabel N2XY intinya terdiri dari penghantar tembaga, dengan isolasi XLPE, berpelindung bebat tembaga serta berselubung PVC dengan tegangan pengenal 0,6/1 kV (1,2 kV) yang dipasang sejajar pada suatu sistem fase tiga.



V. NYFGbY



Kabel NYFGbY



Kabel tanah thermoplastik berperisai seperti NYFGbY, biasanya digunakan apabila ada kemungkinan terjadi gangguan kabel secara mekanis, kabel NYFGbY intinya terdiri dari penghantar tembaga, dengan isolasi PVC, penggabungan dua atau lebih inti dilengkapi selubung atau pelindung yang terdiri dari karet dan perisai kawat baja bulat. Perisai dan pembungkus diikat dengan spiral pita baja, untuk menghindari korosi pada pita baja, maka kabel di selubungi pelindung PVC warna hitam.



VI. Kabel Tenaga XLPE



Kabel tenaga jenis isolasi plastik digunakan untuk mempercepat dan meningkatkan pengembangan kota karena kabel isolasi plastik ini mempunyai kinerja dielectric yang paling baik dan mudah pekerjaan penyambungan pada instalasi- nya, pemeriksaan dan pemeliharaannya.



Khususnya kabel yang menggunakan cross-linking polyethylene (XLPE) yaitu pengembangan teknik pembuataan- nya sehingga memungkinkan untuk penggunaaan tegangan yang lebih tinggi. Kecenderungan baru ini pengembangan secara cepat kabel dengan dielektrik padat menyatakan secara tidak langsung bahwa kabel minyak sampai tegangan 275 kV segera diganti dengan kabel dengan isolasi crosslinked polyethylene Kabel XLPE baru-baru ini mempunyai berat yang sangat ringan, syarat termal yang lebih baik dan biaya instalasi yang sangat murah.



Perbaikan kabel yang rusak hanya memerlukan bagian kecil waktu dari pada kabel dengan isolasi minyak dan biaya material yang rendah. Dari aspek lingkungan kabel XLPE mempunyai keuntungan yang lebih besar, karena resiko minyak tidak ada.



Material dasar untuk semua jenis kabel XLPE adalah polyethylene dengan density yang rendah. Isolasi polyethylene (PE) sudah lama digunakan sebagai isolasi kabel dan material selubung yang mempunyai sifat listrik dan mekanik yang baik, ringan, fleksibilitas suhu yang rendah yang baik, tahan kelembaban yang baik, kimia dan ozone yang mempunyai harga rendah. LD polyethylene mempunyai sifat yang masih terbatas penggunaanya sebagai bahan isolasi kabel. Sebagai bahan termoplastik mempunyai kekurangan, suhunya 105 -115 °C. Kerugian yang lain adalah tendensi stress-cracking apabila bersinggungan dengan permukaan bahan aktif. Dengan menggunakan proses reminiscent dari vulkanisasi karet molekul PE dapat diproses crosslink sehingga memperbaiki sifat termal dan mekanik secara baik dan sifat listriknya berubah secara baik juga.



VI.1. Sifat Termal



Oleh karena menggunakan cross-linking, kabel XLPE adalah material yang tahan panas. XLPE tidak dapat meleleh seperti polyethylene tetapi terurai, dan membentuk karbon jika terbuka pada waktu yang lama diatas suhu 300 °C. Suhu konduktor yang diijinkan pada waktu terjadi hubung singkat selama 1 detik adalah 250 °C pada beban kontinyu dan konduktor dengan isolasi XLPE suhunya 90° C.



VI.2. Sifat Listrik



Sifat listrik yang baik dari PE tidak berubah selama proses cross linking, oleh karena itu XLPE seperti PE mempunyai sangat kecil dan hanya ketergantungan suhu loss faktor (tan d) dan konstanta dielektrik (ε). Oleh karena itu hasil dari rugi dielektrik dari kabel XLPE adalah kecil dibandingkan dengan PVC dan kabel isi minyak. Kabel XLPE khususnya sesuai untuk rute kabel yang panjang dengan tegangan tinggi yang dalam hal rugi - rugi adalah sangat penting.



VI.3. Sifat Mekanik



Polyethylene mempunyai sifat mekanik yang baik. Hal ini menarik karena pada suhu normal PE dapat menahan lokal stress lebih baik dari PVC. Dalam hal ini XLPE mempunyai keuntungan yang sama seperti PE dan tingkat tertentu seperti isolasi yang diisi XLPE, juga tahan terhadap abrasi yang lebih baik dari pada polyethylene. Oleh karena itu sifat mekaniknya yang baik dari kabel XLPE di waktu yang akan datang mempunyai jumlah penggunaan yang lebih besar dari kabel konvensional.



VI.4. Sifat Kimia



Oleh karena cross-linking dari molekul XLPE tahanannya lebih baik dari pada PE. Polusi sekitar dan kabel dari aspek lingkungan baik PVC maupun kabel minyak mempunyai kerugian yang jelas, kabel PVC kerugiannya adalah jika kebakaran memberikan gas-gas yang korosi dan kabel minyak jika bocor akan merusak suplai air. Tak dapat disangkal (admittedly) kebakaran, hasil pembakaran adalah karbon dioksid (CO2) dan air tidak menyebabkan kerusakan. Penggunaan XLPE pada kabel tegangan rendah dapat dibuat tahan tehadap rambatan api. Kompon tidak menghasilkan halogen.



VI.5. Keuntungan dan Kerugian



VI.5.a. Keuntungan



Keuntungan kabel ini adalah ringan, dan mudah pemasangannya. Radius lingkaran yang kecil dan konsekuensi khusus untuk instalasi yang terbatas misalnya switchgear instalasi dalam. Pengenal hubung singkat yang tinggi khususnya sesuai untuk penampang kabel yang dipilih dengan dasar arus hubung singkat. Tidak ada tekanan terhadap peralatan untuk stabilisasi dielektrik, dengan simplifikasi dari pemasangan dan peralatan bantu, sehingga mengurangi biaya pemasangan dan pemeliharaan. Isolasi yang padat,konssekuensinya sesuai untuk slope yang besar dan perbedaan ketinggian dari rute kabel. Tangen delta yang rendah sehingga mengurangi biaya operasi akibat rugi dielektrik yang rendah.



VI.5.b. Kerugian



Pengaman mekanik yang rendah, dibanding dengan kabel didalam pipa besi. Pengaruh screen yang rendah dari kabel dengan selubung logam atau kabel dalam pipa.



VI.5.c. Standar yang Digunakan



- IEC 228 : Isolasi dan konduktor kabel - IEC 229 : Pengujian kabel oversheath yang mempunyai fungsi pengaman khusus dan menggunakan extrusion - IEC 287 : Perhitungan pengenal arus kontinyu kabel (100% faktor beban) - IEC 840 : Pengujian kabel tenaga yang menggunakan isolasi extruded untuk tegangan diatas 30 kV (Um 36 kV sampai 150 kV) - IEC 949 : Perhitungan arus hubung singkat termal yang diijinkan - Publikasi IEC yang lain yang berkaitan



VI.6. Konstruksi Kabel XLPE



Konstruksi kabel XLPE dapat dilihat pada gambar di bawah ini



XLPE Cable Construction



VI.6.1. Konduktor



Konduktor terdiri dari kawat tembaga stranded annealid konduktiviti tinggi yang sesuai dengan IEC publikasi 228. Konduktor mempunyai bentuk 4 segmen jenis Milikan dengan penampang 1000 mm 2.



VI.6.2. Kabel Screen



Screen konduktor non metalik ini terdiri dari lapisan extruded semi konduktif thermal resistivity compound. Screen tersebut halus dan kontinyu. Antar konduktor dengan lapisan ektruded semi konduktif dan pita semi konduktiv harus dipasang.



VI.6.3. Isolasi



Isolasi dibuat dari dry cure XLPE extruded secara serempak dengan semi konduktif dan insulation screen (triple head extrusion). Isolasi dirancang untuk tegangan impulse 750 kV puncak pada suhu konduktor tidak kurang dari 5°C dan tidak lebih besar dari 10°C diatas suhu pengenal maksimum dari operasi normal isolasi. Ketebalan rata-rata isolasi tidak kurang dari harga nominal pada lampiran Technical particular and guarantee cable manufacturing. VI.6.4. Screen Isolasi



Screen isolasi terdiri dari lapisan extrude semi konduktif thermal resistivity compound. Screen ini smoot dan kontinyu. Pada screen ini pita semi konduktif harus dipasang.



VI.6.5 Pelindung Metalik (metallic shield)



Pelindung metalik dari kabel terdiri dari kawat tembaga konduktifitas tinggi. Penampang pelindung metalik ini harus mampu melalukan arus gangguan seperti pada Technical particular and guarantee cable manufacturing. VI.6.6. Penutup Bagaian Dalam (inner covering) Penutup pengaman anti corrosion dan sebagai lapisan bedding untuk lapisan anti termite pita kuningan extruded black polyethilene compound digunakan dengan tebal mominal 2,0 mm. VI.6.7. Pita Pengaman anti termite Sebagai pengaman anti termite, dua lapisan pita tin-bronze harus dipasang di atas inner covering. VI.6.8. Penutup Luar Penutup kabel bagian luar adalah dari extruded black PVC dan tambahan bahan kimia lead naphtenate seperti pada anti termite, nominal ketebalannya 3,0 mm. VI.6.9. Penandaan Tanda berikut agar dipasang pada penutup luar PVC, sebagai contoh untuk Kabel XLPE 150 kV 1000mm2 LG kabel 1997. Artinya: -Tegangan nominal : 150 kV - Jenis kabel : XLPE - Penampang konduktor: 1000 mm2. - Pabrik Pembuat : LG Kabel - Tahun pembuatan : 1997