Instalasi sistem kelistrikan di industri migas membutuhkan berbagai persiapan. Salah satu bentuk persiapannya adalah cable sizing.

Cable sizing adalah proses pemilihan ukuran kabel listrik dengan melihat berbagai faktor yang terdiri dari arus beban, tegangan, panjang kabel, dan lokasi tempat instalasi kabel. Dalam hal ini, pemilihan kabel memperhatikan regulasi IEC 60364-5-52.

Apalagi jika Anda melakukan cable sizing di industri migas yang memiliki kompleksitas tinggi. Bayangkan saja sendiri berapa besar sistem kelistrikan industri migas. 

Hal ini perlu diperhatikan supaya proses cable sizing tidak membuat komponen kelistrikan mengalami penurunan tegangan. Jika sampai begini, maka proses penggalian sampai eksplorasi akan terganggu.

Oleh karena itulah, menghitung cable sizing pada industri migas sangatlah penting. Anda dapat melakukan langkah-langkah menghitung cable sizing melalui ulasan dari Anak Teknik Indonesia sebagai berikut.

Baca Juga : Mengenal Kabel Listrik

Pentingnya cable sizing di industri migas

Cable sizing secara langsung mempengaruhi kemampuan komponen kelistrikan dalam menahan beban listrik dan mengurangi risiko losses akibat panas. Oleh sebab itu, penentuan ukuran kabel sesuai kondisi agar kinerja sistem kelistrikan tetap optimal dan tahan lama.

Jika ukuran kabel terlalu kecil, maka sistem kelistrikan mengalami penurunan tegangan yang mengakibatkan efisiensi rendah. 

JIka ukuran kabel terlalu besar, maka sistem kelistrikan tidak bekerja secara optimal karena pemborosan biaya.

Baca Juga : Satu Skill Sederhana Untuk Lulusan Teknik Elektro Bekerja di Industri Migas

Langkah-langkah menghitung cable sizing di industri migas

Menghitung cable sizing industri migas harus memperhatikan spesifikasi dan standar pengukuran yang digunakan. Dalam contoh ini, menghitung cable sizing industri migas memakai standard AS/NZS 3008.1 dari Australia.

Diketahui 

• Sistem tiga fase 400 V
• Dengan beban arus = 1200 A
• Panjang kabel = 260 m. 
• Jenis kabel single core, tembaga, dan XLPE 90 derajat
• Ditanam dalam konduit terpisah
• Memiliki voltage drop limit = 3,2 %
• Tingkat gangguan (fault) 15 kA,
• Waktu pemulihan = 1 detik.

Berdasarkan data tersebut, tentukan ukuran kabel konduktor aktif, netral, dan arde terkecil?

Menghitung ukuran kabel konduktor aktif, netral, dan arde terkecil melalui langkah-langkah sebagai berikut.

Tentukan ukuran minimum untuk menyesuaikan kapasitas arus

Asumsi memiliki 2 set kabel 400 mm² yang setara dengan 1252 A, untuk menentukan kabel yang mampu membawa beban arus sebesar 1200 A dapat melalui tabel peringkat arus sesuai AS/NZS 3008.1. 

Berdasarkan tabel metode pemasangan dan jenis konduktor, diputuskan memilih kabel berukuran 626 mm².

Menentukan ukuran minimum syarat penurunan tegangan

Dalam kasus ini, menghitung voltage drop menggunakan 2 set kabel berukuran 630 mm² untuk memudahkan perhitungan. Nilai voltage drop pada 2 set kabel 630 mm² dihitung dengan beban arus 1200 A.
Berdasarkan asumsi maka nilai arus pada kabel adalah

Menentukan suhu operasi

Suhu operasi dihitung untuk menentukan nilai penurunan tegangan pada kabel yang akan dipilih. Secara matematis, suhu operasi kabel ditentukan melalui persamaan berikut

Dengan

• I₀ = arus operasi, dalam Ampere
• I_R = arus terukur yang diberikan pada Tabel 4 hingga 21 (AS/NZS 3008.1), dalam Ampere
• θ_R = suhu operasi kabel saat membawa IR, dalam derajat Celcius
• θ_A = suhu udara atau tanah sekitar, dalam derajat Celcius

Sehingga

• I₀=1200A
• θ_R=90°C (peringkat suhu untuk kabel XLPE 90 derajat)
• θ_A=25°C (suhu lingkungan standar untuk tanah)
• I_R=2460 A

Dari hasil perhitungan, suhu operasinya adalah:

θ₀ kemudian dinaikkan ke suhu terdekat, yaitu 45°C, 60°C, 75°C, 80°C, 90°C, atau 110°C. Untuk suhu operasi yang dihitung, suhu terdekat adalah 45°C.

Menentukan nilai resistansi kabel

Nilai resistansi kabel dapat ditentukan berdasarkan suhu operasi kabel melalui tabel AS/NZS 3008.1, single core.

Menentukan nilai reaktansi kabel

Nilai reaktansi kabel (Xc) ditentukan berdasarkan jenis kabelnya. Dalam kasus ini, kabel yang digunakan berjenis XLPE.

Nilai Rc dan Xc digunakan untuk menghitung penurunan tegangan kabel, dengan melihat beban yang ditentukan. Demi memudahkan kalkulasi, nilai resistansi dikonversi ke Ω/m.

Menghitung penurunan tegangan berdasarkan suhu kael dan faktor daya

Persamaan berikut digunakan untuk menghitung penurunan tegangan pada kabel:

Dengan

• I=1260 A (Arus Beban)
• L=260 m (Panjang Kabel)

Faktor daya standar 0,9 dapat digunakan untuk menghitung sudut faktor daya:

Dari nilai-nilai ini, penurunan tegangan pada kabel dapat dihitung:

%VD adalah sebagai berikut:

Penurunan tegangan yang dihitung berada dalam batas 3,2% yang ditentukan dalam soal. Oleh karena itu, kabel yang dipilih (3 run dengan panjang 630 mm²) sudah sesuai. 

Persentase penurunan tegangan yang dihitung hampir mencapai batas tersebut. Kabel yang lebih kecil dari ini akan menghasilkan penurunan tegangan yang melebihi batas yang ditentukan.

Menentukan ukuran minimum untuk mengatasi arus pendek

Tingkat gangguan yang ditentukan oleh impedansi harus dihitung untuk mengevaluasi kinerja hubung singkat.

Hitung total impedansi kabel Zt dari nilai Rc dan Xc:

Kalikan nilai ini dengan panjang (260 m) untuk mendapatkan impedansi kabel:

Impedansi jaringan Zn dapat dihitung dengan hukum Ohm menggunakan tegangan suplai dan tingkat gangguan di ujung suplai kabel:

Tegangan di ujung kabel juga dapat dihitung dengan mengurangi penurunan tegangan yang dihitung dari tegangan suplai.

Tingkat gangguan dapat dihitung menggunakan persamaan:

Ini adalah tingkat gangguan di ujung kabel, yang harus dipertimbangkan dalam menghitung luas penampang minimum.

Sekarang, luas penampang minimum kabel dapat dihitung:

Di mana:

Suhu awal dan akhir diperlukan untuk menentukan konstanta K. Suhu operasi 45°C yang dihitung sebelumnya akan menjadi suhu awal. Suhu akhir akan bergantung pada bahan isolasi yang bersentuhan dengan konduktor. Sesuai Tabel 53 AS/NZS 3008.1, untuk XLPE 90, suhu akhir adalah 250°C.

Dengan menggunakan suhu ini, nilai K dapat ditentukan dari Tabel 52 AS/NZS 3008.1.

Dari nilai I, t, dan K, luas penampang minimum konduktor dapat dihitung.

Hasil ini menunjukkan bahwa kabel yang dipilih (3 jalur masing-masing 630 mm²) juga dapat menangani tingkat gangguan yang ditentukan.

Ukuran Kabel Aktif = 3 jalur masing-masing 630 mm²

Memilih ukuran kabel netral

Ukuran Kabel Netral = 3 jalur 630 mm2

Sesuai AS/NZS 3000, kabel netral akan berukuran sama dengan konduktor aktif terkecil dan memenuhi persyaratan arus beban.

Memilih ukuran kabel grounding

Sesuai tabel AS/NZS 3000, untuk kabel dengan ukuran lebih besar dari 630 mm², ukuran nominal konduktor pembumian tembaga harus 25% dari ukuran aktif.

Luas penampang kumulatif kabel aktif yang dihitung di atas adalah 1890 mm². 25% dari luas ini adalah 472,5 mm², yang dapat dibulatkan ke ukuran kabel standar 500 mm².

Namun, ukuran minimum kabel pembumian yang dapat menangani gangguan fasa-ke-bumi juga harus diperiksa. Satu-satunya perbedaan adalah arus hubung singkat fasa-ke-bumi yang akan digunakan.

Nilai t dan K yang sama akan digunakan untuk menghitung penampang konduktor minimum S.

Oleh karena itu, ukuran kabel arde yang dipilih dari Tabel Minimum Copper Earthing Conductor Size

Baca Juga : Kabel FRC (Fire Resistance Cable): Perlindungan Maksimal untuk Infrastruktur Elektrikal

Software cable sizing ETAP

Cable sizing dapat Anda lakukan dengan memakai software untuk menentukan ukuran kabel berdasarkan nilai arus, penurunan tegangan, dan metode pemasangan di industri migas. Salah satu software cable sizing yang banyak digunakan adalah ETAP.

Baca Juga : Analisis Transien Listrik dengan Software ETAP

Tidak sebagai tools cable sizing, ETAP digunakan untuk menganalisis performansi sistem kelistrikan melalui single line diagram. ETAP dapat Anda pelajari melalui Online Training Engineering Academy.

Jika Anda ingin memahami perhitungan cable sizing sesuai dengan kasus di industri migas? Ikuti Basic Power System Analysis 
For Oil And Gas Industry Using ETAP.