I. Pertanyaan yang Paling Sering Diajukan

Dalam pemilihan dan penggunaan kabel, satu pertanyaan berulang kali ditanyakan:

“Berapa arus maksimum yang dapat ditahan oleh kabel ini?”

Pertanyaan ini sendiri tidak benar.

Pertanyaan yang benar adalah:

“Di bawah arus beban lebih tertentu, berapa lama kabel dapat beroperasi dengan aman?”

Kapasitas kelebihan beban jangka pendek suatu kabel ditentukan oleh waktu dan arus, bukan oleh arus saja. Membahas kapasitas kelebihan beban sambil mengabaikan dimensi waktu tidak ada artinya dalam bidang teknik.

II. Proses Termal Kabel Saat Berlebihan

Kabel menghasilkan panas Joule saat mengalirkan arus. Banyaknya panas yang dihasilkan ditentukan dengan rumus berikut:

Q = Saya² × R × t
Dimana Q adalah panas yang dihasilkan, I adalah arus, R adalah hambatan penghantar, dan t adalah waktu.

Arus mempengaruhi panas yang dihasilkan dengan hubungan kuadrat. Menggandakan arus akan melipatgandakan panas yang dihasilkan.

Namun, poin kuncinya adalah: jika waktunya cukup singkat, bahkan dengan arus yang besar, total panas yang dihasilkan mungkin sangat kecil.

Kabel bukan sekering. Sekring dirancang untuk meleleh dalam hitungan milidetik. Kabel adalah sistem dengan inersia termal yang signifikan—baik bahan konduktor maupun insulasi memerlukan waktu untuk mencapai suhu berbahaya.

Lonjakan arus tinggi dalam jangka pendek hanya dapat menyebabkan kenaikan suhu beberapa derajat Celsius. Namun, kelebihan beban kecil yang berkepanjangan dapat menyebabkan penuaan termal atau bahkan kerusakan termal pada isolasi.

AKU AKU AKU. Urutan Kegagalan: Isolasi Sebelum Konduktor

Kesalahpahaman yang umum adalah bahwa kabel yang kelebihan beban akan "membakar kabel tembaga".

Ini tidak benar.

Dalam skenario beban berlebih yang sebenarnya, lapisan insulasilah yang rusak terlebih dahulu, bukan konduktornya.

Titik leleh konduktor tembaga kira-kira 1085°C. Suhu pengoperasian insulasi XLPE yang diperbolehkan dalam jangka panjang hanya 90°C, dan bahkan dengan mempertimbangkan kelebihan beban jangka pendek, suhu ketahanannya tidak melebihi 250°C. Suhu pengoperasian insulasi PVC yang diperbolehkan dalam jangka panjang adalah 70°C, dan suhu ketahanan jangka pendeknya sekitar 160°C.

Membandingkan angka-angka ini dengan jelas menunjukkan bahwa sebelum konduktor tembaga mencapai titik lelehnya, bahan insulasi telah mengalami pelunakan termal, karbonisasi, atau bahkan hilangnya kinerja insulasi sepenuhnya.

Setelah insulasi gagal, terjadi korsleting di antara konduktor, menghasilkan busur listrik dan menyebabkan suhu tinggi—hanya pada saat itulah konduktor tembaga dapat meleleh. Namun, ini adalah kegagalan sekunder, bukan akibat langsung dari kelebihan beban.

Oleh karena itu, membahas kapasitas beban berlebih kabel dalam bidang teknik pada dasarnya berarti membahas: untuk jangka waktu berapa, pemanasan konduktor tidak akan menyebabkan suhu insulasi melebihi batas ketahanan jangka pendeknya?

IV. Kapasitas Kelebihan Waktu Singkat sebesarKabel berisolasi XLPE

Berdasarkan IEC 60364-5-54 dan perhitungan dinamis termal dalam praktik teknik, untuk kabel konduktor tembaga berinsulasi XLPE, dengan premis suhu awal 90°C (keadaan normal beban penuh), kapasitas beban berlebih jangka pendek kira-kira sebagai berikut:

Ketika kelipatan kelebihan beban adalah 150%, kabel biasanya dapat bertahan beberapa menit hingga puluhan menit. Rentang waktu ini terutama bergantung pada laju akumulasi panas pada bahan insulasi.

Ketika kelipatan kelebihan bebannya 200%, kabel mampu bertahan puluhan detik hingga beberapa menit. Faktor pembatas di sini terutama adalah laju kenaikan suhu pada permukaan insulasi.

Ketika kelipatan kelebihan beban adalah 300%, kabel dapat bertahan beberapa detik hingga lebih dari sepuluh detik. Pada titik ini, suhu pada antarmuka konduktor-isolasi meningkat dengan cepat, menjadi faktor pembatas utama.

Ketika kelebihan beban mencapai 500% atau lebih tinggi, kabel hanya mampu menahannya selama 1 hingga 5 detik. Dalam kondisi ini, bahan insulasi akan cepat terkarbonisasi, sehingga hampir tidak ada batas keamanan.

Perlu dicatat bahwa nilai di atas hanyalah perkiraan teknis. Nilai pastinya bergantung pada penampang kabel, metode peletakan, suhu awal, dan formulasi spesifik bahan insulasi. Semakin rendah suhu awal, semakin lama waktu ketahanannya—penghidupan dengan suhu dingin jauh lebih aman daripada penyalaan dengan suhu panas. Pembuangan panas yang lebih baik juga memperpanjang waktu ketahanan—pemasangan dengan saluran udara lebih baik daripada pemasangan saluran.

V. Pemeriksaan Kelebihan Kabel untuk Penyalaan Motor Langsung

Mengambil motor 132kW sebagai contoh. Nilai arusnya sekitar 240A (dalam sistem 400V). Selama penyalaan langsung, arus pengasutan kira-kira 6 kali arus pengenal, yakni 1440A. Durasi awal biasanya 6 detik.

Kabel yang cocok adalah kabel tembaga XLPE 95mm². Daya dukung arus pengenal kabel ini di lingkungan 40°C dalam kondisi pemasangan saluran adalah sekitar 300A.

Proses verifikasinya adalah sebagai berikut:

Pertama, tentukan suhu awal. Asumsikan kabel telah berjalan di bawah beban terukur selama beberapa waktu, dengan suhu awal sekitar 90°C.

Kemudian hitung panas yang dihasilkan saat startup. Panas yang dihasilkan sama dengan kuadrat arus dikali hambatan dikali waktu, yaitu 1440² × R × 6.

Bandingkan nilai ini dengan panas yang dihasilkan pada kondisi pengoperasian terukur. Pada kondisi terukur, dengan arus 300A selama 1 jam (3600 detik), panas yang dihasilkan adalah 300² × R × 3600.

Hasil penghitungan sebenarnya menunjukkan bahwa panas yang dihasilkan selama proses pengaktifan 6 detik setara dengan hanya sekitar 15 hingga 20 detik panas yang dihasilkan pada kondisi terukur. Hal ini setara dengan kenaikan suhu sekitar 15 hingga 20°C.

Kenaikan suhu ini jauh di bawah batas suhu ketahanan isolasi XLPE dalam waktu singkat (kira-kira 250°C). Oleh karena itu, proses startup tidak akan menyebabkan kerusakan isolasi.

Inilah sebabnya dalam banyak aplikasi motor penyalaan langsung, spesifikasi kabel tidak perlu ditingkatkan karena arus pengasutan—asalkan waktu penyalaan cukup singkat, biasanya dalam waktu 5 hingga 8 detik.

VI. Tiga Kriteria Penilaian dalam Praktek Teknik

Pertama, bedakan antara beban berlebih pada kondisi tunak dan beban berlebih sementara.

Kelebihan beban dalam kondisi tunak mengacu pada situasi di mana arus melebihi nilai pengenal dan berlangsung selama beberapa menit atau lebih. Risiko utama dari jenis kelebihan beban ini adalah penuaan termal isolasi, yang dapat menyebabkan kerusakan kumulatif jangka panjang.

Kelebihan beban sementara mengacu pada situasi di mana arus beberapa kali lipat dari nilai pengenalnya tetapi hanya berlangsung selama beberapa detik. Beban berlebih jenis ini biasanya dapat ditahan oleh kabel kecuali jika terjadi berulang kali.

Kedua, gunakan suhu isolasi sebagai kriteria kegagalan.

Dasar untuk menilai apakah suatu kabel kelebihan beban bukanlah "apakah tembaganya telah terbakar", tetapi "apakah suhu isolasi melebihi batas ketahanan jangka pendek". Untuk insulasi XLPE, suhu ketahanan jangka pendek biasanya diambil sebesar 250°C, berdasarkan suhu konduktor.

Ketiga, pertimbangkan dampak kumulatifnya.

Jika peralatan sering dihidupkan dan dihentikan, seperti derek atau kompresor bolak-balik, kenaikan suhu dari setiap permulaan akan terakumulasi. Dalam hal ini, tidak cukup hanya melihat kenaikan suhu pada satu permulaan saja; efek kenaikan suhu kumulatif di bawah siklus termal perlu dihitung.

VII. Rekomendasi Seleksi
Untuk peralatan dengan arus start yang tinggi, seperti motor, trafo, dan mesin las, ada empat strategi penanggulangan yang umum.

Cara pertama adalah dengan meningkatkan spesifikasi kabel. Metode ini cocok untuk skenario dengan waktu pengaktifan yang lama (lebih dari 10 detik) atau pengaktifan yang sering. Namun harganya lebih mahal, terutama untuk peletakan jarak jauh.

Cara kedua adalah dengan memasang soft starter. Metode ini cocok untuk skenario dengan waktu start-up sedang (3 hingga 10 detik) dan memerlukan pengurangan lonjakan arus. Biayanya moderat.

Cara ketiga adalah memasang konverter frekuensi. Metode ini cocok untuk skenario dengan start yang sangat sering atau memerlukan kontrol kecepatan yang tepat. Ia menawarkan fungsionalitas terlengkap tetapi juga yang paling mahal.

Cara keempat biarkan apa adanya dan gunakan spesifikasi aslinya. Metode ini cocok untuk skenario dengan waktu start-up yang sangat singkat (tidak lebih dari 5 detik) dan start yang jarang. Biayanya nol, tetapi hal ini bergantung pada verifikasi keamanan.

Kesalahan teknik yang umum terjadi adalah meningkatkan spesifikasi kabel secara membabi buta untuk menangani beban berlebih saat start-up. Hal ini sering kali bukan merupakan solusi optimal. Pendekatan yang benar adalah dengan terlebih dahulu menghitung panas aktual yang dihasilkan selama start-up. Dalam banyak kasus, perhitungan menunjukkan bahwa kabel yang ada sudah mencukupi.

Jika verifikasi diperlukan, parameter berikut harus disiapkan: penampang kabel, bahan, dan jenis insulasi; kurva waktu saat ini saat start-up yang disediakan oleh produsen peralatan; dan metode peletakan dan suhu awal.

VIII. Kesimpulan Utama

Pertama, kapasitas kelebihan beban jangka pendek suatu kabel ditentukan oleh waktu dan arus. Menanyakan "Berapa banyak arus yang dapat ditahannya?" tidak ada artinya; kita juga harus bertanya "Berapa lama bisa bertahan?".

Kedua, saat kelebihan beban, insulasilah yang rusak terlebih dahulu, bukan konduktornya. Batas suhu isolasi jauh di bawah titik leleh tembaga.

Ketiga, kabel berinsulasi XLPE biasanya dapat bertahan puluhan detik hingga beberapa menit di bawah beban berlebih 200%, bergantung pada suhu awal dan kondisi pembuangan panas.

Keempat, untuk dampak jangka pendek dari penyalaan motor langsung, dalam banyak kasus, spesifikasi kabel tidak perlu ditingkatkan, asalkan waktu penyalaan tidak melebihi 5 hingga 8 detik dan jarang terjadi.

Kelima, keputusan teknis harus didasarkan pada perhitungan, bukan intuisi. Menaikkan spesifikasi kabel secara membabi buta akan membuang-buang biaya, sementara mengabaikan verifikasi dapat menimbulkan bahaya tersembunyi.