Proteksi Arus Motor - Overcurrents

Overcurrents (Arus Lebih) - Overcurrent (Arus Lebih) merupakan arus yang mengalir pada suatu rangkaian melebihi dari arus normal ketika beban penuh yang mengalir pada rangkaian motor tersebut. Overcurrent itu sendiri dapat terjadi dikarenakan overload (kelebihan beban) maupun short circuit (hubungan singkat) yang terjadi pada rangkaian. Pada rangkaian listrik untuk sebuah motor, over current (arus lebih) yang timbul merupakan arus yang yang mengalir kepada rangkaian  yang besarnya melebihi arus normal motor tersebut ketika motor dibebani penuh atau lebih dikenal dengan Full Load Amps (FLA).

Arus short-circuit (Arus hubung singkat) merupakan arus overcurrent (arus lebih) yang sangat besar melebihi arus normal beban penuh yang mengalir pada sebuah rangkaian motor.  Arus ini akan mencari jalan terpendek disekitar jalur distribusi maupun disekitar beban untuk kembali kesumber. Baik arus overload maupun short circuit dapat menyebabkan kerusakan pada motor.

Gangguan phasa, kelebihan beban, kondisi locked rotor merupakan beberapa kejadian yang dapat dicegah melalui alat proteksi (protective devices). Apabila sebuah motor dibiarkan beroperasi tanpa perlindungan, ada kemungkinan motor akan beroperasi terus menerus pada kondisi abnormal. Beroperasinya motor pada kondisi abnormal akan menyebabkan arus yang mengalir kemotor tesebut cukup besar dan dapat merusak motor itu sendiri, seperti overheating ataupun kerusakan bahan isolasinya. Setting proteksi yang tepat yang diterapkan pada sebuah motor dapat memperpanjang umur pakai sebuah motor. Karakteristik dari sebuah motor sangat menentukan ketepatan settingan proteksi yang akan diterapkan pada motor tersebut.

Motor Starting Currents (Arus Start Motor)
Ketika motor AC dioperasikan, akan muncul arus inrush current yang sangat besar pada setengah siklus pertama gelombang. yang nilainya bisa 20 kali dari arus normal motor ketika dibebani penuh. Setelah setengah siklus pertama tersebut, motor akan mulai berputar dan arus listrik akan turun menjadi 4 sampai 8 kali dari arus normal selama beberapa detik. Setelah motor mencapai putaran normalnya, arus tersebut akan turun mencapai arus normalnya. Karakteristik starting sebuah motor dapat dilihat seperti pada kurva berikut ini :
Disebabkan arus inrush, motor harus lah  membutuhkan alat proteksi khusus yang dapat tahan terhadap arus lebih dikarenakan arus starting yang bersifat temporer.

Unbalance Current Pada Motor AC 3 Phasa


Unbalance Current Pada Motor AC 3 Phasa - Ketika sebuah motor listrik AC 3 phasa yang sedang dioperasikan terdeteksi memiliki unbalance current (arus tidak seimbang), akan timbul pertanyaan apa yang menyebabkan timbulnya unbalance current (arus tudak seimbang) pada motor tersebut serta seberapa besar unbalance current tersebut yang masih dibolehkan untuk dioperasikan tanpa merusak motor tersebut.

Pada kebanyakan kasus, penyebab timbulnya unbalance current (arus tidak seimbang) pada motor adalah terjadinya unbalance phase voltage (tidak seimbangnya tegangan antar phasa). Selai itu bisa juga disebabkan karena perbedaan jumlah belitan masing-masing phasa pada stator motor ataupun karena tidak meratanya perbedaan gap antara stator dengan rotor.

Unbalance Phase Voltage (Tegangan antar phasa tidak seimbang)
Unbalance Voltage (Tegangan Tak Seimbang) pada sistim kelistrikan umumya disebabkan karena tidak seimbangnya pembebanan pada masing-masing phasa RST sehingga mengakibatkan gangguan operasional pada sebuah motor dan juga bisa menimbulkan penurunan kemampuan/performa (derating) sebuah motor.

Dengan mengukur besaran tegangan masing-masing phasa akan dapat diketahui dengan mudah seimbang atau tidaknya tegangan suplay yang digunakan. Hanya dengan nilai unbalance voltage sebesar 1% akan dapat menimbulkan unbalance current lebih dari 5%.

Untuk mendapatkan besaran nilai unbalance voltage, dapat digunakan persamaan sebagai berikut :
%Voltage Unbalance = 100 x Max. Voltage Deviasi terhadap Average Voltage /Average Voltage
Contoh :
Dari hasil pengukuran didapat tegangan masing-masing phasa RST adalah 400V, 418V dan 409 V.
Average Voltage = (400 + 418 + 409) / 3 = 409 V
Voltage Deviasi : 418 - 409 = 9 V
%Voltage Unbalance = 100 x 9/409
%Voltage Unbalance = 2,2%

Sebuah motor masih dapat dioperasikan sesuai rating-nya apabila unbalance voltage pada suplay listriknya tidak lebih dari 1%.
Untuk best practice, pengaruh unbalance voltage terhadap derating sebuah motor adalah sebagai berikut :

Voltage Unbalace
Faktor Derating kW Motor

1%
1

2%
0,951

3%
0.9

4%
0,84

5%
0,76

Pengenalan Fungsi dan Operasional Relay Reverse Power

Fungsi dan operasional Relay Reverse Power - Sebuah relay reverse power merupakan relay untuk mendeteksi arah aliran daya yang biasanya digunakan untuk memonitor daya dari sebuah generator yang beroperasi secara paralel dengan generator yang lain atau paralel dengan jaringan utama (grid). Fungsi dari relay ini adalah untuk mencegah kondisi berbaliknya arah aliran daya sehingga mengalir dari bus (saluran utama) menuju kegenerator tersebut. Kondisi ini muncul karena terjadinya gangguan pada penggerak utama (prime mover seperti : turbin atau engine) dari salah satu generator yang bekerja paralel. 

Penyebab terjadinya Reverse Power
Kegagalan pada prime mover (penggerak utama) untuk sebuah pembangkit bisa saja disebabkan kurangnya bahan bakar untuk engine pembangkit tersebut, masalah pada pengaturan kecepatan engine atau breakdown pada engine itu sendiri. Ketika penggerak utama (prime mover) pada sebuah pembangkit yang bekerja paralel mengalami kegagalan, maka dapat timbul kondisi yang dikenal sebagai kondisi motoring. Yaitu kondisi dimana sebuah generator menyerap daya dari saluran utama (bus) dan beroperasi sebagai layaknya sebuah motor yang menggerakkan primemover (penggerak utama atau turbin). Sehingga jika sebelumnya primemover menggerakkan generator, maka pada kondisi ini primemover digerakan oleh generator yang telah bertindak sebagai sebuah motor. 

Hal ini terjadi karena jika sebelumnya dalam kondisi sinkron , semua generator yang bekerja secara paralel akan memiliki frekuensi yang sama. Ketika terjadi penurunan frekuensi pada salah satu generator, akan menyebabkan sumber daya dari generator yang lain akan mengalirkan/memompakan daya ke generator yang mengalami penurunan frekuensi. Aliran daya listrik dengan arah yang berlawanan dari seharusnya pada generator yang bermasalah tersebut dikenal sebagai reverse power.

Reverse power juga bisa terjadi ketika frekuensi dari salah satu pembangkit yang akan sinkron (paralel) dengan saluran utama (bus) lebih rendah dari frekuensi saluran utama (bus). Ketika frekuensi pembangkit tersebut rendah, daya listrik akan mengalir dari bus menuju kepembangkit tersebut. Oleh karena itu, selama proses sinkronisasi (kerja paralel), frekuensi mesin sebuah pembangkit harus sedikit lebih tinggi dari frekuensi pada saluran utama (bus).

Setting Relay Reverse Power
Sebuah relay reverse power biasanya diset pada 20% sampai 50% dari kemampuan generator tersebut apabila bertindak sebagai motor untuk menggerakan prime mover (penggerak utama : engine, turbin) ketika terjadi reverse power. Data setingan ini biasanya diperoleh dari produsen penggerak utama (turbin atau mesin) pembangkit tersebut.

Rugi - rugi dan Efisiensi Motor Induksi

Rugi - rugi dan Efisiensi Motor Induksi - Pada sebuah motor induksi terdapat beberapa rugi - rugi yang ditimbulkan karena komponen - komponen yang menyusun motor itu sendiri, seperti komponen tembag yang terdapat pada gulungan stator dan rotor. Komponen - komponen tersebut akan menimbulkan rugi - rugi seperti rugi - rugi tembaga , rugi - rugi pada inti besi , rugi - rugi mekanik seperti hambatan yang ditimbulkan karena gesekan dan angin. 

Pada rugi - rugi tembaga, rugi - rugi yang ditimbulkan sebanding dengan nilai I2.R , dimana I merupakan arus yang mengalir pada belitan tembaga dan R merupakan besarnya nilai tahanan tembaga tersebut. Sehingga semakin besar arus maka semakin besar rugi - rugi pada tembaga tersebut. Yang berarti semakin besar beban yang dikerjakan oleh sebuah motor, semakin besar arus yang mengalir dibelitan tembaga sehingga rugi - rugi tembaga pada motor tersebut akan menjafi besar.

Untuk rugi - rugi pada inti besi, rugi - rugi tersebut tidak terkait penuh dengan besar kecilnya beban yang diberikan pada motor tersebut. Faktor yang mempengaruhi besarnya rugi - rugi pada inti besi adalah hysterisis dan eddy current (arus eddy). Dan hal ini lebih dipengaruhi pada konstruksi motor itu sendiri. Adapun pembahasan mengenai hysteris loss dan eddy current ini akan kita bahas pada artikel berikutnya.

Sedangkan untuk rugi - rugi mekanik pada umumnya disebabkan faktor mekanikal seperti hambatan dan gesekan, seperti pada bearing, udara dll.

Total rugi - rugi yang dijelaskan diatas akan memperbesar daya listrik yang dibutuhkan untuk menggerakan beban oleh sebuah motor.

Efisiensi sebuah motor dinyatakan sebagai persentase perbandingan antra daya output yang dapat diberikan oleh sebuah motor untuk kerja (P2) terhadap daya input (P1) yang dibutuhkan oleh motor tersebut.

Umumnya pada name plate , nilai efisiensi sebuah motor tidak dinyatakan secara jelas, namun dapat dihitung berdasarkan data - data arus , tegangan , cos phi dan daya motor yang tertera pada name plate tersebut. Seperti contoh name plate berikut ini :


Dari name plate diatas didapat data sebagai berikut :
P2 = 22 kW (merupakan daya output yang dihasilkan oleh motor)
Cos Phi = 0,84
Arus (I) = 40,5 A
Tegangan (V) = 400 V

Dari data diatas daya input (P1) dapat dihitung sebagai berikut :
P = 3 . V . I . Cos θ
P = 3 . 400 . 40,5 . 0,84
P = 23,59 kW
Jadi Daya Input (P1) adalah sebesar : 23,59 kW.

Sehingga rugi rugi daya pada motor seperti yang dijelaskan diatas adalah : P1 - P2
= 23,59 - 22 (kW)
= 1,59 kW

Sedangkan nilai efisiensi motor didapat sebagai berikut :
Efisiensi = ( P2 / P1 ) . 100%
= (22 / 23,59) . 100%
= 93%

Hubungan Kecepatan, Torsi, dan Daya Motor

Hubungan Kecepatan (n), Torsi (t ) dan Daya Motor (P) - Seperti yang telah pernah bahas pada artikel sebelumnya (Torque (Torsi) Pada Motor) , pada kesempatan kali ini kita akan bahas hubungan ketiga parameter diatas, yaitu kecepatan (n) , Torsi (t ) dan Daya Motor (P).

Seperti telah dijelaskan, Torsi (t) merupakan nilai momen yang didapat dari hasil perkalian antara gaya F (newton) dengan panjang lengan L (meter). Sehingga diturunkan persamaan Torsi (t ) menjadi sbb :
  t  = F. L (Nm)

Pada sebuah motor listrik, gaya F (Newton) berasal dari hasil interaksi antara medan magnet pada stator dengan induksi medan pada rotor.

Hubungan antara Daya Motor dengan Torsi (t) yang dihasilkan adalah sebagai berikut :
P = M / t   , Daya merupakan Torsi pesatuan waktu
M = F.L (Nm)
P = F . L / t     ,
v (kecepatan) = L / t

Jarak tempuh satu putaran motor adalah (L) :
L= 2 . r . p
Sehingga kecepatan  (v) putaran motor untuk menempuh jarak (L) adalah : 
 v = n . 2 . r . 

Dengan memperhitungkan gaya yang bekerja pada poros motor sebagai pengaruh untuk Torsi, maka daya motor menjadi (P) :
 P = n . 2 . r . p . F

Sehingga didapat hubungan antara daya (P) dengan Torsi (t) serta kecepatann motor (n) sebagai berikut :
 P = 2 . p . n . T(Nm/menit)

Dikarenakan perhitungan untuk Daya (P) menggunakan satuan Watt (W), maka perhitungan untuk daya tersebut dibagi dengan nilai 1000 untuk menjadikannya kesatuan kilo (k) dan 60 detik untuk menjadikan kedalam bentuk watt (W) karena putaran motor (n) masih dalam satuan menit sehingga persamaan menjadi :
 P = 2 . . n . T / ( 60 . 1000)
 P = n . T / 9545 (kW)


Karakteristik Unjuk Kerja Jaringan PLN

Karakteristik Unjuk Kerja Jaringan PLN - PLN (Perusahaan Listrik Negara) dalam pelayanannya telah menetapkan beberapa karakteristik unjuk kerja jaringan yang mesti dipenuhi oleh operasional PLN sendiri maupun oleh Pengguna Jaringan dalam kegiatan sehari-harinya yang terdiri dari sebagai berikut :

a. Frekuensi nominal sebesar 50 Hz, diusahakan tidak lebih rendah dari 49,5 Hz atau lebih tinggi dari 50,5 Hz dan selama waktu keadaan darurat (emergency) dan gangguan, frekuensi sitem diizinkan turun hingga 47,5 Hz atau naik hingga 52 Hz sebelum unit pembangkit diizinkan keluar dari operasi

b. Tegangan Sistem harus dipertahankan dalam batasan sebagai berikut :
TEGANGAN NOMINAL
KONDISI NORMAL
500 kV
+ 10% , - 10%
275 kV
+ 10% , - 10%
150 kV
+ 10% , - 10%
66 kV
+ 10% , - 10%
20 kV
+ 10% , - 10%

c. Distorsi Harmonik Total Maksimum pada setiap titik sambungan dalam kondisi operasi normal dan pada kondisi-kondisi keluar terencana maupun tak terencana harus memenuhi kriteria sebagai berikut :
TEGANGAN NOMINAL
DISTORSI TOTAL
500 kV
3%
275 kV
3%
150 kV
3%
66 kV
3%
20 kV
3%

d. Komponen urutan negatif maksimum dari tegangan fasa dalam jaringan tidak boleh melebihi 1% pada kondisi operasi normal dan keluar terencana, serta tidak melebihi 2% selama kejadian impuls sesaat (infrequently short duration peaks)

e. Fluktuasi tegangan pada suatu titik sambungan dengan beban berfluktuasi, harus tidak melebihi batasan :
(i). 2% dari tingkat tegangan untuk setiap perubahan step, yang dapat terjadi berulang. Setiap kejadian ekskursi tegangan yang besar diluar perubahan step dapat diizinkan hingga 3% asalkan tidak menimbulkan resiko terhadap jaringan transmisi, atau instalasi Pemakai Jaringan. Kedip tegangan hingga 5% saat menjalankan motor listrik yang tidak sering terjadi, dapat ditolerir.

(ii) Flicker jangka-pendek 1,0 unit dan jangka panjang 0,8 unit yang terukur dengan flicker meter seusai dengan spesifikasi IEC-868.

f. Faktor Daya (Cos Ф) dititik sambung antara instalasi Pemakai Jaringan dengan Jaringan minimum sebesar 0,85 lagging.

g. Kedua belah pihak (PLN dan Pengguna Jaringan) berkewajiban memasang power quality meter yang dapat memantau secara terus menerus dan terekam berupa softcopy.

Disadur dari Aturan Jaringan Sistim Tenaga Listrik Sumatera

Tujuan Sistem Proteksi Daya

Tujuan Sistem Proteksi Daya - Tujuan dari Sistem Proteksi Daya adalah untuk me-isolasi zona yang mengalami gangguan pada sistim daya listrik dari zona yang aman sehingga zona yang aman tersebut masih bisa berfungsi dan beroperasi tanpa terjadinya kerusakan selama berlangsungnya arus gangguan.

Sebuah circuit breaker dapat mengisolasi gangguan yang terjadi pada sebuah titik sehingga bagian yang lain masih terus beroperasi. Circuit breaker tersebut akan membuka secara otomatis ketika terjadinya gangguan melalui sinyal trip yang dikirim oleh sebuah relay proteksi.

Sebuah relay proteksi bukanlah untuk mencegah mengalirnya arus gangguan yang menuju kesuatu sistim distribusi daya, akan tetapi sistim proteksi berfungsi untuk mencegah kesinambungan arus gangguan yang mengalir menuju sistim distribusi daya dengan cara memutus bagian yang mengalami gangguan dengan cepat. Sehingga penting sekali untuk mengetahui karaketristik beban dan  besaran parameter yang listrik pada sistim distribusi sebelum kita mengatur parameter - parameter proteksi untuk melindungi sistim tersebut ketika terjadi gangguan.

Karakteristik untuk Relay Proteksi

1. Reliability (Kehandalan)
Reliability (Kehandalan) merupakan syarat terpenting yang mesti dipenuhi oleh sebuah relay proteksi. Reliability relay dapat dilihat ketika dimana relay proteksi tersebut stand-by tida beroperasi dalam jangka waktu yang lama (karena tidak ada gangguan) , dan ketika gangguan timbul, relay tersebut segera memberi respon secara tepat dan tepat.

2. Selectivity (Selektifitas)
Relay proteksi hanya boleh beroperasi sesuai dengan kondisi yang telah diatur atau ditetapkan pada saat penyetingan. Pada beberapa kondisi gangguan, ada beberapa relay proteksi yang tidak harus beroperasi , dan kalaupun beroperasi telah diatur denganpenundaan waktu yang telah diatur sebelumnya. Selektifitas sebuah relay proteksi adalah harus mampu beroperasi sesuai dengan kondisi gangguan yang sesuai.
3. Sensitivity (Kepekaan)
Relay proteksi harus cukup sensitif sehingga langsung beroperasi ketika tingkat gangguan yang muncul telah melewati batas yang telah ditetapkan.

4. Speed (Kecepatan)
Relay proteksi harus dapat beroperasi sesuai dengan kecepatan yang diperlukan (yang sudah disetting). Koordinasi antar relay proteksi harus ditetapkan secara tepat, sehingga gangguan yang terjadi pada sebagaian dari sistim tidak mengganggu operasional pada sebagian yang lain. Sehingga ketika arus gangguan yang mengalir pada sebuah sistim distribusi , relay proteksi pada bagian yang tidak mengalami gangguan tidak langsung beroperasi karena relay proteksi pada sistim yang mengalami gangguan langsung beroperasi dan mengisolasi bagian yang mengalami gangguan tersebut.