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.

Penyebab Faktor Daya Rendah

Penyebab Faktor Daya Rendah - Penyebab utama Faktor Daya suatu sistim jaringan listrik mejadi rendah adalah beban induktif . Pada sebuah rangakaian induktif murni , arus akan tertinggal sebesar 90 ° terhadap tegangan , perbedaan yang besar pada sudut fase antara arus dan tegangan ini akan menyebabkan faktor daya mendekati nilai nol . 


Umumnya  , semua rangkaian listrik memiliki sifat Kapasitansi dan Induktansi ( kecuali rangkaian resonanasi atau rangkaian tuning dimana reaktansi induktif = reaktansi kapasitif ( Xc = XL ) , sehingga rangkaian menjadi bersifat resistif ) , karena sifat Kapasitansi dan Induktansi beban pada sebuah rangkaian listrik akan menyebabkan perbedaan sudut fase ( θ ) antara arus dan tegangan sehingga menimbulkan faktor daya , sehingga menimbulkan beberapa kerugian seperti yang telah kita bahas sebelumnya, kerugian akibat rendahnya Faktor Daya (power factor) .

Berikut ini adalah beberapas sumber yang menyebabkan rendahnya faktor daya (power faktor) pada sistim jaringan listrik :
  1. Motor Induksi Satu Phasa atau Tiga Phasa,umumnya motor induksi baik yang satu phasa maupun tiga phasa memiliki faktor daya yang rendah yaitu , ketika berbBeban penuh , Power Faktor = 0,8 -0.85 , dan ketika dibebani rendah (tanpa beban) berkisar pada  0.2 -0.3
  2. Variasi besar kecilnya beban pada jaringan sistem tenaga listrik . Pada periode beban rendah , tegangan suplai meningkat yang meningkatkan arus magnetizing yang menyebabkan faktor daya menurun
  3. Tungku pembakaran/pemanas pada industri
  4. Lampu penerangan yang memanfaatkan gas neon
  5. Transformer
  6. Arus Harmonic

Percent Impedance (Persen Impedansi) Transformator

Percent Impedance (Persen Impedansi) Transformator - Impedansi transformator merupakan total jumlah keseluruhan perlawanan terhadap arus AC didalam sebuah peraltan mesin listrik. Untuk menetahui nilai Impedansi sebuah  transformator dapat dilakukan dengan metode sederhana tanpa harus menelaah impedansi pada masing - masing belitan didalam transformator tersebut. Cara untuk mendapatkan nilai impedansi sebuah transformator adalah dengan menghubungsingkatkan (short circuit) pada salah satu sisi transformator dan meinjeksi tegangan pada sisi yang lainnya dalam jangka waktu singkat. Dengan keadaan salah satu sisi belitan terhubung singkat, maka akan mengalir arus beban penuh sesuai dengan rating transformator tersebut. Nilai tegangan yang diterapkan pada salah satu sisi transformator untuk mendapatkan aliran arus beban penuh tersebut kita kenal sebagai tegangan impedansi transformator (Voltage Impedance).


Nilai impedansi sebuah tranformator umumnya dicantumkan pada name plate transformator itu sendiri dalam satuan persen (%) , misalnya 2% , 3% dst. Pengertian nilai tersebut adalah , bahwa drop tegangan yang timbul karena impedansi adalah sekian persen dari tegangan yang diterapkan. Sebagai contoh, sebuah transformator dengan rasio 2.400 / 240 volt memiliki persen impedansi (Z%) sesuai name plate sebesar 3%, maka drop tegangan pada transformator tersebut adalah :

Vdrop = V x Z(%)  ,

Vdrop = 2400 x 3/100

Vdrop = 72 V

Dari hasil perhitungan diatas didapat nilai voltage drop adalah sebesar 72V, hal ini berarti akan ada penurunan tegangan sebesar 72-volt disisi belitan tegangan tinggi yang ditimbulkan karena rugi - rugi pada belitan dan intri transformator ketika transformator tersebut dibebani penuh.

Kembali ke penjelasan awal, metode pengujian dengan menghubungsingkatkan salah satu sisi  tranformator dan menerapkan suplay tegangan dengan nilai tertentu  pada sisi yang lain hingga arus beban penuh mengalir merupakan metode untuk mencari drop tegangan ketika sebuah tranformator tersebut dibebani penuh. Nilai voltage drop sebesar 72 V yang telah didapat dari hasil perhitungan diatas merupakan nilai tegangan yang didapat apabila transformator 2400/240 volt diuji dengan metode tersebut. Sehingga persen impedansi yang tertera diname plate transformator 2.400/240 V , merupakan hasil pengujian yang dibagi terhadap tegangan transformator dikali dengan 100%,  sbb :

Z(%) = ( Vdrop/ V ) x 100 %
Z(%) = (72 / 2400 ) x 100 %
Z(%) = 3%

Dari nilai persen impedansi sebesar 3% tersebut, hanya 1% - 2% yang merupakan nilai yang ditimbulkan oleh nilai impedansi pada inti transformator (rugi - rugi inti) , sisanya sebesar 98% lebih disebabkan karena impedansi yang timbul pada belitan tranformator itu sendiri (rugi - rugi belitan). Untuk operasional yang aman, tranformator jarang dioperasikan degan beban penuh (100% rating) , sehingga drop teganganpun menjadi rendah.

Untuk mengetahui berapa nilai sebenarnya dari persen impedansi transformator tersebut, dapat dilakukan dengan perhitungan sbb :
Z = Vdrop/ I
Z = 72 / 100 A
Z = 0.02 ohm

Nilai arus sebesar 100 A,  didapat dari nilai pengukuran arus beban penuh yang ketika dilakukan metode pengujian dimana salah satu sisi transformator dihubung singkat. Atau bisa dilihat dari name plate transformator itu sendiri, dimana disana dicantumkan nilai arus saat beban penuh.

Perlu dingat,  impedansi merupakan penjumlahan nilai resistif dan reaktif suatu komponen, sehingga nilai impedansi yang didapat diatas (0,72 ohm) terdiri dari unsur resitif dan reaktif.

Rating ( kapasitas ) Transformator

Rating ( kapasitas ) Transformator - Kapasitas ( rating ) dari sebuah transformator dibatasi oleh besarnya suhu atau temperatur operasional transformator tersebut yang masih dapat ditolerir oleh bahan isolasinya. Kapasitas sebuah tranformator dapat ditingkatkan dengan cara mengurangi rugi - rugi yang terjadi pada inti dan belitan tembaga pada transformator tersebut. Dengan meningkatkan laju pembuangan panas ( pendinginan ) , atau dengan meningkatkan kekuatan isolasi transformator sehingga akan dapat menahan suhu yang lebih tinggi , kapasitas sebuah tranformator dapat ditingkatkan.


Transformator dengan ukuran yang lebih besar dapat membuang lebih banyak panas , karena daerah untuk pendinginan lebih luas  serta volume minyak pendingin lebih banyak. Ketahanan sebuah transformator terletak pada isolasi kertas yang digunakan untuk mengisolasi belitan didalamnya, dan ketahanan isolasi kertas pada belitan tersebut akan mengalami degradasi disuhu sekitar 100 ° C.   Hal ini berarti bahwa  sebuah transformator sebaiknya dioperasikan dengan suhu terpanasnya lebih rendah (lebih dingin) dari suhu degradasi ini , atau bila dipaksakan diatasnya akan menyebabkan umur pakai transformator tersebut berkurang . Reklamasi (overhaul Transformator) yang meliputi purifikasi minyak , penggantian minyak transformator, gasket dll  diperlukan untuk membantu dan meningkatkan umur operasional transformator.

Rating transformator dapat diperoleh dengan mengalikan arus kali tegangan  ( V x I ). Transformator kecil dinilai dalam " VA , " volt kali ampere . Dengan meningkatnya kapasitas , biasanya dibaca dalam kVA ( kilovoltampere ) dan kapasitsa yang lebih besar ditulis dalam MVA (megavoltampere ) .