Energi Efisiensi Pada Motor Induksi

Motor merupakan suatu alat yang mengkonversi energi listrik ke energi mekanik (gerak) dengan memanfaatkan interaksi mendan magnet yang timbul pada belitan stator dan rotor. Industrial motor merupakan motor yang umum digunakan pada dunia industri yang dapat diklasifikasi menjadi motor induksi, dc motor, motor sinkron.

Kecepatan Motor
Kecepatan motor dihitung berdasarkan jumlah banyaknya putaran dalam range waktu tertentu, bisasanya dihitung berdasarkan banyaknya putaran dalam waktu satu menit. (RPM = Revolution Per Minute).
Kecepatan sinkron (synchronus speed) sebuah motor dihitung berdasarkan rumus sbb :
ns = 120 x  f / P
dimana :
ns : Synchronus speed (Kecepatan Sinkron) , RPM
f   : Frekuensi tegangan supplay (Hz)
P  : Poles (Jumlah kutub motor)

Dari persamaan diatas terlihat bahwa kecepatan sebuah motor AC dapat divariasikan dengan merubah besarnya frekuensi tegagan supplay motor.

Kecepatan motor pada saat beroperasi lebih kecil bila dibanding dengan kecepatan sinkron. Besarnya perbedaan antra kecepatan motor saat berputar dengan kecepatan sinkron (ns) disebut sebagai slip yang dinyatakan dalam persentase (%). Perhitungannya adalah sbb :
Slip (%) : 100% x ( ns - Full Load Speed ) / ns 




Hubungan Tegangan - Frekuensi
Nilai impedansi belitan pada sebuah motor sebanding dengan frekuensi supplay motor. Pada frekuensi rendah, nilai impedansi tersebut mendekati nilai nol (0), sehingga cenderung menimbulkan hubungan singkat pada belitan. Untuk menjaga nilai flux yang konstant pada motor, tegangan motor haruslah ikut dirobah. Ratio antara flux dan tegangan pada motor selalu tersebut konstant pada sepanjang range kecepatan motor.
Dengan menjaga ratio tersebut selalu kontant , kecepatan sebuah motor induksi dapat divariabelkan sehingga nilai torsi motor akan selalu konstan.
Pada kecepatan rendah, karena motor memiliki nilai tahanana belitan, ratio tersebut harus dirubah sehingga cukup untuk menghasilkan flux magnetik yang membuat motor berputar.

Hubungan Beban Motor - Power Factor
Ketika beban motor dikurangi, maka arus yang kemotorpun ikut berkurang. Namun dengan pengurangan beban tersebut, tidak ada hubungannya dengan pengurangan yang terjadi pada arus magnetisasi yang menimbulkan penurunan pada faktor daya motor.

Hubungan Beban Motor - Efisiensi Motor
Persamaan effiseini motor adalah sbb :

Effisiensi = (Power Input - Power Losses) x 100% / Power Input

Motor listrik merupakan suatu peralatan perubah energi elektomagnetik yang fungsinya didasari atas gaya yang diberikan antra arus listrik yang masuk dengan medan magnet yang ditimbulkan. Karena prinsip fungsi tersebut, maka umumnya motor listrik memiliki effisiensi yang sangat tinggi.

Patut dicatat,  efisiensi tertinggi pada sebuah motor tercapai pada pembebanan sekitar 75% dan turun secara dratis pada pembebanan dibawah 30%.

Kurva Pembebanan Motor dan Daya
motor curve

Kode ANSI Untuk Peralatan Proteksi Tenaga Listrik

Dalam mendisain sebuah sistem tenaga listrik, Kode Standar ANSI merupakan penunjuk fitur-fitur apa saja yang tersedia pada sebuah perangkat alat proteksi. Kode ANSI yang tersedia pada sebuah alat proteksi menentukan apa-apa saja gangguan yang dapat dimonitor sehingga melakukan aksi perlindungan pada sistem ketenagalistrikan  dan komponen dari kerusakan ketika sebuah peristiwa yang tidak diinginkan terjadi.

Kode ANSI merupakan kode standar yang digunakan untuk mengidentifikasi fitur-fitur apa saja yan gtersedia pada perangkat proteksi tenaga listrik yang berbasis mikroprosesor.

Berikut ini adalah kode ANSI yang digunakan pada alat proteksi yang berbasis mikroprosessor, sbb :

- Fungsi Proteksi Terhadap Arus
ANSI Kode : 50/51 – Phase overcurrent
Proteksi Tiga Phasa terhadap beban lebih dan hubungan singkat yang terjadi antar phasa.

ANSI 50N/51N or 50G/51G – Earth fault
Proteksi Earth fault (Gangguan pentanahan) dilaksanakan berdasarkan pengukuran atau hasil perhitungan arus yang nilainya didapat dari :
    ANSI 50N/51N: perhitungan arus residual atau yang diukur melalui sensor arus 3 phasa
    ANSI 50G/51G: arus residual yang diukur secara langsung dengan menggunakan sensor khusus.

ANSI 50BF – Breaker failure
Apabila sebuah breaker gagal digerakan (membuka) oleh perintah trip karena terdeteksinya gangguan, maka proteksi back up mengirimkan perintan trip ke breaker diatasnya.

ANSI 46 – Negative sequence / unbalance
Proteksi terhadap tidak seimbangnya arus setiap phasa yang terdeteksi melalui pengukuran setiap phasa untuk arus urutan negatif. Menggunakan 2 mode, yaitu :
- Sensitiv Proteksi untuk mendeteksi gangguan pada dua phasa diujung penghantar.
- Pendeteksia kenaikan temepratur yang ditimbulkan karena supplay yang tak seimbang, gangguan phasa atau hilangnya satu phasa dan tidak seimbangnya arus antar phasa.

ANSI 49RMS – Thermal overload
Proteksi terhadap panas yang timbul karena kelebihan beban (overload) pada transforamtor. motor atau generator.
Proteksi ini bekerja berdasarkan persamaan matematika yang menggunakan nilai :
- Arus RMS
- Temepratur ambient
- Arus urutan negatif yang menimbulkan kenaikan temperatur pada motor.



Recloser
ANSI 79
Fitur ini digunakan untuk membatasi waktu down time setelah kejadian trip yang disebabkan karena gangguan sementara atau semipermanen pada saluran udara. Perintah recloser secara  otomatis memerintahkan breaker untuk kembali energize setelah penundaan waktu yang telah disetting sebelumnya.

Directional current protection
ANSI 67N/67NC type 1
ANSI 67 – Directional phase overcurrent
Merupakan fitur proteksi terhadap hubungan singkat (short circuit) antar phasa yang dilengkapi dengan pilihan tripping berdasarkan arah arus gangguan.

ANSI 67N/67NC – Directional earth fault
Sama dengan directional phase overcurrent tapi digunakan untuk earth fault. Memiliki 3 type sbb :

- ANSI 67N/67NC type 1
Merupakan fitur Proteksi Directional earth fault berdasarkan arus residual yang terukur pada impedansi pentanahan maupun sistim netral baik yang bersiolasi maupun tidak.

- ANSI 67N/67NC type 2
Merupakan fitur Proteksi Directional earth fault pada impedansi pentanahan dan sistim pentanahan bertipe solid.arus residual pada impedansi pentanahan maupun sistim netral baik yang bersiolasi maupun tidak berdasarkan pengukuran ataupun perhitungan arus residual.

- ANSI 67N/67NC type 3
Merupakan fitur proteksi Directional overcurrent berdasarkan pengukuran arus residual pada jaringan distribusi yang memiliki sistim pentanahan yang bervariasi.
Directional power protection functions
ANSI 32P – Directional active overpower
Merupakan proteksi berdasarkan kalkulasi daya nyata yang dimanfaatkan untuk :
- Proteksi overload (kelebihan beban) dan penerapan  load sheeding
- Proteksi untuk Reverse Power, yang digunakan pada sbb :
  • Mencegah terjadinya generator beroperasi menjadi motor ketika generator ikut mengkonsumsi daya nyata.
  • Mencegah terjadinya motor beroperasi menjadi generator ketika motor ikut menyuplai daya.

ANSI 32Q/40 – Directional reactive overpower
Adalah proteksi dua arah berdasarkan perhitungan daya reaktif untuk mendeteksi hilangnya kuat medan pada mesin synchron atau generator. Biasanya digunakan sebagai :
 - Proteksi kelebihan pemakaian daya reaktif pada sebuah motor
 - Proteksi terhadap kelebihan daya reaktif yang dikonsumsi oleh generator akibat hilangnya kuat medan.

Fugnsi untuk proteksi terhadap mesin

ANSI 37 – Phase undercurrent
Serinf digunakan pada peralatan pompa untuk mendeteksi hilangnya atau berkurangnya daya penggerak utama (motor) .

ANSI 48/51LR/14 – Locked rotor / excessive starting time
Merupakan proteksi untuk motor terhedap kelebihan panas (overheating) yang disebabkan karena motor mengalami overload atau proses locked rotor pada sebuah motor

ANSI 66 – Starts per hour
Proteksi untuk mencegah sebuah motor mengalami panas berlebih yang disebabkan karena sttarting motor berulang-ulang, proteksi ini akan menunda motor diberi suplay kembali apabila jumlah maksimum energize motor yang telah diseting pada satu kali periode terlewati. Juga bisa dimanfaatkan untuk memberi selang waktu sehingga motor tidak bisa langsung dienergizze setelah motor tersebut off.

ANSI 50V/51V – Voltage-restrained overcurrent
Merupakan proteksi untuk generator terhadap gangguan hubungan singkat yang terjadi antra phasa ke phasa.

ANSI 26/63 – Thermostat/Buchholz
Merupaka proteksi untuk transformator terhadap kenaikan temperatur maupun gangguan yang terjadi dalam trannsformator melalui input digital yang terhubung keperalatan transformator tersebut.

ANSI 38/49T – Temperature monitoring
Proteksi yang mendeteksi kelainan temperatur pada sebuah peralatan berdasarkan pengukuran temperatur melalui sebuah sensor yang terpasang pada peralatan tersebut, seperti temperatur belitan primer maupun sekunder pada sebuah transformator maupun temperatur pada belitan rotor atau stator pada sebuah motor atau generator.

Voltage protection functions
ANSI 27D – Positive sequence undervoltage
Melindungi motor terhadap gangguan operasional yang disebabkan karena tegangan jaringan yang tidak seimbang dan juga bisa digunakan untuk mendeteksi kesalahan arah puturan sebuah peralatan.

ANSI 27R – Remanent undervoltage
Proteksi yang digunakan untuk mendeteksi tegangan yang masih ada (remanent voltage) pada sebuah peralatan mesin berputar, sehingga akan mencegah suplay power masuk kemesin tersebut untuk menghindari goncangan yang disebabkan electrcal transien ataupun mechanical transient.

ANSI 27 – Undervoltage
Banyak digunakan untuk memprotesi motor terhadap tegangan rendah atau digunakan sebagai pendeteksi tegangan pada suatu jaringan yang nantinya akan mengkatifkan pengaturan otomatis load shedding. Proteksi ini bekerjan berdasarkan pengukuran tegangan antar phasa.

ANSI 59 – Overvoltage
Memproteksi terhadap tegangan jaringan yang nilainya diatas teganagn setting (tegangan normal). Proteksi ini bekerja berdasarkan pengukuran tegangan antar phasa dan tegangan phasa ke netral yang dimonitor terpisah.

ANSI 59N – Neutral voltage displacement
Proteksi terhadap gangguan yang timbul pada sebuah insulasi melalui pengukuran tegangan residual pada sistim netral yang terisolasi.

ANSI 47 – Negative sequence overvoltage
Proteksi terhadap tidak seimbangya tegangan antar phasa yang disebabkan oleh suplay yang tida seimbang, gangguan jaringan melalui perhitungan terhadap tegangan urutan negatif.

Frequency protection functions
ANSI 81H – Overfrequency
Proteksi terhadap frekuensi tinggi yang dibandingkan dengan frekuensi operasi normal yang dibutuhkan. Proteksi ini bermanfaat untuk memonitor gualitas sebuah suplay power dan untuk peralatan yang memerlukan frekeunsi yang stabil.

ANSI 81L – Underfrequency
Proteksi terhadap frekuensi rendah yang dibandingkan dengan frekuensi operasi normal yang dibutuhkan. Proteksi ini bermanfaat untuk memonitor gualitas sebuah suplay power dan untuk peralatan yang memerlukan frekeunsi yang stabil.

ANSI 81R – Rate of change of frequency
Proteksi yang digunakan untuk kecepatan pemutusan hubungan generator kesebuah sistim jaringan apabila terjadi perubahan frekuensi yang cepat dan juga digunakan sebagai pengaturan pada load shedding. Bekerja berdasarkan perhitungan terhadap variasi frekuensi.

Disconnection
Diguakan pada sebuah instalasi otomatis yang terhubung pada suatu jaringan suplay, dimana kecepatan perubahan frekuensi digunakan untuk mendeteksi kemungkinan kehilangan suplay sehingga akan mengaktifkan circuit breaker utama untuk mencegah sebah generator kembali terhubung tanpa melalui proses sinkronisasi dan juga untuk mencegah suplay mengalir keluar dari instalasi tersebut.

Load shedding
Merupakan froteksi terhadap kecepatan perubahan frekuensi yang digunakan sebagai load shedding dan biasanya dikombinasikan dengan proteksi under frekuensi untuk perlindungan terhadap kehandalan suatu jaringan (genrator dan peralatan).