Analisa Setting Point Sistem Proteksi Motor Induksi 3 fasa 10,5 kV Unit 5-7 PLTU Suralaya Terhadap Gangguan Unbalance
Ramadhani.1, Siswo Wardoyo2.
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.
Jl. Jenderal Sudirman Km. 3 Cilegon-Banten 42435
Email :
[email protected],
[email protected]
Abstrak – Kebutuhan pasokan listrik di Indonesia setiap tahunnya semakin meningkat. Ini dikarenakan konsumsi listrik yang sangat dibutuhkan baik beban rumah tangga maupun beban industri semakin tinggi. Oleh karena itu pusat pembangkit listrik harus memasok kebutuhan listrik konsumen di Indonesia. Banyak peralatan yang terdapat pada sistem tenaga listrik untuk memenuhi pasokan listrik di Indonesia, dari pusat pembangkit, transmisi hingga distribusi sistem tenaga listrik memerlukan peralatan sistem tenaga listrik. Salah satu peralatan tersebut adalah motor induksi 3-fasa. Pada pusat pembangkit listrik biasanya motor dihubungkan dengan beban berupa kipas atau fan untuk mendukung proses pembangkitan listrik. Pada PT. Indonesia Power UBP Suralaya unit 5-7 menghasilkan daya 600 MW per unitnya. Selain itu terdapat motor induksi 3-fasa yang terhubung dengan fan pada cerobong untuk membantu pembuangan asap sisa penggunaan batubara pada sistem pembangkitan dengan kapasitas tegangan 10,5 kV. Pada motor induksi 3-fasa 10,5 kV tersebut terdapat banyak gangguan dimana salah satunya adalah gangguan unbalance. Untuk menjaga motor tersebut bekerja dengan optimal maka diperlukan sistem proteksi yang dapat menjaga motor induksi dari gangguan yang lebih parah. Rele yang digunakan pada sistem proteksi adalah jenis multilin 269 plus relay.
Kata kunci : Motor Induksi 3-fasa, Gangguan Unbalance, Sistem Proteksi
I. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Motor merupakan peralatan yang cukup banyak digunakan pada unit pembangkit, biasanya digunakan sebagai alat bantu atau sebagai beban untuk menggerakkan kipas dan pompa. Dalam unit pembangkit motor listrik biasanya beroperasi setiap hari, sehingga timbul berbagai macam gangguan yang beragam. Salah satu contohnya adalah gangguan beban berlebih, arus berlebih, gangguan hubung singkat ke tanah dan gangguan ketidakseimbangan tegangan atau arus pada tiap fasa motor tersebut yang sering disebut dengan gangguan unbalance.
Gangguan ketidakseimbangan tegangan pada motor biasanya disebabkan oleh tegangan pada tiap fasa tidak sama, variasi beban yang terjadi pada motor dan beban satu fasa dengan fasa lain berbeda-beda. Perbedaan tegangan pada tiap fasa tentunya akan berpengaruh pula pada arus yang mengalir pada tiap fasanya. Selain itu akan timbul pula gangguan seperti arus berlebih dan panas berlebih. Apabila timbul panas berlebih yang akan terjadi adalah umur motor akan bertambah pendek karena isolasi pada winding rusak, putaran dan torsi pada motor juga akan semakin turun. Setiap kenaikan sepuluh derajat celcius maka umur isolasi winding akan berkurang setengah.
Untuk mencegah terjadinya hal tersebut maka diberikan sistem proteksi untuk melindungi peralatan yang ingin dijaga dan agar gangguan tidak semakin luas. Gangguan ketidakseimbangan bisa terjadi pada tegangan dan arus, namun sistem proteksi yang digunakan hanya untuk mendeteksi arus. Dengan cara kerjanya apabila arus yang mengalir pada saluran melebihi arus yang diperbolehkan maka sistem proteksi akan bekerja untuk segera memutuskan tegangan pada saluran tersebut.
Tujuan
Tujuan dari kerja praktek ini adalah:
Mengetahui apa itu gangguan unbalance pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV di unit 5-7 PT. Indonesia Power UBP Suralaya.
Memahami faktor penyebab dari gangguan unbalance pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV di unit 5-7 PT. Indonesia Power UBP Suralaya.
Mengetahui cara kerja dan mencari nilai setting point sistem proteksi pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV terhadap gangguan unbalance dengan menggunakan relay proteksi Multilin 269 Plus.
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam pelaksanaan kerja praktek ini adalah :
Membahas gangguan unbalance pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV dan faktor penyebabnya.
Menganalisa setting point sistem proteksi pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV terhadap gangguan unbalance dengan menggunakan relay proteksi Multilin 269 Plus.
II. DASAR TEORI
Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (AC) yang paling luas digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.
Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di industri maupun di rumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai adalah motor induksi 3-fasa dan motor induksi 1-fasa. Motor induksi 3-fasa dioperasikan pada sistem tenaga 3-fasa dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri dengan kapasitas yang besar. Motor induksi 1-fasa dioperasikan pada sistem tenaga 1-fasa dan banyak digunakan terutama untuk peralatan rumah tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya karena motor induksi 1-fasa mempunyai daya keluaran yang rendah.
Macam-macam Gangguan Motor Induksi
Motor listrik sebagai penggerak putaran pada mesin-mesin produksi mempunyai peranan vital pada industri- industri, dimana sistem kontrol dan proteksi motor-motor listrik selalu dikembangkan dan sekarang ini demikian canggih dan modern, walaupun demikian gangguan kinerja motor listrik kerap terjadi karena kelistrikan oleh beberapa hal antara lain yaitu:
alat proteksi berfungsi tidak sebagaimana mestinya;
sistem pemeliharaan motor tidak dijalankan konsekuen;
gangguan mekanik merambat ke masalah kelistrikan;
pengadaan awal motor tidak sesuai mutu standarnya;
pengoperasian motor tidak sesuai prosedur.
Demikian pentingnya fungsi motor listrik dalam proses roda produksi di industri, dalam setiap terjadi gangguan padanya, harus dengan cepat dan tepat gangguan tersebut dianalisa sebagai bahan penanggulangan dan pemeliharaannya. Berikut ini akan diuraikan bagaimana cara menganalisa gangguan terhadap motor listrik.
Gangguan Pada Stator
Gangguan yang mungkin terjadi terhadap kumparan stator, antara lain yaitu tahanan isolasi kumparan menurun, dimana besar tahanan isolasi minimum 2000 / V. Tahanan isolasi menurun disebabkan antara lain yaitu :
kumparan pernah mengalami kenaikan temperatur berlebih hingga menurunkan kualitas tahanan isolasi;
kualitas isolasinya menurun karena faktor usia / waktu.
Hubung singkat antara kumparan dengan bodi, kemungkinan penyebabnya antara lain isolasi kumparan terlepas dari kawatnya akibat temperatur kumparan melampaui nominalnya, isolasi kumparan terluka akibat sentuhan mekanik dan kualitas kumparan menurun dibawah standar.
Tahanan kawat kumparan antara fasa tidak sama, kemungkinan penyebabnya adalah :
salah satu kumparan pernah mengalami panas berlebih sehingga struktur logamnya berubah, mengakibatkan tahanan bertambah besar, tetapi tidak sampai merusak bahan isolasinya;
hubung singkat antara lilitan kumparan, sehingga jumlah lilitan aktif berkurang, akibatnya arus yang mengalir akan naik dari nominalnya;
kawat kumparan putus, umumnya terjadi karena menerima arus yang terlampu besar atau terjadi hubung singkat dalam kumparan itu sendiri.
Kumparan terbakar karena mengkonsumsi arus terlalu besar karena beban berlebih atau gangguan mekanik, dimana alat proteksi tidak berfungsi sempurna.
Gangguan Pada Rotor
Rotor sangkar adalah bentuk rotor suatu motor yang konstruksinya paling sederhana, kokoh dan jarang sekali mengalami gangguan. Kumparan rotor sangkar terdiri dari batang kawat tidak berisolasi dan ujungnya disatukan sama yang lainnya dengan baut pengikat.
Gangguan yang dialami kumparan rotor sangkar adalah ikatan baut sambungan ujung-ujung kumparan longgar atau terlepas. Efek dari gangguan ikatan sambungan kumparan longgar, akan berakibat memberi umpan balik ke kelistrikan kumparan stator. Dimana gangguan kumparan rotor sangkar akan mempengaruhi kerja motor, yaitu:
arus fasa tidak seimbang;
motor tidak berputar normal atau tidak berputar sama sekali;
motor menjadi panas dan mengeluarkan suara berisik.
Rotor lilit mempunyai kumparan, dimana ujung-ujung kumparan fasanya disatukan menjadi titik bintang dan ujung-ujung lainnya disambungkan ke slip ring (cincin seret).
Gangguan kelistrikan yang dialami rotor lilit hampir sama dengan gangguan yang terjadi pada stator seperti yang telah diuraikan sebelumnya, perbedaannya adalah rotor berputar sedangkan stator diam, sehingga ada sedikit perbedaan permasalahan kelistrikan yang dihadapi.
Adapun gangguan kelistrikan yang mungkin dihadapi rotor lilit adalah:
tahanan isolasi kumparan menurun, sehingga arus bocor kumparan bertambah besar;
hubungan singkat kumparan dengan bodi;
jumlah kumparan aktif menurun karena hubung singkat antara lilitan kumparan;
tahanan kumparan lebih besar dari nominalnya, hal ini akibat kumparan pernah mengalami panas berlebih;
sambungan titik bintang kumparan longgar atau lepas;
kabel sambungan kumparan dengan slip ring longgar atau terlepas
hubungan singkat antar slip ring;
terjadi pengotoran dipermukaan slip ring oleh serbuk sikat arang sehingga menimbulkan percikan api.
Gangguan Luar Motor Induksi
Beban lebih atau overload
Gangguan beban lebih adalah ketika motor dibebani di atas kemampuan kerjanya. Biasanya gangguan ini disebabkan oleh pembebanan berlebih pada motor sehingga putaran motor semakin berat. Semakin berat beban motor maka konsumsi arus listrik motor semakin besar, sehingga jika dibiarkan dalam waktu yang lama maka arus overload menyebabkan pemanasan pada belitan yang dapat merusak belitan tersebut.
Hubung singkat atau short circuit
Gangguan hubung singkat biasanya terjadi pada fasa dengan fasa, satu fasa ke tanah, dua fasa ke tanah, dan tiga fasa ke tanah. Hal ini disebabkan oleh arus yang terlalu besar pada tiap fasanya, sudut fasa yang tidak simetris juga dapat mempengaruhi gangguan hubung singkat.
Gangguan stabilitas
Pada gangguan stabilitas yang terjadi adalah tegangan dan arus pada tiap fasa tidak sama karena dipengaruhi oleh beban yang tidak merata, atau bisa pula disebabkan oleh adanya fasa terbuka atau beban yang ditanggung oleh motor hanya tersambung dengan dua fasa saja. Sehingga terjadi ketidakseimbangan baik tegangan maupun arus.
Sistem Proteksi Pada Motor Induksi
Pada gambar 2.1 adalah perangkat dari sistem proteksi dimana tujuan dari sistem proteksi adalah mencegah kerusakan peralatan yang terganggu maupun peralatan yang dilewati oleh arus gangguan, mengisolir bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin serta secepat mungkin dan mencegah meluasnya gangguan.
Selain itu sistem proteksi sendiri memiliki fungsi sebagai pendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal pada bagian sistem yang diamankan dan melepas bagian sistem yang terganggu sehingga bagian sistem yang lainnya masih dapat terus beroperasi.
Gambar 2.1 Perangkat Sistem Proteksi [3]
Perangkat proteksi yang biasanya terdapat pada sistem pengaman antara lain adalah:
rele pengaman, sebagai elemen perasa / pengukur untuk mendeteksi gangguan;
pemutus tenaga, sebagai pemutus arus dalam sirkuit tenaga untuk melepas bagian sistem yang terganggu;
trafo arus dan atau trafo tegangan, untuk mengubah besarnya arus dan atau tegangan dari sirkuit primer ke sirkuit sekunder (rele);
batere / aki, sebagai sumber tenaga untuk mentripkan pmt dan catu daya untuk rele statik dan rele bantu;
wiring, untuk menghubungkan komponen komponen proteksi sehingga menjadi satu sistem.
III. PEMBAHASAN
Gangguan Unbalance Voltage dan Unbalance Current
Pada motor induksi tiga fasa banyak terdapat gangguan-gangguan dari luar yang dapat mengurangi kinerja dari motor tersebut sehingga mempunyai efek merusak pada motor listrik, gangguan tersebut diantaranya adalah gangguan ketidakseimbangan tegangan tiap fasa atau unbalance voltage dan ketidakseimbangan arus atau unbalance current. Yaitu tegangan dan arus yang tersedia di ketiga fasanya tidak sama.
Gangguan ketidakseimbangan tegangan ini juga kerap terjadi pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV pada unit 5-7 UBP Suralaya yang dapat berakibat fatal bagi motor induksi tiga fasa tersebut, dimana akibatnya adalah arus locked rotor di winding stator yang sudah cenderung tinggi juga menjadi tidak seimbang sebanding dengan tidak seimbangnya tegangan, putaran dan torsi motor juga cenderung akan mengalami penurunan. Jika ketidakseimbangan tegangan cukup tinggi maka motor tidak akan sesuai dengan pemakaian karena putaran rated motor tidak dapat tercapai. Akibatnya hampir semua kerusakan akan terjadi pada isolasi winding. Umur isolasi winding akan berkurang setengahnya akibat gangguan ketidakseimbangan tegangan ini. Setiap kenaikan 10°C umur isolasi winding akan berkurang setengahnya.
Motor induksi tiga fasa yang sering dioperasikan secara terus-menerus dengan kondisi tegangan tidak seimbang tentunya akan mengurangi efisiensi yang diakibatkan oleh naiknya arus dan resistansi karena panas. Panas yang timbul diakibatkan oleh arus dan resistansi yang naik secara terus menerus. Akibat hal tersebut ialah isolasi winding akan mudah sekali rusak. Selain itu akan terjadi kelebihan panas atau overheating yang dapat menyebabkan rotor akan hangus dan kerusakan stator. Kondisi unbalance sering disebabkan oleh variasi dari beban. Ketika beban satu fasa denga fasa lain berbeda, maka saat itulah kondisi ketidakseimbangan akan terjadi.
Gambar 3.1 Unbalance Voltage Pada Motor
Tegangan unbalance yang terjadi pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV unit 5-7 UBP Suralaya dapat menyebabkan arus unbalance yang porsinya dapat lebih besar yaitu sekitar enam sampai sepuluh kali besarnya ketidakseimbangan yang terjadi pada tegangan. Ketidakseimbangan tegangan yang terjadi pada sistem tiga fasa dapat menurunkan performa dan memperpendek umur dari motor induksi. Ketika terjadi arus yang tidak seimbang, arus yang mengalir pada kedua kumparan cenderung mengalami kenaikan. Seperti yang telah disebutkan sebelumya, besarnya rugi-rugi pada kumparan adalah sebesar I²R (dimana I adalah arus yang mengalir pada kumparan dan R adalah resistansi pada kumparan), maka rugi-rugi pada kumparan juga mengalami kenaikan sebanding dengan kuadrat dari perubahan arus unbalance.
Untuk mencari nilai persentase unbalance voltage pada motor induksi tiga fasa dapat dicari dengan rumus sebagai berikut:
%Unbalance Voltage=(Vmax-Vav)Vav×100%
Vmax = tegangan terbesar pada tiga fasa tersebut (volt)
Vav = tegangan rata-rata dari tiga fasa tersebut (volt)
Berdasarkan peraturan dan rekomendasi dari National Electrical Manufacturers Association (NEMA), rated capacity dari sebuah motor untuk bekerja dalam keadaan normal adalah memiliki nilai unbalance voltage yang tidak lebih dari satu persen (<1%). Sehingga motor akan dikatakan normal apabila beroperasi dengan nilai ketidakseimbangan tegangan dibawah satu persen. Berdasarkan referensi dari NEMA pula apabila motor memiliki nilai unbalance voltage sebesar 1% maka motor tersebut memiliki nilai unbalance current sebesar 6 – 10 %. Karena satu nilai tegangan yang tidak seimbang setara dengan enam sampai sepuluh kali nilai arus yang tidak seimbang.
1% unbalance voltage = 6-10% unbalance current
Sistem Proteksi Motor Induksi Dengan Multilin 269 Plus Relay
Motor induksi tiga fasa 10,5 kV pada unit 5-7 PLTU UBP Suralaya merupakan salah satu peralatan listrik yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik tersebut. Karena motor induksi ini dibebankan langsung ke kipas yang tehubung dengan cerobong untuk pembuangan asap, selain itu juga ada yang dibebankan ke pompa. Untuk mencegah kerusakan peralatan maka pada motor induksi ini dipasang sistem proteksi yang dapat mencegah hal tersebut. Tidak hanya pada motor induksi tetapi juga pada peralatan penting lainnya. Dimana tujuan dari pemasangan sistem proteksi ini adalah mencegah kerusakan peralatan yang terganggu maupun peralatan yang dilewati oleh arus gangguan, mengisolir bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin dan secepat mungkin serta mencegah meluasnya gangguan. Selain itu juga fungsi dari proteksi ini adalah mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal pada bagian sistem yang diamankan, melepas bagian sistem yang terganggu, sehingga bagian sistem yang lainnya masih dapat terus beroperasi.
MOTORRELAYBreakerPower SupplyCT
MOTOR
RELAY
Breaker
Power Supply
CT
Gambar 3.2 Rangkaian Perangkat Proteksi
Rele proteksi yang digunakan untuk memproteksi atau melindungi motor induksi 10,5 kV pada unit 5-7 ini adalah Multilin 269 Plus Relay. Proteksi ini dapat mengamankan gangguan yang berasal dari tegangan dan arus. Namun rele ini hanya memiliki sensor arus, sehingga yang terbaca atau terdeteksi oleh rele Multilin 269 Plus ini hanyalah arus saja walau gangguan yang terjadi akibat tegangan.
Gambar 3.3 Rele Multilin 269 Plus
Unbalance
Ketidakseimbangan tegangan tiga fasa adalah faktor penyebab yang cukup besar pada kerusakan termal motor induksi. Unbalance disebabkan oleh variasi beban. Penyebabnya adalah meningkatnya resistansi pada satu fasa, gangguan kontaktor, gangguan transformator dan beban tiga fasa yang tidak sama. Tegangan yang masuk pada plant mungkin saja seimbang, namun beban satu fasa yang bermacam-macam pada plant dapat menyebabkan tegangan tidak seimbang. Kasus yang paling serius pada unbalance adalah fasa terbuka, dimana salah satu fasanya tidak tersambung.
Unbalance pada motor berarti ada kenaikan pemakaian tegangan negative sequence. Tegangan negative sequence yang tinggi dapat memperbesar arus negative sequence pula. Arus negative sequence yang tinggi dapat menyebabkan rugi-rugi yang besar pada rotor dan menimbulkan panas yang sangat tinggi.
Untuk arus fasa diatas 100% Full Load Current (FLC) atau aliran arus beban, rele ini akan menghitung rasio dari perbandingan arus urutan negatif dengan arus urutan positif (In/Ip). Ketidakseimbangan urutan negatif ini mengacu pada peraturan atau rekomendasi dari perhitungan ketidakseimbangan NEMA yang berpengaruh pula pada pengaruh termal dari ketidakseimbangan motor. Untuk arus fasa dibawah 100% FLC, rele akan menghitung rasio dari arus urutan negatif dengan dengan arus beban penuh (In/Iflc). Pada proteksi unbalance, trip dan alarm rasio arus urutan negatif dengan arus urutan positif dapat dipilih dengan waktu delay yang tepat. Yang perlu dicermati adalah 1% unbalance voltage setara dengan 6% sampai 10% unbalance current. Atur alarm pada 10% dan trip pada 15% untuk mencegah gangguan tersebut, atau sekitar 3 sampai 5 detik delay yang diperbolehkan.
Type and Frame
TFWAC/B6611
Serial
3014AB03
H.P.
KW = 4302/2050
R.P.M
595/498
Volts
10000
Amps
307/177
Wt. Lbs.
75,733
Hertz
50
Temp. Rise
80
Lock KVA Code
D/H
Service Factor
100
Phase
3
Temp. Meas. Method
RTD
Switch Time Delay
2,2 Sec
Tabel 3.1 Spek Motor Induksi 3-Fasa 10,5 kV
Setting Point 15% Unbalance Trip Level
Peraturan dan rekomendasi dari NEMA tentang ketidakseimbangan tegangan dan arus pada motor yang berisi bahwa setiap 1% unbalance voltage setara dengan 6% sampai 10% unbalance current ini diterapkan pada sistem proteksi motor induksi tiga fasa pada unit 5-7 PLTU UBP Suralaya. Dimana dari hasil data uji proteksi dapat kita lihat bahwa setting point untuk alarm sebesar 10% dan untuk trip sebesar 15%, hal ini disebabkan karena sensor yang bekerja pada multilin 269 plus hanya dapat membaca arus. Sehingga pengaturan untuk trip diatur pada poin 15% diatas FLC.
Pada dasarnya Multilin 269 plus relay ini adalah sebuah rele yang hanya bisa mengukur arus untuk memproteksi sebuah alat pada sistem tenaga. Dimana cara mengatur setting point pada rele ini adalah dengan mengatur secara manual multilin 269 plus relay dan memasukkan nilai FLC atau nilai arus nominal yang mengalir di tiap fasa pada motor induksi yang ingin diproteksi. Kemudian masukkan nilai setting point yang diinginkan untuk alarm level dan trip level sesuai acuan yang telah ditentukan oleh NEMA, yaitu 10% untuk alarm level dan 15% untuk trip level. Sehingga apabila pada motor induksi yang diproteksi di tiap fasanya melebihi arus nominal dan sesuai perhitungan untuk menentukan nilai persentase unbalance nilainya melebihi 10% maka alarm pada rele ini akan menyala sedangkan apabila persentase unbalance memiliki nilai di atas 15% maka secara otomatis rele ini akan trip.
Analisa setting point unbalance ini diuji pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV pada unit 5-7 PLTU UBP Suralaya (2 speed P.A.M Induction Motor) dengan spesifikasi motor seperti pada Tabel 3.1
Selanjutnya untuk hasil uji multilin 269 plus relay pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV pada unit 5-7 (ID Fan) didapat hasil seperti pada Tabel 3.2
Setpoint Values
Motor Amps Setpoints
Motor FLC (amps)
177
U/B Alarm level
10
U/B Alarm Delay(secs)
3
U/B Trip level (%)
15
U/B Trip Delay (secs)
3
Tabel 3.2 Setpoint Values Motor Amps Setpoints
Dari hasil data uji multilin 269 plus relay tersebut didapat bahwa nilai arus pada motor pada saat FLC adalah 177 ampere, sedangkan nilai unbalance trip level adalah sebesar 15%. Hal yang mempengaruhi nilai setpoint unbalance trip level adalah rasio dari nilai arus urutan negatif dengan arus urutan positif, dimana nilai arus pada tiap fasa dan besar sudut tiap fasa harus diketahui. Nilai setpoint unbalance trip level sebesar 15% didapat apabila dalam keadaan seperti Gambar 3.4
22,95°b=177c=177112,95°67,05°a=13822,95°
22,95°
b=177
c=177
112,95°
67,05°
a=138
22,95°
67,05°
67,05°
-112,95°
-112,95°
Gambar 3.4 unbalance phase diagrama=138
a=138
b=177c=177112,95°112,95°
b=177
c=177
112,95°
112,95°
Gambar 3.5 unbalance symmetrical component analysis
Dari diagram fasa tidak seimbang seperti pada Gambar 3.5 didapat nilai arus pada tiap fasanya, yaitu:
Ia = 138 0°, dengan x=1 120°
Ib = 177 -112,95°
Ic = 177 112,95°
InIp=13Ia+x2Ib+xIc13Ia+xIb+x2Ic
=138 0+177 127,05+177 232,95138 0+177 7,05+177 352,95
=-75,28489,32=-0,1538
Unbalance% = -0,1538×100%=15,38%
Dari hasil perhitungan didapat persentase unbalance dengan nilai 15,38%. Pada multilin 269 plus nilai setpoint unbalance trip level diatur pada 15% sehingga yang terjadi adalah rele akan trip.
Kemudian ada beberapa keadaan dimana rele tidak bekerja atau dalam kondisi off, alarm menyala dan rele dalam keadaan on atau trip. Dengan nilai arus pada tiap fasa yang berbeda-beda dan besar sudut fasa yang sama dengan perhitungan sebelumnya.
Ia = 177 0°, dengan x=1 120°
Ib = 155 -112,95°
Ic = 177 112,95°
InIp=13Ia+x2Ib+xIc13Ia+xIb+x2Ic
=177 0+155 127,05+177 232,95177 0+155 7,05+177 352,95
=177-93,38-j123,7-106,64-j141,26177+153,82+j19,02+175,66-j21,72
=-23,02506,48=-0,0454
Unbalance% = -0,0454×100%=4,54%
Berdasarkan hasil perhitungan, 4,54% adalah nilai persentase unbalance, sehingga motor tersebut masih beroperasi dengan normal dan rele tidak bekerja atau dalam keadaan off. Pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV unit 5-7 PLTU UBP Suralaya ini memiliki variasi nilai arus pada tiap fasanya.
Ia = 147 0°, dengan x=1 120°
Ib = 177 -112,95°
Ic = 162 112,95°
InIp=13Ia+x2Ib+xIc13Ia+xIb+x2Ic
=147 0+177 127,05+162 232,95147 0+177 7,05+162 352,95
=147-106,64-j141,26-97,6-j129,29147+175,66+j21,72+160,77-j19,88
=-57,24483,43=-0,1184
Unbalance% = -0,1184×100%=11,84%
Dengan nilai arus pada tiap fasa yang berubah dan selalu bervariasi namun dengan besar sudut fasa yang tidak berubah maka nilai persentase unbalance yang didapat adalah sebesar 11,84%. Dengan nilai demikian maka yang terjadi dalam sistem adalah menyalanya alarm pada sistem proteksi dengan multilin 269 plus tersebut, namun tidak ada trip karena nilai persentase unbalance yang didapat belum mencapai nilai setpoint yang telah diatur.
Selanjutnya, pada motor tersebut kembali terjadi variasi nilai arus pada tiap fasanya dengan besar sudut fasa yang tidak berubah.
Ia = 152 0°, dengan x=1 120°
Ib = 225 -112,95°
Ic = 180 112,95°
InIp=13Ia+x2Ib+xIc13Ia+xIb+x2Ic
=152 0+225 127,05+180 232,95152 0+225 7,05+180 352,95
=152-135,56+j179,57-108,45-j143,65152+223,29+j27,6+178,63-j22,09
=-92,01564,92=-0,1628
Unbalance% = -0,1628×100%=16,28%
Dengan nilai arus yang berbeda-beda dan bervariasi pada tiap fasanya maka motor tersebut memiliki nilai persentase unbalance sebesar 16,28%, hal ini menyebabkan rele multilin 269 plus akan bekerja atau trip pada sistem tersebut karena besarnya nilai persentase unbalance sudah melampaui dari setpoint yang telah diatur sebelumnya.
Ia
Ib
Ic
U/B %
Keadaan
Kondisi 1
177
155
177
4,54%
Normal
Kondisi 2
147
177
162
11,84%
Alarm
Kondisi 3
152
225
180
16,28%
Trip
Tabel 3.3 Variasi arus tiap fasa terhadap keadaan relay
IV. PENUTUP
Kesimpulan
Dari hasil kerja praktek yang telah dilakukan pada tanggal 2 September sampai 30 September 2014 dan telah dilakukan analisa pembahasan dari data-data yang telah didapat selama kerja praktek tentang analisa setting point sistem proteksi motor induksi 3 fasa 10,5 kV terhadap gangguan unbalance, maka didapat kesimpulan:
Pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV pada unit 5-7 UBP Suralaya terdapat banyak jenis gangguan, diantaranya terdapat gangguan unbalance, yaitu arus dan tegangan yang tidak sama atau seimbang pada ketiga fasanya. Berdasarkan peraturan dan rekomendasi dari National Electrical Manufacturers Association (NEMA) apabila motor memiliki nilai unbalance voltage sebesar 1% maka motor tersebut memiliki nilai unbalance current sebesar 6 – 10 %.
Gangguan unbalance biasanya disebabkan oleh tipe beban atau jumlah beban tiap fasanya tidak sama atau berbeda satu fasa dengan fasa lainnya. Selain itu juga oleh salah satu fasa pada sistem terbuka yang artinya satu fasa tidak terhubung ke beban, melainkan hanya dua fasa saja yang terhubung langsung ke beban.
Sistem proteksi yang digunakan pada motor induksi tiga fasa 10,5 kV pada unit 5-7 UBP Suralaya adalah dengan menggunakan multilin 269 plus relay. Proteksi ini dapat mengamankan gangguan yang berasal dari tegangan dan arus. Namun rele ini hanya memiliki sensor arus, sehingga yang terbaca atau terdeteksi oleh rele Multilin 269 Plus ini hanya arus saja walau gangguan yang terjadi akibat tegangan. Nilai setting point rele ini terhadap gangguan unbalance adalah sebesar 15% dimana mencari persentase unbalance nya adalah dengan membandingkan arus urutan negatif dengan arus urutan positif.
Saran
Perawatan dan pemeliharaan motor induksi sebaiknya ditingkatkan karena motor induksi merupakan salah satu peralatan yang penting dalam sistem tenaga listrik PT. Indonesia Power UBP Suralaya.
Melakukan pemeriksaan rele secara rutin dengan pengambilan data yang diharapkan dapat mencapai tingkat akurasi yang tinggi, sehingga rele dapat bekerja dengan optimal.
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Solih Afin, M Zuldiag. 2013. Aplikasi Penyearah 3 Fasa Terkendali Pada Chlorination Plant Unit 5-7 PLTU Suralaya. Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.
[2]. Link: http://sisfo.itp.ac.id/bahanajar/BahanAjar/ZurimanAnthony.html (diakses pada tanggal 6 Oktober 2014 jam 21.15 WIB)
[3]. Link: http://jatirio.blogspot.com/2012/12/perangkat-sistem-proteksi.html (diakses pada tanggal 7 Oktober 2014 jam 01.00 WIB)
[4]. GE Industrial Systems. 2006. Instruction Manual 269 Plus Motor Management Relay.
