Laporan Praktikum Analisis Sistem Tenaga Listrik Modul IV – IV – Starting Starting Motor Induksi Muhammad Bhayu Bramantyo / 15524046 Asisten: Hasyim Abdullah Tanggal praktikum: 15 Oktober 2017
[email protected] Teknik Elektro – Elektro – Fakultas Fakultas Teknologi Industri Universitas Islam Indonesia
Abstrak Abstrak — Sistem tenaga listrik dalam penggunaanya memerlukan motor induksi yang memiliki kegunaan sebagai penggerak. Permasalahan yang ada pada motor induksi adalah saaat melakukan starting. Karena pada saat starting arusnya sangat besar yaitu sekitar 5 sampai 7 kali arus nominal, sehingga menyebabkan terjadinya drop tegangan pada sistem yang juga dapat menyebabkan gangguan pada operasi beban lain. Berdasarkan hal tersebut analisa pada starting motor induksi diperlukan. Pada praktikum ini, dilakukan analisa terhadap motor induksi saat starting dengan melakukan simalasi pada softw softwa are ETAP. Hasil percobaan didapatkan dengan melakukan pengamatan pada simulasi static starting motor induksi dan dynamic starting motor induksi. K ata ata kumci — drop tegangan; static starting motor induksi; dynamic motor induksi.
I.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
A. ETAP ETAP ( Electric Transient and Analysis Program) Program) merupakan suatu software software aplikasi yang digunakan untuk mensimulasikan sistem tenaga listrik. Perangkat ini mampu bekerja dalam keadaan keadaan offline untuk offline untuk mensimulasi tenaga listrik dan online online untuk pengelolaan data dan kendali sistem secara real-time. real-time. Fitur yang terdapat di dalamnya antara lain fitur untuk menganalisa pembangkitan tenaga listrik, sistem transmisi, dan sistem distribusi tenaga listrik. B. Starting Motor Induksi
PENDAHULUAN
Penggunaan Motor induksi pada sistem tenaga listrik sangat diperlukan, karena memiliki kegunaan sebagai penggerak. Motor induksi mempunyai konstruksi sederhana dan mudah untuk mengatur kecepatannya. Pada motor induksi, arus starting yang besar pada motor induksi menjadi permasalahan, karena dapat menyebabkan drop tegangan yang mengganggu operasi beban lain sehingga sehingga diperlukan diperlukan analisa. analisa. Starting pada motor induksi juga dipengaruhi oleh torsi percepatan motor yang bergantung pada tegangan terminal motor. Jika tegangan terminal motor rendah maka akan mempengaruhi starting motor yang tidak mencapai nilai kecepatan ratingnya. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan pengaturan kecepatan pada motor sehingga arus yang dihasilkan tinggi. Waktu starting juga perlu diperhitungkan, karena dengan waktu starting yang lama dapat menghasilkan panas dan dapat merusak motor. Untuk memudahkan dalam menganalisa menggunakan bantuan software ETAP sehingga dilakukan dengan cepat dan akurat.
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menganalisis kondisi dan voltage drop saat starting motor induksi dengan software ETAP
dapat dapat
Selama periode waktu starting, motor pada sistem akan dianggap sebagai sebuah impedansi kecil yang terhubung dengan sebuah bus. Motor akan mengambil arus yang besar dari sistem, sekitar enam kali arus ratingnya, dan bisa menyebabkan voltage drop pada sistem serta menyebabkan gangguan pada operasi beban yang lain. Torsi percepatan motor bergantung pada tegangan terminal motor, oleh karena itu untuk motor dengan tegangan terrminal yang rendah di beberapa kasus akan menyebabkan starting motor tidak akan mencapai nilai kecepatan ratingnya. Data-data yang diberikan oleh pabrik untuk operasi full load motor biasanya berupa : tegangan line to line (V), arus line (A), output daya Po (kW), power factor cosø (per unit), efisiensi η (per unit atau percent), slip s (per unit atau percent). Dengan memeriksa nilai impedansi motor atau data dari pabrik, maka dapat dilihat nilai arus starting bervariasi antara 3,5 kali arus full-load untuk motor tegangan tinggi dan sekitar 7 kali arus full-load untuk tegangan rendah.
C. Karakteristik Motor Sebagian besar beban-beban mekanik di industri diklasifikasikan ke dalam 2 grup yaitu : torsi kuadratik versus kecepatan dan torsi konstan versus kecepatan Karakteristik kuadratik ada pada beban seperti pompa sentrifugal, kompressor sentrifugal, kipas, dan lain-lain. Secara umum karakteristiknya ada dua yaitu bagian statik dan bagian dinamik. Bagian statik menghitung torsi inisial yang dibutuhkan saat kecepatan nol dan kecepatan sangat rendah. Sekitar 5 sampai 15 % torsi full-load dibutuhkan untuk menggerakkan batang. Torsi inisial ini biasa disebut stiction. Jika batang mulai berotasi torsi ini berkurang. Saat kecepatannya di atas sekitar 10%, torsi statik bisa diabaikan. Bagian dinamik torsi berhubungan dengan energi yang dibutuhkannya. Karkteristik dinamiknya dapat dirumuskan Tdynamic = KN 2 , di mana N adalah kecepatan batang Sebagian besar pompa sentrifugal dan kompressor sentrifugal distart saat kondisi no-load. Artinya mesin membutuhkan energi dan torsi minimum dari motor. Torsi full-speed untuk operasi no-load antara 40% - 60% torsi full-load. Untuk beban dengan karakteristik torsi konstan versus kecepatan seperti conveyor, lifting, crushers, dan lain-lain. Dari kecepatan nol ke kecepatan penuh, torsinya tetap konstan. Mesin tipe ini sulit untuk start dan mencapai kecepatan penuhnya. Beban seperti ini biasanya menggunakan motor tipe double cage, yang rotornya mempunyai dua lilitan rotor, satu di luar, satu di dalam dalam satu slot atau slot yang terpisah. Dengan memilih rasio X per R untuk lilitan ini, membuat motor bisa menghasilkan dua torsi untuk slip tertentu. Kombinasi torsi bisa konstan selama periode acceleration. Namun, yang perlu diperhatikan harus dijamin juga bahwa motor memiliki torsi yang cukup untuk mempercepat beban saat tegangan terminalnya jatuh.
Mode dengan meng klik button Motor Acceleration Analysis
Gambar 1. Motor Acceleration Analysis Mode Selanjutnya dari study case toolbar, buka motor starting study case editor, untuk menambahkan atau memodifikasi studi yang akan dilakukan Dalam halaman event, ubah total simulation time menjadi 10 detik, hasil output akan diplot mulai dari 0 sampai 10 detik. Dalam simulasi ini akan dicoba untuk menjalankan motor syn1 dan yang lainnya di delete. Simulasi event akan dimulai dari detik ke 1 Langkah berikutnya buka syn1 editor dengan cara double klik dari gambar syn1 dan klik load model. Ubah waktu accelerationnya mulai dari no load 1 dan full load 3, maksudya motor dalam kondisi tanpa beban mulai detik 1 dan akan mencapai kondisi full load pada detik ke 3. Selanjutnya adalah langkah percobaan kedua yaitu Simulasi percobaan dynamic starting motor induksi. Berdasarkan file example ANSI yang sudah dibuka, langkah selanjutnya adalah membuka elemen grafik Syn1, untuk membuka jendela editornya dan pilih halaman Model. Kemudian klik dalam tombol typical data dan akan terisi data yang dibutuhan sesuai dengan rating motor dalam nameplatenya Sekarang buka halaman Load Model untuk melihat model bebannya. Pastikan bahwa model beban sudah terisi untuk motor ini. Bila model beban harus diisikan maka pilih tab Model dan klik OK.
Terdapat beberapa metode yang digunakan untuk mengurangi arus starting dari suplai. Saat starting, tegangan bus akan turun untuk menciptakan torsi yang cukup untuk mempercepat beban ke tegangan ratingnya. Waktu starting yang lama harus dihindari. Dengan waktu starting yang lama, misal 20 detik, maka jumlah panas yang dihasilkan di kumparan stator dan batang konduktor rotor harus diperhitungkan. Dengan suhu yang tinggi pada batang bisa menyebabkan kerusakan yang sangat signifikan pada motor tipe enclosure khususnya. III.
LANGKAH PRAKTIKUM
Berikut langkah dalam melakukan percobaan pertama yaitu Simulasi percobaan static starting motor induksi. pertama buka file dari ETAP pilih folder Example-ANSI dan pilih file Example ANSI Pilih Motor Acceleration Analysis
Gambar 2. Synchronous Motor Editor Langkah selanjutnya adalah klik tab Inertia dan masukkan nilai 0.2 ke dalam kolom Motor Inertia dan klik OK. Motor WR2 akan secara otomatis diupdate. Kemudian keluar dari Syn1 Synchronous Motor editor Sekarang jalankan simulasi dynamic running motornya Untuk
melihat hasil plot nya, maka bisa dipilih tipe plot yang diinginkan
waktu 1 detik didapatkan arus starting motor pada bus 269.5 Ampere dengan faktor daya 94,33% masuk ke utility menjadi 146.5 A dengan factor daya 99,56%.
Gambar 3. Motor Starting Plot Selction Gambar 5. Hasil arus time sleeding steady state percobaan static starting motor induksi (waktu steady state)
IV.
HASIL DAN A NALISIS
Pada percobaan pertama merupakan percobaan static starting motor induksi.statis motor starting yaitu suatu metode yang merepresentasikan motor sebagai impedansi rotor terkunci selama waktu starting yang akan menarik arus maksimum pada sistem. Setelah waktu akselerasi motor selesai, motor akan dirubah ke dalam suatu beban Kva konstan.
Selanjutnya pada gambar 5, menunjukan untuk waktu steady state motor memerlukan waktu 3,34 detik didapat arus starting motor pada bus 268.5 Ampere dengan faktor daya 98,83% masuk ke utility menjadi 63.4 A dengan factor daya 100,04%. Artinya arus pada utility menurun sebesar 83,1 A.
Untuk hasil percobaan dapat dilihat pada gambar 4, gambar 5 dan gambar 6. Percobaan ini untuk mengetahui arus motor pada saat starting,faktor daya, saat waktu steady state, waktu 1 s dan waktu pertengahan atau menuju steady state.
Gambar 6. Hasil antara detik 1 dan saat steady state (waktu menuju steady state).
Gambar 4. Hasil arus time sleeding detik 1 static starting motor induksi (waktu starting) Dari hasil gambar percobaan static starting motor induksi diatas, menunjukan untuk waktu startting motor memerlukan
Untuk hasil pada gambar 6, menunjukan untuk waktu menuju steady state yaitu antara waktu starting dan steady state pada detik ke 2,27 didapat arus starting motor pada bus 269.5 Ampere dengan faktor daya 94,33% masuk ke utility masih sama pada waktu starting 146,5 A dengan factor daya 99,56%.
Berdasarkan Hasil gambar diatas dapat diketahui bahwa motor induksi membutuhkan waktu 3,34 detik untuk mencapai steady state dimana arusnya konstan setelah itu. Artinya selama selama waktu starting motor, sistem akan menarik arus maksimum dan setelah akselerasi motor selesai, motor akan dirubah ke dalam beban sebagai KVA konstan. Pada percobaan kedua merupakan percobaan dynamic starting motor induksi. Dynamic motor induksi yaitu metode yang merepresentasikan motor sebagai model dinamis untuk melihat waktu starting dari sebuah motor hingga mencapai kecepatan nominalnya serta digunakan untuk mengetahui efek tegangan kedip (voltage dip) pada sistem. Untuk hasil percobaan dapat dilihat pada gambar dibawah. Percobaan ini untuk mengetahui arus motor pada saat starting,faktor daya, saat waktu steady state, waktu 1 s dan waktu menuju steady state.
Gambar 8. Waktu steady state dynamic Selanjutnya pada gambar 8, menunjukan untuk waktu steady state motor memerlukan waktu 4,65 detik didapat arus starting motor pada bus 268.7 Ampere dengan faktor daya 98,04% masuk ke utility menjadi 76 A dengan factor daya 99,95%.
Gambar 7. Waktu starting dynamic Dari hasil gambar percobaan dynamic starting motor induksi diatas, menunjukan untuk waktu starting motor memerlukan waktu 1 detik didapatkan arus starting motor pada bus 269.5 Ampere dengan faktor daya 94,27% masuk ke utility menjadi 147.8 A dengan factor daya 99,56%.
Gambar 9. Waktu menuju steady state metode dynamic Untuk hasil pada gambar 9, menunjukan untuk waktu menuju steady state yaitu antara waktu starting dan steady state pada detik ke 2,83 didapat arus starting motor pada bus 269.8 Ampere dengan faktor daya 94,48% masuk ke utility arusnya menjadi 145,3 A dengan factor daya 99,58%. Berdasarkan Hasil gambar diatas dengan metode dynamic starting, dapat diketahui bahwa motor induksi membutuhkan waktu 4,65 detik untuk mencapai steady state dimana arusnya konstan setelah itu. kecepatan nominalnya dapat dilihat waktu starting.
Gambar 10. Plot dynamic 1 Motor Terminal current
Pada grafik dapat dilihat pada terminal motor arusnya saat starting (detik ke 1) langsung mengalami lonjakan atau kenaikan sekitar 450%. Dari rentang waktu 1 hingga 3,5 detik arus berangsur mengalami penurunan. Pada detik ke 4 mengalami kenaikan hingga pada detik ke 4,6 arus sudah steady state (konstan) di nilai arus 100%.
Gambar 12. Plot dynamic 3 Acceleration Torque
Pada gambar grafik diatas akselerasi torsi pada saat starting langsung 35% pada detik 1. Selanjutnya mengalami kenaikan lagi hingga pada detik ke tiga mengalami kenaikan yang cukup cepat hingga 200%
Gambar 13. Plot dynamic 4 Motor Terminal Voltage(Motor Base)
Gambar 11. Plot dynamic 2 Motor Speed
Pada grafik dapat dilihat pada kecepatan motor saat starting dimulai,kecepatan terus mengalami kenaikan hingga detik ke 3,4 yaitu pada level kecepatan 100% posisi konstan(steady state).
Pada grafik dapat dilihat pada terminal motor teganganya (berdasarkan motor) saat starting (detik ke 1) langsung mengalami lonjakan atau kenaikan 100%. Nilai tegangan tersebut tetap hingga pada detik ke 3.5 . pada waktu tersebut nilai tegangannya mengalami kenaikan hingga pada detik ke 3,6 nilai tegangannya mulai steady state di level 120%.
Gambar 14. Plot dynamic 5 Motor real power output
Pada grafik dapat dilihat, bahwa keluaran daya nyata pada motor mengalami kenaikan dari detik 1 hingga detik ke 3,2 dimana nilainya 195 Kw. Pa da detik 3,2 daya nyatanya terus mengalami penurunan hingga di nilai daya 250 Kw. pada detik 4 daya nyata mengalami kenaikan kembali hingga posisi steady sate atau nilai daya nyatanya konstan di nilai 800Kw.
hingga detik ke 3,5. Pada detik ke 3,5 mengalami kenaikan kembali nilai dayanya hingga detik ke 4,8 nilai dayanya steady state .
Gambar 17. Plot dynamic 8 Motor Real Power demand
Gambar15. Plot dynamic 6 Motor torque
Selanjutnya adalah grafik untuk torsi motor. Pada saat mulai starting motor torsinya masih rendah. Torsi nilainya mengalami hingga detik ke 3,2 di level nilai torsi 220%. Dan pada detik tersebut mengalami penurunan secara cepat hingga detik 3,5 di posisi 25%. Pada detik ke 4 torsi mengalami kenaikan kembali hingga detik ke 4,7 nilai torsi sudah steady state dengan nilai 90%.
Pada grafik dapat dilihat merupakan hasil daya nyata yang diminta pada motor. Pada saat starting atau detik ke 1 nilai daya nyatanya langsung mengalami kenaikan hingga 850kw. Pada detik tersebut nilai daya nyatanya mengalami kenaikkan hingga detik 3,2 daya nyatanya mengalami penurunan secara cepat hingga pada detik ke 3,4. Pada detik ke 4 mengalami kenaikan kembali nilai dayanya hingga detik ke 4,8 nilai dayanya steady state.
Gambar 16. Plot dynamic 7 Motor Reactive Power demand
Pada grafik dapat dilihat merupakan hasil daya rekatif yang diminta pada motor. Pada saat starting atau detik ke 1 nilai daya reaktifnya langsung mengalami kenaikan hingga 5000 kvar. Pada detik tersebut nilai daya reaktifnya secara kontinu mengalami penurunan hingga pada detik ke 3,4 mengalami penurunan secara cepat
Gambar 18. Plot dynamic 9 Bus Voltage
Selanjutnya pada grafik, nilai tegangan bus saat starting 98,2%. Nilai tegangannya konstan pada detik 3,5 dengan nilai tegangan 98,2% (tidak mengalami kenaikan).
Gambar 19. Plot dynamic 10 Motor Terminal Voltage ( Bus Base)
Berdasarkan grafik diatas setelah mengalami lonjakan kenaikan tegangan terminal motor (berasarkan bus) yang signifikan dan sesuai pada yang tidak mengalami kenaikan grafik tegangan bus
Gambar 21. Plot dynamic 12 Motor Slip
Dari gambar dapat kita lihat bahwa terjadi penurunan nilai slip yang sebanding dengan terjadinya waktu puncak, dari nilai 100% turun hingga nilai slip menjadi 0 sampai terjadi steady state.
V.
Gambar 20. Plot dynamic 11 Motor Line Current
Pada gambar 20 dapat dilihat nilai arus saluran pada motor saat starting melonjak nilai arunya 450%. Seteleah mengalai hal tersebut nilai arus terus menurun secara kontinu hingga detik 3,4. Selanjutnya mengalami penurunan arus secara drastis hingga detik 3,5. Pada detik ke 4 arus mengalami kenaikan secara kontinu hingga detik 4,8 dengan nila 80% (steady state).
KESIMPULAN
Pada starting motor induksi terjadi drop tegangan,hal ini disebabkan karena pada motor induksi arusnya sangat besar, sehingga mengganggu operasi beban lain. Torsi percepatan motor ini bergantung pada tegangan terminal motor, oleh karena itu untuk motor dengan tegangan terminal yang rendah di beberapa kasus akan menyebabkan starting motor tidak akan mencapai nilai kecepatan ratingnya. Jika pada rotor melakukan percepatan frekuensi pada rotor menjadi berkurang. Hal ini disebabkan nilai slip yang berkurang, dengan demikian nilai reaktansinya berkurang sehingga nilai torsinya mengalami kenaikan ke level tertinggi. Jika motor semakin mengalami kenaikan, pada torsi akan mengalami penurunan sesuai dengan level nilai yang diperlukan untuk memutar beban dengan kecepatan yang konstan.
VI. 1.
JAWABAN PERTANYAAN
Karena di industry biasanya menggunakan alat-alat yang besar, sehingga memerlukan starting dengan nilai arus yang besar.
2.
voltage dip merupakan suatu fenomena penurunan tegangan rms dari nilai nominalnya yang terjadi dalam waktu yang singkat, sekitar 10 ms sampai beberapa detik. Pada motor disebabkan oleh arus yang besar pada saat starting.
3.
Diketahui Istarting= Sstart/ √ 3 *Vphasa. pada motor dengan code letter H yaitu 6.3 - 7.09 Kva/HP, maka Sstart(daya normal)= 150*7,09Kva= 1063,5KVA. Dan √ 3 *440 = 762,1. Maka nilai Istarting= 1395,9 Ampere.
4.
-Besarnya momen inersia sistem -Kecepatan sistem -Torsi lawan beban tetap serta torsi gesekan
5.
- Direct On Line starter merupakan starting langsung. Penggunaan metode ini sering dilakukan untuk motor AC yang mempunyai kapasitas daya yang kecil. Pengertian penyambungan langsung disini adalah motor yang akan dijalankan langsung ke switch On ke sumber tegangan jala-jala sesuai dengan besar tegangan nominal motornya. Hal ini berarti, tidak perlu mengatur atau menurunkan tegangan pada saat starting. - Soft starter dipergunakan untuk mengatur/ memperhalus start dari elektrik motor. Prisip kerjanya adalah dengan mengatur tegangan yang masuk ke motor.
VII.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Sirait, David.H., “ Analisi Starting Motor Induks Tiga Phasa pada PT. BERLIAN UNGGAS SAKTI TJ.MORAWA ”
[2]
Widyananda, Firlian; dkk., “ Pemodelan Statis Dan Dinamis Pada Motor Starting Untuk Analisis Stabilitas Transien Dengan Menggunakan Software ETAP Power Station 7.0”, Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember .
[3]
Modul Praktikum Analisis Sistem Tenaga Listrik Teknik Elektro UII
