RANCANG BANGUN SISTEM PROTEKSI MOTOR INDUKSI TIGA PHASA TERHADAP GANGGUAN ARUS BERBASIS MIKROKONTROLLER

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM PROTEKSI MOTOR INDUKSI TIGA PHASA TERHADAP GANGGUAN ARUS BERBASIS MIKROKONTROLLER Ahmad Ridwan, Endro Wahjono S.ST.,MT. 2, Arman Jaya ST.,MT. 3 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Industri, PENS-ITS, Surabaya,Indonesia, ahmad.ridwan07@gmail.com Dosen Jurusan Teknik Elektro Industri, PENS-ITS, Surabaya,Indonesia. 2,3 Abstrak Motor induksi tiga phasa merupakan salah satu motor yang banyak digunakan di industri. Hal ini dikarenakan motor induksi memiliki peranan yang sangat penting dalam proses produksi. Apabila terjadi gangguan arus pada motor induksi tiga phasa maka proses produksi akan terhenti dan mempunyai dampak yang sangat berbahaya. Gangguan arus ini bisa menimbulkan panas pada motor induksi tiga phasa, jaringan serta pada sisi sumbernya. Gangguan arus motor induksi ini jika tidak segera diatasi dapat merusak motor itu sendiri dan industri akan mengalami kerugian yang cukup besar. Berdasarkan masalah tersebut, maka pada proyek akhir ini penulis membuat suatu sistem yang dapat mendeteksi serta mengamankan motor induksi tiga phasa dari gangguan arus. yang diamankan pada pengaman ini adalah arus beban lebih, arus hubung singkat dan arus bocor. Pada arus beban lebih metode yang digunakan adalah metode inverse time (standart inverse), untuk arus hubung singkat menggunakan metode instantaneous relay sedangkan untuk arus bocor menggunakan metode gabungan dari definite time relay dan moderately inverse relay. Dari hasil pengujian arus beban lebih dengan setting arus 3 ampere terdapat presentase error sebesar 4,4% sehingga ketepatan waktu adalah 95,6%. Sedangkan untuk arus hubung singkat waktu yang diperlukan untuk memutuskan daya adalah 0 detik. Pada pengaman arus bocor lama waktu atau jeda waktu untuk memutuskan system pada saat I/Is (arus gangguan / arus setting) diantara sampai.2 pemutus daya akan trip dengan waktu 2 detik. Pada saat I/Is (arus gangguan / arus setting) lebih dari.2 maka pemutus akan trip sesuai karakteristik moderately inverse. Kata kunci: sistem pengaman, motor induksi tiga phasa, sensor arus. Abstract Three-phase induction motor is one of the motors are widely used in industry. This is because the induction motor has a very important role in the production process. In the event of disruption to the current three-phase induction motor is stopped and the production process will have very harmful effects. These disorders can lead to heat flow in a three phase induction motor, as well as on the tissue source. This induction motor current noise if not addressed could damage the motor itself and the industry will experience substantial losses. Based on these issues, then at the end of the project, the writer makes a system that can detect and secure the three-phase induction motor from the flow disturbance. The current that is secured in a safety overload current, short circuit current and leakage current. On the load current over the method used is the method of inverse time (standard inverse), for the short circuit current using the method of instantaneous relay to the leakage current while using the combined method of definite and moderately inverse time relay relay. From the test results are the percentage of load current over error of 4.4% to an average punctuality was 95.6%. As for the short circuit current of time it takes to break the power is 0 seconds. Leakage current on the length of time or lag time to decide when the system I / Is (fault current / current setting) between to.2 then the breaker will trip with a time of 2 seconds and at the I / Is (fault current / current setting) is more than.2 then the breaker will trip according to moderately inverse characteristics. Keywords: security system, three-phase induction motor, the current sensor. Pendahuluan Motor induksi 3 phasa merupakan salah satu motor yang banyak di gunakan di industri. Hal ini di karenakan motor induksi 3 phasa memiliki keunggulan di bandingkan motor jenis yang lain, akan tetapi motor induksi 3 phasa sering mengalami gangguan yaitu arus lebih yang di sebabkan oleh adanya gangguan baik dari sumber tegangan maupun dari motor itu sendiri. Gangguan pada motor induksi 3 phasa ini mempunyai dampak yang sangat berbahaya bila dibiarkan secara terus menerus. Gangguan ini bisa menimbulkan panas pada motor induksi 3 phasa sehingga menyebabkan motor induksi 3 phasa akan terbakar. Selain itu gangguan arus ini juga dapat merusak pada jaringan dan sisi sumbernya apabila tidak diamankan. Selama ini jenis pengaman motor induksi telah banyak diproduksi atau dijual dipasaran,

2 akan tetapi pengaman yang dijual di pasaran lebih spesifik pada jenis gangguan tertentu saja. Misalnya untuk pengaman overload, arus hubung singkat, arus bocor memerlukan jenis pengaman sendiri - sendiri. Selain jenis pengaman yang terpisah pisah pengaman motor induksi 3 phasa di pasaran sulit dalam proses instalasinya. Untuk mengatasi masalah tersebut maka dibuat alat yang dapat mendeteksi serta mengamankan motor induksi 3 phasa dari gangguan arus. Pengaman motor induksi 3 phasa ini tidak hanya arus overload yang diamankan tetapi juga dapat mengamankan gangguan arus hubung singkat dan arus bocor. Sehingga tidak terjadi kerusakan yang lebih parah pada motor induksi 3 phasa dan tidak sampai merusak pada system jaringan serta sumber dari motor induksi 3 phasa. Pengaman motor induksi ini lebih mudah digunakan dari pada pengaman yang ada dipasaran. Untuk setting arus bisa dimasukan melalui tombol sehingga dapat diatur arus setting yang di inginkan. Selain itu dalam proses instalasi lebih mudah dibuat dan mudah dalam wiringnya. Pengaman ini dilengkapi dengan display dan lampu indikator untuk mengetahui besar arus dan jenis gangguan yang terjadi pada motor induksi 3 phasa. 2. Konfigurasi Sistem Pada perancangan sistem pengaman motor induksi 3 phasa terhadap gangguan arus akan dibuat seperti blok digram sebagai berikut. Perangkat Keras Sumber 3 Perangkat Lunak Pemutus SOFT SWITCH Sensor Mikrokontroler Motor Induksi 3 V.25.9 Standard. Setelah itu program dicompile dengan tujuan untuk mengetahui apakah program masih terdapat error atau tidak. Untuk men-download program, dilakukan dengan cara menghubungkan langsung mikrokontroler dengan PC menggunakan komunikasi pararel dan menggunakan rangkaian ISP downloader sebagai rangkaian buff. Dibawah ini merupakan system flowchart secara umum: Mulai Inisialisai I/O INPUT SET POINT Isc > Isp? Isp < Iol < Isp? Ibc > sp2? Tampilan selesai YA YA YA Hubung singkat beban Lebih Bocor Gambar 2 Flowchart Program Pemutus, Alarm dan lampu indikator ON 2.2 Perencanaan dan Pembuatan Sensor ACS72 Sensor arus ini mengunakan ACS72-20A-T yang memiliki kemampuan arus sampai 20 Ampere. Keluaran dari ACS ACS72-20A-T adalah tegangan dc ripple. Perubahan yang dihasilkan dari keluaran sensor arus ACS ACS72-20A-T ini sangat kecil sekitar 00 mv setiap perubahan Ampere (sesuai data sheet). Keypad Alarm Gambar Blok DiagramSistem Pengaman Motor Induksi 3 Terhadap Gangguan 2. Mikrokontroller Sistem Mikrokontroler yang direncanakan adalah menggunakan ATMega6 dengan memori program internal 52 Kbyte sehingga tidak memerlukan memori program eksternal. Mikrokontroler ATMega6 dipilih selain karena telah terdapat internal di dalam chip-nya dengan tingkat kestabilan yang cukup presisi, mempunyai compiler canggih dengan bahasa pemrograman tingkat tinggi yaitu bahasa C sehingga lebih memudahkan programmer, dan juga karena memiliki memori, serta jumlah port yang cukup untuk digunakan dalam proyek akhir ini. Cara pengujiannya yaitu terlebih dahulu IC mikrokontroler di isi program menggunakan software CodeVisionAVR Gambar 3 Rangkaian Sensor ACS Perencanaan dan Pembuatan ZCT Sensor arus bocor ini menggunakan sensor arus ZCT type TZ2L9 yang memiliki kemampuan arus sampai 00A. Keluaran ZCT type TZ2L9 ini adalah berupa tegangan AC. Perubahan yang dihasilkan dari sensor ZCT type TZ2L9 ini sangat kecil bila diparalel dengan resistor 33 ohm yaitu 40 mvsetiap perubahan ampere (sesuai datasheet). Pada gambar 3.22 ini merupakan gambar dari sensor arus ZCT type TZ2L9. 2

3 Gambar 4 Sensor ZCT Penguatan operasional di desain dengan penguatan 200 kali, ini bertujuan agar dapat menanggulangi pembacaan sensor arus ZCT TZ2L9. Perhitungan desainya sebagai berikut: Vout=-k x Vinput Dimana : k R2 R 200k k 20 Keluaran dari inverting amplifier disearahkan dengan rectifier. Hal ini bertujuan agar sinyal dari sensor arus dapat dibaca oleh internal mikrokontroller. Berikut adalah simulasi perencanaan penguatan sensor arus ZCT. Output sensor ZCT dikuatkan 200 kali karena output dari sensor sangat kecil yaitu mulai dari 25mV. 3. Pengujian Sensor ACS 72 Pengujian sensor dilakukan dengan menggunakan variac dan beban 3 phasa.terdapat sepuluh step dalam beban, dimana setiap step bernilai 0.5A. Sensor arus ini dipasang seri terhadap beban. Untuk mengambil sinyal arus digunakan sensor arus ACS72 20A yang dipasang seri disetiap fasenya (R, S, T). Output dari sensor arus ACS72 yang nantinya masuk mikrokontroler. Tabel. Data Hasil Pengujian Sensor ACS72 No Input (A) Sensor phasa R (Volt) Sensor S (Volt) Sensor T (Volt) Gambar 5 Rangkaian simulasi menggunakan PSIM 2.4 Perencanaan dan Pembuatan Softswitch Softswitch adalah pengganti relay yang digunakan untuk menyambung dan memutuskan kontaktor. Fungsi dari softswitch ini bisa meredam arus yang muncul pada saat memutus dan menyambungkan kontaktor dari drive mikrokontroller. Softswitch ini menggunakan TRIAC (BTA2) dan di drive dengan menggunkan MOC 304 yang mendapat pulsa dari mikrokontroller. Di bawah ini adalah gambar rangkaian softswitch Pada Tabel merupakan hasil pengujian sensor arus. Pengujian ini dilakukan dengan memberikan arus antara 0 sampai dengan 4.5 Ampere. Keluaran sensor arus ini berupa tegangan dc antara.564 V sampai dengan V untuk arus 0 sampai dengan 4.5 Ampere. Dan gelombang keluaran tegangan sensor arus ACS 72 pada gambar 6. Volt/div = Volt Time/div = 0.5 ms Vcc Gnd R in Kohm 360 Kohm MOC ohm Triac BTA 2 39 ohm 0.0 uf 220 V ac Gambar 7 Gelombang Keluaran Tegangan Sensor LOAD Netral Gambar 6 Rangkaian Softswitch 3. Pengujian Dan Analisa Pengujian dilakukan dengan cara pengukuran dan pengambilan bentuk gelombang output dari setiap rangkaian yang dibutuhkan. 3

4 Untuk data pengujian adc sensor ACS72 ditunjukkan pada Tabel 2 Tabel 2 Data Hasil Pengujian adc Sensor ACS72 No Input (A) sensor R sensor S sensor T Pengujian Sensor ZCT Pengujian Sensor ZCT dilakukan dengan menggunakan variac dan beban phasa. Terdapat 7 step dalam beban, dimana setiap step bernilai 0 ma. Sensor arus ini dipasang dengan cara melewatkan tegangan sumber pada lubang sensor. Tabel 3 Pengujian Sensor ZCT I (ma) Output Sensor (Volt) Untuk data pengujian sensor ZCT ditunjukkan pada Tabel 4 Tabel 4 Pengujian sensor ZCT I (ma) Pengujian Softswitch Pengujian softswitch dilakukan dengan cara memberikan tegangan 5 Volt yang nantinya tegangan ini diperoleh dari sinyal tegangan yang dihasilkan dari mikrokontroller. Hasil pengujian bila diberikan tegangan 5 Volt dc maka softswitch akan bekerja dan beban akan teraliri sumber listrik dan sebaliknya. Data percobaan untuk softswitch dapat dilihat pada tabel 4.5. Tabel 5 Pengujian softswitch PORTB.0 Tegangan Input Kontaktor Optocoupler 0 5 volt On 0 volt Off 3.4 Pengujian Hubung Singkat Untuk menguji gangguan short circuit atau hubung singkat digunakan beban 3 phasa. hubung singkat ini mempunyai nilai yang sangat besar. Oleh karena itu, setting point arus hubung singkat harus lebih besar dari arus beban lebih. hubung singkat ini memiliki karakteristik insantanteous atau tidak ada jeda waktu untuk memutuskan system. Jika nilai arus melebihi setting point yang diinputkan, maka relay akan ON dan kontaktor langsung trip, tanpa jeda waktu. Berikut ini adalah contoh listing program dari gangguan arus short circuit atau arus hubung singkat.berikut adalah tabel hasil pengujian gangguan arus hubung singkat. Tabel 6 DataPengujian Gangguan Hubung Singkat Set yang Pemutus trip Point lewat (A) Daya 4 3 Tidak trip Trip Trip Trip Tidak trip Trip Trip Trip 0 Dari tabel 6 dapat dilihat bahwa tidak ada jeda waktu untuk melakukan pemutusan pada pemutus daya. Semuanya dieksekusi tanpa delay waktu jika melebihi setting point. Setiap arus yang lewat melebihi setting point yang dimasukkan, maka sistem langsung trip tanpa jeda waktu. Besarnya nilai arus hubung singkat yang mengalir akan menjadi 5-0 kali dari arus nominalnya. Dari data dan analisa Ini membuktikan bahwa arus short circuit memiliki karakteristik sifat instantaneous. Dengan setting point 3 A, maka system akan trip jika arus yang lewat melebihi 3 A. Pada gambar 4.0 menunjukkan tampilan jika terjadi gangguan hubung singkat sebesar 3.00A. 4

5 Gambar 8 Tampilan Gangguan Hubung Singkat 3.5 Pengujian Beban Lebih Berbeda dengan arus hubung singkat, arus beban lebih ini mempunyai jeda waktu untuk melakukan trip. beban lebih ini memiliki karakteristik normali inverse, yaitu semakin besar arus yang mengalir semakin pendek waktu untuk trip. Untuk membedakan arus yang mengalir ke beban arus hubung singkat atau arus beban lebih adalah dengan ada tidaknya delay waktu. Jika tidak ada jeda waktu, maka arus tersebut arus hubung singkat, sebaliknya bila ada tundaan waktu, maka arus tersebut adalah arus beban lebih. Serta setting point dari arus beban lebih lebih kecil dibanding arus hubung singkat. Berikut adalah tabel data pengujian dari tundaan waktu arus beban lebih. dimana semakin besar arus semakin cepat pula waktu untuk trip. Tabel 7 Data Pengujian Gangguan Beban Lebih dengan setting arus 3 ampere Setting Point Beban Lebih (A) Nilai (A) Alat ukur trip Tabel 8 Data Pengujian Gangguan Beban Lebihdengan setting arus 4 ampere Setting Point Beban Lebih (A) Nilai (A) Alat Ukur trip Dari Tabel 8 dapat dilihat bahwa semakin besar arus yang lewat dan melebihi setting point, maka semakin cepat pula tundaan waktu yang terjadi. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar grafik 7 t Gambar 9 Grafik invers time Tabel 9 Hasil Pengujian Trip I Setting 3 Ampere Pada Alat Sistem Pengaman Terhadap Overload Setting Point Beban Lebih (A) Grafik Inverse Time yang lewat(a) Untuk Trip Trip Trip Alat teori % error Pada pengujian sistem pengaman arus beban lebih dengan arus setting 3 Ampere dilakukan dengan cara memberi arus beban yang melebihi dari arus setting yaitu antara 3 Ampere sampai 5 Ampere. Dari perbandingan antara arus beban dengan arus setting maka terdapat pula perbedaan waktu trip. Pada pengujian ini terdapat perbedaan antara waktu trip alat dengan waktu trip secara perhitungan sehingga terdapat prosentase error antara 0 % sampai 7.04 % dengan rata rata prosentase error 4,4 % untuk arus setting 3 Ampere. 3.6 Pengujian Bocor bocor memiliki karakteristik definite time, yaitu dengan jeda waktu yang ditentukan. Dari tabel bisa dilihat bahwa semua arus yang lewat melebihi arus setting point.,maka system akan trip dengan jeda waktu yang ditentukan. Berikut adalah tabel data pengujian dari tundaan waktu arus bocor. dimana waktu untuk trip pada arus bocor ini tergantung dari besarnya arus yang melewati pada sensor. 5

6 Tabel Pengujian Gangguan Bocor 35mA Setting Point Bocor (ma) Nilai (ma) Alat Ukur trip Tabel 2 Pengujian Gangguan Bocor 40 ma Setting Point Bocor (ma) Nilai (ma) Alat Ukur trip Dari table 2 dapat dilihat bahwa semakin besar arus yang lewat dan melebihi setting point, maka semakin cepat pula tundaan waktu yang terjadi. pengujian didapatkan prosentase error rata rata adalah 4,4% sehingga ketepatan waktu rata rata adalah 95,6 % untuk pengaman arus beban lebih. 2. hubung singkat memiliki jeda waktu 0 detik untuk memutuskan sistem, sedangkan arus beban lebih mengikuti karakteristik normaly inverse dan arus bocor mengikuti karakteristik definite time dan moderately inverse. 3. Pada arus bocor, lama waktu atau jeda waktu untuk memutuskan system pada saat I/Is (arus gangguan / arus setting) diantara sampai.2 maka pemutus akan trip dengan waktu 2 detik dan pada saat I/Is (arus gangguan / arus setting) lebih dari.2 maka pemutus akan trip sesuai karakteristik moderately inverse. 5 Daftar Pustaka [] Afif Amrulloh, Rancang bangun alat pendeteksi Jenis Gangguan Pada Motor Induksi 3 Phase Berbasis Mikrokontroller, PENS-ITS, 200. [2] Ario Makmur, Rancang bangun alat pendeteksi Jenis Gangguan Pada Motor Induksi 3 Phase Berbasis Mikrokontroller, PENS-ITS, 200. [3] Efendi, Pengujian Alat Proteksi Motor Induksi 3 Terhadap Ketidakseimbangan Sumber, Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang, [4] I Wayan Artha Wijaya, Pendeteksian Gangguan Kumparan Stator Motor Serempak Magnet Permanen Menggunakan Metode Modified Anfis, Teknik Elektro Udayana, [5] Lucky Pradigta, Motor induksi 3 phase terhadap gangguan unbalance voltage dan overload, PENS ITS, [6] Heri Andrianto, Pemrogaman Mikrokontroller AVR AT MEGA 6, Informatika, Bandung, 2008 [7] Datasheet of OVER CURRENT PROTECTION RELAYS,CKR Series. 4 Kesimpulan Setelah dilakukan proses perencanaan, pembuatan dan pengujian alat serta dari data yang didapat dari perencanaan dan pembuatan sistem pengaman motor induksi 3 phasa terhadap gangguan arus didapat:. Dari pengujian sistem pengaman terdapat presentase error pada pengaman arus beban lebih. Pada saat arus beban lebih disetting 3 ampere dan arus gangguan beban lebih sebesar 5 ampere didapatkan lama waktu untuk memutuskan daya adalah 3,9 detik. Sedangkan lama waktu secara teori yang diperlukan 3.63 detik. Maka dari data 6