Dosen Jurusan Teknik Elektro Industri 2 3

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM PENGAMAN DAN MONITORING MOTOR SINKRON TIGA FASA ( HARDWARE ) Ir. Gigih Prabowo, MT. 1, Ir. Era Purwanto,M.Eng. 2, Arif Darmawan 3 1 Dosen Jurusan Teni Eletro Industri 2 Dosen Jurusan Teni Eletro Industri 3 Mahasiswa D3 Jurusan Teni Eletro Industri Politeni Eletronia Negeri Surabaya - ITS Kampus ITS Suolilo Surabaya arif_darmawan43@yahoo.com Motor sinron tiga fasa merupaan salah satu mesin listri yang banya digunaan di dunia industri. Motor ini beerja pada ecepatan yang onstan sesuai tegangan dan freuensinya serta dapat di fungsian untu memperbaii fator daya. Oleh arena itu, maa motor sinron diharusan beerja dengan bai dan aman. Namun, banya jenis gangguan yang berpotensi untu mengganggu inerja motor atau bahan merusa motor itu sendiri, diantaranya yaitu gangguan tegangan lebih, tegangan urang, arus lebih, beban lebih, tegangan fasa hilang, ecepatan lebih dan panas lebih. Dalam beerjanya sistem mampu mendetesi jenis-jenis gangguan tersebut, namun dalam pengamanannya masih terdapat perbedaan watu maupun nilai parameter pengamanan antara teori dengan enyataannya. Error rata-rata adalah sebesar 2% pada setiap gangguan yang terjadi. Fasilitas monitoring digunaan untu meream data parameter erja motor sehingga mudah untu dianalisa. Kata unci : Motor sinron, Sensor, Pengaman, Monitoring. 1. Pendahuluan Motor sinron tiga fasa merupaan salah satu mesin listri yang banya digunaan di dunia industri. Motor ini beerja pada ecepatan yang onstan sesuai tegangan dan freuensinya. Selain onstrusinya yang hampir sama dengan motor asinron sehingga tida terlalu memerluan perawatan yang intensif, motor sinron dapat difungsian sebagai ondensator sinron untu perbaian fator daya. Karena fungsi serta elebihannya, motor sinron banya diapliasian pada industri sebagai alat penggera terutama pada plant yang membutuhan ecepatan onstan atau sebagai pengoresi fator daya. Sesuai dengan peran dan fungsinya, maa motor sinron dinilai sangat penting dalam dunia industri. Sehingga motor sinron diharusan beerja dengan bai dan aman dengan semestinya. Namun, banya seali jenis-jenis gangguan yang berpotensi untu menggangu fungsi dan erja motor atau bahan merusa motor itu sendiri. Di antaranya yaitu: tegangan lebih, tegangan urang, tegangan fasa hilang, arus lebih, beban lebih, ecepatan lebih dan panas lebih. Gangguan listri yang terjadi dapat di sebaban oleh banya hal, untu mengetahui penyebabnya harus di lauan analisa terhadap nilai parameter listri pada saat gangguan terjadi. Hal ini dilauan dengan memonitoring parameter-parameter eletri yang ada terlebih, sehingga penyebab terjadinya gangguan dapat di analisa dan langah untu perbaian dapat di ambil dengan cepat dan tepat. Oleh arena itu, pengamanan motor aan dipadu dengan fasilitas monitoring sehingga sistem tersebut tida hanya mengamanan, tetapi juga memudahan dalam analisa eadaan erja motor. 2. Konfigurasi Sistem Pada perancangan sistem pengaman dan monitoring motor sinron tiga fasa terhadap gangguan tegangan lebih, tegangan urang, tegangan fasa hilang, arus lebih, beban lebih, ecepatan lebih, panas lebih aan dibuat seperti blo digram sebagai beriut : Power supply ontator Alarm Lampu indiator LCD Gambar 1 Blo diagram sistem pengaman dan monitoring motor sinron tiga fasa PC miroontroler Input set point Sensor tegangan pada tiap fase Sensor arus Sensor ecepatan Sensor Suhu 2.1 Perencanaan dan Pembuatan Sensor Tegangan Motor sinron 3 phase Sensor tegangan ini digunaan untu mendapatan parameter tegangan antar phasa sehing-ga dapat mengetahui besar tegangan phasa-phasa. Pada pembuatan sensor tegangan ini menggunaan Potensial Transformer dan rang-aian pembagi tegangan. 1

2 2.4 Perencanaan Dan Pembuatan Sensor Kecepatan Sumber 3 phasa Transformator 440 Volt to 12 Volt + Kuprox - + Kuprox R 10 Kohm C 2200uF R 10 Kohm C 2200uF R 5 Kohm R 5 Kohm Zener 5,1V Zener 5,1V V out 1 V out 2 Dalam sistem ini sensor ecepatan menggunaan optoisolator/optocoupler model U, dapat dilihat pada gambar beriut: - R 10 Kohm + Kuprox - C 2200uF R 5 Kohm Zener 5,1V V out 3 Motor Sinron 3 fasa Gambar 2 Rangain Sensor Tegangan 2.2 Perencanaan dan Pembuatan Sensor Arus Sensor arus ini mengunaan CT type TZ77V yang memilii emampuan arus sampai 100 Ampere. Keluaran CT type TZ77V adalah arus. Perubahan yang dihasilan dari eluaran sensor arus CT type TZ77V ini sangat ecil bila diparalel dengan resistor 100 ohm yaitu 40 mv setiap perubahan 1 Ampere (sesuai data sheet). Pada gambar 3.14 merupaan gambar CT type TZ77V dan untu gambar sensor arus CT type TZ77V. Gambar 5 Optocoupler Dengan dibantu lempeng lingaran yang dilubangi maa sensor beerja menghasilan logia 1 apabila terdapat lubang, semain banya lubang maa pemb aan aan semain sering dan jia dionversi e RPM di dapat hasil yang mendeati ondisi aslinya dapat dilihat pada gambar beriut: Gambar 3 CT type TZ77V dan penguatnya 2.3 Perencanaan dan Pembuatan Sensor Arus DC Sensor arus DC menggunaan rangaian pembagi arus. Arus yang disensing masimal 2A dengan tegangan onstan 100V. Sesuai dengan perhitungan untu mensensing arus 2A dibutuhan dua resistor yaitu 10 ohm dan 228 ohm dengan resistor total 238 ohm 20 watt sehingga arus yang mengalir disetiap resistor Untu lebih jelas gambar rangaiannya seperti beriut : Gambar 6 Rangaian Sensor Kecepatan Dan Desain Lempeng Rotari Untu desain lempeng rotarinya terdapat 36 lubang dan bahan dari lempeng rotari tersebut terbuat dari bahan carbot. 2.5 Perencanaan dan Pembuatan Sensor Suhu Pada perencanaan sensor suhu, digunaan IC LM 35 dimana output dari sensor IC lm 35 tersebut linier terhadap suhu celcius. Dan berubah sebesar 10 mv setiap derajat Celcius. Selain itu IC LM 35 tida memerluan alibrasi esternal. Dan mampu mengindera temperatur antara 55 Celcius, sampai +150 Celcius. Untu penguatanya 3ali agar diperoleh tegangan output 4.5V etia suhu mencapai 150( C) Gambar 7 Sensor Suhu LM35 dan penguatnya Gambar 4 Rangaian sensor arus DC 2

3 2.6 Perencanaan dan Pembuatan Softswitching ( Driver Kontator ) Softswitch ini adalah pengganti relay yang digunaan untu menyambung dan memutusan ontator. Fungsi dari Softswitch ini bisa meredam arus yang muncul pada saat memutus dan menyambungan ontator dari drive miroontroler. Softswitch ini menggunaan TRI (BTA12) dan di drive dengan menggunan MOC 3021 yang mendapat pulsa dari miroontroler. Di bawah ini adalah omponen BTA. R in 330 ohm 1 5 Kohm 6 Vcc (From micro) Gnd 2 MOC Triac BTA ohm(3w) 0.01 uf (400V) LOAD (Kontator) Phasa 220 V ac Netral Gambar 8 Rangaian Softswitch (Driver ontator) 3. Pengujian Dan Analisa Pengujian dilauan dengan cara penguu-ran dan pengambilan bentu gelombang output dari setiap rangaian yang dibutuhan. 3.1 Pengujian Sensor Tegangan Sensor tegangan ini menggunaan Potensial Transformer dan Pembagi Tegangan sehingga dilauan pengujian pada tegangan eluaran Potensial Transformer dan tegangan eluaran setelah dimasuan rangaian pembagi tegangan. Pada tabel 1 dan 2 di bawah ini merupaan hasil pengujian sensor tegangan. Pengujian ini dilauan dengan cara penguuran pada tega-ngan eluaran tarfo dan tegangan eluaran pembagi tegangan. Sedangan pada gambar 6 merupaan gelombang eluaran tegangan sensor. V in Var i 3ø Tabel 1 Hasil Sensor Tegangan Potensial Transformer Vin Vari 3ø V R-S V S-T V R-T V R-N V out Potensial Transformer V S-N V R-N Tabel 2 Hasil Sensor Tegangan Pembagi Tegangan V out (Pembagi Tegangan ) Sensor Tegangan (Volt) V out Potensial Transformer (Volt) V V V V DC V DC V DC R-N S-N R-N R-N S-N R-N Dari tabel 1 dan 2 terlihat data hasil penguuran sensor tegangan yang diuur pada tegangan yang disensor dan tegangan eluaran dari sensor. Pengujian dilauan dengan memberi tegangan sumber 3 phasa antara 240 Volt rms sampai 400 Volt rms tegangan line to line. Pengujian dilauan dengan menguur tegangan eluaran dari Potensial Transformer dan tegangan eluaran dari rangaian pembagi tegangan. Hasil tegangan eluaran sensor pada saat tegangan 380 Volt rms antar phasa seitar 3.86 Volt yang nantinya digunaan sebagai tegangan sensor yang masu e adc. Sedangaan untu gelombang tegangan eluaran dari sensor tegangan terlihat pada gambar 6. Gambar 9 Gelombang Tegangan Keluaran Sensor Tegangan 3.2 Pengujian Sensor Arus Pengujian sensor ini dilauan dengan cara merangai sensor arus seri. Pengujian dengan cara membebani sumber tiga fasa dengan resistansi load 3 phasa. Pengujian dilauan melihat hasil eluaran CT type TZ77V. Untu hasil pembuatan rangaian sensor arus dapat dilihat pada gambar 7. Gambar 10 Rangaian Sensor Arus dan Penguatnya 3

4 Pengujian arus dilauan pada sensor arus fasa R dengan cara menguur eluaran tegangan dari sensor arus CT type TZ77V tersebut. Untu hasil pengujian sensor arus dapat dilihat pada tabel 2 dan gelombang eluaran tegangan sensor pada gambar 8 di bawah. Arus (A) Tabel 3 Hasil Pengujian Sensor Arus V (CT) (mv) V DC setelah penguatan (Volt) Pada Tabel 3 merupaan hasil pengujian sensor arus. Pengujian ini dilauan dengan memberian arus antara 0 sampai dengan 7 Ampere. Keluaran sensor arus ini berupa tegangan DC antara 0 V sampai dengan 5.19 V untu arus 0 sampai dengan 7 Ampere. Dan gelombang eluaran tegangan sensor arus pada gambar 11. Gambar 11 Gelombang Keluaran Tegangan Sensor Arus 3.3 Pengujian Softswitch ( Driver Kontator ) Pengujian Softswitch dilauan dengan cara memberian sinyal tegangan 5 Volt yang nantinya sinyal teganggan ini diperoleh dari miroontroler. Hasil pengujian bila diberian tegangan 5 Volt DC maa Softswitch aan beerja dan beban aan teraliri sumber listri dan sebalinya.. Gambar 12 Rangaian Softswitch Untu Drive Kontator 3.4 Pengujian Miroontroler Pengujian miroontroler ini dilauan dengan pengujian software progam bahasa C dengan AVR Code Vision. Pengujian dilauan untu mengetahui sistem minimum beerja dengan bai, maa diadaan pengetesan pada jalur-jalur port yang dimilii oleh miroontroler ATmega 16 Gambar 13 Pengujian Miroontroler 3.5 Pengujian Gangguan Pada pengujian gangguan ini merupaan pengujian seluruh prinsip erja sistem sistem pengaman dan monitoring motor sinron tiga fasa apaah dapat beerja sebagai mestinya atau tida. Jenis jenis gangguan yang dimanan yaitu tegangan lebih, tegangan urang, arus lebih, beban lebih, panas lebih dan ecepatan lebih Pengujian Gangguan Tegangan Lebih Untu menguji pengamanan sistem terhadap gangguan tegangan lebih pengujian dilauan dengan beban resistor variable tiga fasa. Dalam pengujian, tegangan input dari regulator tegangan tiga fasa di naian hingga lebih dari nilai tegangan seting nominalnya. Kemudian sumber tegangan di onesian dengan beban, menggunaan magneti ontator. Hal ini di lauan untu mengetahui respon sistem pengaman terhadap adanya tegangan lebih mendada. Tabel 4.7 beriut aan memuat data pengujian sistem terhadap gangguan tegangan lebih. Tabel 4.7 Data Pengujian Gangguan Tegangan Lebih Tegan Tegan Set gan gan mi VLL Kon pada N nal Regul %Er disi saat pada o. Tegan ator ror siste tampil gan m an teori LCD

5 Watu (Secon) N o. Set mi nal Tegan gan VLL Regul ator Tegan gan pada saat teori Tegan gan pada tampil an LCD %Er ror Kon disi siste m Pada data hasil pengujian dietahui bahwa tegangan pada sistem pengaman adalah diatas 110% dari set nominal tegangan. Adapun watu yang sama pada setiap pengujian adalah diarenaan adanya watu untu mengidentifiasi gangguan dalam program miroontrole Pengujian Gangguan Tegangan Kurang Sama seperti pada pengujian respon sistem terhadap gangguan tegangan lebih, pada pengujian gangguan tegangan urang dilauan dengan beban resistor variable tiga fasa. Dalam pengujian, tegangan input dari regulator tegangan tiga fasa di turunan hingga urang dari nilai tegangan seting nominalnya. Kemudian sumber tegangan di onesian dengan beban, menggunaan magneti ontator. Hal ini di lauan untu mengetahui respon sistem pengaman terhadap adanya tegangan lebih mendada. Tabel 4.8 beriut aan memuat data pengujian sistem terhadap gangguan tegangan lebih. Tabel 5 Data Pengujian Gangguan Tegangan Kurang Tegan Tegan Set gan gan min VLL Kon pada N al Regul %Er disi saat pada o Tegan ator ror siste tampil gan m an teori LCD Pada data hasil pengujian dietahui bahwa tegangan pada sistem pengaman adalah dibawah 90% dari set nominal tegangan. Adapun watu yang sama pada setiap pengujian adalah diarenaan adanya watu untu mengidentifiasi gangguan dalam program miroontroler Pengujian Gangguan Arus Lebih dan Beban Lebih Untu menguji respon terhadap gangguan arus lebih dan beban lebih, maa arus yang mengalir melalui sensor harus di naian sehingga melebihi arus nominalnya. Pengujian dilauan dengan regulator 1 fasa yang terhubung dengan resistor variabel 1 fasa. Arus yang mengalir pada rangaian penguji diatur terlebih dahulu tanpa menghubungan sensor dengam sistem pengaman. setelah itu, arus nominal di pada sistem pengaman di atur lebih ecil dari arus yang mengalir pada beban. Kemudian untu pengujian respon sistem pengaman, sensor di hubungan dengan sistem pengaman menggunaan switch. Beriut adalah tabel data hasil pengujian respon sistem terhadap gangguan arus lebih dan beban lebih. Tabel 6 Data Pengujian gangguan arus lebih dan bebab lebih Arus Rangaian (A) Seting Arus minal (A) Pengenalan Jenis Gangguan Watu teori (s) Watu prate (s) % Error Over Current Overload Overload , Overload , Overload , Overload , Kurva Watu Tunda Pengamanan Kenaian Arus 108,39 55, ,68 4 4,25 4,5 5 5,25 Arus R (Ampere) Gambar 13 Grafi Tundaan Watu 18 5,5 5

6 Dari table diatas dapat dilihat bahwa semain besar arus yang lewat dan melebihi setting point, maa semain cepat pula tundaan watu yang terjadi. Untu lebih jelasnya dapat dilihat pada tampilan grafi dibawah ini Pengujian Gangguan temperatur Lebih. Pengujian suhu lebih di lauan untu memperoleh respon sistem terhadap gangguan panas lebih pada motor sinron. Pada pengujian, sensor suhu aan di panasan hingga suhunya melebihi nilai nominal suhu yang diperbolehan yang mana sebelumnya telah diinputan melalui program. Beriut adalah tabel dat hasil pengujian respon sistem pengaman terhadap gangguan suhu lebih. Tabel 7 Data Pengujian Gangguan Suhu Lebih Suhu Respon Suhu Yang Di Sistem Pengujian( C) Set ( C) Pengaman Pada pengujian gangguan suhu lebih dietahui bahwa sistem aan melauan tindaan pengamanan etia suhu telah melebihi set point yang telah ditentuan. Pada data terdapat adanya selisih antara nilai suhu pengujian dengan nilai set suhu, diarenaan etia sistem mengamanan gangguan sensor suhu tetap menguur nilai suhu yang nai Pengujian Gangguan Tegangan Fasa Hilang Pada pengujian gangguan fasa hilang, salah satu atau salah dua tegangan input tegangan yang diuur oleh sensor tegangan aan sengaja di hilangan sehinnga fasa tersebut terb a 0 volt oleh sensor tegangan. Beriut adalah tabel data hasil pengujian respon sistem terhadap tegangan fasa hilang. Tabel 8 Data Pengujian Gangguan Fasa Hilang Fasa Yang Dilepas Respon Sistem Dalam Pengujian Pengaman 1 R 2 R dan S 3 S 4 S dan T 5 T Fasa Yang Dilepas Respon Sistem Dalam Pengujian Pengaman 6 T dan R 7 R, S dan T Standby Pada pengujian sistem pengaman terhadap gangguan tegangan fasa hilang, didapat data bahwa sistem aan mengamanan gangguan etia terdapat salah satu atau dua fasa yang tegangannya hilang atau sama dengan nol. Namun etia etiga fasa dilepas sistem pengaman menganggap hal tersebut buan sebagai gangguan sehingga sistem pengaman aan standby dengan ondisi ontator yang open Pengujian ecepatan lebih Pada pengujian ecepatan lebih digunaan inverter tiga fasa untu mengatur ecepatan motor sinron tiga fasa. Sebelum diuji ecepatan nominal diset terlebih dahulu. setelah itu motor dinyalaan dan diatur hingga melebihi ecepatan nominal yang telah diset, setelah itu dicatat nilai ecepatan yang terba etia ondisi ontator open (). Beriut tabel data pengujian respon sistem pengaman terhadap gangguan ecepatan lebih. Tabel 9 Data Pengujian ecepatan lebih seting ecepatan (RPM) Kecepatan Motor saat (RPM) ecepatan motor saat teori (RPM) % Error Dari data pengujian respon sistem pengaman terhadap gangguan ecepata lebih, dietahui bahwa sistem aan mengamanan motor etia ecepatan motor melebihi seitar 110% dari ecepatan setting. Pada data diatas nilai ecepatan motor saat tida tepat 110 % dari ecepatan seting. Hal ini diarenaan setelah ontator motor tetap berputar sediit lebih cepat walaupun ontator telah arena masih ada gaya setrifugal pada motor sinron tiga fasa. 3.6 Kesimpulan Setelah dilauan proses perencanaan, pembuatan dan pengujian alat serta dari data yang didapat dari perencanaan dan pembuatan sistem pengaman dan monitoring motor sinron tiga 6

7 fasa terhadap gangguan tegangan lebih, tegangan urang, tegangan fasa hilang, arus lebih, beban lebih, ecepatan lebih, serta panas lebih didapat : 1. Dari pengujian sistem pengaman arus lebih dan beban lebih yang dilauan dengan memberi arus antara 4 A sampai dengan 5.5 Ampere untu setting arus 3 A, maa hasil pengujian didapatan bahwa pada saat setting arus 3 Ampere dengan memberian arus sebesar 5 A didapatan watu trip 18.6 s sedangan teori watu yang diperluan 18 s. Begitu juga pada saat setting arus 3A dengan memberian arus sebesar 4 A didapatan watu trip 110s, sedangan teori watu yang diperluan s. Maa dari data pengujian didapatan %error rata-rata etepatan watu trip 2,32 %. 2. Dari pengujian pengaman tegangan lebih dan tegangan urang diperoleh perbedaan antara tegangan teori saat trip dengan tampilan tegangan trip dilcd dengan %error rata-rata 0,55 % dan 2.32% 3. Untu pengujian pengaman ecepatan lebih diperoleh perbedaan antara teori ecepatan saat trip dengan tampilan ecepatan trip dilcd dengan %error rata-rata 2.138%. 4. Dari pengujian tegangan fasa hilang diperoleh bahwa fasa yang hilang diindisian dari turunnya tegangan salah satu/dua fasa hingga urang dari 10% Vnominal. 5. Dari pengujian pengaman temperatur lebih diperoleh sistem aan mendetesi gangguan panas lebih etia suhu motor diatas set nominal. 3.7 Saran Dalam pengerjaan dan penyelesaian proye ahir ini tentu tida lepas dari berbagai m am eurangan dan elemahan, bai itu pada sistem maupun pada peralatan yang telah dibuat. Untu memperbaii euranganeurangan dari peralatan, maa perlu melauan hal-hal sebagai beriut: 1. Diharapaan pada sensor temperatur pada motor sinron tiga fasa menggunaan sensor Termocouple agar dalam penguuran suhu motor sinron tiga fasa lebih aurasi dan lebih presisi. 2. Diharapaan pada monitoring menggunaan PC bisa memberian perintah untu ON dan OFF pada motor sinron. 3. Diharapan arus yang diuur adalah semua fase (R,S dan T) agar bisa mengamanan dan memonitoring perubahan etiga arus fase tersebut. Tinjauan Pustaa 1. Maalah motor sinron VEDC-ITS di ases dari pada 19 januari Stephen J. Chapman, electric mhinery fundamentals : fourth edition. Singapore, Mc Graw Hill, Indhana Sudiharto, ST, MT. Sistem Pengaman Tenaga Listri, EEPIS, Surabaya, ATMEGA 16. Diases pada tanggal 14 januari S706ELC20A- DS, Rev. 1 Diases pada tanggal 15 januari Aji Saa D.R, Rancang Bangun Sistem Pengaman Teegangan Dan Freuensi Dilengapi Dengan Sistem Monitoring (Hardware), PENS-ITS, Zuhal. DASAR TENAGA LISTRIK,ITB Bandung, Optocoupler. Diases dari Pada 26 januari Miroontroler dan LCD diases dari pada 25 januari Sensor suhu diases dari pada 25 januari moc Karateristi OLR Sumber: 25/ 13. IEEE standard.sumber: =6 14. Karateristi OCR Sumber: 15. NEMA standard. Sumber: 7