BAB II PEMBAHASAN. Makin besar suatu sistem kelistrikan, maka makin besar pula peralatan proteksi

Transkripsi

1 BAB II PEMBAHASAN II.1. Gambaran Masalah Penggunaan proteksi dalam bidang kelistrikan mencakup segi yang luas. Makin besar suatu sistem kelistrikan, maka makin besar pula peralatan proteksi yang digunakan. Ini disebabkan karena semakin besarnya sistem akan semakin banyak pula gangguan yang mungkin terjadi. Bertitik tolak dalam pemikiran di atas, maka penulis membahas sebagian proteksi dari sistem pada motor induksi tiga phasa. Dalam hal ini sistem pemasangan proteksi bertujuan agar motor induksi dapat beroperasi dalam batas ukuran kerja yang telah ditetapkan dan mengamankannya apabila melebihi batas. Rele proteksi merupakan salah satu peralatan listrik yang mempunyai peranan dalam pengamanan sistem peralatan elektris. Pemasangan rele proteksi pada motor induksi dimaksudkan agar terhindar dari gangguan-gangguan yang dapat mengaganggu operasinya. Dengan demikian motor induksi dapat memberikan pelayanan yang baik. II.2. Pengaman Sistem pengaman pada motor induksi merupakan salah satu sarana penelitian yang dapat digunakan untuk pengembangan pengetahuan mengenai peralatan kelistrikan dan elektronika yang mempunyai cakupan cukup luas. 6

2 Dimana cakupan yang dimaksud penulis adalah sistem pengaman pada motormotor listrik dan peralatan yang digunakan. Sebuah relay pengaman harus tahan dan mampu dalam mengalirkan dan memutuskan arus dalam keadaan kerja normal. Arus kerja normal adalah arus yang mengalir selama pemutusan tidak terjadi. Relay adalah suatu peralatan listrik yang berfungsi untuk melindungi, mumutuskan atau menghubungkan satu rangkaian listrik dengan rangkaian listrik lainnya, yang bekerja secara otomatis dan dapat dipakai sebagai kontrol jarak jauh. Relay bekerja berdasarkan panas (temperatur) yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui elemen-elemen pemanas bimetal. Dari sifat perlengkungan bimetal akibat panas yang ditimbulkan, bimetal ini akan menggerakkan kontakkontak mekanis pemutus rangkaian listrik. Relay akan bekerja apabila ada besaran listrik yang mengalir melalului peralatan tersebut. Besaran-besaran yang bukan besaran listrik yang mengalir melalui peralatan tersebut. Besaran-besaran yang bukan besaran listrik dirubah dulu menjadi besaran listrik. Relay mempunyai kontak-kontak normal membuka (normally open) dan normal menutup (normally close). Setiap sistem pengaman berfungsi untuk mengisolir bagian yang terganggu. II.2.1. Komponen-Komponen Pengaman Dan Pengendali Motor Berbagai macam komponen pengaman dan pengendali pada sebuah motor listrik dapat dilihat melalui gambar di bawah ini: 7

3 Gambar II.1.Komponen Pengaman Dan Pengendali Motor II.2.2. Komponen Pengaman Komponen-komponen pengaman minimum pada sebuah motor listrik adalah pengaman hubung singkat dan pengaman beban lebih. Untuk pengaman hubung singkat biasanya digunakan pemutus daya atau sekring (fuse), sedangkan untuk pengaman beban lebih digunakan Thermal Overlad Relay. Pemutus daya yang banyak digunakan adalah MCCB (Moulded case Circuit Breaker). Komponen-komponen pengaman yang lain adalah: - Pengaman thermis - Pengaman kehilangan fasa, dan lain-lain. 8

4 II Mccb (Moulded Case Circuit Breaker) MCCB terdiri dari: Peralatan pengsaklaran Pemadaman busur api Pengetripan Dirakit dalam satu unit dan dimuat dalam kotak cetakan tahan panas dan bususr api. MCCB dapat secara tomatis memutuskan rangkaian seketika bila terjadi hubung singkat atau beban lebih. Karena karakteristik perilakunya baik dan mempunyai kapasitas pemutusan arus besar dibandingkan dengan saklar konvensional yang terdiri dari kombinasi saklar pisau dan sekring, iasecara luas dipergunakan sebagai pemutus daya untuk panel distribusi dan control dari peralatan listrik pada suatu bangunan, mesin industri dan sebagainya. Pemutus daya untuk tegangan rendah, (600 volt atau kurang) dibuat dengan merek: Moulded Case Circuit Breaker, Fuse Free Breaker, dan No Guse Breaker. Pemtuus daya dapat dikelompokkan sebagai tipe elektromagnetik termal dan tipe elektromagnetik penuh. Rating arus nominal MCCB (dalam ampere) adalah sebagai berikut : 10; 15; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 75; 100; 125; 150; 175; 200; 225; 250; 300; 350; 400; 500; 600; 700; 800 A. Contoh karakteristik arus-waktu dari sebuah MCCB ditunjukkan pada Gambar II.2. 9

5 Gambar II.2.. Karakteristik arus-waktu MCCB II Thermal Overload Relay Thermal Overload Relay (TOR) digunakan untuk mengamankan motor listrik terhadap beban lebih. Rele ini bekerja berdasarkan efek thermal dari arus listrik. Jika arus yang mengalir dalam TOR ini melebihi nilai setelannya akan terjadi pemutusan yang waktunya tergantung kepada arus. Makin besar arus ini, makin singkat waktu pemutusannya. Pemutusan diperlambat secara thermis, misalnya dengan menggunakan elemen dwilogam. Elemen-elemen dwilogam tersebut dipasang di dalam TOR. Kalau arus melalui TOR ini terlalu besar, elemen-elemen tersebut akan menjadi bengkok sehingga saklarnya akan membuka. Elemen-elemen dwilogam ini dapat dipanaskan secara langsung atau secara tidak langsung. Pada pemanasan langsung arus mengalir melalui elemen dwilogam sedangkan pada pemanasan tidak langsung arus mengalir melalui kawat tahanan yang dililitkan pada elemen dwilogam. Cara yang terakhir ini digunakan untuk arus-arus kecil. Wiring diagram thermal overload relay ditunjukkan pada Gambar II.3. 10

6 Gambar. II.3. Wiring diagram thermal overload relay II.3. KOMPONEN KENDALI Terdiri dari: a. Magnetic Contactor b. Relay kendali c. Time Delay Relay (timer) d. Berbagai macam switch: Push-button switch, Pressure switch, Flow switch, Level switch, Proximity switch, limit switch, dan lain-lain. II.3.1. Magnetic Contactor dan Rele Kontrol Magnetic Contactor dapat dipergunakan pada rangkaian: Pengasutan Pengereman Pengendalian motor dan peralatan listrik 11

7 Magnetic contactor mempunyai kemampuan untuk pengsaklaran arus lebih seperti arus asut motor, tetapi tidak mempunyai kemampuan untuk memutus arus abnormal seperti dalam hal hubung singkat motor. Alat lain yang mempunyai prinsip kerja dan kegunaan yang hamper sama adalah rele control. Bedanya rele control digunakan untuk arus kecil. Wiring diagram magnetic contactor dan rele control masing-masing ditunjukkan pada Gambar II.4 dan II.5.a. Gambar II.4. wiring diagram magnetic contactor Dengan menggunakan magnetic contactor: Memungkinkan beberapa operasi motor listrik atau peralatan listrik lainnya dilaksanakan dari satu atau lebih tempat, Rangkaian control dapat diinterlock untuk mencegah kesalahan dan bahaya operasi, Peralatan control dapat dipasang pada tempat yang jauh, Kontrol otomatis dan semi otomatis dapat dilakukan Untuk memberikan informasi yang berhubungan dengan penggunaan magnetic contactor yang sesuai untuk berbagai macam dan jenis ekerjaan untuk beban resistif maupun motor listrik dapat diketahui dari Utilization 12

8 category yang terdapat pada catalog yang diterbitkan oleh pabrik pembuat magnetic contactor tersebut. Utilization category yang dimaksud adalah: AC 1 : Non inductive loads (resistive load) AC 2 : Startong, plugging (slip ring motor) AC 3 : Starting, stopping (squirrel cage motor) AC 4 : Starting, plugging, inching (squirrel cage motor) Utilization category AC 3 merupakan kategori untuk standard duty sedangkan AC 2, dan AC 4 merupakan category heavy duty. Disamping itu, hal ini yang menjadi dasar dari pemilihan magnetic contactor antara lain adalah: Rated operating current (I e ) Tegangan nominal kumparan Jumlah auxiliary contact Gambar II.5.a Gambar II.5.b 13

9 II.3.2.Time Delay Relay Prinsip kerja dan kegunaan dari time delay relay mirip rele kontrol, bedanya kontak-kontak time deay reay tidak langsung bekerja ketika kumparannya diberi tegangan melainkan tertunda kerjanya sesuai dengan setelan waktunya. Wiring diagram time delay relay ditunjukkan pada Gambar II.5.b. II.4. Gangguan - Gangguan Yang Terjadi Terhadap Sistem Proteksi Pada Motor Induksi Tiga Phasa Pada prinsipnya setiap peralatan, baik peralatan mekanis, elektris dan lain sebagainya tidak akan luput dari gangguan. Khusunya pada peralatan eletris, seperti motor-notor listrik, generator, jaringan transmisi distribusi, manusia selalu berusaha mengamankan peralatan tersebut dari gangguan. Ini disebabkan karena peralatan itu sendiri mempunyai harga yang mahal. Makin mahal suatu peralatan, maka pengaman yang dilakukan juga semakin banyak, demi menjaga peralatan tersebut dari kerusakan terutama pada peralatan-peralatan fital penggunaannya. Oleh karena itu selalu dibutuhkan suatu peralatan pengaman yang jauh lebih baik dari yang telah ada. Jalan pemikiran ini juga berhubungan dengan teloah semakin berkembangnya peralatan elektronik yang digunakan pada perelatan elektrik, sehingga pada perbedaan yang timbul antara bidang elektronik dengan bidang listrik yang semakin sempit, bahkan telah berbaur sama sekali. Dibawah ini akan diuraikan beberapa gangguan yang terdapat khusus pada motor induksi tiga phasa, serta dapatlah ditentukan jenis proteksi apa yang 14

10 digunakan pada motor tersebut sebagai pengaman. Dengan demikian diharapkan motor tidak akan mengalami kerusakan. II.4.1. Gangguan Beban Lebih Gangguan ini dapat terjadi, disebabkan oleh pembebanan yang berlebihan pda poros motor. Pembebanan yang berlebihan disini, dimakdudkan adalah pembebanan yang dilakukan pada motor melebihi kemampuannya. Seperti kita ketahui, suatu motor listrk, dalam pembuatannya telah direncanakan sedemikian rupa untuk bekerja pada batas-batas yang telah ditentukan seperti tegangan arus dan dayanya. Besaran-besaran ini dikenal dengan teraan (rating) dari motor. Dengan bekerjanya motor pada beban lebih, berarti motor harus memberikan daya pada beban melebihi dari daya mempunya sendiri. Dan keadaan ini sama dengan semakin besarnya motor menarik arus dari jala-jala / sumber daya listrik, melebihi dari rating arusnya. Rating arus ini sebanding dengan penampang konduktor yang digunakan pada kumparannya. Jadi, bila kapasitas arus yang telah ditentukan pada konduktor dilampaui, maka akan dapat mengakibatkan kerusakan pada kumparan motor. Pada motor-motor kenaikan dari arus ratingnya ini juga dapat menimbulkan panas yang berlebihan pada kumparannya. Ini berhubungan erat dengan daya tahan panas isolasi kumparan. Oleh sebab itu, pada motor-motor besar, disamping pengaman yang dilakukan pada arus lebih, juga dilakukan pada panas yang ditimbulkan. 15

11 II Proteksi Beban Lebih Biasanya, untuk mengamankan motor induksi yang bekerja dibawah tegangan 1000 Volt AC dari beban lebih, digunakan bimetal over load protection (Proteksi beban lebih bentuk bimetal). Proteksi ini bekerja karena adanya panas yang disebabkan oleh beban lebih. Seperti kita ketahui yang dimaksud dengan beban lebih adalah arus yang mengalir pada motor melebihi dari harga nominalnya. Jadi bimetal relay mendapt pana lngsung dari arus tersebut dan ini dapat distel pada range tertentu. Penyetelan ada yang dapat secara otomatis atau secara manual. Pada motor-motor besar biasanya relay ini dihubungkan dengan kumparan sekunder dari trafo arusnya. II Gangguan Salah Satu Phasanya Terputus Gangguan seperti ini biasanya jarang terjadi bila perawatan suplaynya dilakkan dengan baik. Namun dalam keadaan cuaca buruk seperti badai, hujan, salju, angin kencang dan sebagainy, kemungkinan timbulnya gangguan akan semakin besar. Sebab keadan cuaca seperti di atas dapat menimbulkan terputusnya salah satu phasa. Akibat salah satu phasanya terputus, arus pada phasa lainnya akan naik menjadi 3 kali. Kenaikan arus ini dapat merusak isolasi kumparan, karena suatu isolasi mempunyai batas arus tertentu. Lewat batas yang ditentukan maka kemungkinan isolasi akan menjadi kontak satu sama lainnya. Bila ini terjadi akan menyebabkan hubungan singkat pada kumparan. 16

12 II Proteksi Gangguan Bila Salah Satu Phasanya Terputus Proteksi ini dimaksudkan untuk mengamankan motor dari kerusakan apabila suatu motor induksi tiga phasa sedang bekerja, salah satu phasanya putus. Keadaan ini menimbulkan suatu ketidak seimbangan phasa karena daya yang disuplay ke motor hanya ada dua kumparan, ini akan mengakibatkan panas yang cukup besar pada motor. Terputusnya salah satu phasa pada motor induksi tiga phasa yng sedang berputar akan mengakibatkan arus pada statornya menjadi tidak seimbang dan menimbulkan panas yang berlebihan pada motor. Untuk motor-motor ukuran kecil, hal ini tidak menjadi masalah dan pengamannya cukup menggunakan relay thermal. Berbeda halnya dengan motor-motor besar (50 HP keatas), keadaan ini dapat merusak isolasi pada kumparan motor akibat panas yang ditimbulkan oleh kejadian diatas cukup tinggi. Oleh sebab itu, terputusnya salah satu phasa pada motor induksi tiga phasa yang sedang bekerja perlu proteksi. Selama salah satu phasanya terputus besar arus pada phasa yang tidak terganggu akan naik menjadi 3 kali. Kenaikan arus ini kan menimbulkan panas pada motor serta ketidak seimbangan pada arus rotor, sehingga pada stator muncul arus negatif. Komponen arus ini menimbulkan medan putar yang baru, yang arahnya berlawanan dengan medan putar utamanya. Dengan demikian ada dua komponen arus dengan frekwensi yang berbeda, diinduksikan ke body motor dan konduktor rotor. Untuk mengatasi hal ini, maka motor harus dilengkapi dengan proteksi arus negatif (negatif sequence current protection) 17

13 II.4.2. Gangguan Hubungan Singkat Gangguan hubungan singkat disini dimaksudkan adalah terjadi hubungan singkat antara kumparan. Gangguan ini dapat terjadi karena kerusakan isolasi pada kumparan. Seperti yang telah diuraikan diatas akibat salah satu phasanya terputus maka pada phasa yang sehat, terjadi kenaikan arus sebesar 3 kali. Dan ini dapat mengakibatkan tembusnya isolasi sehingga fungsi sebagai konduktor yang akan menghubungkan satu kumparan dengan kumparan lainnya. Hal ini karena isolasi menerima panas yang berlebihan, akibat beban lebih panas ini akan merubah sifat kimia dari isolasi, yang tadi padat berubah menjadi cair. Panas ini juga dapat menimbulkan hubungan singkat pda kumparan. Gangguan hubungan singkat akan menimbulkan arus yang besar pada konduktor kumparan yang dapat merusak kumparan tersebut. Oleh sebab itu pada motor-motor listrik umumnya dan pada motor induksi khusunya, gangguan ini harus dicegah sedemikian rupa sehingga tidak membahayakan atau menimbulkan kerusakan pada motor. II Proteksi Gangguan Hubungan Singkat Alat proteksi ini dihubungkan pada motor, pada masing-masing phasany antara feeder dengan motor. Kadang-kadang untuk mendapatkan keandalan yang lebih tinggi. Proteksi hubungan singkat ini di koordinasikan dengan suatu proteksi beban lebih. Range arus pada proteksi beban lebih ini biasanya di stel antara 1,5 sampai dengan 10 kali arus rating (untuk sesaat), dapat dikategorikan sebagai arus hubungan singkat dan ini diproteksi oleh arus hubungan singkat. 18

14 Untuk proteksi arus hubungan singkat, dapat dipilih satu dari beberapa bentuk dibawah ini, yaitu : 1. HRC (High Repturing Capacity) fuse 2. Relay hubung singkat yang dikombinasikan dengan CB (Circuit Breaker). 3. Setting over current relay yang bekerja seketika untuk membuka Circuit Breaker. Dari ketiga jenis diatas, pengguanaan HRC fuse sebagai proteksi. Dan ini akan memperoleh penggunaan circuit breaker yang ekonomis, karena hanya membutuhkan kapasitas daya yang rendah. 19