Tes Surja untuk Mendeteksi Kerusakan Belitan pada Motor Induksi Tegangan Rendah

Transkripsi

1 Tes Surja untuk Mendeteksi Kerusakan Belitan pada Motor Induksi Tegangan Rendah Oleh : Pradika Sakti Pembimbing 1 Dimas Anton Asfani, ST, MT, Ph.D Pembimbing 2 Dr.Eng. I Made Yulistya Negara, ST, M.Sc

2 1. Outline PENDAHULUAN Latar Belakang Batasan Masalah Tujuan ISI Pengujian Turn Fault Tes Surja PENUTUP Kesimpulan Page 1 of 20

3 2. Latar Belakang 65-70% energi listrik pada sebuah industri digunakan untuk konsumsi mesin-mesin listrik Kerusakan mesin listrik akibat hubung singkat pada stator mendapatkan peringkat kedua penyebab kerusakan motor Sekitar 80% dari kegagalan stator pada mesin listrik disebabkan oleh turn fault Page 2 of 20

4 3. Batasan Masalah Permasalahan utama pada penelitian ini adalah melakukan tes surja pada motor induksi tegangan rendah yang mengalami turn fault Page 3 of 20

5 4. Tujuan Mendeteksi dan mengidentifikasi terjadinya turn fault pada motor induksi tegangan rendah Page 4 of 20

6 5. Turn Fault pada Motor Induksi Turn Fault Ketidakseimbangan medan magnet Pemanasan Lokal pada Belitan Kerusakan motor Page 5 of 20

7 6. Spesifikasi Motor Tabel 1 Spesifikasi motor induksi tiga fasa P rated 2 HP Poles 4 V rated 220/380 V I rated 5,94/3,44 A N rated 1380 rpm R m 8,39 Ω L m 46,27 mh Number of turn per phase 366 Page 6 of 20

8 7. Modifikasi Motor Belitan yang mengalami Turn Fault Page 7 of 20

9 8. Kegagalan Belitan pada Motor Induksi Pada kasus ini, motor induksi yang mengalami kegagalan belitan dengan nilai kecil, mempunyai nilai arus yang sama seperti keadaan normal. Sehingga tidak dapat diidentifikasi bahwa motor tersebut mengalami kegagalan belitan. Page 8 of 20

10 9. Komponen yang Dibutuhkan Pembangkit tegangan tinggi DC Cockcroft- Walton Multiplier Switch Capacitor Circuit Sistem Akuisisi Data NI PXIe-1073 dan NI PXIe-5122 Page 9 of 20

11 10. Cockcroft-Walton Multiplier Cockcroft-Walton Multiplier adalah sebuah rangkaian pengali tegangan untuk mengkonversi tegangan rendah AC maupun tegangan rendah DC berpulsa ke tingkat tegangan DC yang lebih tinggi. V out = 2 x N x V peak-input C1 C3 V in D1 D2 D3 D4 C2 C4 4V in Stage 1 Stage 2 Page 10 of 20

12 11. Switch Capacitor Circuit Rangkaian ini bekerja dengan memindahkan muatan masuk dan keluar dari kapasitor ketika saklar dibuka dan ditutup. S 1 S 2 IN C Surge Capacitor OUT Page 11 of 20

13 12. Sistem Akuisisi Data Sistem Tes Surja NI PXIe-1073 dan NI PXIe-5122 LabVIEW Page 12 of 20

14 13. Tes Surja pada Motor Induksi Transformer Voltage Multiplier Pada prinsipnya, tes surja dilakukan dengan mengalirkan gelombang impuls, yang memiliki rise time tertentu, ke belitan stator motor induksi Surge Capacitor Induction Motor NI Device LabVIEW Page 13 of 20

15 14. Sistem Tes Surja pada Motor Induksi Tegangan pengujian : 390 Volt Tegangan referensi : 420 volt Jika terjadi turn fault pada belitan stator, maka nilai induktansi dan resistansi belitan akan menjadi lebih kecil High Voltage DC Winding S 1 S C Surge Capacitor R L Page 14 of 20

16 15. Hasil Tes Surja pada Motor Induksi f = 1 2π 1 LC R2 4.L 2 Dengan memanfaatkan perubahan frekuensi dan amplitudo pada gelombang surja akibat pengurangan nilai impedansi belitan, tes surja mendeteksi terjadinya turn fault pada belitan stator motor induksi. Page 15 of 20

17 16. Error Area Ratio Error Area Ratio merupakan sebuah metode analisa gelombang yang sangat sensitif terhadap perbedaan dalam dua gelombang, sehingga metode ini digunakan untuk mengidentifikasi perbedaan antara dua gelombang yang sulit dibedakan dengan kasat mata EAR= N (1) (2) i=1 F i Fi N (1) j=1 F j 100 dimana : F i (1) : poin ke-i pada gelombang referensi F i (2) : poin ke-i pada gelombang pengujian Page 16 of 20

18 17. Hasil Analisis EAR Berdasarkan Baker Instrument Company AWA Surge Test pass/fail criteria, belitan motor induksi dinyatakan layak, jika hasil gelombang surja belitannya mempunyai nilai sebesar EAR 5-15% Tabel 2 Hasil analisa Error Area Ratio (EAR) pada gelombang surja Waveform Error Area Ratio (%) Pass/Fail Normal 8,96 Pass 1 turn 24,41 >15% Fail 2 turn 51,85 Fail 3 turn 54,05 Fail 5 turn 58,05 Fail 10 turn 62,84 Fail 25 turn 65,91 Fail Page 17 of 20

19 18. Tes Surja pada Motor Induksi Tes surja ini menjadi tes yang sangat penting untuk menjamin keandalan dan umur dari motor induksi. Tes ini berfungsi dalam mendeteksi kerusakan belitan stator walaupun terjadi dengan nilai kerusakan yang kecil. Page 18 of 20

20 19. Kesimpulan Rangkaian Voltage Multiplier Cockcroft-Walton dua tingkat mampu menghasilkan output tegangan tinggi DC sebesar 4 kali nilai puncak tegangan input Tes surja untuk pendeteksian kerusakan belitan pada motor induksi tiga fasa merupakan cara yang efektif, karena mampu mendeteksi turn fault atau kegagalan belitan dari nilai yang sangat kecil Perubahan frekuensi dan amplitudo pada gelombang surja dipengaruhi oleh perubahan nilai impedansi belitan stator motor induksi Error Area Ratio (EAR) merupakan sebuah metode analisa gelombang surja yang tepat dalam menentukan kelayakan kerja sebuah belitan stator motor induksi Page 19 of 20

21 Page 20 of 20

22 Cara Kerja Cockcroft-Walton C1 - + V in C V in V in D1 D2 D3 D4 - + C2 2V in - + C4 2V in 4V in

23 Proses Terjadinya Gelombang Surja S Surge Capacitor R L Rangkaian Tes Surja Gelombang Surja

24 Perubahan Frekuensi & Amplitudo

25 Perubahan Frekuensi & Amplitudo

26 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi R 1 jx 1 = Resistansi Stator = Reaktansi Stator R c jx M = Resistansi Core = Reaktansi Magnetisasi R R jx R = Resistansi Rotor = Reaktansi Rotor

27 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi R 1 jx 1 = Resistansi Stator = Reaktansi Stator R c jx M = Resistansi Core = Reaktansi Magnetisasi R 2 jx 2 = Resistansi Rotor = Reaktansi Rotor

28 Error Area Ratio EAR= N (1) (2) i=1 F i Fi N (1) j=1 F j 100 dimana : F i (1) : poin ke-i pada gelombang referensi F i (2) : poin ke-i pada gelombang pengujian

29 Charging dengan Sumber AC

30 Charging dengan Sumber DC

31 Phase-phase fault Jika terjadi turn fault, maka perbedaan frekuensi gelombang surja terhadap referensi tidak terlalu jauh. Jika terjadi phase fault, maka perbedaan frekuensi gelombang surja terhadap referensi akan jauh

32 Tes Surja Tes surja pada motor induksi tiga fasa dilakukan dengan mengalirkan tegangan impuls pada belitan motor tersebut, pengetesan dilakukan ketika motor dalam keadaan offline atau tidak beroperasi. Variasi turn fault juga dilakukan untuk mendeteksi perbedaan yang terjadi pada gelombang surja yang didapat. Dari hasil pengujian tersebut, gelombang surja pada motor induksi dengan kondisi belitan normal dijadikan sebagai gelombang surja referensi. Berdasarkan aturan praktis dari Baker Instrument Company, pengujian impuls dilakukan dengan maksimal tegangan sebesar : V maks = 2 V line

33 Penentuan Kapasitor Multiplier Karena nilai kapasitor pada tiap stage mempengaruhi nilai ripple pada tegangan output rangkaian Cockcroft-Walton Multiplier, maka nilai kapasitor dicari dengan menggunakan rumus ripple tegangan : V Ripple = I N (N + 1) 2 f C I N F C : Nilai arus beban multiplier (A) : Jumlah stage : Frekuensi sumber (Hz) : Nilai kapasitasi (F) Sumber : High Voltage Engineering by M. S. Naidu,V. Kamaraju

34 Penentuan Kapasitor Multiplier Berdasarkan rumus tersebut : Maka dengan beban R = 6,8 MΩ dan asumsi tegangan 1200 V Maka mempunyai nilai arus 0,176 ma Dengan begitu, jika digunakan kapasitor sebesar 10 nf dan 100 nf Kapasitor 10 nf V Ripple = 0, (2 + 1) = 1056 V Kapasitor 100 nf V Ripple = 0, (2 + 1) = 105, 6 V

35 Program LabVIEW Program LabVIEW untuk komunikasi serial LabVIEW dan Arduino

36 Program LabVIEW Program LabVIEW untuk akuisisi data menggunakan PXIe 5122

37 Program LabVIEW Program LabVIEW untuk konversi data yang diakuisisi ke file TDMS