A. TUJUAN Setelah praktik, saya dapat : 1. Membuat rangkaian sistem tenaga listrik menggunakan software Power Station ETAP 4.0 dengan data data yang lengkap. 2. Mengatasi berbagai permasalahan yang terjadi saat melakukan simulasi motor starting studies pada software ETAP 4.0. 3. Melakukan analisis motor starting studies pada software ETAP 4.0. 4. Melakukan analisis motor starting studies secara manual. B. DASAR TEORI 1. Pendahuluan Sebagian besar motor induksi digunakan pada dunia industri untuk mengoperasikan berbagai macam sistem pengendalian. Starting motor induksi dapat menimbulkan gangguan yang besar pada motor, beban, dan sistem tenaga lain yang memiliki koneksi/hubungan terdekat dengan motor. Gangguan yang timbul akibat starting motor ukuran besar adalah : a. Motor Terminal Voltage (Tegangan Pada Terminal Motor) Selama terjadinya starting motor, tegangan pada terminal motor akan bekerja kira kira 80 % dari batas tegangan yang telah disetting. b. Effect of Motor Starting on Other Running Motor (Efek dari starting motor pada putaran motor yang lainnya) 1
Motor tersebut berputar secara normal, kemudian motor tersebut semakin lambat responnya akibat drop tegangan saat motor ukuran besar berkerja. c. Heavy Starting Currents (Arus starting sangat besar) Saat motor starting, maka arus yang dibutuhkan sangatlah besar. d. Flicker (Redup Sesaat) Terjadinya redupan sesaat saat terjadi starting motor, biasanya terjadi pada peralatan komputer, peralatan elektronika daya, dan lain lain. Bisa juga ditandai dengan redup sesaat pada lampu penerangan. e. Effect on Control Devices (Efek pada peralatan control) Selama starting motor jika drop tegangan sangat besar, maka peralatan control tidak akan bekerja bila tegangan kerja peralatan control tersebut kurang dari 5%. 2. Kriteria Penilaian Menurut IEEE Standard 399 bahwa studi motor starting harus dilaksanakan jika Horse-Power (HP) motor melebihi 30 % dari suplai nilai dasar kva transformator jika tidak terpasang generator. Tabel 6.1 Level Tegangan yang Diizinkan Selama Motor Starting Deskripsi Tegangan yang diizinkan, (%) Tegangan sistem yang diizinkan (95 % - 105 %) 2
Tegangan starting motor yang diizinkan 85 % Pada terminal starting motor 80 % Pada terminal motor yang lainnya 71 % Kontak AC 85 % Kontak DC 80 % Kontaktor drop tegangan (60 % - 70 %) Peralatan control 90 % Peringatan terjadinya flicker 3 % Kriteria diatas dapat digunakan untuk menghitung drop tegangan selama starting motor pada sistem tenaga listrik. 3. Metode Starting Arus saat starting motor biasanya 6 kali lebih besar dari arus nominalnya. Oleh karena itu, terdapat beberapa cara untuk mengatasi gangguan saat starting motor, yaitu sebagai berikut : a. Rangkaian impedansi starting b. Auto-Transformator starting c. Bintang/Segitiga starting d. Kapasitor shunt untuk mengurangi arus starting 3
4. Data Sistem Data data yang diperlukan dalam melakukan starting motor adalah sebagai berikut : a. Data sumber b. Transmisi jaringan c. Data kabel d. Impedansi transformator f. Model beban g. Motor switching data (pada simulasi) h. Data control i. Mesin sinkron e. Motor induksi 5. Perhitungan Drop Tegangan Ada beberapa metode yang dilakukan, yaitu sebagai berikut : a. Metode impedansi b. Metode rangkaian hubung singkat kva c. Metode [R + j X] 6. Perhitungan dari Akselerasi Waktu [ ] Dimana kvasc adalah rating rangkaian hubung singkat pada sumber. Torsi motor (Tr) dapat dihitung sebagai berikut : Tr = T [V dalam p.u] 2 4
7. Analisis Menggunakan Program Komputer Langkah langkah yang dilakukan dalam melakukan analisis starting motor pada program computer adalah sebagai berikut : a. Menyelesaikan persamaan aliran daya untuk mendapatkan terminal tegangan pada waktu t = 0. b. Mengasumsikan inersia kecepatan motor. c. Menghitung arus motor, torsi, dan tegangan terminal menggunakan aliran daya dan rangkaian yang sama. d. Integrasikan persamaan shaft dynamic untuk kecepatan motor yang baru. e. Menghitung slip motor f. Menaikkan waktu dan ulangi perhitungan hingga ditemukan hasil yang steady state (ajeg). Parameter yang digunakan dalam penilaian starting motor adalah sebagai berikut : a. Tegangan bus b. Tegangan terminal motor c. Torsi motor d. Torsi akselerasi f. Kecepatan motor g. Arus masukan motor h. Torsi beban i. Daya nyata dan daya reaktif e. Faktor daya 5
C. STUDI KASUS 1. Contoh 6.4 Sebuah diagram garis tunggal pada sistem tenaga dengan motor 1000 HP ditunjukkan pada Gambar 6.4. Motor tersebut akan dioperasikan. Impedansi sumber pada sistem tenaga pada tegangan 69 kv (0,3172 + j 9,5617) ohm/fasa. Transformator penurun tegangan 40 MVA, 69/13,8 kv, 10% impedansi dalam nameplate MVA. Transformator tegangan menengah 2,5 MVA, 13,8/4,16 kv, 12% impedansi. Karakteristik motor dan torsi beban diberikan dalam saluran keluaran dari data masukan. Lakukanlah studi motor starting mengunakan bantuan program computer dan diskusikan hasilnya. Asumsikan kabel dan kebutuhan data data lainnya. 2. Problems Rating dari sebuah motor digunakan pada penerapan di industry adalah 2.500 HP dan disuplai pada 24,9 kv, sumber tiga fasa. Impedansi sistem pada sumber adalah (3,318 + j 5,982) Ohn pada 24,9 kv. Hitunglah tegangan pada titik perhubungan selama motor mulai bekerja. Identifikasi jika terjadi masalah peredupan dan berilah saran yang tepat. 6
D. SOLUSI STUDI KASUS 1. Contoh 6.4 Menyiapkan data data yang diperlukan untuk melakukan studi motor starting. Menggunakan software ETAP 4.0 untuk melakukan simulasi rangkaian (Halaman 9). Membuat daftar data masukan dan data keluaran. Data data tersebut harus dibuat dengan sangat akurat. Masukan data termasuk sumber/pembangkit, transformator, kabel, motor dan model motor. Keluaran data termasuk karakteristik starting pada waktu tertentu dan menunjukkan titik operasinya. Grafik antara waktu dan kecepatan motor ditunjukkan pada gambar acceleration motor, kecepatan motor semakin bertambah lambat kecepatan rata ratanya pada 8 detik (Halaman 12). Arus selama starting adalah 539,83 FLA ditunjukkan pada Report (Halaman 11) dan drop nilai nominal pada akhir dari waktu mulai dan ditunjukkan pada grafik motor current (Halaman 12). Terakhir, akselerasi torsi ditunjukkan pada grafik acceleration torque (Halaman 13). 2. Problems Menyiapkan data data yang diperlukan untuk melakukan studi motor starting. Menggunakan software ETAP 4.0 untuk melakukan simulasi rangkaian (Halaman 10). Daftar data masukan dijelaskan seperti data keluaran. Data data tersebut harus dibuat dengan sangat akurat. Masukan data termasuk 7
sumber/pembangkit, transformator, kabel, motor dan model motor. Keluaran data termasuk karakteristik starting pada waktu tertentu dan menunjukkan titik operasinya. Grafik antara waktu dan kecepatan motor ditunjukkan pada gambar acceleration motor, kecepatan motor semakin bertambah lambat kecepatan rata ratanya pada 8 detik (Halaman 14). Arus selama starting adalah 513,30 FLA ditunjukkan pada Report (Halaman 12) dan drop nilai nominal pada akhir dari waktu mulai dan ditunjukkan pada grafik motor current (Halaman 14). Terakhir, akselerasi torsi ditunjukkan pada grafik acceleration torque (Halaman 15). 8
Gambar Rangkaian Editor Gambar Hasil Simulasi Motor Starting Studies pada Time ke-0 Gambar Hasil Simulasi Motor Starting Studies pada Time ke-1 FAKULTAS TEKNIK 3. SIMULASI CONTOH 6.4 MENGGUNAKAN ETAP 4.0 9
Gambar Rangkaian Editor Gambar Hasil Simulasi Motor Starting Studies pada Time ke-0 Gambar Hasil Simulasi Motor Starting Studies pada Time ke-1 FAKULTAS TEKNIK 4. SIMULASI PROBLEM 1 MENGGUNAKAN ETAP 4.0 10
5. HASIL REPORT MOTOR ACCELERATION CONTOH 6.4 (Data Lengkap Terlampir) 6. HASIL REPORT MOTOR STARTING STUDIES PROBLEMS 1 (Data Lengkap Terlampir) 11
7. HASIL MOTOR STARTING PLOT CONTOH 6.4 12
13
8. HASIL MOTOR STARTING PLOT PROBLEMS 1 14
15
9. PERBANDINGAN HASIL SIMULASI DENGAN PERHITUNGAN PADA BUKU REFERENSI Perhatikan gambar hasil simulasi pada CONTOH 6.4 (Halaman 9) Deskripsi Simulasi Buku Perbedaan Tegangan Pada Bus 1 67,547 kv 67,428 kv 0,17 % Tegangan Pada Bus 2 67,224 kv 66,579 kv 0,96 % Tegangan Pada Bus 3 13,325 kv 13,312 kv 0,097 % Tegangan Pada Bus 4 13,308 kv 13,308 kv 0 % Tegangan Pada Bus 5 3,611 kv 3,999 kv 0,097 % 10. REFERENSI Natarajan, Ramasamy. Computer-Aided Power System Analysis. New York : Marcel Dekker,inc. 11. KESIMPULAN Setelah melakukan percobaan dengan software ETAP 4.0, penulis dapat menyimpulkan bahwa motor membutuhkan arus yang besar saat starting, menyebabkan arus pada jaringan naik kemudian secara bertahap (hitungan waktu) arus turun dan kembali normal. Juga terjadi pada tegangan, dimana terjadi drop tegangan pada jaringan kemudian secara bertahap (hitungan waktu) tegangan naik dan kembali normal 16
LAMPIRAN 17