Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2011) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS PEMODELAN STATIS DAN DINAMIS PADA MOTOR STARTING UNTUK ANALISIS STABILITAS TRANSIEN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ETAP 7.0 (STUDI KASUS PT.SEMEN GRESIK TUBAN IV) Pembimbing : Nama : Firlian Widyananda NRP : 2207 100 117 1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc. Ph.D 2. Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT.
DAFTAR ISI Pendahuluan Langkah Penelitian Teori Penunjang Simulasi dan Analisis Kesimpulan dan Saran Page 2
Pendahuluan Latar Belakang Tujuan Permasalahan Batasan Masalah Page 3
Latar Belakang Gangguan berupa lepas pembangkit, hubung singkat, dan motor starting merupakan faktor penyebab ketidakstabilan pada sistem tenaga listrik. Proses motor starting akan menyebabkan arus starting 5 sampai 10 kali arus nominalnya. Tegangan jatuh (drop voltage) cukup signifikan pada bus motor akibat terjadinya motor starting. Page 4
Tujuan Memodelkan penggunaan metode starting motor untuk mendapatkan hasil analisis motor starting. Mengetahui dampak dari analisis motor starting terhadap tegangan dan arus sistem. Page 5
Permasalahan Studi starting motor induksi dengan menggunakan motor starting analisis. Pemodelan statis dari motor induksi untuk disimulasi agar sesuai kondisi lapangan. Pemodelan dinamis dari motor induksi untuk disimulasi agar sesuai kondisi lapangan. Page 6
Batasan Masalah Metode starter yang digunakan yaitu metode tahanan rotor dengan tipe liquid starter. Motor induksi yang digunakan yaitu tipe rotor belit (wound rotor). Melihat kondisi tegangan bus dan arus akibat motor starting. Motor yang akan dianalisis yaitu roolermill (344RM01), cementmill (548RM01), dan rawmill fan (344FN03). Page 7
DAFTAR ISI Pendahuluan Langkah Penelitian Teori Penunjang Simulasi dan Analisis Kesimpulan dan Saran Page 8
Langkah Langkah Penelitian Mulai Pengumpulan data motor dan sistem kelistrikan Pemodelan motor dengan liquid starter Analisis statis dan dinamis motor starting Selesai Page 9
DAFTAR ISI Pendahuluan Langkah Penelitian Teori Penunjang Simulasi dan Analisis Kesimpulan dan Saran Page 10
Teori Penunjang Motor Induksi Metode Starting Tegangan Kedip Perbedaan Model Statis dan Dinamis Page 11
Motor Induksi (1) Motor induksi adalah motor yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik yang memiliki slip antara kumparan stator dengan kumparan rotor. Motor induksi yang ada pada saat ini digunakan memiliki kapasitas yang beraneka ragam, mulai dari beberapa watt hingga mencapai 10.000 Hp. Motor induksi memiliki bagian yang penting yaitu stator dan rotor. Berdasarkan bentuk konstruksi rotor, maka motor induksi dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu : Rotor tipe sangkar (squirrel cage) Rotor tipe belit (wound rotor) Page 12
Motor Induksi (2) Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator ke kumparan rotornya. Oleh sebab itu rangkaian pengganti motor induksi dapat ditunjukkan pada gambar dibawah ini : Untuk r 1 adalah resistansi stator, x 1 adalah reaktansi stator, x 2 adalah reaktansi rotor, r 2 adalah resistansi rotor sedangkan xm adalah reaktansi magnetisasi. Page 13
Motor Induksi (3) Dari penurunan rangkaian ekivalen, maka diperoleh rumus torsi : Sedangkan untuk menentukan arus motor starting yang mengalir dihitung dengan persamaan : Dengan keterangan : Untuk menentukan Pf motor selama proses starting maka digunakan persamaan: Page 14
Motor Induksi (4) Page 15
Metode Starting (1) Dari berbagai jenis metode starting, starting motor induksi bertujuan untuk menurunkan arus starting. Selain bertujuan untuk menurunkan arus starting, metode starting ini juga dapat digunakan untuk mendapatkan torsi starting yang maksimal. Metode starting yang dapat digunakan untuk motor induksi adalah direct online, wye-delta, autotransformer, softstarter, primary resistor winding, dan adjustable frequency drives. Page 16
Metode Starting (2) Metode starting dengan menggunakan metode tahanan rotor Hanya untuk motor induksi dengan jenis wound rotor. Penambahan tahanan rotor, akan mengubah karakteristik torsi (pergeseran titik slip torsi maksimum) dan menurunkan arus. Keuntungan Kerugian : menurunkan arus starting, memperbaiki respon torsi starting motor, dan mempercepat waktu starting. : relatif mahal Page 17
Metode Starting (3) Rangkaian tahanan rotor Respon arus Respon torsi Page 18
Metode Starting (4) Metode tahanan rotor terbagi menjadi dua jenis yaitu Tipe Metal Tipe Liquid Page 19
Metode Starting (5) Tipe metal : prinsip kerja sama dengan tahanan geser dengan kontak geser terbuat dari metal. Koefisien temperatur ini adalah positif yang berarti resistansi nilainya akan bertambah ketika temperatur naik akibat arus starting. Memiliki kelemahan yaitu resiko kontak meleleh akibat besarnya arus starting. Page 20
Metode Starting (6) Tipe liquid : prinsip kerja adalah dua batang elektroda yang direndam dalam cairan elektrolit, semakin tinggi rendaman maka semakin rendah nilai resistansinya. Memiliki koefisien temperatur yang negatif sehingga dengan peningkatan temperatur maka resistansi akan menurun. Sifat tahanan rotor liquid starter : Pengaturan tahanan rotor yang halus karena kenaikan rendaman elektrolit yang perlahan-lahan merendam batang konduktor. Page 21
Tegangan Kedip Kedip tegangan didefinisikan sebagai fenomena penurunan magnitude tegangan efektif terhadap harga nominalnya selama interval waktu (t). Biasanya disebabkan oleh sistem fault, energization beban besar ataupun starting dari motor-motor besar. Page 22
Standar Tegangan Kedip Standar tegangan yang digunakan yaitu standar PLN (100 +5%) dan (100 10%) serta standar tegangan kedip SEMI F47 VOLTAGE SAG DURATION Second (s) Cycles at 60 Hz Cycles at 50 Hz VOLTAGE SAG Percent (%) of Equipment Nominal Voltage < 0.05 s < 3 cycles < 2.5 cycles Not specified 0.05 to 0.2 s 3 to 12 cycles 2.5 to 10 cycles 50 % 0.2 to 0.5 s 12 to 30 cycles 10 to 25 cycles 70 % 0.5 to 1.0 s 30 to 60 cycles 25 to50 cycles 80 % >1.0 s > 60 cycles > 50 cycles Not specified Page 23
Perbedaan Model Statis dan Dinamis Statis motor starting yaitu suatu metode yang merepresentasikan motor sebagai impedansi rotor terkunci selama waktu starting yang akan menarik arus maksimum dari sistem. Setelah waktu akselerasi motor selesai, motor akan dirubah kedalam suatu beban kva konstan. Dinamis motor starting yaitu suatu metode yang merepresentasikan motor sebagai model dinamis untuk melihat waktu starting dari sebuah motor hingga mencapai kecepatan nominalnya serta digunakan untuk mengetahui pengaruh tegangan kedip pada sistem. Page 24
DAFTAR ISI Pendahuluan Langkah Penelitian Teori Penunjang Simulasi dan Analisis Kesimpulan dan Saran Page 25
Simulasi Dan Analisis Pada tugas akhir ini akan dibahas mengenai pemodelan statis dan dinamis untuk memperoleh respon tegangan bus dan arus starting motor tersebut. Motor yang akan dianalisis yaitu : Roolermill (344RM01) kapasitas 5350 kw Cementmill (548RM01) kapasitas 5500 kw Rawmill fan (344FN03) kapasitas 8000 kw Page 26
Single Line Diagram Page 27
Motor Roolermill Data Motor Tegangan nominal 6300 V Daya nominal 5350 kw Kecepatan sinkron 600 rpm Pf nominal 0.8 Resistansi stator 0.580 Ω Reaktansi stator 0.61 Ω Resistansi rotor 0.0170 Ω Reaktansi rotor 0.61 Ω Reaktansi Magnetisasi 16.5 Lilitan stator/lilitan rotor (pendekatan) 1 Tingkatan resistansi eksternal (terukur) No. Ω No. Ω No Ω No Ω 1 5.35 4 2.82 7 0.93 10 0.18 2 4.75 5 2.03 8 0.65 11 0.075 3 3.45 6 1.55 9 0.37 12 0 Page 28
Plot Respon Torsi, Arus, dan PF v_th = v_phase * ( xm / (r1 2 + (x1 + xm) 2 )) Zth = ((j*xm) * (r1 + j*x1)) / (r1 + j*(x1 + xm)) T = S = I = PF = 1 s r q 2 2 1V th s 2 R r 2 X x 2 th th 2 n s s ( n s n ) r V LL r ] 1 3[ jx 1 2 1 1 r2 j j X X m 2 s Cos arctg Im I ReI 100% V_th = 3505.62 Volt Zth = Rth + j Xth =0.5388 + j0.6065 T = 5.1195 x 10 5 Nm S = 0.00667 T FL = 3.7961x 10 5 Nm T T FL 5 5.1195x 10 6 3.79610 100% I = (6.9803 - j3.3439)*10 2 A I I FL PF = 89.7% 2 (6.9803- j3.3439) *10 Pnom 3V LL 100% 134.862% 158.0575% Page 29
Hasil Plot Respon Motor Roolermill Page 30
Hasil Plot Respon Motor Roolermill
Hasil Plot Respon Motor Roolermill
Respon Tegangan Bus Motor Roolermill BUS MOTOR (ER24-C834- MV241) Sebelum (%) Kondisi starting Selama (%) Drop (%) Sesudah (%) Statis (DOL) 98.87 25.1421 73.7279 95.2177 Statis (Liquid Starter) Dinamis (Liquid Starter) 98.87 73.0142 25.8558 85.7955 98.87 90.3171 8.5529 96.4975 t = 5.04 detik Drop = 8.5529% Page 33
Respon Arus Motor Roolermill Motor Roolermill (ER24-C834-MV241) Arus Starting (% FLA) Statis (Direct Online) 417.852 Statis (Liquid Starter) 140.728 Dinamis (Liquid Starter) 141.122 Page 34
Motor Cementmill Data motor Tegangan nominal 6300 V Daya nominal 5500 kw Kecepatan sinkron 1200 rpm Pf nominal 0.8 Resistansi stator 0.780 Ω Reaktansi stator 0.610 Ω Resistansi rotor 0.01506 Ω Reaktansi rotor 0.610 Ω Reaktansi Magnetisasi 15 Lilitan stator/lilitan rotor (pendekatan) 1 Tingkatan resistansi eksternal (terukur) No. Ω No. Ω No Ω No Ω 1 5.35 4 2.82 7 0.93 10 0.18 2 4.75 5 2.03 8 0.65 11 0.075 3 3.45 6 1.55 9 0.37 12 0 Page 35
Respon Tegangan Bus Motor Cementmill BUS MOTOR (ER27-B834- MV272) Sebelum (%) Kondisi starting Selama (%) Drop (%) Sesudah (%) Statis (DOL) 101.185 32.7952 68.3898 99.7887 Statis (Liquid Starter) Dinamis (Liquid Starter) 101.185 76.4201 24.7649 99.7891 101.185 93.6279 8.2221 99.7666 t = 6.1 detik Drop = 8.2221% Page 36
Respon Arus Motor Cementmill Motor Cementmill Arus Starting (ER27-B834-MV272) (% FLA) Statis (Direct Online) 438.139 Statis (Liquid Starter) 148.008 Dinamis (Liquid Starter) 148.404 Page 37
Hasil Plot Respon Motor Rawmill Fan
Respon Tegangan Bus Motor Rawmill Fan BUS MOTOR (ER24-C834- MV241) Sebelum (%) Kondisi starting Selama Sesudah (%) (%) Drop (%) Statis (DOL) 98.87 26.8971 71.9729 94.5728 Statis (Liquid Starter) Dinamis (Liquid Starter) 98.87 66.9763 31.8937 98.6271 98.87 93.504 5.366 97.9029 t = 20.92 detik Drop = 5.366% Page 42
Respon Arus Motor Rawmill Fan Motor Rawmill Fan Arus (ER24-C834-MV241) Starting (% FLA) Statis (Direct Online) 435.35 Statis (Liquid Starter) 202.275 Dinamis (Liquid Starter) 77.0945 Page 43
DAFTAR ISI Pendahuluan Langkah Penelitian Teori Penunjang Simulasi dan Analisis Kesimpulan dan Saran Page 44
Kesimpulan 1. Penggunaan metode starting berupa liquid starter akan memperhalus drop tegangan pada bus motor sehingga masih dalam batas aman. Selain hal tersebut, waktu starting yang dibutuhkan suatu motor tergolong cepat yaitu selama 5.04 detik untuk motor roolermill, 6.1 detik untuk motor cementmill, dan 20.92 detik untuk motor rawmill fan. 2. Pemodelan dinamis akan memperbaiki drop tegangan di bus motor dibandingkan dengan menggunakan pemodelan statis. 3. Pemodelan dinamis dengan metode liquid starter akan memperbaiki drop tegangan pada bus motor. Perbedaan drop tegangan saat statis dan dinamis ketika motor rooler mill (344RM01) start sebesar 17.3029%, motor cementmill_tbl (548RM01) sebesar 16.5428%, dan motor rawmill fan (344FN03) sebesar 26.5277%. 4. Arus starting statis pada rooler mill sebesar 140.728%, cementmill_tbl sebesar 148.008, dan rawmill fan sebesar 202.75%. Untuk arus starting dinamis rooler mill sebesar 141.122%, cementmill_tbl sebesar 148.404%, rawmill fan sebesar 77.0945%. 5. Pada bus ER24-C834-MV241 terdapat dua motor dengan kapasitas yang cukup besar yaitu 8000 kw dan 5350 kw. Oleh sebab itu motor dengan kapasitas 8000 kw harus di-start terlebih dahulu terhadap motor 5350 kw. Page 45
Saran Metode starting yang lain juga dapat diaplikasikan untuk memperbaiki drop tegangan pada bus motor serta menurunkan arus starting dari motor. Page 46
Daftar Pustaka 1. Zuhal, Dasar Tenaga Listrik. ITB Bandung, Bandung, 1991. 2. Permana. Nalendra. Analisis Setting Rele Pengaman Motor Berdasarkan Metode Starting Motor. Studi Kasus Sistem Kelistrikan Pabrik Semen Tonasa IV. Teknik Elektro, FTI, ITS, 2009. 3. Alwi. Syahwil. Sistem Proteksi Motor (www.google.comhttp://syahwilalwi.blogspot.com/2010/12/sistem-proteksi-motor.html) 4. Soebagio. Mesin Induksi tiga fasa, Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri, ITS, Surabaya, 2006. 5. E. Fitzgerald dkk, Electric Machinery Third Edition, McGraw-Hill Book Company. 1971. 6. K A Walshe, AC Motors Rev:A. 7. Abdullah Saeed Al-Amoudi, Air conditioners Peformance Using Soft Starter, King Fahd University of Petroleum & Minerals, 2003. 8. John Larabee dkk, Induction Motor Starting Methods and Issues, Siemens Energy and Automation Inc., 2005. 9. Rotor Starters for Slipring Motors, Pape and Olbertz, 2008. 10. Resistance Motor Starter, ABB Australia Ply Limited, 2008. Page 47
Page 48