BAB IV ANALISA DAN PENGUJIAN SISTEM Pada bagian ini akan dibahas mengenai pengujian dan analisa dari sistem starting star delta, autotrafo dan reaktor pada motor induksi 3 fasa 2500 KW sebagai penggerak fan pada bag filter. Pada baba ini akan dilakukan pengujian dan analisa terhadap beberapa parameter starting, yaitu : arus start, torsi start, waktu start, daya dan juga overshoot. Langkah awal untuk pengujian sistem starting ini adalah melakukan pemodelan single line diagram motor induksi 3 fasa 2500 KW sebagai penggerak fan pada bag filter pada ETAP 7.5. 4.1. Single Line Diagram Motor Induksi 3 Fasa 2500 kw Langkah pertama adalah dengan melakukan pemodelan single line diagram dari motor induksi 3 fasa 2500 KW sebagai penggerak fan pada bag filter pada ETAP 7.5. Adapun single line diagramnya seperti pada gambar 4.1 berikut. Gambar 4.1 Single line diagram pengasutan motor induksi 3 fasa 43

1.2 Langkah-langkah Pengujian Sistem Pengasutan Mengggunakan ETAP Selama periode waktu pengasutan, motor pada sistem akan dianggap sebagai sebuah impedansi kecil yang terhubung dengan sebuah bus. Motor akan mengambil arus yang besar dari sistem, sekitar enam kali arus ratingnya, dan bisa menyebabkan voltage drop pada sistem serta menyebabkan gangguan pada operasi beban yang lain [10]. Torsi percepatan motor bergantung pada tegangan terminal motor, oleh karena itu untuk motor dengan tegangan terrminal yang rendah dibeberapa kasus akan menyebabkan starting motor tidak akan mencapai nilai kecepatan ratingnya [10]. Data-data yang diberikan oleh pabrik untuk operasi full load motor biasanya berupa : tegangan line to line (V), arus line (A), output daya Po (kw), power factor cos ø (perunit), efisiensi η (per unit atau percent), slip s (per unit atau percent). Dengan memeriksa nilai impedansi motor atau data dari pabrik, dapat dilihat nilai arus starting bervariasi antara 3,5 kali arus full-load untuk motor tegangan tinggi dan sekitar 7 kali arus full-load untuk tegangan rendah [10]. Terdapat beberapa metode yang digunakan untuk mengurangi arus starting dari suplai. Saat starting, tegangan bus akan turun untuk mencipatkan torsi yang cukup untuk mempercepat beban ke tegangan ratingnya. Waktu starting yang lama harus dihindari. Dengan waktu starting yang lama, misal 20 detik, maka jumlah panas yang dihasilkan di kumparan stator dan batang konduktor rotor harus diperhitungkan. Dengan suhu yang tinggi pada batang bisa menyebabkan kerusakan pada motor [10]. a. Static Motor Starting [10] 1. Menekan motor acceleration analysis. 2. Menekan edit study case untuk mengatur skenario starting motor. 3. Menekan event >> add event dan waktu starting motor misal pada event 1 waktunya 0 detik. 4. Memilih motor yang akan disimulasikan start pada kolom action by element >> add. 5. Menentukan total waktu simulasi. 6. Menekan run static motor starting 44

7. Menekan view, pilih motor starting time slider. 8. Menggeeser waktu time slider, pada saat 1 detik maka akan muncul arus starting 9. Untuk melihat grafik baik arus, tegangan, frekuensi, daya bisa ditampilkan dengan memilih menu plot. 10. Memilih menu report untuk melihat laporan lengkap. b. Dynamic Motor Starting [10] Untuk menjalankan analisis dinamis maka model dinamis motor harus dimasukkan antara lain: model, inertia dan load torque. 1. Memilih menu model, mengisi data locked rotor, memilih CKT, library untuk memilih design dan model motor. 2. Memilih menu inertia, untuk mengisikan data RPM, WR2 (momen inersia) dan H (konstanta inersia mesin). 3. Memilih menu load, memilih polynomial, load model library, memilih model id fan. Serta mengisikan waktu starting tanpa beban dan pada beban penuh. 4. Menekan ok. 5. Memilih run dynamic motor starting 6. Semua langkah berikutnya untuk melihat hasil simulasi sama seperti pada run static motor starting. 1.3 Pengujian dengan Metode Direct on Line (DOL) Pada pengujian ini, didapatkan hasil arus starting sebesar 1510,5 A atau setara dengan 5,41 kali arus nominal dengan waktu starting 1,2 detik kemudian turun pada kondisi normal sebesar 258,5 A seperti terlihat pada gambar 4.2. Hal ini dikarenakan pada saat starting, impedansi total bernilai kecil, sementara impedansi berbanding terbalik dengan nilai arus, sehingga menyebabkan nilai arusnya naik. 45

Gambar 4.2 Profil arus pengasutan menggunakan DOL Kondisi ini menyebabkan terjadi penurunan tegangan sesaat pada bus hingga 5,639 kv atau sebesar 6,02% seperti terlihat pada gambar 4.3. Gambar 4.4 juga menunjukkan penurunan yang terjadi pada tegangan terminal motor menjadi 5,639 kv atau sebesar 6,02%. Kondisi ini masih bisa ditoleransi karena batas maksimal penurunan tegangan pada motor adalah sebesar 20%. 46

Gambar 4.3 Profil tegangan motor saat pengasutan menggunakan DOL Gambar 4.4 Profil tegangan bus saat pengasutan menggunakan DOL 47

Pada metode starting DOL, torsi awal yang dihasilkan cukup tinggi, sekitar 76% dari torsi beban penuh motor seperti terlihat pada gambar 4.5. Daya awal yang dihasilkan juga melebihi dari daya nominal motor sebesar 2500 kw, yakni didapatkan daya awal sebesar 2.872 kw seperti pada gambar 4.6. Hal ini dikarenakan nilai torsi dan daya yang berbanding lurus dengan nilai dan arus starting motor. Gambar 4.5 Profil torsi motor saat pengasutan menggunakan DOL 48

Gambar 4.6 Profil daya motor saat pengasutan menggunakan DOL 1.4 Pengujian Metode Starting Autotrafo Dengan Tap = 50% Pada pengujian pengasutan menggunakan metode autotrafo, tegangan terminal motor diturunkan menjadi 50% - 80% dari tegangan penuh trafo. Hal ini dimaksudkan untuk membuat arus pengasutan kecil. Setelah kecepatan motor induksi stabil, transformator tegangan diputuskan. Pada pengujian kali ini tap yang digunakan adalah sebesar 50%, karena dengan menggunakan tap sebesar 50% ini akan dihasilkan arus pengasutan yang paling kecil. Pada metode starting menggunakan autotrafo dengan tap sebesar 50% dan switch off t= 2 detik, didapatkan arus start yang lebih rendah dibandingkan menggunakan metode DOL. Arus yang dihasilkan sebesar 395,3 A dengan waktu pengasutan sebesar 2,76 detik. Arus yang dihasilkan setara dengan 1,42 kali arus nominal. Namun pada saat switch off, arus awal mengalami kenaikan sebesar 1410,7 A atau sebesar 5.45 kali arus nominal selama 0,76 detik. Kondisi transien arus ini masih bisa ditoleransi karena masih dibawah nilai standar arus starting nominal motor sebesar 1670 A. 49

Adapun profil arus saat menggunakan metode autotrafo seperti pada gambar 4.7 berikut ini. Gambar 4.7 Profil arus pengasutan menggunakan autotrafo Tegangan pada terminal motor sebesar 2,951 kv yang didapatkan dari pengaturan tap autotrafo sebesar 50% seperti terlihat pada gambar 4.8. sedangkan tegangan pada bus mengalami penurunan sebesar 5,902 kv atau setara dengan 1,63% dari tegangan nominal 6 kv seperti terlihat pada gambar 4.9 50

Gambar 4.8 Profil tegangan motor saat pengasutan menggunakan autotrafo Gambar 4.9 Profil tegangan bus saat pengasutan menggunakan autotrafo 51

Penurunan tegangan motor berdampak pada penurunan torsi awal menjadi sekitar 22% dari torsi beban penuh motor seperti terlihat pada gambar 4.10. Daya awal yang dihasilkan mengalami penurunan sebesar sebesar 787 kw, seperti pada gambar 4.11. Gambar 4.10 Profil torsi motor saat pengasutan menggunakan autotrafo Gambar 4.11 Profil daya motor saat pengasutan menggunakan autotrafo 52

1.5 Pengujian Metode Starting Reaktor Dengan Tap = 50% Dengan menggunakan metode starting reaktor dengan tap sebesar 50% dan switch off t = 2 detik, didapatkan hasil arus starting sebesar 778,8 A atau sekitar 2,62 kali arus nominal dengan waktu starting 2,78 detik seperti terlihat pada gambar 4.12. Namun pada saat switch off, arus awal mengalami kenaikan sebesar 1413,6 A atau sebesar 5.45 kali arus nominal selama 0,78 detik. Kondisi transien arus ini masih bisa ditoleransi karena masih dibawah nilai standar arus starting nominal motor sebesar 1670 A. Kondisi ini dikarenakan tegangan terminal motor yang mengalami penurunan sebesar 50% atau sekitar 2,907 kv seperti pada gambar 4.13. Gambar 4.12 Profil arus pengasutan menggunakan reaktor 53

Gambar 4.13 Profil tegangan motor saat pengasutan menggunakan reaktor Tegangan pada bus juga mengalami penurunan sebesar 5,814 kv atau setara dengan 3,1% dari tegangan bus nominal sebesar 6 kv seperti terlihat pada gambar 4.14. Penurunan tegangan bus ini masih lebih baik jika dibandingkan dengan penurunan bus pada metode DOL sebesar 6,02%, akan tetapi masih lebih buruk jika dibandingkan dengan metode autotrafo yang mengalami penurunan tegangan bus hanya sekitar 1,63%. 54

Gambar 4.14 Profil tegangan bus saat pengasutan menggunakan reaktor Gambar 4.15 Profil torsi motor saat pengasutan menggunakan reaktor 55

Penurunan torsi awal menjadi sekitar 20% dari torsi beban penuh motor seperti terlihat pada gambar 4.15. Daya awal yang dihasilkan juga mengalami penurunan sebesar sebesar 763 kw, seperti pada gambar 4.16. Penurunan ini lebih rendah jika dibandingkan dengan metode DOL dan autotrafo. Gambar 4.16 Profil daya motor saat pengasutan menggunakan reaktor 1.6 Pengujian Metode Starting Star Delta Dengan t = 2 detik Dengan menggunakan metode starting star delta menggunakan pengaturan waktu switch off selama 2 detik, tegangan pada terminal motor mengalami penurunan sebesar 3,39 kv atau sekitar 43,5% dan didapatkan hasil arus starting sebesar 847,8 A atau setara dengan 3,28 kali arus nominal motor. Namun pada saat perubahan dari star ke delta, arus awal mengalami kenaikan sebesar 1352,9 A atau sebesar 5,23 kali arus nominal selama 0,64 detik. Kondisi transien arus ini masih bisa ditoleransi karena masih dibawah nilai standar arus starting nominal motor sebesar 1670 A seperti terlihat pada gambar 4.18 dan gambar 4.17. Kondisi ini menyebabkan terjadi penurunan tegangan sesaat pada bus hingga 5,871 kv atau setara 2,15% dari tegangan bus nominal sebesar 6 kv seperti terlihat pada gambar 4.19. 56

Gambar 4.17 Profil arus pengasutan menggunakan star-delta dengan t = 2 detik Gambar 4.18 Profil tegangan motor pengasutan menggunakan star-delta dengan t = 2 detik 57

Gambar 4.19 Profil tegangan bus pengasutan menggunakan star-delta dengan t = 2 detik Penurunan torsi awal menjadi sekitar 28% dari torsi beban penuh motor seperti terlihat pada gambar 4.20. Daya awal yang dihasilkan juga mengalami penurunan sebesar sebesar 1038 kw, seperti pada gambar 4.21. Penurunan ini lebih rendah jika dibandingkan dengan metode DOL akan tetapi lebih tinggi jika dibandingkan dengan metode reaktor dan autotrafo. 58

Gambar 4.20 Profil torsi motor pengasutan menggunakan star-delta dengan t = 2 detik Gambar 4.21 Profil daya motor pengasutan menggunakan star-delta dengan t = 2 detik 59

1.7 Perhitungan Beban Pemakaian Motor Induksi 2500 kw Sebagai Penggerak Fan Pada Bag Filter Penjadwalan pengoperasian motor bag filter disesuaikan dengan kondisi operasional dari pabrik blast furnace di PT Krakatau Posco. Dimana motor bag filter A beroperasi selama 24 jam/hari, sedangkan motor bag filter B beroperasi selama 8 jam/hari menyesuakan dengan pesanan harian. Tabel 4.1 Jadwal pengoperasian motor bag filter Motor Jam 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 Ke- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 Keterangan Bag Filter 1 24 Jam Bag Filter 2 Operasi 8 Jam/hari Dengan menggunakan starting DOL, dengan adanya penjadwalan pengoperasian dalam 1 hari terdapat 1 kali pengasutan, motor dengan kapasitas 2500 kw dengan t = 1,3 detik, daya awal yang dibutuhkan motor sebesar 2871 kw dan pemakaian energinya selama 1 bulan adalah sebesar 31,102 kwh. Dengan menggunakan starting autotrafo, saat menggunakan tap 50%, t = 2,76 detik, daya awal sebesar 787 kw dan pemakaian energinya sebesar 18,101 kwh. Dengan menggunakan starting reaktor, saat menggunakan tap 50%, t = 2,78 detik, daya awal sebesar 763 kw dan pemakaian energinya sebesar 17,676 kwh. Dengan menggunakan starting star delta, saat menggunakan t = 2,64 detik, daya awal sebesar 1038 kw dan pemakaian energinya sebesar 22,836 kwh. 60

Hasil Komputasi ETAP Starting DOL Autotrafo tap 50% Reaktor tap 50% Star Delta t = 2 detik Tabel 4.2 Perhitungan daya awal start dan energi yang terpakai I st V t T st P start W start (A) (kv) (%) (kw) 1510,5 5,639 76 2871 31,102 395,3 2,951 22 787 18,101 778,8 2,907 20 763 17,676 847,8 3,39 28 1038 22,836 Sedangkan perhitungan pemakaian energi motor selama 30 hari tanpa dan dengan 3 jenis metode pengasutan autotrafo, reaktor dan star delta masing-masing dapat dilihat pada tabel 4.3, 4.4 dan 4.5 dibawah ini. Tabel 4.3 Pemakaian energi metode DOL Motor Bag Filter W asut Wnormal Wtotal Keterangan (Operasi) A 0 1.800.000 1.800.000 24 Jam B 31,102 600.000 600.031,102 Total pemakaian selama 1 bulan 2.400.031,102 Operasi 8 Jam/hari Tabel 4.4 Pemakaian energi metode autotrafo Motor Bag Filter W asut Wnormal Wtotal Keterangan (Operasi) A 0 1.800.000 1.800.000 24 Jam B 18,101 600.000 600.018,101 Total pemakaian selama 1 bulan 2.400.018,101 Operasi 8 Jam/hari 61

Tabel 4.5 Pemakaian energi metode reaktor Motor Bag Filter W asut Wnormal Wtotal Keterangan (Operasi) A 0 1.800.000 1.800.000 24 Jam B 17,676 600.000 600.017,676 Total pemakaian selama 1 bulan 2.400.017,676 Operasi 8 Jam/hari Tabel 4.6 Pemakaian energi metode star-delta Motor Bag Filter W asut Wnormal Wtotal Keterangan (Operasi) A 0 1.800.000 1.800.000 24 Jam B 22,836 600.000 600.022,836 Total pemakaian selama 1 bulan 2.400.022,836 Operasi 8 Jam/hari 62