Studi Sistem Pengaman Motor Induksi Tiga Phasa 6 Kv 1250 Kw yang Digunakan Sebagai Mesin Penggerak Pada Circulating Water Pump di PLTU PT. Kowepo Sumsel
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Umum
Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) merupakan pembangkit listrik yang
mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan tenaga listrik. PLTU
menggunakan mesin turbin yang diputar oleh tenaga uap yang dihasilkan oleh
pembakaran bahan bakar. Bahan bakar yang dapat digunakan pada PLTU terdiri
dari beberapa jenis seperti batubara, minyak gas, dan lain-lain. Tetapi yang paling
umum digunakan adalah batubara karena ketersediaannya sangat memadai.
Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap yaitu dengan menggunakan
fluida kerja air uap dengan sirkulasi tertutup. Siklus tertutup artinya menggunakan
fluida yang sama secara berulang-ulang untuk menghasilkan uap jenuh yang
digunakan untuk memutar turbin. Berikut tahapan proses sirkulasinya secara
singkat:
1)
Air diisi kedalam boiler hingga mengisi penuh seluruh permukaan peminda
panas sesuai dengan yang ditentukan. Didalam boiler air ini dipanaskan
dengan gas panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga
berubah menjadi uap.
2)
Uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan tempratur tertentu
dialirkankan melalui pipa untuk memutar turbin sehingga menghasilkan
daya mekanik berupa putaran.
3)
Generator yang dikopel dengan turbin akan berputar dan menghasilkan
energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnet dalam kumparan
pada generator.
4)
Setelah uap yang digunakan keluar dari turbin, uap tersebut mengalir ke
kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah kembali
menjadi air yang disebut dengan air kondensat. Air kondensat hasil
kondensasi uap tersebut digunakan kembalisebagai air pengisi boiler.
Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang.
4
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Prinsip kerja PLTU
Pada dasarnya komponen yang digunakan pada PLTU sangat mungkin
mengalami kerusakan akibat dari gangguan internal dan gangguan eksternal
sehingga perlu dilakukan pengamanan pada peralatan tersebut untuk mengurangi
resiko kerusakan yang lebih besar apabila terjadi gangguan. Peralatan yang perlu
mendapatkan pengamanan antara lain adalah Boiler Turbin, Generator,
Transformator dan Motor. Pengaman yang paling umum digunakan pada PLTU
adalah Rele.
2.2
Rele Pengaman
Rele pengaman atau rele proteksi
merupakan suatu peralatan yang
didesain untuk mengamankan peralatan sistem tenaga listrik pada kondisi tidak
normal. Rele pengaman adalah susunan piranti, baik elektronik maupun magnetik
yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi tidak normal pada peralatan
listrik yang bisa membahayakan peralatan tersebut. Jika bahaya itu muncul maka
rele pengaman akan secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk
Universitas Sumatera Utara
membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat
dipisahkan dari sistem yang normal, sehingga tidak mengganggu sistem secara
keseluruhan.
Rele pengaman dapat mengamankan peralatan dengan cara mengukur atau
membandingkan besaran-besaran yang dirasakanya, misalnya arus, tegangan,
daya, sudut phasa, frekuensi, impedansi dan sebagainya. Alat tersebut akan
mengambil keputusan seketika dengan perlambatan waktu membuka pemutus
tenaga atau hanya memberikan tanda tanpa membuka pemutus tenaga. Disamping
itu rele juga berfungsi untuk menunjukan lokasi dan jenis gangguannya. Beberapa
gangguan yang terdapat pada motor tiga fasa antara lain:
1. Gangguan Beban Lebih
2. Gangguan Hubungan Singkat
3. Gangguan Fasa ke Fasa, dan Lain-lain
Dengan mengetahui jenis-jenis gangguan tersebut dapatlah ditentukan
jenis proteksi yang akan digunakan untuk mengamankan motor induksi dari
gangguan di atas. Di samping itu jenis proteksi pada motor juga tergantung pada
switchgear yang digunakan untuk kontrolnya seperti start, stop, variasi putaran
dan lain-lain. Secara umum proteksi utama motor-motor listrik adalah :
1. Proteksi beban lebih yang menimbulkan panas (thermal over load
protection)
2. Proteksi arus hubungan singkat (short circuitprotection)
Dan alat proteksi yang terdapat pada switchgear yang digunakan untuk kontaktor
motor adalah :
1.
Kontaktor stster dengan HRC (High Repturing Capasity) fuse dan thermal
overload relay.
2.
Pemutus Daya (circuit breaker) beserta relay – relay nya
Pada umumnya kontaktor dan sekering (fuse), digunakan untuk proteksi
motor yang berkapasitas 100 HP, sedangkan pemutus daya (circuit breaker)
digunakan untuk motor yang berkapasitas yang besar dengan kapasitas sekitar
1500 HP dan rating tegangan 3 KV. Selain itu umumnya kontaktor digunakan
untuk membatasi arus yang mengalir sekitar 6 kali arus rating. Rating arus adalah
6
Universitas Sumatera Utara
besar arus yang harganya sedikit lebih tinggi dari arus beban penuhnya. Dari
circuit breaker yang digunakan dapat berupa jenis pemutus dengan osolasi udara
atau pemutus daya jenis isolasi minyak (oil break type). Namun yang umum
digunakan adalah pemutus daya jenis isolasi minyak (oil break circuit breaker).
Selain proteksi di atas, motor-motor induksi 3 phasa kadang juga dilengkapi
dengan proteksi akibat variasi tegangan.
Dalam memilih proteksi motor-motor tersebut haruslah memenuhi
kriteria, sederhana, peka, dan ekonomis serta proteksi tidak akan bekerja selama
start dan batas beban lebih yang diizinkan.
Pemilihan proteksi dapat ditinjau dari beberapa hal, diantaranya :
1
Ukuran motor seperti rating arus, rating tegangan, dan dayanya.
2
Jenis motor apakah rotor sangkar atau rotor belitan.
3
Jenis starter yang seperti switchgear atau control.
4
Harga motor dan biaya operasinya.
5
Jenis beben, arus start, kondisi abnormal yang diizinkan.
2.2.1 Syarat Rele Pengaman
Rele adalah suatu peralatan listrik yang befungsi untuk melindungi,
memutuskan atau menghubungkan satu rangkaian listrik dengan rangkaian listrik
lainnya, yang bekerja secara otomatis dan dapat dipakai sebagai kontrol jarak
jauh.
Rele akan bekerja apabila ada besaran listrik yang mengalir melalui
peralatan tersebut. Besaran-besaran yang bukan besaran listrik dirubah dulu
menjadi besaran listrik. Rele mempunyai kontak-kontak normal membuka
(normally open) dan normal menutup (normally close). Setiap sistem pengaman
berfungsi untuk mengisolir bagian yang terganggu. Untuk mendapatkan hasil
yang memuaskan, maka dibutuhkan beberapa persyaratan yang harus dipenuhi,
antara lain :
1. Keandalan (Reability)
Suatu rele pengaman dirancang untuk mendapatkan beroperasi pada setiap
terjadi gangguan dan dapat diandalkan. Rele pengaman pada umumnya lebih
Universitas Sumatera Utara
banyak dalam keadan tidak bekerja. Oleh karena itu untuk mendapatkan
keandalan yang tinggi dari suatu rele pengaman, maka perlu diadakan pengujian
kembali pada saat-saat tertentu agar rele dapat bekerja sesuai dengan yang
diharapkan.
2. Selektif (Selectivity)
Selektif suatu rele pengaman adalah kemampuan untuk menentukan titik
mana yang terjadi gangguan, sehingga dapat dengan tepat memerintahkan
pemutus beban yang mana harus agar daerah yang terganggu dapat dialokasikan.
3. Ketepatan Operasi
Peralatan pengaman dapat bekerja cepat bila adanya gangguan didaerah
pengamanannya. Mengisolasi bagian yang terganggu dimaksudkan agar
mempercepat beroperasinya kembali sistem pada keadaan normal dan mengurangi
kemungkinan kerusakan peralatan-peralatan pada istem tersebut. Waktu yang
diperlukan untuk mengisolasi bagian sistem yang terganggu dari sistem
keseluruhan adalah penjumlahan waktu kerja alat pengaman daya (CB). Waktu
kerja alat pengaman adalah waktu sejak terjadinya gangguan sampai saat
menutupnya kontak pada rangkaian pemutus, sehingga waktu pelepasan pemutus
daya adalah waktu sejak, pemutus kontak pada rangkaian pemutus sampai saat
terbukanya pemutus daya.
4. Ekonomis
Rele yang dipergunakan sesederhana mungkin untuk mengurangi biaya,
karena semakin banyak pengaman yang digunakan pada sistem tenaga listrik akan
menyebabkan semakin besarnya biaya. Hal ini dimaksudkan untuk memberikan
pengaman secukupnya agar ekonomis, tetapi tidak mengabaikan faktor-faktor
keandalan, kepekaan dan selektif relay tersebut.
8
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Fungsi Rele
Pada Prinsipnya rele proteksi yang dipasang pada sistem tenaga listrik
mempunyai 3 macam fungsi, yaitu :
1.
Merasakan, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta
megisolasinya.
2.
Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan yang tergangu
3.
Mengurangi pengaruh ganguan terhadap bagian sistem lain yang tidak
tergangu dan sistem tersebut masih dapat beroperasi normal.
2.2.3 Klasifikasi Rele Pengaman
1.
Berdasarkan Besaran Input
•
•
Tegangan [U] : Relai tegangan lebih [OVR] dan Relai tegangan
•
•
kurang [UFR]
•
Daya balik
Frekuensi [f] : Relai frekuensi lebih {OFR] dan Relai frekuensi
Daya [P ; Q ] : Relai daya Max / MinRelai arah / Directional Relai
Impedansi [Z] : Relai jarak [Distance]
Beda arus
: Relai diferensial
Berdasarkan Karakteristik Waktu kerja
•
•
•
3.
: Relai Arus lebih [ OCR ] dan Relai Arus kurang
[UCR]
kurang [UVR]
•
2.
Arus[I]
Seketika [Relai instsnt / Moment /high speed ]
Penundaan waktu [ time delay ]
-
Definite time relay
-
Inverse time relay
Kombinai instant dengan tunda waktu
Berdasarkan jenis kontak
•
•
Relai dengan kontak dalam keadaan
normal terbuka [ normally open contact]
Universitas Sumatera Utara
•
Relai dengan kontak dalam keadaan
•
4.
normal tertutup [ normally close contact]
Berdasarkan Fungsi
•
•
Relai Proteksi
•
Relai programming ; Reclosing relay synchro check relay
•
Relai Monitor
•
Relai pengaturan {regulating relay]
Relai bantu sealing unit, lock out relay, closing relay dan tripping
relay
5.
Berdasarkan Prinsip Kerja
•
Tipe Elektromekanis
a.
Tarikan magnit ;
b.
-
tipe Plunger
-
tipe hinged armature
-
tipe tuas seimbang
Induksi :
-
Tipe shaded pole
-
Tipe kwh
-
Tipe mangkok { cup ]
-
Tipe thermis
-
Tipe gas ; relai buccholz
-
Tipe tekanan ; pressure relay
-
Tipe statik [ elektronik]
2.2.4 Jenis-Jenis Rele Pengaman
2.2.4.1 Relay Elektromagnetis
Pengaman magnetis adalah suatu sistem pengaman yang digunakan
untuk mengamankan suatu sustu sistem dari gangguan dan memutuskan bagian
yang hanya mengalami gangguan, terutama yang diakibatkan oleh gangguan arus
lebih (hubungan singkat).
10
Universitas Sumatera Utara
Relay elektro magnetis digolongkan menjadi 2 (dua), yaitu :
a.
Relay elektro magnetis primer, pada alat ini arus utama mengalir langsung
pada lilitannya.
b.
Relay elektro magnetis sekunder, pada alat ini arus utama mengalir dari
transformator sekunder menuju relay.
Pengaman magnetis juga dapat diatur dalam daerah kerja tertentu, tetapi daerah
pengaturannya lebih sempit bila dibandingkan dengan pengaman bimetal, ini
dapat dilihat pada dibawah ini
a. Relay Primer
b. Relay Sekunder
Gambar 2.2 Relay Elektromagnetik
2.2.4.2 Rele Waktu
Relay waktu
atau
disebut
juga
dengan
timer bekerja secara
elektromagnetik yang digunakan untuk menghubungkan dan memutuskan
rangkaian sesuai dengan setting waktu yang telah ditentukan. Timer dapat dibagi
menjadi dua jenis, yaitu :
a. ON Delay
Timer jenis ini jika koilnya diberi tegangan, maka kontak-kontaknya akan bekerja
dengan lambat sesuai dengan waktu yang telah kita setting dan jika sumber
tegangan diputuskan maka kontak-kontaknya akan kembali ke posisi semula
dengan cepat. Timer jenis ini disebut juga relay tunda dengan operasi lambat.
Universitas Sumatera Utara
b. OFF Delay
Untuk jenis ini bila koilnya diberi tegangan, maka kontak-kontaknya langsung
bekerja tanpa penundaan waktu, tetapi jika tegangan diputuskan maka
kontakkontaknya akan bekerja dengan lambat sesuai waktu yang telah kita setting.
Timer jenis ini disebut dengan operasi cepat.
2.2.4.3 Rele Panas (Relay Thermal)
Relay ini bekerja berdasarkan panas (temperatur) yang ditimbulkan oleh
arus yang mengalir melalui elemen-elemen pemanas bimetal. Dari sifat
pelengkungan bimetal akibat panas yang ditimbulkan, bimetal ini akan
menggerakkan kontak-kontak mekanis pemutus rangkaian listrik. Bentuk
konstruksi dari relay thermal dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.3 Bentuk Konstruksi Relay Thermal
Keterangan : 1. Reset Mekanis
2. Pengatur Batas Arus
3. Bimetal
4. Pegas Kontak
5. Pendorong Kontak
6. Kontak
Fungsi bagian-bagian dari relay thermal yaitu :
1.
Reset mekanis fungsinya untuk membalikkan kedudukan kontak pada posisi
semula dan pengaturan batas arus strip bila terjadi beban lebih. Arus setting
12
Universitas Sumatera Utara
(batas arus) sebagai suatu fungsi dari harga arus pada pemanas arus atau
relay.
2.
Bimetal fungsinya untuk menggerakkan kontak-kontak mekanis pada
pemutus rangkaian listrik akibat panas yang disebabkan oleh arus yang
mengalir melalui elemen-elemen pemanas bimetal.
3.
Pegas kontak fungsinya untuk mengembalikan kedudukan semula dari
pendorong kontak setelah terjadinya pembebanan lebih.
4.
Pendorong kontak fungsinya untuk menghubungkan kontak-kontak akibat
dari pelengkungan bimetal setelah terjadi pembebanan lebih.
5.
Kontak fungsinya untuk mengalirkan arus yang masuk dan arus yang keluar.
2.2.4.4 Rele Arus Lebih
Rele arus lebih adalah rele proteksi yang memberikan respon dengan
adanya arus tertentu dan car kerjanya simpel dan harganya lebih murah. Proteksi
arus lebih berebda dengan proteksi beban lebih. Dimana proteksi arus lebih adalah
untuk mengamankan arus gangguan dan proteksi beban lebih untuk pemakain
bebn.
Rele arus lebih induksi piringan (disk) memberikan waktu operasi
inverse dengan suatu karakteristik waktu minimum tertentu (definite minimum
time). Rele mempunyai dua elektromagnit. Elektromaknit bagian atas mempunyai
dua lilitan yang terdiri primer dan sekunder yang dihubungkan ke transformator
arus (CT) dari saluran untuk daerah pengamanan dan membuka dengan waktu
yang dapat ditentukan. Seperti gambar 2.3 dibawah.
Gambar 2.4 Rele tipe induksi piringan (disk)
Universitas Sumatera Utara
Tipe rele ini terdiri dari imlementasinya terdiri dari tiga kutub
elektromaknit. Tenaga operasi untuk rele adalah menggunakan lilitan pada pusat
kutub inti. Salah satu kutub bagian luar dilengkapi dengan lilitan dengan suatu
kelambatan dan kutub yang satu lagi tanpa lilitan. Arus (I) pada lilitan utama
menghasilkan flux (Φ), yang dihasilkan melalui piringan sampai ke penjaga
(keeper). Φ ini mengarah ke ΦL sebelah kiri dan ΦR sebelah kanan, maka Φ=
ΦL+ ΦR. Dihubung singkatnya lilitan ketinggalan pada kaki kiri menyebabkan
ΦL ketinggalan dari ΦR dan Φ. Dengan fundamental arus fick-up dimasuki, maka
torsi dari maknit yang cukup untuk menjadi sumber pengendalian dan
menyebabkan piringan mulai bergerak. Torsi ini mengakibatkan interaksi antara
piringan dengan arus yang dihasilkan dari masing-masing kutub dan dua kutub
flux yang lain. (Horowitz, 1992).
Standard kurva karakteristik arus-waktu dari invers times over current rele
diperlihatkan pada gambar dibawah (IEEE standard inverse-time, vol.14 1996)
Gambar 2.5 Kurva dari karakteristik inverse time over current rele
14
Universitas Sumatera Utara
2.2.5
Prinsip kerja rele arus lebih elektromekanik tipe induksi
Secara umum pemakaian rele arus lebih sebagai proteksi hubungan
singkat dan keadaan-keadaan tidak normal pada operasi system distribusi tenaga
listrik, lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah:
Gambar 2.6 Perangkat proteksi
Dengan piranti proteksi adalah sebagai berikut:
1. Transformatur arus (CT)
2. Transformator tegangan (PT)
3. Circuit Breaker (CB)
4. Batere
5. Tripping Coil (TC)
6. Rele
- B Elektromaknit untuk meutup kontak A
- A Kontak penutup rankaian kumparan imbas
- C Kontak-kontak yang ditutup oleh pal D
- D Pal penutup kontak yang terletak pada keping imbas, yang berputar bersama
piringan.
Universitas Sumatera Utara
Rele elektromaknetik terdiri dari rangkaian listrik yang menggerakkan
suatu mekanisme yang pada akhirnya harus mentripkan CB. dengan jalan
menutup kontak pemberi arus trip coil (TC) dari CB. Apabila arus beban melebihi
nilai tertentu maka kontak A menutup dan arus akan mengalir melalui
elektromaknit kumparan imbas yang akan memutar piringan. Berputarnya
piringan akan membawa pal D yang akhirnya menutup kontak C dan
menyebabkan TC bekerja menjatuhkan CB.
Dari uraian diatas tampak bahwa lamanya waktu, yang menentukan
lamanya rele bekerja ditentukan oleh penyetelan jarak pal D dengan kontak E.
Sedangkan besarnya arus yang menyebabkan rele bekerja ditentukan dengan
penyetelan pegas yang menahan penutupan kontak A.
Tripping Coil Instantenous (TCI) adalah untuk instantenous trip yaitu rele akan
bekerja tampa time delay untuk nilai arus diatas harga tertentu yang bias
menyebabkan kumparan TCI bekerja dan lansung mengerjakan trip coil (TC)
yang menjatuhkan CB. Karena pada rele ini bekerjanya yang melebihi arus
nominalnya yang sebanding dengan arus beban, maka rele ini disebut rele arus
lebih.
2.3
Pemutus Rangkaian
Pemutus rangkaian adalah peralatan yang berfungsi untuk memutus
rangkaian dari sumber listrik baik secara manual maupun elektronis.
2.3.1
Mini Circuit Breaker (MCB)
MCB adalah suatu rangkaian pengaman yang dilengkapi dengan
komponen thermis (bimetal) untuk pengaman beban lebih dan juga dilengkapi
relay elektromagnetik untuk pengaman hubung singkat. MCB banyak digunakan
untuk pengaman rangkaian listrik satu fasa dan tiga fasa. Keuntungan
menggunakan MCB, yaitu :
1.
Dapat memutuskan rangkaian tiga fasa walaupun terjadi hubung singkat
pada salah satu fasanya.
2.
Dapat digunakan kembali setelah rangkaian diperbaiki akibat hubung
singkat atau beban lebih.
16
Universitas Sumatera Utara
3.
Mempunyai respon yang baik apabila terjadi hubung singkat atau beban
lebih.
Pada MCB terdapat dua jenis pengaman yaitu secara thermis dan
elektromagnetis, pengaman termis berfungsi untuk mengamankan arus beban
lebih sedangkan pengaman elektromagnetis berfungsi untuk mengamankan jika
terjadi hubung singkat.
Pengaman thermis pada MCB memiliki prinsip yang sama dengan thermal
overload yaitu menggunakan dua buah logam yang digabungkan (bimetal),
pengamanan secara thermis memiliki kelambatan, ini bergantung pada besarnya
arus yang harus diamankan, sedangkan pengaman elektromagnetik menggunakan
sebuah kumparan yang dapat menarik sebuah angker dari besi lunak.
MCB dibuat hanya memiliki satu kutub untuk pengaman satu fasa,
sedangkan un- tuk pengaman tiga fasa biasanya memiliki tiga kutub dengan tuas
yang disatukan, sehingga apabila terjadi gangguan pada salah satu kutub maka
kutub yang lainnya juga akan ikut terputus.
Berdasarkan penggunaan dan daerah kerjanya, MCB dapat digolongkan menjadi
5 jenis ciri yaitu :
•
Tipe Z (rating dan breaking capacity kecil) Digunakan untuk pengaman
rangkaian semikonduktor dan
•
•
•
•
trafo-trafo yang sen- sitif terhadap
tegangan.
Tipe K (rating dan breaking capacity kecil) Digunakan untuk
mengamankan alat-alat rumah tangga.
Tipe G (rating besar) untuk pengaman motor.
Tipe L (rating besar) untuk pengaman kabel atau jaringan.
Tipe H untuk pengaman instalasi penerangan bangunan
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 MCB satu dan tiga fasa
2.3.2
Moulded Case Circuit Braker (MCCB)
MCCB adalah rangkaian pengaman yang berfungsi sebagai pemutus
rangkaian listrik pada tegangan menengah. Pada dasarnya cara kerja dan fungsi
MCCB dan MCB adalah sama, perbedaannya hanya pada besar tegangan dan arus
yang akan diproteksi lebih besar pada MCCB. Jika pada MCB digunakan sebagai
pengaman pada tegangan rendah, maka MCCB digunakan sebagai pengaman
tegangan menengah.
Gambar 2.8 MCCB
2.3.3
Vacuum Circuit Breaker (VCB)
Vacuum circuit breaker merupakan peralatan pengaman rangkaian listrik
yang digunakan pada tegangan sampai 35 K. VCB memiliki ruang hampa udara
untuk memadamkan busur api pada saat circuit breaker terbuka (open), sehingga
18
Universitas Sumatera Utara
dapat mengisolir hubungan setelah bunga api yang terjadi akibat gangguan atau
sengaja dilepas. Salah satu tipe dari circuit breaker adalah recloser. Recloser
hampa udara dibuat untuk memutuskan dan menyambung kembali arus bolakbalik pada rangkaian secara otomatis. Pada saat melakukan pengesetan besaran
waktu sebelumnya atau pada saat recloser dalam keadaan terputus yang kesekian
kalinya, maka recloser akan terkunci (lock out), sehingga recloser harus
dikembalikan pada posisi semula secara manual.
Gambar 2.9 Vacuum Circuit Breaker
2.3.4
Fuse
Fuse atau Sekring adalah alat yang dapat memutuskan arus listrik pada
saat terjadi hubung singkat atau arus berlebih pada rangkaian listrik atau beban
lainnya. Fuse pada dasarnya terdiri dari sebuah kawat halus pendek yang akan
meleleh dan terputus jika dialiri oleh arus listrik yang berlebihan ataupun
terjadinya hubungan arus pendek dalam sebuah peralatan listrik.
Gambar 2.10 Fuse
Universitas Sumatera Utara
2.3.5
Thermal Overload Relay (TOR)
Thermal Overload Relay adalah peralatan pengaman rangkaian beban
listrik dari gangguan beban lebih, umumnya digunakan sebagai pengaman motor
listrik.
Prinsip kerja dari suatu TOR adalah berdasarkan panas yang timbul karena
adanya arus listrik yang mengalir melewati arus nominal motor. Energi panas
tersebut akan diubah menjadi energi mekanik oleh logam bi metal. Akibatnya
kontak NC akan terbuka sehingga operasi motor diamankan oleh pengaman TOR
berhenti bekerja. Adapun kerja TOR ini tergantung kepada gangguan arus beban
lebih yang terjadi dan lamanya gangguan berlangsung
Pada TOR terdapat selektor untuk memilih batasan nilai arus yang
diinginkan yang biasanya disesuaikan dengan besar arus nominal beban yang akan
dihubungkan.
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Thermal Over load
2.4
Motor Induksi Tiga Fasa
Motor induksi adalah motor listrik arus bolak balik yang putaran rotornya
tidak sama dengan putaran medan statornya, dengan kata lain putaran rotor
dengan putaran medan pada stator terdapat selisih putaran yang disebut slip.
Motor induksi merupakan motor yang memiliki konstruksi yang baik,
harganya lebih murah dan mudah dalam pengaturan kecepatannya, disamping itu
motor induksi juga memiliki efisiensi yang tinggi saat berbeban penuh dan tidak
memerlukan perawatan yang rumit. Akan tetapi jika dibandingkan dengan motor
DC, motor induksi masih memiliki kelemahan dalam pengaturan kecepatan.
20
Universitas Sumatera Utara
Dimana pada motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan,
sementara pada motor DC pengaturan kecepatan lebih mudah dilakukan.
Berdasarkan suplai tegangan yang digunakan, motor induksi terdiri dari
dua jenis, yaitu;
1. Motor listrik AC/arus bolak-balik 1 fasa
2. Motor listrik AC/arus bolak-balik 3 fasa
Pembahasan pada tugas akhir ini menitikberatkan pada motor listrik AC 3
fasa. Sesuai dengan namanya motor induksi tiga fasa dirancang untuk beroperasi
menggunakan suplai tegangan tiga fasa.
Motor induksi tiga fasa sering digunakan sebagai penggerak pada
peralatan yang memerlukan daya yang besar dan kecepatan yang relatif konstan.
Hal ini disebabkan karena motor induksi tiga fasa memiliki beberapa kelebihan
yaitu konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan putar yang hampir konstan
terhadap perubahan beban.
Walaupun demikian
motor induksi tiga fasa ini memiliki beberapa
kekurangan seperti, kecepatan tidak mudah dikontrol dan arus start biasanya 5
sampai 7 kali dari arus nominal.
2.4.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa
Motor induksi adalah motor ac yang paling banyak digunakan, karena
konstruksinya yang kuat dan karakteristiknya yang baik. Secara umum motor
induksi terdiri dari dua bagian utama yaitu stator dan rotor. Stator merupakan
bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan
elektromagnetik kepada rotornya,
sedangkan rotor merupakan bagian yang
bergerak. Diantara stator dan rotor ada celah udara yang jaraknya sangat kecil.
Konstruksi motor induksi dapat diperlihatkan pada gambar dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Konstruksi Motor 3 Fasa
2.4.2
Prinsip Kerja Motor Induksi
Motor Induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan
stator kepada rotornya. Bila kumparan stator motor induksi tiga fasa dihubungkan
dengan suatu sumber
tegangan tiga fasa, maka kumparan stator akan
menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan seperti rumus
dibawah ini:
�� =
120�
�
Dimana:
Ns = Kecepatan Putar
f
= Frekuensi Sumber tegangan
p
= Jumlah Kutub
Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor.
Akibatnya pada batang konduktor dari rotor akan timbul gaya gerak listrik (GGL)
induksi. Karena batang konduktor merupakan rangkain yang tertutup maka GGL
akan menghasilkan arus (I). Adanya arus (I) didalam medan magnet akan
menimbulkan gaya (F) pada rotor. Bila tenaga yang dihasilkan oleh gaya (F) pada
rotor cukup besar untuk memikul kopel beban, maka rotor akan berputar searah
dengan medan putar stator. Artinya agar GGL induksi tersebut timbul, diperlukan
adanya perbedaan relatif antara kecepatan
medan putar stator (ns) dengan
kecepatan berputar rotor (nr).
22
Universitas Sumatera Utara
Perbedaan kecepatan antara ns dan ns disebut slip (s), yang dinyatakan
dengan
� = ����−��
Apabila ns = nr, maka GGL induksi tidak akan timbul dan arus tidak
mengalir pada batang konduktor (rotor), dengan demikian tidak dihasilkan kopel.
Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga dengan motor induksi tak
serempak atau asinkron.
2.4.3
Jenis-jenis Motor Induksi Tiga Fasa
Berdasarkan rotornya jenis motor induksi tiga fasa ada dua, yaitu:
a.
Motor induksi tiga fasa sangkar tupai (squirrel-cage motor)
Motor induksi jenis ini mempunyai rotor dengan kumparan yang terdiri
atas bebarapa batang konduktor yang disusun sedemikian rupa hingga menyerupai
sangkar tupai. Rotor terdiri dari sederet batang-batang penghantar yang terletak
pada alur-alur sekitar permukaan rotor. Ujung-ujung batang penghantar dihubung
singkat dengan menggunakan cincin hubung singkat.
b.
Motor induksi tiga fasa rotor belitan (wound-rotor motor)
Motor induksi rotor belitan mempunyai rotor dengan belitan kumparan
tiga fasa yang sama seperti kumparan stator. Kumparan stator dan rotor juga
mempunyai jumlah kutub yang sama. Rotor belitan mempunyai tiga belitan yang
mirip dengan belitan stator yang ketiga belitan tersebut biasanya terhubung
bintang. Ujung-ujung belitan tersebut dihubungkan dengan slipring yang terdapat
pada poros rotor. Belitan-belitan tersebut dihubung singkat melalui sikat (brush)
pada slipring.
2.4.4
Rangkaian EkivalenMotor Induksi Tiga Fasa
Pada prinsipnya proses induksi yang terjadi pada motor induksi hampir
sama seperti pada transformator yang berbeban resistif, sehingga penggambaran
rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa berdasarkan rangkaian
ekivalen
Universitas Sumatera Utara
transformator, dimana stator identik dengan sisi primer transformator dan rotor
identik dengan sisi sekunder transformator. Perbedaan mendasar antara keduanya
adalah transformator merupakan mesinr listrik statis, dan motor induksi adalah
mesin listrik dinamis.
Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi
2.4.5
Slip
Motor induksi tidak dapat berputar pada kecepatan sinkron. Seandainya hal ini
terjadi, maka rotor akan tetap diam relatif terhadap fluksi yang berputar. Maka
tidak akan ada ggl yang diinduksikan dalam rotor, tidak ada arus yang mengalir
pada rotor, dan karenanya tidak akan menghasilkan kopel. Kecepatan rotor
sekalipun tanpa beban, harus lebih kecil sedikit dari kecepatan sinkron disebut slip
(S). Slip dapat dinyatakan dalam putaran setiap menit, tatapi lebih umum
dinyatakan sebagai persen dari kecepatan sinkron.
2.5
Current Transformer (Trafo Arus)
Current transformer (CT) atau Trafo Arus adalah peralatan pada sistem
tenaga listrik yang berupa trafo yang digunakan untuk pengukuran arus yang
besarnya hingga ratusan ampere dan arus yang mengalir pada jaringan tegangan
tinggi. Di samping untuk pengukuran arus, trafo arus juga digunakan untuk
pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh, dan rele proteksi. Kumparan
primer trafo dihubungkan seri dengan rangkaian atau jaringan yang akan dikur
arusnya sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau dengan
rele proteksi.
24
Universitas Sumatera Utara
Prinsip kerja trafo arus sama dengan trafo daya satu fasa. Bila pada
kumparan primer mengalir arus I1, maka pada kumparan timbul gaya gerak
magnet sebesar N1I1. Gaya gerak ini memproduksi fluks pada inti, dan fluks ini
membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder. Bila terminal
kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I1.
Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N2I2 pada kumparan sekunder. Pada
trafo arus biasa dipasang burden pada bagian sekunder yang berfungsi sebagai
impedansi beban, sehingga trafo tidak benar-benar short circuit. Apabila trafo
adalah trafo ideal, maka berlaku persamaan :
N1I1 = N2I2
I1/I2 = N2/N1
di mana, N1 : Jumlah belitan kumparan primer
N2 : Jumlah belitan kumparan sekunder
I1 : Arus kumparan primer
I2 : Arus kumparan sekunder
Dalam pemakaian sehari-hari, trafo arus dibagi menjadi jenis-jenis tertentu
berdasarkan syarat-syarat tertentu pula, adapun pembagian jenis trafo arus adalah
sebagai berikut :
2.5.1
a.
Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Kumparan Primer
Jenis Kumparan (Wound)
Biasa digunakan untuk pengukuran pada arus rendah, burden yang besar,
atau pengukuran yang membutuhkan ketelitian tinggi. Belitan primer tergantung
pada arus primer yang akan diukur, biasanya tidak lebih dari 5 belitan.
Penambahan belitan primer akan mengurangi faktor thermal dan dinamis arus
hubung singkat.
b.
Jenis Bar (Bar)
Konstruksinya mampu menahan arus hubung singkat yang cukup tinggi
sehingga memiliki faktor thermis dan dinamis arus hubung singkat yang tinggi.
Universitas Sumatera Utara
Keburukannya, ukuran inti yang paling ekonomis diperoleh pada arus pengenal
yang cukup tinggi yaitu 1000A.
2.5.2
a.
Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Rasio
Jenis Rasio Tunggal
Rasio tunggal adalah trafo arus dengan satu kumparan primer dan satu kumparan
sekunder.
b.
Jenis Rasio Ganda
Rasio ganda diperoleh dengan membagi kumparan primer menjadi beberapa
kelompok yang dihubungkan seri atau paralel.
2.5.3
a.
Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Inti
Inti Tunggal
Digunakan apabila sistem membutuhkan salah satu fungsi saja, yaitu untuk
pengukuran atau proteksi.
b.
Inti Ganda
Digunakan apabila sistem membutuhkan arus untuk pengukuran dan proteksi
sekaligus.
2.5.4
a.
Jenis Trafo Arus Menurut Konstruksi Isolasi
Isolasi Epoksi-Resin
Biasa dipakai hingga tegangan 110KV. Memiliki kekuatan hubung singkat
yang cukup tinggi karena semua belitan tertanam pada bahan isolasi. Terdapat 2
jenis, yaitu jenis bushing dan pendukung.
b.
Isolasi Minyak-Kertas
Isolasi minyak kertas ditempatkan pada kerangka porselen. Merupakan trafo
arus untuk tegangan tinggi yang digunakan pada gardu induk dengan pemasangan
luar. Dibedakan menjadi jenis tangki logam, kerangka isolasi, dan jenis gardu.
26
Universitas Sumatera Utara
Kelebihannya, penyulang pada sisi primer lebih pendek, digunakan untuk arus
pengenal dan arus hubung singkat yang besar.
c.
Isolasi Koaksial
Jenis trafo arus dengan isolasi koaksial biasa ditemui pada kabel, bushing
trafo, atau pada rel daya berisolasi gas SF6. Sering digunakan inti berbentuk
cincin dengan belitan sekunder yang dibelit secara seragam pada cincin dan
dimasukkan pada isolasi, dengan demikian terbuka jalan untuk membawa lapisan
terluar bagian yang di-ground keluar dari trafo arus
2.6
Gangguan - Gangguan Yang Terjadi Terhadap Sistem Proteksi Pada
Motor Induksi Tiga Fasa
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 digunakan
pada motor tersebut sebagai pengaman. Dengan demikian diharapkan motor tidak
akan mengalami kerusakan.
2.6.1
Gangguan Beban Lebih
Gangguan ini dapat terjadi, disebabkan oleh pembebanan yang
berlebihan pda poros motor. Pembebanan yang berlebihan disini, dimaksudkan
Universitas Sumatera Utara
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.
2.6.2
Gangguan Salah Satu Fasanya 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 sebagainya, 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.
2.6.3
Gangguan Hubungan Singkat
Gangguan hubungan singkat disini dimaksudkan adalah terjadi hubungan
singkat antara kumparan. Gangguan ini dapat terjadi karena kerusakan isolasi
28
Universitas Sumatera Utara
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 khususnya, gangguan ini harus dicegah sedemikian rupa
sehingga tidak membahayakan atau menimbulkan kerusakan pada motor.
Universitas Sumatera Utara
LANDASAN TEORI
2.1
Umum
Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) merupakan pembangkit listrik yang
mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan tenaga listrik. PLTU
menggunakan mesin turbin yang diputar oleh tenaga uap yang dihasilkan oleh
pembakaran bahan bakar. Bahan bakar yang dapat digunakan pada PLTU terdiri
dari beberapa jenis seperti batubara, minyak gas, dan lain-lain. Tetapi yang paling
umum digunakan adalah batubara karena ketersediaannya sangat memadai.
Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap yaitu dengan menggunakan
fluida kerja air uap dengan sirkulasi tertutup. Siklus tertutup artinya menggunakan
fluida yang sama secara berulang-ulang untuk menghasilkan uap jenuh yang
digunakan untuk memutar turbin. Berikut tahapan proses sirkulasinya secara
singkat:
1)
Air diisi kedalam boiler hingga mengisi penuh seluruh permukaan peminda
panas sesuai dengan yang ditentukan. Didalam boiler air ini dipanaskan
dengan gas panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga
berubah menjadi uap.
2)
Uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan tempratur tertentu
dialirkankan melalui pipa untuk memutar turbin sehingga menghasilkan
daya mekanik berupa putaran.
3)
Generator yang dikopel dengan turbin akan berputar dan menghasilkan
energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnet dalam kumparan
pada generator.
4)
Setelah uap yang digunakan keluar dari turbin, uap tersebut mengalir ke
kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah kembali
menjadi air yang disebut dengan air kondensat. Air kondensat hasil
kondensasi uap tersebut digunakan kembalisebagai air pengisi boiler.
Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang.
4
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Prinsip kerja PLTU
Pada dasarnya komponen yang digunakan pada PLTU sangat mungkin
mengalami kerusakan akibat dari gangguan internal dan gangguan eksternal
sehingga perlu dilakukan pengamanan pada peralatan tersebut untuk mengurangi
resiko kerusakan yang lebih besar apabila terjadi gangguan. Peralatan yang perlu
mendapatkan pengamanan antara lain adalah Boiler Turbin, Generator,
Transformator dan Motor. Pengaman yang paling umum digunakan pada PLTU
adalah Rele.
2.2
Rele Pengaman
Rele pengaman atau rele proteksi
merupakan suatu peralatan yang
didesain untuk mengamankan peralatan sistem tenaga listrik pada kondisi tidak
normal. Rele pengaman adalah susunan piranti, baik elektronik maupun magnetik
yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi tidak normal pada peralatan
listrik yang bisa membahayakan peralatan tersebut. Jika bahaya itu muncul maka
rele pengaman akan secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk
Universitas Sumatera Utara
membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat
dipisahkan dari sistem yang normal, sehingga tidak mengganggu sistem secara
keseluruhan.
Rele pengaman dapat mengamankan peralatan dengan cara mengukur atau
membandingkan besaran-besaran yang dirasakanya, misalnya arus, tegangan,
daya, sudut phasa, frekuensi, impedansi dan sebagainya. Alat tersebut akan
mengambil keputusan seketika dengan perlambatan waktu membuka pemutus
tenaga atau hanya memberikan tanda tanpa membuka pemutus tenaga. Disamping
itu rele juga berfungsi untuk menunjukan lokasi dan jenis gangguannya. Beberapa
gangguan yang terdapat pada motor tiga fasa antara lain:
1. Gangguan Beban Lebih
2. Gangguan Hubungan Singkat
3. Gangguan Fasa ke Fasa, dan Lain-lain
Dengan mengetahui jenis-jenis gangguan tersebut dapatlah ditentukan
jenis proteksi yang akan digunakan untuk mengamankan motor induksi dari
gangguan di atas. Di samping itu jenis proteksi pada motor juga tergantung pada
switchgear yang digunakan untuk kontrolnya seperti start, stop, variasi putaran
dan lain-lain. Secara umum proteksi utama motor-motor listrik adalah :
1. Proteksi beban lebih yang menimbulkan panas (thermal over load
protection)
2. Proteksi arus hubungan singkat (short circuitprotection)
Dan alat proteksi yang terdapat pada switchgear yang digunakan untuk kontaktor
motor adalah :
1.
Kontaktor stster dengan HRC (High Repturing Capasity) fuse dan thermal
overload relay.
2.
Pemutus Daya (circuit breaker) beserta relay – relay nya
Pada umumnya kontaktor dan sekering (fuse), digunakan untuk proteksi
motor yang berkapasitas 100 HP, sedangkan pemutus daya (circuit breaker)
digunakan untuk motor yang berkapasitas yang besar dengan kapasitas sekitar
1500 HP dan rating tegangan 3 KV. Selain itu umumnya kontaktor digunakan
untuk membatasi arus yang mengalir sekitar 6 kali arus rating. Rating arus adalah
6
Universitas Sumatera Utara
besar arus yang harganya sedikit lebih tinggi dari arus beban penuhnya. Dari
circuit breaker yang digunakan dapat berupa jenis pemutus dengan osolasi udara
atau pemutus daya jenis isolasi minyak (oil break type). Namun yang umum
digunakan adalah pemutus daya jenis isolasi minyak (oil break circuit breaker).
Selain proteksi di atas, motor-motor induksi 3 phasa kadang juga dilengkapi
dengan proteksi akibat variasi tegangan.
Dalam memilih proteksi motor-motor tersebut haruslah memenuhi
kriteria, sederhana, peka, dan ekonomis serta proteksi tidak akan bekerja selama
start dan batas beban lebih yang diizinkan.
Pemilihan proteksi dapat ditinjau dari beberapa hal, diantaranya :
1
Ukuran motor seperti rating arus, rating tegangan, dan dayanya.
2
Jenis motor apakah rotor sangkar atau rotor belitan.
3
Jenis starter yang seperti switchgear atau control.
4
Harga motor dan biaya operasinya.
5
Jenis beben, arus start, kondisi abnormal yang diizinkan.
2.2.1 Syarat Rele Pengaman
Rele adalah suatu peralatan listrik yang befungsi untuk melindungi,
memutuskan atau menghubungkan satu rangkaian listrik dengan rangkaian listrik
lainnya, yang bekerja secara otomatis dan dapat dipakai sebagai kontrol jarak
jauh.
Rele akan bekerja apabila ada besaran listrik yang mengalir melalui
peralatan tersebut. Besaran-besaran yang bukan besaran listrik dirubah dulu
menjadi besaran listrik. Rele mempunyai kontak-kontak normal membuka
(normally open) dan normal menutup (normally close). Setiap sistem pengaman
berfungsi untuk mengisolir bagian yang terganggu. Untuk mendapatkan hasil
yang memuaskan, maka dibutuhkan beberapa persyaratan yang harus dipenuhi,
antara lain :
1. Keandalan (Reability)
Suatu rele pengaman dirancang untuk mendapatkan beroperasi pada setiap
terjadi gangguan dan dapat diandalkan. Rele pengaman pada umumnya lebih
Universitas Sumatera Utara
banyak dalam keadan tidak bekerja. Oleh karena itu untuk mendapatkan
keandalan yang tinggi dari suatu rele pengaman, maka perlu diadakan pengujian
kembali pada saat-saat tertentu agar rele dapat bekerja sesuai dengan yang
diharapkan.
2. Selektif (Selectivity)
Selektif suatu rele pengaman adalah kemampuan untuk menentukan titik
mana yang terjadi gangguan, sehingga dapat dengan tepat memerintahkan
pemutus beban yang mana harus agar daerah yang terganggu dapat dialokasikan.
3. Ketepatan Operasi
Peralatan pengaman dapat bekerja cepat bila adanya gangguan didaerah
pengamanannya. Mengisolasi bagian yang terganggu dimaksudkan agar
mempercepat beroperasinya kembali sistem pada keadaan normal dan mengurangi
kemungkinan kerusakan peralatan-peralatan pada istem tersebut. Waktu yang
diperlukan untuk mengisolasi bagian sistem yang terganggu dari sistem
keseluruhan adalah penjumlahan waktu kerja alat pengaman daya (CB). Waktu
kerja alat pengaman adalah waktu sejak terjadinya gangguan sampai saat
menutupnya kontak pada rangkaian pemutus, sehingga waktu pelepasan pemutus
daya adalah waktu sejak, pemutus kontak pada rangkaian pemutus sampai saat
terbukanya pemutus daya.
4. Ekonomis
Rele yang dipergunakan sesederhana mungkin untuk mengurangi biaya,
karena semakin banyak pengaman yang digunakan pada sistem tenaga listrik akan
menyebabkan semakin besarnya biaya. Hal ini dimaksudkan untuk memberikan
pengaman secukupnya agar ekonomis, tetapi tidak mengabaikan faktor-faktor
keandalan, kepekaan dan selektif relay tersebut.
8
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Fungsi Rele
Pada Prinsipnya rele proteksi yang dipasang pada sistem tenaga listrik
mempunyai 3 macam fungsi, yaitu :
1.
Merasakan, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta
megisolasinya.
2.
Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan yang tergangu
3.
Mengurangi pengaruh ganguan terhadap bagian sistem lain yang tidak
tergangu dan sistem tersebut masih dapat beroperasi normal.
2.2.3 Klasifikasi Rele Pengaman
1.
Berdasarkan Besaran Input
•
•
Tegangan [U] : Relai tegangan lebih [OVR] dan Relai tegangan
•
•
kurang [UFR]
•
Daya balik
Frekuensi [f] : Relai frekuensi lebih {OFR] dan Relai frekuensi
Daya [P ; Q ] : Relai daya Max / MinRelai arah / Directional Relai
Impedansi [Z] : Relai jarak [Distance]
Beda arus
: Relai diferensial
Berdasarkan Karakteristik Waktu kerja
•
•
•
3.
: Relai Arus lebih [ OCR ] dan Relai Arus kurang
[UCR]
kurang [UVR]
•
2.
Arus[I]
Seketika [Relai instsnt / Moment /high speed ]
Penundaan waktu [ time delay ]
-
Definite time relay
-
Inverse time relay
Kombinai instant dengan tunda waktu
Berdasarkan jenis kontak
•
•
Relai dengan kontak dalam keadaan
normal terbuka [ normally open contact]
Universitas Sumatera Utara
•
Relai dengan kontak dalam keadaan
•
4.
normal tertutup [ normally close contact]
Berdasarkan Fungsi
•
•
Relai Proteksi
•
Relai programming ; Reclosing relay synchro check relay
•
Relai Monitor
•
Relai pengaturan {regulating relay]
Relai bantu sealing unit, lock out relay, closing relay dan tripping
relay
5.
Berdasarkan Prinsip Kerja
•
Tipe Elektromekanis
a.
Tarikan magnit ;
b.
-
tipe Plunger
-
tipe hinged armature
-
tipe tuas seimbang
Induksi :
-
Tipe shaded pole
-
Tipe kwh
-
Tipe mangkok { cup ]
-
Tipe thermis
-
Tipe gas ; relai buccholz
-
Tipe tekanan ; pressure relay
-
Tipe statik [ elektronik]
2.2.4 Jenis-Jenis Rele Pengaman
2.2.4.1 Relay Elektromagnetis
Pengaman magnetis adalah suatu sistem pengaman yang digunakan
untuk mengamankan suatu sustu sistem dari gangguan dan memutuskan bagian
yang hanya mengalami gangguan, terutama yang diakibatkan oleh gangguan arus
lebih (hubungan singkat).
10
Universitas Sumatera Utara
Relay elektro magnetis digolongkan menjadi 2 (dua), yaitu :
a.
Relay elektro magnetis primer, pada alat ini arus utama mengalir langsung
pada lilitannya.
b.
Relay elektro magnetis sekunder, pada alat ini arus utama mengalir dari
transformator sekunder menuju relay.
Pengaman magnetis juga dapat diatur dalam daerah kerja tertentu, tetapi daerah
pengaturannya lebih sempit bila dibandingkan dengan pengaman bimetal, ini
dapat dilihat pada dibawah ini
a. Relay Primer
b. Relay Sekunder
Gambar 2.2 Relay Elektromagnetik
2.2.4.2 Rele Waktu
Relay waktu
atau
disebut
juga
dengan
timer bekerja secara
elektromagnetik yang digunakan untuk menghubungkan dan memutuskan
rangkaian sesuai dengan setting waktu yang telah ditentukan. Timer dapat dibagi
menjadi dua jenis, yaitu :
a. ON Delay
Timer jenis ini jika koilnya diberi tegangan, maka kontak-kontaknya akan bekerja
dengan lambat sesuai dengan waktu yang telah kita setting dan jika sumber
tegangan diputuskan maka kontak-kontaknya akan kembali ke posisi semula
dengan cepat. Timer jenis ini disebut juga relay tunda dengan operasi lambat.
Universitas Sumatera Utara
b. OFF Delay
Untuk jenis ini bila koilnya diberi tegangan, maka kontak-kontaknya langsung
bekerja tanpa penundaan waktu, tetapi jika tegangan diputuskan maka
kontakkontaknya akan bekerja dengan lambat sesuai waktu yang telah kita setting.
Timer jenis ini disebut dengan operasi cepat.
2.2.4.3 Rele Panas (Relay Thermal)
Relay ini bekerja berdasarkan panas (temperatur) yang ditimbulkan oleh
arus yang mengalir melalui elemen-elemen pemanas bimetal. Dari sifat
pelengkungan bimetal akibat panas yang ditimbulkan, bimetal ini akan
menggerakkan kontak-kontak mekanis pemutus rangkaian listrik. Bentuk
konstruksi dari relay thermal dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.3 Bentuk Konstruksi Relay Thermal
Keterangan : 1. Reset Mekanis
2. Pengatur Batas Arus
3. Bimetal
4. Pegas Kontak
5. Pendorong Kontak
6. Kontak
Fungsi bagian-bagian dari relay thermal yaitu :
1.
Reset mekanis fungsinya untuk membalikkan kedudukan kontak pada posisi
semula dan pengaturan batas arus strip bila terjadi beban lebih. Arus setting
12
Universitas Sumatera Utara
(batas arus) sebagai suatu fungsi dari harga arus pada pemanas arus atau
relay.
2.
Bimetal fungsinya untuk menggerakkan kontak-kontak mekanis pada
pemutus rangkaian listrik akibat panas yang disebabkan oleh arus yang
mengalir melalui elemen-elemen pemanas bimetal.
3.
Pegas kontak fungsinya untuk mengembalikan kedudukan semula dari
pendorong kontak setelah terjadinya pembebanan lebih.
4.
Pendorong kontak fungsinya untuk menghubungkan kontak-kontak akibat
dari pelengkungan bimetal setelah terjadi pembebanan lebih.
5.
Kontak fungsinya untuk mengalirkan arus yang masuk dan arus yang keluar.
2.2.4.4 Rele Arus Lebih
Rele arus lebih adalah rele proteksi yang memberikan respon dengan
adanya arus tertentu dan car kerjanya simpel dan harganya lebih murah. Proteksi
arus lebih berebda dengan proteksi beban lebih. Dimana proteksi arus lebih adalah
untuk mengamankan arus gangguan dan proteksi beban lebih untuk pemakain
bebn.
Rele arus lebih induksi piringan (disk) memberikan waktu operasi
inverse dengan suatu karakteristik waktu minimum tertentu (definite minimum
time). Rele mempunyai dua elektromagnit. Elektromaknit bagian atas mempunyai
dua lilitan yang terdiri primer dan sekunder yang dihubungkan ke transformator
arus (CT) dari saluran untuk daerah pengamanan dan membuka dengan waktu
yang dapat ditentukan. Seperti gambar 2.3 dibawah.
Gambar 2.4 Rele tipe induksi piringan (disk)
Universitas Sumatera Utara
Tipe rele ini terdiri dari imlementasinya terdiri dari tiga kutub
elektromaknit. Tenaga operasi untuk rele adalah menggunakan lilitan pada pusat
kutub inti. Salah satu kutub bagian luar dilengkapi dengan lilitan dengan suatu
kelambatan dan kutub yang satu lagi tanpa lilitan. Arus (I) pada lilitan utama
menghasilkan flux (Φ), yang dihasilkan melalui piringan sampai ke penjaga
(keeper). Φ ini mengarah ke ΦL sebelah kiri dan ΦR sebelah kanan, maka Φ=
ΦL+ ΦR. Dihubung singkatnya lilitan ketinggalan pada kaki kiri menyebabkan
ΦL ketinggalan dari ΦR dan Φ. Dengan fundamental arus fick-up dimasuki, maka
torsi dari maknit yang cukup untuk menjadi sumber pengendalian dan
menyebabkan piringan mulai bergerak. Torsi ini mengakibatkan interaksi antara
piringan dengan arus yang dihasilkan dari masing-masing kutub dan dua kutub
flux yang lain. (Horowitz, 1992).
Standard kurva karakteristik arus-waktu dari invers times over current rele
diperlihatkan pada gambar dibawah (IEEE standard inverse-time, vol.14 1996)
Gambar 2.5 Kurva dari karakteristik inverse time over current rele
14
Universitas Sumatera Utara
2.2.5
Prinsip kerja rele arus lebih elektromekanik tipe induksi
Secara umum pemakaian rele arus lebih sebagai proteksi hubungan
singkat dan keadaan-keadaan tidak normal pada operasi system distribusi tenaga
listrik, lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah:
Gambar 2.6 Perangkat proteksi
Dengan piranti proteksi adalah sebagai berikut:
1. Transformatur arus (CT)
2. Transformator tegangan (PT)
3. Circuit Breaker (CB)
4. Batere
5. Tripping Coil (TC)
6. Rele
- B Elektromaknit untuk meutup kontak A
- A Kontak penutup rankaian kumparan imbas
- C Kontak-kontak yang ditutup oleh pal D
- D Pal penutup kontak yang terletak pada keping imbas, yang berputar bersama
piringan.
Universitas Sumatera Utara
Rele elektromaknetik terdiri dari rangkaian listrik yang menggerakkan
suatu mekanisme yang pada akhirnya harus mentripkan CB. dengan jalan
menutup kontak pemberi arus trip coil (TC) dari CB. Apabila arus beban melebihi
nilai tertentu maka kontak A menutup dan arus akan mengalir melalui
elektromaknit kumparan imbas yang akan memutar piringan. Berputarnya
piringan akan membawa pal D yang akhirnya menutup kontak C dan
menyebabkan TC bekerja menjatuhkan CB.
Dari uraian diatas tampak bahwa lamanya waktu, yang menentukan
lamanya rele bekerja ditentukan oleh penyetelan jarak pal D dengan kontak E.
Sedangkan besarnya arus yang menyebabkan rele bekerja ditentukan dengan
penyetelan pegas yang menahan penutupan kontak A.
Tripping Coil Instantenous (TCI) adalah untuk instantenous trip yaitu rele akan
bekerja tampa time delay untuk nilai arus diatas harga tertentu yang bias
menyebabkan kumparan TCI bekerja dan lansung mengerjakan trip coil (TC)
yang menjatuhkan CB. Karena pada rele ini bekerjanya yang melebihi arus
nominalnya yang sebanding dengan arus beban, maka rele ini disebut rele arus
lebih.
2.3
Pemutus Rangkaian
Pemutus rangkaian adalah peralatan yang berfungsi untuk memutus
rangkaian dari sumber listrik baik secara manual maupun elektronis.
2.3.1
Mini Circuit Breaker (MCB)
MCB adalah suatu rangkaian pengaman yang dilengkapi dengan
komponen thermis (bimetal) untuk pengaman beban lebih dan juga dilengkapi
relay elektromagnetik untuk pengaman hubung singkat. MCB banyak digunakan
untuk pengaman rangkaian listrik satu fasa dan tiga fasa. Keuntungan
menggunakan MCB, yaitu :
1.
Dapat memutuskan rangkaian tiga fasa walaupun terjadi hubung singkat
pada salah satu fasanya.
2.
Dapat digunakan kembali setelah rangkaian diperbaiki akibat hubung
singkat atau beban lebih.
16
Universitas Sumatera Utara
3.
Mempunyai respon yang baik apabila terjadi hubung singkat atau beban
lebih.
Pada MCB terdapat dua jenis pengaman yaitu secara thermis dan
elektromagnetis, pengaman termis berfungsi untuk mengamankan arus beban
lebih sedangkan pengaman elektromagnetis berfungsi untuk mengamankan jika
terjadi hubung singkat.
Pengaman thermis pada MCB memiliki prinsip yang sama dengan thermal
overload yaitu menggunakan dua buah logam yang digabungkan (bimetal),
pengamanan secara thermis memiliki kelambatan, ini bergantung pada besarnya
arus yang harus diamankan, sedangkan pengaman elektromagnetik menggunakan
sebuah kumparan yang dapat menarik sebuah angker dari besi lunak.
MCB dibuat hanya memiliki satu kutub untuk pengaman satu fasa,
sedangkan un- tuk pengaman tiga fasa biasanya memiliki tiga kutub dengan tuas
yang disatukan, sehingga apabila terjadi gangguan pada salah satu kutub maka
kutub yang lainnya juga akan ikut terputus.
Berdasarkan penggunaan dan daerah kerjanya, MCB dapat digolongkan menjadi
5 jenis ciri yaitu :
•
Tipe Z (rating dan breaking capacity kecil) Digunakan untuk pengaman
rangkaian semikonduktor dan
•
•
•
•
trafo-trafo yang sen- sitif terhadap
tegangan.
Tipe K (rating dan breaking capacity kecil) Digunakan untuk
mengamankan alat-alat rumah tangga.
Tipe G (rating besar) untuk pengaman motor.
Tipe L (rating besar) untuk pengaman kabel atau jaringan.
Tipe H untuk pengaman instalasi penerangan bangunan
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 MCB satu dan tiga fasa
2.3.2
Moulded Case Circuit Braker (MCCB)
MCCB adalah rangkaian pengaman yang berfungsi sebagai pemutus
rangkaian listrik pada tegangan menengah. Pada dasarnya cara kerja dan fungsi
MCCB dan MCB adalah sama, perbedaannya hanya pada besar tegangan dan arus
yang akan diproteksi lebih besar pada MCCB. Jika pada MCB digunakan sebagai
pengaman pada tegangan rendah, maka MCCB digunakan sebagai pengaman
tegangan menengah.
Gambar 2.8 MCCB
2.3.3
Vacuum Circuit Breaker (VCB)
Vacuum circuit breaker merupakan peralatan pengaman rangkaian listrik
yang digunakan pada tegangan sampai 35 K. VCB memiliki ruang hampa udara
untuk memadamkan busur api pada saat circuit breaker terbuka (open), sehingga
18
Universitas Sumatera Utara
dapat mengisolir hubungan setelah bunga api yang terjadi akibat gangguan atau
sengaja dilepas. Salah satu tipe dari circuit breaker adalah recloser. Recloser
hampa udara dibuat untuk memutuskan dan menyambung kembali arus bolakbalik pada rangkaian secara otomatis. Pada saat melakukan pengesetan besaran
waktu sebelumnya atau pada saat recloser dalam keadaan terputus yang kesekian
kalinya, maka recloser akan terkunci (lock out), sehingga recloser harus
dikembalikan pada posisi semula secara manual.
Gambar 2.9 Vacuum Circuit Breaker
2.3.4
Fuse
Fuse atau Sekring adalah alat yang dapat memutuskan arus listrik pada
saat terjadi hubung singkat atau arus berlebih pada rangkaian listrik atau beban
lainnya. Fuse pada dasarnya terdiri dari sebuah kawat halus pendek yang akan
meleleh dan terputus jika dialiri oleh arus listrik yang berlebihan ataupun
terjadinya hubungan arus pendek dalam sebuah peralatan listrik.
Gambar 2.10 Fuse
Universitas Sumatera Utara
2.3.5
Thermal Overload Relay (TOR)
Thermal Overload Relay adalah peralatan pengaman rangkaian beban
listrik dari gangguan beban lebih, umumnya digunakan sebagai pengaman motor
listrik.
Prinsip kerja dari suatu TOR adalah berdasarkan panas yang timbul karena
adanya arus listrik yang mengalir melewati arus nominal motor. Energi panas
tersebut akan diubah menjadi energi mekanik oleh logam bi metal. Akibatnya
kontak NC akan terbuka sehingga operasi motor diamankan oleh pengaman TOR
berhenti bekerja. Adapun kerja TOR ini tergantung kepada gangguan arus beban
lebih yang terjadi dan lamanya gangguan berlangsung
Pada TOR terdapat selektor untuk memilih batasan nilai arus yang
diinginkan yang biasanya disesuaikan dengan besar arus nominal beban yang akan
dihubungkan.
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Thermal Over load
2.4
Motor Induksi Tiga Fasa
Motor induksi adalah motor listrik arus bolak balik yang putaran rotornya
tidak sama dengan putaran medan statornya, dengan kata lain putaran rotor
dengan putaran medan pada stator terdapat selisih putaran yang disebut slip.
Motor induksi merupakan motor yang memiliki konstruksi yang baik,
harganya lebih murah dan mudah dalam pengaturan kecepatannya, disamping itu
motor induksi juga memiliki efisiensi yang tinggi saat berbeban penuh dan tidak
memerlukan perawatan yang rumit. Akan tetapi jika dibandingkan dengan motor
DC, motor induksi masih memiliki kelemahan dalam pengaturan kecepatan.
20
Universitas Sumatera Utara
Dimana pada motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan,
sementara pada motor DC pengaturan kecepatan lebih mudah dilakukan.
Berdasarkan suplai tegangan yang digunakan, motor induksi terdiri dari
dua jenis, yaitu;
1. Motor listrik AC/arus bolak-balik 1 fasa
2. Motor listrik AC/arus bolak-balik 3 fasa
Pembahasan pada tugas akhir ini menitikberatkan pada motor listrik AC 3
fasa. Sesuai dengan namanya motor induksi tiga fasa dirancang untuk beroperasi
menggunakan suplai tegangan tiga fasa.
Motor induksi tiga fasa sering digunakan sebagai penggerak pada
peralatan yang memerlukan daya yang besar dan kecepatan yang relatif konstan.
Hal ini disebabkan karena motor induksi tiga fasa memiliki beberapa kelebihan
yaitu konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan putar yang hampir konstan
terhadap perubahan beban.
Walaupun demikian
motor induksi tiga fasa ini memiliki beberapa
kekurangan seperti, kecepatan tidak mudah dikontrol dan arus start biasanya 5
sampai 7 kali dari arus nominal.
2.4.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa
Motor induksi adalah motor ac yang paling banyak digunakan, karena
konstruksinya yang kuat dan karakteristiknya yang baik. Secara umum motor
induksi terdiri dari dua bagian utama yaitu stator dan rotor. Stator merupakan
bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan
elektromagnetik kepada rotornya,
sedangkan rotor merupakan bagian yang
bergerak. Diantara stator dan rotor ada celah udara yang jaraknya sangat kecil.
Konstruksi motor induksi dapat diperlihatkan pada gambar dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Konstruksi Motor 3 Fasa
2.4.2
Prinsip Kerja Motor Induksi
Motor Induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan
stator kepada rotornya. Bila kumparan stator motor induksi tiga fasa dihubungkan
dengan suatu sumber
tegangan tiga fasa, maka kumparan stator akan
menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan seperti rumus
dibawah ini:
�� =
120�
�
Dimana:
Ns = Kecepatan Putar
f
= Frekuensi Sumber tegangan
p
= Jumlah Kutub
Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor.
Akibatnya pada batang konduktor dari rotor akan timbul gaya gerak listrik (GGL)
induksi. Karena batang konduktor merupakan rangkain yang tertutup maka GGL
akan menghasilkan arus (I). Adanya arus (I) didalam medan magnet akan
menimbulkan gaya (F) pada rotor. Bila tenaga yang dihasilkan oleh gaya (F) pada
rotor cukup besar untuk memikul kopel beban, maka rotor akan berputar searah
dengan medan putar stator. Artinya agar GGL induksi tersebut timbul, diperlukan
adanya perbedaan relatif antara kecepatan
medan putar stator (ns) dengan
kecepatan berputar rotor (nr).
22
Universitas Sumatera Utara
Perbedaan kecepatan antara ns dan ns disebut slip (s), yang dinyatakan
dengan
� = ����−��
Apabila ns = nr, maka GGL induksi tidak akan timbul dan arus tidak
mengalir pada batang konduktor (rotor), dengan demikian tidak dihasilkan kopel.
Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga dengan motor induksi tak
serempak atau asinkron.
2.4.3
Jenis-jenis Motor Induksi Tiga Fasa
Berdasarkan rotornya jenis motor induksi tiga fasa ada dua, yaitu:
a.
Motor induksi tiga fasa sangkar tupai (squirrel-cage motor)
Motor induksi jenis ini mempunyai rotor dengan kumparan yang terdiri
atas bebarapa batang konduktor yang disusun sedemikian rupa hingga menyerupai
sangkar tupai. Rotor terdiri dari sederet batang-batang penghantar yang terletak
pada alur-alur sekitar permukaan rotor. Ujung-ujung batang penghantar dihubung
singkat dengan menggunakan cincin hubung singkat.
b.
Motor induksi tiga fasa rotor belitan (wound-rotor motor)
Motor induksi rotor belitan mempunyai rotor dengan belitan kumparan
tiga fasa yang sama seperti kumparan stator. Kumparan stator dan rotor juga
mempunyai jumlah kutub yang sama. Rotor belitan mempunyai tiga belitan yang
mirip dengan belitan stator yang ketiga belitan tersebut biasanya terhubung
bintang. Ujung-ujung belitan tersebut dihubungkan dengan slipring yang terdapat
pada poros rotor. Belitan-belitan tersebut dihubung singkat melalui sikat (brush)
pada slipring.
2.4.4
Rangkaian EkivalenMotor Induksi Tiga Fasa
Pada prinsipnya proses induksi yang terjadi pada motor induksi hampir
sama seperti pada transformator yang berbeban resistif, sehingga penggambaran
rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa berdasarkan rangkaian
ekivalen
Universitas Sumatera Utara
transformator, dimana stator identik dengan sisi primer transformator dan rotor
identik dengan sisi sekunder transformator. Perbedaan mendasar antara keduanya
adalah transformator merupakan mesinr listrik statis, dan motor induksi adalah
mesin listrik dinamis.
Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi
2.4.5
Slip
Motor induksi tidak dapat berputar pada kecepatan sinkron. Seandainya hal ini
terjadi, maka rotor akan tetap diam relatif terhadap fluksi yang berputar. Maka
tidak akan ada ggl yang diinduksikan dalam rotor, tidak ada arus yang mengalir
pada rotor, dan karenanya tidak akan menghasilkan kopel. Kecepatan rotor
sekalipun tanpa beban, harus lebih kecil sedikit dari kecepatan sinkron disebut slip
(S). Slip dapat dinyatakan dalam putaran setiap menit, tatapi lebih umum
dinyatakan sebagai persen dari kecepatan sinkron.
2.5
Current Transformer (Trafo Arus)
Current transformer (CT) atau Trafo Arus adalah peralatan pada sistem
tenaga listrik yang berupa trafo yang digunakan untuk pengukuran arus yang
besarnya hingga ratusan ampere dan arus yang mengalir pada jaringan tegangan
tinggi. Di samping untuk pengukuran arus, trafo arus juga digunakan untuk
pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh, dan rele proteksi. Kumparan
primer trafo dihubungkan seri dengan rangkaian atau jaringan yang akan dikur
arusnya sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau dengan
rele proteksi.
24
Universitas Sumatera Utara
Prinsip kerja trafo arus sama dengan trafo daya satu fasa. Bila pada
kumparan primer mengalir arus I1, maka pada kumparan timbul gaya gerak
magnet sebesar N1I1. Gaya gerak ini memproduksi fluks pada inti, dan fluks ini
membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder. Bila terminal
kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I1.
Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N2I2 pada kumparan sekunder. Pada
trafo arus biasa dipasang burden pada bagian sekunder yang berfungsi sebagai
impedansi beban, sehingga trafo tidak benar-benar short circuit. Apabila trafo
adalah trafo ideal, maka berlaku persamaan :
N1I1 = N2I2
I1/I2 = N2/N1
di mana, N1 : Jumlah belitan kumparan primer
N2 : Jumlah belitan kumparan sekunder
I1 : Arus kumparan primer
I2 : Arus kumparan sekunder
Dalam pemakaian sehari-hari, trafo arus dibagi menjadi jenis-jenis tertentu
berdasarkan syarat-syarat tertentu pula, adapun pembagian jenis trafo arus adalah
sebagai berikut :
2.5.1
a.
Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Kumparan Primer
Jenis Kumparan (Wound)
Biasa digunakan untuk pengukuran pada arus rendah, burden yang besar,
atau pengukuran yang membutuhkan ketelitian tinggi. Belitan primer tergantung
pada arus primer yang akan diukur, biasanya tidak lebih dari 5 belitan.
Penambahan belitan primer akan mengurangi faktor thermal dan dinamis arus
hubung singkat.
b.
Jenis Bar (Bar)
Konstruksinya mampu menahan arus hubung singkat yang cukup tinggi
sehingga memiliki faktor thermis dan dinamis arus hubung singkat yang tinggi.
Universitas Sumatera Utara
Keburukannya, ukuran inti yang paling ekonomis diperoleh pada arus pengenal
yang cukup tinggi yaitu 1000A.
2.5.2
a.
Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Rasio
Jenis Rasio Tunggal
Rasio tunggal adalah trafo arus dengan satu kumparan primer dan satu kumparan
sekunder.
b.
Jenis Rasio Ganda
Rasio ganda diperoleh dengan membagi kumparan primer menjadi beberapa
kelompok yang dihubungkan seri atau paralel.
2.5.3
a.
Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Inti
Inti Tunggal
Digunakan apabila sistem membutuhkan salah satu fungsi saja, yaitu untuk
pengukuran atau proteksi.
b.
Inti Ganda
Digunakan apabila sistem membutuhkan arus untuk pengukuran dan proteksi
sekaligus.
2.5.4
a.
Jenis Trafo Arus Menurut Konstruksi Isolasi
Isolasi Epoksi-Resin
Biasa dipakai hingga tegangan 110KV. Memiliki kekuatan hubung singkat
yang cukup tinggi karena semua belitan tertanam pada bahan isolasi. Terdapat 2
jenis, yaitu jenis bushing dan pendukung.
b.
Isolasi Minyak-Kertas
Isolasi minyak kertas ditempatkan pada kerangka porselen. Merupakan trafo
arus untuk tegangan tinggi yang digunakan pada gardu induk dengan pemasangan
luar. Dibedakan menjadi jenis tangki logam, kerangka isolasi, dan jenis gardu.
26
Universitas Sumatera Utara
Kelebihannya, penyulang pada sisi primer lebih pendek, digunakan untuk arus
pengenal dan arus hubung singkat yang besar.
c.
Isolasi Koaksial
Jenis trafo arus dengan isolasi koaksial biasa ditemui pada kabel, bushing
trafo, atau pada rel daya berisolasi gas SF6. Sering digunakan inti berbentuk
cincin dengan belitan sekunder yang dibelit secara seragam pada cincin dan
dimasukkan pada isolasi, dengan demikian terbuka jalan untuk membawa lapisan
terluar bagian yang di-ground keluar dari trafo arus
2.6
Gangguan - Gangguan Yang Terjadi Terhadap Sistem Proteksi Pada
Motor Induksi Tiga Fasa
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 digunakan
pada motor tersebut sebagai pengaman. Dengan demikian diharapkan motor tidak
akan mengalami kerusakan.
2.6.1
Gangguan Beban Lebih
Gangguan ini dapat terjadi, disebabkan oleh pembebanan yang
berlebihan pda poros motor. Pembebanan yang berlebihan disini, dimaksudkan
Universitas Sumatera Utara
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.
2.6.2
Gangguan Salah Satu Fasanya 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 sebagainya, 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.
2.6.3
Gangguan Hubungan Singkat
Gangguan hubungan singkat disini dimaksudkan adalah terjadi hubungan
singkat antara kumparan. Gangguan ini dapat terjadi karena kerusakan isolasi
28
Universitas Sumatera Utara
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 khususnya, gangguan ini harus dicegah sedemikian rupa
sehingga tidak membahayakan atau menimbulkan kerusakan pada motor.
Universitas Sumatera Utara