Analisia Pengaruh Tegangan Tidak Seimbang Dua Fasa Terhadap Temperatur Motor Induksi Tiga Fasa Chapter III V
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian akan dilaksanakan di Laboratorium Konversi Teknik Listrik
Departemen Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penelitian
dilaksanakan setelah seminar proposal disetujui, durasi waktu penelitian selama 2
(dua) bulan.
3.2 Peralatan
1. Motor Induksi Tiga Fasa
Tipe
: Rotor Belitan
Spesifikasi :
-
AEG Typ C AM 112MU 4 RI
-
Δ / Υ 220/ 380 V ; 10,7/ 6,2 A
-
2,2 Kw, cos ϕ 0,67
-
Kelas Isolasi: B
2. Mesin DC
3. Amperemeter
4. Voltmeter
5. Tahanan Geser
6. Power Suplay (AC dan DC)
7. Tachometer
8. Thermometer Infrared
40
Universitas Sumatera Utara
3.3 Variabel yang Diamati
Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi:
1. Persentasi ketidakseimbangan tegangan yang mencatu motor
2. Lamanya waktu operasi motor
3. Perubahan nilai resistansi motor yang diukur dengan percobaan DC
Test pada saat perubahan persentasi ketidakseimbangan dan beban
yang dipikul motor
4. Perubahan yang terukur oleh thermometer infrared untuk setiap
perubahan persentasi ketidakseimbangan dan beban yang dipikul
motor
3.4 Prosedur
Adapun prosedur pengambilan data dalam penelitian ini adalah sebagai
berikut:
1. Merangkai rangkaian percobaan
Sebelum melakukan percobaan, terlebih dahulu merangkai rangkaian
percobaan sesuai dengan percobaan yang dilakukan. Adapun
rangkaian percobaan adalah sebagai berikut:
Gambar 3.1 Rangkaian percobaan pengukuran suhu motor induksi 3 fasa
41
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2 Rangkaian percobaan pengukuran suhu motor induksi 3 fasa
menggunakan metode pengukuran resistansi
Gambar 3.3 Rangkaian kontrol pengukuran resistansi dengan DC Test
2. Pengambilan Data
a. Pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
Prosedur percobaan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Motor Induksi 3 Fasa dikopel dengan mesin DC, kemudian dirangkai
seperti gambar 3.1
2. Seluruh switch berada dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan
dalam posisi minimum
3. Switch S1 ditutup, kemudian PTAC dinaikkan sampai tegangan
seimbang (untuk percobaan tegangan seimbang) dan tegangan tidak
seimbang (untuk percobaan tegangan tidak seimbang)
42
Universitas Sumatera Utara
4. Switch S3 ditutup, kemudian PTDC dinaikkan sehingga A2
menunjukkan arus penguat nominal
5. Switch S2 ditutup, kemudian tahanan RL dijaga konstan
6. Selama 30 menit untuk setiap kenaikan waktu 5 menit, suhu dicatat
dengan menggunakan thermometer infrared.
7. Percobaan selesai
b. Pengukuran suhu menggunakan metode pengukuran resistansi
1. Motor induksi 3 fasa dikopel dengan motor DC, kemudian rangkaian
pengukuran disusun seperti gambar 3.2 dan 3.3
2. Seluruh switch berada dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan
dalam posisi minimum
3. Kemudian push button T1 pada rangkaian kontrol di tekan
4. SwitchS1 ditutup, kemudian PTDC dinaikkan sehingga
A2
menunjukkan arus penguat nominal
5. Switch S3 ditutup, kemudian PTDC dinaikkan sehingga A2
menunjukkan arus penguat nominal
6. Switch S2 ditutup kemudian tahanan RL dinaikkan dan dijaga konstan
7. Selama 30 menit setiap kenaikan waktu 5 menit, tekan Push Button
pada button T2 di rangkaian control
8. Naikkan tegangan PTDC 2 sampai arus yang tercatat pada A2 nominal,
kemudian catat tegangan pada V5
9. Percobaan selesai
43
Universitas Sumatera Utara
Data yang diambil pada percobaan adalah sebagai berikut:
1. Temperatur yang tercatat pada thermometer infrared dalam kondisi
seimbang maupun tidak seimbang
2. Resistansi motor setiap kenaikan waktu tertentu baik dalam keadaan
seimbang maupun tidak seimbang.
3.5 Pelaksanaan Penelitian
3.5.1 Proses Pengumpulan Data
Adapun diagram alur dari proses pengumpulan data ini terlihat pada gambar
3.4 berikut
Mulai
Mempersiapkan peralatan
percobaan
Merangkai rangkaian
percobaan
Melakukan
percobaan
Pengambilan Data
Apakah sesuai
dengan
perhitungan
Menampilkan hasil
pengukuran perhitungan
Berhenti
44
Universitas Sumatera Utara
3.5.2 Melakukan Analisa Data
Data yang diperoleh dari pengukuran lalu dianalisa untuk melihat keadaan
temperatur motor induksi 3 fasa dengan suplai tegangan seimbang maupun tidak
seimbang dua fasa
45
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum
Motor induksi merupakan motor arus bolak balik yang paling sering
digunakan dalam dunia industri maupun rumah tangga. Hal ini dikarenakan motor
induksi sangat mudah dalam pengoprasiannya.Permasalahan tegangan tidak
seimbang yang menyuplai motor induksi tiga phasa merupakan salah satu masalah
dalam pengoprasian motor induksi tiga phasa. Tegangan tidak seimbang dapat
disebabkan karena berbagai macam gangguan asimetri pada sistem tenaga dan
kegagalan studi peramalan beban sehingga distribusi beban disetiap phasanya
tidak sama.
Dalam bab ini akan dibahas pengaruh suplai tegangan tidak seimbang
terhadap temperature motor induksi tiga phasa. Adapun metode pengukuran
temperatur motor induksi tiga phasa tersebut menggunakan thermometer
infrareddan menggunakan metode pengukuran resistansi.
4.2 Data Percobaan
Dari hasil penelitian di Laboratorium Konversi Energi Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik USU diperoleh data pengujian sebagai berikut:
4.2.1 Motor Induksi Tiga Phasa Dengan Suplai Tegangan Seimbang
Dari percobaan yang dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik
FT USU untuk motor induksi 3 phasa dengan suplai tegangan seimbang dengan
pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared dan metode pengukuran
resistansi didapatkan data sebagai berikut :
46
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1 Data hasil pengukuran suhu dengan thermometer infrared
Vab = 220 V; Vbc = 220 V; Vac = 220 V
T (menit)
Suhu (oC)
0
30,4
5
33,9
10
37,5
15
40,1
20
42,5
25
44,5
30
46,1
Tabel 4.2. Data hasil pengukuran suhu dengan DC Test pada motor induksi tiga
phasa
Vab = 220 V; Vbc = 215,6 V ; Vac = 213,2 V
T (menit)
Vdc (Volt)
Idc (Ampere)
0
3
0,985
5
6
1,960
10
9
2,925
15
12
3,886
20
15
4,840
25
18
5,790
30
21
6,745
4.2.2 Motor Induksi Tiga Phasa Dengan Suplai Tegangan Tidak Seimbang
Dari percobaan yang dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik
FT USU untuk motor induksi 3 phasa dengan suplai tegangan tidak seimbang
dengan pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared dan metode
pengukuran resistansi didapatkan data sebagai berikut :
47
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.3 Data hasil pengukuran suhu dengan suplai tegangan tidak seimbang 2%
thermometer infrared
Vab = 220 V; Vbc = 214 V; Vac = 215 V
T (menit)
Suhu (oC)
0
32.3
5
36.12
10
38.87
15
39.99
20
40.05
25
41.32
30
44.78
Tabel 4.4 Data hasil pengukuran suhu dengan suplai tidak seimbang 4%
thermometer infared
Vab = 220 V; Vbc =215, V; Vac = 209V
T (menit)
Suhu (oC)
0
34,9
5
38,3
10
40,4
15
42,2
20
45,6
25
47,4
30
50.8
48
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.5 Data hasil pengukuran DC Test dengan suplai tegangan tidak seimbang
2% dan 4%
Vab = 220 V; Vbc = 209 V; Vac = 216 V
T (menit)
Vdc (Volt)
Idc (Ampere)
0
3
1,014
5
6
1,960
10
9
3.35
15
12
4,73
20
15
5,67
25
18
7,03
30
21
8,42
4.3 Analisa Data
Dari hasil penelitian di Laboratorium Konversi Energi Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik USU dapat dilakukan analisa data sebagai berikut:
4.3.1 Motor Induksi Tiga Phasa Dengan Suplai Tegangan Seimbang
Dari table 4.1 dapat diketahui bahwa kenaikan rata-rata temperatur motor
induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang dengan pengukuran menggunakan
thermometer infrared adalah sebagai berikut:
=
=
,
=
,
,
,
,
= 0,340oC/m
Dari perhitungan diatas dapat ditentukan bahwa kenaikan temperatur
motor induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang pengukuran suhu
49
Universitas Sumatera Utara
menggunakan thermometer infrared yaitu setiap kenaikan waktu satu menit terjadi
kenaikan suhu sebesar = 0,340oC/m
Sedangkan dari tabel 4.2 dapat ditentukan besar resistansi tahanan stator
motor induksi tiga phasa dengan suplai tegangan seimbang sebagai berikut:
= 1,522 Ω
,
= 1,530 Ω
,
= 1,538 Ω
,
= 1,544 Ω
,
= 1,549 Ω
,
= 1,554 Ω
,
= 1,556 Ω
,
Dari perhitungan resistansi diatas dapat ditentukan bahwa temperatur
motor induksi tiga phasa dengan suplai tegangan seimbang sebagai berikut:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
(
,
,
,
,
,
,
,
,
,
)
, = 31,79O C
, = 33,11O C
, = 34,22O C
, = 35,09O C
, = 35,96O C
50
Universitas Sumatera Utara
,
,
,
,
,
, = 36,31O C
Dari perhitungan diatas dapat dibuat suatu tabel sebagai berikut:
Tabel 4.6Dari hasil perhitungan suhu motor induksi tiga phasa tegangan seimbang
menggunakan metode pengukuran resistansi
Vab = 220 volt; Vbc = 213 volt; Vac = 216 volt
t (menit)
Vdc (volt)
Idc (amp)
Rdc (ohm)
Suhu (oC)
0
3
0,985
1,5224
31,701
5
6
1,960
1,5302
31,79
10
9
2,925
1,5383
33,11
15
12
3,886
1,5440
34,22
20
15
4,840
1,5495
35,09
25
18
5,790
1,5543
35,96
30
21
6,745
1,5566
36,31
Dari tabel 4.5 dapat diketahui bahwa kenaikan rata-rata temperatur motor
induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang dengan pengukuran menggunakan
metode pengukuran resistansi sebagai berikut:
=
,
=
=
,
,
= 0,1536oC/m
Dari perhitungan diatas dapat ditentukan bahwa kenaikan temperatur
motor induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang pengukuran suhu
51
Universitas Sumatera Utara
menggunakan metode pengukuran resistansi yaitu kenaikan waktu satu menit
terjadi kenaikan suhu sebesar 0,1536oC/m.
Adapun grafik analisa data diatas dapat dibuat sebagai berikut:
49
46
Suhu (oC)
43
40
37
34
31
28
25
0
5
10
15
20
25
30
(t) menit
Gambar 4.1 Grafik suhu vs menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
Suhu (oC)
seimbang pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
1
2
3
4
5
6
7
(t) menit
Gambar 4.2 Grafik suhu vs menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
seimbang pengukuran suhu menggunakan metode pengukuran resistansi
52
Universitas Sumatera Utara
4.3.2 Motor Induksi Tiga Phasa dengan Suplai Tegangan Tidak Seimbang
Persentase ketidakseimbangan berdasarkan definsi NEMA standard MGL
1993 dan IEEE yaitu:
�
,
= 2%
�
,
= 4%
Dari tabel 4.3 dan 4.4 dapat diketahui bahwa kenaikan rata-rata temperatur
motor induksi tiga phasa suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% dengan
pengukuran thermometer infrared adalah sebagai berikut:
1. Unbalance Voltage 2%
=
=
,
=
,
,
= 0,47oC/m
2. Unbalance Voltage 4%
=
=
,
,
53
Universitas Sumatera Utara
=
= 0,53oC/m
Dari perhitungan diatas dapat ditentukan bahwa kenaikan temperatur
motor induksi tiga phasa suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% pengukuran
suhu menggunakan thermometer infrared yaitu setiap kenaikan waktu satu menit
terjadi kenaikan suhu sebesar 0,47oC/m dan 0,53oC/m.
Sedangkan dari tabel 4.5 dapat ditentukan besar resistansi tahanan stator
motor induksi tiga phasa dengan suplai tegangan tidak seimbang 2% dan
4%sebagai berikut:
,
,
,
= 1,5303 Ω
,
,
,
,
,
,
= 1,5064 Ω
,
,
,
,
,
= 1,5530 Ω
= 1,5724 Ω
= 1,5903 Ω
= 1,6071 Ω
= 1,6188 Ω
Dari hasil perhitungan diatas dapat ditentukan temperatur motor induksi
tiga phasa dengan suplai tegangan seimbang sebagai berikut:
54
Universitas Sumatera Utara
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
(
,
,
,
,
,
,
,
,
,
)
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, = 33,991O C
, = 37,970O C
, = 41,327O C
, = 44,521O C
, = 47,495O C
, = 49,526O C
Dari tabel 4.6 dapat ditentukan bahwa besar resistansi tahanan stator motor
induksi tiga phasa dengan suplai tegangan tidak seimbang 2% dan4% sebagai
berikut:
,
,
,
= 1,5508 Ω
,
,
,
,
,
,
= 1,5144 Ω
,
,
,
,
,
= 1,5768 Ω
= 1,6011 Ω
= 1,6121 Ω
= 1,6424 Ω
= 1,6583 Ω
55
Universitas Sumatera Utara
Dari hasil perhitungan resistansi diatas dapat ditentukan temperatur motor
induksi tiga phasa dengan suplai tegangan seimbang sebagai berikut:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
(
,
,
,
,
,
,
,
,
,
)
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, = 36,460O C
, = 41,010O C
, = 45,252O C
, = 49,116O C
, = 52,462O C
, = 55,248O C
Dari perhitungan suhu motor induksi tiga phasa tegangan tidak seimbang
2% menggunakan metode pengukuran resistansi.
Tabel 4.7 Data hasil perhitungan suhu motor induksi tiga phasa tegangan tidak
seimbang 2% menggunakan metode pengukuran resistansi
Vab = 220 V; Vbc = 211 V; Vac = 215 V
t (menit)
Vdc (volt)
Idc (amp)
Rdc (ohm)
Suhu (oC)
0
18,8
6,24
1,5064
29,800
5
19,098
6,24
1,5303
33,991
10
19,381
6,24
1,5530
37,970
15
19,623
6,24
1,5724
41,372
20
19,847
6,24
1,5903
44,521
25
20,056
6,24
1,6071
47,459
30
20,203
6,24
1,6188
49,526
56
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.8 Data hasil perhitungan suhu motor induksi tiga phasa tegangan tidak
seimbang 4% menggunakan metode pengukuran resistansi
Vab = 220 V; Vbc = 216 V; Vac = 213 V
t (menit)
Vdc (volt)
Idc (amp)
Rdc (ohm)
Suhu (oC)
0
18,9
6,24
1,5144
30,100
5
19,354
6,24
1,5308
36,460
10
19,679
6,24
1,5578
41,010
15
19,982
6,24
1,6011
45,252
20
20,258
6,24
1,6232
49,116
25
20,497
6,24
1,6424
52,462
30
20,696
6,24
1,6583
55,248
Dari tabel 4.7 dan 4.8 dapat diketahui bahwa kenaikan rata – rata
temperatur motor induksi tiga phasa suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4%
dengan pengukuran menggunakan sebagai berikut:
Unbalance Voltage 2%
=
=
,
=
,
,
= 0,656oC/m
Unbalance Voltage 4%
=
=
,
,
57
Universitas Sumatera Utara
=
,
= 0,836oC/m
Dari perhitungan diatas dapat ditentukan bahwa kenaikan temperatur
motor induksi tiga phasa suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% pengukuran
suhu menggunakan metode pengukuran resistansi yaitu setiap kenaikan waktu
satu menit terjadi kenaikan suhu sebesar 0,656 dan 0,836oC/m.
Gambar 4.3 Grafik suhu vs menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
tidak seimbang 2% pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
49
46
Suhu (oC)
43
40
37
34
31
28
25
0
5
10
15
20
25
30
(t) menit
Gambar 4.4 Grafik suhu vs menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
tidak seimbang 2% pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
58
Universitas Sumatera Utara
48
Suhu (oC)
45
42
39
36
33
30
0
5
10
15
20
25
30
(t) menit
Gambar 4.5Grafik Suhu vs Menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
tidak seimbang 2% menggunakan metode pengukuran resistansi
49
46
Suhu (oC)
43
40
37
34
31
28
25
0
5
10
15
20
25
30
(t) menit
Gambar 4.6 Grafik suhu vs menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
tidak seimbang 4% pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
59
Universitas Sumatera Utara
Suhu (oC)
64
61
58
55
52
49
46
43
40
37
34
31
28
25
0
5
10
15
20
25
30
(t) menit
4.3.3 Perbandingan Hasil Pengukuran Temperatur Motor Induksi Tiga
Phasa Suplai Tegangan Seimbang dengan Suplai Tegangan Tidak Seimbang
Dari tabel 4.1, 4.3 dan 4.4 dapat diketahui perbandingan suhu motor
induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang dengan suplai tegangan tidak
seimbang 2% dan 4 % pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
yaitu sebagai berikut:
Tabel 4.9Perbandingan kenaikan suhu suplai tegangan seimbang dan tidak
seimbang 2% dan 4% menggunakan thermometer infrared
Suhu (oC)
Tidak Seimbang
2%
4%
32.3
34,9
t (menit)
Seimbang
0
30,4
5
33,9
36.12
38,3
10
37,5
38.87
40,4
15
40,1
39.99
42,2
20
42,5
40.05
45.6
25
44,5
41.32
47.4
30
46,1
44.78
50.8
60
Universitas Sumatera Utara
Dari tabel 4.9 diatas dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan suhu motor
ketika disuplai dengan tegangan tidak seimbang baik tidak seimbang 2% maupun
4%. Untuk lebih jelas dapat dilihat dari grafik berikut
60
50
Suhu oC
40
Seimbang
30
Unbalance 2%
20
Unbalance 4%
10
0
0
5
10
15
20
25
30
t (menit)
Gambar 4.7 Grafik suhu vs waktu untuk motor induksi tiga phasa suplai
tegangan seimbang dengan suplai tidak seimbang 2% dan 4% dengan
menggunakan thermometer infrared
Sedangkan dari tabel 4.7, 4.8 dan 4.9 dapat diketahui perbedaan suhu
motor induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang dengan suplai tegangan tidak
seimbang 2% dan 4% pengukuran suhu menggunakan metode pengukuran
resistansi yaitu sebagai berikut:
61
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.10 Perbandingan kenaikan suhu suplai tegangan seimbang dan tidak
seimbang 2% dan 4% menggunakan metode pengukuran resistansi
t (menit)
Seimbang
0
31,701
Suhu (oC)
Tidak seimbang
2%
29,800
5
31,79
33,991
36,460
10
33,11
37,970
41,010
15
34,22
41,372
45,252
20
35,09
44,521
49,116
25
35,96
47,459
52,462
30
36,31
49,526
55,248
Tidak Seimbang
4%
30,100
Pada tabel 4.10 diatas dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan suhu motor
ketika disuplai dengan tegangan tidak seimbang 2% dan 4%. Untuk lebih jelas,
dibuat grafik sebagai berikut:
60
Suhu oC
50
40
30
Seimbang
20
Unbalance 2%
Unbalance 4%
10
0
0
5
10
15
20
25
30
t (menit)
Gambar 4.8Grafik suhu v menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
seimbang dan suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% pengukuran suhu
menggunakan metode pengukuran resistansi.
62
Universitas Sumatera Utara
4.3.4 Perbandingan Hasil Pengukuran Temperatur Motor Induksi Tiga
Phasa Menggunakan Thermometer Infrared dan Hasil Pengukuran
Temperatur Menggunakan Metode Pengukuran Resistansi
Dari tabel 4.9 dan 4.10 dapat diketahui perbandingan hasil pengukuran
suhu menggunakan thermometer infrared dan perhitungan suhu menggunakan
metode pengukuran resistansi yaitu dengan tabel berikut ini:
Tabel 4.11Perbandingan Hasil Pengukuran Thermometer Infrared dan Hasil
Perhitungan dengan Metode Pengukuran Resistansi
t
(menit)
Thermometer Infrared (oC)
Seimbang
Tidak Seimbang
2%
4%
Pengukuran Resistansi (oC)
Seimbang
Tidak Seimbang
2%
4%
0
30,4
32.3
34,9
31,701
29,800
30,100
5
33,9
36.12
38,3
31,79
33,991
36,460
10
37,5
38.87
40,4
33,11
37,970
41,010
15
40,1
39.99
42,2
34,22
41,372
45,252
20
42,5
40.05
45.6
35,09
44,521
49,116
25
44,5
41.32
47,4
35,96
47,459
52,462
30
46,1
44.78
50,8
36,31
49,526
55,248
Dari tabel 4.11 dapat dibuat grafik perbandingan antara hasil perbandingan
temperatur menggunakan thermometer infrared dan perhitungan menggunakan
metode pengukuran resistansi untuk suplai tegangan seimbang sebagai berikut:
63
Universitas Sumatera Utara
Suhu oC
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Pengukuran
Perhitungan
0
5
10
15
20
25
30
t (menit)
Gambar 4.9Grafik perbandingan hasil pengukuran temperature menggunakan
thermometer infrared dan perhitungan menggunakan metode pengukuran
resistansi untuk suplai tegangan seimbang
Dari tabel 4.11 dapat dibuat grafik perbandingan antara hasil perbandingan
temperatur menggunakan thermometer infrared dan perhitungan menggunakan
metode pengukuran resistansi untuk suplai tegangan tidak seimbang 2% sebagai
berikut:
60
Suhu oC
50
40
30
Pengukuran 2%
20
Perhitungan 2%
10
0
0
5
10
15
20
25
30
t (menit)
Gambar 4.10Grafik perbandingan hasil pengukuran temperature menggunakan
thermometer infrared dan perhitungan menggunakan metode pengukuran
resistansi untuk suplai tegangan tidak seimbang 2%
64
Universitas Sumatera Utara
Dari tabel 4.11 dapat dibuat grafik perbandingan antara hasil perbandingan
temperatur menggunakan thermometer infrared dan perhitungan menggunakan
metode pengukuran resistansi untuk suplai tegangan tidak seimbang 4% sebagai
berikut:
60
Suhu oC
50
40
30
Pengukuran 4%
20
Perhitungan 4%
10
0
Gambar
4.11Grafik perbandingan hasil pengukuran temperature menggunakan
0
5
10
15
20
25
30
t (menit) menggunakan metode pengukuran Gambar
thermometer infrared dan perhitungan
Gambar 4.11 Resistansi untuk suplai tegangan tidak seimbang 4%
4.3.5 Waktu yang Diperbolehkan Untuk Terjadi Ketidakseimbangan
Tegangan Pada Motor Induksi Tiga Phasa
Dari tabel 4.3 dan 4.4 data hasil pengukuran suhu dengan suplai tegangan
tidak seimbang 2% dan 4% menggunakan thermometer infrared dapat dihitunga
waktu yang diperbolehkan untuk terjadi ketidakseimbangan tegangan yang
disuplai ke motor induksi tiga phasa sesuai standar (tabel 2.2), yaitu:
Unbalance 2%
t=
= 114.6 menit
Unbalance 4%
65
Universitas Sumatera Utara
t=
= 85.09 menit
Sedangkan dari tabel 4.8 dan 4.9 data hasil perhitungan suhu demgam
suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% menggunakan metode pengukuran
resistansi
dapat
dihitung
waktu
yang
diperbolehkan
untuk
terjadi
ketidakseimbangan tegangan yang disuplai ke motor induksi tiga phasa sesuai
standar (tabel 2.2) yaitu:
Unbalance 2%
t=
= 76.36 menit
Unbalance 4%
t=
= 58.59 menit
66
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan untuk suplai tegangan seimbang, waktu yang dibutuhkan
sampai temperature motor induksi tiga phasa dalam keadaan jenuh yaitu:
Tabel 4.12Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai temperature motor induksi
tiga fasa dalam keadaan jenuh
Vab = 220 volt; Vbc = 220 volt; Vac = 220 volt
t (menit)
Suhu (oC)
0
30.8
5
31.9
10
32.8
15
33.6
20
34.5
25
35.2
30
35.6
35
35.9
40
36.3
45
36.6
50
36.8
55
37
60
37.1
65
37
70
37
Dari tabel 4.13 dapat dilihat bahwa waktu yang dibutuhkan sampai
temperatur motor induksi tiga fasa dalam keadaan jenuh yaitu ketika motor
tersebut beroperasi selama 70 menit.
Untuk suplai motor dalam keadaan tidak seimbang 2% maupun 4% tidak
dilakukan percobaan sampai temperatur jenuh atau temperature maksimum
dikarenakan ketika motor dioperasikan dalam keadaan suplai tidak seimbang
67
Universitas Sumatera Utara
selama 30 menit, motor sudah sangat bergetar. Hal ini disebabkan oleh karena
motor di suplai dengan tegangan tidak seimbang terjadi kenaikan temperature
yang sangat tinggi sehingga terjadi pemuaian pada bearing motor induksi tersebut
sehingga menyebabkan motor semakin bergetar ketika suhu motor induksi
semakin meningkat. Selain hal tersebut, kenyataannya adalah motor induksi tiga
fasa pada Laboratorium Konversi Energi Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara sudah dioperasikan sejak tahun 1976 sehingga keandalan dari motor induksi
tersebut sudah sangat jauh berkurang dibandingkan dengan kemampuan yang
tertera di nameplate motor induksi tersebut.
4.4 Hubungan antara Tegangan Tidak Seimbang
dengan Kenaikan
Temperatur Secara Rumus
Permasalahan kualitas daya sudah menjadi masalah utama dalam sistem
tenaga listrik. Permasalahan tersebut telah mempengaruhi kinerja di berbagai
bidang sepperti industri manufaktur, penyiaran, pasar, kantor dan pusat kesehatan.
Hal tersebut dapat menyebabkan kerugian yang besar dalam hal finansial maupun
waktu kerja.
Salah satu permasalahan kualitas daya yang sering terjadi adalah masalah
ketidakseimbangan daya pada transmisi daya. Hal ini disebabkan beberapa factor
yaitu:
1. Ketidaksimetrisan lilitan pada trafo daya
2. Ketidakseimbangan impedansi saluran
3. Beban tidak seimbang
Pengaruh dari ketidakseimbangan diatas tentunya akan bersifat destruktif
pada peralatan-peralatan listrik ataupun sistem instalasi yang terpasang.
68
Universitas Sumatera Utara
Pada pengoperasiannya motor induksi tidak dapat berjalan dengan baik
apabila dioperasikan pada tegangan tak seimbang. Efek langsung gyang
diakibatkan oleh ketidakseimbangan tegangan pada performa motor induksi
adalah (1) meningkatnya rugi panas pada motor, (2) rugi akustik (noise), (3)
penurunan ratting motor, (4) memperpendek umur motor.
Menghitung ketidakseimbangan tegangan menurut NEMA (MGI) part
14.35 adalah:
% Tegangan Tidak Seimbang = 100% x
Contoh Soal 1
Fasa pada X = 380V; Y = 368,6V; Z = 340 V
Tegangan Rata – rata =
,
= 361 Volt
% Unbalance
=
= 5,2% (mendekati 5,4%)
NEMA memberikan keterangan yaitu kondisi unbalance adalah yang
paling umum mempunyai efek merusak pada motor listrik. Efek ini juga dapat
disebabkan
oleh
power
supply
wiring,
trafo
dan
generator.
Tegangan tidak seimbang pada terminal motor mengakibatkan unbalance arus
phase sebesar 6 – 10 kali persen tegangan tidak seimbang pada motor dengan
beban penuh (full load).
69
Universitas Sumatera Utara
Berikut tabel efek unbalance voltage dari Motor 5 HP, 3 Fasa, 380V, 60
Hz, 1.725 Rpm dan service factor 1 (Sumber: Soemarno.org)
Characteristic
Performance
Tegangan Rata – rata
380V
380V
380V
% tegangan tidak seimbang
0,3
2,3
5,4
% arus tidak seimbang
0,4
17,7
40
0
30
40
Kenaikan temperature (oC)
Tabel 4.14 Efek Tegangan Tidak Seimbang dengan banyak varian
Jika ditinjau dari tabel, maka dapat dibandingkan sebagai berikut:
1. Kondisi tegangan unbalance 0,3% menimbulkan unbalance arus 0,4% dan
belum ada kenaikan temperatur
2.
Kondisi tegangan unbalance 2,3% menimbulkan unbalancearus yang
cukup tinggi sebesar 17,7% dan kenaikan temperature sebersar 30 oC
3. Kondisi tegangan unbalance 5,4% menimbulkan unbalance arus yang
sangat tinggi sebesar 40oC
Akibat dari tegangan unbalance, hampir semua kerusakan terjadi pada
isolasi winding. Umur isolasi winding berkurang separuhnyasetiap kenaikan
temperatur 10oC. Dari kolom tiga terlihat unbalance 5,4% mengakibatkan
kenaikan temperature sebesar 40oC dan umur yang bisa diharapkan hanya sekitar
1/16 dari normal. Motor dengan servis faktor 1,15 dapat bertahan dengan
tegangan unbalance 4,5% tetapi tidak dioperasikan diatas
tenaga kuda
nameplate. Jadi unbalance 5.4% terlalu besar, dengan akibat yang sangat buruk.
70
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.15 Perbandingan Kenaikan Panas Pada Motor dengan Tegangan Tidak
Seimbang
Sebuah motor yang sering dioperasikan secara terus – menerus dengan
kondisi tegangan tidak seimbang, tentunya efisieni akan berkurang. Berkurangnya
efisiensi diakibatkan oleh naiknya arus listrik (I) dan resistansi (R) karena panas.
Kenaikan I dan R berkontribusi pada kenaikan panas. Kesimpulan: dengan
bertambahnya rugi – rugi (looses), panas akan ikut naik dan karena panas, arus
dan tahanan juga akan naik sedemikian sehingga panas naik terus tidak terkendali
dan kegagalan isolasi dapat terjadi.
Derating (Penurunan Beban)
NEMA memberi petunjuk dengan membuat kurva, terlihat bahwa
tegangan tidak seimbang maksimum berada di posisi 5% dan terjadi kondisi
penurunan beban sebesar 75% dari nameplate Motor
Gambar 4.12 Kurva Tegangan Tidak Seimbang NEMA
Dalam proses industri sehari – hari bisa saja terjadi kondisi tegangan tidak
seimbang. Apabila terjadi penurunan tegangan, maka harus dilakukan penurunan
beban. Misalkan, kondisi tegangan tidak seimbang 4% maka sesuai tabel dari
71
Universitas Sumatera Utara
NEMA, harus dilakukan derating sebesar 82%, maka untuk motor 100 Hp, maka
harus daya diturunkan menjadi 82 Hp.
Standar mengenai ketidakmampuan mesin induksi tiga fasa berkompromi
dengan tegangan tidak seimbang telah ditentukan oleh NEMA. NEMA adalah
Asosiasi Produsen Listrik Nasional. NEMA adalah asosiasi perdagangan untuk
industri manufaktur listrik AS maupun dunia secara keseluruhan. NEMA
merupakan suatu standar seperti SNI di Indonesia. Ini memiliki pekerjaan yang
luas dilakukan pada standardisasi, panduan aplikasi, kertas putih, dan makalah
teknis. NEMA menetapkan program efisiensi energi NEMA Premium® untuk
menyediakan produk dengan energi tinggi yang memenuhi kebutuhan dan aplikasi
pengguna dan produsen peralatan asli/ original equipment manufactures (OEMs).
72
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh
kesimpulan sebagai berikut:
1. Motor induksi tiga fasa dalam keadaan suplai tidak seimbang terjadi
kenaikan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan saat disuplai dengan
tegangan
seimbang
menggunakan
metode
pengukuran
dengan
thermometer infrared, yaitu: (1) Keadaan seimbang0.34oC, (2) Tegangan
tidak seimbang 2% sebesar 0, 47oC, (3) Tegangan tidak seimbang 4%
sebesar 0,53oC
2. Pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared dan dengan
menggunakan metode pengukuran resistansi terdapat perbedaan hasil
pengukuran yang signifikan. Hal tersebut terjadi disebabkan karena posisi
pengukuran menggunakan thermometer infrared tidak tepat pada
kumparan stator mesin induksi tiga fasa karena terhalangi oleh body
motor. Hal ini sejalan dengan yang tertuang dalam SNI IEC 60335-2009
klausul 11 tabel 3, dimana “nilai pengukuran kenaikan suhu belitan motor
menggunakan metode resistansi lebih tinggi ± 10 oC dibandingkan dengan
pengukuran menggunakan metode termokopel maupun thermometer
infrared
5.2 Saran
Adapun saran dari penulis adalah sebagai berikut:
73
Universitas Sumatera Utara
1. Motor induksi tiga fasa yang terdapat dalam Laboratorium Konversi
Energi Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara telah dioperasikan
sejak tahun 1976 sehingga keandalan motor tersebut sudah sangat
berkurang dibandingkan dengan yang tertera pada nameplate motor
induksi. Perlu diadakan maupun pemeliharaan alat, regenerasi, maupun
penggantian alat – alat yang lebih modern yang telah dilengkapi dengan
sistem proteksi yang baik.
2. Untuk penelitian lebih lanjut, dapat membandingkan ketidakseimbangan
tegangan dengan ketidakseimbangan sudut fasa
74
Universitas Sumatera Utara
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian akan dilaksanakan di Laboratorium Konversi Teknik Listrik
Departemen Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penelitian
dilaksanakan setelah seminar proposal disetujui, durasi waktu penelitian selama 2
(dua) bulan.
3.2 Peralatan
1. Motor Induksi Tiga Fasa
Tipe
: Rotor Belitan
Spesifikasi :
-
AEG Typ C AM 112MU 4 RI
-
Δ / Υ 220/ 380 V ; 10,7/ 6,2 A
-
2,2 Kw, cos ϕ 0,67
-
Kelas Isolasi: B
2. Mesin DC
3. Amperemeter
4. Voltmeter
5. Tahanan Geser
6. Power Suplay (AC dan DC)
7. Tachometer
8. Thermometer Infrared
40
Universitas Sumatera Utara
3.3 Variabel yang Diamati
Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi:
1. Persentasi ketidakseimbangan tegangan yang mencatu motor
2. Lamanya waktu operasi motor
3. Perubahan nilai resistansi motor yang diukur dengan percobaan DC
Test pada saat perubahan persentasi ketidakseimbangan dan beban
yang dipikul motor
4. Perubahan yang terukur oleh thermometer infrared untuk setiap
perubahan persentasi ketidakseimbangan dan beban yang dipikul
motor
3.4 Prosedur
Adapun prosedur pengambilan data dalam penelitian ini adalah sebagai
berikut:
1. Merangkai rangkaian percobaan
Sebelum melakukan percobaan, terlebih dahulu merangkai rangkaian
percobaan sesuai dengan percobaan yang dilakukan. Adapun
rangkaian percobaan adalah sebagai berikut:
Gambar 3.1 Rangkaian percobaan pengukuran suhu motor induksi 3 fasa
41
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2 Rangkaian percobaan pengukuran suhu motor induksi 3 fasa
menggunakan metode pengukuran resistansi
Gambar 3.3 Rangkaian kontrol pengukuran resistansi dengan DC Test
2. Pengambilan Data
a. Pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
Prosedur percobaan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Motor Induksi 3 Fasa dikopel dengan mesin DC, kemudian dirangkai
seperti gambar 3.1
2. Seluruh switch berada dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan
dalam posisi minimum
3. Switch S1 ditutup, kemudian PTAC dinaikkan sampai tegangan
seimbang (untuk percobaan tegangan seimbang) dan tegangan tidak
seimbang (untuk percobaan tegangan tidak seimbang)
42
Universitas Sumatera Utara
4. Switch S3 ditutup, kemudian PTDC dinaikkan sehingga A2
menunjukkan arus penguat nominal
5. Switch S2 ditutup, kemudian tahanan RL dijaga konstan
6. Selama 30 menit untuk setiap kenaikan waktu 5 menit, suhu dicatat
dengan menggunakan thermometer infrared.
7. Percobaan selesai
b. Pengukuran suhu menggunakan metode pengukuran resistansi
1. Motor induksi 3 fasa dikopel dengan motor DC, kemudian rangkaian
pengukuran disusun seperti gambar 3.2 dan 3.3
2. Seluruh switch berada dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan
dalam posisi minimum
3. Kemudian push button T1 pada rangkaian kontrol di tekan
4. SwitchS1 ditutup, kemudian PTDC dinaikkan sehingga
A2
menunjukkan arus penguat nominal
5. Switch S3 ditutup, kemudian PTDC dinaikkan sehingga A2
menunjukkan arus penguat nominal
6. Switch S2 ditutup kemudian tahanan RL dinaikkan dan dijaga konstan
7. Selama 30 menit setiap kenaikan waktu 5 menit, tekan Push Button
pada button T2 di rangkaian control
8. Naikkan tegangan PTDC 2 sampai arus yang tercatat pada A2 nominal,
kemudian catat tegangan pada V5
9. Percobaan selesai
43
Universitas Sumatera Utara
Data yang diambil pada percobaan adalah sebagai berikut:
1. Temperatur yang tercatat pada thermometer infrared dalam kondisi
seimbang maupun tidak seimbang
2. Resistansi motor setiap kenaikan waktu tertentu baik dalam keadaan
seimbang maupun tidak seimbang.
3.5 Pelaksanaan Penelitian
3.5.1 Proses Pengumpulan Data
Adapun diagram alur dari proses pengumpulan data ini terlihat pada gambar
3.4 berikut
Mulai
Mempersiapkan peralatan
percobaan
Merangkai rangkaian
percobaan
Melakukan
percobaan
Pengambilan Data
Apakah sesuai
dengan
perhitungan
Menampilkan hasil
pengukuran perhitungan
Berhenti
44
Universitas Sumatera Utara
3.5.2 Melakukan Analisa Data
Data yang diperoleh dari pengukuran lalu dianalisa untuk melihat keadaan
temperatur motor induksi 3 fasa dengan suplai tegangan seimbang maupun tidak
seimbang dua fasa
45
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum
Motor induksi merupakan motor arus bolak balik yang paling sering
digunakan dalam dunia industri maupun rumah tangga. Hal ini dikarenakan motor
induksi sangat mudah dalam pengoprasiannya.Permasalahan tegangan tidak
seimbang yang menyuplai motor induksi tiga phasa merupakan salah satu masalah
dalam pengoprasian motor induksi tiga phasa. Tegangan tidak seimbang dapat
disebabkan karena berbagai macam gangguan asimetri pada sistem tenaga dan
kegagalan studi peramalan beban sehingga distribusi beban disetiap phasanya
tidak sama.
Dalam bab ini akan dibahas pengaruh suplai tegangan tidak seimbang
terhadap temperature motor induksi tiga phasa. Adapun metode pengukuran
temperatur motor induksi tiga phasa tersebut menggunakan thermometer
infrareddan menggunakan metode pengukuran resistansi.
4.2 Data Percobaan
Dari hasil penelitian di Laboratorium Konversi Energi Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik USU diperoleh data pengujian sebagai berikut:
4.2.1 Motor Induksi Tiga Phasa Dengan Suplai Tegangan Seimbang
Dari percobaan yang dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik
FT USU untuk motor induksi 3 phasa dengan suplai tegangan seimbang dengan
pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared dan metode pengukuran
resistansi didapatkan data sebagai berikut :
46
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1 Data hasil pengukuran suhu dengan thermometer infrared
Vab = 220 V; Vbc = 220 V; Vac = 220 V
T (menit)
Suhu (oC)
0
30,4
5
33,9
10
37,5
15
40,1
20
42,5
25
44,5
30
46,1
Tabel 4.2. Data hasil pengukuran suhu dengan DC Test pada motor induksi tiga
phasa
Vab = 220 V; Vbc = 215,6 V ; Vac = 213,2 V
T (menit)
Vdc (Volt)
Idc (Ampere)
0
3
0,985
5
6
1,960
10
9
2,925
15
12
3,886
20
15
4,840
25
18
5,790
30
21
6,745
4.2.2 Motor Induksi Tiga Phasa Dengan Suplai Tegangan Tidak Seimbang
Dari percobaan yang dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik
FT USU untuk motor induksi 3 phasa dengan suplai tegangan tidak seimbang
dengan pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared dan metode
pengukuran resistansi didapatkan data sebagai berikut :
47
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.3 Data hasil pengukuran suhu dengan suplai tegangan tidak seimbang 2%
thermometer infrared
Vab = 220 V; Vbc = 214 V; Vac = 215 V
T (menit)
Suhu (oC)
0
32.3
5
36.12
10
38.87
15
39.99
20
40.05
25
41.32
30
44.78
Tabel 4.4 Data hasil pengukuran suhu dengan suplai tidak seimbang 4%
thermometer infared
Vab = 220 V; Vbc =215, V; Vac = 209V
T (menit)
Suhu (oC)
0
34,9
5
38,3
10
40,4
15
42,2
20
45,6
25
47,4
30
50.8
48
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.5 Data hasil pengukuran DC Test dengan suplai tegangan tidak seimbang
2% dan 4%
Vab = 220 V; Vbc = 209 V; Vac = 216 V
T (menit)
Vdc (Volt)
Idc (Ampere)
0
3
1,014
5
6
1,960
10
9
3.35
15
12
4,73
20
15
5,67
25
18
7,03
30
21
8,42
4.3 Analisa Data
Dari hasil penelitian di Laboratorium Konversi Energi Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik USU dapat dilakukan analisa data sebagai berikut:
4.3.1 Motor Induksi Tiga Phasa Dengan Suplai Tegangan Seimbang
Dari table 4.1 dapat diketahui bahwa kenaikan rata-rata temperatur motor
induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang dengan pengukuran menggunakan
thermometer infrared adalah sebagai berikut:
=
=
,
=
,
,
,
,
= 0,340oC/m
Dari perhitungan diatas dapat ditentukan bahwa kenaikan temperatur
motor induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang pengukuran suhu
49
Universitas Sumatera Utara
menggunakan thermometer infrared yaitu setiap kenaikan waktu satu menit terjadi
kenaikan suhu sebesar = 0,340oC/m
Sedangkan dari tabel 4.2 dapat ditentukan besar resistansi tahanan stator
motor induksi tiga phasa dengan suplai tegangan seimbang sebagai berikut:
= 1,522 Ω
,
= 1,530 Ω
,
= 1,538 Ω
,
= 1,544 Ω
,
= 1,549 Ω
,
= 1,554 Ω
,
= 1,556 Ω
,
Dari perhitungan resistansi diatas dapat ditentukan bahwa temperatur
motor induksi tiga phasa dengan suplai tegangan seimbang sebagai berikut:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
(
,
,
,
,
,
,
,
,
,
)
, = 31,79O C
, = 33,11O C
, = 34,22O C
, = 35,09O C
, = 35,96O C
50
Universitas Sumatera Utara
,
,
,
,
,
, = 36,31O C
Dari perhitungan diatas dapat dibuat suatu tabel sebagai berikut:
Tabel 4.6Dari hasil perhitungan suhu motor induksi tiga phasa tegangan seimbang
menggunakan metode pengukuran resistansi
Vab = 220 volt; Vbc = 213 volt; Vac = 216 volt
t (menit)
Vdc (volt)
Idc (amp)
Rdc (ohm)
Suhu (oC)
0
3
0,985
1,5224
31,701
5
6
1,960
1,5302
31,79
10
9
2,925
1,5383
33,11
15
12
3,886
1,5440
34,22
20
15
4,840
1,5495
35,09
25
18
5,790
1,5543
35,96
30
21
6,745
1,5566
36,31
Dari tabel 4.5 dapat diketahui bahwa kenaikan rata-rata temperatur motor
induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang dengan pengukuran menggunakan
metode pengukuran resistansi sebagai berikut:
=
,
=
=
,
,
= 0,1536oC/m
Dari perhitungan diatas dapat ditentukan bahwa kenaikan temperatur
motor induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang pengukuran suhu
51
Universitas Sumatera Utara
menggunakan metode pengukuran resistansi yaitu kenaikan waktu satu menit
terjadi kenaikan suhu sebesar 0,1536oC/m.
Adapun grafik analisa data diatas dapat dibuat sebagai berikut:
49
46
Suhu (oC)
43
40
37
34
31
28
25
0
5
10
15
20
25
30
(t) menit
Gambar 4.1 Grafik suhu vs menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
Suhu (oC)
seimbang pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
1
2
3
4
5
6
7
(t) menit
Gambar 4.2 Grafik suhu vs menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
seimbang pengukuran suhu menggunakan metode pengukuran resistansi
52
Universitas Sumatera Utara
4.3.2 Motor Induksi Tiga Phasa dengan Suplai Tegangan Tidak Seimbang
Persentase ketidakseimbangan berdasarkan definsi NEMA standard MGL
1993 dan IEEE yaitu:
�
,
= 2%
�
,
= 4%
Dari tabel 4.3 dan 4.4 dapat diketahui bahwa kenaikan rata-rata temperatur
motor induksi tiga phasa suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% dengan
pengukuran thermometer infrared adalah sebagai berikut:
1. Unbalance Voltage 2%
=
=
,
=
,
,
= 0,47oC/m
2. Unbalance Voltage 4%
=
=
,
,
53
Universitas Sumatera Utara
=
= 0,53oC/m
Dari perhitungan diatas dapat ditentukan bahwa kenaikan temperatur
motor induksi tiga phasa suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% pengukuran
suhu menggunakan thermometer infrared yaitu setiap kenaikan waktu satu menit
terjadi kenaikan suhu sebesar 0,47oC/m dan 0,53oC/m.
Sedangkan dari tabel 4.5 dapat ditentukan besar resistansi tahanan stator
motor induksi tiga phasa dengan suplai tegangan tidak seimbang 2% dan
4%sebagai berikut:
,
,
,
= 1,5303 Ω
,
,
,
,
,
,
= 1,5064 Ω
,
,
,
,
,
= 1,5530 Ω
= 1,5724 Ω
= 1,5903 Ω
= 1,6071 Ω
= 1,6188 Ω
Dari hasil perhitungan diatas dapat ditentukan temperatur motor induksi
tiga phasa dengan suplai tegangan seimbang sebagai berikut:
54
Universitas Sumatera Utara
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
(
,
,
,
,
,
,
,
,
,
)
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, = 33,991O C
, = 37,970O C
, = 41,327O C
, = 44,521O C
, = 47,495O C
, = 49,526O C
Dari tabel 4.6 dapat ditentukan bahwa besar resistansi tahanan stator motor
induksi tiga phasa dengan suplai tegangan tidak seimbang 2% dan4% sebagai
berikut:
,
,
,
= 1,5508 Ω
,
,
,
,
,
,
= 1,5144 Ω
,
,
,
,
,
= 1,5768 Ω
= 1,6011 Ω
= 1,6121 Ω
= 1,6424 Ω
= 1,6583 Ω
55
Universitas Sumatera Utara
Dari hasil perhitungan resistansi diatas dapat ditentukan temperatur motor
induksi tiga phasa dengan suplai tegangan seimbang sebagai berikut:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
(
,
,
,
,
,
,
,
,
,
)
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, = 36,460O C
, = 41,010O C
, = 45,252O C
, = 49,116O C
, = 52,462O C
, = 55,248O C
Dari perhitungan suhu motor induksi tiga phasa tegangan tidak seimbang
2% menggunakan metode pengukuran resistansi.
Tabel 4.7 Data hasil perhitungan suhu motor induksi tiga phasa tegangan tidak
seimbang 2% menggunakan metode pengukuran resistansi
Vab = 220 V; Vbc = 211 V; Vac = 215 V
t (menit)
Vdc (volt)
Idc (amp)
Rdc (ohm)
Suhu (oC)
0
18,8
6,24
1,5064
29,800
5
19,098
6,24
1,5303
33,991
10
19,381
6,24
1,5530
37,970
15
19,623
6,24
1,5724
41,372
20
19,847
6,24
1,5903
44,521
25
20,056
6,24
1,6071
47,459
30
20,203
6,24
1,6188
49,526
56
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.8 Data hasil perhitungan suhu motor induksi tiga phasa tegangan tidak
seimbang 4% menggunakan metode pengukuran resistansi
Vab = 220 V; Vbc = 216 V; Vac = 213 V
t (menit)
Vdc (volt)
Idc (amp)
Rdc (ohm)
Suhu (oC)
0
18,9
6,24
1,5144
30,100
5
19,354
6,24
1,5308
36,460
10
19,679
6,24
1,5578
41,010
15
19,982
6,24
1,6011
45,252
20
20,258
6,24
1,6232
49,116
25
20,497
6,24
1,6424
52,462
30
20,696
6,24
1,6583
55,248
Dari tabel 4.7 dan 4.8 dapat diketahui bahwa kenaikan rata – rata
temperatur motor induksi tiga phasa suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4%
dengan pengukuran menggunakan sebagai berikut:
Unbalance Voltage 2%
=
=
,
=
,
,
= 0,656oC/m
Unbalance Voltage 4%
=
=
,
,
57
Universitas Sumatera Utara
=
,
= 0,836oC/m
Dari perhitungan diatas dapat ditentukan bahwa kenaikan temperatur
motor induksi tiga phasa suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% pengukuran
suhu menggunakan metode pengukuran resistansi yaitu setiap kenaikan waktu
satu menit terjadi kenaikan suhu sebesar 0,656 dan 0,836oC/m.
Gambar 4.3 Grafik suhu vs menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
tidak seimbang 2% pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
49
46
Suhu (oC)
43
40
37
34
31
28
25
0
5
10
15
20
25
30
(t) menit
Gambar 4.4 Grafik suhu vs menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
tidak seimbang 2% pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
58
Universitas Sumatera Utara
48
Suhu (oC)
45
42
39
36
33
30
0
5
10
15
20
25
30
(t) menit
Gambar 4.5Grafik Suhu vs Menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
tidak seimbang 2% menggunakan metode pengukuran resistansi
49
46
Suhu (oC)
43
40
37
34
31
28
25
0
5
10
15
20
25
30
(t) menit
Gambar 4.6 Grafik suhu vs menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
tidak seimbang 4% pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
59
Universitas Sumatera Utara
Suhu (oC)
64
61
58
55
52
49
46
43
40
37
34
31
28
25
0
5
10
15
20
25
30
(t) menit
4.3.3 Perbandingan Hasil Pengukuran Temperatur Motor Induksi Tiga
Phasa Suplai Tegangan Seimbang dengan Suplai Tegangan Tidak Seimbang
Dari tabel 4.1, 4.3 dan 4.4 dapat diketahui perbandingan suhu motor
induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang dengan suplai tegangan tidak
seimbang 2% dan 4 % pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared
yaitu sebagai berikut:
Tabel 4.9Perbandingan kenaikan suhu suplai tegangan seimbang dan tidak
seimbang 2% dan 4% menggunakan thermometer infrared
Suhu (oC)
Tidak Seimbang
2%
4%
32.3
34,9
t (menit)
Seimbang
0
30,4
5
33,9
36.12
38,3
10
37,5
38.87
40,4
15
40,1
39.99
42,2
20
42,5
40.05
45.6
25
44,5
41.32
47.4
30
46,1
44.78
50.8
60
Universitas Sumatera Utara
Dari tabel 4.9 diatas dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan suhu motor
ketika disuplai dengan tegangan tidak seimbang baik tidak seimbang 2% maupun
4%. Untuk lebih jelas dapat dilihat dari grafik berikut
60
50
Suhu oC
40
Seimbang
30
Unbalance 2%
20
Unbalance 4%
10
0
0
5
10
15
20
25
30
t (menit)
Gambar 4.7 Grafik suhu vs waktu untuk motor induksi tiga phasa suplai
tegangan seimbang dengan suplai tidak seimbang 2% dan 4% dengan
menggunakan thermometer infrared
Sedangkan dari tabel 4.7, 4.8 dan 4.9 dapat diketahui perbedaan suhu
motor induksi tiga phasa suplai tegangan seimbang dengan suplai tegangan tidak
seimbang 2% dan 4% pengukuran suhu menggunakan metode pengukuran
resistansi yaitu sebagai berikut:
61
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.10 Perbandingan kenaikan suhu suplai tegangan seimbang dan tidak
seimbang 2% dan 4% menggunakan metode pengukuran resistansi
t (menit)
Seimbang
0
31,701
Suhu (oC)
Tidak seimbang
2%
29,800
5
31,79
33,991
36,460
10
33,11
37,970
41,010
15
34,22
41,372
45,252
20
35,09
44,521
49,116
25
35,96
47,459
52,462
30
36,31
49,526
55,248
Tidak Seimbang
4%
30,100
Pada tabel 4.10 diatas dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan suhu motor
ketika disuplai dengan tegangan tidak seimbang 2% dan 4%. Untuk lebih jelas,
dibuat grafik sebagai berikut:
60
Suhu oC
50
40
30
Seimbang
20
Unbalance 2%
Unbalance 4%
10
0
0
5
10
15
20
25
30
t (menit)
Gambar 4.8Grafik suhu v menit untuk motor induksi tiga phasa suplai tegangan
seimbang dan suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% pengukuran suhu
menggunakan metode pengukuran resistansi.
62
Universitas Sumatera Utara
4.3.4 Perbandingan Hasil Pengukuran Temperatur Motor Induksi Tiga
Phasa Menggunakan Thermometer Infrared dan Hasil Pengukuran
Temperatur Menggunakan Metode Pengukuran Resistansi
Dari tabel 4.9 dan 4.10 dapat diketahui perbandingan hasil pengukuran
suhu menggunakan thermometer infrared dan perhitungan suhu menggunakan
metode pengukuran resistansi yaitu dengan tabel berikut ini:
Tabel 4.11Perbandingan Hasil Pengukuran Thermometer Infrared dan Hasil
Perhitungan dengan Metode Pengukuran Resistansi
t
(menit)
Thermometer Infrared (oC)
Seimbang
Tidak Seimbang
2%
4%
Pengukuran Resistansi (oC)
Seimbang
Tidak Seimbang
2%
4%
0
30,4
32.3
34,9
31,701
29,800
30,100
5
33,9
36.12
38,3
31,79
33,991
36,460
10
37,5
38.87
40,4
33,11
37,970
41,010
15
40,1
39.99
42,2
34,22
41,372
45,252
20
42,5
40.05
45.6
35,09
44,521
49,116
25
44,5
41.32
47,4
35,96
47,459
52,462
30
46,1
44.78
50,8
36,31
49,526
55,248
Dari tabel 4.11 dapat dibuat grafik perbandingan antara hasil perbandingan
temperatur menggunakan thermometer infrared dan perhitungan menggunakan
metode pengukuran resistansi untuk suplai tegangan seimbang sebagai berikut:
63
Universitas Sumatera Utara
Suhu oC
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Pengukuran
Perhitungan
0
5
10
15
20
25
30
t (menit)
Gambar 4.9Grafik perbandingan hasil pengukuran temperature menggunakan
thermometer infrared dan perhitungan menggunakan metode pengukuran
resistansi untuk suplai tegangan seimbang
Dari tabel 4.11 dapat dibuat grafik perbandingan antara hasil perbandingan
temperatur menggunakan thermometer infrared dan perhitungan menggunakan
metode pengukuran resistansi untuk suplai tegangan tidak seimbang 2% sebagai
berikut:
60
Suhu oC
50
40
30
Pengukuran 2%
20
Perhitungan 2%
10
0
0
5
10
15
20
25
30
t (menit)
Gambar 4.10Grafik perbandingan hasil pengukuran temperature menggunakan
thermometer infrared dan perhitungan menggunakan metode pengukuran
resistansi untuk suplai tegangan tidak seimbang 2%
64
Universitas Sumatera Utara
Dari tabel 4.11 dapat dibuat grafik perbandingan antara hasil perbandingan
temperatur menggunakan thermometer infrared dan perhitungan menggunakan
metode pengukuran resistansi untuk suplai tegangan tidak seimbang 4% sebagai
berikut:
60
Suhu oC
50
40
30
Pengukuran 4%
20
Perhitungan 4%
10
0
Gambar
4.11Grafik perbandingan hasil pengukuran temperature menggunakan
0
5
10
15
20
25
30
t (menit) menggunakan metode pengukuran Gambar
thermometer infrared dan perhitungan
Gambar 4.11 Resistansi untuk suplai tegangan tidak seimbang 4%
4.3.5 Waktu yang Diperbolehkan Untuk Terjadi Ketidakseimbangan
Tegangan Pada Motor Induksi Tiga Phasa
Dari tabel 4.3 dan 4.4 data hasil pengukuran suhu dengan suplai tegangan
tidak seimbang 2% dan 4% menggunakan thermometer infrared dapat dihitunga
waktu yang diperbolehkan untuk terjadi ketidakseimbangan tegangan yang
disuplai ke motor induksi tiga phasa sesuai standar (tabel 2.2), yaitu:
Unbalance 2%
t=
= 114.6 menit
Unbalance 4%
65
Universitas Sumatera Utara
t=
= 85.09 menit
Sedangkan dari tabel 4.8 dan 4.9 data hasil perhitungan suhu demgam
suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% menggunakan metode pengukuran
resistansi
dapat
dihitung
waktu
yang
diperbolehkan
untuk
terjadi
ketidakseimbangan tegangan yang disuplai ke motor induksi tiga phasa sesuai
standar (tabel 2.2) yaitu:
Unbalance 2%
t=
= 76.36 menit
Unbalance 4%
t=
= 58.59 menit
66
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan untuk suplai tegangan seimbang, waktu yang dibutuhkan
sampai temperature motor induksi tiga phasa dalam keadaan jenuh yaitu:
Tabel 4.12Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai temperature motor induksi
tiga fasa dalam keadaan jenuh
Vab = 220 volt; Vbc = 220 volt; Vac = 220 volt
t (menit)
Suhu (oC)
0
30.8
5
31.9
10
32.8
15
33.6
20
34.5
25
35.2
30
35.6
35
35.9
40
36.3
45
36.6
50
36.8
55
37
60
37.1
65
37
70
37
Dari tabel 4.13 dapat dilihat bahwa waktu yang dibutuhkan sampai
temperatur motor induksi tiga fasa dalam keadaan jenuh yaitu ketika motor
tersebut beroperasi selama 70 menit.
Untuk suplai motor dalam keadaan tidak seimbang 2% maupun 4% tidak
dilakukan percobaan sampai temperatur jenuh atau temperature maksimum
dikarenakan ketika motor dioperasikan dalam keadaan suplai tidak seimbang
67
Universitas Sumatera Utara
selama 30 menit, motor sudah sangat bergetar. Hal ini disebabkan oleh karena
motor di suplai dengan tegangan tidak seimbang terjadi kenaikan temperature
yang sangat tinggi sehingga terjadi pemuaian pada bearing motor induksi tersebut
sehingga menyebabkan motor semakin bergetar ketika suhu motor induksi
semakin meningkat. Selain hal tersebut, kenyataannya adalah motor induksi tiga
fasa pada Laboratorium Konversi Energi Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara sudah dioperasikan sejak tahun 1976 sehingga keandalan dari motor induksi
tersebut sudah sangat jauh berkurang dibandingkan dengan kemampuan yang
tertera di nameplate motor induksi tersebut.
4.4 Hubungan antara Tegangan Tidak Seimbang
dengan Kenaikan
Temperatur Secara Rumus
Permasalahan kualitas daya sudah menjadi masalah utama dalam sistem
tenaga listrik. Permasalahan tersebut telah mempengaruhi kinerja di berbagai
bidang sepperti industri manufaktur, penyiaran, pasar, kantor dan pusat kesehatan.
Hal tersebut dapat menyebabkan kerugian yang besar dalam hal finansial maupun
waktu kerja.
Salah satu permasalahan kualitas daya yang sering terjadi adalah masalah
ketidakseimbangan daya pada transmisi daya. Hal ini disebabkan beberapa factor
yaitu:
1. Ketidaksimetrisan lilitan pada trafo daya
2. Ketidakseimbangan impedansi saluran
3. Beban tidak seimbang
Pengaruh dari ketidakseimbangan diatas tentunya akan bersifat destruktif
pada peralatan-peralatan listrik ataupun sistem instalasi yang terpasang.
68
Universitas Sumatera Utara
Pada pengoperasiannya motor induksi tidak dapat berjalan dengan baik
apabila dioperasikan pada tegangan tak seimbang. Efek langsung gyang
diakibatkan oleh ketidakseimbangan tegangan pada performa motor induksi
adalah (1) meningkatnya rugi panas pada motor, (2) rugi akustik (noise), (3)
penurunan ratting motor, (4) memperpendek umur motor.
Menghitung ketidakseimbangan tegangan menurut NEMA (MGI) part
14.35 adalah:
% Tegangan Tidak Seimbang = 100% x
Contoh Soal 1
Fasa pada X = 380V; Y = 368,6V; Z = 340 V
Tegangan Rata – rata =
,
= 361 Volt
% Unbalance
=
= 5,2% (mendekati 5,4%)
NEMA memberikan keterangan yaitu kondisi unbalance adalah yang
paling umum mempunyai efek merusak pada motor listrik. Efek ini juga dapat
disebabkan
oleh
power
supply
wiring,
trafo
dan
generator.
Tegangan tidak seimbang pada terminal motor mengakibatkan unbalance arus
phase sebesar 6 – 10 kali persen tegangan tidak seimbang pada motor dengan
beban penuh (full load).
69
Universitas Sumatera Utara
Berikut tabel efek unbalance voltage dari Motor 5 HP, 3 Fasa, 380V, 60
Hz, 1.725 Rpm dan service factor 1 (Sumber: Soemarno.org)
Characteristic
Performance
Tegangan Rata – rata
380V
380V
380V
% tegangan tidak seimbang
0,3
2,3
5,4
% arus tidak seimbang
0,4
17,7
40
0
30
40
Kenaikan temperature (oC)
Tabel 4.14 Efek Tegangan Tidak Seimbang dengan banyak varian
Jika ditinjau dari tabel, maka dapat dibandingkan sebagai berikut:
1. Kondisi tegangan unbalance 0,3% menimbulkan unbalance arus 0,4% dan
belum ada kenaikan temperatur
2.
Kondisi tegangan unbalance 2,3% menimbulkan unbalancearus yang
cukup tinggi sebesar 17,7% dan kenaikan temperature sebersar 30 oC
3. Kondisi tegangan unbalance 5,4% menimbulkan unbalance arus yang
sangat tinggi sebesar 40oC
Akibat dari tegangan unbalance, hampir semua kerusakan terjadi pada
isolasi winding. Umur isolasi winding berkurang separuhnyasetiap kenaikan
temperatur 10oC. Dari kolom tiga terlihat unbalance 5,4% mengakibatkan
kenaikan temperature sebesar 40oC dan umur yang bisa diharapkan hanya sekitar
1/16 dari normal. Motor dengan servis faktor 1,15 dapat bertahan dengan
tegangan unbalance 4,5% tetapi tidak dioperasikan diatas
tenaga kuda
nameplate. Jadi unbalance 5.4% terlalu besar, dengan akibat yang sangat buruk.
70
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.15 Perbandingan Kenaikan Panas Pada Motor dengan Tegangan Tidak
Seimbang
Sebuah motor yang sering dioperasikan secara terus – menerus dengan
kondisi tegangan tidak seimbang, tentunya efisieni akan berkurang. Berkurangnya
efisiensi diakibatkan oleh naiknya arus listrik (I) dan resistansi (R) karena panas.
Kenaikan I dan R berkontribusi pada kenaikan panas. Kesimpulan: dengan
bertambahnya rugi – rugi (looses), panas akan ikut naik dan karena panas, arus
dan tahanan juga akan naik sedemikian sehingga panas naik terus tidak terkendali
dan kegagalan isolasi dapat terjadi.
Derating (Penurunan Beban)
NEMA memberi petunjuk dengan membuat kurva, terlihat bahwa
tegangan tidak seimbang maksimum berada di posisi 5% dan terjadi kondisi
penurunan beban sebesar 75% dari nameplate Motor
Gambar 4.12 Kurva Tegangan Tidak Seimbang NEMA
Dalam proses industri sehari – hari bisa saja terjadi kondisi tegangan tidak
seimbang. Apabila terjadi penurunan tegangan, maka harus dilakukan penurunan
beban. Misalkan, kondisi tegangan tidak seimbang 4% maka sesuai tabel dari
71
Universitas Sumatera Utara
NEMA, harus dilakukan derating sebesar 82%, maka untuk motor 100 Hp, maka
harus daya diturunkan menjadi 82 Hp.
Standar mengenai ketidakmampuan mesin induksi tiga fasa berkompromi
dengan tegangan tidak seimbang telah ditentukan oleh NEMA. NEMA adalah
Asosiasi Produsen Listrik Nasional. NEMA adalah asosiasi perdagangan untuk
industri manufaktur listrik AS maupun dunia secara keseluruhan. NEMA
merupakan suatu standar seperti SNI di Indonesia. Ini memiliki pekerjaan yang
luas dilakukan pada standardisasi, panduan aplikasi, kertas putih, dan makalah
teknis. NEMA menetapkan program efisiensi energi NEMA Premium® untuk
menyediakan produk dengan energi tinggi yang memenuhi kebutuhan dan aplikasi
pengguna dan produsen peralatan asli/ original equipment manufactures (OEMs).
72
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh
kesimpulan sebagai berikut:
1. Motor induksi tiga fasa dalam keadaan suplai tidak seimbang terjadi
kenaikan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan saat disuplai dengan
tegangan
seimbang
menggunakan
metode
pengukuran
dengan
thermometer infrared, yaitu: (1) Keadaan seimbang0.34oC, (2) Tegangan
tidak seimbang 2% sebesar 0, 47oC, (3) Tegangan tidak seimbang 4%
sebesar 0,53oC
2. Pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared dan dengan
menggunakan metode pengukuran resistansi terdapat perbedaan hasil
pengukuran yang signifikan. Hal tersebut terjadi disebabkan karena posisi
pengukuran menggunakan thermometer infrared tidak tepat pada
kumparan stator mesin induksi tiga fasa karena terhalangi oleh body
motor. Hal ini sejalan dengan yang tertuang dalam SNI IEC 60335-2009
klausul 11 tabel 3, dimana “nilai pengukuran kenaikan suhu belitan motor
menggunakan metode resistansi lebih tinggi ± 10 oC dibandingkan dengan
pengukuran menggunakan metode termokopel maupun thermometer
infrared
5.2 Saran
Adapun saran dari penulis adalah sebagai berikut:
73
Universitas Sumatera Utara
1. Motor induksi tiga fasa yang terdapat dalam Laboratorium Konversi
Energi Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara telah dioperasikan
sejak tahun 1976 sehingga keandalan motor tersebut sudah sangat
berkurang dibandingkan dengan yang tertera pada nameplate motor
induksi. Perlu diadakan maupun pemeliharaan alat, regenerasi, maupun
penggantian alat – alat yang lebih modern yang telah dilengkapi dengan
sistem proteksi yang baik.
2. Untuk penelitian lebih lanjut, dapat membandingkan ketidakseimbangan
tegangan dengan ketidakseimbangan sudut fasa
74
Universitas Sumatera Utara