Makalah Sispenprot (1)

PROTEKSI MOTOR INDUKSI 3 FASA

TEGANGAN RENDAH

Oleh

RIZKI TOFAN RIADI (115060300111054)

GAGAH PRATAMA PUTRA (115060300111059)

FARHAN HAMARIS (115060301111009)

STEFANI (115060301111013)

VITO FAUZAN (115060307111028)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2014

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan nikmat serta hidayah-

Nya terutama nikmat kesempatan dan kesehatan sehingga penulis dapat

menyelesaikanmakalah mata kuliah “Proteksi Motor Induksi”. Makalah ini

merupakan salah satu tugas mata kuliah Sistem Proteksi dan Pentanahan di

jurusan Teknik Elektro Fakults Teknik, Universitas Brawijaya. Selanjutnya

penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Ir. Heri

Purnomo, M.T. selaku dosen pembimbing mata kuliah Sistem Proteksi dan

Pentanahan dan kepada segenap pihak yang telah memberikan bimbingan serta

arahan selama penulisan makalah ini.

Akhirnya penulis menyadari bahwa banyak terdapat kekurangan-

kekurangan dalam penulisan makalah ini, maka dari itu penulis mengharapkan

kritik dan saran yang konstruktif dari para pembaca demi kesempurnaan makalah

ini.

Malang, Mei 2014

Penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR..............................................................................................i

DAFTAR ISI............................................................................................................ii

BAB I.......................................................................................................................1

PENDAHULUAN...................................................................................................1

1.1. Latar Belakang.................................................................................................1

1.2. Rumusan Masalah............................................................................................2

1.3. Tujuan...............................................................................................................2

1.4. Batasan Masalah..............................................................................................3

BAB II......................................................................................................................4

PEMBAHASAN......................................................................................................4

2.1. Motor Induksi...................................................................................................4

2.1.1. Kontruksi Motor Induksi....................................................................4

2.2. Proteksi Motor Induksi....................................................................................6

2.2.1. Proteksi Stator (Stator Protection).....................................................6

2.2.2. Proteksi Rotor (Rotor Protection)......................................................7

2.2.3. Proteksi Beban Lebih (Overload Protection)....................................8

2.2.4. Proteksi Ketidakseimbangan dan MemfasaTunggal(Unbalance And Single Phasing Protection)...............................................................................9

2.2.5. Proteksi Tegangan Kurang (Undervoltage Rele).............................11

2.2.6. Proteksi Fasa Terbalik (Reverse Phase Protection).........................12

2.2.7. Thermal Overload............................................................................13

2.2.8. Elektrik Overload.............................................................................15

BAB III..................................................................................................................17

PENUTUP......................................................................................................17

4.1. Kesimpulan.....................................................................................................17

Daftar Pustaka........................................................................................................18

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pada saat ini perkembangan dibidang industri maju dengan pesat sehingga

dengan demikian kebutuhan akan energi listrik juga akan semakin meningkat. Energi

listrik tersebut dapat dikonversikan ke bentuk energi lain, seperti dari energi listrik

menjadi energi mekanik (gerak) dengan menggunakan motor listrik.Penggunaan motor

induksi juga digunakan pada industri sebagai penggerak suatu proses produksi.

Disamping itu kebutuhan akan motor induksi telah memasuki hampir semua segi

kehidupan, antara lain transportasi, komunikasi, informasi, serta juga pendidikan.

Penggunaan motor induksi juga suatu hal yang perlu diketahui agar tepat guna sesuai

keinginan kita. Untuk memenuhi pasaran dunia industri yang kian maju dan beraneka

ragam bentuk dan kegunaanya maka kita harus terus bekerja dan berpikir untuk

memberikan yang terbaik.Mengingat bahwa pada motor induksi kemungkinan timbulnya

gangguan selalu ada, yang dapat berupa gangguan dari dalam (internal), berupa gangguan

dari phasa ke phasa atau antara belitan phasa itu sendiri dan harus diamankandengan

memisahkan motor induksi dari sumbernya.Potensi terjadinya gangguan karena

menurunnya kekuatan isolasi motor akan meningkat dan dapat mengakibatkan

kebakaran. Perancangan proteksi motor listrik industri diharapkan dapat

menentukan tipe peralatan proteksi yang diperlukan dan setelan yang sesuai untuk

setiap tingkatan daya motor. Dari hasil perancangan, diharapkan dapat diperoleh

sistem proteksi yang koordinatif, diskriminatif, dan selektif terhadap gangguan.

Pada industri – industri paling sering menggunakan motor induksi atau

motor asinkron 3 fasa. Motor induksi merupakan motor yang perawatannya paling

mudah. Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari

baik di industri maupun di rumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai

adalah motor induksi 3-fase dan motor induksi 1-fase. Motor induksi 3-fase

dioperasikan pada sistem tenaga 3-fase dan banyak digunakan di dalam berbagai

bidang industry dengan kapasitas yang besar. Motor induksi 1-fase dioperasikan

pada sistem tenaga 1-fase dan banyak digunakan terutama untuk peralatan rumah

Sistem Proteksi dan Pentanahan | 1

tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya

karena motor induksi 1-fase mempunyai daya keluaran yang rendah.

Proteksi motor sangat variatif dan sedikit berbeda dengan proteksi peralatan

system tenaga lainnya.Hal ini disebabkan karena ukuran yang bervariasi, jenis dan

aplikasi motor. Proteksi sangat tergantung dari seberapa berharganya motor

tersebut, yang umumnya sangat erat kaitannya dengan ukuran motor. Pada

makalah ini kami akan mengemukakan beberpajenis proteksi motor dan

aplikasinya. Terutama untuk motor listrik dengan tegangan rendah.

1.2. Rumusan Masalah

1. Apa saja jenis gangguan pada motor induksi tengangan rendah

2. Bagaimana system proteksi pada motor induksi tegangan rendah

1.3. Tujuan

Hal-hal yang menjadi tujuan makalah ini adalah :

1. Mengetahui jenis gangguan pada motor induksi .

2. Mengetahui bagaimana system proteksi pada motor induksi tegangan

rendah.

1.4. Batasan Masalah

Agar tidak menyimpang dari permasalahan dan dapat mencapai sasaran yang

diharapkan, maka penulis pembahasan makalah pada:

1. Proteksi beban lebih pada motor induksi.

2. Aplikasi proteksi arus lebih pada motor induksi.


BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Motor Induksi3

Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan di berbagai

bidangdan mempunyai daya keluaran lebih besar dari 1 HP dan menggunakan

motor Induksi Tiga Fasa. Adapun kelebihan dan kekurangan motor induksi bila

dibandingkan dengan jenis motor lainnya, adalah :

Kelebihan Motor Induksi3

a. Mempunyai konstruksi yang sederhana.

b. Relatif lebih murah harganya bila dibandingkan dengan jenis motor yang

lainnya.

c. Menghasilkan putaran yang konstan.

d. Mudah perawatannya.

e. Untuk pengasutan tidak memerlukan motor lain sebagai penggerak mula.

f. Tidak membutuhkan sikat-sikat, sehingga rugi gesekan bisa dikurangi.

Kekurangan Motor Induksi3

a. Putarannya sulit diatur.

b. Arus asut yang cukup tinggi, berkisar antara 5 s/d 6 kali arus nominal

motor

2.1.1.Kontruksi Motor Induksi3

Motor induksi terdiri dari beberapa bagian yaitu :

Bagian Stator

Bagian Rotor

Motor Induksi bila ditinjau dari rotornya terdiri atas dua tipe yaitu :

a. Rotor Sangkar

b. Rotor Belitan

2.2. Jenis Gangguan Pada Motor Induksi 3

2.2.1 Gangguan Beban Lebih


Gangguan ini dapat terjadi, disebabkan oleh pembebanan yang

berlebihan pada poros motor. Pembebanan yang berlebihan disini,

adalahpembebanan 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

2.2.2 Gangguan Salah Satu Phasanya Terputus

Gangguan seperti ini biasanya jarang terjadi bila perawatan

dilakukan 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.

2.2.3 Gangguan Hubungan Singkat


Gangguan hubungan singkat disini dimaksudkan adalah terjadi

hubungan singkat antara kumparan. Gangguan ini dapat terjadi karena

kerusakan isolasi pada kumparan. Seperti yang telah diuraikan diatas

akibat salah satu phasanya terputus maka pada phasa yang sehat, terjadi

kenaikan arus sebesar √3kali. 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 khusunya, gangguan ini harus

dicegah sedemikian rupa sehingga tidak membahayakan atau

menimbulkan kerusakan pada motor.

2.3. Proteksi Motor Induksi3

Pada motor induksi 3 fasa memiliki beberapa proteksi .Proteksi sebuah

motor dapat terdiri dari berbagai tipe, bentuk, desain dan dengan berbagai

kombinasi, maupun dalam bentuk paket. Tujuan dasar dan utama dari suatu sistem

proteksi motor adalah untuk menjaga motor agar mampu beroperasi diatas kondisi

normal tetapi tidak melebihi batasan mekanis dan termis pada waktu beban lebih

dan pada waktu motor beroperasi tidak normal serta memiliki sensitivitas

pada saat gangguan. Hal ini dapat dicapai dengan cara berikut:

Proteksi Beban Lebih (Overload Protection)

Proteksi Ketidakseimbangan dan Memfasa Tunggal (Unbalance And

Single Phasing Protection)

Proteksi Tegangan Kurang (Undervoltage Rele)

Thermal Overload

Proteksi Gangguan Tanah

Proteksi Diferensial

Proteksi Tegangan Kurang


2.3.1. Proteksi Beban Lebih

Biasanya, untuk mengamankan motor induksi yang bekerja dibawah

tegangan 1000 Volt AC dari beban lebih, digunakan bimetal over load

protection (Proteksi beban lebih bentuk bimetal). Proteksi ini bekerja

karena adanya panas yang disebabkan oleh beban lebih. Seperti kita

ketahui yang dimaksud dengan beban lebih adalah arus yang mengalir

pada motor melebihi dari harga nominalnya. Jadi bimetal relay mendapt

pana lngsung dari arus tersebut dan ini dapat distel pada range tertentu.

Penyetelan ada yang dapat secara otomatis atau secara manual. Pada

motor-motor besar biasanya relay ini dihubungkan dengan kumparan

sekunder dari trafo arusnya.

2.3.2. Proteksi Ketidakseimbangan dan MemfasaTunggal

Proteksi ini dimaksudkan untuk mengamankan motor dari kerusakan

apabila suatu motor induksi tiga phasa sedang bekerja, salah satu

phasanyaputus. Keadaan ini menimbulkan suatu ketidak seimbangan phasa

karena daya yang disuplay ke motor hanya ada dua kumparan, ini akan

mengakibatkan panas yang cukup besar pada motor. Terputusnya salah

satu phasa pada motor induksi tiga phasa yng sedang berputar akan

mengakibatkan arus pada statornya menjadi tidak seimbang dan

menimbulkan panas yang berlebihan pada motor. Untuk motor-motor

ukuran kecil, hal ini tidak menjadi masalah dan pengamannya cukup

menggunakan relay thermal. Berbeda halnya dengan motor-motor besar

(50 HP keatas), keadaan ini dapat merusak isolasi pada kumparan motor

akibat panas yang ditimbulkan oleh kejadian diatas cukup tinggi. Oleh

sebab itu, terputusnya salah satu phasa pada motor induksi tiga phasa yang

sedang bekerja perlu proteksi. Selama salah satu phasanya terputus besar

arus pada phasa yang tidak terganggu akan naik menjadi √3 kali. Kenaikan

arus ini kan menimbulkan panas pada motor serta ketidak seimbangan

pada arus rotor, sehingga pada stator muncul arus negatif. Komponen arus

ini menimbulkan medan putar yang baru, yang arahnya berlawanan dengan

medan putar utamanya. Dengan demikian ada dua komponen arus dengan


frekwensi yang berbeda, diinduksikan ke body motor dan konduktor rotor.

Untuk mengatasi hal ini, maka motor harus dilengkapi dengan proteksi

arus negatif.

2.3.3. Proteksi TeganganKurang

Tegangan kurang pada motor dapat berakibat meningkatkan arus

dan kegagalan pengasutan untuk mencapai rating kecepatan motor atau

kehlangan kecepatan dan mungkin berhenti berulang, proteksi tegangan

kurang termasuk bagian dari peralatan starter motor, tetapi bukan rele.

Tegangan kurang waktu terbalik direkomendasikan untuk digunakan guna

mamutus kondisi ini agar tidak berlangsung lama dan sebagai rele

cadangan


Gambar 2.1 :Rekomendasi tipikal proteksi Motor : (a) untuk Motor

tanpalead netral dan tersedia RTD; (b). untuk Motor yang memiliki lead

netral dan tersedia RTD

2.3.4 Proteksi Gangguan Tanah

Sebagaimana pada proteksi Fasa, rele arus lebih seketika

digunakan pula untuk proteksi gangguan tanah. Apabila dimungkinkan,

metoda yang disediakan adalah menggunakan CT tipe Ring, dengan ketiga

konduktor Motor dilewatkan melalui jendela CT. Hal ini memberikan

suatu penjumlahan magnetik dari ketiga arus Fasa sehingga

keluaran sekunder CT ke rele adalah arus urutan nol

(3I0).Ratio CT, umumnya

50:5, tidak tergantung ukuran Motor, sedangkan CTkonvensional pada

Fasa harus seukuran beban Motor. Keuntungannya adalahsensitivit

as tinggi dan sekuritas baik, tetapi dibatasi oleh ukuran konduktor yang

dapat dilewatkan pada jendela CT. Seperti disebut pada seksi sebelumnya,

tipikal sensitivitas adalah 5A primer.

Gambar 2.2 Proteksi gangguan tanah pada Motor

(a). dengan CT tipe Ring dan;


(b). CT tipe konvensional

Untuk Motor dan konduktor ukuran besar, rele Tanah pada netral harus

digunakan seperti pada Gambar 9-4b. Meskipun beban mempengaruhi

ratio CT, rele Tanah dapat disetel lebih sensitif dan baik dibawah beban

Motor. Rele 50N, harus diset diatas setiap kesalahan arus residual yang

dapat ditimbulkan karena untuk kerja CT yang tidak sama

pada arus ofset dengan perbedaan tinggi. Tetapi kemungkinan

munculnya masalah sangat kecil bilamana burden fasa seimbang dan

tegangan CT yang disebabkan oleh arus pengasutan maksimum tidak lebih

dari 78% tegangan kelas akurasi CT. Tap rele 50N, rendah dan

konsekuensinya burden menjadi tinggi, dapat dibantu dengan memaksa

ketiga CT untuk jenuh berulang kali.

Tahanan pada sirkit netral dapat pula membantu. Hal ini menaikkan

burdsen, namun tidak boleh terlalu tinggi sehingga mengurangi sensitivitas

rele. Penundaan waktu harus digunakan sampai arus ofset hilang/

menurun tetapi penundaan ini putus untuk gangguan aktual.Dengan

pembatasan gangguan tanah, seperti umumnya pada sistem pensuplai

motor, arus gangguan tanah akan lebih kecil dari gangguan fasa. Jika

digunakan pentanahan resistansi tinggi, arus gangguan tanah dalam orde 1

- 10 A. Proteksi pada Gambar 2.2 dapat memberikan sensitivitas yang

dapat diterima untuk sistem tersebut bilamana arus gangguan tanah lebih

besar dari 5A. Sensitivitas yang lebih baik dapat dicapai bila digunakan

rele Pengali (32N). Untuk penggunaan disini, sebuah rele dengan suatu

koil arus dan koil tegangan dapat dipakai.

2.3.5 Proteksi Fasa Terbalik

Arah perputaran motor berubah jika urutan fasa diubah. Dalam

beberapa aplikasi motor tipe proteksi ini boleh menjadi suatu fitur penting

dari proteksi motor. Suatu cakram induksi, rele tegangan fasa banyak

digunakan untuk memproteksi motor-motor dari starting dengan satu fasa


membuka atau dengan urutan fasa yang terbalik. Torsinya adalah

sebanding dengan produk sinus dari kedua tegangan line-to-line. Rele itu

tidak akan menutup kontak-kontaknya dan karenanya motor itu tidak akan

start kecuali jika semua ke-tiga fasa ada dan di dalam urutan yang benar.

Gambar 2. 3 Rele fasa terbuka dan fasa terbalik

2.3.4. Thermal Overload

Over Load atau disebut dengan thermal rele atau thermal overload

rele (TOR) adalah komponen pada instalasi tenaga listrik yang berfungsi

sebagai pengaman instalasi terhadap beban lebih. Cara kerja overload

adalah dengan memanfaatkan pelat bimetal yang akan memutus jika

terjadi arus listrik melampui batas kapasitasnya.Prinsip kerja ini hampir

sama dengan cara kerja pada MCB untuk mengamankan arus lebih yang

mengalir pada instalasi penerangan maupun tenaga ( motor ).

Gambar 2. 1 symbol TOR


Gambar 2. 2 Penyambung TOR dengan MC

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa 3 kaki utama pada overload

dihubungkan ke sumber sumber tegangan 3 fasa melalui magnetic contactor dan

3 kaki utama lainnnya dihubungkan ke terminal motor 3 fasa. Pada over load

terdapat kontak NO yaitu kaki 97-98 dan NC pada kaki 95-96.

Gambar 2. 3 Cara kerja Thermal Overload Rele


Jika terjadi beban lebih pada motor maka arus akan meningkat dan

memutus bimetal. Maka kontak NO dan NC pada overload juga bekerja. Kontak

NC digunakan untuk memutus rangkaian control yang mengendalikan Magnatic

contactor. Dengan terbukanya kendali ke Magnetic contactor yang mengendalikan

rangkaian utama maka motor akan berhenti bekerja. Sedangkan kontak NO dapat

dihubungkan dengan lampu indicator terjadinya beban lebih pada rangkaian.

Thermal overload rele (TOR) mempunyai tingkat proteksi yang lebih

efektif dan ekonomis, yaitu:

1. Pelindung beban lebih / Overload

2. Melindungi dari ketidakseimbangan phasa / Phase failure imbalance

3. Melindungi dari kerugian / kehilangan tegangan phasa / Phase Loss.

Karakteristik TOR

1. Terdapat konstruksi yang berhubungan langsung dengan terminal

kontaktor magnit.

2. Full automatic function, Manual reset, dan memiliki pengaturan batas arus

yang dikehendaki untuk digunakan.

3. Tombol trip dan tombol reset trip, dan semua sekerup terminal berada di

bagian depan.

4. Indikator trip.

5. Mampu bekerja pada suhu -25 °C hingga +55 °C atau (-13 °F hingga +131

°F)

BAB III

PENUTUP1.


1.1. Kesimpulan

Saat motor induksi 3 fasa bekerja maka perlu perlindungan atau proteksi untuk

melindungi motor induksi itu. Bahkan saat starting pun perlu proteksi untuk

melindungi motor induksi. Di dalam industri – industri motor induksi sebagai

penggerak sangat di proteksi untuk mengurangi pengeluaran akibat kerusakan

motor induksi.

Proteksi yang melindungi motor induksi yaitu :

Proteksi Stator

Proteksi Rotor

Proteksi Beban Lebih (Overload Protection)

Proteksi Ketidakseimbangan dan Memfasa Tunggal (Unbalance And

Single Phasing Protection)

Proteksi Tegangan Kurang (Undervoltage Rele)

Thermal Overload

Elektrik Overload

Daftar Pustaka


Blackburn J Lewis, J Donim Thomas. 2007. Protective Releing Principles and

Applications third edition. Penerbit : CRC Press Taylor & Francis Group.

Iswadi HR. 2011. Bahan Ajar Proteksi Sistem Tenaga Listrik. Pekanbaru : Teknik

Elektro UR.

Anto, Budhi. 2003. Petunjuk Praktikum Perancangan Instalasi Mesin Listrik.

Pekanbaru : Teknik Elektro UR.

Rahardjo, B., 2008. Pola Akses Internet Yang Bursty. [Online] Available at:

http://rahard.wordpress.com/2011/04/04/pola-akses-internet-yang-bursty/

[Diakses10 Mei 2014].


Documents

Makalah Sispenprot (1)