Makalah Seminar Kerja Praktek PENGOPERASIAN MOTOR ID FAN DEDUSTING SYSTEM DI BILLET STEEL PLANT PT. KRAKATAU STEEL 1
Mahmud Fauzi Isworo.1, Ir. Bambang Winardi.2 Mahasiswa dan Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof.Sudharto, Tembalang, Semarang 2
Abstrak - PT. Krakatau Steel merupakan Perseroan terbatas yang bergerak di bidang pembuatan baja. Pada intinya PT Krakatau Steel terdiri dari 3 Pabrik Utama. Pabrik yang pertama adalah Pabrik Direct Reduction yang merupakan Pabrik pengolah biji besi menjadi besi spons yang merupakan bahan baku pembuatan baja. Pabrik yang kedua adalah Pabrik Peleburan besi dan baja yang terdiri dari Slab Steel Plant (memproduksi baja lembaran) dan Billet Steel Plant (memproduksi baja batangan). Pabrik yang ketiga adalah Pabrik Pengerolan baja yang terdiri dari Hot Strip Mill (Pabrik pengerolan baja canai panas), Cold Strip Mill (Pabrik pengerolan baja canai dingin), dan Wire Rod (Pabrik batang kawat). Dalam upaya mengurangi polusi udara yang ditimbulkan saat proses peleburan baja, PT Krakatau Steel telah menerapkan sistem Penghisap debu (Dedusting System) di setiap Pabrik Peleburan Bajanya. Sebagai Penghisap debu digunakan impeller (kipas), dimana kipas ini akan menghisap debu yang dihasilkan saat peleburan baja melalui pipa-pipa dedusting. Pada Pabrik Baja Batangan (Billet Steel Plant) terdapat empat buah Impeller, dimana tiap-tiap impeller digerakkan oleh motor induksi 3 fasa jenis sangkar tupai. Motor yang digunakan adalah motor keluaran Siemens, Elin dan ABB. Tiap tiap motor mengkonsumsi daya ± 1600 KW dan untuk pengontrolannya menggunakan PLC Siemens S-5 155. Sebagai Perantara PLC dengan operator digunakan dua buah Human interface diantaranya VAI dan Intouch. Kata kunci : Billet Steel Plant, Dedusting system, Motor ID Fan,
I. 1.
PENDAHULUAN Latar Belakang Sebagai satu–satunya Pabrik pembuatan Besi baja di Indonesia, PT Krakatau Steel telah menerapkan upaya untuk mengurangi polusi udara yang ditimbulkan saat proses peleburan baja. Hal tersebut dapat dilakukan dengan cara menyaring debu kotor keluaran di dapur pembakaran sebelum dibuang ke udara luar. Mekanisme penghisapan udara kotor hasil peleburan baja sampai ke udara luar disebut sistem Penghisapan debu (Dedusting system). Sistem Penghisap debu (dedusting system) menggunakan motor induksi 3 fasa sebagai sumber penghisapannya. Motor ini memutar impeller (kipas) sehingga debu akan terhisap semuanya. Motor induksi 3 fasa dipilih karena murah, fleksibel, dan mudah perawatannya. Dalam kaitannya dengan penghematan energi listrik yang digunakan, maka saat proses peleburan baja berlangsung cukup menggunakan satu buah motor saja. Cara ini dapat dilakukan karena terdapat mixing chamber yang merupakan ruangan pencampuran antara debu yang berasal dari dua dapur. Motor Induksi 3 fasa yang digunakan memerlukan daya ±1650 KW dengan tegangan 6 KV oleh karenanya sumber motor langsung dari Substation dan untuk sistem pengaman pada motor digunakan sensor suhu pt100 dan sensor
getaran Vibrocontrol 1100. PLC disini berperan untuk mengatur relai –relai yang ada di motor dan disubstation. Proteksi pada motor terletak pada wiring dan bearing. Keduanya perlu diproteksi karena kedua bagian tersebut akan panas jika motor bekerja terus menerus. 1.2
Maksud dan Tujuan Hal – hal yang menjadi tujuan penulisan laporan kerja praktek ini adalah : 1. Memberi gambaran tentang proses pembuatan baja di PT Krakatau Steel Cilegon. 2. Mengetahui proses pembuatan baja batangan di Pabrik Baja Batangan (Billet Steel Plant) PT. Krakatau Steel Cilegon. 3. Mengetahui Mekanisme sistem penghisap debu (Dedusting system) Pabrik Baja Batangan (Billet Steel Plant). 4. Menjelaskan sistem pengoperasian Motor ID Fan dedusting system Pabrik Baja Batangan (Billet Steel Plant). 1.3
Pembatasan Masalah Dalam penulisan laporan ini penulis membatasi masalah yang dibahas pada : a. Pembahasan tentang Dedusting System di Billet Steel Plant
b. Pembahasan tentang motor induksi tiga fasa yang digunakan sebagai Motor Id Fan c. Pembahasan tentang Sistem pengontrolan menggunakan PLC Siemens S5-155 hanya pada sistem pengoperasian motor ID Fan d. Pembahasan tentang pengkabelan motor ID Fan, hanya pada Motor ID Fan 3 Dedusting System Billet Steel Plant . e. Tidak membahas peralatan – peralatan kontrol yang digunakan secara mendalam. DASAR TEORI Proses Produksi PT Krakatau Steel Untuk melakukan sebuah produksi PT. Krakatau Steel dibagi dalam beberapa Pabrik diantaranya; a. Pabrik Besi Spons Unit ini merupakan suatu pabrik yang menangani proses pengolahan biji besi/pellet menjadi besi spons. Pabrik ini dibagi berdasarkan teknologi yang digunakan dibagi menjadi 3 buah yaitu Pabrik Direct Reduction Iron Plant (HYL III), Pabrik Besi Spons HYL I, dan Pabrik Besi Spons HYL II. Proses produksi nya dapat dilhat pada gambar berikut
2. Pabrik Baja Batangan (Billet Steel Plant) Output produksinya adalah baja batangan (Billet), Pabrik ini mempunyai kapasitas produksi sebesar 500.000 ton/tahun, dengan spesifikasinya sebagai berikut; - penampang :110 mm x 110 mm; 120 mm x 120 mm; 130 mm x 130 mm - Panjang : 6 m; 9m ; 12m proses produksinya dapat dilihat pada gambar berikut;
II. 1.
Gambar 3. Proses Produksi Billet Steel Plant
c. Pabrik Pengerolan Baja (Rolling Mill) Terdiri dari 3 buah pabrik 1. Pabrik Baja Lembaran Canai Panas (Hot Strip Mill). Pabrik ini menghasilkan baja lembaran dengan ketebalan yang tipis. Proses produksi pada pabrik ini dapat dilihat pada gambar;
Gambar 4. Proses Produksi Hot Strip Mill
b. Pabrik Pembuatan baja Pabrik Pembuatan baja di bagi berdasarkan output produksinya menjadi; 1. Pabrik Slab Baja (Slab Steel Plant) Output produksinya adalah baja lembaran, proses produksinya dapat dilihat pada gambar berikut;
2. Pabrik baja lembaran Canai Dingin (Cold Strip Mill) Pabrik ini mengolah hasil produksi dari HSM menjadi baja lembaran dengan ketebalan 15 mm. Baja yang dihasilkan dari Pabrik ini banyak dipakai pada industri – industri yang menggunakan pembungkus dari kaleng seperti susu dan lain-lain. Proses produksinya dapat dilihat pada gambar berikut;
Gambar 2. Proses Produksi Slab Steel Plant
Gambar 5. Proses Produksi CRM
Gambar 1. Proses Pabrik Besi Spons
3. Wire Rod Pabrik ini mengolah baja hasil produksi Billet Steel Plant menjadi baja berbentuk kawat. Yang nantinya kawat ini akan diolah lagi menjadi bahan – bahan bangunan. Proses produksinya dapat dilihat pada gambar berikut;
tidak merusak kantong – kantong filter di filter house. 2. Operasi di mixing chamber Mixing chamber merupakan suatu tempat pencampur debu dari dua dapur. Fungsi bagian ini adalah mendinginkan debu dari FDC sebelum masuk rumah filter, selain itu bagian ini juga berfungsi sebagai media penghemat energi karena dengan adanya mixing chamber ini hanya di perlukan satu buah motor yang beroperasi saat dua dapur sedang bekerja. Berikut adalah gambar operasi di mixing Chamber sampai chamber.
Gambar 6. Proses Produksi Wire rod.
2. Sistem Penghisap Debu (Dedusting System) Pabrik Baja Batangan (Billet Steel Plant) Pada proses peleburan baja di Pabrik Baja Batangan akan dihasilkan debu panas hasil peleburan baja. Debu tersebut akan dibuang melalui cerobong – cerobong yang ada pada dapur. Mekanisme penghisapan debu mulai dari dapur EAF sampai udara bebas disebut Dedusting System. Sistem ini terdiri dari beberapa bagian diantaranya; 1. Operasi di Dapur EAF (Electric Arc Furnace) Pada bagian ini sistem dibagi menjadi dua yaitu; sistem ekstraksi langsung dari dapur dan sistem ekstraksi dari canopy seperti terlihat pada gambar berikut;
Gambar 8 Proses di mixing chamber
Pada chamber tiap – tiap motor ID Fan terdapat sensor tekanan dimana perbedaan tekanan ini digunakan untuk mengatur berapa persen starting dumper akan membuka. Starting dumper inilah yang mengatur konsumsi energi listrik yang dipakai oleh motor ID Fan. Semakin lebar bukaannya maka akan menyebabkan debu yang tersedot banyak sehingga untuk menjaga putarannya tetap maka motor akan menggunakan arus yang besar pula. 3. Operasi di Filter House Dan dust transport Untuk lebih jelasnya pengoperasian dust transport system dapat diterangkan menggunakan gambar berikut ini;
Gambar 7. Operasi di dapur
Suhu debu didapur bisa mencapai lebih dari 10000C sehingga perlu didinginkan terlebih dahulu sebelum sampai filter penyaring. Kecepatan aliran debu tergantung pada bukaan dec dumper. Dec dumper ini berupa limit switch yang menggunakan sensor suhu. Seperti terlihat pada gambar sistem ekstraksi langsung melalui cerobong pipa panas dan ekstraksi canopy berbentuk seperti topi di atas dapur. Debu dari eksttraksi langsung akan didinginkan lagi di FDC (Force Draught Cooler) agar debu panas ini
Gambar 9 Proses di filter House
Pada bagian ini debu akan disaring menggunakan filter, dimana jumlah filter yang
digunakan kurang lebih 500 buah. Untuk sistem pengontrolannya digunakan sensor tekanan. Ketika tekanan dalam filter house mengenai batas dari limit switch maka akan memberikan sinyal ke PLC untuk mengakifkan pneumatic sistem sehingga debu yang terkumpul akan langsung dikeluarkan ditiap tiap bagian filter. Debu tersebut akan dibuang ke dust silo menggunakan konveyor. Untuk membuka valve dari tiap – tiap filter digunakan motor auma. Motor ini juga dikendalikan oleh PLC.
Sebagai sumber penghisap debu di gunakan sebuah motor induksi 3 fasa jenis Sangkar tupai. Spesifikasi motor yang digunakan dapat dilihat pada tabel berikut; Tabel 1 Spesifikasi Motor ID Fan Billet Steel Plant Deskripsi Motor ID Motor ID Motor ID Fan 1 dan 2 Fan 3 Fan 4 Merk
ABB
Type
AMA 450L4A BAH
Protection (IP) Mounting Designation Method of cooling Insulation
Gambar 10 Dust transport dari mixing chamber langsung ke dust silo
Dalam dedusting system di Billet Steel Plant, debu yang telah tersaring oleh filter akan dibuang ke dust silo. Didalam dust silo debu yang terkumpul bisa berasal dari fiter house atau langsung dari mixing chamber.
Di dalam dust silo, untuk mengeluarkan debu juga digunakan sistem tekanan udara. Dimana sistem ini diatur juga oleh PLC. Untuk membuka valvenya juga menggunakan motor auma. Motor ini dapat diputar bolak balik, dan pengaturannya dikontrol oleh PLC Gas buangan dari EAF setelah disaring oleh filter ada juga yang tersedot keluar, namun gas ini diharapkan sudah tidak mengandung unsur – unsur yang berbahaya bagi lingkungan. 3. Motor ID Fan
ELIN
1 RQ 1632HKL4HN 60-Z 150D04F8C03M
IP 55
IP 54
IP 54
IM 1001
IM 1001
IM 1001
IC 611
IC 611
Class F
IC A 01 A61 Class F
Class F
1600 kW
1950 kW
1600 kW
6000±5% V
6000±5% V
185 A
6000±10% V 216 A
50 Hz
50 Hz
50 Hz
Speed
1488 rpm
1491 rpm
1487 rpm
Cos ψ
0,87
0,90
0,88
Efficiency
96,3 %
96,1 %
Starting Curent Starting Torque Conection
5,5
5,2
0,7
0,75
Nominal Output Nominal Voltage Nominal curent Frequency
Year of Manufacturing
Gambar 11 Dust transport dari filter house ke dust silo
SIEMENS
182 A
Star
Star
Star
2005
1990
1996
Penamaan motor induksi berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar yang dihasilkan oleh stator. Motor induksi tiga fasa banyak digunakan dalam dunia industri, hal ini dikarenakan motor induksi memiliki kelebihan antara lain motor ini sederhana, murah dan mudah pemeliharaannya. 3.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa [13] Motor induksi tiga fasa memiliki dua komponen dasar yaitu stator dan rotor, bagian rotor dipisahkan dengan bagian stator oleh celah udara yang sempit (air gap) dengan jarak antara 0,4 mm sampai 4 mm. Tipe dari motor induksi tiga fasa berdasarkan lilitan pada rotor dibagi menjadi dua macam yaitu rotor belitan (wound
rotor) adalah tipe motor induksi yang memiliki rotor terbuat dari lilitan yang sama dengan lilitan statornya dan rotor sangkar tupai (Squirrel-cage rotor) yaitu tipe motor induksi dimana konstruksi rotor tersusun oleh beberapa batangan logam yang dimasukkan melewati slot-slot yang ada pada rotor motor induksi, kemudian setiap bagian disatukan oleh cincin sehingga membuat batangan logam terhubung singkat dengan batangan logam yang lain. 3.2 Stator Motor Induksi Tiga Fasa Inti stator motor induksi tiga fasa terbuat dari lapisan pelat baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau pelat baja yang dipabrikasi. Belitan motor diletakkan dalam alur stator yang terpisah 120 derajat listrik. Belitan fasa tersambung secara segitiga (∆) atau bintang (Y). Dalam motor induksi, belitan jangkar (armature winding) dibentuk dengan menghubungkan konduktorkonduktor dalam suatu alur (slot) yang tersebar dalam sekeliling stator dari motor. 3.3 Rotor Motor Induksi Tiga Fasa Rotor dari motor induksi tiga fasa dibedakan menjadi 2 tipe yaitu : rotor sangkar tupai dan rotor belitan. 1. Rotor sangkar tupai Inti dari rotor motor induksi tipe sangkar tupai terdiri dari lapisan-lapisan konduktor yang dipasangkan sejajar dengan poros dan mengelilingi permukaan inti. Konduktor tidak terisolasi dari inti, karena arus rotor secara alamiah akan mengalir melalui tahanan yang paling kecil, yaitu konduktor rotor. Pada setiap ujung rotor, semua konduktor rotor terhubung singkat dengan cincin ujung. Konduktor rotor dan cincin ujung serupa dengan sangkar tupai yang berputar sehingga dinamakan motor induksi sangkar tupai. Batang rotor dan cincin ujung motor sangkar tupai yang berdaya kecil merupakan corcoran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Dalam motor yang berdaya lebih besar, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan ke dalam alur rotor dan kemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung. Batang rotor motor sangkar tupai tidak selalu ditempatkan sejajar terhadap poros motor tetapi kerap kali dimiringkan, supaya menghasilkan torsi yang lebih seragam. Pada gambar 5.1 dapat dilihat bentuk dari motor induksi rotor sangkar tupai.
Gambar 12 Motor tipe rotor sangkar tupai
2.
Rotor belitan. Motor induksi rotor belitan atau motor induksi dengan cincin-slip berbeda dengan motor induksi sangkar tupai dalam hal konstruksi rotor. Motor induksi rotor belitan adalah tipe motor yang memiliki rotor terbuat dari lilitan. Lilitan rotor tersebar secara seragam pada slot-slot dan secara umum dihubungkan secara wye, ketiga terminal tersebut dihubungkan dengan slipring kemudian terhubung dengan sikat yang diam (stationary brushes), karena hal ini maka motor bisa diberi resistor dari luar sehingga kecepatan motor dapat diatur dengan mengubah resistor luarnya. Untuk menjalankan motor induksi tipe rotor belitan secara normal maka stationary brushes dihubung singkat. Motor induksi rotor lilitan dibandingkan dengan motor induksi sangkar tupai kurang banyak digunakan karena harga yang mahal dan biaya pemeliharaan lebih besar. Pada gambar 5.2 dapat dilihat gambar motor rotor belitan.
Gambar 13 Motor tipe rotor belitan
3.4 Prinsip kerja Motor Induksi Tiga Fasa[13] Prinsip kerja motor induksi tiga fasa didasarkan pada hukum Faraday (tegangan induksi akan ditimbulkan oleh perubahan induksi magnetik pada suatu lilitan) dan hukum Lorentz. (perubahan magnetik akan menimbulkan gaya). Apabila suatu konduktor yang memiliki satuan panjang dan dihubung singkat kemudian diberikan medan magnet, akan membuat konduktor timbul arus yang dapat dilihat pada gambar 5.3 Motor induksi bekerja bergantung pada medan magnetik putar yang ditimbulkan dalam celah udara motor akibat arus stator. Lilitan stator tiga fasa dililitkan dengan lilitan fasa berjarak 120 derajat listrik, jika lilitan diberi energi dari catu tiga fasa maka akan timbul fluksi
pada masing-masing fasa. Ketiga fluksi tersebut bergabung membentuk fluksi yang bergerak mengelilingi permukaan stator pada kecepatan konstan, yang disebut medan magnetik berputar. Medan putar yang terjadi akan menyebabkan rotor berputar dengan arah yang sama dengan fluks putar. Prinsip dasar dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Tegangan induksi akan timbul pada setiap konduktor diakibatkan oleh medan magnet yang memotong konduktor (Hukum Faraday). 2. Karena konduktor dihubungkan menjadi satu, membuat tegangan induksi menghasilkan arus yang mengalir dari konduktor ke konduktor lain. 3. Karena terjadi arus diantara medan magnet maka akan timbullah gaya (Hukum Lorentz). 4. Gaya akan selalu menarik konduktor untuk bergerak sepanjang medan magnetik.
Gambar 14 Hukum Faraday dan Lorenz yang bekerja pada sebuah lempengan
Gambar 15 Prinsip kerja motor
Pada gambar 5.4 dapat dilihat bagaimana rotor berpindah dari satu kutub ke kutub lain karena terjadi beda medan magnet yang dialami setiap kutub. Perbandingan kecepatan tergantung pada waktu yang dibutuhkan untuk berpindah dari satu kutup ke kutub lain. Waktu yang dibutuhkan tergantung pada frekuensi dari sumber tegangan. Bila sumber tegangan memiliki frekuensi sebesar 50 Hz maka setiap putaran dari kutub ke kutub membutuhkan waktu 1/50 detik, sehingga akan menimbulkan perpindahan kutub ke kutub sebesar 3000 perpindahan permenit. Jika frekuensi dikurangi sebanyak 5 Hz maka rotor akan berpindah sebanyak 2700 langkah dari kutub ke kutub dalam satu menit. Bila jumlah pasangan kutub ada satu (2 kutub) maka rotor akan berputar 3000 putaran permenit dengan frekuensi sumber tegangan sebesar 50 Hz, tetapi
bila jumlah kutub pada motor induksi diperbanyak dua kali (4 kutub) akan menyebabkan perputaran motor akan menurun, dikarenakan setiap langkah dari kutub ke kutub pada frekuensi 50 Hz waktu yang dibutuhkan 1/50 detik karena terdapat 4 kutub maka waktu yang dibutuhkan dalam satu putaran akan membutuhkan waktu 1/25 detik, sehingga perputaran motor akan berkurang menjadi 1500 putaran per menit. Kecepatan motor induksi tiga fasa sangat dipengaruhi oleh jumlah kutub pada stator dan frekuensi sumber tegangan yang dirumuskan sebagai berikut
ns
120. f .................................. (5.1) p
dimana : ns = kecepatan sinkron (rpm) f = frekuensi (Hz) P = Jumlah kutub Kecepatan putar dari medan magnetik berputar disebut kecepatan sinkron dari motor. Untuk catu daya dengan frekuensi yang konstan, kecepatan sinkron setiap motor adalah konstan. Dalam motor induksi yang tidak ada hubungan listrik ke rotor, arus rotor merupakan arus induksi. Konduktor rotor mengalirkan arus dalam medan magnetik sehingga terjadi gaya pada rotor. Jika lilitan stator diberi energi dari sumber listrik tiga fasa, dibangkitkan medan magnetik yang berputar pada kecepatan sinkron. Ketika medan melewati konduktor rotor, dalam konduktor diinduksikan ggl, sama seperti ggl yang diinduksikan dalam lilitan sekunder transformator oleh fluksi arus primer. Motor induksi tidak dapat berputar pada kecepatan sinkron. Apabila mungkin dengan suatu cara agar rotor dapat mencapai kecepatan sinkron, maka rotor akan tetap diam secara relatif terhadap fluksi yang berputar. Maka tidak akan ada ggl yang diinduksikan dalam rotor, tidak ada arus rotor yang mengalir, sehingga tidak akan dihasilkan kopel. Selisih antara kecepatan rotor dan kecepatan sinkron disebut slip. Slip dapat dinyatakan dalam putaran permenit, tetapi lebih umum dinyatakan sebagai persen dari kecepatan sinkron. Slip dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.
s dimana : s
ns
ns n ..................................... (5.2) ns = Slip = Kecepatan (putaran/menit)
Sinkron
n
=
Kecepatan rotor (putaran/menit)
Setiap terjadi pertambahan beban akan memperbesar kopel motor yang akan memperbesar pula arus induksi pada rotor sehingga slip akan bertambah besar. Maka putaran rotor cenderung menurun apabila beban rotor bertambah. Dari persamaan (5.1) dapat dituliskan lagi menjadi :
f
p.ns ..................................(5.3) 120
apabila fr menyatakan frekuensi rotor maka dari persamaan (5.3) dapat dituliskan hubungan yang berlaku untuk rotor sebagai :
fr
Tst , Ist = torsi dengan arus pengasutan Tf, If = torsi dengan arus beban penuh Sf = slip beban penuh Misalkan arus pengasutan adalah 7 kali arus normal, dan slip saat beban penuh adalah sebesar 0,04 maka dari persamaan (5.6) diperoleh : 2
Tst 7.If 0.04 = 1,96 Tf If dari perhitungan diatas dapat diketahui bahwa dengan arus pengasutan dengan nilai sebesar 7 kali arus beban penuh motor hanya menghasilkan torsi pengasutan sebesar 1,96 kali torsi saat beban penuh. K1
p . (n s nr ) 120
R
p . n s n s nr x 120 ns
S
atau
fr
Sehingga frekuensi rotor dapat dinyatakan sebagai : f r f .s .................................... (5.4)
s
fr ....................................... (5.5) f
Dari persamaan (5.5) dapat diketahui bahwa pada saat motor diam (slip = 1) frekuensi pada stator dan rotor adalah sama. Kemudian dalam keadaan rotor berputar, frekuensi rotor dipengaruhi oleh persentase nilai slip. 3.5 Pengasutan Motor Induksi Tiga Fasa [1] [2] [10 [13] [14]
Motor induksi saat dihubungkan dengan tegangan sumber secara langsung akan menarik arus 500% sampai 800% dari arus beban penuh dan hanya menghasilkan torsi 0,5 sampai 1,5 kali torsi beban penuh. Arus mula yang besar dapat mengakibatkan pengurangan (drop) tegangan pada saluran sehingga akan mengganggu peralatan lain yang dihubungkan pada saluran yang sama. 3.6 Pengasutan Motor Induksi Metode Direct on Line (DOL) Apabila motor induksi dihidupkan dengan menghubungkan tegangan normal dari jala-jala secara langsung, arus pengasutan sama dengan arus hubung singkat. Maka : 2
Tst Ist S f .....................(5.6) Tf If dimana :
K1
M 3~
K1 T Gambar 16 Pengasutan metode DOL atau DTL
3.7 Pengereman pada Motor listrik[5] [8] [10] [14] Pada penggunaan motor induksi sering dibutuhkan proses menghentikan putaran motor dengan cepat, terutama aplikasi untuk konveyor. Untuk menghentikan putaran rotor, torsi pengereman diperlukan, yang dapat dihasilkan secara mekanik maupun secara kelistrikan. Dalam pengereman mekanik torsi pengereman dihasilkan oleh peralatan pengereman yang berupa sepatu rem dan drum yang terpasang pada poros rotor, sedangkan pengereman secara listrik, torsi pengereman dihasilkan berdasarkan nilai arus injeksi yang diberikan pada belitan stator. Berikut ini merupakan perbandingan antara pengereman mekanik dengan pengereman secara listrik. Pengereman secara mekanik membutuhkan jadwal pemeliharaan teratur karena terdapat rugi–rugi mekanis seperti gesekan sedangkan pengereman secara listrik tidak membutuhkan perawatan secara teratur karena tidak adanya gesekan mekanik saat terjadi pengereman. Pada pengereman mekanik energi putar dari rotor dikurangi dengan cara menekan poros rotor menggunakan sepatu rem, sehingga timbul gesekan yang menimbulkan panas dan menghasilkan debu akibat gesekan serta tergantung pada kondisi, proses pengereman mekanik tidak bisa dilakukan secara halus
(terjadi hentakan). Pada pengereman secara listrik energi putaran rotor dihilangkan diubah menjadi energi listrik yang kemudian dikembalikan ke suplai daya, atau dengan memberikan suatu medan magnet stasioner pada stator sehingga putaran rotor akan berkurang dengan sendirinya, pengereman secara listrik lebih halus dan tidak ada hentakan yang terjadi. Pengereman mekanik dapat dilakukan pada sistem dengan segala posisi dan memiliki torsi untuk menahan beban dalam keadaan sudah berhenti. Pengereman secara listrik tidak dapat menghasilkan torsi untuk menahan beban dalam keadaan sudah berhenti dan membutuhkan sumber energi listrik untuk mengoperasikannya. 3.8 Metode Pengereman pada Motor Induksi Terdapat beberapa metode pengereman motor induksi secara listrik, yang dapat dilakukan dengan beberapa macam cara yaitu : 1. Plugging Pengereman ini dilakukan dengan cara membalik fasa pada hubungan stator motor sehingga juga akan membalikkan arah medan magnetik rotasi. Karena rotor dan medan berputar pada arah yang berlawanan, maka nilai slip menjadi lebih besar dari satu, torsi elektromagnetik dikembangkan berlawanan arah dengan torsi saat motor beroperasi untuk membuat motor dapat berhenti. Arus selama pengereman ini akan lebih besar dari arus waktu pengasutan. Pengereman ini tidak dianjurkan karena motor akan lebih cepat rusak, akibat dari arus yang ditimbulkan lebih besar daripada arus pengasutan motor pada saat pengereman. 2. Pengereman dinamik Pengereman dilaksanakan dengan cara menginjeksikan arus dan tegangan DC pada belitan stator motor induksi setelah dilepaskan dari sumber tegangan suplai AC. Arus DC yang diinjeksikan pada kumparan stator akan mengembangkan medan stasioner untuk menurunkan tegangan pada rotor dan menghasilkan medan magnet. Medan magnet akan berputar dengan kecepatan yang sama dengan rotor tetapi dengan arah yang berlawanan untuk menjadikan stasioner terhadap stator. Interaksi medan resultan dan gerak gaya magnet rotor akan mengembangkan torsi yang berlawanan dengan torsi motor sehingga pengereman terjadi. 3.9 Pengereman Dinamik Pengereman dinamik digunakan untuk menghentikan putaran rotor motor induksi.
Tegangan pada stator diubah dari sumber tegangan AC menjadi tegangan DC dalam waktu yang sangat singkat. Torsi yang dihasilkan dari pengereman tergantung pada besar arus DC yang diinjeksikan pada belitan stator. Pada gambar 5.6 menunjukkan bentuk rangkaian pengereman dengan injeksi arus searah pada motor induksi tiga fasa.
K1
K2
Trafo Step Down Penyearah M 3~ Gambar 17
Stator Motor Pengereman dinamis dengan injeksi arus searah
. Arus searah yang diinjeksikan pada kumparan stator akan mengembangkan medan stasioner untuk menurunkan tegangan pada rotor. Oleh karena kumparan rotor terhubung singkat, arus yang mengalir menghasilkan medan magnet. Medan magnet akan berputar dengan kecepatan yang sama dengan rotor tetapi dengan arah yang berlawanan untuk menjadikan stasioner terhadap stator. Interaksi medan resultan dan gerak gaya magnet rotor akan mengembangkan torsi yang berlawanan dengan torsi motor sehingga pengereman terjadi. Torsi pengereman yang dihasilkan tergantung pada besarnya arus injeksi DC pada belitan stator, karena torsi pengereman (Тb) sebanding dengan arus injeksi. Sedangkan nilai tahanan (R) berpengaruh pada nilai kecepatan torsi pengereman terjadi. Semakin kecil nilai tahanan (R), semakin cepat torsi pengereman terjadi. Kurva karakteristik kecepatan–torsi selama pengereman dinamik dapat dilihat pada gambar 5.7 berikut.
5
Gambar 18
6
Kurva kecepatan–torsi selama pengereman dinamis DC.
Dengan metode pengereman dinamik, motor induksi AC lebih sering digunakan daripada motor DC khususnya pada aplikasi untuk konveyor. IDC
IDC
Idc
3Iac
6 Konfigurasi F
Idc
3Iac
..................................................... (5.16)
Idc
1/3 STATOR 1/3
(b)
(a)
1/2 STATOR
IDC
STATOR STATOR
1/2 (d)
(e)
Torsi Pada Saat Pengereman (τ)
br (1)
Pada perancangan rangkaian pengereman dinamik untuk keenam konfigurasi rumus arus injeksi Idc ditabulasikan pada tabel 5.1 Rumus arus injeksi DC pada keenam konfigurasi hubungan belitan stator untuk pengereman dinamis
No
N Uraian
Nilai Tegangan DC (V) Nilai Tahanan Armatur (Ω) Nilai Tahanan Luar (Ω) Arus Injeksi (A)
(f)
Gambar 19. Konfigurasi hubungan belitan stator untuk pengereman dinamis.
Tabel 2
E ………….….. (5.17) ( Ram Rb )
dengan : E = Ram = Rb = Idc =
(c)
IDC
IDC
2 2
E Idc( Ram Rb)
STATOR
STATOR
2 2
Untuk mendapatkan arus injeksi DC dilakukan perhitungan sebagai berikut.
IDC 2/3
5 Konfigurasi E
Pdc
Vdc.Idc ........... (5.18) n 2 60
dengan : n =
Putaran Rotor (RPM)
Energi Yang Dihasilkan Pada Saat Pengereman (E)
Rumus
E Vdc.Idc.t ............................ (5.19)
1
2
3
4
1 Konfigurasi A
1 Konfigurasi B
3 Konfigurasi C
4 Konfigurasi D
Idc
3 Iac 2
Idc 2Iac
Idc
Idc
3 2 2 3
dengan : E
=
Energi Yang Dihasilkan (Watt.Detik) / (Joule).
t
=
Lama Waktu Pengereman (Detik)
Panas yang dihasilkan saat pengereman Idc .( Rb 2.Rarm).t (Joule) ................... (5.20) 2
Iac III. 2.1
Iac
ISI Wiring Motor Id Fan Sumber tiga fasa di dapat langsung dari Substation. Sedangkan Metode pengasutannya mengguakan metode DOL (Direct on Line) wiring diagramnya dapat dilihat pada gambar berikut;
berupa kondisi suhu di bearing.Sensor suhu yang ada dibearing dihubungkan ke Pt 100 di substation, namun untuk pengontrolannya dilakukan di PLC room. Kondisi untuk mentripkan motor digambar dapat ditunjukkan state –K41, -K42, dan –K44
Gambar 20 pengkabelan motor Id Fan
Pengoperasian motor ID Fan Untuk jalan mula dapat dijalankan menggunakan PLC, dengan adanya HMI (Human Machine interface) di Ruang PLC memungkinkan petugas untuk menggerakkan motor secara tidak langsung. HMI yang digunakana di Billet Steel Plant ada dua , diantaranya VAI ( HMI asli untuk PLC S5 ) dan yang kedua adalah yang berbasis Intouch. Kontaktor yang tersambung ke relay output PLC di simbolkan dengan 11 dan 12. untuk proteksi motor terhadap temperatur di winding dan bearing digunakan limit switch yang terhubung dengan sensor suhu. Sensor suhu yang digunakan adalah Pt100. –Y9, -Y1, -Y7 adalah valef yang digunakan untuk menggerakkan Motor DC di CB. Mekanisme pengerakkan motor DC di CB ini menggunakan mekanisme hidrolik dan pneumatik. Untuk mengetahui lebih jelas tentang mekanisme kerja CB dapat melihat gambar berikut.
Gambar 21 Pengkabelan kontaktor di Circuit Breaker.
Dari gambar terlihat bahwa motor akan bekerja jika kondisi -Q31, -Q32, -S5,-S2 dalam kondisi close (menutup). –Q32 dan –Q31 adalah perintah yang didapat dari analog input motor yang
Gambar 22 Pengkabelan Motor untuk kondisi Trip.
Gambar diatas merupakan penjelasan dari gambar yang pertama dan kedua. Digambar ini diperlihatkan pengkabelan INT 2000 dengan Pt100. yang menggunakan 3 kabel. Dimana kabel negatif dan nol digroundkan. Pada gambar ini juga diperlihatkan pemasangannya di PLC. – K101 dan –K102 adalah kontaktor di PLC, dimana state ini ada di dalam kotak digambar. – A101 adalah state yang bekerja jika motor dalam keadaan warning Dalam keadaan bahaya, misal suhu di kedua sisi bearing motor ID Fan mencapai 120oC. Maka limit switch yang ada di substation akan bekerja menggerakkan motor DC di Circuit Breaker (CB). Setelah itu terjadi mekanisme mekanik sehingga CB dapat dimatikan ( diTripkan). Kemudian Substation memberikan sinyal kepada PLC bahwa Motor ID Fan tidak bekerja (OFF). Keadaan inilah yang dimaksud dengan kondisi Trip. Untuk pengereman motor ID Fan ini digunakan metode Plugging yaitu metode pengereman dengan cara membalik fasa. INT 2000 merupakan sensor getaran. Alat ini akan mengukur besarnya getaran yang terjadi di Impeller. Apabila getaran di impeler melebihi batas yang ditentukan maka vibrocontrol ini akan memberi sinyal limit switch (-F25) untuk membuka sehingga motor akan berhenti beroperasi. 2.2 Pengkabelan Hardware PLC untuk Id Fan Berikut adalah pengkabelan hardware PLC untuk Dedusting system di Billet Steel Plant;
Gambar 23 Pengkabelan Hardware PLC 1
–A001 ini terdapat di motor ID Fan, dalam state ini dapat dipilih pengoperasian motor secara manual atau otomatis. Selain itu state ini dapat meberikan informasi bahwa motor dalam keadaan warning Untuk pemakaian secara otomatis maka di –S011 dipindahkan ke-keadaan auto. Sedangkan state –S013 adalah kondisi Saklar colse atau motor jalan dan State –S012 adalah kondisi open atau motor sedang berhenti beroperasi. +CR10M201 adalah PLC dibagian ini terdapat jalur-jalur pengalamatan. +BB15 adalah blok di substation dibagian ini terdapat beberapa syarat yaitu; feedback atau umpan balik state ini digunakan untuk mengumpan balikkan kondisi suhu di bearing motor ke PLC. Elektrik ok adalah bagian untuk mengecek apakah ada arus yang mengalir ke motor. Sedangkan control voltage adalah bagian untuk menyuplai energi listrik untuk menggerakkan motor. =200.PC02+CR10C201 adalah programprogram yang ada di PLC, dibagian ini juga terdapat alamat program di PLCnya. Misal untuk mode otomatis terdapat pengalamatan sebagai berikut; I38.0 –A209 –X209. I28.0 adalah masukan untuk motor ID fan di PLC, sedangkan –A209 –X209 adalah pengalamtannya di PLC. Untuk mengetahui proses operasi dalam keadaan yang membahayakan motor, misal saat kondisi bearing terlalu panas dapat di ketahui menggunakan pengkabelan hardware berikut ;
Gambar 24 Pengkabelan Hardware PLC 2
+BB15 berada di Substation pada bagian ini terdapat state Current (menyatakan suplai arus ada apa tidak), C.B tripped (menyatakan suatu kondisi apakah CB bekerja atau tidak), Temp Warm (menyatakan kondisi suhu di bearing dan winding motor) , CB off (menyatakan kondisi untuk CB dalam kondisi off / tidak bekerja), Sedangkan relay untuk kondisi bahaya di simbolkan dengan +CR10A201, bagian ini berfungsi untuk menggerakkan kontaktor –K 101 dan –K102 yang merupakan kontaktor untuk menghidupkan dan menjalankan motor. 2.3 Pengoperasian Motor ID Fan Jenis Pemrograman PLC siemens S5-155 digunakan Billet Steel Plant ada 3,diantaranya mode CSF LAD dan STL. CSF adalah metode menggunakan gerbang-gerbang logika seperti AND, OR , DAN SET-RESET. LAD adalah mode lader jadi pemrogramannya menggunakan gambar dan garis. STL mode pemrograman menggunakan aliran proses. Namun pada prinsipnya ketiga jenis pemrograman itu sama. Maka untuk mempermudah penjelasan. Dalam laporan ini yang akan digunakan adalah pemrograman menggunakan jenis CSF. Untuk contoh penjelasan dalam laporan ini yang akan digunakan adalah program blok 51 simbolnya 2355.2V11.yang merupakan program blok untuk motor ID Fan 1. Namun pada dasarnya program blok untuk keempat motor adalah sama. Dalam Program blok tersebut terdapat tiga macam pengoperasian pengendalian motor ID Fan. Diantaranya; Starting interlock, Operation Interlock, dan Protection Interlock. 1. Start-up interlock Kondisi startting untuk motor ID Fan perlu diperhatikan karena arus yang dibutuhkan untuk jalan mula motor induksi 3 fasa ini bisa mencapai 5 kali arus normal, gambar berikut
adalah arus yang digunakan oleh motor induksi saat jalan mula.
Gambar 25 arus saat jalan mula motor ID Fan
Gambar 26 Pemrograman PLC untuk Operasi Start up interlocking
Untuk memahami proses start up interlocing dapat melihat gambar 26. Dapat dilihat di segment 6 bahwa kondisi masukan untuk pengaman motor saat jalan mula adalah Tekanan di Ruang filter. Hal ini penting karena akan mempengaruhi besarnya arus yang dipakai untuk memutar motor, semakin filter kotor maka tekanan debu didalamnya akan besar sehingga membutuhkan tenaga penyedot yang semakin besar pula. Di segment 6 kondisi ini dialamatkan di PLC melalui notasi, =2330.1A00-FAULT, 2330.1A00FEEDBACK, dan 2330.B001. Kondisi diatas dimasukkan dalam input di PLC id Fan Pelumasan Unit di ID Fan Motor dalam keadaan kerja membutuhkan pelumasan yang maksimum karena motor tersebut dapat bekerja kurang lebih 8 jam perhari, tergantung dari proses melting di dapur. Dalam PLC kondisi ini dialamatkan di 2355.1G10.FEEDBACK dan 2355.1G10.FA_TEMP_ON Kondisi diatas dimasukan dalam I 32.5, dan I 32,6 Dust transport group_on Merupakan statemen dalam PLC yang menyatakan terjadi perpindahan debu di dust tranport. Kondisi ini dalam bentuk flag artinya
masih dipengaruhi kondisi – kondisi yang lain. Di PLC kondisi ini diberi simbol F126.5 Temperatur debu panas di Mixing chamber Kondisi ini berpengaruh pada besarnya bukaan DEC dumper. Sehingga berpengaruh juga terhadap starting motor dalam PLC kondisi ini diberi notasi F 66.2 dan F66.3 Temperatur kedua sisi bearing motor Kondisi ini berperan ketikan motor ID Fan bekerja. Ketika bekerja motor akan menimbulkan panas karena adanya rugi-rugi dalam motor tersebut. Sehingga ketika bearing terlalu panas dapat membahayakan motor itu sendiri. Oleh karena itu digunakan sensor suhu yang dipasang di kedua sisi bearing, sensor ini dapat dilihat langsung di CB ketika Suhu Kedua bearing melebihi batas yang diijinkan maka sensor akan memberikan perintah ke PLC untuk mentripkan motor. Dalam segment 6 kondisi ini diberi notasi F 66.4 dan F 66.5 ID Fan temperatur warning Merupakan kondisi untuk meberi peringatan tentang suhu di motor. Jika kondisi bearing melebihi 120 oC maka logikanya akan nol dan berarti motor tidak bisa dioperasikan Dalam PLC kondisi ini diberi notasi F36.6 K3 Interlocking Sinyal Merupakan perintah untuk menghentikan kerja motor. Kondisi ini diberi notasi F171.2 2. Operation Interlocking
Gambar 5.27 Pemrograman PLC untuk Operasi Operation interlocking dan Protection Interlocking
Dalam program blok PLC dapat dilihat di segment 7. kondisi masukannya diantaranya ; T 55 - T 56 - C 20 F 51.2 - F 123.1 - F 1.1 Output dari segment ini adalah F 191.1, kondisi yang perlu diperhatikan dalam operasi adalah - analog input di 2355.1011 POS
Masukan ini adalah berupa suhu di bearing motor suhu wiring motor , suhu bearing impeller, dan frekuensi getaran di impeller. - Lamanya Dust transport beroperasi Masukan ini berupa Counter lamanya dust transport beroperasi, jika dust transport sudah beroperasi lebih dari 6 jam maka, masukan ini akan berlogika nol, sehingga motor akan berhenti beroperasi. Counter yang digunakan adalah C 20. 2. Protection Interlocking Dalam gambar di soft ware untuk PLC operasi ini berada di segment 8. kondisi masukannya diantaranya ; - I 49.5 - I 49.7 - F 73.1 - F 76.4 - F 76.5 - F 1.1 - C 51 Output dari segment ini adalah F 191.6 Kondisi yang perlu diperhatikan pada proses proteksi adalah Getaran di Impeller Saat kipas beroperasi makan akan timbul getaran, getaran yang semakin cepat dapat membuat rusak impeller itu sendiri, maka untuk melindungi impeller dari kerusakan digunakan vibrocontrol 1100 untuk mengetahui berapa Hz getaran yang terjadi, Jika Getaran melebihi batas yang diijinkan maka kipas akan berhenti beroperasi. Lamanya waktu untuk berhenti ini ditentukan oleh Timer T 154. Suhu Di kedua sisi bearing motor Saat motor bekerja maka akan timbul rugi – rugi yang timbul di motor itu sendiri. Rugi ini akan semakin membesar jika beban motor bertambah. Beban motor dapat dianalogikan dengan arus, jika bebannya bertambah besar maka arus motor bertambah. Dalam segment 8 kondisi ini dioperasikan oleh Flag F 76.4 dan F 76.5. IV 4.1
PENUTUP Kesimpulan Dari Kerja Praktek yang penulis lakukan di Billet Steel Plant dapat diambil kesimpulan sebagai berikut ; 1. Dedusting system adalah sistem pengolahan debu terpadu yang dihasilkan dari proses peleburan baja, agar diperoleh udara buangan yang bersih 2. Pengontrolan mekanisme dedusting system dilakukan secara otomatis menggunakan PLC siemens S5-155U. 3. Pada dedusting system menggunakan sistem proteksi untuk menjaga seluruh peralatan dedusting dan motor – motor yang digunakan, diantaranya ;
-
Circuit breaker (CB), untuk pengamanan pada blok kontaktor motor. CB untuk motor ID Fan terdapat di Substation Sensor – sensor elektronik ; - Sensor proximity yaitu sensor putaran motor - Pt100 sebagai sensor suhu - Limit Switch sensor bukaan pada pintu damper - Sensor tekanan - Vibrocontrol 1100 sebagai sensor getaran impeller - Bimetal sebagai sensor hubungan pendek pada kontaktor 4. Di Billet Steel Plant terdapat 4 motor ID Fan. Motor ini masing – masing menyerap sumber listrik sebesar 6 kV, energi listrik yang didapat berasal langsung dari substation. Jadi PLC hanya menangkap sinyal yang terjadi di Motor dari substation 5. Sistem Pengasutan motor ID Fan menggunakan Metode Direct on Line, dimana sumbernya langsung dari substation. 6. Proteksi dalam ID Fan ada dua yaitu suhu dan Getaran. Untuk mengetahui suhu di motor digunakan Pt100. Sensor suhu terdapat di bagian bearing motor dan wiring motor. Dan untuk sensor getaran yang terjadi di Impeller digunakan vibrocontrol 1100. 4.2 Saran 1. Demi tercapainya Visi dan Misi di Pabrik Billet Steel Plant maka perlu menanamkan pola pikir kerja yang efektif ke semua karyawan di Pabrik. 2. Melakukan Pelatihan kepada semua karyawan pabrik sesuai dengan bidang kerjanya di Billet Steel Plant agar bisa menanggapi perkembangan teknologi yang berkembang di luar lingkungan Pabrik 3. Melakukan penelitian tentang potensi bahan baku pembuatan baja di kawasan Indonesia agar tidak mudah terpengaruh harga bahan baku produksi di pasaran internasional. Sehingga dapat mengurangi biaya produksi 4. Melakukan Audit energi listrik yang dipakai di Billet Steel Plant agar proses produksi berjalan efisien dan maksimal 5. Melakukan penggantian metode pengasutan pada motor Id Fan, karena metode Direct on line menyebabkan drop tegangan sehingga dapat mengganggu kinerja perangkat lain.
DAFTAR PUSTAKA [1]
[2]
[3]
[4]
[5] [6] [7]
[8]
[9] [10]
[11] [12] [13]
[14]
[15]
Eugene C. Lister, Ir. Drs. Hanapi Gunawan, Mesin Dan Rangkaian Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993. Fizgerald, Kingsley, Umans, Mesin Mesin Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1997. Harten, P. Van, Instalasi Listrik Arus Kuat 3, CV. Trimitra Mandiri, Jakarta, 1978. I J Nagrath, D P kothari, Electric Machines, Tata McGraw-Hill Publishing Co. Ltd., New Delhi, 1985. Kadir A, Mesin Tak Serempak, Djambatan, Jakarta,1981. M. Chilikin, Electric Drive, MIR Publisher, Moscow, 1970. M. Rashid, Power Electronics Circuit, Device, and Aplication 2nd, Prentice-Hall International Inc, 1988. M. V. Deshpande, Electric Motors: Applications And Control, A. H. Wheeler & Co.Ltd, India, 1990. Peraturan Umum Instalasi Listrik 2000. P. C. Sen, Principles Of Electric Machines And Power Electronics, Second Edition, John Wiley & Sons, USA, 1997. Sumanto, MA, Motor Listrik Arus BolakBalik, Endi Offset, Yogyakarta,1993. Team, Instalasi Listrik, TEDC, Bandung. Theodore Wildi, Electrical Machines, Drives and Power Systems 3rd,Prentice Hall Inc, New Jersey, 1997. Vedam Subrahmanyam, Electric Drives, Concepts and Applications, Tata McGraw-Hill, New Delhi, 1994. Zuhal, Dasar Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya, Gramedia, Jakarta, 1995.
BIODATA PENULIS Mahmud Fauzi Isworo (L2F005554) lahir di Bantul, 21 Maret 1988. Telah menempuh pendidikan di SDN 2 Pagersari Patean, SLTPN 1 Sukorejo, dan SMUN 1 Sukorejo. Dan Sekarang masih aktif berjuang bertahan kuliah di Jurusan Teknik Elektro Undip, Konsentrasi Teknik Energi Listrik.
Semarang, Agustus 2008
Mengetahui Dosen Pembimbing
Ir.Bambang Winardi NIP 132 046 701
