MOTOR-MOTOR LISTRIK DIBAWAH 150 KW DAN DIATAS 150 KW Sesuai dengan aturan buku kontrak, motor listrik dibawah 150 KW adalah motor tiga phasa, dengan rating 400 V, 50 HZ dan powernya disuplai dari LV Switchgear. Motor listrik dengan kapasitas 150 KW keatas adalah motor Medium Voltage dan powernya disupplai dari MV switchgear. Penentuan motor-motor tegangan menengah dan tegangan rendah sangat berkaitan dengan arus start pada motor. Pengendalian arus start pada motor sangat penting, karena arus start yang tinggi akan menimbulkan drop tegangan yang tinggi juga dan akan mempengaruhi kestabilan tegangan dari power supply dan beban-beban didekatnya. Untuk menjalankan motor listrik pada saat start dibutuhkan daya yang lebih besar dari daya operasi normalnya. Hal ini berbanding lurus dengan besarnya arus pada saat start, walaupun terjadi dalam waktu yang singkat, tapi untuk motor-motor besar hal ini bisa mengganggu jaringan power supplai dan motor itu sendiri. Untuk mengatasi dampak ini dapat dilakukan dengan pemilihan system tegangan yang tepat, memperbesar ukuran kabel dan pemilihan sisitem start yang tepat. Metode start yang umum pada motor-motor listrik terdiri dari dua bagian yakni : 1. Starting dengan tegangan penuh dari jaringan, starting ini menggunakan tegangan penuh dari power supply yang langsung dihubungkan dengan terminal motor. Metode starting ini sering disebut “ DOL Starting ” Direct On Line Starting. 2. Starting dengan penurunan tegangan. Berdasarkan buku kontrak “ AC motor shall be suitable for 3 phase 50 HZ supply and unless otherwise specified or approved, shall be squirrel- cage induction type suitable for direct on line starting.” Dari
keterangan ini , motor induksi yang terpasang dapat beroperasi start normal dengan sisitem DOL. Namun system DOL ini memiliki kelemahan dimana arus start nya antara ( 5-7) X arus beban penuh motor. System dol cocok diterapkan pada motor-motor kecil antara 7.5 KW hingga 22 KW, jika ingin diterapkan pada motor-motor yang lebih besar maka perlu dipastikan bahwa arus setartnya tidak menggangu kestabilan jaringan power supplai , karna arus startnya yg begitu tinggi
Gambar start langsung pada motor ( DOL start) Motor-motor besar sangat diharapkan terpasang pada busbar tegangan menengah, karena arus beban penuhnya akan lebih kecil jika dibandingkan dengan motor besar yang dipasang pada busbar tegangan rendah ,yang mana arus beban penuhnya jauh lebih besar. Karena semakin kecil arus beban penuh berarti semakin kecil juga arus startnya. Berdasarkan buku kontrak “ starting current for motor rated above 40 KW shall not exceed the value given in IEC 34-12 ( starting performance of single speed three phase cage induction motor ”. Pada IEC 34-12 ini tidak ada diatur masalah pembagian motor-
motor menengah dan motor-motor rendah dan juga tidak ada diatur masalah arus start pada motor, yang diatur adalah system design dari motor yang dikaitkan dengan kondisi torque start pada motor dan locked rotor apparent power ( daya yang timbul pada awal start). Torque start pada motor dapat dibagi menjadi : • Rated torque (Tn) : torsi yang bekerja dalam kondisi beban normal • Locked rotor torque ( T1 ) : torsi yang timbul pertama kali, sewaktu motor distart • Breakdown torque ( Tb) : torsi terbesar yang muncul pada saat start motor, sebelum mencapai torsi normal • Pull up torque ( Tu) : torsi terendah yang muncul, antara periode rated torque ke breakdown torque. Dari kondisi torque start ini lah ditentukan design dari motor yaitu: • Design N (DOL start),normal start torque, dengan 2,4,6,8 kutub , kelas motor 0,4 KW ke 1600 KW • Design NY : sama dengan kelas N namun dengan system star/ delta start • Design H ( DOL start): start torque yang tinggi, dengan 4,6,8 kutub, kelas motor 0,4 KW ke 1600 KW tetapi pada frkuensi 60 HZ • Design HY: sama dengan design H, namun dengan star/delta start System start dengan start/ delta adalah salah satu jenis dari sistm start dengan reduced voltage Pada awal start motor juga menghasilkan torque yang tinggi bisa mencapai (1.5- 4 ) X torque normal. Besar dari torque motor ini tergantung dari kapasitas dari motor. Untuk motor-motor dibawah 30 KW , antara (2.5-3) X torque normal. Untuk motor-motor diatas 250
KW antara (2-2.5)X torque normal. Kecendrungan motor-motor besar memiliki start torque yang kecil, bahkan terkadang bisa dibawah torque normal. Untuk Indonesia dengan frekuensi 50 HZ design yang digunakan yakni design N dan NY. Pada IEC 34-12 ini dibatasi system start dengan DOL dan Star/Delta dan tidak ada keterangan tentang system reducing voltage start yang lain, seperti soft starting : auto transformer start: start dengan resistor.Pada IEC ini rating motor antara 0.4 KW hingga 1600 KW dan tidak ada acuan menentukan 150 KW sebagai motor Low Voltage atau motor medium voltage. Dan tidak ada acuan tentang design motor-motor diatas 1600 KW.
Berdasarkan table 2 dari IEC 60034-12 Maximum Value of locked Rotor Apparent power for design N dan H Range of rated output KW
S1/Pn
6.3
12
25 < Pn ≤ 63
11
63< Pn ≤ 630
10
630 < Pn ≤ 1600
9
• S1 : Locked Rotor Current ( daya yang muncul pertama kali sewakru start) • Pn : daya normal motor Dari table diatas menggambarkan harga maksimun antara perbandingan daya sewaktu start dengan daya normal dalam satuan KW.Dari table ini terlihat tidak ada ketegasan membedakan rating motor MV dengan LV.
Bardasarkan standar NEMA locked Rotor Current – NEMA MG 1 horsepower
50 HZ- 380 Volt
Design letter
Locked rotor
(Kva/hp)
Current ampere
100
965
B,C,D,E
125
1207
B,C,D,E
150
1441
B,C,D,E
200
1927
B,C,E
* Locked Rotor Current adalah arus yang muncul pertama kali saat motor di start. Dari data table diatas menunjukkan, semakin besar kapasitas motor, maka semakin besar arus Locked Rotor nya. Untuk melakukan pendekatan tentang motor MV dan LV dilakukan dengan perhitungan Sebagai contoh kalkulasi Horsepower konversi ke KW yakni : KW = 0.746 X HP 200 HP setara dengan 149.2 KW Formula Locked Rotor Current ampere =
(kva / hp) xhpx1000 1.73xV
maka untuk 200 HP secara calculationnya design letter (kva/hp) diambil harga 4.5
4.5 x 200 x1000 = 1300.578 Ampere, jauh dibawah harga standarnya 1927 1.73x 400
Ampere. Jadi harga Locked Rotor Current diatas adalah harga maksimal yang diijinkan. Arus normalnya =
hpx746 Ampere, jika efesiensinya 95% dan 1.73 XVXpfXefesiensi
cos q 0.85 maka arus normalnya =
200 x746 Ampere yaitu 1.73 X 400 X 0.85 X 0.95
=267 Ampere. Pada motor listrik dengan start DOL , arus start maksimun terjadi pada locked rotor current, yang mana arusnya bisa mencapai 7 kali arus normal. Pada system reduced voltage, arus locked rotor current antara (2-4) kali arus normal. Dari kasus diatas arus normal 267 Ampere, jika dengan system DOL, maka arus startnya 7 X 267 = 1869 A ( hasil ini terbukti dengan data table, nilainya masih dibawah 1927 A). Jika dengan system reduced voltage 4 X 267 = 1068 A ( Arus locked rotor currentnya lebih rendah dengan system start DOL) Jika motor 260 HP ( 193.96 MW),dengan power factor 0.85 dan efesiensinya 95% digantungkan pada busbar 400 V, maka arus normalnya =
260 X 746 Ampere 1.73 X 400 X 0.85 X 0.95
=347.1 Ampere Jika motor ini distart dengan system DOL maka arus startnya , = 341.1 X 7 Ampere = 2429.74 Ampere. Jika distart dengan system reduced voltage , arus locked startnya 341.1 X 4 Ampere = 1364.4 Ampere Melihat perhitungan sederhana ini dimana motor 260 HP ( katagori motor MV) dimana arus locked rotornya 1364.4 Ampere dibawah
1927 Ampere( batas tertinggi Locked current rotor 200 HP), maka dapat dinyatakan motor 260 HP memenuhi sarat untuk dihubungkan dengan sumber tegangan 400 V melalui start reduced voltage * mengacu kependekatan kalkulasi ini , menunjukkan bahwa motor MV 260 HP dapat digantungkan pada tegangan rendah dengan cara reduced voltage start. Jika motor 260 HP digantungkan pada busbar 6.3 KV, dengan power factor yang sama dan efesiensi yang sama. Arus normalnya =
260 X 746 =22.03 Ampere 1.73 X 6300 X 0.85 X 0.95
Jika distart dengan system DOL maka arus Locked Rotor nya =22.03 X 7 Ampere =154.26 Ampere. Jika distart dengan system reduced voltage maka locked Rotor Current nya = 22.03 X 4 Ampere =88.15 Ampere Dari perhitungan diatas menunjukkan bahwa motor 260 HP , masih dapat digantungkan pada busbar 400 V, namun arus normal yang besar menyebabkan arus start yang besar, membutuhkan penampang penghantar yang besar dan dengan arus yang besar menyebabkan rugu-rugi pada penghantar lebih besar . Ketika motor-motor besar ini digantungkan pada system 6.3 KV, arus normal yang mengalir lebih kecil,sehingga arus start juga lebih kecil,penampang kabel yang lebih kecil dan rugi-rugi penghantar juga lebih kecil
Berdasarkan NEMA standart NEMA MG 10 “ Energy Management Guide For Selection and Use of Fixed Frequency Medium AC Squirrel-Cage Polyphase Induction Motor” mengklasifikasikan tegangan menengah sebagai berikut.
Rating motor dalam HP
Putaran dalam RPM
125
451-514
150
515-60
200
601-720
250
721-900
350
901-1200
500
1201-3600
*125 HP setara dengan 93.25 KW *500 HP setara dengan 373 KW Dari keterangan table ini NEMA menjelaskan MV motor mulai dari rating 93.25 KW sampai 373 KW. Namun dari table ini tidak dijelaskan Motor-motor tegangan menengah disuplai dari tegangan menengah atau tegangan rendah
Berdasarkan Tabel kelas motor dari scheider electric- electrical Instalation guide 2008 Kapasitas motor (KW) Arus pada 400 Arus pada 6.9 KV V(Ampere) (Ampere) 150
-
-
160
280
162
185
-
-
200
350
203
220
-
-
250
430
250
315
540
313
335
610
354
400
690
400
500
1478
493
560
1652
551
630
1844
615
710
2070
690
800
2340
780
900
2640
880
1000
2910
970
Dari table ini scheider electric, membuka ruang untuk motor-motor kelas menengah 160 KW, 200 KW dan 250 KW hingga 1000 KW digantungkan pada jaringan 400V
Berdasarkan Tabel standart 50 HZ nameplate Motor polyphase dari buku GE Industrial System AC Motor Selection and Application Guide Sistem Tegangan Motor listrik dibawah 125 HP( 93.25 KW),dalam satuan Volt
Sistem Tegangan Motor Listrik diatas 125 HP(93.25 KW), dalam satuan Volt
200
-
220
-
380
380
415
415
440
440
550
550
3000
3000
Dari table diatas dibuka peluang motor-motor listrik diatas 93.25 KW digantungkan pada tegangan rendah 380 V. Berdasarkan table dari buku “ The Motor Guide”, ABB Motor ABB Motor is Avalaible in these Voltage range Motor size ( KW) Voltage (Volt) (50 HZ) 63-100
220-2440 (deltha) 380-480 (Why)
112-132
220 ( deltha) 380-480 (why)
160-400
220-240(deltha) 380-480(why)
* ABB membuka ruang untuk motor-motor kelas 160 KW sampai 400 KW dihubungkan ke tegangan rendah. Berdasarkan MILITARY HANDBOOK, Steam Power Plant-Fossil Fueled (UFC-3 540-02N 16 January 2004) “ Voltages for station service power supply within steam electric ,generating stations are related to motor size and, to a lesser extent, distances of cable runs. Motor sizes for draft fans and boiler feed pumps usually control the selection of the highest station service power voltage level. Rules for selecting motor voltage are not rigid but are based on relative costs. For instance, if there is only one motor larger than 200 hp and it is, say, only 300 hp, it might be a good choice to select this one larger motor for 460 volts so that the entire auxiliary power system can be designed at the lower voltage.” Dari keterangan handbook ini, bahwa pemilihan system tegangan pada unit auxiliary pembangkit berkaitan dengan ukuran motor-motor nya. Motor IDF dan BFP biasanya menjadi penentu pemilihan system tegangan pada unit auxiliary. Aturan untuk memilih system tegangan motor tidak kaku dan berkaitan dengan efesiensi harga. Jika hanya ada satu motor besar saja ( diatas 200 HP), motor-motor besar ini dapat digantungkan pada tegangan rendah, sehingga busbar system auxiliary berdesain tegangan rendah. Hal ini juga untuk mengurangi biaya pembangunan pembangkit. Sejauh ini belum ada standart yang dengan tegas menyatakan bahwa motor-motor diatas 150 KW wajib digantungkan ditegangan menengah,Contohnya pada PLTU Labuhan Angin 2 X 115 MW , Motor OCCW, Motor High Pressure Pump, Motor Electric untuk hydrant yang ratingnya antara 150 KW hingga 200 KW digantungkan ditegangan rendah 400 VAC . Kondisi
PLTU LA 2 X 115 MW sama dengan system design pada “Singrauli,Pradesh India Super Thermal Power Station 5 X 200 MW” Unit Auxiliary Power distribution System. For supplying power for to these unit Auxiliaries the generator is connected to generator transformer through isolated phase busduct and also through nos of unit auxiliary transformer which step down the voltage to 6.6 KV. The UAT are connected unit 6.6 KV bus system by 2500 A, 6,6 KV busduct .Each transformer is connected to unit buses A and b. Medium voltage MOCB switchgear is used for feeding power to motor rated above 200 KW. Dari keterangan ini motor-motor 200 KW dihubungkan ke Medium Voltage. Dan berdasarkan data beberapa manufacture juga mengijinkan motor-motor 150 KW hingga 400 KW dihubungkan dengan tegangan menengah.Namun untuk kehandalan jelas motor-motor listrik diatas 150 KW lebih diinginkan dihubungkan ke tegangan menengah. Keuntungan bila MV motor dihubungkan ke LV Busbar MV motor dihubungkan ke tegangan rendah biaya instalasinya akan lebih murah, hal ini karena system isolasi LV jauh lebih murah dibandingkan MV Kerugiannya bila MV motor dihubungkan ke LV Arus start yang lebih tinggi, hal ini menyebabkan drop voltage yang lebih tinggi sewaktu start, kemungkinan meganggu kestabilan power supply lebih besar. Arus normal yang mengalir lebih besar sehingga rugi-rugi yang timbul dipenghantar lebih besar. Yang menjadi masalah ketika motor-motor MV dihubungkan ke LV busbar adalah arus startnya yang besar , namun arus start yang besar ini dapat dikurangi dengan menggunakan start reduced viltage.
Keuntungan bila MV motor digantungkan ke MV busbar Arus startnya lebih kecil,hal ini menyebabkan drop voltage yang timbul sewaktu start menjadi lebih kecil. Arus normal yang mengalir lebih kecil sehingga rugi-rugi dibelitan motor juga lebih kecil. Kerugian bila MVmotor digantungkan ke MV busbar Biaya instalasinya lebih mahal,karena biaya pengadaan isolasinya jauh lebih mahal. Berdasarkan data untuk mengurangi biaya instalasi, memungkinkan motor-motor 150 KW hingga 400 KW dihubungkan ketegangan rendah,apalagi dengan adanya start reduced voltage yang dapat mengurangi arus start hingga 2 kali arus beban penuh. Namun untuk lebih handal motor-motor diatas 150 KW diharapkan dapat dihubungkan pada busbar Medium voltage.
