PEMODELAN STATIS DAN DINAMIS PADA MOTOR STARTING UNTUK ANALISIS STABILITAS TRANSIEN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ETAP 7

Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2011) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

PEMODELAN STATIS DAN DINAMIS PADA MOTOR STARTING UNTUK ANALISIS STABILITAS TRANSIEN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ETAP 7.0 (STUDI KASUS PT.SEMEN GRESIK TUBAN IV) Nama : Firlian Widyananda NRP : 2207 100 117 Pembimbing : 1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc. Ph.D 2. Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT.

DAFTAR ISI Pendahuluan

Langkah Penelitian

Teori Penunjang

Simulasi dan Analisis

Kesimpulan dan Saran Page 2

Pendahuluan Latar Belakang Tujuan Permasalahan

Batasan Masalah

Page 3

Latar Belakang Gangguan berupa lepas pembangkit, hubung singkat, dan motor starting merupakan faktor penyebab ketidakstabilan pada sistem tenaga listrik. Proses motor starting akan menyebabkan arus starting 5 sampai 10 kali arus nominalnya. Tegangan jatuh (drop voltage) cukup signifikan pada bus motor akibat terjadinya motor starting. Page 4

Tujuan Memodelkan penggunaan metode starting motor untuk mendapatkan hasil analisis motor starting. Mengetahui dampak dari analisis motor starting terhadap tegangan dan arus sistem.

Page 5

Permasalahan • Studi starting motor induksi dengan menggunakan motor starting analisis. • Pemodelan statis dari motor induksi disimulasi agar sesuai kondisi lapangan.

untuk

• Pemodelan dinamis dari motor induksi untuk disimulasi agar sesuai kondisi lapangan. Page 6

Batasan Masalah • Metode starter yang digunakan yaitu metode tahanan rotor dengan tipe liquid starter. • Motor induksi yang digunakan yaitu tipe rotor belit (wound rotor). • Melihat kondisi tegangan bus dan arus akibat motor starting. • Motor yang akan dianalisis yaitu roolermill (344RM01), cementmill (548RM01), dan rawmill fan (344FN03). Page 7


Langkah Penelitian

Teori Penunjang



Langkah – Langkah Penelitian Mulai

Pengumpulan data motor dan sistem kelistrikan

Pemodelan motor dengan liquid starter

Analisis statis dan dinamis motor starting

Selesai Page 9


Langkah Penelitian

Teori Penunjang



Teori Penunjang Motor Induksi

Metode Starting Tegangan Kedip Perbedaan Model Statis dan Dinamis Page 11

Motor Induksi (1) • Motor induksi adalah motor yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik yang memiliki slip antara kumparan stator dengan kumparan rotor. • Motor induksi yang ada pada saat ini digunakan memiliki kapasitas yang beraneka ragam, mulai dari beberapa watt hingga mencapai 10.000 Hp. • Motor induksi memiliki bagian yang penting yaitu stator dan rotor. • Berdasarkan bentuk konstruksi rotor, maka motor induksi dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu : Rotor tipe sangkar (squirrel cage) Rotor tipe belit (wound rotor)

Page 12

Motor Induksi (2) • Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator ke kumparan rotornya. • Oleh sebab itu rangkaian pengganti motor induksi dapat ditunjukkan pada gambar dibawah ini :

• Untuk r1 adalah resistansi stator, x1 adalah reaktansi stator, x2 adalah reaktansi rotor, r2 adalah resistansi rotor sedangkan xm adalah reaktansi magnetisasi.

Page 13

Motor Induksi (3) Dari penurunan rangkaian ekivalen, maka diperoleh rumus torsi :

Sedangkan untuk menentukan arus motor starting yang mengalir dihitung dengan persamaan :

Dengan keterangan :

Untuk menentukan Pf motor selama proses starting maka digunakan persamaan:

Page 14

Motor Induksi (4)

Page 15

Metode Starting (1) • Dari berbagai jenis metode starting, starting motor induksi bertujuan untuk menurunkan arus starting. • Selain bertujuan untuk menurunkan arus starting, metode starting ini juga dapat digunakan untuk mendapatkan torsi starting yang maksimal. • Metode starting yang dapat digunakan untuk motor induksi adalah direct online, wye-delta, autotransformer, softstarter, primary resistor winding, dan adjustable frequency drives.

Page 16

Metode Starting (2)  Metode starting dengan menggunakan metode tahanan rotor  Hanya untuk motor induksi dengan jenis wound rotor.  Penambahan tahanan rotor, akan mengubah karakteristik torsi (pergeseran titik slip torsi maksimum) dan menurunkan arus.  Keuntungan

 Kerugian

: menurunkan arus starting, memperbaiki respon torsi starting motor, dan mempercepat waktu starting. : relatif mahal

Page 17

Metode Starting (3)

Rangkaian tahanan rotor

Respon arus

Respon torsi

Page 18

Metode Starting (4) • Metode tahanan rotor terbagi menjadi dua jenis yaitu

Tipe Metal Tipe Liquid Page 19

Metode Starting (5)  Tipe metal : prinsip kerja sama dengan tahanan geser dengan kontak geser terbuat dari metal.  Koefisien temperatur ini adalah positif yang berarti resistansi nilainya akan bertambah ketika temperatur naik akibat arus starting.  Memiliki kelemahan yaitu resiko kontak meleleh akibat besarnya arus starting.

Page 20

Metode Starting (6) •

Tipe liquid : prinsip kerja adalah dua batang elektroda yang direndam dalam cairan elektrolit, semakin tinggi rendaman maka semakin rendah nilai resistansinya.

•

Memiliki koefisien temperatur yang negatif sehingga dengan peningkatan temperatur maka resistansi akan menurun.

•

Sifat tahanan rotor liquid starter : Pengaturan tahanan rotor yang halus karena kenaikan rendaman elektrolit yang perlahan-lahan merendam batang konduktor. Page 21

Tegangan Kedip • Kedip tegangan didefinisikan sebagai fenomena penurunan magnitude tegangan efektif terhadap harga nominalnya selama interval waktu (t). • Biasanya disebabkan oleh sistem fault, energization beban besar ataupun starting dari motor-motor besar.

Page 22

Standar Tegangan Kedip Standar tegangan yang digunakan yaitu standar PLN (100 +5%) dan (100 – 10%) serta standar tegangan kedip SEMI F47 VOLTAGE SAG DURATION Second (s) < 0.05 s

Cycles at 60 Hz < 3 cycles

Cycles at 50 Hz

VOLTAGE SAG

Percent (%) of Equipment Nominal Voltage

< 2.5 cycles

Not specified

0.05 to 0.2 s

3 to 12 cycles 2.5 to 10 cycles

50 %

0.2 to 0.5 s

12 to 30 cycles 10 to 25 cycles

70 %

0.5 to 1.0 s

30 to 60 cycles

25 to50 cycles

80 %

>1.0 s

> 60 cycles

> 50 cycles

Not specified

Page 23

Perbedaan Model Statis dan Dinamis • Statis motor starting yaitu suatu • Dinamis motor starting yaitu metode yang suatu metode yang merepresentasikan motor merepresentasikan motor sebagai impedansi rotor sebagai model dinamis untuk terkunci selama waktu starting melihat waktu starting dari yang akan menarik arus sebuah motor hingga mencapai maksimum dari sistem. Setelah kecepatan nominalnya serta waktu akselerasi motor selesai, digunakan untuk mengetahui motor akan dirubah kedalam pengaruh tegangan kedip pada suatu beban kVA konstan. sistem.

Page 24


Langkah Penelitian

Teori Penunjang



Simulasi Dan Analisis • Pada tugas akhir ini akan dibahas mengenai pemodelan statis dan dinamis untuk memperoleh respon tegangan bus dan arus starting motor tersebut. • Motor yang akan dianalisis yaitu :  Roolermill (344RM01) kapasitas 5350 kW  Cementmill (548RM01) kapasitas 5500 kW  Rawmill fan (344FN03) kapasitas 8000 kW Page 26

Single Line Diagram

Page 27

Motor Roolermill Data Motor Tegangan nominal 6300 V Daya nominal 5350 kW Kecepatan sinkron 600 rpm Pf nominal 0.8 Resistansi stator 0.580 Ω Reaktansi stator 0.61 Ω Resistansi rotor 0.0170 Ω Reaktansi rotor 0.61 Ω Reaktansi Magnetisasi 16.5 Lilitan stator/Lilitan rotor (pendekatan) 1 Tingkatan resistansi eksternal (terukur) No. Ω No. Ω No Ω No Ω 1 5.35 4 2.82 7 0.93 10 0.18 2 4.75 5 2.03 8 0.65 11 0.075 3 3.45 6 1.55 9 0.37 12 0

Page 28

Plot Respon Torsi, Arus, dan PF • •

•

v_th = v_phase * ( xm / √(r12 + (x1 + xm) 2 )) Zth = ((j*xm) * (r1 + j*x1)) / (r1 + j*(x1 + xm))

T

= 1 s

•

S

=

r 2 q1V th 2 s r 2 2 R  2  X th x 2 th s

 

I

=



T FL = 3.7961x 105 Nm 

TFL V LL 1

  

 1 1      r2  j X  j X m    s 2    Im I    Cos  ar ctg    100%  Re I   



PF

S = 0.00667

T

= 3 [

•

T = 5.1195 x 105Nm

(n n ) s r ns

•

V_th = 3505.62 Volt Zth = Rth + j Xth =0.5388 + j0.6065



r  jX 1 2



5 5.1195x 10 6 3.796110

 100%  134.862%

I = (6.9803 - j3.3439)*102 A ] I I FL



2 (6.9803- j3.3439)*10

 100%  158.0575%

Pnom 3VLL

PF = 89.7% Page 29

Hasil Plot Respon Motor Roolermill

Page 30



Respon Tegangan Bus Motor Roolermill Kondisi starting BUS MOTOR (ER24-C834MV241)

Sebelum (%)

Selama (%)

Drop (%)

Sesudah (%)

Statis (DOL)

98.87

25.1421

73.7279

95.2177

Statis (Liquid Starter)

98.87

73.0142

25.8558

85.7955

Dinamis (Liquid Starter)

98.87

90.3171

8.5529

96.4975

t = 5.04 detik

Drop = 8.5529%

Page 33

Respon Arus Motor Roolermill Motor Roolermill (ER24-C834-MV241) Statis (Direct Online)

Arus Starting (% FLA) 417.852


140.728


141.122

Page 34

Motor Cementmill Data motor Tegangan nominal 6300 V Daya nominal 5500 kW Kecepatan sinkron 1200 rpm Pf nominal 0.8 Resistansi stator 0.780 Ω Reaktansi stator 0.610 Ω Resistansi rotor 0.01506 Ω Reaktansi rotor 0.610 Ω Reaktansi Magnetisasi 15 Lilitan stator/Lilitan rotor (pendekatan) 1 Tingkatan resistansi eksternal (terukur) No. Ω No. Ω No Ω No Ω 1 5.35 4 2.82 7 0.93 10 0.18 2 4.75 5 2.03 8 0.65 11 0.075 3 3.45 6 1.55 9 0.37 12 0

Page 35

Respon Tegangan Bus Motor Cementmill Kondisi starting BUS MOTOR (ER27-B834MV272)

Sebelum (%)

Selama (%)

Drop (%)

Sesudah (%)

Statis (DOL)

101.185

32.7952

68.3898

99.7887


101.185

76.4201

24.7649

99.7891


101.185

93.6279

8.2221

99.7666

t = 6.1 detik

Drop = 8.2221%

Page 36

Respon Arus Motor Cementmill Motor Cementmill (ER27-B834-MV272) Statis (Direct Online)

Arus Starting (% FLA) 438.139


148.008


148.404

Page 37

Hasil Plot Respon Motor Rawmill Fan

Respon Tegangan Bus Motor Rawmill Fan Kondisi starting BUS MOTOR (ER24-C834MV241)

Sebelum (%)

Selama (%)

Statis (DOL)

98.87

Drop (%) 26.8971 71.9729


98.87

66.9763 31.8937


98.87

93.504

5.366

Sesudah (%) 94.5728 98.6271 97.9029

t = 20.92 detik

Drop = 5.366%

Page 42

Respon Arus Motor Rawmill Fan Motor Rawmill Fan Arus (ER24-C834-MV241) Starting (% FLA) Statis (Direct Online) 435.35 Statis (Liquid Starter) 202.275 Dinamis (Liquid Starter)

77.0945

Page 43


Langkah Penelitian

Teori Penunjang



Kesimpulan 1. Penggunaan metode starting berupa liquid starter akan memperhalus drop tegangan pada bus motor sehingga masih dalam batas aman. Selain hal tersebut, waktu starting yang dibutuhkan suatu motor tergolong cepat yaitu selama 5.04 detik untuk motor roolermill, 6.1 detik untuk motor cementmill, dan 20.92 detik untuk motor rawmill fan. 2. Pemodelan dinamis akan memperbaiki drop tegangan di bus motor dibandingkan dengan menggunakan pemodelan statis. 3. Pemodelan dinamis dengan metode liquid starter akan memperbaiki drop tegangan pada bus motor. Perbedaan drop tegangan saat statis dan dinamis ketika motor rooler mill (344RM01) start sebesar 17.3029%, motor cementmill_tbl (548RM01) sebesar 16.5428%, dan motor rawmill fan (344FN03) sebesar 26.5277%. 4. Arus starting statis pada rooler mill sebesar 140.728%, cementmill_tbl sebesar 148.008, dan rawmill fan sebesar 202.75%. Untuk arus starting dinamis rooler mill sebesar 141.122%, cementmill_tbl sebesar 148.404%, rawmill fan sebesar 77.0945%. 5. Pada bus ER24-C834-MV241 terdapat dua motor dengan kapasitas yang cukup besar yaitu 8000 kW dan 5350 kW. Oleh sebab itu motor dengan kapasitas 8000 kW harus di-start terlebih dahulu terhadap motor 5350 kW. Page 45

Saran Metode starting yang lain juga dapat diaplikasikan untuk memperbaiki drop tegangan pada bus motor serta menurunkan arus starting dari motor.

Page 46

Daftar Pustaka 1. Zuhal, “Dasar Tenaga Listrik”. ITB Bandung, Bandung, 1991. 2. Permana. Nalendra. “Analisis Setting Rele Pengaman Motor Berdasarkan Metode Starting Motor. Studi Kasus Sistem Kelistrikan Pabrik Semen Tonasa IV”. Teknik Elektro, FTI, ITS, 2009. 3. Alwi. Syahwil. “Sistem Proteksi Motor” (www.google.comhttp://syahwilalwi.blogspot.com/2010/12/sistem-proteksi-motor.html) 4. Soebagio. ”Mesin Induksi tiga fasa”, Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri, ITS, Surabaya, 2006. 5. E. Fitzgerald dkk, “Electric Machinery Third Edition,” McGraw-Hill Book Company. 1971. 6. K A Walshe, “AC Motors Rev:A.” 7. Abdullah Saeed Al-Amoudi, “Air conditioners Peformance Using Soft Starter”, King Fahd University of Petroleum & Minerals, 2003. 8. John Larabee dkk, “Induction Motor Starting Methods and Issues”, Siemens Energy and Automation Inc., 2005. 9. Rotor Starters for Slipring Motors, Pape and Olbertz, 2008. 10. Resistance Motor Starter, ABB Australia Ply Limited, 2008.

Page 47

Page 48

PEMODELAN STATIS DAN DINAMIS PADA MOTOR STARTING UNTUK ANALISIS STABILITAS TRANSIEN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ETAP 7

Recommend Documents