SIMULASI PENGARUH TEGANGAN SUPLAI TAK SEIMBANG TERHADAP KINERJA MOTOR INDUKSI 3 FASA BERDASARKAN DEFINISI NEMA, IEEE DAN IEC

SIMULASI PENGARUH TEGANGAN SUPLAI TAK SEIMBANG TERHADAP KINERJA MOTOR INDUKSI 3 FASA BERDASARKAN DEFINISI NEMA, IEEE DAN IEC Iman Ramang, Agus R. Utomo Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonsesia [email protected], [email protected]

Abstrak Dalam pengoperasian motor induksi 3 fasa tipe squirrel cage dengan kapasitas besar perlu diketahui parameter utama agar dapat memprediksi kondisi pengoperasian itu sendiri. Gejala umum dalam kondisi pengoperasian adalah suplai tegangan tak seimbang, arus lebih yang menyebabkan panas lebih. Suplai tegangan tak seimbang akan menyebabkan penurunan kinerja motor induksi. Parameter yang dilihat adalah efisiensi dan derating factor. Kemudian dalam skripsi melihat perbandingan standar antara NEMA, IEEE dan IEC dalam menganalisa kinerja motor induksi. Secara umum metode ini berupa metode non destruktif dengan memakai simulink MATLAB, karena tidak langsung menggunakan peralatan. Hasil simulasi ini memudahkan untuk proses pengoperasian seperti misalnya pemeliharaan, kondisi tegangan lebih, proses starting dan stopping motor induksi. Keyword: MATLAB 7.8.0; Arus Lebih; Squirrel Cage;Tegangan Tak Seimbang

Simulation Of The Effect Of Unbalance Voltage Supply against Performance of Induction Motor 3 Phases Based On NEMA, IEEE and IEC Abstract In the operation of three phases induction motor whose type is squirrel cage with large capacity, main parameters are needed to be known in order to predict the operating conditions. Common indications in operating conditions such us; unbalance supply voltage, over current, which cause overheating. Unbalance voltage supply will cause derating performance of induction motor. The parameters which will be analyzed are efficiency and derating factor. Then, in this final project show the comparation of NEMA, IEEE and IEC to analyze performance of induction motor. Generally, this method is a non destructive method using MATLAB Simulink, since it does not use the equipment directly. The result of simulation abridges to process such as maintenance operation, overvoltage conditions, the process of starting and stopping the induction motor.

Simulasi pengaruh…, Iman Ramang, FT UI, 2014

Keywords: MATLAB7.8.0; Over current; Squirrel Cage;Unbalance Voltage

Pendahuluan Permasalahan kualitas daya sudah menjadi masalah utama dalam sistem tenaga listrik. Permasalahan tersebut telah mempengaruhi kinerja di berbagai bidang seperti industry manufaktur, penyiaran, perkantoran, pasar, dan pusat kesehatan. Hal ini tentu menyebabkan kerugian yang besar baik dalam hal financial maupun waktu kerja. Salah satu permasalahan kualitas daya yang sering terjadi adalah masalah ketidakseimbangan tegangan pada transmisi daya. Hal ini disebabkan beberapa factor diantaranya ketidaksimetrisan lilitan pada trafo daya atau ketidakseimbangan impedansi saluran dan beban yang tidak seimbang. Pengaruh dari ketidakseimbangan ini tentunya akan bersifat destruktif pada peralatan-peralatan listrik atau sistem instalasi listrik yang terpasang. Di dunia industri, energy listrik banyak digunakan dalam menggerakan konveyor, lift atau peralatan yang menggunakan motor induksi. Penggunaan motor induksi banyak digunakan karena lebih murah, perawatannya mudah, user friendly, dan memiliki kehandalan yang baik. Motor induksi khususnya motor induksi tiga fasa sangat sering digunakan pada peralatan industry dan kebanyakan langsung terhubung sistem distribusi daya. Oleh Karena itu, sangat penting untuk dapat mengetahui efek dari variasi tegangan di sistem distribusi daya terhadap karakteristik motor induksi. Pada pengoperasiannya motor induksi tidak bisa berjalan dengan baik jika dioperasikan pada tegangan tak seimbang. Efek langsung yang diakibatkan oleh ketidakseimbangan tegangan pada performa motor induksi adalah meningkatnya rugi panas pada motor, rugi akustik (noise), penurunan rating motor, dan memperpendek umur motor. Walaupun tegangan tak seimbang yang terjadi kecil, tetapi arus motor tak seimbang dapat mengalir . Arus tak seimbang menyebabkan masalah-masalah yang telah disebutkan sebelumnya. Dalam tulisan ini menjelaskan pengaruh tegangan tak seimbang pada parameter motor induksi tiga fasa. Umur motor tergantung pada kondisi yang diberikan, baik yang bersifat elektrik, termal, mekanik, dan lingkungan sekitar. Tulisan ini menyajikan pengaruh suplai tak


seimbang pada motor induksi pada performa motor induksi dan seberapa besar pengaruhnya motor induksi.

Definisi Tegangan Tak Seimbang Dalam sistem tiga fasa, tegangan tak seimbang merupakan besar tegangan yang tak sama atau fasa dari tegangannya tidak memiliki selisih 120 derajat, atau gabungan dari keduanya. Definisi tegangan tak seimbang yang saat ini digunakan di institusi akademik adalah suatu perbandingan tegangan urutan negatif Vab2 terhadap tegangan urutan positif Vab1.

% Vunb =

!"#! !"#!

* 100% ...........(3.1)

Definisi ini diadopsi oleh IEC (International Electrotechinal Commission) 60034-26, untuk penentuan tegangan tak seimbang Vab, Vbc, Vca tegangan urutan positif dan negative dengan Vab1 dan Vab2 memiliki besaran: Vab1 =

Vab2 =

!"#!!∗!"#!! ! ∗!"# !

!"#!! ! ∗!"#!!∗!"# !

.......................(3.2)

........................ (3.3)

Dimana a = -0.5 + j0.866 dan a2 = -0.5 – j 0.866 Jika membandingkan dengan standard lain

yaitu NEMA ( National Electrical

Manufacturers Association) Publication No.MG-1 1998 Motors and Generators dan IEEE 112-1991 [9] keduanya memakai besar persen tegangan tak seimbang sebesar % Vunb =

!"#$%&$ !"#$%#$% !"#"!!"#" !"#$%!&! !"#$%#$% !"#"!!"#"

* 100....... (3.4)

Kedua standard ini dalam hal perhitungan akan menghasilkan besar yang berbeda. Pada standar NEMA perhitungan memakai tegangan line sedangkan pada standar IEEE memakai tegangan fasa dalam perhitungan. Pada kedua standard perhitungan ini fasa tegangan tidak diperhitungkan.


Pengaruh Pada Daya Rata-rata Presentase ketidakseimbangan tegangan yang kecil akan tetap mempengaruhi dari ketidakseimbangan arus pada motor induksi. Hal ini menyebabkan kenaikan temperatur yang cukup signifikan. Sehingga kondisi ketidakseimbangan tegangan akan lebih meningkatkan kenaikan temperature dibandingkan dengan kondisi normal. Tegangan yang seimbang pada pembacaan alat ukur voltmeter akan lebih mudah dibandingkan dengan pembacaan tegangan dalam kondisi tak seimbang. Berdasarkan penelitian sebelumnya bahwa dengan daya rata-rata pada motor akan meningkat sesuai dengan faktor yang ditunjukan pada gambar grafik 3.1. Jika presentase ketidakseimbangan sebesar 1% maka motor masih bisa berkerja dalam kondisi baik. Jika presentase ketidakseimbangan sebesar 2% maka derating factor akan menjadi 0,96. Tetapi jika persentase ketidakseimbangan sebesar 5% maka derating factor akan menjadi 0,76. Maka operasi pada tegangan tak seimbang di atas 5% sangat tidak direkomendasikan

Gambar 3.1 Grafik penurunan rating daya rata-rata Sumber: jurnal IEEE Pengaruh Gangguan Tegangan Tak Seimbang pada Temperatur Berdasarkan standar NEMA pengoperasian motor induksi di atas 5% sangat tidak direkomendasikan, hal ini disebabkan efek kenaikan arus yang tidak bisa ditoleransi oleh motor induksi. Kenaikan arus ini menyebabkan kenaikan temperature pada stator , rotor, dan/atau inti besi pada motor induksi. Berdasarkan persamaan Derating Curve pada motor induksi untuk tegangan seimbang yaitu:


1+

!"#$"% !"#$%!$# !"#$"%&!'% !"#" !"!"#$% !""

=(

!"#$"% !"#$ -1.7. ) ......(3.5) !""

Sedangkan untuk kondisi pencatuan tegangan tak seimbang untuk standar NEMA melakukan pendekatan persamaan:[1]

1+

! (%!"#$%&!'"$()&*+&*)! !""

= (

%!"#$ -1.7 ) ........ !""

(3.6)

Pada persamaan di atas dapat menentukan %Load yang diperbolehkan pada kondisi ketidakseimbangan tertentu. Dengan kata lain, derating (penurunan nilai) dibutuhkan untuk mendapatkan spesifikasi dari kenaikan temperatur pada motor. Sesuai dengan standar NEMA, kurva derating dapat dilihat pada gambar 3.1 yang menunjukan hubungan nilai %unbalance terhadap derating factor (%). Sebagai contoh, pada kondisi 5% ketidakseimbangan maka motor tidak seharusnya dioperasikan lebihdari 77% dari keluaran rata-rata. Pada pengoperasiannya motor induksi tidak bisa berjalan dengan baik jika dioperasikan pada tegangan tak seimbang. Efek langsung yang diakibatkan oleh ketidakseimbangan tegangan pada performa motor induksi adalah meningkatnya rugi panas pada motor, rugi akustik (noise), penurunan rating motor, dan memperpendek umur motor. Walaupun tegangan tak seimbang yang terjadi kecil, tetapi arus motor tak seimbang dapat mengalir .Arus tak seimbang menyebabkan masalah-masalah yang telah disebutkan sebelumnya terjadi. Arus start motor biasanya berkisar antara 6 sampai 8 kali arus beban penuh. Oleh sebab itu, ketidakseimbangan tegangan 5% akan menghasilkan ketidakseimbangan arus antara 30 sampai 40 persen. Karena resistansi rotor terhadap arus frekuensi urutan negative lebih besar dibanding terhadap arus urutan positif, susut daya di rotor akan meningkat dengan cepat. Selain itu, pemanasan tambahan di stator dan rotor akan menyebabkan umur isolasi stator akan berkurang dengan cepat. Untuk mengkompensasi pengaruh ketidakseimbangan tegangan, NEMA telah membuat kurva derating bagi motor yang bekerja pada tegangan tak seimbang. Gb. 3.1 memperlihatkan kurva derating factor versus persen ketidakseimbangan. Persen ketidakseimbangan yang diijinkan tanpa melakukan derating adalah 1%. Persen ketidakseimbangan yang diijinkan maksimum adalah 5%.


Rangkaian Ekuivalen Positif dan negatif sequence Dalam pengoperasiannya, motor induksi sering kali beroperasi dalam keadaan tegangan lebih (over voltage) dan tegangan kurang (under voltage), tergantung pada lokasi dari motor dan panjang dari feeder yang digunakan. Ditambah lagi biasanya pengguna menambah dengan penambahan pembebanan peralatan utilitas. Sehingga tegangan menjadi tidak seimbang. Kombinasi antara tegangan lebih dengan tegangan kurang akan mempengaruhi umur motor induksi. Umur motor tergantung pada kondisi parameter elektrik, termal, mekanik, dan kondisi lingkungan. Umur terpakai didefinisikan sebagai pengurangan umur (aging) pada isolasi lilitan stator akibat efek dari parameter-parameter yang disebutkan tadi. Sehingga dengan menggunakan perhitungan kita dapat menghitung umur dengan mengestimasi umur isolasi belitan pada stator motor induksi. Agar dapat menghitung umur motor, pemodelan elektrik dan pemodelan termal harus dibuat dan dikembangkan. Pemodelan elektrik digunakan untuk mensimulasikan karakteristik performa dari motor induksi. Ketika tegangan tak seimbang disimulasikan menggunakan komponen simetris, maka positif dan negatif sequence digunakan. pemodelan parameter digambarkan pada gambar 3.1 dan 3.2 yang dihubungkan dengan tanpa beban dan tes blocked rotor. Peristiwa skin effect akan terjadi pada rangkaian parameter rotor negative sequence dimana:

Vp

: Tegangan Positive Sequence

Vn

: Tegangan Negative Sequence

X1

: Reaktansi Stator

X’p2

: Reaktansi positif rotor

R1

: Resistansi Stator

R’p2

: Resistansi positif rotor

X’n2

: Reaktansi negatif rotor


R’n2

: Resistansi negatif rotor

Xm

: Reaktansi Magnetisasi

S

: Slip

Gambar 3.2RangkaianEkuivalenPositive Sequence Sumber:Jurnal IEEE

Gambar 3.3RangkaianEkuivalenNegative Sequence Sumber: jurnal IEEE


Gangguan Asimetris Gangguan asimetris adalah jenis gangguan yang menghasilkan magnitud dan fasa tegangan dan arus gangguan yang memiliki nilai yang berbeda antara ketiga fasanya. Untuk menganalisa gangguan asimetris digunakan konsep komponen simetris yang dicetuskan C.L. Fortesque pada tahun 1918. Konsep Komponen Simetris Konsep komponen simetris yang dicetuskan C.L. Fortesque menggunakan beberapa konsep dasar sebagai berikut : 1. Sequence Menurut Fortesque, terdapat tiga macam sequence yaitu :

Gambar 3.4 jenis-jenis Sequence Sumber: Wadhwa.Electrical Power System Komponen simetris Komponen simetris tiap fasa disusun dari ketiga sequence tersebut dimana notasi 1 menyatakan komponen sequence positif, notasi 2 menyatakan komponen sequence negatif dan notasi 0 menyatakan komponen sequence nol. Va = Va(0) + Va (1) + Va(2) Vb = Vb(0) + Vb (1) + Vb(2)............. (3.7) Vc = Vc(0) + Vc(1) + Vc(2)


Operator a Operator a menyatakan pergeseran sudut yang dialami oleh komponen-komponen simetris dalam suatu fasa. Operator ini mengacu pada komponen fasa R (dapat disebut fasa A ataupun fasa U). a = 1<1200 a2 = 1<2400................ (3.8) a3 = 1<3600 Dengan total nilai 1+a+a2=0, Sehingga dengan menggunakan operator a didapatkan bahwa :

Vb(0) = Va (0) Vb(1) = a2Va (1) Vb(2) = aVa (2)

Vc(0)

= Va (0)

Vc(1) = aVa (1)..........(3.9) Vc(2)

= a2Va (2)

Jika dibentuk menjadi komponen simetris setiap fasanya akan menjadi : Va = Va(0) + Va (1) + Va(2) Vb = Va(0) + a2Va (1) + aVa(2)................(3.10) Vc = Va(0) + aVa (1) + a2Va(2)

Persamaan Dasar Simulasi Pada kondisi tegangan tak seimbang besar tegangan dan sudut fasanya pada skripsi ditentukan. Pada pencatuan tegangan tak seimbang , persamaan torsi yang digunakan adalah T= η x E x I /ω.............(3.12) Dalam simulasi, rugi-rugi daya stator dan rotor dapat diperoleh dengan memperoleh arus stator dan rotor per fasa, maka rugi daya stator dan rotor dapat dihitung dengan: Pcus = ( Ias2+ Ibs2 +Ics2). Rs........(3.13)


Pcur = ( Iar2+ Ibr2 +Icr2). Rr........(3.14) Dari pengujian beban nol diperoleh rugi-rugi daya beban nol (Pnl). Jadi total rugi-rugi daya pada motor induksi (Pr) adalah: Pr =Pcus + Pcur + Pnl...........(3.15)

4.1 Langkah Pemodelan dan Komputasi Motor Induksi 3 Fasa Pada pemodelan ini disesuaikan dengan name plate motor induksi yang ada di lapangan. Dari data name plate kemudian dimasukan dalam parameter pemodelan SIMULINK MATLAB. Simulasi ini akan digunakan untuk komputasi dan analisis parameter-parameter yang terhitung. Pada pemodelan kita memilih model motor induksi tiga fasa jenis Squirrel Cage. Kemudian, dalam melakukan pemodelan dilakukan langkah sistematis berupa studi literatur dan tahapan pra-simulasi sehingga mendapatkan hasil yang diinginkan. Secara singkat tahapan simulasi dapat digambarkan sebagai berikut:

STUDI LITERATUR BROWSING

JURNAL

PERSIAPAN PENENTUAN PARAMETER MOTOR

PEMBUATAN SIMULASI MATLAB

PENGOLAHAN DATA PENGUMPULAN DATA MELALUI PERHITUNGAN SIMULASI

ANALISA DATA

Gambar 4.1 Diagram Tahapan Simulasi Dari parameter yang sudah diatur, motor induksi 3 fasa Squirrel Cage memiliki data sebagai berikut: Nominal Power

: 5 HP

Tegangan

: 220/380 V

Frekuensi

: 50 Hz

Pole

: 2 Kutub


Tahanan Rotor Phasa A

: 0,816 Ohm

Tahanan Rotor Phasa B

: 0,816 Ohm

Tahanan Rotor Phasa C

: 0,816 Ohm

Induktansi Rotor Phasa A

: 2 x10-3 Henry

Induktansi Rotor Phasa B

: 2 x10-3 Henry

Induktansi Rotor Phasa C

: 2 x10-3 Henry

Tahanan stator Phasa A

: 0.435 Ohm

Tahanan stator phasa B

: 0.435 Ohm

Tahanan Stator Phasa C

: 0.435 Ohm

Induktansi stator Phasa A

: 4 x 10-3 Henry

Induktansi stator Phasa B

: 4 x 10-3 Henry

Induktansi stator Phasa C

: 4 x 10-3 Henry

Analisa Pengujian Karakteristik Pada pengujian Karakteristik, ditampilkan keluaran dengan masukan variasi besar tegangan yang tidak seimbang ,sudut fasa tegangan yang tak seimbang, dan besar dan sudut fasa tegangan yang tak seimbang. Dari hasil simulasi, ketiga karakteristik membuat arus stator dan rotor menjadi tidak seimbang. Dimana pengaruh paling besar yaitu pada saat disuplai dengan besar dan sudut fasa yang tak seimbang.Pada standar NEMA no MG-1 1998 perhitungan persen ketidakseimbangan hanya dilihat berdasar hanya pada besar tegangan line. Sehingga, sudut fasa diabaikan dalam perhitungan. Sedangkan standar IEEE berdasar pada tegangan line to line, tetapi secara perhitungan hampir sama dengan standar NEMA. Pada hasil simulasi terlihat antara sudut fasa tak seimbang tidak terlalu mempengaruhi besar dari arus stator, arus rotor, torsi, dan kecepatan.


Tegangan urutan Posi.f (Vab1)

385 380 375 370

Hub. %Vunb vsTegangan urutan PosiKf

365 360 355 0

2

3

4

5

%Vunb

Tegangan urutan Posi.f (Vab1)

Gambar 4.19 Pengaruh Persen ketidakseimbangan terhadap Tegangan urutan Positif 20 15 10

Hub. %Vunb vs Tegangan Urutan NegaKf

5 0 0

2

3

4

5

%Vunb

Gambar 4.20 Pengaruh Persen ketidakseimbangan terhadap Tegangan Urutan Negatif

Pada perhitungan arus stator dan rotor per fasa didapatkan dengan hasil bagi besar tegangan fasa terhadap resistansi per fasa, pada hasil pembagian tidak merubah fasa, karena resistasi merupakan skalar. Namun, pada standar IEC nilai sudut fasa diperhitungkan dalam menghitung persen ketidakseimbangan. Sehingga pengaruh sudut fasa akan menggeser nilai persen ketidakseimbangan dari standar NEMA dan IEEE. Pengaruh dari perhitungan sudut fasa ini akan didapatkan tegangan urutan positif dan tegangan urutan negatif. Secara grafik, terlihat adanya kenaikan besar tegangan urutan tersebut. Kenaikan tegangan urutan positif menyebabkan torsi positif meningkat, sedangkan kenaikan tegangan urutan negatif menyebabkan fluks celah udara pada putaran rotasi rotor, sehingga menghasilkan torsi negatif, dan menyebabkan akan meningkatkan kebisingan motor induksi, serta akan menghasilkan arus urutan negative besar, karena impedansinya rendah.[12]


Perubahan Arus Pada tabel 4.1 di bawah dipresentasikan pengaruh persen ketidakseimbangan terhadap arus RMS tiap fasa motor induksi. Pada pemberian persne ketidakseimbangan yang bervariasi disini terlihat adanya perubahan arus pada fasa-fasa motor induksi. Pada kasus ini terlihat adanya kenaikan arus walaupun tidak secara signifikan. Pada kondisi normal ( 0% ketidakseimbangan) nilai arus fasa A,B,C adalah 6.73<-118.92° A, 6.73<121.08A, dan 6.73<1.08° A.. Pada besar arusnya sama hanya nilai suduttiap fasa yang berbeda-beda. Berikut

ditampilkan

dalam

tabel4.1.

Kemudian

pada

kasus

pemberian

suplai

ketidakseimbangan menyebabkan adanya ripple (riak) pada tampilan pada osilator serta menurunkan nilai dari torsi keluaran. Tabel 4.1Hubungan Persen Ketidakseimbangan terhadap arus Rms per fasa pada motor %Ketidakseimbangan

Arus RMS Fasa

Arus RMS Fasa B

Arus RMS Fasa C

A 0

6.73<-118.92°

6.73<121.08

6.73<1.08°

2

6.913<-117.56°

6.913<122.44°

6.913<2.44°

3

6.915<-116.97°

6.915<123.03°

6.915<3.03°

5

6.923<-115.70°

6.923<124.30°

6.923<4.30°

Tegangan tak seimbang pada motor menyebabkan ketidakseimbangan pada arus. Hal ini juga akan mempengaruhi besar dari arus tersebut. Kenaikan arus yang sedikit

initetap akan

menyebabkan kenaikan temperatur dan daya yang hilang semakin besar sesuai dengan persamaan dasar:

Ploss = i2. R.................(4.1) Dimana, P loss = Daya hilang (Watt) , i = arus listrik (A) , dan R= Resistansi (Ohm). Karena daya hilang sebanding dengan kuadrat arus listrik, maka akan sangat mempengaruhi walaupun perubahan arusnya kecil. Dari persamaan NEMA 3.5 dan 3.7 didapatkan hubungan persen ketidakseimbangan terhadap persen kenaikan temperatur ambient. Dari persamaan


tersebut didapatkan hubungan bahwa persen kenaikan temperatur hampir mendekati dua kali kuadrat persen ketidakseimbangan. Perubahan Rugi-rugi Daya Pada tegangan tak seimbang akan terjadi tegangan urutan negatif yang menimbulkan torsi pengereman pada motor, maka pada gambar 4.16 diperoleh rugi-rugi daya semakin besar pada hasil simulasi dan efisiensi semakin mengecil bila faktor ketidakseimbangan dinaikkan. Rugi rugi daya (Rugi tembaga) yang terjadi diakibatkan berdasarkan perkalian dari arus urutan positif dan negatif dengan setiap resistansi pada tiap fasanya. Untuk menentukan rugi pada lilitan stator pada kondisi ketidakseimbangan, maka arus fasa Ia, Ib,dan Ic dalam besaran RMS. Pada kondisi normal nilai daya hilang sebesar 59.19 Watt. Kemudian pada pemberian %ketidakseimbangan sebesar 2% naik sebesar 98.573 Watt. Selanjutnya, pemberian nilai persen ketidakseimbangan membentuk pola kenaikan sesuai dengan persen kenaikan persen ketidakseimbangan. Berikut hubungan persen ketidakseimbangan terhadap rugi-rugi daya

Rugi-‐Rugi Daya (Wa;)

tanpa bebanyang digambarkan pada gambar 4.16 200 150 100 50 0 0

2

3

5

7

%Ke.dakseimbangan

Gambar 4.16HubunganPersen Ketidakseimbangan terhadap Rugi-rugi daya tanpa beban Dalam data terlihat kenaikan secara signifikan, hal ini disebabkan karena rugi-rugi daya sebanding

dengan kuadrat arus. Pada data 4.16 terlihat adanya kenaikan arus sehingga

menyebabkan rugi-rugi daya meningkat juga.

Kenaikan rugi-rugi daya tentu akan

mengurangi efisiensi motor itu sendiri. Sesuai dengan persamaan (2.6) pada Bab II. Setelah melakukan simulasi didapatkan data sebagai berikut:


Tabel4.2 Hubungan Persen Ketidakseimbangan terhadap Efisiensi

Dari

hasil

data

%unb

Pin

loss

Efisiensi(%)

2

2748.507

163.22

94.06

3

2725.972

179.80

93.40

4

2702.837

194.14

92.82

5

2677.335

209.83

92.16

diatas

didapatkan

karakteristik

kurva

dari

hubungan

Persen

%Load

Ketidakseimbangan vs Efisiensi. 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0

2

3

5

%Ke.daseimbangan

Gambar 4.17 Grafik Hubungan Persen Ketidakseimbangan terhadap efisiensi Berdasarkan persamaan (3.6) dapat diperoleh nilai persen beban yang diperbolehkan dalam kondisi ketidakseimbangan. Seperti pada tabel 4.2 dibawah ini.


Tabel 4.3 Hubungan Persen Ketidakseimbangan terhadap Persen Beban

%Vunb

%Beban

0

100

2

95.57

3

90.72

5

78.78

Sehingga dari tabel di atas akan didapatkan kurva derating factorberdasarkan dengan suplai

%Load

tegangan tak seimbang seperti di bawah ini.

1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0

2

3

5

7

%Ke.daseimbangan

Gambar 4.18 Kurva Derating Factor Berdasarkan Suplai tak Seimbang Data diatas menunjukan bahwa kenaikan persen ketidakseimbanganakan membuat persen beban menurun, sehingga akan performa motor induksi akan menurun juga. Analisa Perbandingan dengan Standar Lain Dalam sub bab ini disini menunjukan data perhitungan dari tiga standar yaitu NEMA MG1-1998, IEEE 112-1991 , dan IEC 60034-26 dimana parameter yang dianalisa adalah arus, efisiensi, dan derating Factor. Pada

tabel 4.4 dan 4.5 terlihat bahwa terjadi pola

penurunan efisiensi dan Derating Factor jika persen ketidakseimbangan dinaikkan. Namun, pada hasil simulasi MATLAB menunjukan bahwa penurunan efisiensi tidak terlalu signifikan. Hal ini karena impadansi kawat sangat kecil serta arus yang terjadi tidak terlalu besar, sehingga rugi hantaran dan rugi inti sangat kecil. Hal ini membuat efisiensi motor masih diatas 90% dalam operasi tegangan tak seimbang sebesar 5%.


Tabel 4.4 Perbandingan performa Efisiensi dan Derating Factor dari ketiga standar NEMA

%Vunb 0 2 3 4 5

IEEE

Eff

DF

95 94.06 93.4 92.82 92.16

1 0.96 0.91 0.85 0.79

Selanjutnya,

dari

hasil

Eff 95 94.06 93.40 92.82 92.17

simulasi

DF

Eff 95

1 0.96 0.91 0.85 0.79

terlihat

94.1 93.4 92.8 92.2

adanya

IEC VAB1

VAB2

366.67 383.02 380.54 376.58 374.11

0 8.08 10.98 15.58 18.48

perbedaan

nilai

persen

ketidakseimbangan antara ketiga standar seperti yang ditampilkan pada tabel 4.4. Terlihat bahwa besar yang ditimbulkan dari input suplai yang sama menunjukan nilai persen ketidakseimbangan yang berbeda. Dari tabel terlihat bahwa antara standar NEMA dan IEEE tidak terlalu jauh selisihnya. Hal ini dikarenakan sistem perhitungan kedua standar hampir sama dimana yang membedakan adalah besar tegangan yang dipakai. Pada standar NEMA memakai tegangan line,sedangkan standar IEEE memakai tegangan fasa. Selanjutnya, pada standar IEC menunjukan nilai yang cukup berbeda, karena nilai sudut fasa diperhitungkan dalam perhitungan persen ketidakseimbangan. Perhitungan sudut fasa dan masukan operator menyebabkan pergeseran besar tegangan, sehingga pergeseran ini menyebabkan pergeseran persen ketidakseimbangan yang cukup besar.

Tabel 4.5 Perbandingan standar ketidakseimbangan tegangan NEMA,IEEE,dan IEC Vab 380 390 390 390 390

Vbc 380 374 367 360 352

Vca 380 382.24 379.02 375.89 371.49

Va 220 225.23 225.29 225.38 225.52

Vb 220 220.56 218.56 216.56 214.29

Vc NEMA 220 0 215.99 2.07 212.03 2.9 208.09 3.92 203.62 4.98

IEEE 0 2.1 3.05 4.02 5.15

IEC 0 2.42 3.51 4.62 5.91

Efisiensi 95 94.06 93.4 92.82 92.16

DF 1.00 0.96 0.91 0.85 0.79

Pada data juga menunjukan nilai persen ketidakseimbangan pada standar IEC lebih besar dengan input suplai yang sama. Hal ini akan menjadi pertimbangan dalam penentuan standar perhitungan nantinya. Tetapi, data ini tidak menunjukan standar yang paling baik, namun


disini hanya melihat adanya perbedaan yang cukup signifikan antara standar-standar lain selain NEMA.Pada perhitungan persen ketidakseimbangan dengan menggunakan standar IEC terdapat parameter tambahan dalam perhitungan yaitu menghitung tegangan urutan positif dan tegangan urutan negatif, sehingga perhitungan IEC lebih kompleks dan lebih teliti dibanding dengan standar NEMA dan IEEE. Kesimpulan 1. Semakin tinggi nilai persen Ketidakseimbangan pada suatu tegangan maka menyebabkan kenaikan rugi-rugi daya semakin meningkat.Efisiensi juga akan menurun. (Tabel 4.2) 2. Pada motor induksi yang disimulasikan batas persen ketidakseimbangan tidak boleh melebihi dari 5% berdasarkan standar NEMA. 3. Ketidakseimbangan tegangan menyebabkan pembebanan ekstra pada motor induksi tiga fasa meningkat. Untuk suplai tegangan tak seimbang disarankan persen ketidakseimbangan tidak melebihi 5%, karena pembebanan maksimum menjadi tidak lebih dari 78.78% pembebanan. 4. Peningkatan factor ketidakseimbangan tegangan suplai akan meningkatkan kenaikan arus dimana hal ini menyebabkan kenaikan persen kenaikan temperatur sebesar 2 kali kuadrat persen ketidakseimbangan. 5. Sangat tidak direkomendasikan pengoperasian motor induksi di atas 5% karena menyebabkan penurunan daya cukup besar. 6. Pada standar NEMA tidak diketahui besaran tegangan urutan dan sudut fasa. 7. Dari perhitungan terlihat bahwa hasil efisiensi standar NEMA dibadingkan IEEE dan IEC. 8.

Standar IEEE dan IEC lebih teliti namun perbedaannya tidak terlalu signifikan karena IEEE dan IEC memperhitungkan tegangan fasa dan sudut fasa.

9. Bila dibandingkan, IEC lebih akurat dan teliti dibanding dengan IEEE,karena IEEE tidak memperhitungkan sudut fasa.

Daftar Pustaka [1] Berndt, M.M,& Schmitz,N.L “Derating of Polyphase Induction Motors Operated with Unbalanced Line Voltage,” AIEE Trans. Power Apparat. Syst.,


, Feb. 1963. [2]B. de Metz-Noblat, F. Dumas, and C. Poulain. Cahier technique no. 158.Calculation of short-circuit currents. France:Schneider Electric,2005. [3] J. E. Williams, “Operation of 3-phase induction motors on unbalanced voltages,” AIEE Trans. Power Apparat. Syst., pt. II, vol. 73, no. I, pp. 125– 133, Apr. 1954. [4] Mirabasi,Davar, Seifossadat Ghodratollah, & Heidari,Mehrdad“Effect of Unbalanced Voltage on Operation of Induction Motors and its Detection,” Ahvaz,Iran. [5] Pillay,Pragasen & Manyage Manyage, “Loss of Life in Induction Machine Operation with Unbalanced Supplies,” IEEE Transaction On Energy Conversio. Vol 21 No.4, Dec.2006 [6]Pillay,Pragasen, Hofmann,Peter &Manyage,Marubini “Derating of Induction Motors Operating With a Combination of Unbalanced Voltages and Over o Undervoltages,” IEEE Trans. on Energy Convertionn, vol. 17, no. 4, Dec. 2002 [7] Quispe,Enrique.,Gonzalez,Gabriel,& Aguado,Jair “Influence of Unbalanced and Waveform Voltage on the Performance Characteristics of Three-phase Induction Motors,” Departamento de Energetica y Electronica Universida Autonoma de Occidente, Colombia. [8] Sularto, Hendry, “Analisis Rugi-rugi Daya Listrik Akibat Ketidakseimbangan Tegangan Penyulang Pada Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar,”Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Tanjungpura, Pontianak,Jurnal ELKHA Vol.4, No.2, October 2012. [9] National Electrical Manufactures Association (NEMA) Publication No. MG1-1998 Motors and Generators. [10] Chapmann,Stephen J.,”Electric Machinery and Power System Fundamentals”BAE SYSTEMS Australia. Mc Graw Hill [11] Wadhwa. Electrical Power System. 1983 [12] Yaman, Bustami Sayuti,”Studi Pengaruh Tegangan Tidak Seimbang Terhadap Torsi Motor Induksi Tiga Phasa 1,1 KW”,Jurnal Teknologi,Vol. 13 No. 12, April 2013:34-37.


SIMULASI PENGARUH TEGANGAN SUPLAI TAK SEIMBANG TERHADAP KINERJA MOTOR INDUKSI 3 FASA BERDASARKAN DEFINISI NEMA, IEEE DAN IEC

Recommend Documents