pemodelan statis dan dinamis pada motor starting untuk

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
DAFTAR ISI
Pendahuluan
Langkah
Penelitian
Teori
Penunjang
Simulasi dan
Analisis
Kesimpulan
dan Saran
Page 8
Langkah – Langkah Penelitian
Mulai
Pengumpulan data motor
dan sistem kelistrikan
Pemodelan motor
dengan liquid starter
Analisis statis dan
dinamis motor starting
Selesai
Page 9
DAFTAR ISI
Pendahuluan
Langkah
Penelitian
Teori
Penunjang
Simulasi dan
Analisis
Kesimpulan
dan Saran
Page 10
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
DAFTAR ISI
Pendahuluan
Langkah
Penelitian
Teori
Penunjang
Simulasi dan
Analisis
Kesimpulan
dan Saran
Page 25
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
Hasil Plot Respon Motor Roolermill
Hasil Plot Respon Motor Roolermill
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
Statis (Liquid Starter)
140.728
Dinamis
(Liquid Starter)
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
Statis (Liquid
Starter)
101.185
76.4201
24.7649
99.7891
Dinamis
(Liquid Starter)
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
Statis (Liquid Starter)
148.008
Dinamis
(Liquid Starter)
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
Statis (Liquid
Starter)
98.87
66.9763 31.8937
Dinamis
(Liquid
Starter)
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
DAFTAR ISI
Pendahuluan
Langkah
Penelitian
Teori
Penunjang
Simulasi dan
Analisis
Kesimpulan
dan Saran
Page 44
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