MOTOR-MOTOR LISTRIK DIBAWAH 150 KW DAN DIATAS 150 KW

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<Pn≤ 25
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.