Teknik Isolasi

1.      apa yang anda ketahui tentang isolasi dan bagaimana peran dan fungsi isolasi dalam sistem tenaga listrik?

2.      jelaskan apa yang dimaksud dengan dielektrik, karakteristik dielektrik dan gambarkan suatu rangkaian ekivalennya!

3.      jelaskan perbedaan antara kekuatan dielektrik dengan permitivitas relatif dielektrik!

4.      ada berapa mekanisme kegagalan dielektrik pada isolasi padat (sebutkan dan berikan penjelasannya)!

Jawab:

1.      isolasi adalah suatu alat yang mempunyai fungsi untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrik atau percikan.

Peran dan fungsi isolasi:

a.       untuk mengisolasi antara penghantar dengan penghantar yang lain.

b.      menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang diisolasi.

c.       mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia.

2.      dielektrik adalah penahan arus, digunakan untuk memisahkan dua permukaan yang memiliki perbedaan potensial listrik. Dielektrik banyak digunakan sebagai isolasi pemisah dan pembungkus pada konduktor.

ada enam sifat listrik dielektrik, yaitu:

a.       Kekuatan dielektrik

Kekuatan dielektrik dari suatu bahan isolasi dinyatakan dengan tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh suatu medium tanpa merusaknya.

b.      Konduktansi

Apabila tegangan searah diberikan pada plat-plat sebuah kapasitor komersil dengan isolasi seperti mika, porselin atau kertas maka arus yang timbul tidak berhenti mengalir untuk waktu yang singkat tetapi turun perlahan-lahan. Hal itu disebabkan oleh ketiga komponen arus yang terdapat didalam dielektrik tersebut.

c.       Rugi-rugi dielektrik

Rugi-rugi dielektrik untuk isolasi tegangan tinggi merupakan salah satu ukuran penting terhadap kualitas material isolasi. Suatu bahan dielektrik tersusun atas molekul-molekul dan elektron-elektron di dalamnya terikat kuat dengan inti atomnya. Ketika bahan tersebut belum dikenai medan listrik, maka susunan molekul dielektrik tersebut masih belum beraturan (tidak tersusun rapi)

d.      Tahanan isolasi

Jika suatu dielektrik diberi tegangan searah, maka arus yang mengalir pada dielektrik terdiri dari 2 komponen yaitu arus yang mengalir pada permukaan dielektrik dan arus yang mengalir melalui volume dielektrik. Sehingga hambatan dielektrik terdiri dari resistansi permukaan dan resistansi volume.

e.       Peluahan parsial (partial discharge)

Peluahan  parsial  (partial discharge) adalah peluahan elektrik pada medium isolasi yang terdapat di  antara dua elektroda berbeda tegangan, di  mana peluahan tersebut tidak sampai menghubungkan kedua elektroda secara sempurna. Peristiwa seperti ini dapat terjadi pada isolasi padat yang  di dalamnya  terdapat rongga udara .

f.       Kekuatan kerak isolasi (tracking strength)

Bila suatu sistem isolasi diberi tekanan elektrik, maka arus akan mengalir pada permukaannya. Besar arus permukaan ini menentukan besarnya  tahanan permukaan sistem isolasi. Arus ini sering juga disebut arus bocor atau arus yang menelusuri sirip isolator. Besar arus tersebut dipengaruhi oleh kondisi sekitar, yaitu suhu, tekanan,kelembaban dan polusi. Secara teknis sistem isolasi harus mampu memikul arus bocor tersebut tanpa menimbulkan pemburukan karena arus bocor dapat dibatasi.

Rangkaian ekivalennya:

3.      Kekuatan dielektrik (dielectric strength disebut juga  breakdown strength) didefinisikan sebagai gradien tegangan maksimum yang masih mampu ditahan oleh dielektrik sebelum terjadi kegagalan fungsi. Nilai  hasil pengukuran kekuatan dielektrik ini sangat tergantung dari geometri spesimen, elektroda, dan prosedur  pengukuran. Walaupun hasil pengukuran bervariasi, namun data hasil pengukuran setidak-tidaknya memberi ancar-ancar dalam menilai  dan menggunakan material dielektrik.

Permitivitas relatif suatu dielektrik (disebut juga konstanta dielektrik),  εr, didefinisikan sebagai perbandingan antara permitivitas dielektrik (ε) dengan permitivitas ruang hampa, (ε0).

4.      Kegagalan bahan isolasi padat terjadi karena kekuatan listrik (strength), lebih kecil dari tekanan listrik (stress).

Mekanisme kegagalan bahan isolasi padat:

a.       Kegagalan Asasi (Intrinsik) dan Kegagalan Elektromekanik merupakan pembagian dari Kegagalan bahan isolasi padat berdasarkan waktu penerapan tegangannya. Kegagalan yang lain yaitu, Kegagalan Streamer, Kegagalan Termal, dan Kegagalan Erosi. Kegagalan Asasi (Intrinsik) adalah kegagalan yang disebabkan oleh jenis dan suhu bahan dengan menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan, bahan elektroda, ketidakmurnian, dan kantong-kantong udara. Kegagalan ini terjadi jika tegangan yang dikenakan pada bahan, dinaikkan sehingga tekanan listriknya mencapai nilai tertentu dalam waktu yang singkat.

b.      Kegagalan Elektromekanik adalah kegagalan yang disebabkan oleh adanya perbedaan polaritas antara elektroda yang mengapit zat isolasi padat sehingga timbul tekanan listrik pada bahan tersebut. Tekanan listrik yang terjadi menimbulkan tekanan (pressure) mekanik yang terjadi akibat timbulnya gayatarik menarik antara kedua elektroda tersebut. Pada tegangan 10⁶ volt/cm menimbulkan tekanan mekanik 2-6 kg/cm². Tekanan atau tarikan mekanis ini berupa gaya yang bekerja pada zat padat berhubungan dengan Modulus Young. Jika kekuatan asasi (intrinsik) tidak tercapai maka zat isolasi akan gagal bila tegangan V dinaikkan lagi. 

Perhitungan Nilai Tegangan Efektif dan Tegangan Maksimum

Perhitungan nilai  Vefektif dan V maximum

V rata-rata

JURNAL MOTOR LISTRIK AC

SISTEM PENGENDALI ARUS START MOTOR INDUKSI PHASA TIGA

DENGAN VARIASI BEBAN

Oleh :

Yusnita, 1) Hendro Tjahjono2)

1) Teknik Elektro UMSB - Bukittinggi

2) Teknik Elektro ISTN Jakarta

Intisari

Penelitian ini dimaksudkan untuk memberikan suata cara sederhana dalam mengendalikan arus start motor induksi 3-fasa. Penelitian ini dibantu oleh program komputer Matlab untuk menganalisa kinerja motor selama proses start dan operasi. Motor yang digunakan pada penelitian ini adalah motoro induksi 3-fasa, 1500 W, 380 V, 4 kutup, 50 Hz and 1400 rpm. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa untuk mengendalikan arus start sebaiknya pada awal start motor diberi tegangan 26.32% dari tegangan nominalnya, kemudian dinaikan secara bertahap menjadi 69% and 100% dari tegangan nominalnya.

Kata kunci : arus start, torsi mekanik, tegangan awal start

ABSTRACT

This research is proposed to give a simple method in controlling inrust current of the three-phase induction motor. This research also use computer program of MATLAB to indicate the motor performance during starting and operating. The motor used in this research is three-phase induction motor by rated 1500 W, 380 V, 4 poles, 50 Hz and 1400 rpm. The results of this research showed that a good strategy to control in rust current by applying 26.32% of the nominal voltage for the first step starting, then increase to 69% and 100% for the second and the third step respectively.

Keywords: inrust current, mechanic torque, starting voltage

1. Pendahuluan

Motor induksi 3-fasa bekerja berdasarkan medan elektromagnetik yang diinduksikan dari kumparan stator ke rotornya. Motor ini biasanya mempunyai arus start yang besar hingga mencapai beberapa kali lipat dari arus nominalnya. Oleh karena itu perlu dicari suatu cara untuk memperkecil arus start motor agar tidak mengganggu sistem yang berada di sekitarnya. Salah satu cara untuk melihat karakteristik motor saat start ini bisa dilakukan dengan menganalisa kondisi motor dengan beban yang bervariasi mulai dari kodisi beban rendah hingga kondisi beban maksimum yang membuat motor berhenti. Pada kondisi ini juga perlu dilakukan variasi tegangan start pada terminal motor agar diperoleh informasi yang akurat tentang pengaruh tegangan terminal ini terhadap arus start dan torsi start yang dihasilkan motor. Agar motor dapat dianalisa dengan tanpa merusak motor, maka motor dianalisa dengan bantuan program kumputer Matlab.

1.1. Rumusan masalah

Dari penjabaran pendahuluan dapat dirumuskan masalah sebagai berikut.

1.      Bagaimana bentuk sistem pengendali arus start motor induksi 3-fasa agar diperoleh arus start yang kecil dalam mengoperasikan motor?

2.      Berapakah besar tegangan start yang tepat agar motor dapat distart dengan baik dengan arus start yang rendah?

1.2. Batasan masalah

Penelitian ini dibatasi dalam hal :

1.      Motor yang dianalisa adalah motor induksi 3-fasa rotor sangkat, 380V, hubungan bintang, 1500 W, 1425 rpm, 4 kutup stator, 50 Hz.

2.      Agar penelitian ini tidak merusak motor yang sedang diteliti, maka motor dianalisa dengan menggunakan program Matlab 5.3.

3.      Untuk menvalidasi hasil penelitian, maka hasil program Matlab dicocokan dengan hasil percobaan motor di labor dengan mengoperasikan motor hanya sampai batas beban nominalnya

1.3. Tujuan penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk memberikan solusi dalam mengendalikan arus start motor induksi 3-fasa dengan cara memilih tegangan start yang tepat pada motor.

2. Landasan Teori

Motor induksi 3-fasa merupakan motor listrik yang bekerja berdasarkan perputaran medan elektromagnetik yang diinduksikan dari kumparan stator ke rotornya. Kecepatan putaran medan magnet ini dipengaruhi oleh frekuensi sumber yang masuk ke motor dengan mengacu ke persamaan (2.1) berikut.

Ns = 120. f / p                         (2.1)

yang mana :

f   = frekuensi sumber AC (Hz)

p = jumlah kutup yang terbentuk pada motor

Ns = kecepatan putaran medan magnet stator (putaran/menit, rpm)

Putaran medan magnet ini diikuti oleh putaran rotor motor induksi. Makin berat beban motor, maka kecepatan rotor juga akan turun sehingga terjadi slip (s), yang besarnya:

yang mana :

s    = slip

Nr = kecepatan putaran rotor pada motor

Motor induksi 3-fasa dapat dianalisa berdasarkan rangkaian ekivalen motor ini. Bentuk rangkaian ekivaelen ini perfasa diperlihatkan seperti pada gambar berikut ini:

Gambar 2.1 Rangkaian ekivalen motor

        induksi 3-fasa perfasa

yang mana:

V₁        = Tegangan sumber perfasa pada kumparan stator

R₁        =  Resistansi kumparan stator

X₁        = Reaktansi Induktif kumparan stator

R_2’       = Resistansi kumparan rotor dilihat dari sisi stator

X₂’       = Reaktansi Induktir rotor dilihat dari sisi stator

X_m         = Reaktansi magnet pada Motor

R_m       = Resistansi magnet pada motor

= Resistansi yang mewakili beban motor

I₁ = Arus kumparan stator

I_2’ = Arus pada kumparan rotor dilihat dari

sisi stator

I₀ = Arus Magnetisasi

Dari rangkaian ekivalen motor gambar 2.1 dan dengan mengabaikan nilai r_m (pendekatan untuk memudahkan analisa), kemudian dapat dibuatkan sebagai berikut.

Sehingga diperoleh yang masuk ke motor arus sebesar:

Dari persamaan (2.7) terlihat bahwa arus sangat dipengaruhi oleh besarnya tegangan termninal motor induksi. Untuk selanjutnya dapat dihitung:

yang mana:

Perubahan tegangan sumber pada motor induksi 3-fasa akan mempengaruhi kinerja motor karena perubahan tegangan sumber ini akan mempengaruhi arus dan torsi pada motor sehingga akan merubah kecepatan motor. Perubahan kecepatan ini otomatis akan merubah slip pada motor. Hubugan perubahan slip terhadap perubahan tegangan ini diperlihat pada persamaan berikut.

3. Metode Penelitian

Motor induksi yang yang menjadi objek penelitian adalah motor induksi 3-fasa, 1500 W, 380 V, hubungan Y, 3,6 A, 4 kutup, 50 Hz and 1400 rpm. Motor ini mempunyai data: R1 = 4,7850 ohm, R’2 = 4,2334 ohm, X1 = X’2 = 6,4316 ohm, Xm = 109,2456 ohm. Untuk memudahkan analisa, motor ini kemudian dianalisa dengan menggunakan program Matlab.

4. Hasil Penelitian dan Pembahasan

Sebelum motor dianalisa dengan menggunakan program Matlab, maka dilakukan validasi hasil pengukuran seperti tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data perbandingan hasil pengukuran arus motor induksi dengan hasil percobaan.

Dari hasil percobaan dan pengukuran terlihat bahwa faktor kesalahan masih berada di bawah 10%, sehingga data parameter motor dapat digunakan untuk menganalisa kinerja motor. Dengan menggunakan program Matlab, maka diperoleh hasil seperti gambar 4.1 sampai

dengan gambar 4.4.

Dari gambar 4.1 terlihat bahwa dengan semakin besarnya beban motor akan membuat arus motor semakin besar pula. Oleh karena itu terlihat di sini bahwa beban sangat mempengaruhi arus motor.

 Gambar 4.2 Pengaruh perubahan beban terhadap torsi mekanik motor induksi

Dari gambar 4.2 juga terlihat bahwa torsi mekanik maksimum pada motor adalah sekitar 2,12 kali dari torsi mekanik saat beban penuh dan torsi start motor sekitar 136% dari torsi mekanik beban penuh. Dengan memperhatikan kondisi ini terlihat bahwa torsi start yang dihasilkan motor pada kondisi normal (tegangan sumber sebesar tengangan nominal) adalah sebesar 1,36 kali torsi mekanik motor saat beroperasi normal. Jika dilihat perbandingan tegangan terhadap torsi yang dihasilkan, maka diperoleh hasil:

Jika divariasikan tegangan terminal motor induksi, maka diperoleh hasil karakteristik motor seperti gambar 4.3 dan gambar 4.4. 

Dari gambar 4.3 terlihat bahwa kecepatan motor di atas nol pada saat sumber tegangan 100 V yang bergerak pada kecepatan 56 rpm. Pada kondisi ini motor bergerak sangat lambat sekali. Bila ditinjau pengaruh perubahan sumber tegangan ini terhadap arus motor induksi, maka hasilnya diperlihatkan pada gambar 4.4. Dari gambar 4.4 ini terlihat bahwa arus pada tegangan 100 V sebesar 3,76 A. Kondisi ini memperlihatkan bahwa arus setelah motor bergerak dengan kecepatan 56 rpm masih melebihi arus nominalnya. Jika kembali ke persamaan (4.1) terlihat bahwa tegangan awal start yang paling bagus untuk motor yang sedang diteliti adalah sebesar 0,69 x Vn = 0,69 x 380 V = 262,6 V. Jika diinginkan motor bekerja lebih baik, maka sebaiknya motor distart dengan cara pemberian tegangan start secara bertahap yaitu pada tahap pertama motor diberi tegangan 100 V, kemudian tegangan motor dinaikkan menjadi 262,6 V dan selanjutnya baru diberi tegangan sumber sesuai dengan nominalnya sebesar 380 V. Kondisi ini dipilih karena bila tegangan start diperkecil lagi, motor tidak akan bisa bergerak.

5. Kesimpulan dan Saran

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan terhadap motor yang diteliti, maka diperolah kesimpulan sebagai berikut.

1.       Sebaiknya diberikan tegangan start secara bertahap dalam bentuk 3 tahap, mulai dari 26,32% dari Vn, kemudian dinaikan menjadi 69% dari Vn (tahap ke dua) dan kemudian dinaikkan lagi menjadi 100% dari Vn.

2.       Bila motor distart dengan kondisi beban yang berlebih, maka akan terjadi arus start yang lebih besar dengan respon kecepatan yang lambat dari rotor. Kondisi ini akan dapat memperpendek umur motor. Sedangkan bila motor distart pada beban yang lebih rendah dari beban nominalnya, maka arus start motor akan semakin kecil dengan respon kecepatan rotor yang cepat sehingga dapat memperpanjang umur motor.

Daftar Pustaka

1.      Cowern, Ed, 2000, ” Keep Up to Speed with Motor Terms “, EC&M, January, pp. 52-56.

2.      Ghai, N. K., 1999 “ IEC and NEMA Standards for Large Squarrel-cage Induction Motors-A comparison ‘, IEEE Trans. On Energy Conversion, 14 (3), pp. 545-552.

3.      Kumar R. Srecrama, R Ramanujam and Jenkins L. HP Khincha, 1998,” Induction motor modelling and interfacing technique for fast transient stability simulation, IEEE Trans. on Energy Conversion, (0-7803- 4962-8/98), pp. 548 – 551.

4.      Richardson, D. V. and Caisse, A. J. Jr., 1997, “Rotating Electric Machinery and Transfomer Technology “, Prentice-Hall, Inc., New Jersey.

SSumber Jurnal : itpelektro.com/attachments/article/6/makalah%204.pdf