Desain proteksi motor (tenaga) listrik

          Desain proteksi motor (tenaga) listrik

Agus Salim (WI Madya)

Abstrak

Instalasi listrik pada dasarnya dikelompokan menjadi dua pokok utama yaitu instalasi pencahayaan yang kemudian dikenal dengan instalasi penerangan dan instalasi tenaga. Ada dua hal yang menjadi pembeda dari keduanya yaitu pada masalah toleransi tegangan masing-masing 6% hingga 10% untuk instalasi tenaga. Beda desain lainnya adalah tentang tatacara penentuan proteksi jaringan. Pada kesempatan ini akan dibahas tatacara penentuan nilai pengaman dan perlengkapan lain yang terkait dengan motor listrik sesuai dengan persyaratan yang berlaku (PUIL 2000).

Kata kunci: Instalasi tenaga, proteksi dan desain

A.   Pengertian

Beberapa istilah pada instalasi listrik yang seyogyanya kita pahami dahulu misalnya seperti berikut:

I _N       Arus nominal atau kapasitas arus adalah  arus kerja alat listrik atau komponen atau mesin listrik sehingga yang akan dapat berkerja normal tanpa mengalami gangguan atau efek apapun.

Arus lebih, adalah arus yang melebihi arus nominal sehingga dapat menyebabkan gangguan kerja pada alat, komponen atau mesin listrik, yang disebabkan oleh adanya:

·         Beban lebih (over load), 

·         Hubung singkat (Short Circuit)  

B.   Data motor listrik

Motor listrik yang akan kita pasang pada jaringan listrik PLN atau sumber pasokan lain harus kita pahami dahulu data yang dapat dibaca pada nameplate motor. Untuk keperluan disain instalasi yang penting untuk dicatat minimal adalah: tegangan, arus, daya, sambungan dan IP.

Gambar1: Nameplate motor

Spesifikasi motor dari data nameplate:

Tegangan                   :   400 V / 690  V

Arus listrik                   :   29  /  17   A

Daya   P                      :   15  kW

Sambungan                :    Δ  /  Y

Indek Proteksi             :   54

 Dalam memasang instalasi listrik kita terlebih dahulu membuat gambar. Gambar harus menggunakan simbol yang berstandar dan konsistensi harus selalu dijaga. Ada beberapa macam gambar yang seyogyanya dipersiapkan dalam persiapan memasang motor listrik.

Gambar 2: Single line power diagram

Pertama kita harus merancang dahulu (minimal) gambar diagram tunggal daya seperti gambar 2. Rangkaian dasar untuk instalasi motor sederhana sesuai dengan nameplate (spesifikasi data) motor diatas maka kita dapat membuat desain :

1.    Pengaman jaringan
2.    Kapasitas kontaktor
3.    Jenis dan penampang kabel
4.    Pengaman motor
5.    Sambungan kumparan motor.

Untuk menyelesaikan desain tersebut kita harus tetap melihat PUIL 2000, katalog produk serta aturan lain yang berlaku.

C.   Rancangan  komponen  

Untuk menentukan jenis komponen dan rating current sesuai dengan beban yang terpasang maka kita harus mengacu PUIL  2000, Tabel 5-5-2 halaman 183. Sehingga kita dapat menghitung nilai proteksi yang akan kita pasang berdasarkan data motor, maka kita dapat tentukan:

1)    Pengaman jaringan, kita memilih pengaman jaringan dengan MCB atau NFB.  Nilai pengaman  dapat diperoleh dengan hitungan:

Gambar 3:  MCB 3 fase

·         Nilai minimum     =  1,25 x I_N motor, dimana  I_N  = 29 A.

                                   = 2,5 x 29 A = 36,25 A  (minimal 40 A)

·         Nilai maksimum   = 2,5 x 29 A

                             = 72,5 A (maksimal 63 A)

Dari katalog produk (MG) kita baca data MCB 3 fase antara 40A; 50A dan 63A. Kita (dalam kasus ini) dapat menentukan nilai maksimal MCB 63 A, jika diyakini beban yang akan diberikan memang besar.

Jadi pengaman jaringan kita pasang MCB, I_N  = 63 A.

Warna kode yang digunakan untuk menandai patron lebar atau tanda warna pada MCB yaitu sebagai berikut :

2 A            : merah jambu

4 A            : coklat

6 A            : hijau

10 A          : merah

16 A          : kelabu

20 A          : biru

25 A          : kuning

35 A          : hitam

50 A          : putih

60 A          : warna tembaga

80 A          : warna mas

100 A       : merah *

* tanda warna lebih besar daripada yang 10 A

2)    Kontaktor, pada dasarnya kapasitas kontaktor yang dipasang harus mampu dilewati sebesar arus beban maksimum.

     

Gambar 4: Kontaktor magnet

dalam hal ini rating current kontaktor minimal sama dengan I_N pengaman diatasnya (MCB) yaitu 63 A, atau minimal sama dengan daya motornya yaitu P = 15 kW. Jadi kontaktor minimal 15 kW.

Kontaktor mempunyai konstruksi tuas-tuas NO dan NC. Kontak yang dibuat dari bahan perak sangat sensitif terhadap adanya busur api dan batas temperature yang diijinkan (fungsi arus listrik).

3)    Jenis dan penampang kabel, untuk menentukan jenis kabel kita harus mempertimbangkan kabel tersebut akan dipasang dilingkungan seperti apa, ditanam, diudara atau didalam pipa.

Gambar 5: NYA 25 mm²

Selain itu kabel yang kita pakai harus mempunyai kemampuan hantara arua (KHA) minimal sama dengan kapasitas pengamannya. Dalah hal ini KHA kabel minimal dipilih yang mempunyai kapasitas > 63 A.

Kita tentukan, kabel menggunakan NYA dipasang didalam pipa, maka kita lihat PUIL 2000, Tabel 7-3-1 diperoleh penampang 25 mm² dengan  KHA = 83 A. Jadi kabel yang dipasang adalah NYA 25 mm².

4)   Pengaman motor, pengaman motor dalam teknik kelistrikan dikenal dengan sebutan Thermal Overload Relay (TOR).

Gambar 6: TOR

Peralatan listrik ini bekerja dengan menggunakan operasi bimetal. Dalam kondisi beban normal arus listrik yang mengalir pada nikelin yang dililitkan pada bimetal untuk memanaskan belum cukup dapat menyebabkan pemutusan arus. Tetapi saat arus beban melebihi arus nominal semakin lama bimetal akan bengkok dan akan menyentuh tuas kontak kontrol akibatnya arus ke beban akan putus, motor berhenti. Karena fungsi utama TOR dipakai untuk mengamankan motor tepatnya kumparan motor, maka harus dipilih TOR yang dapat di set arusnya sebesar arus nominal motor 29 A. Menurut katalog produk CLE, type NR2 Thermal Overload Relay, I_th=  28- 36 A. Arus thermal ini dapat diatur (di-setting) dengan memutar obeng minus ke angka  29 A atau mendekati angka 29.

Jika ternyata terjadi trip, setting current dapat dikoreksi akurasinya (disesuaikan).

Dengan rumus Current Trip TOR = %Trip Current x I nominal motor listrik. (Untuk Motor Induksi , % Trip Curret = 125 %)

Setting TOR = 1,25 X 29 A = 36,25 A. 

 

5)   Sambungan kumparan motor, sambungan kumparan motor harus sesuai antara spesifikasi motor dengan tegangan sumber listrik yang tersedia. Jika tegangan PLN yang diberikan 3 x 380 Volt dan data nameplate motor  tertluis  Δ  / Y, tegangan 400/ 690  V maka arti data ini bila disesuaikan dengan pasokan listriknya adalah:

·         Kapasitas tegangan kumparan fase 400 V;

·         Sehingga yang cocok dengan pasokan PLN 380V, kumparanya disambung  Δ (delta).

·         Kumparan dapat disambung Y, tetapi operasi dalam waktu singkat (dalam hitungan detik) atau hanya cocok untuk “Starting” yang kemudian dikenal dengan pengasutan Bintang-Segitiga.

Catatan: Jika beban motor kapasitasnya melebihi 4 kW maka untuk menghindari Starting Current (arus awal) yang tinggi motor tersebut harus dioperasikan menggunakan sistem Y ke  Δ (bintang- segitiga).

Gambar 7: Diagram  sambungan kumparan  Δ  dan  Y

 

Gambar 8 : Terminal motor 3 fase sambungan bintang

Gambar 9: Terminal motor 3 fase sambungan segitiga

Dengan contoh rancangan disain instalasi beban motor tersebut kita dapat mengembangkan rancangan secara global dengan memperhitungkan faktor keserempakan, arus hubung singkat  ( I_k ), selektivitas, rangkaian kontrol serta tipe pemutus sirkit. Sehingga bila digambarkan secara keseluruhan dimulai dari Main Distribution Panel (panel Utama) hingga pada titik beban dapat dilihat seperti gambar 10.

Gambar 10: Instalasi  tenaga sederhana

D. Kesimpulan

Dalam disain proteksi instalasi motor bila dibandingkan dengan desain pencahayaan  sangat berbeda cara dan sistem rangkaiannya. Perhitungan pengaman jaringan sangat mempengaruhi pemilihan komponen dan penghantar atau kabel yang akan dipakai. Prosedur perhitungan pengaman beban akhir sangat berbeda dengan prosedur perhitungan pengaman secara global.

Referensi:

1.    Badan Standarisasi Nasional, PUIL 2000, Yayasan PUIL, 2002.
2.    Trevor Linsley, Basic Electrical Installation Work, Fifth Edition, Elsevier Ltd. 2008
3.    www. Schneider.com.au (MG Katalog)
4.    www.cle-electrical.co.uk/p/2073/nr2-thermal-overload-relay-for-nc1-series.
5.    Brian Scaddan, Electrical Installation Work,6^th ed. Elsevier Ltd.,Italy, 2008

Macam-macam Circuit Breaker (CB)

Macam-macam Circuit Breaker (CB)

Macam-macam Circuit Breaker (CB) - Berikut ini adalah informasi mengenai Macam-macam Circuit Breaker (CB) yang akan diulas lebih lanjut di dunia elektro

Macam-macam Circuit Breaker (CB)

      Circuit Breaker atau Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) adalah suatu peralatan pemutus rangkaian listrik pada suatu sistem tenaga listrik, yang mampu untuk membuka dan menutup rangkaian listrik pada semua kondisi, termasuk arus hubung singkat, sesuai dengan ratingnya. Juga pada kondisi tegangan yang normal ataupun tidak normal. Adapun macam dari Circuit Breaker yaitu:

1. MCB (Miniatur Circuit Breaker) 

2. MCCB (Mold Case Circuit Breaker)

3. ACB (Air Circuit Breaker) 

4. OCB (Oil Circuit Breaker)

5. VCB (Vacuum Circuit Breaker) 

6. SF6CB (Sulfur Circuit Breaker) 

1. MCB (Miniatur Circuit Breaker) 

    MCB adalah suatu rangkaian pengaman yang dilengkapi dengan komponen thermis (bimetal) untuk pengaman beban lebih dan juga dilengkapi relay elektromagnetik untuk pengaman hubung singkat.

MCB banyak digunakan untuk pengaman sirkit satu fasa dan tiga fasa. Keuntungan menggunakan MCB, yaitu :

1.  Dapat memutuskan rangkaian tiga fasa walaupun terjadi hubung singkat pada salah satu fasanya.

2.  Dapat digunakan kembali setelah rangkaian diperbaiki akibat hubung singkat atau beban lebih.

3.  Mempunyai respon yang baik apabila terjadi hubung singkat atau beban lebih.

     Pada MCB terdapat dua jenis pengaman yaitu secara thermis dan elektromagnetis, pengaman termis berfungsi untuk mengamankan arus beban lebih sedangkan pengaman elektromagnetis berfungsi untuk mengamankan jika terjadi hubung singkat.

      Pengaman thermis pada MCB memiliki prinsip yang sama dengan thermal overload yaitu menggunakan dua buah logam yang digabungkan (bimetal), pengamanan secara thermis memiliki kelambatan, ini bergantung pada besarnya arus yang harus diamankan, sedangkan pengaman elektromagnetik menggunakan sebuah kumpa- ran yang dapat menarik sebuah angker dari besi lunak.

       MCB dibuat hanya memiliki satu kutub untuk pengaman satu fasa, sedangkan un- tuk pengaman tiga fasa biasanya memiliki tiga kutub dengan tuas yang disatukan, sehingga apabila terjadi gangguan pada salah satu kutub maka kutub yang lainnya juga akan ikut terputus.

Berdasarkan penggunaan dan daerah kerjanya, MCB dapat digolongkan  menjadi 5 jenis ciri yaitu :

• Tipe Z (rating dan breaking capacity kecil) Digunakan untuk pengaman rangkaian semikonduktor dan  trafo-trafo yang sen- sitif terhadap tegangan.
• Tipe K (rating dan breaking capacity kecil) Digunakan untuk mengamankan alat-alat rumah tangga.
• Tipe G (rating besar) untuk pengaman motor.
• Tipe L (rating besar) untuk pengaman kabel atau jaringan.
• Tipe H untuk pengaman instalasi penerangan bangunan

Gb. MCB (Miniatur Circuit Breaker)

2. MCCB (Mold Case Circuit Breaker)

      MCCB merupakan salah satu alat pengaman yang dalam proses operasinya mem- punyai dua fungsi yaitu sebagai pengaman dan sebagai alat untuk penghubung.

Jika dilihat dari segi pengaman, maka MCCB dapat berfungsi sebagai pengaman gangguan arus hubung singkat dan arus beban lebih. Pada jenis tertentu pengaman ini, mempunyai kemampuan pemutusan yang dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan.

Gb. MCCB (Mold Case Circuit Breaker)

3. ACB (Air Circuit Breaker) 

        ACB (Air Circuit Breaker) merupakan jenis circuit breaker dengan sarana pemadam busur api berupa udara. ACB dapat digunakan pada tegangan rendah dan tegangan menengah. Udara pada tekanan ruang atmosfer digunakan sebagai peredam busur api yang timbul akibat proses switching maupun gangguan.

Gb. ACB (Air Circuit Breaker)

4. OCB (Oil Circuit Breaker)

       Oil Circuit Breaker adalah jenis CB yang menggunakan minyak sebagai sarana pemadam busur api yang timbul saat terjadi gangguan. Bila terjadi busur api dalam minyak, maka minyak yang dekat busur api akan berubah menjadi uap minyak dan busur api akan dikelilingi oleh gelembung-gelem- bung uap minyak dan gas.

      Gas yang terbentuk tersebut mempunyai sifat thermal conductivity yang baik dengan tegangan ionisasi tinggi sehingga baik sekali digunakan sebagi bahan media pemadam loncatan bunga api.

Gb. OCB (Oil Circuit Breaker)

5. VCB (Vacuum Circuit Breaker) 

      Vacuum circuit breaker memiliki ruang hampa udara untuk memadamkan busur api, pada saat circuit breaker terbuka (open), sehingga dapat mengisolir hubungan setelah bunga api terjadi, akibat gangguan atau sengaja dilepas. Salah satu tipe dari circuit breaker adalah recloser. Recloser hampa udara dibuat untuk memutus- kan dan menyambung kembali arus bolak-balik pada rangkaian secara otomatis. Pada saat melakukan pengesetan besaran waktu sebelumnya atau pada saat recloser dalam keadaan terputus yang kesekian kalinya, maka recloser akan terkunci (lock out), sehingga recloser harus dikembalikan pada posisi semula secara manual.

Gb. VCB (Vacuum Circuit Breaker)

6. SF6CB (Sulfur Circuit Breaker) 

      SF6 CB adalah pemutus rangkaian yang menggunakan gas SF6 sebagai sarana pemadam busur api. Gas SF6 merupakan gas berat yang mem- punyai sifat dielektrik dan sifat mema- damkan busur api yang baik sekali. Prinsip pemadaman busur apinya adalah Gas SF6 ditiupkan sepanjang busur api, gas ini akan mengambil panas dari busur api tersebut dan akhirnya padam. Rating tegangan CB adalah antara 3.6 KV – 760 KV.

Gb. 6. SF6CB (Sulfur Circuit Breaker)