Proteksi Motor Listrik Untuk Mencegah Terjadi Kerusakan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Manusia merupakan salah satu makhluk tuhan yang mempunyai kapasitas lebih dibandingkan dengan makhluk yang lain. Sebagai contoh dalam pekerjaannya, manusia selalu mencari berbagai kemudahan dalam menyelesaikan berbagai aktivitas, Seperti menggunakan alat-alat listrik dalam kehidupan sehari-hari. Alat-alat listrik yang dapat digunakan misalnya motor listrik.

Dewasa ini banyak sekali peralatan dalam kehidupan sehari-hari yang menggunakan motor listrik. Motor listrik didefinisikan sebagai, “Alat yang mengkonversi energi listrik menjadi energi gerak. Perubahan tenaga elektromagnetik terjadi pada saat adanya arus yang melewati kawat penghantar dalam medan magnet”. (Fitzgeraid dkk.1997:123)

Gerak motor listrik dimanfaatkan untuk memudahkan pekerjaan manusia. Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik digunakan untuk memutar berbagai peralatan seperti impeller pompa, fan atau blower, menggerakkan kompresor, mengangkat bahan material berat dan lain-lain. Motor listrik digunakan juga di dalam rumah tangga seperti pada mixer, bor listrik dan kipas angin. Motor listrik disebut juga “kuda kerja industri” karena sekitar 70% beban listrik total di industri di gunakan untuk motor-motor listrik. (Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia. Online -www.energyefficiencyasia.org)

Motor listrik ada menggunakan arus bolak balik atau disebut arus AC (Alternative Current) dan ada yang menggunakan arus searah atau disebut arus DC (Direct current). Kedua jenis motor ini memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Penggunaan motor listrik baik arus searah maupun arus bolak-balik tergantung pada tempat dan kebutuhan, sehingga motor listrik dapat dimanfaatkan secara efektif. Motor listrik AC atau DC yang dirancang sedemikian rupa selalu dilengkapi dengan sistem perlindungan. Apabila tidak dilengkapi sistem perlindungan, maka motor listrik akan cepat rusak. Kerusakan yang terjadi sangat rugi dan berbahaya bagi pemakai ataupun lingkungannya. Motor listrik dapat terbakar karena terjadi hubungan pendek yang menyebabkan terbakarnya isolasi kabel. Jika terlambat mematikan motor maka mengakibatkan rotor hangus dan tidak dapat digunakan lagi. Pemakaian yang melebihi beban menyebabkan panas yang tinggi, sehingga terjadi kemacetan putar akibat pemuaian komponen motor yang berputar.

Menurut Djiteng Marsudi (2004: 67)

Faktor-faktor yang membahayakan motor listrik berasal dari komponen bergerak (rotor), jaringan suplai dan keadaan lingkungan. Supaya tidak terjadi kerusakan perlu sistem yang mampu mengontrol penggunaan komponen-komponen dan energi input sesuai yang dibutuhkan motor. Motor listrik perlu dilengkapi dengan sistem perlindungan. Perlindungan motor listrik berfungsi mencegah timbulnya gangguan terhadap motor dan komponennya. Istilah perlindungan dalam dunia industri dan sistem kelistrikan disebut proteksi. Proteksi mempunyai arti perlindungan diri dari kerugian dan keadaan berbahaya.



Beberapa alasan penting mengapa kerugian motor listrik harus diproteksi, antaranya seperti yang disebutkan oleh Fitzgeraid dkk (1997:191):

Pertimbangan terhadap rugu-rugi motor listrik merupakan hal yang penting berdasarkan ketiga alasan berikut: (1) Rugi-rugi menetukan efesiensi motor dan cukup berpengaruh terhadap biaya pemakaiannya; (2) Rugi-rugi menentukan pemanasan motor sehingga menentukan pula keluaran daya atau ukuran yang diperboleh tanpa mempercepat keausan; (3) Rugi-rugi mempengaruhi daya tahan motor

Bila motor listrik tidak diproteksi maka tidak nyaman dan tidak aman digunakan. Motor listrik yang rusak harus diperbaiki dan membutuhkan biaya, semakin sering rusak semakin sering mengeluarkan biaya, ini sangat merugikan pemiliknya. Selama perbaikan akan mengalami kerugian waktu akibat tidak bisa bekerja dengan motor listrik. Secara langsung kerusakan peralatan motor listrik akan mengganggu ekonomi masyarakat. Motor listrik dapat juga minimbulkan bahaya kebakaran. Penggunaan tanpa kendali mengakibatkan panas yang berlebihan dan motor terbakar. Kebakaran motor dapat menjalar ketempat lain melalui jaringan listrik, tanpa pengamanan akan menyebabkan kebakaran rumah dan lingkungan sekitarnya. Selain itu tanpa proteksi motor listrik juga dapat menimbulkan kebisingan dari bunyi yang dihasilkannya. Untuk mengatasi masalah ini dibutuhkan proteksi yang mampu memberikan kenyamanan dan keamanan dalam menggunakan motor listrik.

Untuk melakukan proteksi dengan baik, harus diketahui penyebab-penyebab kerusakan pada motor listrik. Ada beberapa penyebab motor listrik cepat rusak, antaranya beban yang terlalu besar, daya input yang tidak stabil, terlalu sering on-off dan masuknya air kedalam perangkat motor yang menyebabkan proses oksidasi bahan sehingga terjadi pengkaratan dan memberi beban di luar kapasitas motor. Dalam proses operasi motor listrik, operator sering lalai atau lupa dan menyebabkan beban berat pada motor. Jika terlalu sering mengakibatkan motor menjadi cepat rusak.

Masih banyak masyarakat yang kurang pengetahuannya tentang proteksi motor listrik, sehingga mereka tidak mengetahui cara yang tepat dalam menggunakan motor listrik. Untuk memberi wawasan proteksi motor listrik, perlu kiranya pengkajian khusus tentang hal ini. Dengan adanya pembahasan ini diharapkan dapat menjadikan masyarakat sebagai pengguna yang sesuai petunjuk pabrik. Dengan demikian peralatan motor listrik akan bertahan lebih lama.

Mengingat seringnya terjadi kerusakan pada motor listrik dalam kehidupan masyarakat, sehingga sangat mengganggu pekerjaan. Penulis ingin membahas bagaimana sistem proteksi yang digunakan pada motor listrik berdasarkan teori Fisika. Bagi mahasiswa, khususnya mahasiswa fisika ini bertujuan untuk menambah pengetahuan terhadap penerapan teori-teori fisika dalam kehidupan sehari-hari. Dari pembahasan ini mahasiswa akan memahami bagaimana penerapan teori fisika pada proses proteksi motor listrik. Dengan adanya pengetahuan ini menambah tingkat kesadaran mahasiswa, bahwa fisika itu lebih memiliki manfaat ketika diterapakan pada alat-alat bantu manusia. Selain itu mahasiswa dapat mengambil contoh manfaat mempelajari ilmu fisika. Penting juga pembahasan ini bagi mahasiswa sebagai pengayaan materi dari mata kuliah fisika terapan.

Pembahasan ini sangat penting, khususnya bagi penulis sendiri dalam mengkaji cara proteksi untuk mencegah terjadi kerusakan pada motor listrik. Diharapkan dengan adanya pembahasan ini akan memberikan pengetahuan tentang proteksi motor listrik. Selain itu diharapkan dapat dimanfaatkan oleh orang lain yang menggunakan alat-alat motor listrik. Manfaat lain dari pembahasan ini adalah mengembangkan ilmu proteksi motor listrik pada masyarakat kecil secara sederhana, seperti pada usaha-usaha mikro dan menambah wawasan kelistrikan bagi home industri. Untuk kerusakan-kerusakan kecil masyarakat tidak perlu lagi memakai jasa service, tetapi dapat mengatasinya sendiri. Dengan demikian dapat membantu masyarakat.

Mengingat sangat penting dan besarnya manfaat dari pembahasan ini, maka penulis tertarik membahas tentang, “Proteksi Motor Listrik Untuk Mencegah Terjadi Kerusakan”.



1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah dapat dirumuskan suatu permasalahan dalam pembahasan ini, yaitu bagaimana sistem proteksi motor listrik untuk mencegah terjadi kerusakan?



1.3 Tujuan Penulisan

Pembahasan ini bertujuan untuk mengetahui dan memahami cara proteksi motor listrik, sehingga dapat mencegah terjadi kerusakan.



1.4 Manfaat Penulisan

Setelah pembahasan ini diharapkan dapat memberi manfaat, sebagai informasi kepada masyarakat dan mahasiswa tentang proteksi motor listrik. Dan memberi pemahaman tentang cara yang tepat dalam menggunakan motor listrik.



1.5 Pembatasan Masalah

Supaya pembahasan lebih terfokus dan tidak menyimpang dari tujuan pembahasan perlu adanya pembatasan masalah. Dalam pembahasan ini penulis hanya membahas cara proteksi motor listrik sehingga dapat mencegah terjadi kerusakan.




BAB II

PEMBAHASAN TEORITIS

2.1 Motor Listrik

Motor listrik ialah alat berupa mesin yang bergerak menggunakan energi listrik. Motor listrik merupakan seperangkat elektromekanis yang mengubah energi listrik menjadi energi putar. Motor listrik digunakan sebagai sumber penggerak berbagai macam alat yang digunakan dalam kehidupan manusia. Desain motor listrik berupa lingkaran atau silinder dari logam campuran aluminium sebagai bodi motor. Bagian dalamnya berupa gulungan kawat yang terikat pada poros utama. Gulungan kawat ini diletakkan di dalam medan magnet. Gulungan kawat yang dialiri arus di dalam medan magnet inilah yang menyebabkan terjadinya putaran pada poros utama. Lebih jelasnya akan dijelaskan pada bagian prinsip kerja motorlistrik.



Gambar 2.1 Sebuah motor DC

(sumber: file Direct Industry, 2005)



Motor listrik bermula dari karya fisikawan abad ke-19 yang menunjukkan bahwa listrik dan magnetisme adalah dua gaya yang benar-benar sama. Seorang fisikawan Denmark, Hans Christian Oesterd (1777-1851), menemukan bahwa arus listrik bisa menghasilkan medan magnet. Andre-Marie Ampere (1775-1836), Fisikawan Prancis, memecahkan teori matematis yang menjelaskan bagaimana arus listrik menghasilkan medan magnet. Satuan arus listrik, Ampere diambildari namanya. Selanjutnya Fisikawan dan Kimiawan Inggris yang belajar secara otodidak, Michael Faraday (1791-1867) membuktikan bahwa ketika medan magnet berbeda kekuatannya, medan magnet itu bisa menghasilkan listrik.

Motor listrik dikembangkan setelah dua ilmuan membuat elektromagnet pertama yang bekerja secara praktis. Mereka adalah Joseph Henry (1797-1878) dari Amerika serikat dan William Sturgeon (1783-1850) dari Inggris Raya. Sturgeon adalah orang yang menciptakan motor listrik pertama, pada tahun 1832. Kunci penciptaan motor oleh Sturgeon adalah alat yang disebut komutator, yang membalik arus listrik yang dipasokkan elektromagnet secara terus-menerus. Kebanyakan motor listrik yang digunakan saat ini masih berdasarkan pada rancangan asli Sturgeon (Chris Woodford, 2006:39).



Gambar 2.2 William Sturgeon
(sumber: Chris Woodford, 2006:39)


Seiring perkembangan teknologi motor listrik telah digunakan dalam bebagai bidang seperti bidang industri, ekonomi, pertanian, dan perikanan. Selain itu motor listrik juga digunakan pada peralatan rumah tangga. Contoh alat yang menggunakan motor listrik adalah kipas angin, pompa air, bor listrik, dan lain lain. Sekarang ini hampir 70 ℅ tenaga manusia dibantu oleh motor listrik.

Berdasarkan sumber arus yang digunakan motor dibagi menjadi dua jenis yaitu motorlistrik arus searah (DC) dan motorlistrik arus bolak balik (AC). Baik motor AC maupun DC mempunyai karakteristik tersendiri yang menjadi pedoman kita dalam menggunakannya. Perbedaan karakteristik motor AC dan DC diantaranya seperti disebutkan Fitzgerald. A.E dkk (1997:123), sebagai berikut:

Karakteristik motor AC

1. Harga lebih murah

2. Pemeliharaannya lebih mudah

3. Banyak bentuk display untuk bebagai lingkungan pengoperasiannya

4. . Kemampuan untuk bertahan pada lingkungan yang keras

5. Secara fisik lebih kecil dibandingkan dengan motor DC untuk HP yang sama.

6. Biaya perbaikan lebih murah.

7. Kemmpuan berputar pada kecepatan di atas ukuran kecepatan kerja yang tertera nameplate

Karakteristik motor DC

1. Torsi tinggi pada kecepatan rendah.

2. Pengaturan kecepatan bagus pada seluruh rentang (tidak ada low-end cogging)

3. Kemampuan mengatasi beban-lebih lebih baik.

4. Lebih mahal dibandingkan motor AC.

5. Secara fisik lebih besar dibandingkan dengan motor AC untuk HP yang sama.

6. Pemeliharaan dan perbaikan yang diperlukan lebih rutin.





Gambar 2.3 Klasifikasi Jenis Utama Motor Listrik

(sumber: Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia –

www.energyefficiencyasia.org, 2010)

Adapun keistimewaan umum yang dimiliki motor AC adalah medan magnet yang diatur dengan lilitan stator. Kecepatan medan magnet putar tergantung pada jumlah kutub stator dan frekuensi sumberdaya. Kecepatan ini disebut kecepatn singkron, dan dapat ditentukan dengan rumus matematis:

(Zuhal, 1991:66)

Dimana : nS= kecepatan sinkron dalam rpm

f = frekuensi sumberdaya dalam Hz

P= jumlah kutub

Motor listrik arus bolak-balik diklasifikasikan dengan dasar prinsip pengoperasian sebagai motor induksi atau motor sinkron. Motor induksi AC adalah motor yang paling sering digunakan karena motor ini relative sederhana dan dapat dibuat dengan lebih murah dibandingkan dengan yang lain. Motor induksi dapat dibuat baik untuk jenis tiga fase maupun satu fase, karena pada motor induksi tidak ada tegangan eksternal yang diberikan pada rotornya. Sebagai penggantinya, arus AC pada stator menginduksikan tegangan pada celah udara dan pada lilitan rotor untuk menghasilkan arus rotor dan medan magnet. Medan magnet stator dan rotor kemudian berinteraksi dan menyebabkan rotor berputar.


2.2.1. Prinsip Konversi Energi Elektromekanis

Motor listrik bekerja memanfaatkan gejala elektromagnetik. Gejala elektromagnetik ini akan dapat teramati bila medan magnet didekatkan dengan kumparan kawat. Gejala yang terjadi akibat medan magnet disekitar kumparan kawat disebut induksi elektromagnetik.

Menurut Owen Bishop (2004:45) bahwa:

Sebuah magnet batangan yang digerakkan masuk ke dalam kumparan menginduksikan arus pada kumparan. Arus akan mengalir dan beda tegangan akan dihasilkan hanya ketika magnet berada dalam keadaan bergerak. Apabila magnet dibiarkan diam maka arus akan berhenti. Ketika magnet dikeluarkan dari kumparan maka arus akan mengalir ke arah yang berlawanan.



Untuk memudahkan memahami prinsip elektromagnetik perhatikan gambar (2.4) dibawah ini.



(a). Magnet Diam



(b). Magnet ke kiri



(c). Magnet bergerak ke kanan

Gambar 2. 4 Pengaruh medan magnet dalam kumparan kawat

Dari gambar 2.4 kita perhatikan bahwa:

(a). Magnet diam dan arus dalam kumparan tidak mengalir atau i=0.

(b). Magnet bergerak kearah kiri dan arus dalam kumparan mengalir atau i≠0.

(c). Magnet bergerak ke kanan dan arus dalam kumparan mengalir i≠0 namun berlawanan arah.

Penjelasan ini sangat sesuai dengan teori yang dikemukakan oleh Daryanto dalam bukunya Pengetahuan Teknik Elektronika.

Menurut Daryanto (2005: 107) bahwa:

Kita dapat membuat listrik dengan menggunakan medan magnet. Dengan magnet permanen di dalam kumparan kita dapat membangkitkan arus listrik. Dengan mengubah arus di dalam kumparan A, pada kumparan B kita dapat mengalirkan tegangan yang berubah-rubah. Hal itu disebabkan oleh perubahan medan magnet. Jika kita berhenti mengubah arus pada kumparan A, tegangan pada B akan berhenti juga.

Lebih lanjut Daryanto menjelaskan bahwa di dalam medan magnet yang disebabkan oleh arus besarnya kekuatan disebabkan oleh:

- Besarnya arus yang mengalir melalui kawat penghantar.

- Jarak antara kawat dan kutub magnet.

- Jumlah kemagnetan yang terpusat di kutb-kutub magnet.



Dari kutipan di atas dapat kita pahami bahwa kekuatan medan magnet pada suatu titik, misalkan titik P dibentuk oleh besarnya arus yang melalui kawat dan besarnya jarak yang memisahkan antara titik P dengan kawat tersebut. Maka dapat kita simpulkan, makin besar kekuatan arus, makin besar pula medan magnetnya. Makin kecil jarak antara kawat dan titik P juga menyebabakan makin besar medan magnet di titik P.

Menurut Owen Bishop (2004:44) mengatakan:

Ketika arus mengalir dalam sebuah kawat, sebuah medan magnet akan terbentuk di sekeliing kawat. Apabila kawat di gulung dan di bentuk menjadi sebuah kumparan, medan magnet yang dihasilkan akan menyerupai medan magnet dari magnet batangan. Medan magnet direpresentasikan oleh garis-garis gaya yang mengindikasikan arah medan di dalam dan di sekitar kumparan.



Motor listrik mengkonversi energi elektromekanik yaitu energi listrik dirubah menjadi energi mekanik (gerak). Perubahan ini terjadi akibat adanya dua kutub magnet yang menghsilkan medan magnet, selanjutnya kumparan kawat di tempatkan di dalam medan magnet tersebut. Ketika kumparan kawat ini dialiri arus listrik menyebabkan terjadinya gaya torsi yang berlawan pada dua arah kutub magnet sehingga menimbulkan gaya gerak pada jangkar motor listrik.

Selama arus listrik masih terus dialirkan dalam kumparan kawat, selama itu pula jangkar motor akan terus berputar. Putaran jangkar selanjutnya diteruskan melalui poros utama yang terhubung langsung dengan jangkar motor. Putaran poros inilah yang dimanfaatkan sebagai kerja motor, disebut sebagai kerja elektromekanik.

Konversi energi baik dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor), maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) terjadi melalui medium magnet. Energi sebelum diubah kebentuk lain disimpan sementara dalam medium magnet, kemudian dilepaskan kebentuk energi lain. Selain itu magnet juga berfungsi sebagai medium untuk mengkopel proses perubahan energi. Sketsa perubahan energi dapat kita lihat pada gambar berikut.






Gambar 2. 5 proses perubahan energi listrik menjadi energi mekanik
(sumber: Zuhal, 1991:56)

Berdasarkan hukum kekekalan energi, proses konversi energi elektro-mekanik dapat kita nyatakan sebagai berikut:







+



Atau setelah kita jumlahkan dengan kerugiannya dapat kita kelompokkan menjadi:



























= =



Dalam bentuk differensial dapat kita tulis

dWE = dWM = dWF

Energi yang sementara disimpan dalam medan magnet akan dilepaskan menjadi sistem lain, secara matematis dapat kita tuliskan dalam bentuk persamaan differensial:

dwE = dWM +dWE (untuk aksi motor)

Persamaan di atas berlaku ketika proses konversi sedang berlangsung (transien atau dinamis), jika sedang dalam keadaan tunak, dimana fluks sedang merupakan harga konstan, maka berlaku:

dWF = 0

dWE = dWM (Zuhal, 1991:57)



2.1.2 Komponen-Kompenen Motor Listrik

Motor listrik merupakan seperangkat kombinasi yang terdiri dari berbagai jenis komponen, sehingga membentuk sistem kerja yang teratur. Semua komponen diatur sedemikian rupa sehingga bekerja sesuai dengan fungsi masing-masing. Jika salah satu komponen terganggu atau tidak berfungsi maka seluruh komponen lain ikut terganggu sehingga motor tidak bekerja secara normal.

Zuhal (1991:64/91) menyebutkan, bahwa komponen-komponen motor listrik secara umum terdiri dari:

1. Poros utama yang dilengkapi lubang motor, komutator dan air fan.

2. Jangkar

3. Holder sikat, pegas dan sikat karbon.

4. Koil medan dan koil stator

5. Frame motor

Komponen-komponen motor listrik ini tidak mutlak seperti tersebut di atas, melainkan dapat berubah sesuai jenis motor listrk, kecuali perangkat utamanya. Lebih jelasnya kita dapat melihat komponen- komponen utama tersebut berdasarkan gambar berikut:



Gambar 2. 6 Motor Induksi

(sumber: Automated Buildings, 2006)

Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 2.6):



Ø Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:

- Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.

- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.

Ø Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat.



2.1.3 Prinsip Kerja Motor Listrik

Seperti telah penulis sebutkan sebelumnya bahwa jarum magnet kompas biasanya dapat beringsut jika arus listrik dialirkan dalam kawat yang tidak berjauhan dengannya. Dan jika magnet yang kita stasionerkan, maka yang bergerak justru kawatnya. Atas dasar ini, dapat diciptakan suatu sistem dimana kawat akan terus-menerus berputar berdekatan dengan magnet sepanjang arus listrik terus dialirkan dalam kawat.

Menurut Owen Bishop (2004:47) Menyatakan:

Ketika tegangan di berikan keterminal-terminal rangkaian motor, arus mengalir melewati sikat bagian atas ke komoutator, melewati kumparan menuju ke lempeng setengah-cincin komutator lainnya dan akhirnya kembali ke sikat bagian bawah. Arus mengalir menjauhi komutator pada bagian atas kumparan. Merujuk ke aturan Tangan-kiri Fleming, bagian atas kumparan akan terdorong oleh gaya yang kemudian menggerakkannya ke arah kanan. Menerapakn aturan yang sama terhadap bagian bawah kumparan, dimana arus mengalir menuju komutator, bagian bawah kumparan terdorong ke arah kiri. Kedua gaya ini menyebabkan kumparan berputar pada arah yang sama dengan arah jarum jam.



Gambar 2.6 Kaidah tangan kiri Fleming
(sumber: Nave, 2005 )

Secara sederhana dapat kita katakan motor listrik menggunakan energi listrik dan energi magnet untuk menghasilkan energi mekanis. Motor listrik bekerja dengan prinsip bahwa dua kutub magnet dapat dibuat berinteraksi untuk menghasilkan gaya yang menggerakkan (torsi).

Gambar 2.7 Prinsip Dasar dari Kerja Motor Listrik

(Sumber: Nave, 2005)







Ganbar 2. 8 Mengembangkan Torsi motor

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor listrik secara umum sama (Gambar 2.8) dapat kita nyatakan dalam bentuk sistematsinya :

1. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

2. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

3. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torsi untuk memutar kumparan.

4. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Prinsip dasar kerja motor listrik secara matematis adalah:

F = il x B

F = gaya

L = panjang kawat

I = arus yang mengalir di kawat l

B = fluks medan magnet



2.2 Proteksi Motor Listrik

Proteksi secara bahasa di artikan sebagai pelindung atau pengaman. Secara luas proteksi diartikan sebagai pengamanan atau perlindungan suatu sistem tertentu untuk mencegah terjadinya hal-hal yang tidak di harapkan atau bahkan merugikan sistem tersebut. Disini penulis akan membahas proteksi yang diterapkan pada sistem motor listrik, di harapkan dapat mencegah terjadinya kerusakan. Walaupun resiko kerusakan ini tidak mampu kita cegah secara ideal, setidaknya mampu meminimalisir resiko kerusakan tersebut.

Dunia internasional telah memberikan Kode International Protection untuk peralatan listrik. Peralatan listrik pada name plate tertera simbol yang berhubungan dengan tindakan pengamanan (Gambar 2.7). Klas I memberikan keterangan bahwa badan alat harus dihubungkan dengan pentanahan. Klas II menunjukkan alat dirancang dengan isolasi ganda dan aman dari tegangan sentuh. Klas III peralatan listrik yang menggunakan tegangan rendah yang aman, contoh mainan anak-anak.

Motor listrik bahkan dirancang oleh pabriknya dengan kemampuan tahan terhadap siraman air langsung (Gambar 2.8). Motor listrik jenis ini tepat digunakan di luar bangunan tanpa alat pelindung dan tetap bekerja normal dan tidak berpengaruh pada kinerjanya. Name plate motor dengan IP 54, yang menyatakan proteksi atas masuknya debu dan tahan masuknya air dari arah vertikal maupun horizontal. Ada motor listrik dengan proteksi ketahanan masuknya air dari arah vertikal saja (Gambar 2.9a), sehingga cairan arah dari samping tidak terlindungi. Tapi juga ada yang memiliki proteksi secara menyeluruh dari segala arah cairan (Gambar 2.9b). Perbedaan rancangan ini harus diketahui oleh teknisi dan operator karena berpengaruh pada ketahanan dan umur teknik motor, di samping harganya juga berbeda. (pdf Sistem Pengamanan Bahaya Listrik, 2005:296)





Gambar 2.7 Simbol pengamanan pada nameplate

(sumber: pdf Sistem Pengamanan Bahaya Listrik, 2005:296)





Gambar 2. 8 Motor listrik tahan dari siraman air

(sumber: pdf Sistem Pengamanan Bahaya Listrik, 2005:296)





Gambar 2.9 Motor listrik tahan siraman air vertikal dan segala arah

(sumber: pdf Sistem Pengamanan Bahaya Listrik, 2005:296)



Ada beberapa hal yang harus dilindungi agar motor listrik tidak cepat rusak. Pertama, perlindungan fisik motor secara keseluruhan dari ligkungan sekitarnya. Kedua perlindungan mekanis motor listrik. Ketiga, perlindungan motor dari energi suplay.



2.2.1 Proteksi Terhadap Gesekan

Pengaturan putaran motor juga sangat berperan penting dalam mencegah terjadi kerusakan pada motor listrik. Putaran yang tidak stabil dapat menyebabkan rotor tidak balance (tidak seimbang), tidak seimbang rotor berakibat cepatnya aus bagian yang bergesek. Keausan ini selain harus dicegah melalui pengaturan putaran juga dengan memperkecil gaya gesek pada bagian yang bersentuhan.

Menurut Peter Soedojo (1999:10) bahwa “Gesekan ialah gerakan relative antara 2 permukaan yang bersinggungan sedemikian hingga akibat persinggungan tersebut, gerakan yang satu terhadap yang lain menjadi tidak leluasa dan mengalami hambatan. Makin lekat atau kuat persinggungan itu, makin besar hambatan itu, yakni makin besar gesekannya”.

Dari uraian di atas maka kita ketahui bahwa gesekan antara dua permukaan besar apabila persinggungan antara kedua permukaan tersebut kuat. Pada motor listrik singgungan tersebut sangat rapat, sehingga mempunyai resiko gesekan yang besar. Pada sentuhan ini terjadi gaya gesekan Fg yang sebanding sebanding dengan gaya tekan atau sering disebut gaya normal. Secara matematis gaya gesek dapat kita nyatakan:

Fg = μ N

Dengan μ adalah koefisien gesek. Besaran μ ini ditentukan oleh kekasaran kedua permukaan yang bersentuhan. Pada motor listrik, untuk memperkecil gaya gesek ini harus kita upayakan pengecilan koefesien gesek dengan memperhalus sentuhan dua permukaan. Untuk mendapatkan kehalusan sentuhan ini dapat kita gunakan zat perantara berupa pelumas. Dengan menggunakan pelumas permukaan menjadi licin, sehingga menghasilkan μ yang relative kecil. Hal ini juga di dukung oleh pendapat Peter Soedojo (1999:10) yang mengatakan:

Untuk gerakan benda padat di dalam fluida (cairan ataupun gas) sebagai mediunya, gaya gesekannya kecuali sebanding dengan kecepatan gerakan benda padat itu di dalam atau relatif terhadap fluida mediumnya.

Untuk benda yang berwujud bola berjari-jari r yang bergerak di dalam fluida yang koefesien viskositasnya η dengan kecepatan v, gaya gesekannya dinyatakan dengan rumus stokes:

Fg = 6 π r η v



Penjabaran persamaan ini sangat rumit dan tidak dibahas di sini. Untuk melindungi motor listrik dari kerusakan kita dapat menggunakan pelumas jenis rotary yang beredar di pasaran. Pelumas rotary atau yang di kenal dengan Gemuk dalam bahasa sehari-harinya, dapat memperkecil gaya gesek pada poros motor listrik. Selain itu juga dapat meredam panas akibat sentuhan tersebut. Sehingga dengan menggunakn pelumas ini dapat melindungi dari kerusakan mekanis motor dan mengurangi resiko kerusakan pada motor listrik.

Hubungan antara koefesien gesek dengan gaya gesek, serta pengaruhnya terhadap percepatan gerak putar dapat kita lihat dari persamaan berikut:

N.μ = fg

FT = F- fg → a= FT/m

Keterangan:

N = gaya normal (N)

μ = koefesien gesek

fg = gaya gesek (N)

FT =gaya total untuk putaran (N)

Dari hubungan di atas terlihat bahwa, koefesien gesek mempengaruhi gaya gesek, selanjutnya gaya gesek mengurangi gaya torsi yag dihasilkan medan magnet. Akibatnya gaya output yang menjadi tenaga putar pun menjadi berkurang, berkurangnya gaya ini tentunya mempengaruhi percepatan putar motor. Artinya semakin besar koefesien gesek, maka semakin kecil putaran yang dihasilkan. Selain itu terhadap beban arus juga akan berpengaruh, hal ini akan kita jelaskan pada bahasan proteksi terhadap beban.



2.2.2 Proteksi Terhadap Suhu

Motor listrik merupakan salah satu perangkat elektronis yang peka terhadap kerusakan. Agar resiko kerusakan ini dapat kita antisipasi di perlukan suatu sistem perlindungan yang kita kenal dengan sistem proteksi motor listrik. Fisik motor listrik harus di desain sedemikian rupa sehingga tahan terhadap keadaan lingkungan, terutama keadaan termal. Sejalan dengan lamanya bekerja motor listrik maka suhunya semakin meningkat. Bila motor listrik terus saja digunakan akan terjadi pemuaian pada kompnennya sehingga macet atau tidak dapat berputar lagi. Menurut Peter Soedojo (1999:15) mengatakan:

Hubungan antara panas dan tenaga itu mengemuka melalui hubungan antara tenaga mekanik dan suhu. Misalnya, tenaga kinetik molekul gas pada suhu T dalam derajat Kelvin, ºK diberikan oleh ½ mv2 =(3/2) kT dimana k ialah tetapan Bolztman sebesar 1,38x10-23 joule/ ºK. Hubungan tersebut lalu memberikan penambahan tenaga kinetic yang sebanding dengan kenaikan suhu ΔT. Di lain pihak, banyaknya panas yang menaikkan suhujuga sebanding dengan kenaikan suhu ΔT. Jadi dapat diperkirakan adanya kesebandingan atau kesetaraan antara tenaga mekanik dalam satuan joule dengan banyaknya panas dalam satuan kalori. Ternyata 1 joule setara dengan 0,24 kalori dan besaran 0,24 kalori/joule ataupun 4,2 joule/kalori, dinamakan equivalent atau tara panas mekanik joule.



Akibat adanya kenaikan temperatur pada benda maka akan terjadinya penambahan ukuran benda tersebut, yang dikenal dengan istilah pemuaian. Kenaikan temperature sebesar ΔT, akan menyebabkan pertambanhan panjang sebesar ΔL yang sebanding dengan panjang semula l0 dan ΔT.

Δ.l0=α..ΔT.l0 (Daryanto, 2000:143)

Besarnya α adalah konstanta muai panjang yang tergantung pada jenis benda dan satuannya yaitu1/k.

Dari Δl=lt.l0

lt=l0+Δl

=l0+ l0.α. ΔT

lt=l0(1+ α. Δl) (Daryanto, 2000:144)

Untuk benda yang memiliki volume tertentu, sejalan dengan pertambahan temperature akan mengalami pertambahan volume. Perubahan volume ΔV pada benda padat maupun cair, yang semula bervolume V0 akibat perubahan temperature sebesar ΔT dinyatakan oleh:

ΔV = V0 γ. ΔT

Vt = V0 (1+ γ. ΔT) → γ = 3α (Daryanto, 2000:144)



Untuk mencegah terjadinya pemuaian ini diperlukan suatu cara meredam kalor yang dihasilkan oleh motor listrik. Selain dengan meredam kalor juga dengan mentransfer kalor ke ketempat lain yang tidak mengganggu motor listrik, seperti ke udara di lingkungannya. Menurut Peter Soedojo (1999:69) bahwa:

Panas, kecuali mengalir dari suatu benda yang suhunya lebih tinggi ke benda lain yang suhunya lebih rendah, apabila keduanya disinggungkan satu sama lain, juga mengalir dari bagian suatu banda yang suhunya tinggi ke bagian lain dari benda itu juga yang suhunya lebih rendah. Aliran panas demikian merupakan transfer atau pindahan tenaga kinetic getaran dari satu atom ke atom lain di sebelahnya melaluitumbukan. Sebagaimana di dalam benda pada, atom-atomitu bergetar-getar di sekitar titik setimbangnya dengan tenaga kinetic K=1/2 MV2=3X1/2 kT sesuai dengan azas equipartisitenaga atau pembagian tenaga merata yang mengatakan bahwa tenaga kinetic partikelsama dengan ½ Kt untuk tiap derajat kebebasan.



Berdasarkan kutipan di atas maka cara yang tepat untuk mengatasi panas yang di hasilkan motor adalah dengan menghasilkan angin di sekitar body motor yang rawan menimbulkan panas. Dalam hal ini kita melihat desain bagian motor. Bagian motor yang paling cepat meningkatkan panas adalah di sekitar rotor yang berputar karena adanya proses gesekan. Untuk itu diperlukan hembusan angin yang kuat pada bagian tersebut. Untuk mengahsilkan angin maka perlu dibuat fan (kipas). Kipas dihubungkan secara langsung dengan poros utama motor. Semakin cepat putaran motor semakin cepat peningkatan panasnya, demikian juga semakin besar angin yang di hasilkan kipas sehingga mampu mengimbangi panas yang ditimbulkan. Dengan demikian motor listrik dapat dilindungi dari kerusakan akibat keadaan panas.

Hubungan penyerapan panas oleh angin tersebut dapat rumuskan dengan persamaan matematisnya sebagaimana di kutip dari Peter Soedojo (1999:77)

Banyaknya tumbukan yang dialami satu molekul per satuan waktu sepanjang arah gerakannya dengan kecepatan (v) adalah sebanyak molekul yang untuk mudahnya dianggap diam, yang berada di dalam silinder yang panjangnya v dan penampang melintangnya sama dengan diameter molekul (d). Kalau kerapatan molekulnya adalah n, maka banyaknya molekul itu adalah:



N = n π d2 v

Dengan demikian jarak bebas rata-ratanya adalah:

λ = v/N = 1/ (nπd2)

Oleh karena sebenarnya molekul-molekul itu tidak tinggal diam, melainkan juga bergerak dengan kecepatan v ke berbagai arah, maka secara efektif banyaknya molekul yang ditumbuk sebenarnya lebih banyak. Dengan demikian Maxwell mengoreksi rumus di atas menjadi:

λ = 1/(n π d2 √2)

sedangkan Clausius mendapatkan:

λ = 3/ (4n π d2)

Selanjutnya dapat dijabarkan rumus-rumus daya hantar jenis K, koefesien viskositas η, dan koefesien difusi D dalam hubunannya dengan λ dalam bentuk:

K = (1/3) ρ vλcv ; η = (1/3) ρv ; D = (1/3) λ v

Dengan v kecepatan rata-rata yang diberikan oleh:

v = v n(v) 4π v2 dv = (8kT/ πm)1/2

sedangkan cv ialah panas jenis pada volume tetap dan ρ ialah massa jenis.



Oleh karena adanya tumbukan udara disekitar motor maka kalor yang dihasilkan motor dapat berpindah, dengan demikian suhu tetap terjaga dalam batas yang diperbolehkan. Batas suhu yang masih ditolerir bergantung pada jenis logam yang digunakan. Maka umumnya motor terbuat dari logam campuran yang tahan terhadap suhu tinggi.

2.2.3 Proteksi Terhadap Beban

Motor listrik kadang kala diberikan beban lebih tanpa disadari. Beban yang berlebihan dapat membuat beberapa komponen tak sanggup menahannya, akibatnya terjadi kerusakan. Misalnya, motor digunakan untuk memutar beban melebihi kapasitas putaran motor sehingga arus disuplay melebihi daya tahan kawat, akibatnya kawat kumparan hangus dan tidak dapat digunakan lagi. Untuk kejadian seperti ini, proses proteksi motor listrik dapat kita bantu dengan menggunakan rangkaian.

Adapun secara umum motor listrik diproteksi terhadap beban menggunakan rangkaian meliputi beberapa hal, antara lain pembebanan lebih, hubungan singkat, dan tegangan rendah. Beberapa komponen elektronis yang berperan penting dalam rangkaian proteksi motor listrik seperti dijelaskan oleh Djiteng Marsudi (2004:42) bahwa ada beberapa relai yang digunakan untuk memproteksi motor listrik:

a. Relai Arus Lebih dan Skring Lebur

Untuk memproteksi motor listrik dari pembebanan lebih maupun hubungan singkat kita dapat menggunakan relai arus lebih.





b. Relai Stall

Stall adalah fenomena dimana putaran motor sewaktu start tidak dapat dinaikkan dengan cepat karena beban yang terlalu berat. Relai arus lebih harus distel sedemikian rupa dimana relai arus lebih selama periode start harus membolehkan arus start yang tinggi selama tidakmelampui batas waktu tertentu yang menyangkut kemampuan termal motor.



c. Relai tegangan rendah/hilang

saklar motor listrik umumnya menggunakan magnet pemegang kontak-kontak saklar (holding coil). Proteksi tegangan rendah atau hilang diperlukan karena tegangan yang rendah dapat menimbulkan arus lebih. Sedangkan tegangan pasokan hilang perlu diikuti pembukaan saklar agar jangan timbul arus berlebihan jika tegangan pasokan datang kembali.



d. Relai arus urutan negatif

Apabila pasokan daya dari salah satu fasa hilang, dapat menimbulkan pemanasan berlebihan dalam stator dan rotor motor. Relai ini mampu melakukan proteksi motor terhadap gangguan antar fasa, gangguan fasa-tanah, beban lebih, arus urutan negatif dan motor macet.



Dari kutipan di atas dapat diketahui bahwa ada beberapa jenis relai yang dapa kita gunakan untuk memproteksi motor listrik dari kerusakan. Relai-relai tersebut digunakan sesuai dengan fungsinya masing-masing. Dalam perkebangan zaman relai dimulai dari relai mekanis, elektro-mekanis, elektronis, dan akhirnya digital. Seiring kemajuan tekhnologi relai digital saat ini paling banyak digunakan, selain karena kemampuannya untuk memproteksi juga mampu merekam kejadian gangguan. Kejadian yang dapat direkam adalah jumlah start, profil arus beban, urutan kejadian sewaktu terjadi gangguan dan juga suhu dari bagian motor yang dikehendaki.

Selain relay juga digunakan kapasitor untuk melindungi rangkaian motorlistrik. Kapasitor disebut juga kondensator, yang berupa bahan konduktor yang dapat menyimpan energi dalam bentuk muatan-muatan listrik.seperti dikatakan Peter Soedojo (1999:171):

Kapasitor adalah sistem konduktor yang mampu menyimpan rapat (to condense) muatan listrik sehingga memiliki daya tampung, yaitu kapasitas yang besar sehingga disebut kapasitasnya besar.

Tenaga yang tersimpan di dalam konduktor dan kondensator bermuatan listrik adalah tenaga sistem titik-titik muatan yang dikandungnya. Mengingat konduktor adalah badan equipotensial maka tenaga yang tersimpan di dalam konduktor bermuatan adalah:

U = ½ Σqi V = ½ V Σ qi = ½ Vq = ½ qV

Sedangkan yang di dalam kondensator bermuatan, selaku dua konduktor bermuatan diberikan oleh:

U = ½ {qV1+ (-q)V2} = ½ q (V1-V2) = ½ qV

Jadi baik untuk konduktor bermuatan maupun kondensator bermuatan, tenaga yang dikandungnya adalah:

U = ½ Qv = ½ CV2 = ½ q2/C



Menurut Owen Bishop (2004:55)

Relay adalah sebuah saklar yang di kendalikan oleh arus. Relay memiliki sebuah kumparan tegangan rendah yang dililitkan pada sebuah inti. Terdapat sebuah armatur besi yang tertarik menuju inti apabila arus mengalir melewati kumparan. Armature terpasang pada sebuah tuas berpegas. Ketika armatur tertarik menuju inti, kontak jalur bersama akan berubah posisi dari kontak normal-tertutup ke kontak normal-terbuka.



Relay merupakan sebuah saklar, fungsinya untuk memutuskan dan menghubungkan rangkaian. Relay memiliki perbedaan dengan saklar biasa dari cara kerjanya. Saklar biasa bekerja secara manual dengan bentuan tenaga luar, sedangkan relay dibantu oleh arus yang mengalir ke kumparan. Setelah arus mengalir di dalam kumparan, inti besi menghasilkan medan manet yang menyebabkan gaya tarik terhadap armatur. Tarikan armature ini menghubungkan kontak, sehingga arus dapat mengalir ke rangkaian kerja.

Relay dapat bekerja lebih cepat dari saklar biasa, kecepatan kerja relay bervaiasi. Gambar di atas contoh relay yang dapat diaktifkan dalam waktu 10 ms. Sebagian besar relay modern di tempatkan dalam sebuah kemasan yang tertutup rapat.

Menurut Owen Bishop (2004:20)

Sekring adalah sebuah komponen yang di dalam nya berisi seutas kawat yang sangat tipis, terbuat dari bahan logam campuran khusus yang dapat meleleh pada suhu yang relative rendah. Apabila arus yang mengalir melewati sekring terlalu besar, panas akan dihasilkan dengan cepat. Kawat sekring akan menjadi begitu panas, sehingga meleleh dan menyebabkan terputusnya rangkaian. Pemutusan ini mengakibatkan penghentian pemasokan arus ke rangkaian.



Sekring memiliki kapasitas tertentu untuk dilewati arus, artinya bila arus melebihi rating yang di tetapkan maka sekring akan memutuskan aliran arus tersebut. Untuk memenuhi berbagai kebutuhan peralatan listrik maka dibuat sekring dengan berbagi ukuran yang sesuai. Contoh sekring yang iasa digunakan untuk listrik PLN memiliki rating, 3A, 5A dan 13A. Gunakanlah sekring yang seusai kebutuhan.

Proteksi arus dan tegangan lebih tujuannya adalah untuk sistem pengaman arus dan tegangan lebih. Pada kebanyakan peralatan listrik memerlukan sistem pengaman untuk melindungi terjadinya beban lebih. Arus yang besar pada rangkaian listrik terjadi akibat hubung singkat, sehingga menimbulkan kerugian peralatan (kerusakan mekanis dan bahkan kebakaran). Oleh karena itu untuk melindungi terjadinya hubung singkat dilakukan pemasangan sekering (fuse).

Cara kerja dari fuse adalah berdasarkan pelelehan bahan sehingga akan memberikan hubungan terbuka pada rangkaian karena beban lebih atau hubung singkat. Semua jenis sekering mampunyai sifat sensitif terhadap temeratur (dari temperatur ambang 25o C), serta mempunyai spesifikasi rating arus dan tegangan.

Sekering dalam rangkaian konverter harus dari jenis khusus yaitu dari jenis ultra high speed fuse. Biasanya hanya konverter jenis thyristor yang dapat meggunakan pengaman sekering. Sedangkan jenis saklar solid state lain tidak teramankan oleh sekering tersebut (tidak cukup cepat putus oleh arus yang membahayakan saklar solid statenya). Untuk konverter transistor misalnya, digunakan pengaman arus elektronik yang mampu bereaksi jauh lebih cepat dari pada sekering.

Di dalam konverter, servo amplifier dan inverter diperlukan pembatas arus dan tegangan. Bila konverter digunakan untuk menjalankan motor, kecepatan motor dikurangi dari putaran tinggi ke putaran rendah, sehingga motor berfungsi sebagai generator. Akibatnya arus akan diumpan-balikkan pada kapasitor antara terminal power suplai. Hal ini akan terjadi pengisian kembali pada kapasitor dan dapat menaikkan tegangan sehingga dapat merugikan transistor. Sumber tegangan lebih yang lain datang dari kerja ON dan OFF dari sklar solid state. Pada setiap operasi OFF timbul tegangan lebih akibat adanya GGL lawan dari beban induktor. Jenis tegangan lebih ini terjadi tidak pada terminal masukan konverter tetapi pada setiap saklar solid state dalam konverter tersebut. Oleh karenanya peralatan seperti konverter harus mempunyai pembatas arus dan proteksi tegangan lebih seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.10. Sedangkan salah satu contoh rangkaian untuk proteksi arus lebih seperti ditunjukkan pada gambar 2.11.













Gambar 2.10 Konfigurasi proteksi arus dan tegangan lebih

(sumber: pdf Proteksi Arus dan Tegangan Lebih, 2009: 2)



Pada gambar 2.10, arus I1 mengalir melalui R1 dan melalui Tr1 dan Tr2 pada rangkaian darlington sehingga transistor ON stte. R2 adalah tahanan rendah untuk mendeteksi arus. R3 dan R1 untuk mengatur deteksi tegangan pada titik B. Selama potensial pada titik B memberikan respek ke A yang merupakan arus utama yang lebih kecil dari 0,6 volt maka tegangan maju minimum memberikan respek ke titik A, kemudian Tr3 menutup yang menyebabkan arus I3 mengalir. Setelah ini I1 cenderung berkurang sebab impedansi loop arus I1 lebih tinggi dari I2 dan transistor Darlington Tr1 dan Tr2 membuka untuk mencegah arus utama menjadi lebih tinggi dari nilai yang diset yaitu ;

Arus yang diset = (0,6/R2)(R3 + R4)/( ÇR3 + R4) (1)

Ç = faktor dari R3







Gambar 2.11 Rangkaian pembatas arus lebih

(sumber: pdf Proteksi Arus dan Tegangan Lebih, 2009: 3)





Contoh perhitungan arus pembatas dalam rangkaian diatas:

Jika rangkaian pembatas arus pada gambar 2.10 mempunyai R1 = 10 K, R2 = 0,1 (5watt), R3 = 200, dan Ç (faktor dari R3) = 0 sampai 1, tentukan besarnya arus yang bisa diatur (Is).

Penyelesaian:

Untuk harga Ç = 0, maka besarnya arus yang diset :

Is = (0,6/ R2)( R3 + R4)/ ( R3 + R4)

Is = (0,6/0,1)(200 + 200)/(0+200) = 12 A



Untuk harga Ç = 1, maka besarnya arus yang diset :

Is = (0,6/0,1)(200 + 200)/(200 + 200) = 6 A

Sehingga besarnya arus yang diset (Is) antara 6 A sampai dengan 12 A.

Pada gambar 2.11 bila beban sebagai generator maka arus DC diumpan balikkan dari konverter ke sumber daya. Jika arus ini terus mengalir maka tegangan pada kapasitor C2 akan melebihi rating tegangan pada transistor. Untuk mencegah hal ini, tegangan pada titik C dibandingkan dengan tegangan breakdown diode zener Dz. Bila tegangan melebihi tegangan breakdown dan tegangan maju basis ke emitor maka transistor Tr4, Tr5, dan Tr6 akan ON sampai kapasitor C2 terisi. Bila tegangan pada titik C berkurang dan diode zener akan kembali normal, maka Tr5 dan Tr6 akan kembali beroperasi. Jadi tegangan ini digunakan untuk menjaga agar powernya tetap.

Vmax = (Vz + 0,6)( R5 + R6 + R7)/(R6 + R7) (2)

t = faktor dari R6 (dari 0 sampai 1)

Vz = tegangan breakdown pada diode zener















Gambar 2. 12 Proteksi tegangan lebih

(sumber: pdf Proteksi Arus dan Tegangan Lebih, 2009: 4)

Gambar 2. 13 Menunjukkan rangkaian percobaan proteksi arus lebih.

(sumber: pdf Proteksi Arus dan Tegangan Lebih, 2009: 5)



2.3 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Terjadi Kerusakan Motor Listrik

Pada kebanyakan motor listrik memerlukan sistem pengaman untuk melindungi agar tidak terjadinya kerusakan. Ada banyak faktor yang menyebabkan terjadinya kerusakan motor listrik. Menurut Djiteng Marsudi (2004: 67)

Faktor-faktor yang membahayakan motor listrik berasal dari komponen bergerak (rotor), jaringan suplai dan keadaan lingkungan. Supaya tidak terjadi kerusakan perlu sistem yang mampu mengontrol penggunaan komponen-komponen dan energi input sesuai yang dibutuhkan motor. Motor listrik perlu dilengkapi dengan sistem perlindungan. Perlindungan motor listrik berfungsi mencegah timbulnya gangguan terhadap motor dan komponennya. Istilah perlindungan dalam dunia industri dan sistem kelistrikan disebut proteksi. Proteksi mempunyai arti perlindungan diri dari kerugian dan keadaan berbahaya.



Sebelumnya sudah kita sebutkan hal-hal yang perlu kita proteksi, yaitu Pertama, perlindungan fisik motor secara keseluruhan dari ligkungan sekitarnya. Kedua perlindungan mekanis motor listrik. Ketiga, perlindungan motor dari energi suplay. Jadi dapat kita lihat faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya kerusakan itu sebagai berikut:

2.3.1 Faktor Pengkaratan

Pengkaratan tergolong kedalam kerusakan mekanis. Pengkaratan terjadi pada bagian-bagian motor yang terbuat dari logam. Pengkaratan dapat terjadi karena adanya korosi dan kontak fisik antara logam tak sejenis dalam kondisi basah. Widharto (2004:2) mengatakan, “karat dapat berupa tekik-tekik atau sumur-sumur kecil pada permukaan logam, terbentuknya rust (selaput tipis kerak) pada permukaan, penipisan yang merata, perapuhan/keropos, keretakan, dan perforasi”.

Banyak sekali jenis karat yang terjadi di alam ini, tidak kita sadari telah merugikan kita. Jenis karat ini terjadi karena adanya proses kimiawi atau elektro kimiawi antara dua bagian atau lebih pada benda padat khususnya metal besi, hal ini dapat terjadi jika adanya beda potensial dan berhubungan langsung dengan udara terbuka atau udara beruap. Widharto (2004:3) juga menyebutkan, “penyebab terjadinya karat itu sebagai berikut: tidak bebasnya metal besi dari kotoran zat lain, terjadinya oksidasi dari metal besi akibat bereaksi dengan zat asam di udara, perbedaan struktur molekuler material, serta perbedaan teganagan di dalam bagian –bagian metal besi tersebut”.

Didalam udara terdapat banyak sekali kotoran dalam bentuk-bentuk debu, partikel debu ini menimbulkan larutan yang sangat asam jika bercampur dengan partikel-partikel air. Jika keadaan udara dingin dan basah atau jika terjdi hujan, maka akan terbentuk bintik-bintik embun di permukaan metal sehingga menjadi basah. Secara alami hal ini menimbulkan perbedaan potensial antara bagian-bagian, ini menyebabkan sebagian dari metal bersifat katodis. Selain itu titik embun yang larutan PH-nya rendah berfungsi sebagai bahan elektrolit (penghantar), sehingga terjadilah karat pada bintik-bintik uap basah tersebut.

Dari uraian di atas untuk menghindari pengkaratan ini usahakanlah metal tidak basah, untuk itu tempatkan motor listri pada tempat yang selayaknya. Dan bersihkanlah selalu motor listrik dengan zat yang dapa menetralkan zan asam, seperti menggunakan minyak tanah dan lain-lain.


2.3.2 Faktor Efek Termal/Panas

Panas adalah energi yang diakibatkan pergerakan partikel atau atom-atom dalam suatu benda. Energi panas dapat berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Energi panas adakalanya menguntungkan bagi manusia dikala dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, seperti memasak, menyetrika, pembangkit listrik, motor bakar dan lain-lain. Namun demikian tidak sedikit panas dapat merugikan manusia, seperti melelehnya gunung es di kutub, melelehnya peralatan elektronika, dan lain-lain.

Pada motor listrik panas dapat menyebabkan pemuaian pada komponen motor listrik. Panas ini ditimbulkan dari gesekan mekanis, dari perubahan energi listrik menjadi energi gerak, dan hubung singkat/korslet. Panas yang demikian dapat menjadi pengaruh terhadap kerusakan motor listrk. Beberapa jenis kerusakan yang ditimbulkan oleh efek panas menurut Daryanto (1999:49-50):

1. Terbakarnya komutator
2. Kebocoran arus
3. Terjadinya hubungan ke masa
4. Terjadi pemuaian dan keausan
5. Mengurangi daya hantar

Semua kerusakan ini dapat kita cegah jika pengkondisian panas dapat terjaga sesuai batas toleransi motor listrik. Setiap pabrik telah melakukan upaya pengendalian panas ini sesuai dengan jenis dan desain motor listrik tertentu. Dengan demikian panas tidak membahayakan motor listrik, untuk lebih baik operator motor listrik diharapkan selalu mengawasi dan menjaga dalam penggunaannya.

2.3.3 Faktor arus lebih
Arus lebih adalah arus yang memiliki nilai lebih besar dari pada rating arus kerja yang telah ditetapkan untuk sebuah motor listrik. Arus lebih ini dapat muncul karena dua sebab, yaitu terjadinya beban lebih dan terjadinya hubungan singkat. Kondisi ini perlu diproteksi untu menghindari terjadinya kerusakan pada konduktor dan komponen motor listrik yang lain. Dalam praktiknya, skring dan pemutus daya (circuit breaker, CB) menjadi alternative yang lazim digunakan untuk memenuhi kebutuhan proteksi ini.( Brian, 2004:72)

2.3.4 Faktor beban lebih
Beban lebih adalah arus lebih yang terjadi pada rangkaian yang sehat atau tidak mengalami gangguan. Arus beban lebih ini contohnya dapat terjadi karena gangguan pada motor listrik atau karena terlalu banyaknya sambungan, atau bekerja dengan beban di atas kapasitas motor. .( brian, 2004:72)



2.3.5 Faktor hubung singkat

Arus yang besar pada rangkaian motor listrik terjadi akibat hubung singkat, sehingga menimbulkan kerugian peralatan (kerusakan mekanis dan bahkan kebakaran). Arus hubung singkat adalah arus yang akan mengalir jika terjadi hubung pendek atau kontak fisik kawat yang berarus ( fasa –ke-netral) arus hubungan singkat prospektif pada dasarnya sama dengan arus hubungan singkat, namun istilah ini sering digunakan untuk menunjukan nilai hubung singkat yang penting untuk di perhatikanpada posisi pemasangan sekring atau cb.

Arus hubung-singkat prospektif merupakan parameter yang sangat penting. Namun demikian, kita tidak mengkaji lebih lanjut tentang arus hubung-singkat prospektif ini, karena yang lebih penting kita pahami dalam proses proteks ini adalah sekring dan karakteristiknya.

Selain faktor-faktor yang sudah kita jelaskan di atas, masih banyak faktor-faktor lain yang sering di anggap sepele oleh pemakai motor listrik. Padahal faktor-faktor lain ini sangat membahayakan motor listrik. Faktor faktor lain yang tidak kita bahas, akan dapat dicegah jika kita menggunakan motor listrik dengan penuh kehati-hatian dan selalu merawat atau memelihara motor listrik dengan baik.

BAB III

PENUTUP

3.1 Simpulan

Setelah melakukan pengkajian tentang proteksi motor listrik ini, maka dapat disimpulkan bahwa:

3.1.1 Motor listrik adalah perangkat elektromekanis yang bekerja berdasarkan perubahan energi listrik menjadi energi gerak (mekanis), yang secara umum terbagi dua, yaitu motor arus searah (DC) dan motor arus bolak balik (AC).

3.1.2 Ada tiga proteksi yang sangat penting terhadap motor listrik, yaitu proteksi mekanis, dibantu dengan medium pelumas untuk mengurangi gesekan, proteksi termal, dibantu dengan Airfun (kipas angin) untuk terjadinya pertukaran udara, dan proteksi terhadap beban, dibantu dengan menggunakan rangkaian proteksi yang dilengkapi komponen relay, skring, dan saklar.

3.1.3 Proteksi motor listrik memanfatkan konsep fisika gaya gesek, suhu dan pemuaian, dan listrik.



3.2 Saran

Berdasarkan pengkajian diatas, maka penulis menyarankan:

3.2.1 Gunakanlah motor listrik sesuai buku petunjuk yang diberikan pabrik.

3.2.2 Selalu mengecek rangkaian motor listrik sebelum menyalakan dan jangan nyalakan jika ada kawat yang rusak.

3.2.3 Segera ganti komponen yang rusak, untuk mencegah kerusakan bagian lain.

3.2.4 Bersihkan motor listrik dari debu dan air.