Perlindungan Motor: Mengidentifikasi Jenis Kerusakan & Memilih Perangkat yang Tepat

Jenis Kerusakan Motor dan Perangkat Perlindungan

Kerusakan dan Gangguan Motor Umum

Penting untuk mengetahui dan memahami kerusakan dan gangguan motor untuk menentukan perangkat perlindungan yang paling sesuai untuk setiap kasus. Anda juga harus mengetahui tentang istilah penting terkait kontrol dan perlindungan motor.

Karena mesin tidak statis motor tunduk pada stres listrik dan mekanis.

Kerusakan motor datang dalam tiga tipe dasar: listrik, mekanis dan mekanis yang memprogresi menjadi listrik.

Jenis kerusakan dan gangguan motor umum adalah:

• Kerusakan bearing
• Pencahayaan isolasi
• Rotor terkunci
• Panas berlebih
• Beban berlebih (listrik dan mekanis)
• Keseimbangan fasa tidak seimbang dan ketidakseimbangan tegangan apapun akan menyebabkan ketidakseimbangan arus yang lebih tinggi.
• Berputar terbalik
• Kesetimbangan poros tidak rata
• Getaran

Panas berlebih dapat terjadi dari motor yang terlalu kecil, pendinginan yang tidak cukup pada kecepatan rendah saat menggunakan variable speed drives (VSD), perubahan beban pada motor seperti peralatan macet dan kondisi suhu lingkungan panas.

Pencahayaan isolasi, yang mengakibatkan pita terbakar, menunjukkan singkatan baik di dalam motor atau dalam sirkuit pasokan daya untuk motor, dan dapat disebabkan oleh panas berlebih, beban berlebih dan tegangan berlebih.

Sekitar 80% dari kerusakan motor listrik adalah hasil dari kerusakan pita di stator motor dan gangguan bearing.

Kerusakan bearing pada motor dapat menjadi indikasi dari bearing yang tidak tepat untuk aplikasi.

Motor dipasang vertikal memerlukan bearing yang berbeda daripada motor dipasang horizontal. Sebuah motor yang mengemudikan pengemudi sabuk besar atau multi-sabuk akan memerlukan bearing yang menangani beban radial besar. Sebuah motor yang di-bolting ke plat dasar yang bengkok akan berputar.

Bearing biasanya kecil dibandingkan dengan komponen motor utama lainnya, membuatnya terutama rentan terhadap kerusakan dan aus; beberapa studi menyebutkan lebih dari setengah semua kerusakan motor pada kerusakan bearing, sebagian besar yang dihasilkan dari pelumas yang terlalu sedikit atau terlalu banyak. Sebab signifikan lain dari kerusakan bearing adalah kesetimbangan yang tidak rata.

Kesetimbangan poros yang tidak rata akan merusak bearing jauh sebelum umur kerja penuhnya. Poros motor harus berada secara lurus dengan poros yang diemudinya yang hanya dapat dicapai menggunakan teknik perataan presisi seperti laser.

Masalah lain yang mungkin terjadi pada motor adalah:

• Air dan debu masuk ke dalam pita stator atau perumahan terminal yang mengakibatkan singkatan
• Kaki motor soft foot di-bolting di luar level
• Tipe pemasangan motor atau perumahan yang salah
• Ketidakseimbangan listrik atau mekanis

Bising menunjukkan masalah motor tetapi biasanya tidak menyebabkan kerusakan. Bising, namun, biasa diiringi getaran.

Getaran dapat menyebabkan kerusakan dengan beberapa cara. Ini cenderung mengocok pita longgar dan merusak isolasi secara mekanis dengan pecahan, kerupukan atau pengikisan bahan. Kekeringan kawat timbul dari gerakan berlebih dan percikan pada komutator atau cincin pengumpul arus juga dihasilkan dari getaran.

Akhirnya, getaran dapat mempercepat kegagalan bearing dengan menyebabkan bola “brinnell” bearing bushing untuk dipukul keluar dari bentuk atau perumahan longgar dalam cangkang.

Kapan pun bising atau getaran ditemukan dalam motor yang beroperasi, sumbernya harus disolasi dan diperbaiki dengan cepat.

Sumber yang tampak jelas dari bising atau getaran mungkin merupakan gejala dari masalah tersembunyi. Oleh karena itu, penyelidikan menyeluruh sering diperlukan.

Bising dan getaran dapat disebabkan oleh poros motor yang tidak seimbang atau dapat ditransmisikan ke motor dari mesin yang diemudikan atau sistem transmisi daya. Mereka juga dapat menjadi hasil dari ketidakseimbangan listrik atau mekanis dalam motor.

Ketidakseimbangan listrik terjadi ketika tarikan magnetik antara stator dan rotor adalah tidak merata di sekitar lingkaran motor. Ini menyebabkan poros membengkok saat berputar menciptakan ketidakseimbangan mekanis. Ketidakseimbangan listrik biasanya menunjukkan kerusakan listrik seperti pita stator atau rotor yang putus, bar atau cincin yang putus dalam motor squirrel cage atau pita lapangan yang terpendek dalam motor sinkron. Celang udara yang tidak merata, biasanya dari bearing bushing yang sangat aus, juga menghasilkan ketidakseimbangan listrik.

Sebab utama dari ketidakseimbangan mekanis meliputi pemasangan yang bengkok, poros bengkok, rotor yang tidak seimbang dengan baik, bagian longgar pada rotor atau bearing yang buruk. Bising juga dapat datang dari kipas yang memukul kerangka, pelindung, atau benda asing di dalam pelindung. Jika bearing buruk, seperti yang ditunjukkan oleh bebising bearing berlebih, perlu untuk menentukan mengapa bearing gagal.

Masalah lain yang dapat dihadapi motor adalah waktu mulai yang lama. Jika motor mengalami banyak mulai berturut-turut, pita rotor atau bar rotor dapat dipanaskan hingga titik di mana sambungan listrik di antara bar rotor dan cincin akhir rusak.

Perangkat Perlindungan Motor

Tidak peduli tegangan dan ukuran rated motor apa pun mereka dilindungi terhadap arus berlebih (singkatan) dan beban berlebih.

Motor LV kecil dan menengah biasanya hanya dilindungi terhadap beban berlebih dan singkatan dan motor LV besar dan MV motor memiliki perlindungan lainnya juga.

Perlindungan beban berlebih dan arus berlebih harus dirancang untuk tidak sensitif terhadap arus inrush saat mulai, untuk menghindari pemadaman listrik yang tidak tepat waktu.

Untuk motor LV perlindungan terhadap arus berlebih dan singkatan dapat dilakukan oleh sekring, bersamaan dengan switch-disconnector atau saklar pemutus rangkaian trip instan yang merespons nilai arus segera (hampir instan) dari singkatan, gangguan ground, atau arus rotor terkunci.

Saklar pemutus rangkaian waktu terbalik memiliki fitur termal dan trip instan baik dan disetel untuk trip pada tingkat yang distandardisasi.

Ini adalah jenis saklar pemutus rangkaian yang paling umum digunakan dalam industri bangunan untuk perumahan, komersial, dan konstruksi berat.

Aksi termal dari saklar pemutus rangkaian ini merespons panas. Jika inlet dan outlet ventilasi motor tidak mencukupi untuk membuang panas dari pita motor, panas akan terdeteksi oleh aksi termal dari saklar pemutus rangkaian.

Jika singkatan seharusnya terjadi, aksi magnetis dari saklar pemutus rangkaian akan mendeteksi nilai arus instan dan trip saklar pemutus rangkaian.

Sekring biasanya tidak cocok untuk perlindungan terhadap beban berlebih, karena jika disetel untuk memberikan perlindungan beban berlebih, mereka akan meledak saat motor mulai karena arus inrush motor yang tinggi, meskipun mereka dapat digunakan sebagai perlindungan cadangan beban berlebih.

Perlindungan dengan sekring mempresentasikan risiko kerusakan satu-fasa pada motor ketika hanya satu sekring yang meledak kecuali perlindungan satu-fasa disediakan; subjek ini akan dibahas nanti di bab ini.

Motor LV besar dan motor MV dilindungi terhadap singkatan (fasa-ke-fasa dan fasa-ke-earth) oleh relay arus berlebih (50; 50N; 51; 51N) yang terhubung ke CT.

Perlindungan terhadap beban berlebih biasanya dijamin oleh relay beban berlebih termal. Relay ini dapat berupa tipe berikut:

Pita Bi-metalik

Sebuah perlindungan beban berlebih termal akan menampung arus mulai tinggi singkat dari motor sambil melindungi secara akurat dari beban arus berjalan berlebih. Coil pemanas dan aksi dari pita bi-metalik memperkenalkan penundaan waktu yang memberi motor waktu untuk mulai dan menetap ke dalam arus berjalan normal tanpa overload termal trip. Proteksi overload termal dapat direset secara manual atau otomatis tergantung pada aplikasinya dan memiliki pengatur yang memungkinkan untuk disetel secara akurat ke arus berjalan motor.

Suhu lingkungan di mana starter dan motor terletak harus dipertimbangkan saat memilih relay pita bi-metalik karena suhu lingkungan yang tinggi mengurangi waktu trip overload.

Waktu trip overload yang berkurang dapat menyebabkan trip gangguan jika motor berada dalam suhu lingkungan yang lebih dingin daripada starter dan menyebabkan kebakarannya motor saat motor berada dalam suhu lingkungan yang lebih panas daripada starter.

Sebagian besar perangkat overload termal ber rating untuk penggunaan pada suhu maksimum 40 ºC, dan derating relay mungkin diperlukan.

Sebagian besar relay dapat disesuaikan dalam rentang dari 85% hingga 115% dari nilainya.

Beberapa model tersedia dengan kompensasi suhu lingkungan. Sebuah perangkat dengan kompensasi suhu lingkungan titik trip tidak terpengaruh oleh suhu lingkungan dan beroperasi secara konsisten pada nilai arus yang sama.

Jenis relay ini biasanya digunakan pada motor LV kecil dan menengah.

Standar dan data produsen biasanya menunjukkan titik pengaturan yang direkomendasikan dari jenis relay ini sesuai dengan daya rated motor; tabel yang sama juga menunjukkan rated sekring yang direkomendasikan (tipe aM atau gG – lihat Bagian 2.4) dan saklar pemutus rangkaian instan yang bersamaan dengan relay untuk perlindungan arus berlebih, seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 3.

Tabel 3 – Arus rated sekring untuk perlindungan motor

Relay Overload Digital Elektronik

Jenis perlindungan ini digunakan untuk motor LV besar dan motor HV, dan berisi mikroprosesor. Perangkat ini dapat memodelkan pemanasan pita motor dengan memantau arus motor dan mereka juga dapat mencakup fungsi pemantauan dan komunikasi.

Perlindungan umum dari motor LV besar dan motor MV biasanya dilakukan oleh perangkat perlindungan berikut:

• Perlindungan overload: 49
• Arus berlebih fasa instan: 50
• Arus berlebih earth instan: 50N/50G
• Arus berlebih fasa dengan penundaan waktu: 51
• Arus berlebih earth dengan penundaan waktu: 51N/51G

Dalam beberapa situasi tidak disarankan untuk melindungi motor terhadap overload; itu adalah kasus dari pompa air pemadam kebakaran dan kipas asap.

Motor LV dan motor MV yang sangat besar mahal, dan biasanya bijak untuk memberikan skema perlindungan yang lebih komprehensif. Skema tersebut mencakup:

• Monitor suhu bearing dan perlindungan (38)
• Perlindungan diferensial (87M)
• Perlindungan urutan mulai yang tidak lengkap / waktu mulai panjang (66)
• Urutan fasa negatif (perlindungan pembalikan fasa)
• Perlindungan panas berlebih
• Perlindungan ketidakseimbangan fasa atau kegagalan fasa (47)
• Perlindungan stall atau rotor terkunci
• Perlindungan tegangan bawah dan berlebih (27 dan 59, masing-masing)
• Monitor getaran dan perlindungan (39)
• Monitor suhu pita dan perangkat perlindungan

Perlindungan Diferensial untuk Motor LV & HV

Perlindungan diferensial sering disediakan untuk motor sedang dan besar dengan tegangan pasokan lebih dari sekitar 4 kV, dan circuit breaker yang dioperasikan secara listrik (shunt trip). Perlindungan diferensial memberikan kecepatan arah dan pembersihan gangguan pada pita stator motor.

• Baca juga: Cara menghitung ukuran kabel untuk Motor LT & HT

Di mana sistem pasokan daya secara solid di-ground perlindungan diferensial akan mendeteksi kedua gangguan fasa-ke-fasa dan fasa-ke-ground.

Dengan perlindungan diferensial arus di setiap ujung setiap pita dibandingkan untuk menentukan kapan kondisi gangguan ada.

Fungsi ini memerlukan dua set CT, satu di awal feeder motor, dan yang lain di titik star.

Fungsi perlindungan diferensial hanya dapat digunakan jika kedua sisi setiap fasa stator dibawa keluar dari motor untuk koneksi eksternal sehingga arus fasa yang masuk dan keluar dari setiap fasa dapat diukur. Elemen diferensial mengurangi arus yang keluar dari setiap fasa dari arus yang masuk ke setiap fasa dan membandingkan hasil atau selisihnya dengan tingkat pickup diferensial.

Jika selisih ini sama dengan atau lebih besar dari tingkat pickup trip akan terjadi.

Gambar 19 menunjukkan contoh perlindungan ini.

Gambar 19 – Perlindungan diferensial motor

Menggunakan enam CT dalam konfigurasi penjumlahan, saat memulai motor nilai dari dua CT pada setiap fasa mungkin tidak sama karena CT tidak identik sempurna dan arus asymmetris dapat menyebabkan CT pada setiap fasa memiliki output yang berbeda.

Untuk mencegah trip gangguan dalam konfigurasi ini, tingkat diferensial mungkin harus disetel kurang sensitif, atau penundaan waktu diferensial mungkin harus diperpanjang untuk melewati periode masalah saat memulai motor.

Penundaan diferensial berjalan kemudian dapat disesuaikan halus untuk aplikasi sehingga merespons sangat cepat dan sensitif terhadap tingkat arus diferensial rendah.

Panas berlebih pita perlindungan biasanya dilakukan dengan Resistance Temperature Detectors (RTD) dan thermistor dan perangkat shutdown otomatis dapat dipasang. Memasang kipas pemanas terpisah untuk membantu kipas motor memecahkan masalah panas berlebih ketika VSD digunakan untuk mengontrol kecepatan motor.

Urutan mulai yang tidak lengkap / waktu mulai panjang menyebabkan panas berlebih rotor.

Karena tidak mungkin untuk mengukur panas rotor secara fisik pada motor squirrel-cage perlu untuk menentukan panas dengan mengukur arus yang ditarik rotor melalui stator untuk menstimulasi rotor. Sebuah replika termal dari rotor didirikan menggunakan kurva I²t .

Inhibisi mulai ulang akan memblokir pengguna untuk memulai motor jika relay menentukan bahwa rotor mencapai suhu yang akan merusak rotor jika mulai dicoba. Relay ini akan hanya memungkinkan mulai ulang jika rotor memiliki cadangan termal yang cukup untuk mulai.

Perlindungan bearing biasanya dilakukan oleh RTD dan thermistor untuk memantau suhu.

Perlindungan getaran menggunakan sensor/akselerometer yang biasanya ditempatkan di lokasi kunci pada motor dan bearing.

Karena bearing adalah bagian beban dari rangka pengemudi mekanis, akselerometer harus ditempatkan pada input dan output

Gambar 20 menunjukkan contoh sensor getaran dan lokasi yang direkomendasikan.

Gambar 20 – Sensor getaran motor

Saat ini IED (lihat Bagian 2.1) yang mengelompokkan semua fungsi perlindungan yang diperlukan umum digunakan untuk motor LV besar dan motor MV.

Tentang Penulis: Manuel Bolotinha

-Ijazah Sarjana dalam Teknik Elektro – Sistem Energi dan Daya (1974 – Instituto Superior Técnico/Universitas Lisboa)
– Magister dalam Teknik Elektro dan Komputer (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova University of Lisbon)
–. Konsultan Senior di Substasi dan Sistem Daya; Instruktur Profesional