THERMAL OVERLOAD RELAY (TOR)

3. THERMAL OVERLOAD RELAY (TOR)

3.1. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah selesai melaksanakan praktikum pada job ini, praktikan diharapkan dapat :

1. Memahami cara kerja operasi peralatan proteksi  “Thermal Overload Relay”

2. Menentukan karakteristik waktu pemutusan pada “Thermal Overload Relay”

3. Mengetahui aplikasi “Thermal Overload Relay”

3.2. DASAR TEORI

Thermal Over Load Relay (TOR) adalah suatu pengaman beban lebih menurut PUIL 2000 bagian 5.5.4.1 yaitu proteksi beban lebih (arus lebih) dimaksudkan untuk melindungi motor dan perlengkapan kendali motor, terhadap pemanasan berlebihan sebagai akibat beban lebih atau sebagai akibat motor tak dapat diasut. Relay ini dihubungkan dengan kontaktor pada kontak utama 2, 4, 6 sebelum ke beban (motor listrik). Gunanya untuk mengamankan motor listrik atau memberi perlindungan kepada motor listrik dari kerusakan akibat beban lebih.

Beberapa penyebab terjadinya beban lebih antara lain:

1) Arus start yang tertalu besar atau motor listrik berhenti secara mendadak

2) Terjadinya hubung singkat

3) Terbukanya salah satu fasa dari motor listrik 3 fasa.

Arus yang terlalu besar yang timbul pada beban motor listrik akan mengalir pada belitan motor listrik yang dapat menyebabkan kerusakan dan terbakarnya belitan motor listrik. Untuk menghindari hal itu dipasang termal beban lebih pada alat pengontrol. Prinsip kerja termal beban lebih berdasarkan panas (temperatur) yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui elemenelemen pemanas bimetal. Dan sifatnya pelengkungan bimetal akibat panas yang ditimbulkan, bimetal akan menggerakkan kontak-kontak mekanis pemutus rangkaian listrik (Kontak 95-96 membuka).

TOR bekerja berdasarkan prinsip pemuaian dan benda bimetal. Apabila benda terkena arus yang tinggi, maka benda akan memuai sehingga akan melengkung dan memutuskan arus. Arus yang berlebihan akan menimbulkan panas, sehingga dapat membengkokkan benda bimetal

Untuk mengatur besarnya arus maksimum yang dapat melewati TOR. dapat diatur dengan memutar penentu arus dengan menggunakan obeng sampai didapat harga yang diinginkan.

Besarnya arus yang diperlukan untuk mengerjakan bimetal sebanding dengan besarnya arus yang diperlukan untuk membuat alat pengaman terputus. Di dalam penggunaanya sesuai dengan PUIL 2000 pasal .5.4.3 bahwa gawai proteksi beban lebih yang digunakan adalah tidak boleh mempunyai nilai pengenal, atau disetel pada nilai yang lebih tinggi dari yang diperlukan untuk mengasut motor pada beban penuh. Oleh karena itu, waktu tunda gawai proteksi beban lebih tersebut tidak boleh lebih lama dari yang diperlukan untuk memungkinkan motor diasut dan dipercepat pada beban penuh.

Motor induksi dengan daya besar diatas 50 kW bekerja dengan arus nominal diatas 100 A. Pemasangan thermal overload relay tidak bisa langsung dengan circuit breaker, tetapi melewati alat transformator arus CT. Ratio arus primer trafo arus CT dipilih 100 A/5 A. Sehingga thermal overload relay cukup dengan rating sekitar 5A saja. Jika terjadi beban lebih arus primer CT meningkat diatas 100 A, arus sekunder CT akan meningkat juga dan mengerjakan thermal overload relay bekerja, sistem mekanik akan memutuskan circuit breaker.

Thermal Overload adalah alat pengaman rangkaian dari arus lebih yang diakibatkan beban yang terlalu besar dengan jalan memutuskan rangkaian ketika arus yang melebihi setting melewatinya. Thermal Overload berfungsi untuk memproteksi rangkaian listrik dan komponen listrik dari kerusakan karena terjadinya beban lebih. Seperti halnya sekring (fuse), thermal overload ada yang bekerja cepat dan ada yang lambat. Misalkan pada  rangkaian motor menggunakan thermal overload yang bekerja lambat, sebab waktu motor start arus dapat mencapai 6 kali nominal, sehingga apabila digunakan pengaman yang bekerja cepat, maka pengamannya akan putus setiap motor dijalankan. Pengaman beban lebih ini bisa dipasangkan langsung dengan kontaktornya maupun terpisah sehingga sangat fleksibel untuk pemasangannya di dalam panel. Thermal overload ada yang menggunakan bimetal dan ada yang menggunakan system elektronik

Thermal overload memproteksi rangkaian pada ketiga fasanya (untuk rangkaian tiga fasa) baik yang menggunakan system bimetal maupun yang menggunakan system elektronik tanpa suplai terpisah (maksudnya thermal overload elektronik ini tidak membutuhkan sumber daya listrik secara khusus) dan mempunyai sensitifitas terhadap hilangnya fasa yang bekerja dengan system differensial (tidak langsung trip pada kasus terjadinya hilang satu fasa), namun apabila di butuhkan rangkaian untuk trip segera saat kehilangan satu fasa, maka di perlukan alat proteksi lain.

Thermal overload ini bisa di pasangkan langsung dengan kontaktornya maupun terpisah sehingga fleksibel untuk pemasangan di dalam panel. Pemilihan jenis thermal overload di tentukan oleh rating/seting arus sesuai dengan arus nominal rangkaian pada beban penuh dan kelas tripnya. Untuk pemakaian standar digunakan trip 10 yaitu thermal overload akan trip pada 7,2 arus nominal dalam waktu 4 detik

Thermal overload yang bekerja dengan pemutus bimetal akan bekerja sesuai dengan arus yang mengalir, arus yang mengalir akan menyebabkan panas  semakin besar perubahan arus maka akan semakin tinggi kenaikan tempratur yang mnyebabkan terjadinya pembengkokan, dan akan terjadi pemutusan arus, sehingga rangkaian akan terputus. Jenis pemutus bimetal ada jenis satu fasa dan ada jenis tiga fasa terdiri atas bimetal yang terpisah tetapi saling terhubung, berguna untuk memutuskan semua fasa apabila terjadi kelebihan beban. Pemutusan bimetal satu fasa digunakan untuk pengaman beban lebih pada rangkaian daya kecil.

3.3. DAFTAR BAHAN DAN PERALATAN YANG DIPERLUKAN

a.       Power Supply AC                   : 220 V

b.      Power Supply DC                   : 0 – 60 V ; 10 A

c.       Thermal Over Reley                : 220 ; 1 – 1,6 A

d.      Amper Meter                           : 0 – 10 A

e.       Stop Watch

f.       Kontaktor                                : 220 V

g.      Kipas Angin (fan)

h.      Kebel Penghubung Secukupnya

3.4. DAFTAR BAHAN DAN PERALATAN YANG DIPERLUKAN

                               

Gambar 3.1

Diagram Rangkaian Untuk Pengukuran

Karakteristik Dari Pengukuran Thermal Overload Reley

3.5. LANGKAH PERCOBAAN

3.5.1. Pengukuran Karakteristik Dingin

          Buatlah rangkaian percobaan sesuai dengan diagram pada gambar 3.1

1.      Atur seting dari thermal overload reley pada kedudukan minimal atau 1 amper

2.      Oprasikan saklar dari power supply AC supaya kontaktor bekerja dan akan menarik kontak – kontaknya.

3.      Oprasikan saklar dari power supply DC dan atur tegangan keluarannya untuk mendapatkan nilai arus yang di kehendaki. Kmudian tunggu sampai terjadi pemutusan rangkaian oleh reley tersebut sebagai akibat dari terjadinya beban lebih.

4.      Catat waktu pemutusan dan masukan kedalam Tabel III.1 pada data percobaan. Setelah itu buka saklar dari power DC dan saklar dari power supply AC dan diinginkan kembali thermal overload reley tersebut dengan menggunakan Fan

5.      Setelah thermal overload reley tersebut dingin kembali ulangi percobaan 3 dan 4 di atas untuk nilai – nilai arus yang di minta dalam table data percobaan.

3.5.2. Pengukuran Karakteristik Panas

1.      Dengan menggunakan rangkaian yang sama seperti pada gambar 3.1 lakukan pengukuran untuk mendapatkan karakteristik panas.

2.      Mula-mula lakukan langkah kerja 1 s/d 5 pada bagian 3.5.1 di atas selama 10 menit. Setelah itu naikan harga arus menjadi pemutusan.

3.      Catat waktu pemutusannya dan masukan pada table III.2 dan tanpa melakukan pendinginan oprasikan rele kembali tersebut dan tunggu sampai terjadi pemutusan.

4.      Ulangi percobaan tersebut untuk nilai-nilai arus yang di minta pada table III.2

III.   DATA PERCOBAAN

I.          Pengukuran Karakteristik Dingin

Tabel III.1 Data Pengukuran Karakteristik Dingin TOR

No.	I ( ampere )	Lamanya Pemutusan	Keterangan
1	1,2	2 jam 6 menit
2	1,5	1 jam 23 menit
3	2,0	8 menit 7 detik
4	3,0	1 menit 7 detik
5	4,0	10 detik
6	5,0	7 detik
7	6,0	6 detik

II.       Pengukuran Karakteristik Panas

Tabel III.2 Data Pengukuran Karakteristik Panas TOR

No.	I ( ampere )	Lamanya Pemutusan	Keterangan
1	1,2	1 jam 2 menit
2	1,5	28 menit 32 detik
3	2,0	2 menit 3 detik
4	3,0	26 detik
5	4,0	10 detik
6	5,0	4 detik
7	6,0	1 detik

IV. TUGAS DAN PERTANYAAN

        Berdasarkan hasil – hasil yang didapatkan dalam praktikum, jawablah tugas dan pertanyaan di bawah ini !

1.        Mengapa grafik karakteristik dari thermal overload relay merupakan garis lengkung / tidak linier ?

Jawaban Pertanyaan :

Karena setiap perubahan arus pada thermal overload, maka akan mempengaruhi cepat atau lamanya pemutusan. Semakin besar arus, maka akan semakin cepat pula pemutusannya, demikian pula juga saat arus semakin kecil maka pemutusan akan semakin lama. Karena perubahan arus terhadap lamanya pemutusan yang tidak konstan perubahannya, hal itu lah yang menyebabkan grafik karakteristik thermal overload akan berbentuk garis lengkung / tidak linier .

2.       Apakah sebabnya sehingga jika semakin besar nilai arus yang mengalir di bandingkan terhadap nilai arus nominalnya maka semakin cepat juga waktu dibandingkan untuk pemutusan ? 

Jawaban Pertanyaan :

Thermal Overload relay bekerja dengan menggunakan bimetal. Bimetal akan bekerja sesuai dengan arus yang mengalir, arus yang mengalir akan menyebabkan panas, semakin besar perubahan arus maka akan semakin tinggi kenaikan temperatur yang menyebabkan terjadinya pembengkokan, dan akan terjadi pemutusan arus, sehingga rangkaian akan terputus. Jadi, semakin besar arus yang mengalir di bandingkan nilai arus nominalnya maka semakin cepat juga waktu pemutusannya, karena semakin besar arus, maka semakin tinggi kenaikan temperaturnya. Kenaikan temperatur tersebut diakibatkan oleh arus listrik sesuai dengan persamaan . Sehingga menyebabkan semakin cepatnya terjadi pembengkokan pada bimetal, sehingga akan terjadi pemutusan arus yang semakin cepat juga. Secara visual kerja perlatan thermal overload diberikan pada gambar dibawah ini.

 

  

Elemen bimetal Melengkung dan merubah keadaan anak kontak. (arus naik melebihi setting bimetal)

Load

Elemen bimetal tetap Pada posisi lurus dan anak kontak masih pada posisi normal. (arus normal)

Gambar. Thermal overload satu phasa

 

3.        Mengapa bila semakin besar nilai arus yang mengalir dibandingkan terhadap nilai arus nominalnya maka semakin besar juga perbedaan waktu pemutusan pada keadaan dingin dan pada keadaan panas ?

 Jawaban Pertanyaan :

 Perbedaan waktu pemutusan yang terjadi pada pengukuran karakteristik Panas TOR, maupun karakteristik Dingin TOR yaitu pada pengukuran Karakteristik dingin, waktu pemutusannya lebih lama dibandingkan pada pengukuran karakteristik panas, sebab pada pengukuran karakteristik panas kita harus mengatur arus 1 ampere terlebih dahulu pada power supplay DC selama 10 menit, setelah itu baru kita baru manaikan arus DC tersebut sesuai harga yang tertera pada table. Saat mengatur arus pada power supplay DC selama 10 menit, sebenarnya pada bimetal, arus 1 ampere yang mengalir tersebut tersebut telah menyebabkan panas pada bimetal TOR, akibat panas tersebut maka akan menyebabkan terjadinya pembengkokan pada bimetal, apalagi setelah 10 menit arus dinaikan mengikuti harga arus yang tertera pada tabel, hal itu yang menyebabkan proses pembengkokan bimetal akan terjadi lebih cepat, karena terlebih dahulu bimetal telah dipanaskan selama 10 menit dengan arus 1 ampere dan terjadi pemutusan arus yang lebih cepat dibandingkan waktu pemutusan pada karakteristik dingin TOR.

4.      Menurut percobaan yang telah dilakukan, apa sebabnya sehingga kita hanya mengatur tegangan DC untuk mendapatkan nilai arus yang kita inginkan ?

 Jawaban Pertanyaan :

      Arus DC lebih konstan dibandingkan arus AC yang dinamis, hal ini yang menyababkan pada praktikum menggunakan arus DC, agar arus yang diberikan kepada thermal overload relay tidak berubah – ubah dan tetap konstan.

·            Tegangan DC atau biasa disebut tegangan searah mempunyai polaritas yang selalu sama (tetap) yaitu positif  (+) dan negatif (-) dimana arus mengalir dari tegangan positif ke negatif dan tidak memiliki phase.

·            Sedangkan Tegangan AC atau biasa disebut tegangan bolak-balik mempunyai dua polaritas yang selalu berubah dari negatif ke positif dan sebaliknya di ukur dari Neutral  (N). Tegangan AC memiliki frekwesi misalnya 50 H dan 60 Hz.

5.        Mengapa Thermal Overload Relay paling banyak digunakan untuk memproteksi motor – motor listrik ?

 Jawaban Pertanyaan :

 Motor Induksi satu fasa, merupakan motor listrik yang paling banyak digunakan dalam berbagai aplikasi mulai dari aplikasi dilingkungan rumah tangga sampai aplikasi di industri-industri. Untuk menjaga motor induksi yang digunakan tetap dalam keadaan normal, maka dilakukan usaha agar motor induksi tidak rusak. Kerusakan yang terjadi biasanya diakibatkan oleh beban lebih pada motor induksi. Beberapa penyebab terjadinya beban lebih antara lain : terlalu besarnya beban mekanik dari motor, arus start yang tertalu besar atau motor berhenti secara mendadak, Agar terhindarnya kerusakan akibat beban lebih pada motor induksi maka diperlukan peralatan proteksi thermal overload relay. Karena fungsi Thermal Overload Relay adalah sebagai peralatan pengaman yang akan memutuskan rangkaian akibat adanya gangguan beban lebih, sehingga pada motor listrik Thermal Overload Relay banyak digunakan, sebab sering terjadi keadaan gangguan beban lebih pada motor – motor listrik.

ANALISA

Dari percobaan yang kami lakukan kami menganalisa bahwa:

1.      Pemutusan reley pada karakteristik panas lebih cepat dibandingkan dengan pemutusan reley pada karakteristik dingin. ini di sebabkan karena bimetal pada thermal overload reley sudah dalam keadaan panas dan pada saat arusnya bertambah melebihi arus nominalnya maka maka pemutusannya akan lebih cepat di bandingkan karakteristik dingin yang langsung mendapat arus yang melebihi arus nominalnya sehingga butuh waktu lebih lama untuk thermal overload reley bekerja.

2.       Besar arus pada thermal overload, maka akan mempengaruhi cepat atau lamanya pemutusan. Semakin besar arus, maka akan semakin cepat pula pemutusannya, demikian pula juga saat arus semakin kecil maka pemutusan akan semakin lama.ini di sebabkan karena perubahan arus terhadap lamanya pemutusan yang tidak konstan

KESIMPULAN

Setelah melaksanakan praktikum Thermal Overload Relay , maka dapat disimpulkan bahwa :

1.        Kami dapat memahami cara kerja operasi peralatan proteksi “Thermal Overload Relay”. Yaitu Thermal Overload relay bekerja dengan menggunakan bimetal. Bimetal akan bekerja sesuai dengan arus yang mengalir, arus yang mengalir akan menyebabkan panas, semakin besar perubahan arus maka akan semakin tinggi kenaikan temperatur yang menyebabkan terjadinya pembengkokan, dan akan terjadi pemutusan arus, sehingga rangkaian akan terputus.

2.       Kami dapat mengetahui aplikasi “Thermal Overload Relay”. Thermal Overload Relay adalah sebagai peralatan pengaman yang akan memutuskan rangkaian akibat adanya gangguan beban lebih, sehingga Thermal Overload Relay banyak digunakan pada motor-motor listrik, sebab sering terjadi keadaan gangguan beban lebih pada motor – motor listrik.

3.       Kami dapat menentukan karakteristik waktu pemutusan pada “Thermal Overload Relay”. Yaitu pada Karakteristik Panas TOR, maupun pada Karakteristik Dingin TOR yang hasilnya tertera pada Tabel I dan Tabel II.