Data motor lanjutan: jenis tugas, kelas isolasi, pendinginan, IP, dan penurunan rating

Motor kipas pengering di sebuah laundry kiloan terbakar, lalu diganti motor baru dengan daya, kutub, dan tegangan yang sama. Tiga minggu kemudian relai beban lebih mulai trip pada sore hari. Ruang di belakang deretan pengering mencapai sekitar 45 °C, sirip rumah motor tertutup serat kain, dan tegangan antarfasa yang diukur personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD tidak sama persis. Teknisi mengusulkan menaikkan setelan relai atau memasang motor satu tingkat lebih besar. Keduanya melewatkan pertanyaan pokok: pada kondisi apa angka kilowatt di pelat nama berlaku.

Bab 52 membaca data dasar pelat nama dan menyebut bahwa kelas isolasi bukan sasaran suhu kerja. Bab motor induksi tiga fasa menjelaskan asal rugi dan panas. Uraian berikut membahas batas termal dan lingkungan di balik angka pelat nama: jenis tugas, kelas isolasi dan kenaikan suhu, pendinginan, perlindungan selungkup, dan kapan daya pengenal harus diturunkan. Mekanisme ketidakseimbangan tegangan sudah dibahas pada bab beban tak seimbang; yang ditambahkan di sini adalah akibatnya terhadap daya yang boleh diambil dari motor.

Batas pembahasan

Pembahasan dibatasi pada motor induksi sangkar tiga fasa tegangan rendah 50 Hz berpendingin udara menurut seri IEC 60034. NEMA MG 1 hanya dipakai untuk faktor layanan dan kurva penurunan akibat tegangan tak seimbang. Sebagian angka standar dibaca lewat sumber sekunder, sehingga angka di sini dipakai untuk memahami logika; keputusan pada motor tertentu mengikuti lembar data pabrikannya. Pemilihan motor menurut beban, penyetelan relai, dan parameter VFD dibahas di bab masing-masing. Uraian ini bukan instruksi kerja; pengukuran pada motor yang bekerja hanya oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

Pelat nama sebagai janji bersyarat

PUIL 2020 Bagian 5-510, 5100.5.1.1, mewajibkan pelat nama motor memuat antara lain suhu lingkungan pengenal dan kenaikan suhu pengenal, kelas insulasi (istilah PUIL untuk isolasi), dan daur kerja. Klausul berikutnya meminta motor sesuai maksud penggunaan dan lingkungannya (5100.5.1.2 dan 5100.5.1.3) serta dipasang dengan pertukaran udara pendingin yang cukup (5100.5.1.5). Ketiga butir pelat nama itu adalah syarat berlakunya angka daya.

IEC 60034-1 menetapkan kondisi acuan tempat motor dinilai: ketinggian tidak lebih dari 1.000 m di atas permukaan laut dan suhu udara pendingin tidak lebih dari 40 °C. Daya pengenal adalah daya poros yang dapat diberikan menurut jenis tugas yang dinyatakan tanpa melampaui batas kenaikan suhu kelas isolasinya pada kondisi acuan itu. Udara lebih panas atau lebih tipis, pendinginan terhalang, tegangan menyimpang atau tak seimbang, dan asut yang lebih sering memakan anggaran suhu yang sama. Edisi yang berlaku saat penulisan adalah IEC 60034-1:2026 edisi 15.

Anggaran termal: kelas isolasi dan kenaikan suhu

IEC 60085 menandai sistem isolasi dengan kelas termal berupa angka suhu dalam derajat Celsius dan huruf lama sebagai padanan: 130 (B), 155 (F), dan 180 (H). Angka itu adalah suhu yang ditahan sistem isolasi selama umur rancangannya, bukan suhu yang boleh dicapai permukaan rumah motor. Metode resistansi mengukur suhu rata-rata belitan dari kenaikan resistansi tembaga, sedangkan titik terpanas (hot spot) di dalam alur lebih tinggi dari rata-rata itu.

Karena itu anggaran suhu belitan dapat ditulis sebagai penjumlahan tiga bagian:

$$\theta_\text{a} + \Delta\theta + \Delta\theta_\text{hs} \le \theta_\text{kelas}$$

dengan $\theta_\text{a}$ suhu udara pendingin (°C), $\Delta\theta$ kenaikan suhu rata-rata belitan menurut metode resistansi (K), $\Delta\theta_\text{hs}$ selisih titik terpanas terhadap rata-rata (K), dan $\theta_\text{kelas}$ suhu kelas termal (°C). Untuk belitan berpendingin udara tidak langsung, batas kenaikan suhu metode resistansi pada IEC 60034-1 yang dikutip beberapa sumber sekunder adalah 80 K untuk kelas 130 (B), 105 K untuk kelas 155 (F), dan 125 K untuk kelas 180 (H), dengan suhu acuan 40 °C. Sisa anggaran yang tersirat, $155 - 40 - 105 = 10$ K untuk kelas F (10 K untuk B, 15 K untuk H), adalah cadangan titik terpanas; angka ini derivasi editor, bukan klausul tersendiri.

Sebagian lembar data menyatakan kelas isolasi, misalnya F, terpisah dari kelas kenaikan suhu, misalnya B: motor naik tidak lebih dari 80 K pada beban pengenal walaupun isolasinya tahan 155 °C, sehingga ada cadangan sekitar 25 K. Pelat nama sering hanya mencantumkan kelas isolasi, seperti contoh 15 kW, 400/690 V, IP54, kelas F pada sebuah buku ajar instalasi motor. Tanpa lembar data, cadangan itu tidak boleh diasumsikan.

Umur isolasi dan aturan 10 K

Isolasi organik menua melalui reaksi kimia yang lajunya naik tajam terhadap suhu. Pendekatan kasar yang dipakai luas, diturunkan dari persamaan Arrhenius, menyatakan umur isolasi kira-kira menjadi separuh untuk setiap kenaikan suhu kerja 10 K dan berlipat dua untuk setiap penurunan 10 K.

$$\frac{L_2}{L_1} \approx 2^{-(\theta_2 - \theta_1)/10}$$

dengan $L_1$ dan $L_2$ umur isolasi pada suhu titik terpanas $\theta_1$ dan $\theta_2$ (°C). Angka 10 K bukan konstanta alam: interval separuh-umur berbeda menurut sistem isolasi, dan aturan hanya berlaku di sekitar rentang suhu rancangannya. Kenaikan 5 K memberi $2^{-0{,}5} = 0{,}71$, umur sekitar 70 %. Umur belitan juga ditentukan kelembapan, kontaminasi, getaran, dan lonjakan tegangan VFD; nilai aturan ini ada pada arah dan orde besarnya.

Jenis tugas S1 sampai S10

IEC 60034-1 mengelompokkan pola beban dasar penilaian motor ke dalam sepuluh jenis tugas (duty type). Jenis tugas adalah pola yang dipakai pabrikan saat menilai kenaikan suhu, sehingga motor berpelat S1 dan S4 dengan daya sama tidak dapat saling menggantikan tanpa pemeriksaan.

Faktor durasi siklus (FDS) untuk S3 adalah perbandingan waktu berbeban terhadap lama satu siklus; untuk S4 waktu asut ikut dihitung sebagai waktu berbeban:

$$\text{FDS}_\text{S4} = \frac{t_\text{asut} + t_\text{beban}}{t_\text{asut} + t_\text{beban} + t_\text{diam}} \times 100\ \%$$

Lama siklus acuan untuk S3 dan S6 adalah 10 menit bila tidak dinyatakan lain; editor membaca angka ini dari pratinjau edisi 2022 dan belum dari teks edisi 2026.

Asut diperhitungkan tersendiri pada S4 dan S5 karena, seperti diuraikan pada bab motor induksi tiga fasa, panas rotor selama asut langsung beban inersia murni kira-kira sama dengan energi kinetik yang diterima beban; pembalikan dari putaran penuh dengan membalik urutan fasa membuang kira-kira empat kali energi itu. Karena itu momen inersia beban tercantum dalam penandaannya. S6 lebih ringan secara termal daripada S3 dengan faktor durasi sama karena motor dan kipas porosnya tetap berputar.

Jenis tugas menjelaskan mengapa motor washer-extractor adalah motor khusus. Tahap cuci membalik arah drum berulang kali dengan jeda, tahap peras berputar cepat, dan di antaranya ada distribusi muatan, sehingga pola keseluruhan paling dekat dengan S9 atau S10. Mesin lama dengan kontaktor pembalik memberi ratusan asut per jam; mesin ber-VFD mengganti asut langsung dengan percepatan bertahap, tetapi memindahkan beban termal ke putaran rendah. Motor pengganti S1 yang dipilih dari kilowatt dan rpm saja tidak menjamin apa pun untuk siklus cuci. PUIL 2020 5100.5.3.1 juga mengakui daur kerja dalam ukuran konduktor sirkit motor.

Pendinginan dan kode IC

IEC 60034-6:1991, edisi 2.0 yang masih berlaku, memberi kode IC untuk susunan sirkit pendingin dan cara pendingin digerakkan. Kode yang paling sering ditemui adalah IC411: rumah tertutup bersirip yang ditiup kipas pada poros motor sendiri. IC410 tanpa kipas luar, IC416 memakai kipas luar bermotor tersendiri, dan IC418 mengandalkan aliran udara dari mesin yang digerakkan, misalnya motor di dalam aliran udara kipas yang diputarnya.

Konsekuensinya langsung. Aliran udara kipas poros kira-kira sebanding dengan kecepatan putar, sehingga motor IC411 kehilangan sebagian besar pendinginannya pada putaran rendah, sementara rugi tembaganya tetap bila torsinya tetap. Serat kain yang menutup tutup kipas dan sirip, seperti pada kasus pembuka, mengurangi perpindahan panas tanpa mengubah angka di pelat nama. PUIL 2020 5100.5.2.2.2 meminta motor di lingkungan tempat debu atau bahan beterbangan berkumpul pada motor dipilih dari jenis yang tidak menjadi terlalu panas pada keadaan itu.

Kode IP pada motor dan ruang lembab

IEC 60034-5:2020, edisi 5, memberi kode IP untuk selungkup mesin berputar: huruf IP, angka pertama untuk benda padat dan debu, angka kedua untuk air, dan huruf tambahan bila perlu. Angka pertama 4 berarti terlindung dari benda padat lebih dari 1 mm, 5 terlindung debu (debu masuk tidak cukup banyak untuk mengganggu kerja), dan 6 kedap debu. Angka kedua 4 berarti tahan percikan, 5 tahan pancaran air, dan 6 tahan pancaran kuat; edisi 2020 menambahkan angka kedua 9. Huruf S atau M menandai uji air saat mesin diam atau berputar.

Lingkup IEC 60034-5 menyatakan standar itu tidak menetapkan perlindungan terhadap kelembapan, misalnya dari pengembunan. Di ruang cuci yang lembab dan panas, motor yang berhenti mendingin, udara di dalamnya menyusut dan menarik udara lembab, lalu uap air mengembun. Lubang buangan air, pemanas antikondensasi, dan uji resistansi isolasi sebelum motor yang lama diam dijalankan lagi karena itu lebih menentukan daripada angka IP semata.

Pilihan IP diturunkan dari kode pengaruh eksternal, bukan dari kebiasaan. Menurut PUIL 2020 Bagian 5-51, 512.2.1, peralatan dipilih sesuai Tabel 51A: AD2 (tetesan, misalnya embun yang menetes) meminta IPX1 atau IPX2, AD4 (percikan dari segala arah) IPX4, dan AD5 (pancaran air) IPX5. Contoh lokasi AD5 di PUIL 2020 tertulis "air panas digunakan secara reguler"; kata itu sudah tercetak hot water pada IEC 60364-5-51:2005, sedangkan HD 60364-5-51:2009 menulis air selang (hose water), jadi PUIL menyalin cacat teks IEC. Untuk debu, AE5 meminta IP5X, atau IP6X bila debu tidak boleh masuk; baris AE4 tercetak "IPX5", salah ketik untuk IP5X. Motor IP54 pada contoh buku ajar tadi cocok untuk ruang mesin kering, tetapi tidak untuk lantai yang disemprot selang. PUIL 2020 5100.5.2.1 menambahkan motor tahan lembab dengan jalan masuk kabel berpaking atau berbusing di lingkungan lembab.

Penurunan rating

Suhu ambien dan ketinggian

IEC 60034-1 memuat penyesuaian batas kenaikan suhu untuk kondisi di luar acuan, termasuk ambien di atas 40 °C dan ketinggian di atas 1.000 m. Logika anggaran termal menjelaskan arahnya: udara pendingin 5 K lebih panas mengurangi kenaikan suhu yang tersedia 5 K, sehingga rugi yang boleh dibangkitkan harus turun. Satu katalog pabrikan yang dicek editor memberi daya yang boleh diambil 96,5 % pada 45 °C, 93 % pada 50 °C, dan 86,5 % pada 60 °C, serta 97 % pada ketinggian 1.500 m dan 94,5 % pada 2.000 m. Angka katalog lain dapat berbeda; yang berlaku adalah angka pabrikan motor yang dipakai.

PUIL 2020 Tabel 51A memberi kerangka yang sama dari sisi instalasi. AA4 (−5 °C sampai +40 °C) dianggap normal, dengan suhu rerata 24 jam tidak melampaui 5 °C di bawah batas atas, yaitu 35 °C; julat sampai +60 °C (AA6) memerlukan peralatan yang didesain khusus atau susunan yang sesuai. Ketinggian sampai 2.000 m (AC1) normal, tetapi tabel itu mencatat beberapa peralatan perlu pengaturan khusus mulai 1.000 m, dan motor termasuk karena kondisi acuannya 1.000 m. Bagi laundry di dataran rendah, suhu ruang yang menentukan.

Tegangan tak seimbang

Definisi persen ketidakseimbangan tegangan dan mekanisme pemanasannya dibahas pada bab beban tak seimbang. NEMA MG 1 memberi kurva faktor penurunan daya motor terhadap persen ketidakseimbangan tegangan dan tidak menganjurkan operasi di atas 5 %. Sumber sekunder yang membaca kurva itu memberi faktor sekitar 0,97 pada 1,5 %, 0,95 pada 2 %, 0,89 pada 3 %, 0,82 pada 4 %, dan 0,76 pada 5 %, dan satu artikel lain menyebut 0,88 pada 3 %. Karena teks MG 1 tidak dibaca langsung, angka ini ilustrasi. Lembar tip motor Departemen Energi Amerika Serikat menganjurkan ketidakseimbangan di terminal motor tidak lebih dari 1 % dan memberi perkiraan kenaikan suhu:

$$\Delta\theta_\text{tak seimbang} \approx \Delta\theta_\text{seimbang}\left(1 + \frac{2\,u^2}{100}\right)$$

dengan $u$ persen ketidakseimbangan tegangan menurut definisi NEMA, sama dengan perkiraan "dua kali kuadrat" pada bab beban tak seimbang.

Operasi VFD pada kecepatan rendah

Tegangan VFD berbentuk pulsa menambah rugi dari harmonisa. Pada motor IC411 pendinginan turun mengikuti kecepatan, sehingga beban bertorsi tetap, misalnya konveyor atau drum bermuatan yang berputar pelan, dapat membuat motor panas walaupun arusnya tidak melebihi arus pengenal. Pompa sentrifugal dan kipas lebih ringan karena torsinya turun tajam bersama kecepatan (dibahas pada bab memilih motor untuk beban). Pilihan penanganannya adalah motor dengan kipas terpisah (IC416), rangka lebih besar, batas kecepatan minimum, atau perlindungan dengan sensor suhu belitan (dibahas pada bab proteksi motor).

Panduan IEC untuk motor yang diumpan konverter kini IEC TS 60034-25:2022 edisi 4, yang menambahkan lampiran persyaratan penurunan rating. IEC TS 60034-17 ditarik pada 2014 dan digantikan IEC TS 60034-25 edisi 3 (2014), yang kemudian direvisi menjadi edisi 4. IEC 60034-1:2026 kini mendefinisikan motor tugas konverter (converter duty) di dalam standarnya sendiri. Kurva penurunan motor tertentu diambil dari pabrikannya.

Menggabungkan beberapa faktor

Bila beberapa kondisi terjadi bersamaan, faktornya lazim dikalikan:

$$P_\text{izin} = P_\text{N} \cdot k_\text{amb} \cdot k_\text{h} \cdot k_\text{u}$$

dengan $P_\text{N}$ daya pengenal (kW), $k_\text{amb}$ faktor suhu ambien, $k_\text{h}$ faktor ketinggian, dan $k_\text{u}$ faktor ketidakseimbangan tegangan. Perkalian ini adalah pendekatan editorial yang cenderung konservatif, bukan klausul standar. Faktor VFD tidak dimasukkan, dan faktor gabungan dari pabrikan selalu didahulukan.

Faktor layanan pada motor gaya NEMA

Faktor layanan (service factor, SF) didefinisikan NEMA MG 1 sebagai pengali terhadap daya pengenal yang menunjukkan beban yang diizinkan pada kondisi tertentu; angka 1,15 lazim pada motor gaya Amerika. Motor yang dibebani pada SF bekerja lebih panas: satu tabel sekunder memberi batas kenaikan suhu kelas F 105 K pada SF 1,0 dan 115 K pada SF 1,15. Artikel teknik yang dicek editor menyatakan motor yang terus bekerja pada SF di atas 1 berumur lebih pendek dan menyebut desain yang mengandalkan SF terus-menerus sebagai pilihan buruk. Menurut aturan 10 K, itu kira-kira separuh umur isolasi.

SF adalah cadangan untuk keadaan tak terduga, seperti tegangan sesaat rendah atau beban puncak sesekali, bukan kapasitas rutin. Motor gaya IEC umumnya tidak mencantumkan SF; bila pelat nama tidak menyebutnya, editor menganjurkan daya pengenal diperlakukan sebagai batas beban kontinu. SF juga bukan alasan menaikkan setelan relai beban lebih (bab proteksi motor).

Tegangan 400 V, data lama 380 V, dan motor 400/690 V

Tegangan nominal yang berlaku adalah 230/400 V dengan toleransi ±10 % di terminal suplai menurut IEC 60038. IEC 60034-1 membagi penyimpangan tegangan dan frekuensi ke dua zona: di zona A (tegangan ±5 %, frekuensi ±2 %) motor harus mampu memberikan torsi pengenalnya terus-menerus, tetapi kenaikan suhunya boleh lebih tinggi daripada pada tegangan dan frekuensi pengenal; di zona B (tegangan ±10 %, frekuensi +3 % sampai −5 %) operasi dianjurkan dibatasi nilai, lama, dan kekerapannya, dan kenaikan suhunya lebih tinggi lagi. Zona dihitung terhadap tegangan pengenal motor, bukan tegangan jaringan.

Motor lama berpelat 380 V pada suplai 400 V sudah 5,3 % di atas pengenalnya, sedikit di luar zona A, sehingga memakai sebagian anggaran suhunya. Pada batas atas 440 V penyimpangannya 15,8 % dan keluar dari zona B, sedangkan motor 400 V pada 440 V tepat di batas zona B. Tegangan lebih menaikkan fluks, arus magnetisasi, dan rugi inti; tegangan kurang pada beban penuh menaikkan arus dan rugi tembaga.

Terminal U1-V1-W1 dan U2-V2-W2 ditandai menurut IEC 60034-8. Pada suplai 400 V, motor 230/400 V Δ/Y disambung bintang, sedangkan motor 400/690 V Δ/Y, seperti contoh 15 kW tadi, disambung segitiga dan dapat diasut bintang-segitiga; konsep tegangan belitan pada kedua hubungan ada di Bab 52. Buku ajar yang menulis jaringan "3 × 380 V" untuk contoh ini memakai tegangan lama; kesimpulan segitiganya tetap benar pada 400 V. Motor berpelat "380/220 V Y/Δ" berbelitan 220 V; sambungan bintang pada 400 V memberi 231 V per belitan, 5 % di atas pengenalnya.

Contoh kerja 1: motor kelas F di ruang ketel 45 °C

Keadaan. Motor pompa sirkulasi air panas di ruang ketel laundry industri berpelat seperti contoh buku ajar: 15 kW, 400/690 V Δ/Y, 29/17 A, cos φ 0,85, 1.430 rpm, IP54, kelas F. Ketinggian sekitar 20 m, udara di sekitar motor sampai 45 °C, dan ketidakseimbangan tegangan di terminal motor, diukur oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD, 2 %. Pompa membutuhkan daya poros 13,5 kW di titik kerjanya. Apakah motor ini cukup?

Langkah 1: periksa data pelat nama. Masukan pada beban pengenal $\sqrt{3} \times 400 \times 29 \times 0{,}85 = 17{,}08$ kW, sehingga efisiensi tersirat $15/17{,}08 = 0{,}88$; karena arus dan cos φ pelat nama dibulatkan, angka ini hanya pemeriksaan kasar, dan data dianggap konsisten.

Langkah 2: bandingkan dengan acuan. Ketinggian jauh di bawah 1.000 m, jadi $k_\text{h} = 1$. Ambien 45 °C melampaui acuan 5 K dan jatuh pada julat AA6 PUIL 2020 Tabel 51A.

Langkah 3: anggaran suhu, dua kemungkinan. (a) Bila lembar data menyatakan kenaikan kelas B (80 K), titik terpanas $45 + 80 + 10 = 135$ °C, 20 K di bawah 155 °C; ambien saja tidak memaksa penurunan. (b) Bila tidak diketahui, anggap batas kelas F penuh, 105 K; pada 45 °C tersedia $155 - 45 - 10 = 100$ K, sehingga dipakai faktor katalog $k_\text{amb} = 0{,}965$. Sebagai pembanding, bila rugi pada beban pengenal diandaikan 30 % tetap (inti, gesekan) dan 70 % sebanding kuadrat beban, maka $0{,}3 + 0{,}7k^2 = 100/105$ memberi $k = 0{,}965$. Pembagian itu asumsi ilustrasi: bila seluruh rugi sebanding kuadrat beban, $k = 0{,}976$, dan dengan 40/60, $k = 0{,}959$. Angka katalog berada di rentang yang masuk akal, tetapi tidak dibuktikan oleh hitungan ini.

Langkah 4: ketidakseimbangan tegangan. Pada 2 %, faktor kurva NEMA yang dibaca sumber sekunder adalah $k_\text{u} = 0{,}95$. Rumus perkiraan kenaikan suhu memberi faktor $1 + 2 \times 2^2/100 = 1{,}08$, sehingga pada kasus (b) kenaikan 105 K menjadi sekitar 113 K, jelas di atas batas.

Langkah 5: daya yang diizinkan dan keputusan. Untuk kasus (b): $P_\text{izin} = 15 \times 0{,}965 \times 1 \times 0{,}95 = 13{,}75$ kW. Kebutuhan 13,5 kW adalah 98 % dari angka itu: cukup di atas kertas, tanpa cadangan untuk kerak pada pompa atau tegangan rendah. Untuk kasus (a), dengan kenaikan 80 K yang naik menjadi $80 \times 1{,}08 = 86{,}4$ K, titik terpanas pada beban penuh sekitar $45 + 86{,}4 + 10 = 141{,}4$ °C, masih 13,6 K di bawah kelas F. Dibanding operasi seimbang pada 40 °C (130 °C), titiknya 11,4 K lebih panas, sehingga menurut aturan 10 K umur isolasinya kira-kira $2^{-1{,}14} = 0{,}45$ dari umur pada kondisi pembanding itu.

Kesimpulan. Keputusan pertama bukan motor lebih besar. Ketidakseimbangan 2 % adalah dua kali anjuran 1 % dan penyebabnya ada di instalasi; di bawah 1 %, $k_\text{u}$ mendekati 1 dan kasus (b) memberi $15 \times 0{,}965 = 14{,}5$ kW. Ventilasi ruang ketel menambah cadangan, dan lembar data pabrikan memastikan kelas kenaikan suhunya.

Contoh kerja 2: membaca jenis tugas pada pola bolak-balik siklus cuci

Keadaan. Sebuah washer-extractor lama membalik arah drum dengan kontaktor pembalik: drum berputar 12 detik, berhenti 3 detik sampai diam, lalu berputar berlawanan arah 12 detik, dan seterusnya. Motor cuci berpelat S1 dengan arus pengenal $I_\text{N} = 5{,}0$ A. Data ilustrasi: arus asut 6 kali arus pengenal (30 A) selama 0,4 detik pada setiap asut, dan arus saat berputar 3,5 A. Apakah pelat nama S1 cukup untuk tahap cuci?

Langkah 1: kenali jenis tugasnya. Setiap siklus berisi asut, beban, dan diam, dengan asut yang diulang sangat sering: pola S4. Lama siklus 15 detik memberi $3\,600/15 = 240$ asut per jam, dan faktor durasi $12/15 = 80$ % dengan waktu asut termasuk dalam 12 detik berputar. Bila motor dibalik saat masih berputar, energi rotor jauh lebih besar dan polanya menjadi S5 atau S7.

Langkah 2: hitung arus ekuivalen termal. Selama siklus jauh lebih pendek dari konstanta waktu termal motor, yang berorde puluhan menit, suhu belitan mengikuti rata-rata rugi. Bila rugi dianggap sebanding kuadrat arus dan pendinginan tetap, arus ekuivalen adalah nilai efektif arus sepanjang siklus:

$$I_\text{ekv} = \sqrt{\frac{\sum I_k^2\, t_k}{\sum t_k}} = \sqrt{\frac{30^2 \times 0{,}4 + 3{,}5^2 \times 11{,}6 + 0^2 \times 3}{15}} = \sqrt{\frac{360 + 142{,}1}{15}} = 5{,}79\ \text{A}$$

Langkah 3: tafsirkan. Arus ekuivalen 1,16 kali arus pengenal, walaupun arus saat berputar hanya 70 % arus pengenal; lebih dari 70 % pemanasan berasal dari asut. Hitungan ini optimistis karena kipas poros berhenti selama jeda dan rugi inti tidak dihitung. Panas batang rotor saat asut juga lebih besar daripada perkiraan dari arus stator, dan pada asut yang sangat sering rotor sering menjadi batas pertama (dibahas pada bab memilih motor untuk beban). Waktu asut 0,4 detik juga ilustrasi; bila muatan basah memperpanjangnya menjadi 0,5 detik, arus ekuivalen naik ke 6,28 A.

Kesimpulan. Dengan data ilustrasi ini, motor S1 kemungkinan besar bekerja di atas anggaran termalnya pada tahap cuci. Bila relai beban lebih trip pada tahap ini, trip itu konsisten dengan hitungan, bukan tanda relai rusak; perilaku relai pada arus sedikit di atas setelan dibahas pada bab proteksi motor. Motor pengganti harus dinilai untuk S4 dengan jumlah asut dan momen inersia beban yang sesuai, atau mengikuti spesifikasi pabrikan mesin; arus ekuivalen hanya alat penaksir.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus dan faktor ilustrasi bab ini; angka keadaan adalah angka latihan, dan hitungannya dicatat di peta sumber pengembangan. Faktor pabrikan motor yang dipakai selalu didahulukan.

Contoh 1: motor pompa hotel di dataran tinggi. Motor 7,5 kW memikul 6,8 kW di ruang pompa hotel pada ketinggian 1.500 m; udara sekitar motor 50 °C dan ketidakseimbangan tegangan 1,5 % (angka latihan). Dengan faktor katalog dan kurva NEMA yang dikutip bab ini:

$$P_\text{izin} = 7{,}5 \times 0{,}93 \times 0{,}97 \times 0{,}97 = 6{,}56\ \text{kW}$$

Beban 104 % dari daya izin. Ventilasi yang menurunkan udara ke 45 °C memberi 6,81 kW, tepat tanpa cadangan; ketidakseimbangan yang juga diturunkan di bawah 1 % memberi 7,02 kW. Ventilasi dan suplai diperbaiki lebih dulu sebelum motor diganti.

Contoh 2: ketidakseimbangan 3 % pada pompa air dingin rumah sakit. Motor kelas F berkenaikan kelas B (80 K) bekerja pada beban pengenal di ruang 40 °C dengan ketidakseimbangan 3 % (angka latihan).

$$1 + \frac{2 \times 3^2}{100} = 1{,}18, \qquad 40 + 80 \times 1{,}18 + 10 = 144{,}4\ ^\circ\text{C}, \qquad 2^{-14{,}4/10} = 0{,}37$$

Titik terpanas masih di bawah 155 °C, tetapi 14,4 K di atas 130 °C pada operasi seimbang, sehingga umur isolasinya kira-kira 37 %. Faktor penurunan dayanya sekitar 0,89. Penyebab ketidakseimbangan di instalasi dicari; anjurannya tidak lebih dari 1 %.

Contoh 3: konveyor sortir linen berpelat S3. Konveyor di laundry rumah sakit berjalan 3 menit lalu diam 7 menit, dengan asut yang jarang (angka latihan).

$$\text{FDS} = \frac{3}{3 + 7} \times 100\ \% = 30\ \%$$

Motor berpelat S3 25 % tidak cukup, sedangkan S3 40 % cukup selama siklusnya 10 menit, lama siklus acuan yang dibaca editor. Bila pada jam sibuk konveyor dijalankan terus, waktu mendinginnya hilang dan motor perlu dinilai S1.

Contoh 4: tegangan rendah di ujung kabel dapur. Pada beban penuh, tegangan antarfasa di terminal dua motor kipas dapur rumah sakit terbaca 368 V (angka latihan). Terhadap motor berpelat 400 V penyimpangannya −8,0 %, di zona B; terhadap motor lama 380 V hanya −3,2 %, di zona A. Zona dihitung terhadap tegangan pengenal motor, sehingga motor 400 V yang bekerja lama pada tegangan ini menarik arus dan rugi tembaga lebih besar. Penyebab susut tegangannya diperiksa.

Contoh 5: motor gaya NEMA 10 hp dengan SF 1,15. Motor pengganti 10 hp ($10 \times 745{,}7 = 7{,}46$ kW) diusulkan untuk pompa yang terus-menerus menyerap 8,2 kW daya poros (angka latihan). Bebannya 1,10 kali daya pengenal, masih di bawah $1{,}15 \times 7{,}46 = 8{,}58$ kW. Motor yang terus dibebani sampai SF boleh naik 115 K alih-alih 105 K pada kelas F, sehingga menurut aturan 10 K umur isolasinya kira-kira separuh, dan beban 1,10 kali sudah dekat keadaan itu. Motor dipilih dengan daya pengenal sekurang-kurangnya 8,2 kW.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Kelas F berarti rumah motor boleh sampai 155 °C." Angka kelas termal berlaku untuk titik terpanas belitan. Permukaan rumah jauh lebih dingin dari belitan, sehingga suhu rumah tidak menunjukkan sisa anggaran.

"Motor IP55 aman di ruang lembab." IEC 60034-5 tidak menetapkan perlindungan terhadap pengembunan.

"Motor pengganti cukup disamakan kW, kutub, dan tegangannya." Jenis tugas, kode IC, kode IP, kelas kenaikan suhu, dan tegangan pengenal ikut menentukan, seperti pada kasus pembuka dan Contoh kerja 2.

"Faktor layanan 1,15 adalah cadangan 15 % untuk dipakai sehari-hari." SF dibayar dengan umur isolasi. Kebiasaan menambah 10 % pada setelan relai beban lebih, yang diajarkan sebuah buku ajar kontrol elektromekanik, juga tidak dibenarkan oleh SF.

"1 HP = 736 W, dan arus motor = P/(√3 · U · cos φ)." Buku ajar yang sama menghitung motor 15 HP sebagai 11.040 W, lalu arusnya 19,75 A pada 380 V. Satu horsepower mekanik adalah 745,7 W, sedangkan 736 W adalah pembulatan tenaga kuda metrik (PK) yang besarnya 735,5 W. Daya pelat nama adalah daya poros, sehingga arus harus dihitung dari masukan, yaitu daya dibagi efisiensi. Dengan 15 hp, efisiensi ilustrasi 0,90, dan suplai 400 V: $11\,186/(\sqrt{3} \times 400 \times 0{,}85 \times 0{,}90) = 21{,}1$ A. Arus pelat nama motor yang sebenarnya tetap menjadi acuan.

"Motor 400/690 V hanya boleh disambung bintang beberapa detik." Pada 400 V, sambungan bintang memberi tiap belitan sekitar 231 V dan torsi kira-kira sepertiga. Batasnya beban yang dapat dipikul dengan torsi itu, bukan hitungan detik. Konsep hubungan bintang-segitiga ada di Bab 52; metode pengasutannya dibahas pada bab metode pengasutan motor.

Hubungan dengan bab lain

Prasyaratnya: Bab 52 untuk pelat nama dasar, bab arus bolak-balik untuk toleransi tegangan, bab beban tak seimbang, dan bab motor induksi tiga fasa untuk asal rugi. Lanjutannya: bab uji resistansi isolasi, bab memilih motor untuk beban, bab proteksi motor, bab kerusakan dan uji motor untuk belitan terbakar akibat panas, serta bab VFD. Di rak Laundry, bab washer-extractor menjelaskan pola cuci, distribusi, dan peras yang menentukan jenis tugas motornya.

Latihan dan pembahasan

Tuliskan rumus, satuan, dan asumsi. Angka dalam soal adalah data latihan.

1. Motor kelas B berkenaikan suhu 80 K dipasang di ruang 45 °C. Hitung titik terpanasnya (cadangan 10 K), bandingkan dengan kelasnya, dan perkirakan umur isolasi relatif terhadap titik terpanas 130 °C dengan aturan 10 K. Ulangi untuk motor kelas H berkenaikan 105 K di ruang 50 °C (cadangan 15 K).
2. Motor konveyor berpelat S1 bekerja berulang 20 detik pada 1,2 kali arus pengenal lalu 40 detik pada 0,8 kali, tanpa berhenti. Hitung arus ekuivalen termalnya, lalu jelaskan mengapa motor berpelat "S3 40 %" tidak boleh dipakai untuk konveyor yang berjalan terus-menerus.
3. Pengukuran oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD membaca tegangan antarfasa 408, 398, dan 394 V di terminal motor 7,5 kW yang memikul beban 7,3 kW. Hitung persen ketidakseimbangan menurut NEMA, daya yang diizinkan dengan faktor ilustrasi pada bab ini, dan langkah pertama yang tepat.
4. Motor pompa pembuang di lantai ruang cuci ikut disemprot selang saat lantai dibersihkan setiap malam. Motor terpasang IP54. Pilih: (a) cukup, karena angka kedua 4 sudah tahan air; (b) tidak cukup, lokasi ini AD5 menurut PUIL 2020 Tabel 51A sehingga minimal IPX5, dan kelembapan pengembunan tetap perlu ditangani terpisah; (c) cukup asal motor dipasang RCD. Jelaskan.
5. Pengukuran oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD membaca 415 V antarfasa di terminal dua motor. Motor A berpelat 380 V, motor B berpelat 400 V. Tentukan zona IEC 60034-1 masing-masing dan jelaskan akibatnya bila suplai naik ke 440 V.
6. Dua motor IC411 yang sama diumpan VFD dan dijalankan pada 20 Hz selama berjam-jam: satu menggerakkan pompa sentrifugal, satu menggerakkan konveyor bermuatan tetap. Motor mana yang berisiko kepanasan, mengapa, dan apa pilihan penanganannya?

Kunci jawaban beralasan

1. Kelas B: $45 + 80 + 10 = 135$ °C, 5 K di atas 130 °C; umur relatif $2^{-5/10} = 0{,}71$, dan motor bekerja di luar anggaran kelasnya, sehingga perlu penurunan beban, ventilasi, atau kelas lebih tinggi. Kelas H: $50 + 105 + 15 = 170$ °C, 10 K di bawah 180 °C; masih memenuhi, yang menjelaskan pemakaian kelas H berkenaikan kelas F di ruang panas. Aturan 10 K hanya perkiraan kasar.
2. $I_\text{ekv} = \sqrt{(1{,}2^2 \times 20 + 0{,}8^2 \times 40)/60} = \sqrt{(28{,}8 + 25{,}6)/60} = 0{,}952$ kali arus pengenal. Motor terus berputar dan kipasnya tetap bekerja, sehingga dengan asumsi rugi sebanding kuadrat arus, pemanasannya masih di bawah pengenal. Motor "S3 40 %" dinilai dengan 40 % waktu berbeban dan 60 % waktu diam dalam siklus acuan; pada operasi terus-menerus waktu mendingin itu hilang dan suhunya melampaui batas penilaiannya.
3. Rata-rata $(408 + 398 + 394)/3 = 400$ V; simpangan terbesar $408 - 400 = 8$ V; ketidakseimbangan $100 \times 8/400 = 2{,}0$ %. Dengan $k_\text{u} = 0{,}95$, $P_\text{izin} = 7{,}5 \times 0{,}95 = 7{,}125$ kW, lebih kecil dari beban 7,3 kW. Langkah pertama adalah mencari penyebab ketidakseimbangan di instalasi (pembagian beban satu fasa, sambungan longgar, tahap kapasitor), bukan mengganti motor atau menaikkan setelan relai. Faktor 0,95 adalah ilustrasi dari pembacaan sekunder kurva NEMA.
4. Jawaban (b). Semprotan selang adalah pancaran air, AD5 pada PUIL 2020 Tabel 51A, yang meminta IPX5. Pilihan (a) keliru karena angka kedua 4 hanya diuji dengan percikan. Pilihan (c) keliru karena RCD adalah proteksi kejut listrik dan tidak mencegah air masuk ke belitan. Pengembunan tidak dicakup IEC 60034-5, sehingga lubang buangan dan uji isolasi tetap diperlukan.
5. Motor A: $415/380 = 1{,}092$, penyimpangan +9,2 %, di luar zona A (±5 %) tetapi di dalam zona B (±10 %). Motor B: $415/400 = 1{,}0375$, +3,75 %, di dalam zona A. Pada 440 V, motor A +15,8 % dan keluar dari zona B, sehingga fluks, arus magnetisasi, dan rugi intinya naik jauh; motor B +10 %, tepat di batas zona B, dan operasi selama itu dianjurkan dibatasi.
6. Konveyor. Torsinya tetap, sehingga rugi tembaganya hampir sama dengan pada kecepatan penuh, sementara kipas poros pada 20 Hz hanya memberi sekitar 40 % aliran udara. Torsi pompa sentrifugal turun kira-kira sebanding kuadrat kecepatan, sekitar 16 % pada 40 % kecepatan, sehingga ruginya kecil. Pilihannya: kipas terpisah (IC416), rangka lebih besar sesuai kurva pabrikan, batas kecepatan minimum, atau sensor suhu belitan ke proteksi.

Referensi