Komponen kendali: kontaktor, relai bantu, dan penandaan kontak

Sebuah laundry mengganti dua kontaktor dengan unit berlabel "17 A": satu untuk pemanas pengering 12 kW (sekitar 17 A), satu untuk motor konveyor muatan 7,5 kW (pelat nama 14,7 A). Lima bulan kemudian kontak utama kontaktor konveyor las, sehingga motor tetap berputar setelah tombol stop ditekan sampai MCB diturunkan. Kontaktor pemanas masih baik. Operator konveyor itu menekan tombol jog puluhan kali per jam untuk memosisikan kantong linen. Angka "17 A" ternyata menjawab pertanyaan yang berbeda dari yang diajukan teknisi.

Bab 2 membahas relai sebagai sakelar sinyal dan arti kontak NO/NC, sedangkan Bab 52 menjelaskan fungsi kontaktor, relai beban lebih, dan pengaman di dalam sistem motor beserta batas perlindungannya secara umum. Fisika koil (arus tarik dan tahan, batas kerja 85–110 %, cincin hubung singkat, peredam, trafo kendali) sudah diuraikan di bab reaktansi dan impedansi, bab magnet dan induksi, dan bab transformator. Bab ini membahas keputusan yang tersisa: kontaktor dan relai mana yang cocok untuk beban tertentu, berapa lama kontaknya bertahan, dan cara membaca nomor terminalnya tanpa menebak.

Batas pembahasan

Pembahasan mencakup kontaktor dan relai kendali tegangan rendah (seri IEC 60947), relai elektromekanis sederhana (IEC 61810-1), dan relai semikonduktor untuk beban resistif. Relai beban lebih dan koordinasi dengan pengaman hubung pendek hanya disebut sejauh menyangkut pemilihan kontaktor; relai waktu, tombol, stop darurat, dan simbol diagram dibahas pada bab-bab sesudahnya. Angka pabrikan pada contoh adalah ilustrasi yang ordenya mengikuti satu seri katalog yang dicek editor. Pemeriksaan yang memerlukan tegangan hanya dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

Bagian kontaktor dan tugasnya masing-masing

Kontaktor adalah sakelar elektromagnetik untuk menyambung dan memutus arus beban berkali-kali, dengan posisi istirahat yang ditentukan pegas. Buku ajar kendali elektromekanik korpus mendaftar bagian utamanya: koil bertanda A1-A2, kontak utama, kontak bantu, dan kumparan hubung singkat pada muka kutub yang meredam getaran. Saat koil dicatu, jangkar (inti bergerak) tertarik ke inti tetap dan menggerakkan pembawa kontak; mekanismenya ada di bab magnet dan induksi.

Kontak utama kontaktor daya hampir selalu jenis penutup (NO), berputus ganda sehingga busur terbagi di dua celah, dan terbuat dari paduan perak yang tahan las dan erosi. Kontak bantu dirancang untuk arus kendali; buku ajar korpus menyebut pelat kontak utama lebar dan tebal, sedangkan kontak bantu tipis. Karena digerakkan pembawa yang sama, kontak bantu melaporkan posisi mekanisme. Untuk pemantauan keselamatan, IEC 60947-4-1 mengenal kontak cermin (mirror contact), yaitu kontak bantu NC yang dijamin tidak menutup selama ada kontak utama yang masih tertutup, misalnya karena las.

Kontaktor dipakai sebagai gawai penyakelaran fungsional, bukan gawai isolasi. Walaupun standar produk memberi syarat tambahan bagi tipe yang dinyatakan cocok untuk isolasi, posisi kontaktor ditentukan koil dan tidak dapat dikunci terbuka, dan kontak yang las tidak terlihat dari luar. PUIL 2020 Bagian 2, 2.12.1.3, mensyaratkan sakelar multifase memutus semua konduktor aktif bersamaan, tetapi pengecualian b) membebaskan sakelar di sirkit kendali yang mengendalikan kontaktor; pemutusan semua fasa beban dikerjakan kontak utama kontaktor. Pemisahan untuk pekerjaan tetap memakai pemisah yang dapat dikunci (Bab 2 · Keselamatan).

Kategori pemakaian: beban menentukan kerasnya tugas kontak

Arus yang sama merusak kontak dengan laju berbeda, bergantung pada arus saat menutup, arus saat membuka, dan tegangan di celah kontak tepat setelah membuka. IEC 60947 karena itu memberi rating kontaktor per kategori pemakaian (utilization category), dan PUIL 2020 Bagian 5-511, A.5110.13.4.1, meminta komponen gawai kendali, termasuk sakelar magnet, mempunyai kemampuan yang sesuai dengan penggunaannya. Buku ajar instalasi motor korpus mengumumkan daftar kategori penggunaan kontaktor, tetapi daftarnya tidak tercetak di halaman itu.

Kategori lain melayani lampu, trafo, bank kapasitor, dan kompresor hermetik. AC-3e ditambahkan pada edisi keempat IEC 60947-4-1 (2018) untuk motor berarus rotor terkunci lebih besar, sejalan dengan desain E pada IEC 60034-12 di bab motor induksi tiga fasa.

AC-3 dan AC-4. Pada AC-3, kontak menutup arus asut, sekitar 4–8 kali arus pengenal, tetapi membuka ketika motor berputar dekat kecepatan pengenal dan masih membangkitkan tegangan lawan, sehingga tegangan di celah kontak hanya selisihnya; uji umur listrik AC-3 memakai tegangan pulih sekitar 0,17 kali tegangan pengenal. Pada AC-4, motor dihentikan atau dibalik sebelum berputar cepat, sehingga kontak membuka arus sebesar arus asut pada tegangan pulih penuh, dan busurnya membawa energi berlipat. Standar masih mengizinkan kontaktor AC-3 melakukan jog atau plugging sesekali selama periode terbatas, misalnya saat penyetelan mesin, dengan jumlah operasi yang dibatasi. Jog rutin sepanjang jam produksi seperti pada kasus pembuka berada di luar kelonggaran itu: kontaktornya bekerja sebagai kontaktor AC-4 tanpa ada yang mengganti labelnya.

Kategori juga menetapkan uji kemampuan menutup dan memutus pada keadaan sesekali. Satu dokumen teknis pabrikan yang merangkum tabel standar mencantumkan, untuk kontaktor sampai 100 A, menutup 10 kali dan memutus 8 kali arus pengenal pada AC-3, 12 dan 10 kali pada AC-4, dan 1,5 kali pada AC-1. Angka ini menjamin kontaktor AC-3 sanggup menutup arus asut, tetapi bukan berapa kali.

Umur mekanis dan umur listrik

Umur mekanis adalah jumlah siklus tanpa arus di kontak utama, pada kontaktor kecil umumnya jutaan sampai belasan juta. Umur listrik adalah jumlah siklus berbeban sampai kontak aus, disajikan pabrikan sebagai kurva siklus terhadap arus putus per kategori, dan turun tajam dengan naiknya arus putus. Pada satu seri katalog yang dicek editor, kontaktor 17 A AC-3 (7,5 kW pada 400 V) hanya diberi rating AC-4 sebesar 7,7 A (3,5 kW) untuk sekitar 200.000 siklus. Tugas campuran, sebagian AC-3 dan sebagian AC-4, diperkirakan dengan menjumlahkan fraksi keausan setiap jenis operasi:

$$\frac{1}{N_\text{c}} = \frac{1-p}{N_\text{3}} + \frac{p}{N_\text{4}}$$

dengan $N_\text{c}$ umur listrik campuran (siklus), $p$ fraksi operasi AC-4, dan $N_\text{3}$, $N_\text{4}$ umur listrik bila semua operasi AC-3 atau semua AC-4 pada arus motor yang sama, dibaca dari kurva pabrikan. Rumus ini mengandaikan keausan per operasi saling bebas dan bertambah linear; ia perkiraan editor, dan grafik tugas campuran pabrikan menggantikannya bila tersedia.

Memilih kontaktor motor pada AC-3

Syarat dasar pemilihan untuk motor yang diasut langsung dan diputus saat berputar adalah

$$I_\text{e,AC-3}(U_\text{e}) \ge I_\text{N} \qquad P_\text{AC-3}(U_\text{e}) \ge P_\text{N}$$

dengan $I_\text{e,AC-3}$ arus kerja pengenal AC-3 pada tegangan kerja $U_\text{e}$, $I_\text{N}$ arus pelat nama motor, dan $P_\text{N}$ daya pelat nama. Rating kW berlaku pada tegangan yang disebut; kontaktor yang sama bernilai kW berbeda pada 230 V, 400 V, dan 690 V. Syarat berikutnya adalah jumlah operasi per jam, umur listrik, AC-3e bila perlu, dan koordinasi dengan pengaman hubung pendek. PUIL 2020 Bagian 5-511, 5110.8.4.3, meminta gawai sakelar dalam PHB (istilah PUIL: PSDK) cocok dari segi tegangan, arus, frekuensi, umur layanan, kapasitas menutup dan memutus, dan ketahanan hubung pendek, dengan tegangan insulasi dan ketahanan impuls pengenal tidak di bawah nilai sirkitnya, serta koordinasi starter menurut standar IEC atau SNI. Koordinasi tipe 1 dan tipe 2 dibahas pada bab proteksi motor, dan kontaktor bintang-segitiga pada bab metode pengasutan motor.

Penandaan terminal kontaktor dan relai

PUIL 2020 5110.5.4 mensyaratkan terminal gawai kendali di PHB diberi tanda atau lambang yang jelas. Aturan penandaannya ditetapkan IEC 60947-1 Lampiran L, dan penandaan itu tercetak di badan kontaktor dan di diagram.

Berakhiran 1-2 berarti kontak tertutup ketika koil tidak dicatu, berakhiran 3-4 berarti terbuka; buku ajar kendali elektromekanik korpus menulis kaidah yang sama. Fungsi khusus 5-6 dan 7-8 dipakai untuk kontak yang tidak seketika, misalnya kontak relai beban lebih atau kontak tunda waktu (bab relai waktu). Kontaktor bantu dan blok kontak bantu membawa angka pembeda, jumlah kontak NO lalu NC: "22" berarti dua NO dan dua NC. Katalog sering menambah huruf E (misalnya 22E) untuk menyatakan susunan nomor terminal menurut EN 50011 atau EN 50012; status kedua standar itu dicatat di peta sumber.

Nomor 13-14 sering menjadi penahan diri hanya karena itulah kontak NO pertama pada banyak kontaktor; standar menetapkan jenis kontak, bukan fungsi rangkaiannya. Pada relai bersoket 8 atau 11 kaki, nomor kaki adalah konvensi pabrikan. Buku ajar mesin listrik korpus memuat praktikum mengenali kontak relai 8 dan 11 kaki dengan multimeter; caranya membaca diagram yang tercetak di relai atau soket, lalu mencocokkannya dengan ohmmeter pada komponen tak bertegangan.

Relai bantu, relai kendali, dan relai antarmuka

Relai kendali (kontaktor bantu) berbentuk seperti kontaktor kecil, tetapi seluruh kontaknya adalah kontak kendali, biasanya empat atau lebih, dengan rating AC-15 dan DC-13 menurut IEC 60947-5-1. Untuk fungsi keselamatan tersedia relai dengan kontak terhubung secara mekanis: kontak NO dan NC tidak pernah tertutup bersamaan walaupun salah satunya las, sehingga kontak NC dapat memantau kontak NO.

Relai antarmuka adalah relai elektromekanis kecil (IEC 61810-1) bersoket, sering dengan LED dan peredam koil, yang menjembatani keluaran PLC dengan beban yang lebih berat. Rating utamanya ditulis untuk beban resistif (AC-1, DC-1), sedangkan rating untuk koil atau solenoid (AC-15, DC-13) jauh lebih kecil. Kontak daya juga membutuhkan arus minimum; untuk sinyal miliampere dipakai kontak berlapis emas, yang rusak bila dipakai menyakelar beban daya. Buku ajar mesin listrik korpus menyarankan relai dipakai 80 % dari kemampuan maksimumnya, tetapi aturan persentase tidak menggantikan rating pada kategori yang benar.

PUIL 2020 414.4.1 mensyaratkan pemisahan proteksi antara sirkit SELV atau PELV dan sirkit lain, dan catatannya menyebut relai, kontaktor, dan sakelar bantu secara khusus. Relai yang koilnya berada di sisi 24 V PELV dan kontaknya menyakelar 230 V harus mempunyai isolasi koil-kontak yang dinyatakan pabrikan untuk pemisahan itu; bila tidak, sirkit 24 V diperlakukan sebagai FELV menurut PUIL 2020 411.7.1, yang catatannya justru memberi contoh relai dan kontaktor berisolasi kurang, seperti dibahas di bab transformator.

Koil: jenis arus, batas kerja, dan peredam

Pemilihan koil dimulai dari penandaannya: tegangan kendali pengenal, jenis arus (AC, DC, atau AC/DC untuk koil elektronik), dan frekuensi. Koil AC yang dicatu DC terbakar dalam hitungan detik sampai menit, sedangkan koil elektronik dapat menerima keduanya; satu lembar data yang dicek editor mencantumkan 100–250 V AC/DC untuk satu koil.

Kontaktor harus menutup pada 85–110 % tegangan kendali pengenal dan melepas pada suatu nilai antara 75 % dan 20 % (koil AC) atau 75 % dan 10 % (koil DC). Akibatnya, kontaktor bukan relai tegangan kurang yang ambangnya tertentu, dan tegangan sisa kecil dari kabel kendali panjang atau arus bocor keluaran elektronik dapat menahan jangkar; keduanya dibahas pada bab sirkit kendali. Ukuran trafo kendali dipilih dari daya semu tarik koil.

Arus koil DC dibandingkan dengan kemampuan kanal keluaran PLC; koil yang terlalu besar dicatu melalui relai antarmuka. Peredam koil dipilih dari modul yang dinyatakan pabrikan cocok, dan dioda saja dapat memperlambat pelepasan beberapa kali lipat, sehingga tidak dipakai pada kontaktor yang harus melepas cepat.

Relai semikonduktor untuk beban pemanas

Relai semikonduktor (solid-state relay, SSR) AC menyakelar beban dengan pasangan tiristor atau triak yang dipicu melalui optokopler. Produknya diatur IEC 62314:2022, sedangkan pengendali semikonduktor untuk beban bukan motor, dengan kategori AC-51 untuk pemanas, berada di IEC 60947-4-3:2020. Buku ajar kendali elektromekanik korpus mendaftar keunggulannya: tanpa pantulan kontak, busur, dan bunyi, tahan getaran, dan dapat dipicu sinyal logika. SSR zero-cross menyambung dekat titik nol tegangan dan memutus pada titik nol arus berikutnya. Bagi pemanas, keunggulan terbesarnya adalah umur pada kendali proporsional-waktu yang beralih setiap belasan detik.

Harganya adalah panas. Tiristor yang menghantar bertegangan jatuh sekitar 1–1,5 V; buku ajar yang sama menyebut sekitar 1 V. Disipasi per kutub dan kebutuhan sirip pendingin (heatsink) didekati dengan

$$P_\text{SSR} \approx V_\text{T}\,I \qquad R_\text{th,sa} \le \frac{T_\text{s,maks} - T_\text{a}}{P_\text{total}}$$

dengan $V_\text{T}$ tegangan jatuh keadaan hantar (V), $I$ arus efektif kutub (A), $T_\text{a}$ suhu udara di sekitar heatsink, $T_\text{s,maks}$ suhu heatsink tertinggi yang diizinkan, dan $R_\text{th,sa}$ resistansi termal heatsink ke udara (K/W). Untuk modul dengan beberapa kutub pada satu pelat dasar,

$$T_\text{s,maks} = T_\text{j} - P_\text{kutub}\,R_\text{th,jc} - P_\text{total}\,R_\text{th,cs}$$

dengan $T_\text{j}$ suhu sambungan rancangan (di bawah batas lembar data), $R_\text{th,jc}$ resistansi termal sambungan-rumah per kutub, dan $R_\text{th,cs}$ resistansi termal rumah-heatsink seluruh modul (K/W). Model $V_\text{T} I$ sedikit melebihkan rugi tiristor pada arus sinus; kurva disipasi dan kurva arus terhadap suhu dari lembar data lebih tepat.

Tiga sifat lain menentukan pemakaiannya. Pertama, SSR yang "mati" masih bocor miliampere melalui semikonduktor dan peredamnya (buku ajar korpus menyebut orde 10 mA), sehingga beban tidak terpisah dari jaringan. Kedua, mode kegagalan SSR yang paling sering adalah hubung singkat, sehingga pemanas terus menyala; buku ajar korpus menulisnya sebagai kecenderungan gagal saat menutup. Pemanas ber-SSR karena itu memerlukan pemutus suhu lebih yang independen dan memutus melalui kontaktor atau pemisah, dibahas pada bab kendali pompa, pemanas, dan proses. Ketiga, proteksi hubung singkatnya memakai sekering semikonduktor dengan $I^2t$ di bawah batas pabrikan SSR. SSR tiga fasa yang hanya menyakelar dua kutub membiarkan satu fasa tetap tersambung ke elemen, sehingga elemen tetap bertegangan walaupun pemanas padam.

Contoh kerja 1: memilih kontaktor motor 7,5 kW dan pemanas 12 kW

Data ilustrasi. Tabel pabrikan ilustrasi untuk 400 V, dengan orde mengikuti satu seri katalog yang dicek editor, bukan data produk. Kolom AC-1 untuk dua suhu udara di sekitar kontaktor.

Soal. Pilih kontaktor untuk (a) motor konveyor 7,5 kW, 400 V, arus pelat nama 14,7 A, diasut langsung dan diputus saat berputar, dan (b) pemanas 12 kW tiga fasa 400 V dari tiga elemen 4 kW terhubung segitiga, dengan suhu di dalam panel sampai 55 °C.

Langkah 1: motor, syarat AC-3. Ukuran B: $17\ \text{A} \ge 14{,}7\ \text{A}$ dan $7{,}5\ \text{kW} \ge 7{,}5\ \text{kW}$; ukuran A gagal. Pilihan B berlaku selama motor diputus saat berputar dan jumlah operasi per jam di dalam batas pabrikan.

Langkah 2: arus pemanas. Pemanas resistif seimbang menarik

$$I = \frac{P}{\sqrt{3}\,U} = \frac{12\,000}{\sqrt{3} \times 400} = 17{,}3\ \text{A}$$

sama dengan arus saluran beban segitiga di bab sistem tiga fasa. Pada tegangan 10 % di atas nominal, arus pemanas resistif naik sebanding menjadi $1{,}1 \times 17{,}3 = 19{,}1$ A.

Langkah 3: pemanas, syarat AC-1 pada suhu panel. Panel 55 °C memakai kolom 60 °C. Ukuran A memberi 16 A (kolom 40 °C pun hanya 18 A), di bawah 19,1 A; ukuran B memberi 35 A. Rating AC-1 juga bergantung pada luas kabel yang tersambung, yang ikut membuang panas terminal.

Tafsir. Label "17 A" adalah rating AC-3; untuk pemanas kontaktor yang sama sanggup 35–40 A. Pada kasus pembuka, kontaktor pemanas bercadangan lebar, sedangkan kontaktor konveyor tepat di batas AC-3 dan jauh di atas rating AC-4-nya.

Contoh kerja 2: umur kontak konveyor dengan jog

Data ilustrasi. Konveyor bekerja 16 jam per hari, 300 hari per tahun (4.800 jam). Setiap jam ada 40 asut normal (AC-3) dan 20 jog yang memutus motor sebelum mencapai kecepatan (AC-4), sehingga $p = 20/60 = 1/3$ dan jumlah operasi 288.000 per tahun. Umur listrik pada 14,7 A dari kurva ilustrasi: ukuran B, $N_\text{3} = 1{,}2$ juta dan $N_\text{4} = 50.000$; ukuran D, $N_\text{3} = 5$ juta dan $N_\text{4} = 500.000$.

Langkah 1: tanpa jog. Dengan 40 operasi AC-3 per jam (192.000 per tahun), ukuran B bertahan $1\,200\,000/192\,000 = 6{,}25$ tahun.

Langkah 2: ukuran B dengan jog.

$$\frac{1}{N_\text{c}} = \frac{2/3}{1{,}2 \times 10^{6}} + \frac{1/3}{5 \times 10^{4}} = 5{,}56 \times 10^{-7} + 6{,}67 \times 10^{-6} = 7{,}22 \times 10^{-6}$$

sehingga $N_\text{c} = 138.000$ siklus, atau $138\,000/288\,000 = 0{,}48$ tahun. Suku AC-4 menyumbang lebih dari 90 % keausan walaupun hanya sepertiga operasi, sesuai dengan kontak yang las setelah sekitar lima bulan.

Langkah 3: ukuran D. $1/N_\text{c} = 1{,}33 \times 10^{-7} + 6{,}67 \times 10^{-7} = 8{,}0 \times 10^{-7}$, sehingga $N_\text{c} = 1{,}25$ juta siklus atau 4,3 tahun. Tabel memberi arah yang sama: rating AC-4 ukuran D, 24 A, melampaui arus motor.

Tafsir. Pilihan yang dapat dipertanggungjawabkan: ukuran D dengan jadwal penggantian kontak, mengurangi jog melalui cara kerja atau posisi sensor, atau VFD yang melakukan jog secara elektronik sehingga kontaktor tidak memutus arus asut. Pemanasan motor akibat jog dibahas pada bab proteksi motor.

Contoh kerja 3: SSR untuk pemanas 12 kW

Soal. Pemanas contoh kerja 1 dikendalikan proporsional-waktu dengan siklus 20 detik. Bandingkan umur kontaktor, lalu hitung disipasi dan heatsink SSR tiga kutub. Data ilustrasi: $V_\text{T} = 1{,}5$ V, resistansi termal sambungan-rumah 0,6 K/W per kutub, rumah-heatsink 0,1 K/W untuk seluruh modul, suhu sambungan rancangan 110 °C (di bawah batas lembar data), dan udara panel 55 °C seperti contoh kerja 1; SSR dirancang pada arus 10 % di atas nominal seperti kontaktornya.

Langkah 1: umur kontaktor. Satu siklus per 20 detik memberi $16 \times 3\,600/20 \times 300 = 864.000$ siklus per tahun; bila kurva AC-1 ilustrasi memberi 1 juta siklus, kontak bertahan sekitar 1,2 tahun.

Langkah 2: disipasi SSR. Pada tegangan 10 % di atas nominal arus kutub 19,1 A, sehingga per kutub $P = 1{,}5 \times 19{,}1 = 28{,}6$ W dan tiga kutub $P_\text{total} = 85{,}7$ W (77,9 W pada tegangan nominal). Kontaktor ukuran B hanya melepas sekitar 0,6 W per kutub menurut katalog dasar tabel, ditambah daya koil.

Langkah 3: suhu yang diizinkan pada heatsink. Suhu rumah maksimum $T_\text{c} = 110 - 28{,}6 \times 0{,}6 = 92{,}8$ °C, dan $T_\text{s,maks} = 92{,}8 - 85{,}7 \times 0{,}1 = 84{,}3$ °C.

Langkah 4: heatsink.

$$R_\text{th,sa} \le \frac{84{,}3 - 55}{85{,}7} = 0{,}34\ \text{K/W}$$

Dengan udara 40 °C dan arus nominal hasilnya 0,60 K/W; kedua anggapan itu menghasilkan heatsink hampir dua kali terlalu kecil. Sekitar 86 W juga harus dibuang dari panel; ventilasinya dibahas pada bab desain panel kendali.

Tafsir. SSR menukar keausan kontak dengan panas yang harus dirancang, dan tetap memerlukan kontaktor atau pemisah di hulu yang dibuka pemutus suhu lebih independen.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus dan tabel ilustrasi bab ini; angka yang bukan dari sumber ditandai angka latihan, dan hitungannya dicatat di peta sumber pengembangan. Pengukuran tegangan yang disebut hanya dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

Contoh 1: pemanas lemari penghangat dapur. Lemari penghangat makanan di dapur hotel memakai pemanas satu fasa 3,5 kW, 230 V (angka latihan). Kontaktornya dipasang di panel dapur yang bersuhu sampai 50 °C. Arus dan cadangan kenaikan tegangan 10 % mengikuti contoh kerja 1:

$$I = \frac{P}{U} = \frac{3\,500}{230} = 15{,}2\ \text{A}, \qquad 1{,}1 \times 15{,}2 = 16{,}7\ \text{A}$$

Panel 50 °C memakai kolom 60 °C. Ukuran A memberi 16 A, di bawah 16,7 A, sehingga gagal. Kolom 40 °C (18 A) hanya berlaku bila panel tidak pernah melampaui 40 °C, dan cadangannya pun tipis. Ukuran B (35 A pada 60 °C) dipilih. Di dapur yang panas, kolom suhu lebih menentukan daripada label AC-3.

Contoh 2: koil kontaktor yang berdengung. Kontaktor pompa air limbah rumah sakit berkoil 230 V AC berdengung saat START ditekan. Tegangan di terminal A1-A2 selama penarikan terbaca 192 V (angka latihan).

$$\frac{192}{230} = 83{,}5\ \% < 85\ \%, \qquad 0{,}85 \times 230 = 195{,}5\ \text{V}$$

Tegangan itu di bawah batas menutup, sehingga kontaktor tidak dijamin menutup penuh; jangkar yang bergetar memanaskan koil dan mengikis kontak. Batas atasnya 110 %, yaitu 253 V. Teknisi mencari penyebab susutnya, misalnya trafo kendali, kabel kendali, atau sambungan longgar, dan tidak mengganti koil dengan tegangan pengenal lebih rendah.

Contoh 3: keluaran PLC, koil DC, dan relai antarmuka. Di laundry hotel, satu kanal keluaran transistor PLC 24 V DC berkemampuan 0,5 A (angka latihan) mengendalikan dua kontaktor. Kontaktor pompa sirkulasi berkoil 24 V DC 5,4 W menarik $5{,}4/24 = 0{,}225$ A, di bawah 0,5 A, sehingga boleh dicatu langsung dengan peredam yang dinyatakan cocok oleh pabrikan. Kontaktor pemanas berkoil 230 V AC tidak dapat disakelar keluaran transistor DC, sehingga dipakai relai antarmuka ilustrasi latihan 6 (3 A AC-15 pada 230 V). Arus tarik koil 70 VA (angka latihan) adalah $70/230 = 0{,}30$ A, di bawah 3 A dan di bawah anjuran 80 % buku ajar, $0{,}8 \times 3 = 2{,}4$ A. Rating 10 A AC-1 relai itu tidak dipakai dalam penilaian ini.

Contoh 4: mixer adonan yang di-jog. Mixer adonan di dapur hotel digerakkan motor 3 kW, 400 V, arus pelat nama 6,5 A (angka latihan), dan operator men-jog motor untuk memosisikan pengaduk. Ukuran A memenuhi AC-3: $7 \ge 6{,}5$ A dan $3 \ge 3$ kW. Arus asut 4 sampai 8 kali arus pengenal memberi 26 sampai 52 A, dan kemampuan menutup AC-3 ukuran A, $10 \times 7 = 70$ A, mencakupnya. Setiap jog memutus arus asut itu (AC-4), padahal rating AC-4 ukuran A hanya 2,6 A dengan uji memutus $10 \times 2{,}6 = 26$ A. Untuk tugas AC-4, arus motor dibandingkan dengan rating AC-4: ukuran B (7,7 A) memenuhi, dan uji memutusnya $10 \times 7{,}7 = 77$ A di atas 52 A. Umur kontaknya tetap dihitung dengan rumus tugas campuran.

Contoh 5: arus bocor SSR menahan kontaktor. Pada pengering laundry rumah sakit, sebuah SSR kecil mencatu koil kontaktor kipas 230 V AC berdaya tahan 8 VA (angka latihan). SSR yang "mati" masih bocor sekitar 10 mA. Dengan koil yang sudah menutup didekati sebagai impedansi tetap,

$$Z_\text{tahan} = \frac{U^2}{S_\text{tahan}} = \frac{230^2}{8} = 6\,612\ \Omega, \qquad U_\text{sisa} = 0{,}010 \times 6\,612 = 66\ \text{V}$$

yaitu 29 % tegangan koil, di dalam jendela lepas 20 sampai 75 % (46 sampai 172,5 V). Kontaktor boleh tetap tertahan setelah perintah mati, sehingga kipas tidak dapat dipastikan berhenti. Koil itu dicatu kontak relai, atau SSR yang arus bocornya dinyatakan pabrikan cukup kecil untuk koil tersebut.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan jangan mengenergikan ulang bila:

1. Motor atau pemanas tetap bekerja setelah perintah stop. Kontak utama diduga las; suplai diputus di pemisah hulu, kontaktor tidak diketuk supaya lepas, dan penyebabnya (AC-4, hubung singkat, tegangan koil rendah) dicari sebelum penggantian.
2. Rumah kontaktor atau relai meleleh, berubah warna, atau terminalnya hangus. Komponen diganti, dan terminal serta kabelnya diperiksa.
3. Pemanas ber-SSR tetap panas tanpa perintah. SSR diperlakukan sebagai hubung singkat, mesin dihentikan melalui pemisah atau kontaktor hulu, dan pemutus suhu lebih diperiksa sebelum mesin dijalankan lagi.
4. Pekerjaan pada motor, pemanas, atau kabelnya direncanakan hanya dengan kontaktor terbuka atau SSR "mati" sebagai pemisah. Isolasi dan verifikasi bebas tegangan dilakukan menurut Bab 1 · Keselamatan, Bab 2 · Keselamatan, dan bab keselamatan alat ukur.
5. Kontaktor atau relai pengganti tidak diketahui kategori pemakaian, tegangan dan jenis arus koil, atau penandaan terminalnya.
6. Pasangan kontaktor pembalik kehilangan interlock mekanisnya, kontak interlock-nya diganti tanpa mencocokkan nomor fungsi, atau heatsink SSR melampaui batas lembar data.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Kontaktor dipilih sama dengan arus MCB, atau cukup kW-nya." Buku ajar kendali elektromekanik korpus memilih kontaktor motor 15 kW, 29 A, dengan tiga syarat yang dicampur: di atas arus nominal, sama dengan MCB 63 A, atau sama dengan daya motor. Arus MCB tidak berhubungan dengan tugas kontak, dan kW tanpa kategori serta tegangan tidak bermakna.

"Kontak NO berubah menjadi NC saat kontaktor bekerja." Beberapa buku korpus menulis demikian, dan ada pula yang menukar definisinya. NO dan NC adalah nama jenis kontak menurut keadaannya saat koil tidak dicatu (Bab 2); 13-14 tetap kontak NO, tertutup maupun terbuka.

"Kontaktor memberi proteksi tegangan rendah sekitar 20 %." Dua buku korpus menuliskan kemampuan ini. Kontaktor boleh melepas di mana saja antara 75 % dan 20 % tegangan koil AC, jadi ambangnya tidak tertentu. Proteksi tegangan kurang yang dapat diandalkan memakai relai atau pelepas tegangan kurang yang ambangnya dinyatakan. Yang benar dari klaim itu: kontaktor dengan kontak penahan diri lepas saat tegangan hilang dan tidak menutup sendiri saat tegangan kembali, sehingga mencegah motor menyala tanpa perintah; logikanya dibahas pada bab logika kendali dasar.

"SSR beralih dalam 10 mikrodetik, dan SSR mati berarti beban terputus." Buku korpus menyebut waktu peralihan 10 µs dan mengaitkannya dengan kecepatan cahaya. Untuk SSR zero-cross, yang menunggu titik nol, tanggapannya dapat mencapai setengah siklus, 10 ms pada 50 Hz. SSR yang mati juga masih bocor dan bukan pemisah.

Hubungan dengan bab lain

Arti NO/NC berasal dari Bab 2, fungsi kontaktor di sistem motor dari Bab 52, fisika koil dari bab reaktansi dan impedansi dan bab magnet dan induksi, trafo kendali dan SELV/PELV/FELV dari bab transformator, arus pemanas dari bab sistem tiga fasa, dan arus asut dari bab motor induksi tiga fasa. Isolasi dan verifikasi keadaan aman mengikuti Bab 1 · Keselamatan, Bab 2 · Keselamatan, dan bab keselamatan alat ukur. Hasilnya dipakai pada bab proteksi motor, relai waktu, diagram kendali, logika kendali dasar, sirkit kendali, kendali pompa dan pemanas, serta desain panel kendali.

Latihan dan pembahasan

Pakai tabel ilustrasi contoh kerja 1 bila soal tidak memberi data lain. Tuliskan rumus, satuan, dan asumsi.

1. Motor pompa 11 kW, 400 V, arus pelat nama 21,5 A, diasut langsung paling banyak 20 kali per jam. Pilih ukuran kontaktor. Bila ukuran yang sama dipakai untuk pemanas tiga fasa 400 V di panel bersuhu 60 °C, berapa daya pemanas nominal terbesar dengan cadangan kenaikan tegangan 10 %?
2. Kontaktor berblok tambahan memiliki terminal A1-A2, 1-2, 3-4, 5-6, 13-14, 21-22, 31-32, 43-44, 55-56, 67-68, dan relai beban lebihnya 95-96, 97-98. Kelompokkan menurut jenis kontak, tunjuk kontak untuk penahan diri dan untuk interlock ke kontaktor arah lawan, dan jelaskan 55-56 dan 67-68.
3. Pemanas 9 kW terdiri dari tiga elemen 3 kW terhubung bintang pada 400 V. Panel bersuhu 55 °C. Pilih ukuran kontaktor. Kemudian seorang teknisi keliru menyambung elemen yang sama dalam segitiga; hitung arus baru dan nilai pilihan tadi.
4. Konveyor pada contoh kerja 2 memakai ukuran B dan bekerja 288.000 operasi per tahun. Berapa fraksi jog terbesar agar kontak bertahan sedikitnya dua tahun?
5. Pemanas satu fasa 6 kW, 230 V (abaikan kenaikan tegangan), memakai SSR satu kutub: $V_\text{T} = 1{,}3$ V, sambungan-rumah 0,5 K/W, rumah-heatsink 0,1 K/W, sambungan rancangan 110 °C, udara panel 45 °C. Hitung disipasi dan $R_\text{th,sa}$ maksimum. Kemudian elemen putus, SSR tidak diperintah, dan voltmeter digital membaca hampir 230 V antara keluaran SSR dan netral; jelaskan, dan hitung arus sentuh bila peredam SSR berupa kapasitor 0,047 µF.
6. Relai antarmuka (ilustrasi) berating 10 A AC-1 250 V, 3 A AC-15 230 V, 10 A DC-1 24 V, dan 0,6 A DC-13 24 V akan menyakelar katup solenoid 24 V DC 25 W. Pilih pernyataan yang benar: (A) aman, arusnya jauh di bawah 10 A AC-1; (B) aman, rating DC-1 pada 24 V 10 A; (C) tidak cocok, arus katup melampaui rating DC-13; (D) aman, menyakelar DC lebih ringan daripada AC.

Kunci jawaban beralasan

1. Ukuran B (17 A, 7,5 kW) gagal pada arus maupun daya. Ukuran C (32 A, 15 kW) memenuhi $32 \ge 21{,}5$ A dan $15 \ge 11$ kW. Rating AC-1 ukuran C pada 60 °C adalah 42 A; dengan kenaikan tegangan 10 %, arus nominal pemanas paling banyak $42/1{,}1 = 38{,}2$ A, sehingga $P = \sqrt{3} \times 400 \times 38{,}2 = 26{,}5$ kW.
2. Kontak utama 1-2, 3-4, 5-6; NC 21-22, 31-32; NO 13-14, 43-44. 55-56 pembuka dan 67-68 penutup fungsi khusus, misalnya kontak tunda waktu, yang perilakunya dibaca dari lembar data. Penahan diri memakai NO (13-14 atau 43-44); interlock memakai NC seketika (21-22 atau 31-32). Pada relai beban lebih, 95-96 memutus sirkit koil saat trip dan 97-98 memberi sinyal trip.
3. $I = 9\,000/(\sqrt{3} \times 400) = 13{,}0$ A, dan 14,3 A pada tegangan 10 % lebih tinggi. Kolom 60 °C ukuran A (16 A) cukup tetapi tipis. Dalam segitiga, setiap elemen mendapat 400 V, bukan 231 V, sehingga daya naik tiga kali menjadi 27 kW dan arus saluran $27\,000/(\sqrt{3} \times 400) = 39{,}0$ A. Ukuran A jauh terlampaui, dan elemen yang dirancang untuk 230 V bekerja pada tiga kali dayanya sehingga cepat putus; kesalahan ini dicegah dari diagram, bukan dengan kontaktor lebih besar.
4. Syaratnya $N_\text{c} \ge 2 \times 288\,000 = 576\,000$. Dari $1/N_\text{c} = (1-p)/N_\text{3} + p/N_\text{4}$ diperoleh $p \le (1/576\,000 - 1/1\,200\,000)/(1/50\,000 - 1/1\,200\,000) = 0{,}047$. Fraksi jog paling banyak sekitar 4,7 %, yaitu kurang dari 3 (sekitar 2,8) dari 60 operasi per jam, sehingga ukuran B tidak cocok untuk konveyor yang sering di-jog.
5. $I = 6\,000/230 = 26{,}1$ A dan $P = 1{,}3 \times 26{,}1 = 33{,}9$ W. $T_\text{c} = 110 - 33{,}9 \times 0{,}5 = 93{,}0$ °C, $T_\text{s,maks} = 93{,}0 - 33{,}9 \times 0{,}1 = 89{,}6$ °C, sehingga $R_\text{th,sa} \le (89{,}6 - 45)/33{,}9 = 1{,}32$ K/W. Dengan elemen putus, keluaran SSR hanya terhubung ke jaringan melalui arus bocor dan peredam, dan voltmeter berimpedansi megaohm hampir tidak membebaninya sehingga membaca hampir tegangan jaringan. Kapasitor 0,047 µF bereaktansi $1/(2\pi \times 50 \times 0{,}047 \times 10^{-6}) = 67{,}7$ kΩ, sehingga arus melalui tubuh sekitar $230/67{,}7\ \text{k}\Omega = 3{,}4$ mA, di atas ambang terasa. SSR bukan pemisah; pengukuran ini hanya oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD, dan pekerjaan dilakukan setelah pemisah hulu dibuka dan bebas tegangan diverifikasi.
6. Jawaban C. Arus katup $25/24 = 1{,}04$ A, di atas 0,6 A DC-13. Solenoid DC adalah beban induktif yang busurnya tidak dibantu titik nol arus, sehingga kategori yang berlaku DC-13; dipilih relai atau kontaktor bantu dengan DC-13 sekurangnya 1,04 A pada 24 V. A dan B memakai kategori beban resistif, dan D terbalik karena busur DC lebih sulit padam. Peredam di koil katup mengurangi beban kontak, tetapi memperlambat pelepasan katup (bab magnet dan induksi).

Referensi