Relai Pemanas untuk Perlindungan Overload Motor: Prinsip Kerja Pemilihan dan Aplikasi
Dalam sistem kendali motor, sekring utamanya digunakan untuk perlindungan arus pendek. Namun, mereka tidak dapat melindungi dari panas berlebih yang disebabkan oleh beban berlebihan yang berkepanjangan, operasi bolak-balik yang sering, atau operasi pada tegangan rendah. Saat ini, relai pemanas secara luas digunakan untuk perlindungan overload motor. Relai pemanas adalah perangkat pelindung yang beroperasi berdasarkan efek termal arus listrik, dan pada dasarnya adalah jenis relai arus. Ia bekerja dengan menghasilkan panas melalui arus yang mengalir di elemen pemanasnya, menyebabkan strip bimetal (terbuat dari dua logam dengan koefisien ekspansi yang berbeda) berubah bentuk. Ketika deformasi mencapai ambang batas tertentu, ia mengaktifkan mekanisme penghubung, membuka sirkuit kendali. Ini memutus energi kontak dan memutus sirkuit utama, sehingga melindungi motor dari overload.
Relai pemanas diklasifikasikan berdasarkan jumlah elemen pemanas: tipe dua kutub dan tiga kutub. Relai tiga kutub dibagi lebih lanjut menjadi model dengan dan tanpa perlindungan hilang fase. Seri umum termasuk JR0, JR9, JR14, dan JR16. Karakteristik waktu-arus (karakteristik amper-detik) relai pemanas biasanya menunjukkan perilaku waktu terbalik yang sesuai dengan kurva overload yang diperbolehkan motor: semakin besar arus overload, semakin pendek waktu trip; sebaliknya, semakin kecil arus overload, semakin lama waktu trip. Dengan pemilihan yang tepat, relai dapat trip sebelum motor mencapai batas termalnya, sehingga memanfaatkan kapasitas overload motor secara optimal sambil mencegah kerusakan.
Karena ukurannya yang kecil, struktur sederhana, dan biaya rendah, relai pemanas banyak digunakan dalam aplikasi industri untuk perlindungan motor.
I. Perlindungan Motor dengan Relai Pemanas
Tipe koneksi gulungan stator motor menentukan karakteristik arus overload dan hilang fase, yang pada gilirannya menentukan tipe relai pemanas yang tepat.
Gulungan Stator Terhubung Bintang (Y)
Dalam koneksi bintang, arus garis sama dengan arus fase. Selama overload motor, ketiga arus fase biasanya meningkat. Ketika tegangan suplai tiga fasa seimbang dan arus motor simetris, relai pemanas dua kutub dapat melindungi motor tiga fasa secara efektif. Namun, jika tegangan tiga fasa sangat tidak seimbang (misalnya, 4% ketidakseimbangan tegangan dapat menyebabkan hingga 25% ketidakseimbangan arus), atau jika terjadi hubungan singkat satu fasa di mana arus gangguan tidak melewati elemen pemanas, relai dua kutub mungkin tidak memberikan perlindungan yang memadai. Dalam kasus tersebut, harus digunakan relai pemanas tiga kutub.
Gulungan Stator Terhubung Delta (Δ)
Dalam operasi normal, arus garis (I) = 0,58 × arus fase (Iφ), dan arus fase Iφ = 0,58 × arus garis I. Ketika satu fase suplai hilang (misalnya, satu sekring putus), seperti ditunjukkan dalam Gambar 1 (dengan fase B terbuka), karena impedansi gulungan yang sama, Ic = Ia + Ib = 1,5Iφ, dan Ib = (2/3)Ic. Ini menunjukkan bahwa arus garis tidak lagi secara akurat mencerminkan arus fase, jadi menggunakan arus garis untuk perlindungan gagal mendeteksi overload gulungan yang sebenarnya.
Ketika hilang fase terjadi pada beban penuh, Ia = 0,58Ie, Ib = 1,16Ie—arus berlebih ini cukup untuk relai pemanas tiga kutub standar untuk trip. Namun, pada 64% beban nominal dengan hilang fase, Ia = 0,37Ie, Ib = 0,75Ie. Arus berlebih karena hilang fase kurang dari 20%, sehingga relai tiga kutub standar mungkin tidak trip, namun satu fase membawa 58% lebih dari arus normalnya, berisiko motor hangus. Oleh karena itu, untuk motor terhubung delta, relai pemanas tiga kutub standar tidak dapat memberikan perlindungan yang efektif; harus digunakan relai perlindungan hilang fase.
Ketika satu gulungan stator putus (misalnya, koneksi longgar antara ujung gulungan dan terminal, seperti terputus antara A dan B, seperti ditunjukkan dalam Gambar 2), maka Ia = Ic = Iφ, dan Ib = Iφ. Di sini, satu arus garis sama dengan arus fase, seperti dalam operasi normal. Dalam kasus ini, relai perlindungan hilang fase masih dapat memberikan perlindungan, sementara perangkat perlindungan hilang fase yang bergantung pada deteksi hilang fase sisi suplai tidak akan beroperasi.
II. Pemilihan Relai Pemanas
Memilih dan menggunakan relai pemanas dengan benar adalah topik yang dikenal, namun kecelakaan hangus motor akibat pemilihan dan penggunaan yang tidak tepat masih sering terjadi. Oleh karena itu, pemula harus memperhatikan beberapa poin berikut selain mengikuti panduan standar:
Mengerti model, spesifikasi, dan karakteristik motor yang akan dilindungi.
Pemilihan Tipe: Di daerah pedesaan dengan ketidakseimbangan tegangan tiga fasa yang sering, gunakan relai pemanas tiga kutub standar untuk motor terhubung bintang, dan relai perlindungan hilang fase untuk motor terhubung delta.
Pemilihan Rating Arus: Pilih rating arus relai pemanas berdasarkan arus nominal motor, kemudian pilih rating arus elemen pemanas. Rentang penyetelan arus elemen pemanas dapat ditemukan dalam tabel produsen. Jika arus starting motor sekitar 6 kali arus nominal dan waktu starting kurang dari 5 detik, setel arus elemen pemanas sama dengan arus nominal motor. Untuk motor dengan waktu starting yang lebih lama, beban dampak, atau dimana shutdown tidak diperbolehkan, setel arus ke 1,1–1,15 kali arus nominal motor.
Contoh: Sebuah motor memiliki arus nominal 30,3 A, arus starting 6 kali nominal, waktu starting pendek, dan tidak ada beban dampak. Model yang cocok termasuk JR0-40, JR0-60, atau JR16-60. Menggunakan JR16-60: rating arus relai 60 A, tipe tiga kutub. Pilih elemen pemanas 32 A, dapat diatur sekitar 30,3 A.
Pemilihan Kabel Penghubung: Menggunakan kabel yang terlalu tebal atau terlalu tipis mempengaruhi pendinginan dan karenanya performa relai pemanas. Ukuran kabel harus mengikuti petunjuk produsen atau buku panduan listrik.
Motor dengan kapasitas overload buruk atau pendinginan buruk: Setel rating arus relai pemanas ke 60%–80% dari arus nominal motor.
Mode Reset: Relai pemanas biasanya menawarkan mode reset manual dan otomatis, dapat dipilih melalui sekrup penyesuaian. Produsen biasanya mengirimkannya dalam mode reset otomatis. Pilihan tergantung pada sirkuit kendali. Sebagai aturan, meskipun relai reset otomatis, motor yang dilindungi tidak boleh restart otomatis—jika tidak, setel relai ke reset manual untuk mencegah start berulang dalam kondisi gangguan dan kerusakan peralatan. Misalnya, dalam sirkuit start/stop manual menggunakan tombol, reset otomatis dapat diterima; dalam sirkuit start otomatis, gunakan reset manual.
III. Precautions During Use
Untuk memperpanjang masa pakai relai pemanas dan memastikan performa optimal, perhatikan hal-hal berikut:
Gunakan kabel penghubung di terminal relai dengan penampang sesuai spesifikasi.
Relai pemanas tidak dapat memberikan perlindungan arus pendek—sekring harus dipasang terpisah. Mereka tidak cocok untuk motor dengan waktu starting yang sangat lama, operasi sering, atau siklus kerja intermiten.
Ketika dipasang dengan perangkat lain, pasang relai pemanas di bawahnya untuk menghindari gangguan panas. Bersihkan debu dan kotoran secara rutin.
Setelah trip, reset otomatis terjadi dalam 5 detik; reset manual memerlukan tunggu 2 menit sebelum menekan tombol reset.
Setelah gangguan arus pendek, periksa elemen pemanas untuk kerusakan dan strip bimetal untuk deformasi (jangan pernah membengkokkan strip bimetal), tetapi jangan lepas komponen.
Ketika mengganti relai pemanas, pastikan yang baru sesuai dengan spesifikasi aslinya.
Kesimpulan
Hanya dengan memilih, menghubungkan, dan menggunakan relai pemanas dengan benar, perlindungan overload motor yang efektif dapat dicapai.