Copyright © 2024, JPLP, e ISSN 2654-251X

## Metoda Sederhana untuk Memperbaiki Kinerja Motor Listrik 3 Fasa berdasarkan Insulation Resistance Test

## Asep Ahmad Ruri Irwanto, Hermawan
Program Studi Teknik Elektro Universitas Pendidikan Indonesia, Bandung Corresponding Author: roerry@upi.edu
Received: 31 th October  2023; Revised: 17 th January 2024; Accepted: 23 th January 2024;
Available online: 23 th January 2024; Published regularly: January  2024

## Abstract
Induction  motors  are  an  important  component  in  the  Electrical  Energy  Conversion  Laboratory.  Failure  of induction motor operation can be fatal in research activities in energy conversion laboratories. Prevention is needed so that the performance of induction motors remains optimal. this paper was created as an alternative for laboratory users  of  electrical  energy  conversion  in  maintaining  the  performance  of  induction  motors.  Based  on  a  survey conducted  by  the  Institute  of  Electrical  and  Electronics  Engineers  (IEEE),  the  main  cause  of  electric  motor operation  failure  is  generally  caused  by  insulation  failure,  so  electric  motor  testing  is  generally  dominated  by insulation  testing.  Many  insulation  testing  methods  such  as  Insulation  Resistance  (IR)  testing,  Polarization  Index (PI), Delta tangent, and other tests. In this paper, IR-based testing is proposed, because it is  relatively cheap and easy to implement. The IR testing process is carried out using direct voltage from the Insulation Tester to the sample to be tested using the IEEE 43 TM -2013 Standard. The test results show the IR value of the sample motor is good. This condition is categorized as safe to operate, so research activities that use induction motors can run well and safely.
Key Words : Electrical energy conversion laboratories, Induction motor, Insulation resistance

## Abstrak
Motor  induksi  merupakan  komponen  penting  di  Laboratorium  Konversi  Energi  Listrik.  Kegagalan  operasi motor  induksi  dapat  berakibat  fatal  dalam  kegiatan  penelitian  di  laboratorium  konversi  energi  listrik.  Diperlukan pencegahan  supaya  kinerja  motor  induksi  tetap  optimal.  makalah  ini  dibuat  sebagai  alternative  untuk  pengguna laboratorium  konversi  energi  listrik  dalam  merawat  kinerja  motor  induksi.  Berdasarkan  survey  yang  dilakukan Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), penyebab utama kegagalan operasi motor listrik umumnya diakibatkan  oleh  kegagalan  isolasi,  sehingga  pengujian  motor  listrik  umumnya  didominasi  oleh  pengujian  isolasi. Banyak  metode  pengujian  isolasi  seperti  pengujian  Insulation  Resistance  (IR),  Polarization  Index  (PI),  Tangen Delta, dan pengujian lainnya. Dalam makalah ini, diusulkan pengujian berbasis pengujian IR, karena relatif murah dan  mudah  diimplementasikan.  Proses  pengujian  IR  dilakukan  dengan  menggunakan  tegangan  searah  dari Insulation Tester ke sampel yang akan diuji menggunakan standar IEEE 43 TM -2013. Hasil pengujian menunjukkan nilai  IR  motor  sampel  baik.  Kondisi  ini  dikategorikan  masih  aman  untuk  dioperasikan,    maka  kegiatan  penelitian yang menggunakan motor induksi dapat berjalan dengan baik dan aman.
Kata Kunci : Insulation resistance, Laboratorium konversi energi listrik,, Motor induksi . .

## PENDAHULUAN
Di laboratorium konversi energi listrik, pengoperasian motor induksi yang stabil merupakan salah satu  faktor  terpenting.  Kegagalan  operasi  motor  induksi  dapat  menyebabkan  kecelakaan  fatal  berupa ledakan  atau  kebakaran  pada  saat  berlangsungnya  kegiatan  praktikum  dan  penelitian.  Pengujian  motor listrik  perlu  dilakukan  secara  kontinyuitas  untuk  memastikan  motor  dalam  kondisi  baik  dan  aman digunakan.
Beberapa penelitian yang melakukan pengujian motor induksi yang telah dipublikasikan antara lain: analisis winding insulation pada performa induksi motor tiga phase berbasis logika fuzzy (Fajar Pujiyanto, 2022),    pengukuran insulation  resistance motor  3  fasa  ketika  beroperasi  (Yokota  Koji  et  al.,  2019), pemantauan kebocoran arus pada motor AC secara online (Corcaci et al., 2018), asesmen motor listrik berbasis  pengujian insulation  resistance dan polarization  index (Heryana  et  al.,  2017),  tetapi  pengujian motor  induksi  yang  digunakan  untuk  praktikum  dan  penelitian  di  laboratorium  konversi  energi  listrik berbasis pengujian sederhana, mudah dan murah masih sedikit dilakukan.
Mengacu  pada  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Institute  of Electrical  and  Electronics  Engineers (IEEE) penyebab utama kegagalan operasi motor listrik umumnya diakibatkan oleh kegagalan isolasi [6], maka  pengujian  motor  listrik  umumnya  didominasi  oleh  pengujian  isolasi.  Banyak  metode  pengujian tahanan isolasi motor listrik seperti pengujian Insulation Resistance (IR), Polarization Index (PI), Tangen Delta, Surge comparison, dan pengujian isolasi lainnya. Dalam makalah ini, metoda pengujian Insulation Resistance  (IR) diusulkan,  dengan  pertimbangan  relatif  murah  dan  mudah  diimplementasikan.  Faktor utama  perubahan  nilai  IR  yaitu electrical  stress,  mechanical  stress,  chemical  stress,  thermal  stress  dan empironmental contamination

## BAHAN DAN METODE Motor Induksi
Motor  induksi  adalah  mesin  listrik  yang  dapat  mengubah  energi  listrik  menjadi  energi mekanik.  Motor  induksi  merupakan  motor  yang  umumnya  digunakan  di  dunia  industri,  motor induksi  termasuk  salah  satu  jenis  motor  tak  serempak  atau motor  asinkron.  Dikatakan  motor asinkron  karena  rotor  bergerak  di  bawah  kecepatan  medan  putar  magnet  yang  dihasilkan  dari fluksi  lilitan  stator.  Berdasarkan  suplai  inputnya  motor  induksi  terbagi  menjadi  2  jenis  yaitu motor induksi 1 fasa dan motor induksi 3 fasa.
Gambar 1 . Motor Induksi 3 Fasa (sumber: Dokumentasi Lab. Konversi Energi Listrik-UPI)

## Sistem Isolasi Motor Induksi
Motor induksi memiliki komponen utama berupa lilitan stator, rotor, inti besi  dan bodi atau casing motor,  seperti  ditunjukkan  pada  gambar  no.  2  berupa  konstruksi  motor  listrik  induksi  3 fasa  milik  laboratorium  Konversi  Energi  Listrik  3  Fasa.  Kawat  lilitan  stator  dan  lilitan  rotor umumnya diisolasi dengan email, varnish dan kain atau isolasi kertas sehingga antara stator, rotor dan bodi motor tidak terhubung  atau ada isolator seperti ditunjukkan dalam gambar 3.  Faktanya antara lilitan rotor dan lilitan stator memiliki resistansi isolasi antara keduanya maupun  dengan inti atau bodi motor, dan nilai tahanannya sangat tinggi dalam skala MΩ. Pada saat motor listrik beroperasi  arus  akan  mengalir  pada  rotor  dan  stator  serta  akan  mengalir  arus  bocor  antara keduanya ke bodi motor akibat efek      tahanan isolasi. Semakin kecil tahanan isolasi maka semakin
Copyright © 2024, JPLP, e ISSN 2654-251X
besar  arus  bocornya,  jika hal ini dibiarkan akan mengakibatkan kegagalan operasi motor listrik. Atas dasar  itu menjaga nilai tahanan isolasi tetap tinggi dan memenuhi standar yang diperlukan.
Gambar 2. Ilustrasi Isolasi Motor Induksi.

## PengujianInsulation Resistance (IR)
Insulation  resistance  (IR) adalah  kemampuan  daya  isolasi  pada  lilitan  motor  untuk  menahan kekuatan  arus  searah  yang  diinjeksikan  menggunakan  insulation  tester.  Hasil  dari  pengujian  isolasi  antar lilitan dan bodi motor induksi yang terkoreksi pada temperatur 40 0 C sesuai acuan standar IEEE 43 TM -2013 yang dilakukan pada rentang waktu tertentu (t).
Ilustrasi  pengujian insulation  resistance motor  induksi  ditunjukkan  pada  gambar  2.  Tampak  sumber tegangan searah Vdc dihubungkan dengan lilitan dan bodi motor, sehingga akan muncul arus yang masuk pada lilitan motor induksi. Sesuai dengan hukum Ohm, jika tegangan dan arus yang masuk diketahui, maka nilai nilai tahanan isolasi dapat dihitung. Nilai tahanan isolasi yang terukur merupakan nilai tahanan total dari email, varnish dan isolasi kain atau kertas.
Tabel 1. Standar Acuan Tegangan Pengujian Insulation Resistance
Tegangan  yang  diterapkan  untuk  melakukan  pengujian  IR  berdasarkan  standar  IEEE  43 TM -2013 ditunjukkan dalam tabel 1, tampak bahwa tegangan uji bervariasi tergantung pada rating tegangan  lilitan motor listrik. Pengujian IR dilakukan selama 1 menit dan nilainya akan terpengaruh oleh IR (dalam MΩ) harus dikoreksi pada temperatur 40 0 C, sesuai dengan persamaan (1) dan (2), sebagai berikut [6]:
Rc = K T R T ……………………………… (1)
K T = (0,5) (40-T)/10 …………………… (2)
Dengan Rc adalah IR setelah terkoneksi temperature 40 0 C K T adalah koefisien temperatur IR pada T 0 C R T adalah IR terukur saat pengujian pada T 0 C
Rating Tegangan Lilitan (V) Tegangan Uji Insulation Resistance (V) <1000 500 1000-2500 500-1000 2501-5000 1000-2500 5001-12 000 2500-5000
>12 000 5000-10 000 Bodi Kain Varnish Email Lilitan Inti Besi
Nilai  IR  dalam  MΩ  yang  direkomendasikan  berdasarkan  standar  IEEE  43 TM -2013 ditunjukkan dalam tabel 2, antara lain tampak bahwa untuk mesin yang diproduksi setelah tahun 1970 dengan rating tegangan di bawah 1 kV (seperti tegangan motor listrik yang dijasdikan sampel dalam makalah ini) harus mempunyai nilai IR minimal 5 MΩ.
Tabel 2. Nilai IR (MΩ) yang Direkomendasikan Pada 40 0 C
Polarization Index (PI) Polarization  Index merupakan  pengembangan  dari  pengujian insulation  resistance .  Pengujian  ini melakukan  dua  kali  pengujian,  pertama  membaca nilai insulation  resistance pada  pengujian 1  menit  dan kedua membaca nilai insulation resistance pada pengujian 10 menit. Ratio IR10 menit terhadap IR 1 menit dinamakan polarization index, sesuai dengan persamaan 3.
PI = IR 10 /IR 1 ………………(3) dengan PI adalah Polarization Index IR 10 adalah IR dalam pengujian 10 menit IR 1 adalah IR dalam pengujian 1 menit
Nilai PI yang direkomendasikan berdasarkan IEEE 43 TM -2013 seperti dalam tabel 3, menunjukkan bahwa  nilai  PI  minimum  1,5  untuk  mesin/motor induksi  dengan  kelas  termal  A,  sedangkan  untuk  kelas termal  B  dan  di  atasnya  nilai  PI  minimal  2.  Nilai  PI  kurang  dari  standar  menunjukkan  lilitan  terlalu banyak menyerap air atau terdapat penumpukkan kotoran konduktif.

## Tabel 3. Nilai PI yang Direkomendasikan

## METODE PENELITIAN
Penulisan  penelitian  ini  menggunakan  metode  deskriptif  kualitatif,  dimana  proses penyelesaian  masalah  mengacu  pada literature  review dari  beberapa  penelitian  sebelumnya sehingga diharapkan dapat memperolah hasil yang lengkap dengan langkah yang lebih sederhana dan  mudah  diterapkan  untuk  pengguna  laboratorium  ketenaga  listrikan  dalam  memaintenace motor induksi.
Minimum IR (MΩ) Sampel Uji IR 1 min = kV+1 Lilitan motor yang diproduksi sebelum tahun 1970 IR 1 min = 100 Mesin/motor listrik dengan rating tegangan di atas 1 kV IR 1 min = 5 Mesin/motor listrik dengan rating tegangan di bawah 1 kV Rating Kelas Termal Minimum PI kelas 105 (A) 1,5 Kelas 130 (B) dan di atasnya 2,9
Tabel 4. Spesifikasi Motor Sampel Uji

## Proses Pengujian
Proses  pengujian  motor  induksi  berbasis  IR  dijelaskan  dalam flowchart seperti  ditunjukkan  pada gambar  3.  Pengujian  diawali  dengan  melihat  data  pada  motor  induksi  yang  akan  diuji  seperti  tegangan rating, kapasitas dan terminasinya, selanjutnya dilakukan pengujian IR. Hasil pengujian dilakukan dengan standar,  jika  tidak  memenuhi  standar  maka  diusulkan  pemeliharaan,  sedangkan  motor  induksi  yang memenuhi standar dapat dioperasikan
Gambar 3. Flowchart Proses Pengujian Insulation Resistance (IR)

## Pengujian dan Analisis
Pengujian  dilakukan  di  Laboratorium  Konversi  Energi  Listrik,  FPTK  –  UPI  dengan  mengambil sampel motor induksi 3 fasa, produksi Electric 1989, dengan nomer seri 34289 yang mempunyai kapasitas 3 kW, 380V, dengan bentuk fisik seperti ditunjukkan pda gambar 4.
Parameters Value Type J0212-4 Serial No 2103.25 Voltage 380 Frequency 50 Ampere 2,06 Rpm 1380 Cos θ 0,92 Insulation Class F Class Ambient Temperature 40 0 C

## Gambar 4. Ilustrasi Terminasi Lilitan Motor Induksi
Ilustrasi terminasi motor induksi ditunjukkan pada gambar 4, tampak dalam gambar ada 6 terminal lilitan  motor  listrik  (U,V,W)  dan  1  terminal  bodi  motor  listrik  (E).    Pengujian  dilakukan  dengan menggunakan Insulation Tester , seperti diiluslrasikan pada gambar 5.
Gambar 5. Ilustrasi Insulation Tester Sumber: www.megger.com

## Prosedur Pengujian
Pengujian dilakukan dengan menerapkan tegangan rating atau di atas rating untuk menginjeksi arus listrik ke dalam lilitan motor. Karena ada sumber listrik dengan tegangan yang besar, maka pengujian harus dilakukan dengan hati-hati dan mengikuti prosedur dengan benar, supaya terhindar dari bahaya sengaratn listrik. Pengujian dilakukan pada terminal antar lilitan motor listrik dan lilitan dengan body motor listrik.

## Prosedur Pengujian Antar Lilitan Motor
Prosedur pengujian antar lilitan motor diuraikan sebagai berikut:
- Pastikan insulation tester dalam kondisi off.
- Hubungkan terminal lilitan U dengan probe Line pada insulation tester .
- Hubungkan terminal lilitan V dengan probe Earth pada insulation tester .
- Lakukan pengujian dengan menghidupkan power on pada insulation tester.
- Putar selector switch pada skala 500V
- Catat nilai tahanan isolasi (MΩ) dan temperatur motor, pada satumenit dan sepuluhmenit.
- Matikan power insulation tester
- Groundkan  lilitan  yang  telah  diuji  dengan  menghubungkan  lilitan  dengan  bodi  motor  untuk menghilangkan arus sisa selama 30 menit.
Terminal Lilitan Motor Terminal Body Motor
- Selanjutnya lakukan pengujian IR pada lilitan dan bodi motor.
Prosedur Pengujian Lilitan dan Bodi Motor Prosedur pengujian antara lilitan dengan bodi motor diuraikan sebagai berikut:
- Pastikan insulation tester dalam kondisi off.
- Hubungkan probe Line pada insulation tester . Dengan terminal lilitan U pada motor listrik.
- Hubungkan probe Earth pada insulation tester . Dengan terminal bodi motor.
- Lakukan pengujian dengan menghidupkan power on pada insulation tester.
- Putar selector switch pada skala 500V
- Catat nilai tahanan isolasi (MΩ) dan temperatur motor, pada satumenit dan sepuluhmenit.
- Matikan power insulation tester
- Groundkan  lilitan  yang  telah  diuji  dengan  menghubungkan  lilitan  dengan  bodi  motor  untuk menghilangkan arus sisa selama 30 menit.
- Pengujian selesai. .

## HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Hasil Pengujian
Pengujian  dilakukan  dengan  temperatur  25 0 C,  sehingga  dengan  menggunakan  persamaan  (2) mempunyai  koefisien temperatur 0,354. Selanjutnya nilai hasil pengujian IR sebenarnya dikalikan dengan koefisien temperatur dengan menggunakan persamaan (1) sehingga diperoleh hasil pengujian yang sudah terkoreksi seperti ditunjukkan pada tabel 5
Tabel 5. Hasil Pengujian IR terkoreksi temperature 40 0 C
Waktu Nilai IR (MΩ) terkoreksi temperature 40 0 C (menit) U - Gnd V - Gnd W - Gnd 1 83,51 88,93 86,98 2 - 9 10 418,61 347,52 362,11 PI 5,01 3,91 4,16

## Gambar 6. Grafik Hasil Pengujian IR
Hasil pengujian menunjukkan nilai IR masih aman menurut standar disyaratkan oleh IEEE std 43 TM - 2013,  yaitu  untuk  motor  induksi  dengan tegangan  kerja  di  bawah  1  kV  minimal  harus  mempunyai  nilai insulation  resistance 5  MΩ  dan  PI  minimum  yang  dipersyaratkan  adalah  2,  sehingga  hasil pengujian insulation  resistance menyatakan  bahwa  motor  induksi  yang  telah  diuji  masih  aman  untuk dioperasikan.
0 100 200 300 400 500 1 10 N ila i I R ( M Ω ) Menit Hasil Pengujian IR terkoreksi temperature 40 0 C U - Gnd V - Gnd W - Gnd

## KESIMPULAN
Suatu pengujian motor listrik 3 fasa berbasis pengujian Insulation Resistance telah dilakukan. Hasil pengujian  motor  induksi  3  fasa  menunjukkan  nilai Insulation  Resistance baik,  dengan  demikian  motor listrik  3  fasa  aman  digunakan  untuk  kegiatan  praktikum  maupun  penelitian  di  Laboratorium  Konversi Energi  Listrik.  Mengingat  pengujian Insulation  Resistance dan  Polarization  Index  ini  sangat  murah  dan mudah untuk diimplementasikan, maka makalah ini dapat dijadikan sebagai panduan untuk laboran yang berkerja  di  laboratorium  ketenagalistrikan,  sehingga  kegiatan  praktikum  yang  menggunakan    motor induksi 3 fasa dapat berjalan dengan baik, dan keselamatan personal tetap terjaga.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terimakasih  disampaikan  kepada  Ketua  Lembaga  Penelitian  dan  Pengabdian Kepada  Masyarakat  (Ka.LPPM)  Universitas  Pendidikan  Indonesia  yang  telah  membiayai penelitian ini melalui skema Penelitian Inovasi Tenaga Kependidikan. Ucapan terimakasih juga kami  sampaikan  kepada  Ketua  Laboratorium  Konversi  Energi  Listrik  FPTK-UPI  yang  telah membantu dalam pelaksanaan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Corcaci,  A, Online  Monitoring  of  Leakage  Current  in  AC  Motors, Helsinki  Metropolia  Unversity  of Applied Sciences, 2018.kara
Fajar Pujiyanto, Analisis Winding Insulation Pada Performa Induksi Motor Tiga Phase Berbasis Logika Fuzzy, Majalah Ilmiah Bahari Jogja, Sekolah Tinggi Maritim Yogyakarta, 2022 Hermawan, A., Iradiratu D.P.K, Dewantara, B Y, Kegagalan Isolasi pada Belitan Stator Motor Induksi Berbasis Fast Fourier Transform, Universitas           Hang Tuah, 2019. Heryana,  N., Asesmen  Motor  Listrik  Berbasis  Pengujian  Insulation  Resistance  dan  Polarization  Index, Institute Teknologi Bandung, 2017.
Huang,  zhe, Modeling  and  Testing  of  Insulation  Degradation  due  to  Dynamic  Thermal  Loading  of Electrical Machines, University of Lund, 2017. IEEE  Std  43 TM –  2013. IEEE  Recommended  Practice  For  Testing  Insulation  Resistance  of  Electrical Machinery , 2013.
Primer,  T.D.M.,  Connected,  D.,  Voltage,  L.,  &  Voltage,  H.  (n.d). Three-Phase  Dual-Voltage  Motor Insulation Resoistance Testing.
Koji,  Y.,  &  Tsuyoshi,  T, Measuring  Insulation  Resistance  Fot  Three-Phase  Motor  While  Operating , Engineering Departement OMRON ASO Co., Ltd, 2019.
Megger, A Stitch in Time.. The Complete Guide to Electrical Insulation Testing, Megger, 2006.
P. Gill, Electrical Power Equipment Maintenance and Testing 2 nd Edition, CRC Press Taylor & Francis Group, 2009.