## PENGENDALI STAR DELTA PADA POMPA DEEP WELL 3

## FASA 37 KW DENGAN  PLC ZELIO SR3B261FU
Adhi Kusmantoro 1] ,  Agus Nuwolo 2]
1,2) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas PGRI Semarang Jl. Sidodadi Timur No.24 – Dr.Cipto Semarang
1 Email : adhiteknik@gmail.com

## ABSTRACT
Motor  pompa  submersible  merupakan  motor  induksi  rotor  sangkar  tupai  dan  pada  saat dihubungkan  langsung  dengan  tegangan  jala–jala    atau  menggunakan  siatem  DOL,  akan menyebabkan  arus  awal  sangat besar.  Arus  awal  yang  mengalir  pada  sistem  jaringan  tenaga  listrik sebesar  500%  -  800%  dari  arus  beban  penuh  motor  dan  menyebabkan  penurunan  tegangan  sistem yang  cukup  besar,  sehingga  berpengaruh  terhadap  peralatan  lainnya  yang  terpasang  yang  berada pada satu jalur sistem jaringan tenaga listrik. Jika arus yang besar mengalir dalam waktu yang lama dapat membuat motor maupun kabel penghantar menjadi terlalu panas dan merusakkan isolasi. Salah satu  cara  untuk  menurunkan  arus  start  pada  motor  pompa  submersible  menggunakan  sistem sambungan star delta (Y-∆). Prinsipnya adalah pada saat start awal motor tidak diberikan tegangan secara  penuh,  tetapi  hanya  0,577  tegangan  sumber  saja  dengan  cara  dihubungkan  star  (bintang). Setelah motor berputar dan arus sudah mulai turun, sambungan motor dipindah menjadi delta (delta), sehingga  motor  mendapatkan  tegangan  secara  penuh.  Dalam  penelitian  ini  digunakan  PLC  zelio untuk  mengatur  bekerja  sambungan  star  delta  pada  motor  pompa  submersible  52  Hp.  Arus  start motor  pompa  submersible  menggunakan  sistem  DOL  625,31  A  dan  arus  start  menggunakan  sistem star delta 520,41 A..
Kata Kunci : PLC, Zelio Smart Relay, Zelio Soft, Star Delta Motor, submersible pump

## 1.  P ENDAHULUAN
Pompa  submersible  yang  banyak digunakan  pada  sumur  artetis  untuk kapasitas besar menggunakan motor induksi  tiga  fasa.  Motor  ini  memiliki banyak  kelebihan  dari  segi  teknis  dan  segi ekonomis. Kelebihan dari segi teknis motor ini  memiliki  daya  yang  besar,  konstruksi yang  sederhana,  kokoh  dan  perawatannya yang mudah, sedangkan kelebihan dari segi ekonomis  motor  ini  memiliki  harga  yang murah.  Namun  dalam  kenyataannya  motor induksi  paling  banyak  menimbulkan  arus awal  (starting)  yang  besar  (5–7  kali    arus nominal).  Hal  ini  akan  menyebabkan  jatuh
tegangan  yang  besar  pada  jaringan  listrik PLN. Untuk motor dengan daya yang kecil, arus  starting  tidak  terlalu  berpengaruh terhadap  jatuh  tegangan.  Pada  motor dengan daya yang besar akan menyebabkan jatuh  tegangan  yang  besar  pula  dan berpengaruh pada kualitas daya listrik yang digunakan.  Untuk  mengatasi  kekurangan motor induksi adalah menggunakan metode pengasutan. Sistem pengasutan sekarang ini telah  banyak  digunakan  secara  luas  karena memiliki kelebihan antara lain menurunkan arus  starting  yang  besar.  Dengan  arus starting  yang  lebih  rendah,  maka  jatuh tegangan  jaringan  listrik  tidak  terlalu  besar
sehingga kualitas daya listrik menjadi lebih baik  serta  memperpanjang  usia  motor. Seiring  dengan  berkembangnya  teknologi sistem  pengendalian  atau  pengoperasian motor yang murah dan mudah menggunakan zelio smart relay. Zelio smart relay  termasuk  dalam  keluarga  PLC  yang tidak  membutuhkan  banyak  I/O  dan fasilitas  yang  digunakan  sederhana.  Untuk mengatasi  permasalahan  arus  awal  yang besar  dalam  penelitian  ini  digunakan pengasutan star (Y) – delta (Δ)  yang diatur menggunakan zelio smart relay .

## 2. T INJAUAN P USTAKA
A.   Pompa Submersible
Pompa merupakan peralatan mekanis  yang  digunakan  untuk  menaikkan cairan  dari  daerah  rendah  ke  daerah  yang lebih  tinggi.  Pompa  dapat  digunakan  untuk mengalirkan  cairan  dari  tempat  yang tekanannya rendah ke tempat yang bertekanan tinggi dan juga sebagai penguat tekanan  pada  suatu  sistem  jaringan  pipa. Hal  ini  dicapai  dengan  membuat  suatu tekanan  yang  rendah  pada  sisi  masuk  dan tekanan  yang  tinggi  pada  sisi  keluar  dari pompa.  Pompa  Submersible  disebut  juga dengan  electric  submersible  pump  (ESP  ) adalah pompa yang beroperasi di dalam air. Pompa  ini  akan  mengalami  kerusakan  jika beroperasi  dalam  keadaan  tidak  terbenam
dalam  air  untuk  waktu  yang  lama  dan mempunyai  tinggi  minimal  air  yang  dapat dipompa agar usia pompa tersebut lama.
Gambar 2.1 Pompa submersible Kelebihan  dari  pompa  submersible adalah :
1.  Biaya perwatan yang rendah.
2.  Tidak  bising,  karena  berada  dalam sumur.
3.  Pompa  mempunyai  pendingin  alami, karena posisinya terendam dalam air
4.  Sistem pompa tidak menggunakan shaft penggerak yang panjang dan bearing, sehingga masalah keausan bearing dan shaft tidak terjadi.
B.  Sistem  Pengasutan  Motor  Induksi Tiga Fasa Metode Star–Delta (Y-∆)
Star  delta  adalah  sebuah  sistem starting motor yang paling banyak digunakan untuk starting motor induksi tiga fasa.  Metode  star  delta  adalah  metode pengasutan  dengan  mengurangi  tegangan yang  masuk  ke  kumparan  motor.  Sebuah motor induksi yang dapat digunakan dalam hubungan star delta mempunyai enam buah
terminal  dan  tidak  dapat  digunakan  secara bersamaan.  Pada  saat  awal  motor  bekerja menggunakn  hubungan  star  (Y)  dan  ketika motor  telah  mencapai  kecepatan  80%  dari kecepatan  maksimal,  hubungan  star  diubah menjdi hubungan delta (Δ). Saat terhubung star, tegangan masing-masing fasa dikurangi  sebesar  1/√3  (57,7  %  tegangan sumber) dan arus sumber dikurangi sebesar 1/3.  Keuntungan  motor  induksi  tiga  fasa menggunakan  hubungan  star  delta  adalah arus hubungan star lebih kecil terhadap arus hubungan delta, sehingga dapat mengurangi besarnya arus start motor yang mendekati 7 kali  arus  nominal  serta  torsi  motor  dapat dipertahankan.

## C.  Hubungan Star
Pada  dasarnya  sambungan  star (bintang) dilakukan dengan cara menyambungkan  ketiga  ujung  yang  sejenis (pangkal  atau  ujung)  dari  ketiga  lilitan kumparan  motor  induksi  tiga  fasa  tersebut. Hal ini diperlihatkan pada gambar 2.2. Pada sistem  sambungan  star  kumparan  akan menerima  tegangan  sebesar  VL/√3.  Oleh karena  tegangan  yang  diterima  kumparan motor  lebih  kecil  dari  tegangan  sumber maka  arus  yang  mengalir  pada  kumparan motor sama dengan arus sumber.
Gambar 2.2 Hubungan star

## D.  Hubungan Delta
Hubungan  sistem  delta  (segitiga) dilakukan  dengan  cara  menghubungkan ujung  kumparan  pertama  ke  pangkal kumparan  berikutnya,  sehingga  diperoleh rangkaian tertutup yang simetris. Arah garis gaya  gerak  listrik  (ggl)  pada  seluruh kumparan  mempunyai  arah  yang  sama. Pada  hubungan  delta  tegangan  yang diterima  kumparan  motor  sama  dengan tegangan  line  Vf  =  VL  dan  arus  yang mengalir  pada  kumparan  motor  sebesar IL/√3.
Gambar 2.3. Hubungan delta

## E. PLC Zelio
Smart relay menggantikan
rangkaian  kontrol  relay  pada  pemakaian sistem otomasi sederhana. Dengan menggunakan smart relay rangkaian kontrol cukup dibuat secara software. Zelio adalah  smart  relay  yang  dibuat  oleh Schneider  Telemecanique  yang  tersedia dalam  2  model  yaitu  model  compact  dan model  modular,  juga  dapat  ditambahkan modul  I/O  (expansion  I/O  modules)  diskrit maupun I/O analog. Keuntungan menggunakan zelio smart relay adalah:
a. Sangat  mudah  digunakan  dan  waktu pengerjaannya lebih cepat.
b. Bersifat fleksibel dan sangat handal.
c. Mudah dalam modifikasi menggunakan software.
d. Lebih  ekonomis  untuk  aplikasi  yang sederhana.
e. Memerlukan  waktu  training  lebih pendek.
f. Adanya  modul  komunikasi  MODBUS, zelio  dapat  menjadi  slave  PLC  dalam suatu jaringan PLC.
g. Terdapat fasilitas  Fast Counter (hingga 1KHz).
h. Dapat  diprogram  menggunakan  LD dan FBD.
Zelio smart relay memiliki dua jenis input, yaitu input discrete/ input digital (on/ off)  dan  input  analog  (0-10  VDC).  Zelio yang  sumber  teganganya  DC  biasanya
mempunyai  kedua  jenis  input  ini  (input discrete dan input analog), kecuali pada tipe SR*  A**BD  yang  hanya  memiliki  input discrete  saja.  Sedangkan  pada  zelio  smart relay  yang  sumber  teganganya  AC  (tipe SR*  ***B  atau  SR****FU)  semuanya hanya memiliki input discrete.
Gambar 2.4. Jendela untuk memilih jenis
PLC zelio.
Gambar 2.5. Jendela untuk memilih tipe PLC zelio.
Pemrograman  pada  zelio  dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu menggunakan  programming  console  dan menggunakan bantuan PC (personal computer).  Pada  Zelio  Soft  2  terdapat  2 bahasa pemrograman yang dapat digunakan yaitu  bahasa  Ladder  Diagram  (LD)  yang
merupakan  bahasa  pemrograman  standart PLC  dan  bahasa  pemrograman  Function Block  Diagram  (FBD).  Tidak  semua  Jenis PLC  zelio  dapat  deprogram  melalui  FBD, beberapa  jenis  PLC  zelio  hanya  dapat diprogram melalui LD. Beberapa jenis PLC Zelio  yang  hanya  dapat  deprogram  melalui LD  antara  lain  SR2  A101BD,  SR2 A101FU,  SR2  A201BD,  SR2  A201FU, SR2D101BD, SR2 D101FU, SR2 D201BD, dan SR2 D201FU.
Gambar 2.6. Jendela pemilihan bahasa pemrograman

## 3. M ETODE P ENELITIAN

## A. Observasi data
Observasi  data  yang  dilakukan meliputi data deep well, data motor pompa. Motor  yang  digunakan  grundfos  MMS6. Pompa  dipasang  pada  kedalaman  150 meter.
Gambar 3.1. Konstruksi deep well Pompa  grundfos  yang  digunakan  dengan data sebagai berikut :
1.  Type SP 46-24.
2.  Kapasitas 60 m3/jam.
3.  Sumber tegangan 3 fasa.
4.  2 pole (2950 rpm).
5.  50 Hz.
6.  52 Hp.
Gambar 3.2 .  Karakteristik pompa SP 46- 24
Gambar 3.3. Motor pompa MMS6
Tujuan penelitian ini adalah
membuat rancang bangun sistem
pengendali  star  delta  menggunakan  PLC Zelio, menguji efektifitas hasil pengembangan sistem pengendali star delta
menggunakan  PLC  zelio  dan  mendapatkan arus starting yang rendah untuk pengasutan motor induksi tiga fasa 52 Hp.
B. Perancangan rangkaian pengendali dan tenaga Rangkaian Daya menggunakan komponen sebagai berikut :
1.  Magnetic Contactor (MC) TeSys D.
2.  Thermal Overload Relay.
3.  MCCB Tiga Fasa (100 A).
4.  MCB satu fasa (10 A).
Rngkaian  kendali  menggunakan  komponen sebagai berikut :
1.  PLC Zelio SR3B261FU
2.  Relay omron
3.  Pilot lamp
4.  Pushbutton
5.  Selektor switch
6.  UPS
7.  WLC (water level control)
Gambar  3.4. Perancangan  rangkaian tenaga
Gambar 3.5 . Perancangan rangkaian
kendali
Pada  rangkaian  tenaga  yang  terlihat pada  gambar  3.4  mempunyai  sistem pergantian  antara  PLN  dan  Genset  yang diatur  oleh  kendali  PLC  zelio.  Motor pompa yang digunakan mempunyai tegangan  bintang  660V  dan  tegangan  delta 380V.  Kedua  sumber  tegangan  tiga  fasa,
baik  dari  PLN  atau  Genset  digunakan sebagai  sumber  tegangan  rangkaian  tenaga Y-  ∆.  Pada  rangkaian  kendali  mempunyai sensor  arus  lebih  (untuk  pengaman  motor), sensor  level  air  menggunakan  WLC  untuk mendeteksi  level  air  bak  penampung  dan level  air  pada  deep  well.  Sistem  kendali bisa  dioperasikan  secara  manual  atau automatis  menggunakan  selektor  switch. Digunakan  relay  sebagai  interface  keluaran PLC  zelio  dengan  magnetic  contactor (MC).  PLC  zelio  menggunakan  sumber tegangan  dari  UPS  dan  dipilih  tipe  yang menggunakan tegangan AC 220 V.
C. Perancangan Zelio soft
Gambar. 3.6. Algoritma program Zelio soft
Gambar 3.7 Ladder diagram sistem kendali star delta
Gambar 3.8 Ladder diagram sistem DOL
Sistem  dirancang  untuk  bekerja dalam  dua  metode,  yaitu  metode  manual dan  metode  automatik.  Dalam  metode manual  motor  submersible  bekerjanya melalui  tombol  push  button  start  dan  stop dan  dalam  metode  ini  sensor  WLC  tidak digunakan  untuk  memberikan  informasi awal  bekerjanya  motor,  tetapi  hanya digunakan  untuk  memberikan  informasi agar  motor  pompa  berhenti  bekerja.  Dalam metode  automatik  semuanya  diatur  oleh sensor WLC.
Gambar 3.9 Ladder diagram ATS pada jaringan PLN
Gambar 3.10 Ladder diagram ATS pada jaringan Genset Dalam  perancangan  menggunakan Zelio soft 2.0 dipilih bahasa program ladder diagram  (LD).  Dalam  pembuatan  ladder diagram mengikuti algoritma proses pengendalian  yang  terlihat  pada  gambar. Pada  saat  kondisi  awal  sensor  akan memberikan  informasi  level  air  pada  bak penampung  dan  pada  deep  well.  Jika kondisi  level  air  deep  well    kurang,  maka pompa    submersible  tidak  dapat  atau  tidak boleh bekerja. Jika level air bak penampung kurang atau kosong maka pompa submersible dapat bekerja untuk mengisi air pada  bak  penampung.  Bekerja  pompa submersible dapat dengan cara manual atau otomatis.  Jika  level  air  bak  penampung
sudah  penuh  maka  pompa  submersible harus  berhenti  bekerja.  Bekerja  atau berhentinya  pompa  submersible  tergantung dari kepekaan sensor WLC.
D. Analisa Data Analisa data dilakukan dengan melakukan pengukuran :
1. Arus start DOL
2. Arus start menggunakan star delta
3. Penentuan waktu perpindahan
sambungan star ke sambungan delta
Arus motor saat level air deep well turun

## 4. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Pengujian pengasutan pompa submersible tiga fasa Grundfos type SP 46- 6  dengan  menggunakan Programmable
Logic  Controller (PLC)  Zelio  ini  meliputi pengujian  dengan  DOL  dan  pengujian pengasutan menggunakan star delta.

## A. Pengujian Pengasutan DOL
Gambar 4.1 Grafik kecepatan motor pompa (DOL).
Pada  saat  mengoperasikan  pompa submersible  menggunakan  sistem  DOL, maka  motor  pompa  menngunakan  sistem
sambungan  delta.  Pada  saat  sistem  bekerja secara  DOL  sistem  kendali  star  delta  tidak dapat dioperasikan. Sistem DOL menghasilkan  arus  start  motor  pompa submersible  625,31  A.  Waktu  yang dibutuhkan  dari  arus  start  menuju  arus nominal pada sistem DOL 1,5 detik.
Gambar 4.2. Grafik arus motor pompa (DOL).
Tabel 4.1 Data Pengukuran Sistem DOL

## B. Pengujian Pengasutan Star Delta
Gambar 4.3. Grafik kecepatan motor pompa
Jika  menggunakan  pengasutan  star delta,  operasi  sistem  DOL  tidak  dapat
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 x 10 5 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Time Rpm 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Time (mdetik) Current (A) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 x 10 4 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Time Rpm METODE DOL I NOMINAL
(A) ARUS START (A) FASA R FASA S FASA T 73,4 625,31 625,33 625,30
dilakukan.  Pada  pengasutan  star  delta menggunakan  tegangan  line  380V.  Sistem sambungan  delta  pada  motor  pompa menggunakan  tegangan  380V  dan  sistem sambungan  star  menggunakan  tegangan 660V. Arus start motor pompa submersible menggunakan  sistem  kendali  star  delta adalah  45,4  A.  Waktu  perpindahan  dari sistem  sambungan  star  ke  delta  adalah  1,3 detik.
Tabel 4.2 Data Pengukuran Sistem Star Delta
Gambar 4.4 Grafik arus motor pompa

## 5. K ESIMPULAN
Berdasarkan perancangan,
pengujian  dan  analisa  yang  telah  dilakukan pada penelitian ini, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Sistem  pengasutan  pompa  submersible tiga  fasa  dengan  menggunakan  PLC
Zelio  memberikan  kemudahan  dalam mengoperasikannya.
2. Pengasutan pompa submersible dengan metode  DOL  memiliki  arus  starting untuk  fasa  R  sebesar  625,31  A,  untuk fasa S sebesar 625,33 A dan untuk fasa T sebesar 625,30 A.
3. Pengasutan pompa submersible dengan metode star delta memiliki arus starting untuk  fasa  R  sebesar  520,41  A,  untuk fasa S sebesar 520,44 A dan untuk fasa T sebesar 520,41 A.
4. Waktu yang dibutuhkan untuk perpindahan  dari  star  (Y)  ke  delta  (∆) adalah 1,3 detik dan waktu menuju arus nominal pada sistem DOL 1,5 detik.

## D AFTAR P USTAKA
Badan Standarisasi Nasional, 2000, Peraturan  Umum  Instalasi  Listrik 2000 (PUIL 2000), Jakarta. Fakhrizal, Reza, 2007, Aplikasi Programmable  Logic  Controller  ( PLC  )  Pada  Pengasutan  Dan Proteksi  Bintang  (Y)-Segitiga  (Δ) Motor Induksi Tiga Fasa, Penelitian, Universitas
Diponegoro, Semarang.
Hidayat,  Rahmad,  2011,  Pengasutan  Motor Induksi  3  Fasa,  http://pengasutan- motor-induksi-3-fasa.html.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 100 200 300 400 500 600 700 Time (mdetik) Current (A) METODE STAR DELTA I NOMINAL
(A) ARUS START (A) FASA R FASA S FASA T 45,4 520,41 520,44 520,41
Prih  Sumardjati,  dkk, 2008,  Teknik Pemanfaatan  Tenaga  Listrik  Jilid
3, Departemen Pendidikan
Nasional.
Pusat Pendidikan dan Pelatihan PT.PLN,
2005, Teori Dasar Listrik.
Pusat Pendidikan dan Pelatihan PT.PLN,
2005, Teknik Listrik Terapan.
Siswoyo,  2008,  TIM,  Teknik  Listrik
Industri Jilid 2, Departemen
Pendidikan Nasional.
Sugiharto  Basuki,  Agung,  2005,  Soft Starting  dan  Dynamic  Braking pada  Motor  Induksi  Tiga  Fasa
Menggunakan Mikrokontroller AT89S51,  Penelitian,  Universitas
Diponegoro, Semarang.
http://www.mandc.co.za/pdfs/Star _Delta_Starting_and_Dual_Voltag e_Motors_Explained.pdf
Schneider,  2005,  Zelio-Logic  Smart  Relay
(catalogue).
Submersible pumps, motors and accessories,  2012,  Grundfos  Data
Booklet.
Wicaksono, H., 2009, Programmable Logic Control  (Teori,  Pemograman  dan Aplikasinya dalam Otomasi
Sistem), Graga Ilmu, Yogyakarta