KARAKTERISTIK PELUAHAN SEBAGIAN (PARTIAL DISCHARGE) PADA ISOLASI KARET SILIKON (SILICONE RUBBER) MENGGUNAKAN SENSOR EMISI AKUSTIK

(1)

ABSTRAK

KARAKTERISTIK PELUAHAN SEBAGIAN (PARTIAL DISCHARGE) PADA ISOLASI KARET SILIKON (SILICONE RUBBER)

MENGGUNAKAN SENSOR EMISI AKUSTIK Oleh

Anwar Solihin

Kabel merupakan peralatan listrik yang rentang kerusakan pada saat pemakaian instalasi. Terjadinya hubung singkat pada instalasi listrik industri biasanya disebabkan karena sambungan kabel yang tidak baik ataupun karena rusaknya isolasi kabel. Suatu bahan dielektrik digunakan sebagai bahan isolasi peralataan listrik, maka kualitas isolasi peralatan menentukan keandalan dan keamanan operasi sistem tenaga listrik. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengujian terhadap komponen listrik.

Salah satu cara mendeteksi kerusakan dini pada isolasi kabel adalah dengan pengujian peluahan sebagian. Analisa peluahan sebagian jenis rongga (Void) pada penelitian ini menggunakan metode emisi akustik. Pada metode emisi akustik digunakan sensor emisi akustik. Pengujian peluahan sebagian jenis rongga dilakukan dengan variasi kombinasi jarak sensor serta variasi besar tegangan yang digunakan untuk pengujian. Perbedaan peluahan yang terjadi dianalisis berdasarkan pola peluahan meliputi frekuensi dominan (kHz) serta arus bocor yang terjadi saat proses peluahan. Sehingga akan didapatkan karakteristik arus bocor dan frekuensi dominan dari karet silikon.

Dari hasil analisis diketahui bahwa frekuensi dominan dari karet silikon pada jarak 24 mm adalah disekitar 60 kHz dan pada jarak 36 mm adalah disekitar 60 kHz, dimana nilai arus bocornya adalah pada jarak 24 mm sebesar 28-31 mA sedangkan pada jarak 36 mm nilai arus bocornya sebesar 32-33 mA.

(2)

ABSTRACT

PARTIAL DISCHARGE CHARACTERISTICS IN SILICONE RUBBER INSULATION USING ACOUSTIC EMISSION SENSOR

by

Anwar Solihin

Cables are electrical equipment that ranges damage during installation usage. The occurrence of short circuit in the electrical installation industry is usually caused by bad cable connection or because of damage to cable insulation. A dielectric material is used as electrical insulation material peralataan, then the quality of the insulation of equipment determine the reliability and security of the power system operation. Therefore, it is necessary to test the electrical components.

One way to detect early damage to the cable insulation is the partial discharge testing. Void type partial discharge analysis in this study using acoustic emission method. In the acoustic emission method used acoustic emission sensors. Void type partial discharge testing is done with a combination of distance variation and the variation of the voltage sensor is used for testing. Differences discharge that occurs analyzed based on the pattern of discharge include dominant frequency (kHz) and the leakage current that occurs when the discharge process. So that would be obtained leakage current characteristics and the dominant frequency of silicone rubber.

From the results of analysis show that the dominant frequency of silicone rubber at a distance of 24 mm is around 60 kHz and at a distance of 36 mm is around 60 kHz, where the current value of the leak is at a distance of 24 mm at 28-31 mA at a distance of 36 mm while the current value of the leak at 32-33 mA.

(3)

KARAKTERISTIK PELUAHAN SEBAGIAN (PARTIAL DISCHARGE) PADA ISOLASI KARET SILIKON (SILICONE RUBBER)

MENGGUNAKAN SENSOR EMISI AKUSTIK

Oleh:

Anwar Solihin

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

(4)

(5)

(6)

(7)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Muara Gading Mas, Lampung Timur, pada tanggal 14 Mei 1992, Penulis merupakan anak ke dua dari empat bersaudara dari pasangan Bapak Subagja dan Ibu Yetti Lubis yang diberi nama Anwar Solihin.

Pendidikan Sekolah Dasar (SD) di SD N 2 Muara Gading Mas, Labuhan Maringgai, Lampung Timur diselesaikan pada tahun 2004, dan Sekolah Lanjut Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP N 1 Labuhan Maringgai pada tahun 2007, dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA YP UNILA Bandar Lampung pada tahun 2010.

Tahun 2010, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur PKAB. Selama menjadi mahasiswa pernah mengikuti organisasi HIMATRO (Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro). Dan Menjadi Kepala Divisi Pendidikan (DIKDER), Pada tahun 2010-2014, penulis menjadi assisten Laboraturium Pengukuran Besaran Elektrik jurusan Teknik Elektro. Penulis juga pernah melaksanakan Kerja Praktek (KP) di PT. Krakatau Daya Listrik (KDL) Cilegon, Banten pada tahun 2013.

(8)

Aku persembahkan cinta dan sayangku kepada

Orang tua ku, kakaku dan adik ku yang telah menjadi

motivasi dan inspirasi dan tiada henti memberikan

dukungan do'anya buat aku.

“Tanpa

keluarga,

manusia, sendiri di dunia, gemetar dalam

dingin.”

Terimakasihku juga ku persembahkan kepada para

sahabatku yang senantiasa menjadi penyemangat

dan menemani disetiap hariku.

“Sahabat merupakan

salah satu sumber kebahagiaan dikala kita merasa

(9)

Keberhasilan adalah sebuah proses. Niatmu adalah

awal keberhasilan. Peluh keringatmu adalah

penyedapnya. Tetesan air matamu adalah pewarnanya.

Doamu dan doa orang-orang disekitarmu adalah bara

api yang mematangkannya.

(10)

SANWACANA

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah S.W.T yang telah memberikan rahmat dan berkat-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi dengan judul “Karakteristik Peluahan Sebagian (Partial Discharge) Pada Isolasi Karet Silikon (Silicone Rubber) Menggunakan Sensor Emisi Akustik”. Ini adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. Drs. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Bapak Agus Trisanto, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

3. Ibu Herlinawati, S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

(11)

5. Ibu Dr. Eng. Dikpride Despa, S.T.,M.T. selaku Dosen Pembimbing Pendamping atas kesediaan, arahan, saran, serta dorongan semangat dalam proses penyelesaian skripsi ini.

6. Bapak Dr.Eng. Yul Martin, S.T., M.T. selaku Dosen Penguji yang telah berkenan memberikan masukan, kritik, dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.

7. Bapak Raden Arum, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik atas bimbingannya selama penulis menempuh masa studi di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

8. Mbak Dian Rustiningsih (Ning) dan Mas Daryono atas bantuannya dalam mengurus masalah administrasi selama penulis menjadi mahasiswa.

9. Bapak dan ibu dosen yang telah memberikan ilmu dan wawasan selama penulis menimba ilmu di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung; 10. Bapak, Ibu, Kakak dan Adik terima kasih atas doa dan dukungan moril

kepada saya untuk menyelesaikan skripsi ini.

11. Derry Ferdiansyah sahabat seperjuangan dalam tugas akhir ini yang selalu memberikan motivasi serta semangat yang luar biasa.

(12)

namanya satu-persatu atas kebersamaan, persaudaraan, motivasi, dukungan, serta kisah yang takkan terlupa sepanjang hidup penulis.

13. Teman-teman Laboratorium TPBE: Okka, Ubaidah, Kiki, Muthe, Ayu, Agus, riza, Ipin, Derry, Yona, Niken, Vina, petrus, Nurhayati, Ikrom, Rasyid, Nurul, Citra dan Telekomunikasi: Fendi, Kak Aris, Kak Fedrian yang berkenan membantu menyediakan peralatan dalam pengerjaan tugas akhir penulis. 14. Seluruh civitas Jurusan Teknik Elektro.

Setiap karya yang dibuat oleh manusia, tidak lepas dari kesalahan. Begitupun, dengan tugas akhir ini. Saya menyadari masih banyak kekurangan, dengan segala kerendahan hati saya memohon maaf.

Bandar Lampung, April 2015 Penulis

(13)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

LEMBAR JUDUL ... iii

LEMBAR PERSETUJUAN... iv

LEMBAR PENGESAHAN ... v

LEMBAR PERNYATAAN ... vi

RIWAYAT HIDUP... vii

PERSEMBAHAN ... viii

MOTTO ... ix

SANWACANA... x

DAFTAR ISI... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xvi

DAFTAR TABEL... xviii

I. PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang dan Masalah ... 1

B. Tujuan... 5

C. Manfaat Penelitian... 5

D. Batasan Masalah ... 6

(14)

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 7

3. Rangkaian Pengujian Arus Bocor ... 28

4. Diagram Alir Penelitian... 29

5. Proses Pengujian Peluahan Sebagian ... 30

6. Proses Pengolahan data ... 31

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32

A. Pengambilan Data... 33

B. Tahap Perekaman dan Pengolahan data ... 34

C. Data Hasil Pengujian ... 35

1. Pengujian Dengan Lubang Tunggal ... 35

1.1 Pengujian Pada Jarak 24 mm ... 35

1.2 Pengujian Pada Jarak 36 mm ... 47

1.3 Perbandingan pengujian 24 mm dan 36 mm ... 59

(15)

(16)

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Klasifikasi Dielektrik Padat ... 12

4.1 Pengujian Arus Bocor pada tegangan 1.1 kV ... 37

4.7 Pengujian dengan jarak 24 mm ... 59

4.8 Pengujian dengan jarak 36 mm ... 59

(17)

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Jenis-jenis sumber peluahan sebagian ...8

2.2 FFT Peluahan Sebagian...11

2.3 Konsep uji emisi akustik ...17

3.1 Rangkaian pengujian isolasi rongga ...26

3.2 Isolasi Karet Silikon ...27

3.3 Rangkaian Arus Bocor ...28

3.4 Diagram Alir Penelitian ...29

3.5 Rangkaian Pengujian ...30

4.1 Rangkaian serta peralatan pengujian ...33

4.2 Sinyal peluahan dengan tegangan 1.1 kV ...35

4.3 Frekuensi Dominan dengan tegangan 1.1 kV ...36

4.4 Grafik arus bocor dengan tegangan 1.1 kV ...38

4.6 Frekuensi dominan dengan tegangan 1.0 kV ...40

(18)

4.18 Frekuensi Dominan dengan tegangan 1.0 kV ...56

4.20 Perbandingan antara tegangan dan arus bocor ...60

4.21 Perbandingan antara tegangan dan durasi terjadinya peluahan...61

4.23 Frekuensi Dominan kedua ...63

4.24 Frekuensi Dominan pertama ...63

4.27 Frekuensi Dominan kedua ...67

4.28 Frekuensi Dominan pertama ...67

(19)

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang dan Masalah

Kebutuhan energi listrik terus meningkat seiring dengan perkembangan pola hidup masyarakat, Perusahaan Listrik Negara (PLN) dituntut untuk memberikan suplai energi listrik yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Oleh karena itu, untuk menjaga sistem tenaga listrik agar tetap memberikan suplai energi listrik yang dibutuhkan, peralatan listrik yang digunakan harus mampu menunjang kinerja dari sistem tenaga listrik. Adapun salah satu peralatan listrik yang harus diperhatikan dalam penyaluran energi listrik yaitu kabel tegangan tinggi/menengah.

(20)

2

isolasi harus memiliki kemampuan ketahanan terhadap air (hydrophobic) yang tinggi. Hal lain yang tidak kalah pentingnya adalah memperhatikan kemurnian bahan isolasi agar peluahan sebagian (partial discharge) pada isolasi kabel tidak terjadi.[4]

Isolasi merupakan salah satu bagian terpenting dalam sistem tegangan tinggi yang biasa digunakan untuk memisahkan dua buah atau lebih penghantar listrik yang bertegangan agar pada penghantar yang bertegangan tidak menimbulkan lompatan listrik atau percikan listrik (spark over). Bahan isolasi akan mengalami pelepasan muatan yang merupakan suatu bentuk korona apabila tegangan yang diterapkan melampaui kekuatan isolasinya. Korona yang terjadi pada peralatan dapat menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinuitas sistem terganggu. Oleh karena itu, sistem isolasi harus diperhatikan kondisinya agar tidak terdapat korona dan memilih isolasi yang baik agar dapat meminimalisir korona.[1]

(21)

3

Proses peluahan sebagian pada bahan isolasi padat merupakan proses ionisasi yang terjadi karena tekanan medan listrik yang sangat tinggi pada bagian-bagian tertentu. Selain itu, peristiwa peluahan sebagian juga dapat ditimbulkan karena adanya kontruksi buruk, adanya tekanan yang terus menerus, pengerutan bahan isolasi, faktor lingkungan kimia, serta efek panas yang timbul ketika tegangan mengalami kenaikan. Penelitian peluahan sebagian sangat diperlukan pada bahan isolasi yang berguna untuk mendeteksi kondisi paling awal dalam kerusakan sebuah bahan isolasi.[3]

Perkembangan penggunaan bahan isolasi dalam sistem tenaga listrik untuk mendapatkan sistem dengan tingkat keandalan optimal serta biaya yang efisien, telah dilakukan berbagai penelitian untuk mengetahui karakteristik elektrik yang memiliki konduktivitas yang rendah dan memiliki sifat hydrophobic dari bahan yang akan digunakan dalam pembuatan bahan isolasi. Selama ini bahan pembuat isolasi yang dikenal adalah bahan dari porselin/keramik dan kaca/gelas, tetapi sekarang mulai dikembangkan penggunaan bahan polimer. Penelitian mengenai karakteristik bahan polimer sebagai bahan isolator masih terus dilakukan.

(22)

4

densitas yang rendah (dibandingkan dengan logam dan keramik), memiliki rasio kekuatan terhadap berat (strength to weight) yang baik untuk beberapa jenis polimer, ketahanan korosi yang tinggi, konduktivitas listrik dan panas yang rendah, tanpa proses pengerjaan lanjutan, polimer sangat kompetitif dalam hal harga dibandingkan logam.[4] Umumnya membutuhkan proses yang lebih sedikit dibandingkan logam. Jenis polimer karet yang sering digunakan yaitu karet silikon.

Teknik pengujian emisi akustik merupakan salah satu pengujian yang tidak merusak (Non Destructive Testing). Beberapa pengujian tidak merusak lainnya adalah Ultrasonic, X-Ray, Edy Current, Liquid, dan Thermographic. Metode emisi akustik (acoustic emission) merupakan salah satu aplikasi pengujian tidak merusak yang paling banyak digunakan saat ini. Kelebihan dari emisi akustik ini adalah dapat mendeteksi keseluruhan struktur pengujian dengan meletakan sensor dibeberapa lokasi, pengujian dapat dilakukan saat sistem dalam keadaan berkerja, sistem ini dapat mendeteksi perubahan mikroskopis bila energi yang dilepaskan sudah mencukupi dan penggunaan beberapa sensor memungkinkan menetuan sumber lokasi kesalahan, prinsip emisi akustik ini secara pasif mendengarkan gelombang suara yang dihasilkan oleh tekanan (stress) di dalam suatu material.[5]

(23)

5

pengamatan dan pengukuran pulsa peluahan sebagian. Mempelajari peluahan sebagian menjadi penting karena dengan mengetahui tingkat peluahan sebagian maka suatu isolasi dapat diperkirakan kondisinya. Bahkan ada upaya untuk menggunakan informasi peluahan sebagian dalam memprediksi umur sisa isolasi. Penelitian ini dilakukan agar dapat memberikan informasi yang berguna bagi perkembangan penelitian pada material isolasi elektrik.

B. Tujuan

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Mendapatkan karakteristik gelombang peluahan sebagian pada isolasi karet silikon yang mencakup bentuk/besar tegangan peluahan dan arus bocor. 2. Mendapatkan besaran frekuensi (Hz) dominan peluahan sebagian yang terjadi

dalam rongga udara pada karet silikon.

C. Manfaat Penelitian

Manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah:

1. Memperkirakan penggunaan bahan isolasi yang baik atapun sesuai pada sistem tegangan tinggi yang dibutuhkan.

(24)

6

D. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Bahan isolasi yang digunakan adalah bahan polimer berupa karet silikon. 2. Bahan isolasi dibuat berbentuk sampel dengan ukuran tertentu.

3. Sinyal peluahan sebagian didapatkan dari deteksi sensor emisi akustik.

4. Karakteristik gelombang yang dianalisis adalah frekuensi, magnitudo dan arus bocor dari masing-masing sumber peluahan.

5. Tidak memberikan penekanan pada kandungan karet silikon yang menjadi sampel.

E. Hipotesis

Dari penjelasan pada kerangka teoritis maka dapat dirumuskan beberapa hipotesa yaitu :

1. Pada pengujian peluahan menggunakan lubang tunggal dan lubang ganda terdapat perbedaan dari besar nilai arus bocor, frekuensi, dan waktu terjadinya peluahan dari karet silikon.

(25)

7

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Kegagalan Isolasi

Isolasi berfungsi untuk memisahkan bagian-bagian yang mempunyai beda tegangan agar diantara bagian-bagian tersebut tidak terjadi lompatan listrik (flash-over) atau percikan listrik (spark-over).[1] Kegagalan isolasi pada peralatan tegangan tinggi yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinuitas sistem menjadi terganggu. Dari beberapa kasus yang terjadi menunjukkan bahwa kegagalan isolasi ini berkaitan dengan adanya peluahan sebagian (partial discharge). Peluahan sebagian ini dapat terjadi pada material isolasi padat, material isolasi cair dan juga material isolasi gas.

B. Peluahan Sebagian

(26)

8

maupun bahan isolasi gas. Berdasarkan lokasi terjadinya, peluahan sebagian dapat dikategorikan sebagai peluahan di dalam bahan isolasi, peluahan permukaan, dan korona. [5]

Peluahan pemukaan terjadi pada permukaan bahan isolasi seperti ditunjukkan pada gambar 2.1.a. Peluahan di dalam bahan isolasi terjadi akibat adanya ketidaksempurnaan pada bagian dalam bahan isolasi seperti ditunjukkan pada gambar 2.1.b. Sedangkan korona merupakan peluahan sebagian yang terjadi di bagian yang runcing pada konduktor metal yang ditunjukkan pada gambar 2.1.c. Secara umum jenis-jenis peluahan sebagian terbagi atas:

Gambar 2.1 Jenis - jenis sumber peluahan sebagian[5]

(27)

9

 Peluahan rongga

Peluahan rongga (void discharge) adalah peluahan yang terjadi karena adanya gelembung udara yang terdapat pada sebuah bahan dielektrik. Pada umumnya kekuatan isolasi gas (gelembung udara) yang ada jauh lebih kecil dari isolasi padat. Saat suatu bahan dielektrik padat mengalami tekanan listrik, gas tersebut akan memikul tekanan medan listrik yang lebih besar dibanding isolasi padat. Walaupun besar tegangan yang dipikul isolasi padat merupakan tegangan nominalnya, namun tegangan tersebut dapat saja menghasilkan tekanan medan listrik yang sudah melebihi kemampuan isolasi gas dalam gelembung udara. Jika tekanan listrik pada gelembung udara tersebut melebihi kemampuan isolasinya, maka peluahan dapat terpicu. [6]



Peluahan permukaan

Peluahan permukaan (surface discharge) merupakan peluahan yang terjadi pada suatu daerah yang berhubungan langsung (paralel) dengan permukaan dielektrik, dimana daerah tersebut mengalami tekanan medan listrik yang sangat tinggi (berlebihan), sehingga memicu terjadinya peluahan. Peluahan ini akan sangat mungkin terjadi jika kekuatan permukaan bahan dielektrik lebih kecil daripada kekuatan isolasi yang kontak langsung dengan bahan dielektrik tersebut.[6]

 Peluahan korona

(28)

10

disebabkan oleh adanya benturan antara atom netral dengan elektron bebas yang ada di udara. Ionisasi biasanya hanya menjembatani sebagian daerah (peluahan sebagian) pada sela antara elektroda. Medan listrik yang lebih kuat terdapat di sekitar konduktor-konduktor yang tajam (runcing) atau yang mempunyai jari-jari lengkungan yang kecil. Jika satu elektroda mempunyai jari-jari-jari-jari lebih kecil dibanding elektroda yang lain, maka korona akan hadir di sekitar elektroda yang kecil atau elektroda yang lebih tajam. [6]

Ketika peluahan sebagian terjadi, akan menghasilkan beberapa gejala timbulnya energi yang dilepaskan, beberapa bentuk dari energi tersebut antara lain :

 Elektromagnet yaitu radio, cahaya dan panas

 Akustik yaitu audio dan ultrasonik

 Gas yaitu ozon dan oksida nitrat [7]

(29)

11

Karakteristik peluahan sebagian dapat juga dilihat dari frekuensi saat terjadinya peluahan. Untuk menentukan frekuensi peluahan dapat menggunakan fungsi FFT (Fast Fourier Transform). [16] FFT berfungsi untuk merubah gelombang dari domain waktu menjadi domain frekuensi.

Gambar 2.2 FFT Peluahan Sebagian[16]

Gambar 2.2 adalah gambar FFT dari gelombang peluahan sebagian. Terdapat beberapa frekuensi dari gelombang peluahan. Frekuensi dominan dapat dilihat pada daerah yang memiliki amplitudo tertinggi. Dari gambar 2.2 frekuensi dominan yang dihasilkan berkisar 0.6 GHz (600 MHz). Dalam penelitian ini yang dilakukan penentuan frekuensi dominan dengan menggunakan bantuan software matlab.

C. Bahan isolasi polimer

(30)

12

untuk menghasilkan polimer yang tinggi berat molekulnya. Unit yang berulang-ulang mengikat di dalam rantai polimer dinamakan "unit monomer", dan reaksi keseluruhannya menjadi polimer disebut “polimerisasi”.

Polimer juga dapat dibagi ke dalam thermoplastic dan thermosetting menurut sifat thermal dan sifat kimia, thermoplastic adalah material-material sintetik yang bersifat kaku dan kuat pada temperatur normal, dan menjadi elastis pada temperatur yang lebih tinggi. Thermosetting dapat disambung dan diputus juga larut dalam cairan organik tertentu pada temperatur yang lebih tinggi. Bahan isolasi untuk secara komersial dapat diklasifikasikan seperti pada tabel 2.1 dibawah ini:

Tabel 2.1 Klasifikasi beberapa dielektrik padat

Organik Inorganik

Synthetic Polymers

Thermoplastic Thermosetting

Amber Keramik Perspex Epoksi Resin

Kertas Gelas Polyethylene Phenolics

Karet

Fiber glass

Polystyrene Urea formaldehyde

Kayu Enamel Polyvinyl chloride Crosslinked polyethylene

Resin Polyamid Elastomers

(31)

13

Isolator listrik yang biasa dipakai di Indonesia saat ini adalah isolator berbahan porselin maupun gelas. Pemakaian isolator jenis ini pada sistem transmisi listrik yang cenderung bertegangan semakin tinggi tidaklah cocok karena rapat masa (density) porselin maupun gelas yang semakin tinggi akan menyebabkan semakin besarnya biaya menara transmisi. Disamping itu proses pembuatan porselin maupun gelas memerlukan suhu 1000°C.[9]

Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh isolator polimer yaitu ringan, kepadatan material polimer lebih rendah dibandingkan keramik maupun gelas, sehingga mudah dalam penanganan maupun instalasi, bentuk geometri sederhana, karena mempunyai karakteristik jarak rambat yang relatif besar menyebabkan desain isolator polimer sederhana, tahan terhadap polusi, karena bahan polimer mempunyai sifat menolak air (hydropobic) yang baik. Sehingga air atau kotoran lainnya akan sukar menempel pada permukaannya meskipun dioperasikan pada kondisi lingkungan yang berpolusi maka isolator polimer mempunyai ketahanan tegangan yang baik.[10]

(32)

14

kekuatan mekaniknya kecil, isolasi polimer biasanya tidak mampu untuk menyokong dirinya sendiri. [10]

Agar isolator dapat melaksanakan fungsi dengan baik harus mempunyai sifat elektris, mekanis dan sifat kimia yang baik. Sifat elektris merupakan sifat yang paling penting suatu isolator dalam hal ini ditunjukkan oleh kekuatan dielektrisnya yaitu kemampuan memisahkan bagian-bagian yang berarus atau bertegangan. Jadi kekuatan dielektrik adalah besarnya ketahanan suatu isolator untuk dapat bertahan terhadap tegangan listrik, isolator yang baik harus mempunyai sifat dielektrik yang besar. sifat elektris meliputi tegangan saat terjadi flashover, breakdown, kuat dielektrik bahan, resistivitas dan faktor kehilangan dielektrik. Sifat mekanis merupakan kemampuan dari bahan isolasi yang dapat menahan tekanan sehingga tidak merubah bentuk fisik dari bahan isolasi tersebut, sedangkan sifat kimia yaitu suatu kemampuan untuk tidak mengalami perubahan struktur kimianya ketika terjadi kelembaban udara ataupun basah disekitarnya. Besarnya medan listrik maksimum yang dapat ditahan suatu isolator tanpa merusak sifat isolasinya dinyatakan dengan persamaan:

Emax = V/d (kV/ cm)...………(₁₎ Dengan

Emax : kuat medan listrik yang dapat ditahan oleh material isolasi (kV/cm) V : Tegangan maksimum yang tercatat pada alat ukur (kV)

(33)

15

D. Karet silikon

Pada era globalisasi sekarang telah dikenal beberapa teknologi komposit dari isolator yaitu epoksi resin, PTFE, PUR, ethylene propylene rubber (EPR) dan karet silikon (SIR). Bagaimanapun juga untuk menghadapi mekanikal stress yang besar maka teknologi mulai beralih ke bahan rubber. Karet silikon merupakan bahan sintetis yang mempunyai tahanan yang besar pada suhu tinggi. Bahan ini

lebih mahal dibandingkan dengan bahan lainnya tetapi untuk pemakaian khusus

dapat dibenarkan karena memberikan sifat yang lebih unggul pada kabel, dapat

bekerja secara terus-menerus pada suhu sampai dengan 150oC dan bisa juga lebih,

isolasi listrik tidak begitu kuat pada suhu normal. Karet silikon tetap lentur pada suhu yang sangat rendah tetapi tahan terhadap minyak seperti halnya karet alami

sehingga perlu pencegahan untuk melindunginya. Karet silikon sebagai isolasi

dari kabel biasanya dilapisi dengan anyaman (serabut) fibreglass sedangkan untuk

kabel dengan kawat ganda biasa diberi penyekat terhadap panas, minyak dan

kebakaran. Bahan jenis ini dapat bekerja terus menerus dengan suhu kerja diatas

85 oC, mempunyai konduktivitas listrik yang sangat rendah dan sangat

hidrophobic, hingga dapat digunakan untuk bahan isolator, terutama isolator tegangan tinggi, untuk kepentingan pemakaian jaringan tegangan tinggi untuk pemakaian diluar ruang. [11]

(34)

16

hidrofobik (tidak dapat larut dalam air tetapi dapat larut dalam minyak). Karet silikon merupakan satu-satunya material yang membentuk layer terhadap polusi di permukaannya. Sehingga leakage current dan flashover dapat direduksi. Sebagai tambahan, karet silikon tidak membutuhkan pembersihan secara berkala.[11]

E. Emisi akustik

(35)

17

diakibatkan oleh tekanan (stress). Gelombang suara yang terjadi yang berasal dari material dideteksi, lalu diubah oleh transducer piezoelektrik menjadi variable voltase (volt). Lalu, dengan peralatan yang terkomputerisasi, fungsi tegangan terhadap waktu dapat diketahui (V(t)) yang dapat dilihat pada gambar 2.3

Gambar 2.3 Konsep uji emisi akustik [4]

Jadi, dengan menggunakan emisi akustik kerusakan skala kecil suatu material dapat dideteksi sedini mungkin untuk mencegah kemungkinan-kemungkinan berbahaya yang dapat muncul di kemudian hari. Selain itu, dengan adanya emisi akustik dapat dilakukan uji tak merusak terhadap suatu bahan untuk menemukan cacat-cacat di saat bahan tersebut sedang digunakan. Dengan demikian, mengenai adanya pengetahuan mengenai emisi akustik dari suatu material, penelitian dan pengembangan di bidang material akan semakin berkembang.

F. Penelitian Pendukung

(36)

18

terminasi kabel menggunakan teknik emisi akustik dan proses sinyal adaptif. Sebuah sistem yang didasari dari sistem emisi akustik yang berguna untuk mendeteksi kegiatan prilaku peluahan sebagian pada terminasi kabel. Dimana emisi akustik (AE) adalah pengujian yang digunakan untuk mendeteksi propagasi gelombang elastis yang dihasilkan oleh rapid deformasi atau gelombang deformasi yang terjadi secara cepat dalam suatu material. Sinyal yang diterima membawa informasi tentang sifat dari sumber sinyal dan bahan yang sudah termodulasi sinyalnya. Selain itu, sumber peluahan sebagian dalam terminasi kabel menghasilkan sinyal AE yang dapat dideteksi pada permukaan isolasi.

Pada pengujian ini digunakan dua jenis metode yaitu dengan metode emisi akustik (acoustic emission) dan EDPM. Pada pengujian ini pengaturan pengujian sama yang berbeda hanya penggunaan sampel yang digunakan yaitu mengganti sampel AE untuk melakukan pengujian EDPM. Pada pengujian menggunakan sampel AE deteksi dilakukan dengan menggunakan proses pelubangan. Sebuah lubang dengan diameter 3 mm dibor dengan kedalaman 15 mm, lalu memasukan sebuah elektroda baja tegangan tinggi ke dalam lubang ini untuk memberikan rongga diameter 3 mm dari panjang variabel. Kemudian sebuah elektroda di ground kan dan ditempatkan pada jarak 5 mm di ujung luar yang tertutup dari lubang. AE dari peluahan terjadi di rongga ini dideteksi oleh permukaan probe yang ditempatkan pada jarak yang divariasikan dari rongga peluahan dan kemudian dikirimkan hasil gelombang nya kedalam osiloskop.

(37)

19

yang kecil. Sebuah perak yang sudah dicat dengan jarak 1.5 mm diuji menggunakan pengaturan deteksi yang sama seperti sebelumnya.

Dengan kata lain, pengujian ini dilakukan dengan menggunakan dua buah metode yang berbeda untuk mendapatkan hasil bahwa semakin jauh jarak sensor dari sumber peluahan maka semakin kecil energi yang dihasilkan lalu ketika semakin dekat jarak antara sensor dengan sumber peluahan maka semakin besar energi yang dihasilkan.

(38)

20

penurunan kinerja isolasi bahan EPR dari sinyal AE karena peluahan sebagian. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tidak hanya intensitas sinyal AE tetapi juga jumlah yang dihitung sinyal AE lebih dari nilai kritis yang sangat berguna untuk mendiagnosa EPR. Penelitian menunjukkan bahwa diagnosis jangka pendek mungkin gagal untuk melihat dari kerusakan isolasi. Artinya, muatan listrik dan sinyal AE meningkat secara bertahap sambil mengulangi kenaikan dan penurunan. Untuk menilai tingkat kerusakan, tidak hanya intensitas sinyal AE sebanding dengan besarnya peluahan sebagian. tetapi juga jumlah dihitung dari karakteristik komponen frekuensi sinyal AE, garis besar hubungan antara intensitas AE, jumlah sinyal AE dihitung, dan tingkat kerusakan yang diperoleh.

(39)

21

atau kerusakan berjerumbai. Masalah lain yang mungkin terjadi karena listrik panas, atau faktor lingkungan kimia.

Penelitian dilakukan untuk mendeteksi dan mencegah terjadinya peluahan sebagian. Maka sangat penting untuk industri tenaga listrik melakukan pencegahan awal dengan menggunakan beberapa metode yang membantu untuk mendeteksi adanya prilaku peluahan sebagian. Metode pengukuran peluahan sebagian dapat dikategorikan menjadi dua jenis, yaitu jenis listrik dan jenis non-listrik. Namun, sejauh ini tidak ada metode inspeksi yang dapat diterima dan efektif untuk semua situasi yang ada sehingga setiap metode memiliki kondisinya yang sesuai dan dilarang. Dalam penelitian ini, tiga metode pengukuran peluahan sebagian berguna untuk melakukan pemeriksaan kabel listrik yang telah diadopsi dijelaskan sebagai berikut :

(a) Metode pengukuran arus impuls: Metode ini menghubungkan resistansi secara seri dengan kawat tanah dari objek di bawah deteksi. Ketika PD terjadi, arus impuls yang akan terukur dari deteksi resistansi sebagai bagian dari rangkaian deteksi. Metode ini sangat sensitif dan dapat mengukur impuls dengan mudah. Unit diadopsi dalam pengukuran arus impuls PD diatur oleh IEC adalah pico coulomb atau pC.

(40)

22

(c) Metode pengukuran AE: Ketika sebuah PD merupakan sebuah impuls kemudian terjadi di dalam kabel sehingga impuls akan menghasilkan gelombang tekanan mekanis dalam dielektrik dan merumuskan sumber akustik untuk memancarkan gelombang akustik. Metode pengukuran AE menggunakan sensor AE untuk melekatkan langsung pada permukaan peralatan (atau kabel itu) dan menggunakan bahan piezoelektrik didalam bagian sensor untuk mengubah tekanan mekanis menjadi sinyal listrik AE, yang akan diperkuat sebelum tahap penguatan.

(41)

23

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Pengukuran Besaran Elektrik, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung dari bulan Agustus 2014 sampai dengan bulan Januari 2015.

B. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain:

1. Bahan Isolasi Karet Silikon

Bahan isolasi yang digunakan adalah isolasi karet silikon. 2. Kerangka Pengujian

Kerangka pengujian yang digunakan terbuat dari bahan kaca yang berbentuk bidang persegi yang bertingkat dengan ukuran 21x21 cm dengan tinggi tiang penyangganya adalah 18 cm.

3. Elektroda Jarum dan Elektroda Pentanahan

(42)

24

4. Sensor Emisi Akustik (Acoustic Emission)

Sensor ini digunakan untuk menerima atau menangkap gelombang akustik yang dihasilkan pada saat peluahan sebagian. Sensor yang digunakan adalah sensor AE tipe SR800

5. Pre Amplifier

Pre Amplifier ini digunakan untuk menguatkan sinyal yang ditangkap oleh sensor emisi akustik

6. Signal Conditioner

Signal Conditioner digunakan untuk menguatkan sinyal yang ditangkap oleh pre amplifier.

7. Transformator Step-Up

Transformator step up digunakan untuk menaikkan tegangan dari 220 Volt menjadi 6 kV. Spesifikasi transformator adalah sebagai berikut:

Input : 220 Volt, 5 A, 50 Hz Output : 6 kV, 16,67 mA

8. Osiloskop Digital Hantek DSO 5062B

Osiloskop digunakan untuk menampilkan sinyal atau bentuk gelombang elektromagnetik yang dibangkitkan oleh peluahan sebagian.

9. Regulator

Digunakan untuk mengatur besarnya tegangan input yang akan masuk pada transformator.

10. Voltage Divider (Pembagi Tegangan)

(43)

25

11. Personal Computer

Komputer digunakan untuk menyimpan data gelombang output dari osiloskop. Gelombang yang dihasilkan pada osiloskop akan diolah dengan menggunakan bantuan software.

12. Software komputer

Software ini digunakan untuk membantu menganalisis frekuensi dominan pada sinyal peluahan yang didapat.

C. Tahap Pelaksanaan Penelitian

Adapun tahapan yang dilakukan pada tugas akhir ini adalah: 1. Perancangan Alat Uji

(44)

26

Gambar 3.1 Rangkaian pengujian isolasi rongga (void) [14]

(45)

27

2. Pembuatan Isolasi

Penelitian ini menggunakan isolasi jenis polimer padat. Polimer yang akan digunakan yaitu karet silikon. Karet silikon dibuat dengan cara menggabungkan cairan silikon dengan hardener. Perbandingan cairan silikon dengan hardenernya yaitu 4% dari banyaknya cairan silikon yang digunakan. Kemudian dibentuk dengan ukuran 11 x 11 cm dengan ketebalan 8 mm yang dapat dilihat pada gambar 3.2. Isolasi karet silikon kemudian dilubangi dengan diameter 3 mm dan kedalaman 6 mm. Setelah itu, pada lubang yang telah dibuat tadi ditusuk lagi dengan jarum berdiamter 1 mm dengan ketebalan 1-1,5 mm, sehingga tersisa spasi 1 mm pada bagian bawah sampel.

(46)

28

3. Rangkaian Pengujian Arus Bocor

Pada pengujian arus bocor dihitung dengan bantuan pembagi tegangan (voltage divider) agar tegangan yang masuk ke osiloskop tidak terlalu besar dan bisa ditangkap oleh osiloskop. Besarnya nilai tahanan yang dipilih berdasarkan refrensi yang telah ada pada penelitian sebelumnya. Selanjutya tegangan yang dibaca osiloskop dikonversi menjadi arus bocor. Rangkaian pembagi tegangan yang digunakan untuk mendeteksi arus bocor ditunjukan pada gambar 3.3.

Gambar 3.3 Rangkaian Arus Bocor

Hasil tegangan keluaran pada pengujian peluahan sebagian dapat diketahui bahwa V adalah tegangan yang didapat dan ILC adalah arus bocor yang ditangkap oleh sinyal peluahan, sedangkan VCF adalah tegangan yang ditangkap oleh osiloskop pada rangkaian. Melalui perhitungan nilai ILC nya adalah

ILC = 0.02764499949 VCF`

(47)

29

4. Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian Mulai

Membuat kerangka pengujian, menyiapkan sensor dan elektroda pengujian

Menyusun alat-alat dan bahan uji

Pengujian menggunakan bahan isolasi karet silikon menggunakan sensor emisi akustik

Mengolah sinyal menggunakan matlab

Didapat sinyal hasil denoising, Arus bocor dan

frekuensi dominan

Analisis

Selesai

Didapat data

(48)

30

5. Proses Pengujian Peluahan Sebagian

Pada proses pengujian peluahan dilakukan pengambilan data dengan tahap-tahap sebagai berikut:

1. Dipasang alat dan bahan sesuai dengan yang ada pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Rangkaian Pengujian

2. Diukur tegangan output dari voltage regulator dan output trafo step-up dengan bantuan pembagi tegangan.

3. Diukur tegangan kritis pada isolasi karet silikon.

(49)

31

6. Diambil data hasil pengujian berupa tegangan peluahan sinyal peluahan dan arus bocor yang ditampilkan osiloskop.

7. Disimpan data gelombang peluahan dengan format .csv. untuk proses analisa selanjutnya.

8. Dilakukan pengulangan pada langkah 2-4 untuk mendapatkan jumlah data yang cukup untuk pengolahan data.

6.

Proses Pengolahan Data

Data hasil pengujian (tegangan peluahan) ditangkap oleh osiloskop kemudian disimpan dalam bentuk .csv, setelah itu data di import menggunakan software matlab dengan tools wavelet 1-D sehingga dapat menghasilkan besar tegangan peluahan dan frekuensi dominan. Hasil pengujian juga didapatkan tegangan peak to peak yang ditampilkan pada osiloskop yang digunakan untuk menghitung besar arus bocor (leakage current) dalam setiap pengujian yang dilakukan dengan menggunakan perbandingan dari voltage divider yang telah dibuat.

(50)

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Setelah melakukan proses pengujian serta analisa data maka diperoleh simpulan sebagai berikut:

1. Saat peluahan sebagian terjadi secara terus menerus maka arus bocor yang dihasilkan akan semakin besar karena arus bocor dan durasi peluahan berbanding lurus.

2. Pada pengujian isolasi karet silikon dengan lubang tunggal pada jarak 24 mm dan 36 mm didapatkan rentang frekuensi dominan yang sama disekitar 60 kHz.

3. Perbandingan antara tegangan terhadap arus bocor pada jarak sensor 24 mm dan 36 mm yaitu berbanding lurus yaitu semakin besar tegangan maka arus bocor akan semakin besar, sedangkan antara tegangan terhadap durasi waktu terjadinya peluahan berbanding lurus yaitu semakin besar tegangan maka durasi terjadinya peluahan akan semakin cepat.

4. Pada pengujian isolasi karet silikon dengan lubang ganda dengan jarak24 mm dengan besar tegangan 0.9 kV dan 0.8 kV didapatkan dua rentang frekuensi yaitu disekitar 60 kHz dan disekitar 940 kHz.

(51)

72

B. Saran

1.Penelitian lebih lanjut mengenai pendeteksian beragam sumber peluahan sebagian sebaiknya dilakukan dengan menggunakan sumber tegangan yang memiliki kapasitas tegangan yang lebih besar, sensor yang sensitif dan terhindar dari inteferensi gelombang gangguan (noise), sehingga dapat diperoleh karakteristik gelombang peluahan sebagian secara jelas dari peluahan yang menghasilkannya.

(52)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Bonggas L. Tobing. 2003. Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi. h. 12 [2] Tian,Y., Lewin, P. L. and Davies, A. E. 2002. “Comparison of On-line Partial

Discharge Detection Methods For HV Cable Joints,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 9, No. 4, pp.604-614.

[3] Syakur, A., dan Suwarno. 2002. “Karakteristik Partial Discharge Void pada Kelembaban Tinggi”, Jurnal Teknik Tegangan Tinggi Indonesia, FOSTU, Vol. 4, No. 2.

[4] Richard D. Finleyson. 2003. Handbook of Nondestructive Evaluation, chapter 10 Acoustic Emission Testing, McGraw-Hill Companies. pp10-10.39.

[5] Frederik H, Kreuger. 1989. Partial Discharge Detection. London. Butterworth,

[6] Martin D. Judd, L. Yang, And I. B. B. Hunter. 2005b. “Partial Discharge Monitoring For Power Transformers Using Uhf Sensors Part 2: Field Experience”, IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 21, No. 3, Pp. 5-13.

[7] Ramadhan, Farouq. 2011. "Monitoring Partial Discharge Pada Bushing Transformator". Program Sarjana Fakultas Teknik. Universitas Indonesia. Depok.

[8] Martin D. Judd, Li Yang, And Ian B. B. Hunter, 2005a. Partial Discharge Monitoring For Power Transformers Using Uhf Sensors Part 1:

Sensors And Signal Interpretation, IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 21, No. 2, Pp. 5- 14.

(53)

[10] Anisa. 2012. Modul Konstruksi Isolator Dalam Sistem Distribusi, (online),( http://annisaniesya7.blogspot.com/2012/06/hmmmmmmm.html, diakses 09 september 2014).

[11] Munteanu, R. 1996. Silicone insulator use on the rise worldwide: Transmission and Distribution. London.

[12] Darajat BEG, RD. 2009. Teknologi Emisi Akustika, (online),

(http://akucintaakustik.blogspot.com/2009/06/teknologi-emisi-akustika.html, diakses 09 Maret 2014).

[13] D, Zhu, et al, 1994. Partial Discharge Detection in Cable Termination Using Acoustic Emission Techniques and Adaptive Signal Processing.Conferce Record. IEEE International Symposium on Electrical Insulation. Pittsburgh, PA USA.

[14] Nainggolan, Jannus; et al, 2010. Diagnostics of Insulation Deterioration of Ethylene Propylene Rubber Using an Accoustic Emission Technique. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 17, Issue 4. Pp. 1242-1248.

[15] Ju-Chu, Hseish, et al, 2006. Evaluation And Comparasion of On-Line PD Detection Methods For High-Voltage Power Cable.Asia-Pasific Conference on NDT. Auckland, New Zealand.