ABSTRAK
PENDETEKSIAN BERAGAM SUMBER PELUAHAN SEBAGIAN DENGAN METODE MEDAN ELEKTROMAGNETIK
Oleh
LUQVI RIZKI SYAHPUTRA
Energi listrik merupakan salah satu energi yang dibutuhkan oleh masyarakat. Sumber energi listrik dihasilkan oleh pembangkit tenaga listrik. Komponen penting dalam pembangkit tenaga listrik adalah tranformator. Penggunaan transformator secara terus menerus dapat menyebabkan kegagalan isolasi dan rusaknya transformator. Pada saat sebelum terjadinya kerusakan, terjadi proses peluahan sebagian pada isolasi tegangan tinggi. Peluahan sebagian yang terjadi secara terus menerus pada suatu bahan isolasi dapat mengakibatkan break down, hal ini karena adanya tekanan medan magnet pada sumber peluahan sebagian. Peluahan sebagian terdiri dari peluahan sebagian permukaan, rongga dan korona.
Analisis peluahan sebagian dilakukan pada tiga jenis sumber peluahan, yaitu peluahan permukaan, rongga dan korona. Penggunaan sumber peluahan yang berbeda bertujuan untuk mengetahui perbedaan karakteristik dari masing masing sumber peluahan. Perbedaan karakteristik masing-masing sumber peluahan dianalisis berdasarkan amplitudo, durasi sinyal dan frekuensi peluahan yang menghasilkannya. Data yang dihasilkan berupa gelombang peluahan yang didapat dari osiloskop. Data yang dihasilkan diolah dengan menggunakan software matlab sehingga dapat ditentukan karakteristik amplitudo, durasi waktu dan frekuensi masing-masing sumber peluahan.
Dari hasil analisis diketahui bahwa amplitudo dan durasi waktu terlama terjadi pada korona dan frekuensi terbesar terjadi pada peluahan permukaan. Karakteristik peluahan sebagian bergantung pada sumber peluahan yang menghasilkannya.
PENDETEKSIAN BERAGAM SUMBER PELUAHAN
SEBAGIAN DENGAN MENGGUNAKAN METODE MEDAN
ELEKTROMAGNETIK
Oleh
LUQVI RIZKI SYAHPUTRA
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
ix
x IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pengambilan Data ... 37
B. Pengolahan Data... 39
B.1 Menentukan Karakteristik Magnitudo... 39
B.2 Menentukan Karakteristik Durasi Sinyal... 42
B.3 Menentukan Karakteristik Frekuensi... 44
C. Data Hasil Pengujian ... 46
D. Karakteristik Peluahan Sebagian ... 53
V. SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan ... 59
B. Saran ... 61 DAFTAR PUSTAKA
vii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
3.1 Jadwal dan Aktifitas………... 26
4.1 Data hasil pengujian besarnya amplitudo peluahan sebagian ... 45
4.2 Data hasil pengujian durasi terjadinya peluahan sebagian ... 48
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Jenis-jenis sumber peluahan sebagian ... 7
2.2 Arah pergerakan medan listrik dan medan magnet ... 8
2.3 Pristiwa radiasi gelombang elektromagnetik ... 9
2.4 Metode pendeteksian peluahan sebagian ... 11
2.5 Rangkaian ekuivalen isolasi dan kapasitor………. ... 12
2.6 Diagram pendeteksian peluahan sebagian ... 14
2.7 Rangkaian pembangkit tegangan tinggi bolak-balik ... 15
2.8 Jenis sensor peluahan sebagian ... 17
2.9 Sensor berbentuk planar……… 19
2.10 Amplitudo peluahan sebagian ... 23
2.11 Durasi peluahan sebagian ... 24
2.12 Frekuensi peluahan sebagaian ... 25
3.1 Isolasi sumber peluahan surface ... 30
3.2 Isolasi sumber peluahan void……….. . 31
3.3 Isolasi sumber corona ... 32
3.4 Diagram alir penelitian... 33
3.5 Diagram rangkaian pengujian ... 34
4.1 Rangkaian pengujian ... 37
ix
4.4 Data gelombang yang telah di import ke matlab ... 40
4.5 Gelombang dengan treshold ... 42
4.6 Peluahan jenis permukaan ... 46
4.7 Peluahan jenis rongga ……….. 46
4.8 Peluahan korona ……….. … 46
4.9 Frekuensi peluahan sebagian permukaan .………... 49
4.10 Frekuensi peluahan sebagian rongga ..……….. 50
4.11 Frekuensi peluahan korona……….. 51
4.12 Perbandingan nilai amplitudo……….. 52
4.13 Perbandingan durasi sinyal……….. 54
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang dan Masalah
Energi listrik merupakan salah satu bentuk energi yang paling umum digunakan dalam masyarakat modern. Sumber energi listrik biasanya dihasilkan oleh pembangkit tenaga listrik yang berada jauh dari konsumen. Sehingga energi listrik menjadi kebutuhan yang tidak dapat dihindarkan dalam penyaluran dari pembangkit ke konsumen. Dengan alasan ekonomis, penyaluran energi listrik dilakukan dengan menggunakan tegangan tinggi.
mengakibatkan kerugian akibat rusaknya sebuah transformator, tetapi kerusakan transformator juga akan mengakibatkan kerugian kehilangan pendapatan bagi PLN akibat tidak dapat menyalurkan atau menjual energi listrik yang dihasilkan pembangkit. Selain kerugian materi, PLN juga dapat mengalami penurunan kualitas pelayanan listrik akibat pemadaman yang mungkin terjadi akibat kerusakan transformator tersebut. Sehingga, transformator harus selalu dimonitor kondisi isolasinya.
Salah satu cara mendeteksi kerusakan dini pada isolasi transformator adalah dengan mendeteksi kehadiran peluahan sebagian pada isolasi transformator. Peluahan sebagian pada isolasi transformator diduga dapat menjadi pemicu terjadinya kerusakan pada sistem isolasi transformator. Hal ini terjadi karena peluahan sebagian akan mengakibatkan isolasi akan mengalami pemburukan pada lokasi terjadinya peluahan sebagian. Pemburukan yang terjadi, jika dibiarkan berlangsung dalam jangka waktu yang lama, dapat menjadi pemicu terjadinya breakdown pada lokasi terjadinya peluhan sebagian tersebut.
3
yang tinggi dan terjadi secara terus - menerus dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan listrik.
Pendeteksian peluahan sebagian menggunakan standar IEC60270 merupakan metode standar yang banyak diterapkan dalam mendeteksi peluahan sebagian. Metode ini dilakukan dengan memasang rangkaian kapasitor untuk mengukur ekivalen peluahan. Metode ini memiliki kelemahan dalam pengukuran secara langsung dikarenakan pengaruh noise yang besar.
Pada penelitian ini dilakukan pengujian peluahan sebagian dengan menggunakan tiga jenis sumber peluahan yaitu peluahan rongga, peluahan permukaan dan korona. Kemudian radiasi gelombang elektromagnetik yang terjadi pada masing - masing sumber peluahan akan dideteksi dengan menggunakan sensor berupa antena monopole dan ditampilkan pada osiloskop. Dengan menganalisis gelombang peluahan yang terjadi, maka kita akan mengetahui karakteristik dari ketiga sumber peluahan tersebut. Perbedaan di antara ketiga sumber peluahan sebagian, dapat dilihat dari karakteristik frekuensi, amplitudo dan durasi sinyal yang dimilikinya. Pada penelitian pendeteksian peluahan sebagian ini menggunakan beberapa peralatan, diantaranya exsperimental transformer, rangkaian pembagi tegangan, multimeter, osiloskop, elektroda jarum - plat dan seperangkat komputer.
B. Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
5
C. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :
Dapat mengetahui pengaplikasian metode elektromagnetik dalam pendeteksian peluahan sebagian yang mana dari setiap sumber peluahan memiliki karakteristik frekuensi, amplitudo serta durasi sinyal sehingga dapat dimanfaatkan untuk mengetahui jenis sumber peluahan sebagian pada isolasi transformator.
D. Rumusan Masalah
E.Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Sumber peluahan yang digunakan sebagai acuan pengukuran adalah peluahan rongga, permukaan dan korona.
2. Karakteristik gelombang yang dianalisis adalah frekuensi, magnitudo dan durasi peluahan dari masing - masing sumber peluahan.
3. Sensor yang digunakan yaitu jenis antena straight wire monopole.
4. Elektroda pengujian yang digunakan adalah elektroda jarum - piring.
F. Hipotesis
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Peluahan Sebagian
Peluahan Sebagian (Partial Discharge) merupakan peristiwa peluahan listrik lokal yang menghubungkan sebagian isolasi di antara dua konduktor. Peluahan tersebut dapat terjadi baik di permukaan maupun di tengah bahan isolasi. Peristiwa ini ditandai dengan pelepasan atau loncatan muatan listrik pada sebagian kecil sistem isolasi listrik dan tidak menjembatani ruang antara dua konduktor secara sempurna. Peluahan sebagian dapat terjadi pada bahan isolasi padat, bahan isolasi cair maupun bahan isolasi gas.
Secara umum peluahan sebagian dapat dinyatakan sebagai pulsa dengan durasi waktu yang sangat singkat. Durasi pulsa yang terjadi bergantung pada jenis sumber peluahan sebagian. Peluahan sebagian akibat adanya serpihan logam pada bagian dalam isolasi padat menghasilkan pulsa dengan durasi yang sangat cepat ~ 0.9 ns dan peluahan permukaan menghasilkan pulsa dengan durasi sekitar 17 ns dan korona menghasilkan pulsa dengan durasi paling lambat, yakni ~ 50 ns (Martin D. Judd, 2005a).
Dengan menggunakan alat ukur yang sesuai, semisal digitizer atau osiloskop, pulsa yang dihasilkan pada proses peluahan sebagian dapat dideteksi dan direkam. Karena pulsa yang dihasilkan oleh sumber yang berbeda memiliki durasi yang berbeda-beda, maka gelombang yang direkam oleh osiloskop juga akan berbeda pula. Sehingga memungkinkan untuk membedakan jenis sumber peluahan sebagian melalui gelombang yang direkam.
(a) (b) (c) Gambar 2.1 Jenis - jenis sumber peluahan sebagian
9
B. Radiasi Gelombang Elektromagnetik
Peluahan sebagian merupakan gejala awal penyebab kerusakan pada transformator. Terdapat beberapa jenis peluahan sebagian yaitu peluahan permukaan, rongga dan korona. Peluahan sebagian merupakan proses pergerakan muatan yang dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnet. Muatan listrik yang tidak bergerak (Q) hanya memiliki medan listrik (E). Ketika muatan tersebut bergerak (Q’), maka akan dihasilkan medan listrik (E) dan medan magnet (B) yang arahnya tegak lurus satu dengan yang lain (Gambar 2.2.a). Muatan yang bergerak konstan hanya akan menghasilkan medan listrik dan medan magnet. Arah medan magnet dan medan listrik akan selalu tegak lurus selama muatan bergerak konstan (Gambar 2.2.b).
Gambar 2.2. Arah pergerakan medan listrik dan medan magnet (Dustin H. Froula, 2001)
medan listrik dan medan magnetik yang dihasilkan akan membentuk garis yang tak terputus karena garis tersebut dihasilkan oleh muatan yang sama. Namun ketika muatan dipercepat mendekati kecepatan cahaya, maka garis medan listrik akan mengalami pembelokan (dissalignment). Pembelokan garis medan listrik terjadi karena keterlambatan garis medan memperbaharui posisinya atau dengan kata lain garis medan listrik mengalami keterlambatan penyesuaian arah garis medan dari garis medan sebelumnya. Akibat keterlambatan proses penyesuaian arah medan tersebut, maka dihasilkan radiasi medan listrik dan medan magnetik atau lebih dikenal sebagai radiasi elektromagnetik seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Pristiwa radiasi gelombang elektromagnetik (Lonngren & Savov, 2005 )
11
listrik. Besarnya medan elektomagnetik tersebut dapat dihitung dengan menurunkan persamaan Biot-Savart :
Dimana N adalah jumlah elektron, Q adalah besar muatan, µ0 adalah permeabilitas
medium,
a merupakan faktor retardation, ρ adalah faktor percepatan elektrondan θ adalah sudut pengamatan.
Gelombang elektromagnetik yang dihasilkan saat terjadinya peluahan sebagian dapat dideteksi dengan menggunakan sensor yang dirancang berdasarkan jenis sumber peluahan sebagian itu sendiri. Adapun faktor yang mempengaruhi besar sinyal elektromagnetik sesuai persamaan 1 adalah sebagai berikut :
1. Jumlah elektron saat terjadinya peluahan.
2. Percepatan elektron karena pengaruh kuat medan disekitarnya. 3. Permeabilitas media.
4. Sudut dan jarak pengamatan dari percepatan elektron.
C. Metode Pendeteksian Peluahan Sebagian
Metode Non-konvensional
Mendeteksi dan mengukur muatan terlihat (apparent charge)
Pengukuran besar muatan dalam pC
Pendeteksian PD
muatan yang dihasilkan oleh proses peluahan. Dengan metode konvensional, besar sudut phasa dan kuantitas lainnya dapat dideteksi dan diukur. Namun metode ini memiliki kelemahan mendasar yakni besarnya gangguan (noise) yang juga akan terukur ketika pengukuran dilakukan di lapangan terbuka. Hal ini dapat terjadi karena sinyal gangguan di lingkungan terbuka cenderung memiliki frekuensi yang sama dengan sistem pengukuran IEC 60270.
Metode non konvensional terdiri atas beragam jenis, diantaranya metode dissolved gas analisys (DGA), acoustic detection, chemical detection dan elektromagnetik. Secara garis besar, semua metode yang tidak mengikuti prosedur IEC 60270 dianggap sebagai metode non konvensional. Metode non konvensional lainnya dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Metode pendeteksian peluahan sebagian (M. Muhr, 2006).
13
a. Rangkaian ekuivalen isolasi b. Rangkaian ekuivalen kapasitor
Gambar 2.5 Rangkaian ekuivalen isolasi(a) dan kapasitor(b). (E. Kuffel etc all, 2000 )
Gambar 2.5 merupakan gambar pendeteksian dan pengukuran peluahan sebagian dengan menggunakan rangkaian kopling langsung. Pada Gambar 2.5.a adalah rangkaian ekuivalen isolasi. Gambar 2.5.a menjelaskan bahwa terdapat rongga pada bagian isolasi. Rongga pada bagian isolasi diakibatkan karena ketidaksempurnaan bahan isolasi. Sementara pada Gambar 2.5.b merupakan rangkaian ekuivalen kapasitor yang merepresentasikan isolasi pada Gambar 2.5.a. Saat terhubung dengan sumber tegangan maka akan mengalir muatan ke seluruh kapasitor. Rongga pada isolasi direpresentasikan sebagai Cb. Kapasitor Cb akan mendapatkan muatan sampai muatan penuh. Setelah muatan penuh, maka muatan akan dilepaskan menuju kapasitor Cc. Pada saat pelepasan muatan oleh Cb menuju
Cc, maka terjadi kekosongan muatan pada kapasitor Cb. Hal ini menyebabkan
terjadinya perbedaan tegangan pada kapasitor Cc dan Ca. Dalam waktu yang cepat,
terjadi perpindahan muatan untuk menstabilkan tegangan pada kapasitor Cc. Besar
charge. Apparent charge saat terjadi peluahan dapat diukur dengan cara memasang alat ukur pada terminal sumber tegangan.
Salah satu metode pendeteksian peluahan lain yang digunakan adalah metode elektromagnetik. Metode elektromagnetik merupakan metode pendeteksian non konvensional. Metode ini didasarkan pada prinsip pendeteksian sinyal elektromagnetik yang dihasilkan pada proses peluahan sebagian. Sinyal elektromagnetik yang dihasilkan oleh peluahan, dideteksi dan ditangkap dengan menggunakan sensor yang sesuai. Metode ini telah dipergunakan untuk mendeteksi peluahan sebagian pada gardu induk gas SF6. Saat ini metode elektromagnetik juga telah diupayakan untuk aplikasi pendeteksian peluahan pada transformator (Martin D. Judd, 2005b).
15
Gambar 2.6. Diagram pendeteksian peluahan (Martin D. Jud, 2002)
D. Pembangkitan Tegangan Tinggi
Tegangan tinggi sangat dibutuhkan dalam pengujian kekuatan bahan dielektrik, korona, rugi-rugi bahan dielektrik dan pengujian isolasi peralatan terhadap tegangan tinggi. Secara garis besar pembangkitan tegangan tinggi terdiri dari :
1. Pembangkit tegangan tinggi bolak-balik (AC). 2. Pembangkit tegangan tinggi searah (DC) . 3. Pembangkit tegangan tinggi impuls.
Gambar 2.7. Rangkaian pembangkit tegangan tinggi bolak-balik
Gambar 2.7 menunjukkan diagram rangkaian percobaan pembangkitan tegangan 5 kV yang dilakukan dalam penelitian. Transformator tegangan tinggi yang digunakan merupakan susunan 10 buah transformator 220/500 Volt yang disusun paralel menggunakan 10 buah transformator. Rangkaian transformator pada Gambar 2.7 merupakan penyederhanaan dari 10 buah transformator 220/500 Volt yang dipergunakan. Rangkaian 10 buah transformator 220/500 Volt yang terhubung paralel ditampilkan dalam Lampiran 1.
17
diberi penghantar, akan mengalir arus dan tegangan pada terminal output transformator.
E. Sensor Untuk Mendeteksi Peluahan Sebagian
Pemantauan keadaan isolasi pada tranformator dapat dilakukan dengan mendeteksi dan mengukur peluahan sebagian yang mungkin timbul dalam isolasi transformator. Untuk dapat mendeteksi terjadinya peluahan sebagian pada tranformator, maka diperlukan sensor agar bisa menangkap sinyal saat terjadinya peluahan sebagian. Secara garis besar, terdapat beberapa jenis sensor yang digunakan untuk mendeteksi peluahan sebagian seperti pada Gambar 2.8.
a b c d
Gambar 2.8. Jenis sensor peluahan sebagian (J. Lopez-Roldan,2008)
19
flate wire dengan desain tembaga yang dibuat menjadi bidang segi empat. Antena ini memiliki gain yang lebih kecil dibanding antena lainnya. Kemudian antena selanjutnya adalah jenis conical pada Gambar 2.8.d yang di desain seperti bangun kerucut. Antena ini memiliki gain yang lebih baik dibandingkan straight wire (Jose Lopez-Roldan, 2008).
Penempatan posisi antena sebagai sensor sangat berpengaruh dalam pendeteksian peluahan sebagian. Ada beberapa cara untuk penempatan posisi sensor pada transformator yaitu dapat ditempatkan pada saluran pembuangan minyak isolasi (Jose Lopez-Roldan, 2008) atau dengan menggunakan jendela dielektrik (Martin D. Judd, 2005b). Penempatan sensor pada saluran pembuangan minyak isolasi memiliki kelemahan, dimana ukuran dari sensor harus sesuai dengan ukuran lubang saluran pembuangan minyak isolasi. Sementara untuk jenis sensor jendela dielektrik dapat dilakukan dengan ukuran yang diinginkan dan ditempatkan dengan cara melubangi tangki transformator. Penempatan posisi sensor pada transformator dapat dilakukan saat tranformator dalam masa pemeliharaan atau saat transformator belum diproduksi tanpa harus mengurangi kinerja tranformator.
sesuai dengan ukuran saluran pembuangan minyak isolasi. Penempatan posisi sensor yang dalam, mengakibatkan besarnya magnitudo sinyal peluahan semakin besar, sehingga posisi penempatan sensor haruslah tepat, karena tekanan medan listrik yang tinggi pada ujung sensor dapat menyebabkan terjadinya breakdown (David F. Warne, 2004).
Bentuk sensor yang digunakan pada jendela dielektrik menggunakan bentuk planar atau mendatar (Martin D. Judd, 2005b), microstrip (Aycan Erentok, 2008), log-spiral, spiral (Atanu Roy, 2007) dan fractal (Aycan Erentok and Richard W. Ziolkowski, 2008). Contoh antena yang digunakan dapat terlihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Sensor berbentuk planar : a. Microstip b. Spiral antenna
21
dapat digunakan untuk frekuensi yang lebih tinggi (Gaetano Marrocco, 2008), tetapi sensor ini memiliki bandwith spectrum frekuensi kerja yang kecil. Adapun cara yang digunakan untuk memperbesar bandwith yaitu dengan medesain microstrip sensor dengan menggunakan PCB berlapis dengan rentang frekuensi 30 MHZ – 1000 MHZ (Aycan Erentok, 2008).
F. Jenis - Jenis Sumber Peluahan Sebagian Dan Metode Pengenalannya
Pendeteksian peluahan sebagian dengan menggunakan metode elektromagnetik dapat dilakukan untuk mendeteksi dan menangkap sinyal peluahan sebagian dari beragam sumber. Sumber yang biasanya digunakan dalam penelitian pendeteksian peluahan sebagian adalah jenis rongga, permukaan dan korona. Sumber ini akan menghasilkan gelombang elektromagnetik yang mewakilkan karakteristik pulsa untuk masing - masing sumber. Ketika terjadi proses peluahan, maka setiap sumber peluahan akan mengirimkan pulsa berbeda yang akan ditangkap oleh sensor (antena monopole). Pulsa ini akan mendeskripsikan karakteristik dari sumber peluahan tersebut, kemudian karakteristik masing - masing sumber akan ditampilkan dalam bentuk sinyal sinusoidal pada alat ukur osiloskop dengan parameter frekuensi, magnitudo dan durasi sinyal peluahan sebagian.
23
mengamati durasi sinyal. Durasi sinyal yang dihasilkan dalam percobaan ini adalah dengan waktu berkisar 100 ns .( M. D. Judd, 2002).
Pengujian yang sama juga dilakukan dengan menggunakan jenis sumber peluahan corona. Pada penelitian ini bertujuan untuk mengamati respon frekuensi serta noise yang dihasilkan dengan bentuk antena yang berbeda. Dapat diketahui bahwa respon frekuensi yang baik dan noise yang sedikit dapat dilakukan dengan menggunakan antena conical monopole dengan panjang lebih dari 100 mm (J. Lopez-Roldan, 2008). Kemudian pengujian dengan menggunakan sumber corona dilakukan untuk mengetahui domain waktu dan sinyal saat terjadinya peluahan sebagian. Domain waktu dan sinyal yang dihasilkan akan berbeda bergantung posisi dari sensor dalam penempatannya (H.H. Sinaga, 2010).
G. Karakteristik Peluahan
Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan tiga sumber peluahan yaitu peluahan permukaan, rongga dan korona. Sumber peluahan yang akan dideteksi akan menghasilkan karakteristik sinyal peluahan yang berbeda. Penentuan karakteristik dilihat dari parameter besaran magnitudo, lama durasi sinyal dan frekuensi dari masing masing sumber peluahan.
Magnitudo yang dihasilkan oleh masing - masing sumber peluahan akan memiliki perbedaan (Jian Ye, Shuqing Li and Tao Li). Penentuan magnitudo pada sinyal peluahan sebagian dapat dilakukan dengan melihat besar magnitudo pada saat terjadinya peluahan. Besarnya magnitudo peluahan dapat dilihat pada Gambar 2.10.
25
Gambar 2.10 adalah salah satu cotoh gelombang peluahan. Untuk menentukan amplitudo maksimum pada gelombang peluahan dapat dilakukan dengan melihat titik amplitudo tertinggi pada sinyal peluahan, sehingga amplitudo maksimum dapat diketahui. Berbeda dengan penelitian yang akan dilakukan, penentuan amplitudo dapat ditentukan dengan menggunakan bantuan software matlab.
Selain mendeteksi magnitudo peluahan sebagian, pada pengujian yang akan dilakukan adalah mendeteksi durasi waktu peluahan. Durasi waktu peluahan dapat ditentukan dengan mengasumsikan perubahan amplitudo yang sangat berbeda pada gelombang muka, hingga diakhiri dengan adanya ekor gelombang seperti gambar 2.11 (Sun-geun Goo, 2008).
Gambar 2.11 Durasi waktu peluahan sebagian (Sun-geun Goo, 2008)
pada titik 0 hingga titik 60, hal ini dapat diasumsikan bahwa durasi peluahan sebagian berkisar selama 60 ns.
Karakteristik peluahan sebagian dapat juga dilihat dari frekuensi saat terjadinya peluahan (S. Tenbohlen, D. 2008). Untuk menentukan frekuensi peluahan dapat menggunakan fungsi FFT (Fast Fourier Transform). FFT berfungsi untuk merubah gelombang dari domain waktu menjadi domain frekuensi (Sugeng Riyanto, 2009).
Gambar 2.12. FFT Peluahan Sebagian ( S. Tenbohlen, D. 2008 )
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan di laboratorium terpadu jurusan teknik elektro, fakultas teknik, universitas lampung dan mulai dilaksanakan pada bulan november 2013 dan akan diselesaikan bulan juli 2014. Pada Tabel 3.1 dapat diketahui jadwal dan aktifitas dari penelitian. Perancangan dan pembuatan kerangka pengujian dilakukan pada bulan november dan desember. Pengambilan sampel data dilakukan pada bulan januari dan februari. Sementara untuk Analisa dan pembahasan dilakukan pada bulan maret dan april 2014.
Tabel 3.1. Jadwal dan Aktifitas
Aktifitas November Desember Januari Februari Maret April
Perancangan Kerangka Pengujian
Pembuatan Kerangka Pengujian
Pengambilan Sampel Data
B. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain:
1. Elektroda pengujian
Jenis elektroda yang digunakan dalam penelitian ini adalah elektroda jarum dan piring (plat) dengan jarak sela 3 mm antara elektroda jarum dan elektroda plat.
2. Antena Monopole
Jenis Antena yang digunakan dalam penelitian ini adalah antena straight monopole. Antena yang dibuat memiliki panjang 10 cm dan terbuat dari tembaga. Pada bagian bawah antena diberikan lempengan PCB dengan diameter 10 cm sebagai ground. Antena dihubungkan dengan menggunakan BNC Conector sebagai penghubung antara osiloskop dan antena.
3. Transformator Step-Up 5 kV
Transformator step up digunakan untuk menaikkan tegangan dari 220 Volt menjadi 5 kV. Spesifikasi transformator adalah sebagai berikut.
Input : 220 Volt, 5 A, 50 Hz Output : 5 kV, 20 mA
4. Osiloskop Digital Hantek DSO 5062B
29
5. Multimeter Digital
Multimeter digunakan untuk mengukur besarnya tegangan output transformator dan mengukur besar tegangan dari voltage divider.
6. Voltage Divider (Pembagi Tegangan)
Digunakan untuk menurunkan tegangan agar dapat diukur menggunakan multimeter. Perbandingan tegangan yang digunakan adalah 1 : 1000.
7. Satu Set Personal Computer
C. Tahap Pembuatan Tugas Akhir
Adapun tahap yang dilakukan dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah:
1. Perancangan model pengujian
31
2. Jenis isolasi yang digunakan
Pada penelitian ini menggunakan 3 jenis isolasi yang berbeda. Penggunaan isolasi yang berbeda dapat menghasilkan 3 jenis sumber peluahan. Sumber peluahan yang dihasilkan adalah peluahan sebagian jenis permukaan (Gambar 3.1), void (Gambar 3.2) dan corona (Gambar 3.3).
Gambar 3.1 Isolasi sumber peluahan permukaan
Keterangan :
Gambar 3.2 Isolasi jenis rongga
33
Keterangan :
1. Panjang elektroda adalah 10 cm dengan diameter 0.5 mm 2. Jarak antar sela
elektroda adalah 3 mm 3. Tebal elektroda plat 0.5 cm dengan diameter 12 cm
Gambar 3.3 Isolasi sumber korona
Ya Tidak
3. Diagram alir penelitian
Penelitian yang dilakukan menggunakan diagram alir seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.4. Diagram Alir Penelitian Menyiapkan sumber
peluahan yang beragam Mulai
Membuat kerangka pengujian, sensor dan
elektroda pengujian
Mendeteksi beragam sumber peluahan sebagian
(permukaan, rongga dan korona)
Menampilkan sinyal peluahan pada osiloskop
Analisis Berhasil
35
4. Diagram rangkaian pengujian
Gambar 3.5 Rangkaian pengujian
5. Proses pengujian peluahan sebagian
Tahapan yang dilakukan pada saat pengujian adalah sebagai berikut .
1. Jarak sela antara elektroda jarum dan elektroda plat diatur sebesar 3 mm.
2. Menempatkan tiga jenis isolasi berbeda sehingga menghasilkan tiga jenis peluahan sebagian yaitu permukaan, rongga dan korona.
3. Jarak antara sensor dan sumber peluahan diatur dengan jarak 30 cm.
4. Tegangan dinaikkan secara perlahan hingga mencapai tegangan maksimum5 kV. 5. Data pengujian disimpan sebanyak 85 sinyal untuk masing - masing sumber
peluahan dan dideteksi dengan menggunakan osiloskop. 6. Data hasil pengujian disimpan dalam ekstensi “.csv”.
6. Pengolahan data
Proses akhir dalam penelitian ini adalah pengolahan data. Data gelombang peluahan yang akan diolah berjumlah 85 sampel untuk masing - masing jenis sumber peluahan. Data sinyal peluahan sebagian yang diambil berupa data tabular dengan ekstensi “.csv”. Data tabular “.csv” berisi data amplitudo dan perioda yang mewakili
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Setelah melakukan proses pengujian serta analisa data maka diperoleh simpulan sebagai berikut.
1. Sinyal peluahan sebagian dapat dideteksi dengan menggunakan metode elektromagnetik.. Dengan memanfaatkan radiasi elektromagnetik yang dideteksi oleh sensor, maka dapat diketahui karakteristik dari sinyal peluahan.
3. Durasi waktu peluahan tercepat terjadi pada peluahan jenis rongga dan durasi waktu terlama peluahan sebagian terjadi pada korona.Hal ini dikarenakan proses peluahan yang berbeda pada peluahan jenis rongga dan korona. Saat sumber tegangan dinaikkan kelevel yang lebih tinggi, maka muatan akan berkumpul pada ujung elektroda. Muatan akan memiliki pergerakan kesegala arah. Dikarenakan tidak adanya penghalang diantara elektroda, maka pergerakan muatan cendrung stabil. Hal ini yang menyebabkan durasi korona lebih lama dibandingkan peluahan permukaan dan rongga.
61
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.
2. Penelitian lebih lanjut dapat dilakukan dengan memvariasikan jenis elektroda, jenis sumber peluahan dan jenis sensor yang berbeda sehingga dapat membandingkan karakteristik peluahan sebagian lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
Abduh, S, 2003 ;Teknik Tegangan Tinggi Dasar Pembangkitan dan Pengukuran, Salemba Teknika. Jakarta.
Aycan Erentok And Richard W. Ziolkowski, 2008; Metamaterial-Inspired Efficient Electrically Small Antennas; Ieee Trans. On Antennas And Propagation, Vol. 56, No. 3, Pp. 691-707.
Atanu Roy, Saswati Ghosh And Ajay Chakrabarty, 2007; Wideband Performance Of Dielectric Loaded Monopole Trans-Receive Antenna System; Intl. Conf. On Industrial And Information Systems (Iciis 2007), 8 – 11 August 2007, Sri Lanka,Pp. 181-185.
David F. Warne And A. Haddad, 2004; Advance In High Voltage Engineering, Institution Of Electrical Engineers. London
Dustin H. Froula, Siegfried H. Glenzer, Neville C. Luhmann, and Jr., John Sheffield, 2001. Plasma Scattering of Electromagnetic Radiation, 2nd ed., Elsevier.
E. Kuffel , W. S. Zaengl and J. Kuffel, High Voltage Engineering Fundamentals; Newnes, 2000
Frederick. H. Kreuger, 1991; Industrial High Voltage: Delft University Press. Netherland
Gaetano Marrocco, 2008; The Art Of Uhf Rfid Antenna Design: Impedance- Matching And Size-Reduction Techniques; Ieee Antennas And Propagation Magazine, Vol. 50, No. 1.
H.H. Sinaga, B.T. Phung, And T.R. Blackburn. 2010;Partial Discharge
Localization In Transformers Using Wide And Narrow Band Methods Uhf Sensors. Sydney
Jose Lopez-Roldan, T. Tang, And M. Gaskin, 2008; “Optimisation Of A Sensor For Onsite Detection Of Partial Discharges In Power Transformers By The Uhf Method”, Ieee Transaction On Dielectrics And Electrical Insulation Vol. 15, No. 6, Pp. 1634- 1639.
Jian Ye, Shuqing Li And Tao Li, Changzheng Xia.;Study On The Uhf Technique Applied In Pd Detection.China
K. Lonngren and S. Savov, Fundamentals of Electromagnetics with MATLAB, 1st ed., SciTech Publishing, 2005.
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.
M. Muhr, T. Strehl, E. Gulski, K. Feser, E. Gockenbach, And W. Hauschild,. 2006.Sensors And Sensing Used For Non-Conventional Pd
Detection, Ref No: Dl-102, Cigré,
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
M. D. Judd, G. P. Cleary, C. J. Bennoch And J. S. Pearson. 2002;Power Transformer Monitoring Using Uhf Sensors : Site Trials.Usa
Pinpart, T. And Judd, M.D. 2009; Experimental Comparison Of Uhf Sensor Types For Pd Location Applications; Electrical Insulation Conference (Eic 2009), Montréal, Québec, Canada, Pp. 26- 30
Pantelis Agoris, S. Meijer, And J. J. Smit, 2007; “Sensitivity Check Of An Internal Vhf/Uhf Sensor For Transformer Partial Discharge Measurements”, The Powertech '07 Conference, Lausanne, France, Pp. 2065 – 2069. Philip J. G. Orr, Alistair J. Reid And Martin D. Judd.2008;Detection Of Partial
Discharge In Solid And Liquid Insulation With Aiv Electric Field Sensor. Beijing.
R. Sarathi And G. Koperundevi.2008;Uhf Technique For Identification Of Partial Discharge In A Composite Insulation Under Ac And Dc Voltages. Indian Institute Of Technology Madras.India
Using Uhf Technique. Indian Institute Of Technology Madras. India Sun-Geun Goo, Hyeongjun Ju, Kijun Park, Kiseon Han, Jinyul Yoon. 2007;Ultra-
High Frequency Spectral Characteristics Of Partial Discharge In Insulation Oil. Korea Electric Power Research Institute.Korea S. Coenon, S.Tenbohlen, S.M Markalous, T.Strehl;Performance Check And
Sensitivity Verication For Uhf Pd Measurement On Power Transformers.University Of Stuttgart. Germany
S. Tenbohlen, D. Denissovands. M. Hoek. 2008;Partial Discharge Measurement In The Ultra High Frequency (Uhf) Range. .University Of Stuttgart. Germany
