Pengujian Dan Simulasi Sistem Isolasi Motor Pada Beberapa Kondisi Lingkungan Di Laboratorium

(1)

Siti Sudatul Aisyah Novianti

NRP . 2211 106 021

Pengujian Dan Simulasi Sistem

Isolasi Motor Pada Beberapa

Kondisi Lingkungan Di Laboratorium

Pembimbing :

1. Dr.Eng.I Made Yulistya Negara,ST.,M.Sc.

2. Dimas Anton Asfani,ST.,MT.,Ph.D.

Presentasi Sidang Tugas Akhir (Gasal 2013 - 2014) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

(2)

(3)

PENDAHULUAN

Pemeliharaan motor

Pengujian tahanan isolasi dan indeks polarisasi

Saat Kondisi Normal

Saat Kondisi Terjadi Kelembaban

Saat Kondisi Terjadi Kontaminasi

Simulasi Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi

(4)

Kenapa Kelembaban?

Kelembaban pada isolasi belitan motor dapat

menyebabkan

oksidasi

,

penurunan kualitas

isolasi

dan

kerusakan koneksi

,kelembaban

yang tinggi menyebabkan kondensasi bebas

pada peralatan, dimana dapat mengakibatkan

bahaya

hubung singkat.

(5)

Kenapa Kontaminasi?

Kontaminasi

ini

akan

mempengaruhi

kekuatan

isolasi

,

dapat

menyebabkan

tracking

, dan

flashover

. Kontaminasi pada

isolasi belitan motor bisa diakibatkan adanya

minyak

,

oli

,

garam

,

debu

yang bercampur

dengan

bahan kimia

,serta partikel yang

mengumpul

menjadi

konduktif

,atau

kontaminasi juga bisa karena pemeliharaan

(6)

Kerusakan isolasi stator motor akibat

kelembaban dan kontaminasi

6 Hubung singkat antar phasa Hubung singkat dalam coil Kerusakan bearing dan isolasi akibat Kontaminasi greased

• http://soemarno.org/2008/09/15/typical-kerusakan-winding/

• M.Culbert(MIEEE), “A review of cleaning method for motor winding” ,IRIS POWER LP, 2008

• Greg C. Stone, Edward A. Boulter, Ian Culbert, Hasnain Dhirani , “Electrical Insulation for Rotating Machines – Design, Evaluation, Aging, Testing and Repair”, Wiley – IEEE Press, 2004

Tracking pada isolasi akibat kontaminasi

(7)

Kelembaban dan kontaminasi menyebabkan

korosi pada stator dan rotor

(8)

Pengujian Tahanan Isolasi

dan Indeks Polarisasi

Page 8

Indeks Polarisasi Keterangan

< 1.0 Buruk Sekali 1 s/d 1.4 Buruk 1.5 s/d 1.9 Diragukan 2.0 s/d 2.9 Sedang/Cukup 3.0 s/d 4.0 Bagus >4.0 Bagus Sekali

Tabel 1. Pengertian Hasil Dari Nilai Indeks Polarisasi[3]

[3] FLUKE corporation, Insulation Resistance testing aplication note, fluke dgitial library,2007.

PI=

𝐼𝑅 min 10

(9)

Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi

Menurut IEEE std 43-2000

Arus Bocor Permukaan _Arus Kapasitansi Arus Konduktansi Arus Absorpsi RTG CTG Tahanan Terbesar saat Pengujian 1/10 RTG 1/10 CTG

Tegangan test dari alat ukur

(10)

Kurva arus yang termonitor dari

rangkaian ekivalen tahanan isolasi Menurut

Standar IEEE 43 2000

Page 10

ITArus total

Arus absorpsi (IA)

mempunyai nilai awal cukup tinggi, dan terus turun sampai mendekati nilai nol

Arus bocor permukaan (IL)

nilainya konstan, tapi saat ada kelembaban dan kontaminasi nilainya sangat besar

Arus Kapasitansi (IC)  nilainya sangat

besar tapi berlangsung sangat singkat, sebelum menit pertama nilainya sudah 0

Arus konduktansi (IG)=

(11)

Resistansi terhadap Ground (RTG)

Kapasitansi terhadap Ground (CTG)

[4]

[4] McKinnon,David L. Using Six Fault Zone Approach For Predictive Maintanance On Motors.2011.

RTG=R

_T

.K

_T

Dimana :

RTG= Resistansi terhadap ground (MΩ)

K_T= koefisien tahanan isolasi pada temperatur °𝐶

R_T= Tahanan rata-rata hasil pengukuran tahanan isolasi pada saat temperatur °𝐶

CTG=

𝒁

𝟐

− 𝑹𝑻

𝟐

Dimana :

CTG= Kapasitansi terhadap ground (nF)

Z =impedansi sistem isolasi motor

(12)

RANCANGAN PERCOBAAN DAN

PENGUJIAN

(13)

SAAT KONDISI NORMAL

Motor dioperasikan selama 14 hari

( 10 jam/hari)

Setiap hari dilakukan pengujian tahanan isolasi

dan indeks polarisasi Motor Induksi

3 phasa MegaOhm Meter/

(14)

Page 14

SAAT KONDISI KELEMBABAN

Motor dan Humidifier dioperasikan selama 14 hari

( 10 jam/hari)

Setiap hari

dilakukan pengujian tahanan isolasi dan

indeks polarisasi Humidifier Motor Induksi Chamber (Akrilik) Humidy meter Kelembaban mencapai 95%

(15)

SAAT KONDISI KONTAMINASI

Motor dan Humidifier dioperasikan selama 14 hari

( 10 jam/hari)

Setiap hari dilakukan pengujian tahanan isolasi

(16)

Kenapa harus diukur setiap

hari?dan hanya 14 hari?

Karena percobaan yang dilakukan pada tugas akhir saya ini adalah percobaan accelerated agging, dimana motor diberi kelembaban diatas batas kelembaban yang seharusnya (≥95%), sehingga setiap hari harus dicek bagaimana progres penurunan nilai tahanan isolasi dan indeks polarisasinya. Idealnya motor dioperasikan pada lingkungan yang kering dan bersih, kelembaban < 60%. (50% ∓5%)

Data yang diambil hanya sampai hari ke-14 karena data pengujian tahanan isolasi pada hari ke 14 sudah dapat mewakili akibat kelembaban dan kontaminasi pada tahanan isolasi dan indeks polarisasi.

16 • Ivan,Pica “The Effect of thermal and radiation accelerated ageing on the AC Electric Motor Paramter” ,

National Atomic Energy Agency

• Sugarman and Sheets, “The Accelerated Aging of a Small Electric Motor,” 1987 International Coil Winding As sociation, Inc. and IEEE Electrical Insulation Conference, EIC/EMCWA, 1987

(17)

(18)

DATA PENGUJIAN SAAT KONDISI

NORMAL

Menit ke U-Ground (MΩ) V-Ground (MΩ) W-Ground (MΩ) Keterangan 1 495.7 446.68 368.7 Alat ukur: SANWA MG1000 “Digital Insulation Tester” Suhu ambient: 31 C 2 665.9 620 440 3 784 745 687 4 926 950 845 5 1908.1 1267 1096.1 6 2028 1768.5 1785 7 2521 1946 1956 8 2756 2524 2450 9 3621 3512 3565.8 10 3995.4 3997.8 3996.7 PI 8.06 8.95 10.84

Page18

Nilai Indeks Polarisasi masih >4 yang berarti kualitas isolasi untuk phasa U,V dan W masih bagus sekali

Tabel 2. Data pengujian tahanan isolasi saat kondisi normal

Tahanan isolasi masih besar dan sampai menit ke 10 nilainya terus naik, yang berarti isolasi dalam keadaan bersih dan kering

(19)

Analisa data yang akan dijelaskan akan diwakili

oleh Phasa U

Menghitung PI, RTG, dan CTG: [4] PI=_{𝑹𝟏𝒎𝒊𝒏}𝐑𝟏𝟎𝒎𝒊𝒏=𝟑𝟗𝟗𝟓.𝟒𝑴𝜴_{𝟒𝟗𝟓.𝟕𝑴𝜴} =8.06 R_T= 𝟒𝟗𝟓.𝟕:𝟔𝟔𝟓.𝟗: 𝟕𝟖𝟒:𝟗𝟐𝟔: 𝟏𝟗𝟎𝟖.𝟏: 𝟐𝟎𝟐𝟖: 𝟐𝟓𝟐𝟏: 𝟐𝟕𝟓𝟔: 𝟑𝟔𝟐𝟏:𝟑𝟗𝟗𝟓.𝟒_𝟏𝟎 =1970.11 MΩ Kt=(0.5) 40−31 10 = (0.5)0.9_=0.536 RTG=K_T.R_T= 0.536x1970.11 =1055.97 MΩ Z=_{𝒄𝒐𝒔 𝜽}𝐑𝑻 =1970.11_0.83 =2373.6 MΩ CTG = 𝒁𝟐 − 𝑹𝟐= 2373.62 − 1970.112 =1323.9 nF

(20)

Page 20

Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi

Saat Kondisi Normal (Phasa U)

Indeks Polarisasi

Nilai Isolasi dalam keadaan 8.06 Bagus Sekali

RTG

Impedansi internal alat ukur

CTG

Resistansi terbesar saat pengujian

1/10 R2

(21)

Perbandingan kurva tahanan isolasi terhadap

waktu (dari hasil pengujian) dengan Kurva

arus terhadap waktu (dari hasil Simulasi

Rangkaian ekivalen)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

4000 Saat Kondisi Normal (Phasa U)

waktu(menit) T ah an an I sol as i ( M egaoh m )

Kurva Tahanan isolasi terhadap waktu ( dari hasil pengujian ) Phasa U

Kurva arus terhadap waktu ( Hasil Simulasi Rangkaian Ekivalen ) Phasa U

Dari kedua kurva ini terlihat bahwa kurva resistansi dan arus sama-sama linier tetapi

(22)

DATA PENGUJIAN SAAT KONDISI

TERJADI KELEMBABAN

22 Menit ke U-Ground (MΩ) V-Ground (MΩ) W-Ground (MΩ) Keterangan 1 230 318.7 315.9 Alat ukur: SANWA MG1000 “Digital Insulation Tester” Suhu ambient: 31 C Kelembaban: 95% 2 321.5 480.8 459 3 465.6 429.1 590.3 4 599.3 542.6 645.3 5 556.7 656.1 792.6 6 697.4 765.7 745.1 7 760.1 718.4 899.3 8 863.1 878.1 956.6 9 799 784.1 974.4 10 704 656.5 780.4 PI 3.06 2.06 2.32

Nilai Indeks polarisasi untuk Phasa U, V dan W sudah < 4, tetapi isolasi masih dalam keadaan bagus, penurunan nilai indeks polarisasi ini diakibatkan karena adanya kelembaban pada isolasi belitan motor

Page 17

Tabel 3. Data pengujian tahanan isolasi saat kondisi terjadi kelembaban Tahanan isolasi masih besar tetapi sampai menit ke 10 nilainya naik turun, disebabkan adanya moisture pada isolasi motor

(23)

Analisa diwakili oleh Phasa U, dan dengan

menggunakan Persamaan dan perhitungan

yang sama untuk PI, RTG dan CTG

Indeks Polarisasi RTG (MΩ) CTG (nF) Nilai Kualitas Isolasi

3.06 Bagus 321.43 403

Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Saat Kondisi Terjadi Kelembaban

RTG CTG Resistansi terbesar saat pengujian 1/10 R2 1/10 C1

(24)

Page 24

Perbandingan kurva tahanan isolasi terhadap

waktu (dari hasil pengujian) dengan Kurva

arus terhadap waktu (dari hasil Simulasi

Rangkaian ekivalen)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 200 400 600 800 1000

Saat Kondisi Kelembaban (Phasa U)

Kurva Tahanan isolasi terhadap waktu (dari hasil pengujian ) Phasa U

Kurva arus terhadap waktu (Hasil Simulasi Rangkaian Ekivalen) Phasa U

Dari kedua kurva ini terlihat bahwa kurva resistansi dan arus sama-sama tidak linier dan berbanding

terbalik

Kurva arus tidak linier karena ada pengaruh arus bocor permukaan saat ada kelembaban pada isolasi

(25)

DATA PENGUJIAN SAAT KONDISI

TERJADI KONTAMINASI

Menit ke U-Ground (MΩ) V-Ground (MΩ) W-Ground (MΩ) Keterangan 1 287.4 322.6 303 Alat ukur: SANWA MG1000 “Digital Insulation Tester” Suhu ambient: 31 C Kelembaban: 95% 2 340.8 340.8 467 3 490.3 490.3 566 4 556.0 556 684 5 608.1 608.1 652 6 686.1 696.1 674 7 656.7 666.7 784.1 8 747.0 757.1 884 9 796.8 766.8 867 10 686.9 654.9 702.9

Nilai Indeks polarisasi untuk Phasa U, V dan W sudah < 4, tetapi isolasi masih dalam keadaan cukup bagus (> 2) , penurunan nilai indeks polarisasi ini diakibatkan karena adanya kelembaban sekaligus kontaminasi pada isolasi belitan motor

Tabel 4. Data pengujian tahanan isolasi saat kondisi terjadi kontaminasi

Tahanan isolasi masih besar tetapi sampai menit ke 10 nilainya naik turun, disebabkan adanya mositure dan atau garam pada isolasi motor

(26)

26

Analisa diwakili oleh Phasa U, dan dengan

menggunakan Persamaan dan perhitungan

yang sama untuk PI, RTG dan CTG

Indeks Polarisasi RTG (MΩ) CTG (nF) Nilai Kualitas Isolasi

2.39 Cukup Bagus 313.9 393.5

Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Saat Kondisi Kontaminasi (Phasa U)

Impedansi internal alat ukur RTG CTG Resistansi terbesar saat pengujian 1/10 R2 1/10 C1

Ada tambahan sumber AC untuk mewakili kelembaban kontaminas yang terdapat pada

(27)

Perbandingan kurva tahanan isolasi terhadap

waktu (dari hasil pengujian) dengan Kurva

arus terhadap waktu (dari hasil Simulasi

Rangkaian ekivalen)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 100 200 300 400 500 600 700 800

Saat Kondisi Kontaminasi (Phasa U)

Kurva Tahanan isolasi terhadap waktu (dari hasil pengujian ) Phasa U

Kurva arus terhadap waktu (Hasil Simulasi Rangkaian Ekivalen) Phasa U

Dari kedua kurva ini terlihat bahwa kurva resistansi dan arus sama-sama tidak linier dan berbanding

terbalik

Kurva arus tidak linier karena ada pengaruh arus bocor permukaan saat ada kelembaban dan

(28)

KESIMPULAN

(29)

nilai indeks polarisasi untuk Phasa U adalah saat kondisi normal nilainya

8.06, saat kelembaban nilainya 3.06 , dan saat kontaminasi nilainya 2.39.

Nilai indeks polarisasi antara kondisi normal, kelembaban, dan kontaminasi adalah semakin mengecil , yang berarti kualitas isolasi motor semakin menurun, hal ini disebabkan adanya uap air (embun air) saat terjadi kelembaban pada isolasi motor dan adanya uap air sekaligus garam saat terjadi kontaminasi pada isolasi motor.

Rangkaian ekivalen tahanan isolasi dibuat untuk memonitor arus pada isolasi motor dari hasil pengujian, yaitu pada kondisi normal memonitor arus absorpsi, sedangkan pada saat terjadi kelembaban dan kontaminasi arus yang dimonitor adalah arus absorpsi dan arus bocor permukaan.

Gambar kurva tahanan isolasi terhadap waktu dari hasil pengujian dengan kurva arus terhadap waktu hasil simulasi gambarnya berbanding terbalik, karena sesuai dengan hukum ohm yaitu arus berbanding terbalik dengan resistansi

(30)

TERIMA KASIH

“MANJADDA WAJADA”

(31)

(32)

Pada aplikasinya apakah harus tiap hari

diukur ,karena harus dimatikan terlebih

dahulu?

Pada aplikasinya, misalnya di pembangkit , pengujian tahanan isolasi tentu saja tidak dilakukan setiap harinya, tetapi saat ada pemeliharaan periodik yaitu: • Pemeriksaan sederhana yang dilakukan setiam 8.000 jam

• Pemeriksaan sedang, setiap 16.000 jam • Pemeriksaan serius , setiap 32.000 jam

Tetapi, apabila motor atau peralatan listrik tiba-tiba mengalami kerusakan atau gangguan, maka pengujian tahanan isolasi merupakan pengujian yang paling sederhana dan mudah untuk mengetahui kemampuan isolasi motor, sebelum melakukan test atau pengujian lainnya.

(33)

Akibat kelembaban pada Indeks

polarisasi

(34)

34

Akibat kelembaban pada

(35)

Akibat kontaminasi pada Indeks

polarisasi

10, 7.78 20, 7.45 30, 7.06 40, 6.78 50, 6.12 60, 5.84 70, 5.52 80, 5.21 90, 4.91 100, 4.55 110, 3.88 120, 3.46 130, 2.54 _{140, 2.39} 0 0.75 1.5 2.25 3 3.75 4.5 5.25 6 6.75 7.5 8.25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Indek s P ol ari sas i Jam operasi

(36)

Akibat kontaminasi pada

Tahanan Isolasi

36 10, 507.1 20, 485.9 30, 431.2 40, 443.5 50, 490.3 60, 513.7 70, 543.8 80, 567.5 90, 565.4 100, 500.7 _{110, 489.7} 120, 449.1 130, 410.2 140, 287.4 0 100 200 300 400 500 600 700 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 T ahanan I Sol as i jam operasi

(37)

Saat kondisi normal

10, 498.3 20, 494.4 30, 495.7 40, 494.7 50, 496.1 60, 496.8 70, 496.2 80, 496.2 90, 496.2 100, 497.4 110, 496.7 120, 496.3 130, 496.6 140, 495.7 480 485 490 495 500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 T ah an an Is ol asi jam operasi

(38)

Saat Kondisi Normal

38 10, 8.06 20, 8.08 30, 8.06 40, 8.06 50, 8.06 60, 8.04 70, 8.04 80, 8.04 90, 8.04 100, 8.04 110, 8.05 120, 8.04 130, 8.05 140, 8.06 7.75 7.8 7.85 7.9 7.95 8 8.05 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Indek s P ol ari sas i Jam operasi

(39)

Fungsi pemeliharaan

- Untuk meminimalisir kecelakaan

- Untuk memperpanjang life time peralatan

- Untuk mengurangi kerugian akibat perbaikan

- Untuk menghindari shutdown yang tidak diinginkan

- Untuk keselamatan kerja

- Menghindari downtime agar bisa menguntungkan perusahaan

(40)

Kenapa harus 14 hari?

Setiap harinya baik pada kondisi normal , kelembaban, maupun kontaminasi selalu dilakukan pengujian tahanan isolasi, dengan begitu dapat dilihat seberapa besar pengaruh kelembaban dan kontaminasi yang diberikan, terhadap nilai tahanan isolasi dan indeks polarisasinya pada motor yang diuji, dan dikarenakan keterbatasan waktu penelitian dan juga pada hari ke 14 sudah dapat terlihat pengaruh kelembaban dan kontaminasi pada nilai tahanan isolasi dan indeks polarisasi motor , maka diambil data sampai hari ke 14 untuk semua kondisi , setidaknya data tersebut dapat mewakili bahwa kelembaban dan kontaminasi dapat menyebabkan turunnya nilai tahanan isolasi dan indeks polarisasi pada motor.

(41)

Mekanisme Kegagalan

insulasi Belitan Stator

Mekanisme kegagalan dari lilitan stator adalah

• Penurunan usia

menyebabkan kerapuhan, penyusutan, dan retakan pada isolasi • Sebab-sebab elektris

korona, slot discharge, petir, switching surge, fasa-tunggal, tegangan tidak seimbang, efek panas berlebih, dan uji kegagalan

• Sebab-sebab mekanis

getaran, ikatan dan pasak longgar, bar amortisseur patah, bilah kipas, besi longgar, koneksi longgar, sinkronisasi close-in atau out-of-step, dan benda asing

• Penyebab panas

overloading, panas berlebih dari laminasi hubung-singkat, siklus termal, kehilangan pendingin, panas berlebih dari kegagalan isolasi, dan tape separation.

(42)

42

KEUNTUNGAN & KERUGIAN PENGUJIAN

TEGANGAN DC

• Lebih dipiih pada peralatan yang memiliki

nilai charge kapasitansi yang sangat tinggi, seperti kabel.

• Lebih rendah merusak isolasi daripada

tegangan AC.

• Tes dapat dihentikan sebelum terjadi

kegagalan peralatan.

• Pengukuran dapat diambil secara

bersamaan.

• Data historis dapat dikompilasi dan tersedia

untuk evaluasi.

• Tidak perlu ada tes tahanan isolasi terpisah

sebelum tes overpotential DC.

• Ukuran dan berat peralatan signifikan

berkurang dibandingkan dengan tegangan uji AC.

• Sisa charge setelah uji tegangan DC harus dihilangkan dengan hati-hati.

• Waktu yang dibutuhkan untuk

melakukan uji tegangan tinggi lebih lama dibandingkan dengn uji tegangan tinggi AC.

• Dimungkinkan adanya efek

berbahay akibat pengujian tegangan tinggi DC pada beberapa jenis kabel.

• Kerusakan yang tidak terdeteksi dengan DC, dapat menyebabkan kegagalan saat tegangan AC.

• Temperatur dan tegangan

mempengaruhi resistivitas.

• KEUNTUNGAN

_{• KERUGIAN}

(43)

PENGUJIAN TAHANAN ISOLASI

• hanya mengukur nilai tahanan isolasi untuk jangka waktu pendek seperti 30 atau 60 detik. Hasil dari pembacaan ini hanya mengindikasikan keadaan isolasi secara kasar. Penurunan yang berkelanjutan merupakan indikasi adanya kerusakan isolasi

Short Time Readings

• Sebuah sistem isolasi yang baik akan menunjukkan terus meningkatnya nilai tahanan selama periode waktu di mana tegangan diberikan

Time–Resistance Readings

• biasa dilakukan untuk pengujian daya serap dielektrik. Rasio PI yang kurang dari 1 menunjukkan kerusakan peralatan dan butuh segera dilakukan pemeliharaan. Tes ini digunakan untuk sistem isolasi kering seperti tipe transformer, kabel

PI test

• tegangan diberikan secara bertahap ke isolasi yang diuji dengan metode mengontrol tegangan. Saat tegangan meningkat, isolasi yang lemah akan menunjukkan ketahanan yang lebih rendah

Step-Voltage Readings (DC Voltage Tip-Up Test)