KEGAGALAN BAHAN ISOLASI POLIETILEN KERAPATAN RENDAH ATAU LDPE OLEH AKTIVITAS PARTIAL DISCHARGE
YANG DISEBABKAN TEGANGAN AC GELOMBANG SINUSOIDAL DAN TEGANGAN AC GELOMBANG PERSEGI
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Strata I Pada jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas
OLEH : ADE OKTASENDA
0810952080
PEMBIMBING :
EKA PUTRA WALDI, M. Eng NIP : 19721220 199805 1 003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS
Abstrak
Fenomena Partial Discharge (PD) pada bahan isolasi yang diakibatkan penerapan tegangan tinggi AC gelombang sinusoidal pada listrik bertegangan tinggi sekarang ini telah banyak diteliti. Berbagai hasil penelitian telah memberikan data akurat mengenai mekanisme degradasi bahan isolasi yang diakibatkan oleh fenomena partial discharge tersebut. Namun baru sedikit penelitian tentang fenomena partial discharge pada bahan isolasi yang menerapkan tegangan tinggi AC gelombang persegi sebagai input tegangannya. Contoh penggunaan tegangan tinggi AC gelombang persegi dalam bidang industri adalah pada inverter motor 3 fasa yang berfungsi sebagai pengatur kecepatan motor AC.
Tugas akhir ini melakukan penelitian partial discharge (PD) skala laboratorium dengan menerapkan tegangan tinggi AC gelombang Sinusoidal dan tegangan tinggi AC persegi menggunakan elektroda jarum-bidang datar didukung dengan peralatan seperti High Voltge Amplifier model 20/20C, Function Generator AFG 3252, Osiloskop Digital TDS 210, Osiloskop Digital DPO 5104, dan PC maka dapat diperoleh keterangan PD berupa waktu tembus bahan isolasi dan besaran muatan maksimum PD yang terjadi selama pengukuran saat menerapkan tegangan tinggi AC gelombang sinusoidal dan tegangan tinggi AC persegi. Sampel polimer yang digunakan adalah LDPE.
Berdasarkan hasil pengukuran tersebut menunjukkan bahwa tembus sampel polimer LDPE oleh PD saat menerapkan tegangan AC gelombang persegi dengan tegangan kerja 2 kV adalah 20 detik, sedangkan saat menerapkan tegangan AC gelombang sinusoidal dengan menggunakan besaran tegangan kerja yang sama adalah 1584 detik atau 26 menit 24 detik. Besaran muatan maksimum PD pada sampel polimer LDPE saat menerapkan tegangan AC gelombang persegi dengan tegangan kerja 2 kV sebesar 1490 mA lebih besar dibanding saat tegangan AC gelombang sinusoidal sebesar yang hanya sebesar 1040 mA.
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Fenomena Partial Discharge (PD) pada bahan isolasi yang diakibatkan penerapan tegangan gelombang AC sinusoidal pada listrik bertegangan tinggi
sekarang ini telah banyak diteliti. Berbagai hasil penelitian telah memberikan data
akurat mengenai mekanisme degradasi bahan isolasi yang diakibatkan oleh
fenomena partial discharge tersebut. Namun baru sedikit penelitian tentang fenomena partial discharge pada bahan isolasi yang menerapkan tegangan gelombang AC Square / persegi sebagai input tegangannya.
Bahan isolasi sangat berperan penting pada sistem tenaga listrik untuk
memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga diantara
penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan atau percikan api. Material
yang sering dipilih sebagai bahan isolasi peralatan tegangan tinggi adalah material
polimer. Material polimer ini dipilih karena selain memiliki tegangan tembus yang
tinggi, juga memiliki keuntungan seperti kekuatan dielektrik tinggi, ringan dan
mudah dalam proses pembuatan.
Namun pada material ini sering ditemukan mengandung cacat berupa
rongga (void) yang timbul karena adanya gas atau bahan isolasi yang tidak homogen pada saat proses manufacturing. Rongga ini bisa berisi gas atau cairan
yang mempunyai tegangan tembus lebih rendah dibanding bahan isolasinya.
Disamping itu, konstanta dielektrik di dalam rongga biasanya lebih rendah
dibanding permitivitas relatif zat padat, sehingga intensitas medan di dalam
rongga menjadi lebih besar. Oleh karena itu dalam kondisi normal, tegangan
terjadinya tembus di dalam rongga. Tembus semacam ini disebut partial disharge, yaitu peluahan listrik yang terjadi secara lokal dalam suatu sistem isolasi. Adanya rongga pada material isolasi ini tidak menyebabkan kerusakan
secara langsung, namun untuk jangka waktu yang panjang, terjadinya tembus
pada rongga material isolasi dapat merusak struktur mikro bahan isolasi dan
membuat usia pakai isolasi menjadi lebih pendek.
Tegangan berbentuk gelombang square / persegi pada peralatan
bertegangan tinggi dalam bidang industri salah satunya ditemukan pada inverter
motor 3 fasa yang berfungsi sebagai pengatur kecepatan motor AC. Prinsip kerja
inverter adalah mengubah input motor (listrik AC) menjadi DC dan kemudian
[image:4.595.158.470.400.490.2]dijadikan AC lagi.
Gambar 1.1 Rangkaian inverter speed control motor AC 3 fasa
Gambar 1.2 Tegangan output Inverter berupa gelombang persegi
Kecepatan motor AC dapat dikontrol dengan cara merubah frekuensi outputnya.
[image:4.595.233.388.540.663.2]Ns = 120 x f / p
Ns = Kecepatan motor
f = frekuensi (Hz)
p = jumlah kutub
Penelitian ini menggunakan film LDPE IEC 353 sebagai material isolasi dan elektroda jarum – bidang datar sebagai media terjadinya aktifitas partial discharge (PD). Dilakukan dua percobaan, yaitu pengujian PD dengan menerapkan tegangan AC gelombang persegi dan dengan menerapkan tegangan
AC gelombang sinusoidal. Fenomena kerusakan yang disebabkan oleh PD
menggunakan elektroda jarum – bidang datar dengan menerapkan tegangan
gelombang persegi diselidiki dan kemudian dibandingkan dengan kerusakan yang
terjadi saat menerapkan tegangan AC gelombang sinusoidal.
1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini meliputi :
1. Mengamati dan membandingkan waktu tembus hingga film LDPE
mengalami kegagalan (breakdown) saat menggunakan tegangan AC
gelombang sinusoidal dan tegangan AC gelombang square / persegi.
2. Mengamati dan membandingkan besaran partial discharge (PD) yang
diakibatkan tegangan AC gelombang sinusoidal dan tegangan AC
gelombang persegi pada film LDPE.
1.3. Pembatasan Masalah
1. Sampel polimer yang digunakan dari jenis LDPE IEC 353 dalam bentuk
film dengan ketebalan 20 µm.
2. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan elektroda jarum – bidang
datar dengan celah udara yang diasumsikan sebagai void sebesar 0,1 mm dan konfigurasi elektroda jarum : panjang = 5,135 cm; diameter = 0,04
cm.
3. Tegangan yang digunakan adalah tegangan AC gelombang sinusoidal dan
persegi dengan frekuensi 50 Hz dan variasi tegangan kerja 1,8 kV dan 2,0
kV.
4. Tidak membahas mengenai inverter motor 3 fasa.
5. Tidak membahas secara detil alat dan komponen atau media yang
digunakan dalam sistem pengukuran.
1.4. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini adalah didapatkan perbandingan jenis tegangan AC
dengan bentuk gelombang mana yang lebih bersifat merusak (sinusoida atau
persegi) dan dapat dijadikan sebagai informasi untuk pemilihan jenis kabel
berisolasi yang tepat dan efisien saat tegangan kerja yang digunakan berupa
tegangan AC gelombang sinusoidal dan tegangan AC gelombang persegi.
1.5. Sistematika Penulisan
Laporan Tugas Akhir ini disusun dengan sistematika sebagai berikut :
BAB I Pendahuluan
Berisi tentang latar belakang, tujuan penelitian, pembatasan
masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.
Memuat dasar teori tentang peluahan sebagian (partial
discharge), isolasi material polimer khususnya LDPE, serta teori mengenai tegangan AC gelombang sinusoidal dan
persegi.
BAB III Metodologi Penelitian dan Sistem Pengolahan Data
Membahas mengenai metodologi yang digunakan,
langkah-langkah pengambilan data, dan perangkat komponen yang
digunakan dalam sistem pengukuran dan persiapan sampel.
BAB IV Hasil Pengukuran dan Analisa
Menyajikan data-data hasil pengukuran pada polimer LDPE
dan analisis hasil percobaan.
BAB V Penutup
Menarik kesimpulan dan memberi saran atas percobaan
