PENGUJIAN BAHAN ISOLASI LDPE FILM TERHADAP
AKTIVITAS PD (PARTIAL DISCHARGE) DI UDARA
MENGGUNAKAN ELEKTRODA JARUM-BIDANG DENGAN
SELA UDARA 0,5 mm
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Strata I Pada jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas
Oleh :
Rony Prima Zarta BP. 0810952079
Pembimbing :
Eka Putra Waldi, M. Eng NIP : 197212201998031003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS
iv
1.5. Metodologi Penelitian……… 4
1.6. Sistematika Penulisan………...…. 6
BAB II DASAR TEORI……… 7
2.1. Isolasi Polimer………... 7
2.2. Polietilena……….. 9
2.3. Polyethylene Kerapatan Rendah (LDPE) ………. 13
2.4. Peluahan Sebagian(Partial Discharge) di dalam Bahan Isolasi………... 14
2.5. Internal Discharge………... 18
2.6. Peluahan Sebagian (PD) pada Void………... 19
2.6.1. Pembangkitan Ion………
2.6.1.1. Ionisasi Karena Benturan (collision) Elektron………...
19
v 2.6.1.2. Ionisasi Karena Cahaya (Fotoionisasi)………..
2.6.1.3. Ionisasi Karena Panas (Ionisasi Termal)………
22
24
2.6.2. Rekombinasi……… 24
2.7. Besar Muatan pada Peluahan Sebagian……… 29
BAB III SISTEM PENGUKURAN DAN PENGOLAHAN DATA……… 31
3.1.Pendahuluan……….. 31
3.2.Peralatan dan Bahan……….. 3.2.1. Trafo Tegangan Tinggi……… 3.2.2. Resistor Proteksi……….. 3.2.3. Elektroda Jarum-Plat Datar………. 3.2.4. Resistor Pengukuran (RM)……….. 3.2.5. Osiloskop TDS 2000……… 3.2.6. Kabel Koaksial dan Konektor……….. 3.2.7. Personal Computer (PC)……….. 3.3.Teknik Pengukuran……… 34
3.4.Akuisisi Data………. 35
3.5.Jadwal Penelitian………... 36
3.6.Tempat Penelitian……….. 36
BAB IV HASIL PENGUKURAN DAN ANALISA……… 37
4.1.Besar Tegangan Permulaan PD (Inception Voltage)……… 37
vi
4.3.Pengaruh Variasi Tegangan Uji terhadap Magnitude Muatan PD………....
4.3.1. Karakteristik Muatan PD pada Tegangan Uji 12 kV………
4.3.2. Karakteristik Muatan PD pada Tegangan Uji 14 kV………...
4.3.3. Karakteristik Muatan PD pada Tegangan Uji 16kV………...
41
41
43
44
4.4.Karakteristik PD sebagai Fungsi Waktu………
4.4.1. Jumlah Pulsa PD sebagai Fungsi Waktu………..
4.4.2. Muatan Rata-Rata PD sebagai Fungsi Waktu………..
4.4.3. Muatan PD Maksimum sebagai Fungsi Waktu………...
50
50
54
57
4.5.Skewness dan Kurtosis………..
4.5.1. Skewness………..
DAFTAR PUSTAKA……… 68
i ABSTRAK
Isolasi merupakan salah satu faktor yang penting pada penggunaan kabel
bawah tanah. Faktor yang berpengaruh pada performansi kabel isolasi polimer
adalah cacat yang berbentuk void, ketidakmurnian, dan tonjolan pada
permukaan. Adanya stress listrik yang terus-menerus maka akan terjadi penuaan
isolasi polimer dan cacat tersebut muncul peristiwa partial discharge.
Pada tugas akhir ini mengamati karakteristik dari partial discharge yang
terjadi pada isolasi kabel, khususnya LDPE menggunakan sistem elektroda jarum
plat, Osiloskop Digital TDS 210 dan PC sehingga diperoleh keterangan mengenai
pengaruh PD terhadap waktu tembus akibat dari variasi tegangan dan
karakteristik PD sebagai fungsi waktu.Dari hasil pengukuran dengan
menggunakan tegangan 12 kV, 14 kV dan 16 kV waktu tembus cenderung lebih
cepat jika tegangan terus naik dan muatan PD cendrung berkurang jika nilai
resistansi resistor diperbesar. Dari pengukuran juga diperoleh banyak muatan
PD, muatan rata-rata PD dan muatan maksimum PD. Variasi tegangan yang
makin besar maka jumlah muatan PD cenderung meningkat. Data disajikan
dalam bentuk Skewness dan Kurtosis.
Kata Kunci : Elektroda Jarum Plat, Void, Partial Discharge, LDPE,
1 BAB I
PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Penggunaan tegangan tinggi merupakan salah satu upaya untuk mengurangi rugi
energi dalam sistem transmisi dan distribusi daya listrik dari suatu pembangkit ke
konsumen yang letaknya saling berjauhan. Karena dengan menaikkan tegangan maka
arus yang mengalir menjadi kecil sehingga rugi energi karena adanya arus dan tahanan
penghantar pun menjadi kecil. Transmisi dan distribusi daya listrik itu biasanya melalui
hantaran udara (Over Head Line). Namun demikian karena beberapa kelemahan hantaran
udara yang diantaranya mengurangi estetika ruang dan memerlukan jarak aman yang
lebar, maka sistem transmisi dan distribusi daya listrik bawah tanah sekarang banyak
digunakan.
Dalam desain kabel bawah tanah, isolasi adalah salah satu faktor yang penting
dan sekarang ini banyak jenis bahan isolasi yang telah digunakan. Dalam
perkembangannnya kualitas isolasi kabel makin ditingkatkan mulai dari Oil Impregnated,
Oil filled (OF) hingga yang kini banyak digunakan adalah isolasi polimer seperti
High-Density Polyethylene (HDPE), Low-Density Polyethylene (LDPE), Crosslink
Polyethylene (XLPE), dan Polyvnyl Chloride (PVC). Namun demikian isolasi polimer
pun tak lepas dari beberapa kelemahan terkait dengan performansinya.
Faktor yang berpengaruh pada performansi kabel isolasi polimer adalah cacat
(defect). Cacat itu dapat timbul dalam bentuk void, ketidakmurnian (impurities), dan
tonjolan (protrusion) pada permukaan (interface) antara lapisan konduktor dan isolasi
2 cacat tersebut. Dalam pemakaiannya akibat adanya stress (tekanan) listrik yang
terus-menerus maka akan terjadi penuaan (aging) isolasi polimer dan pada cacat tersebut akan
muncul peristiwa partial discharge (PD) dalam material isolasi polimer yang merupakan
awal terjadinya breakdown atau kegagalan isolasi polimer.
Analisis partial discharge berguna untuk mendiagnosis tingkat degradasi isolasi
polimer. Fenomena pre-breakdown dapat dideteksi dengan pengamatan dan pengukuran
pulsa partial discharge. Mempelajari partial discharge sangat penting karena dengan
mengetahui tingkat partial discharge suatu isolasi bias memperkirakan kondisi isolasi.
Bahkan ada upaya untuk menggunakan informasi partial discharge untuk memprediksi
umur sisa isolasi.
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 yang dirasakan rongga dapat
melebihi tegangan tembusnya dan mungkin akan memulai terjadinya tembus di dalam
rongga. Tembus semacam ini disebut peluahan sebagian, yaitu peluahan listrik yang
terjadi secara lokal dalam suatu sistem isolasi atau peluahan listrik yang tidak secara
sempurna menghubungkan elektroda-elektroda.
Walaupun besarnya setiap peluahan biasanya kecil, peluahan-peluahan tersebut
dapat menyebabkan kerusakan secara bertahap dan bisa saja membawa kegagalan pada
akhirnya. Fenomena peluahan sebagian ini meliputi korona (corona discharge), peluahan
pada permukaan, peluahan pada material terlaminasi, peluahan pada rongga (cavity
3 Pengukuran dan pengamatan PD dapat dilakukan melalui pengamatan efek dari
PD tersebut yaitu diantaranya melalui pulsa arus listrik, perubahan sifat material isolasi,
suara dan radiasi sinar elektromagnetik. Pengukuran PD yang sekarang banyak
digunakan adalah dengan mendeteksi pulsa arus yang ditimbulkan oleh PD tersebut.
Sehingga pada tugas akhir ini pengukuran PD dilakukan dengan sistem pengukuran yang
mendeteksi arus (muatan) dengan menggunakan elektroda jarum-bidang untuk
memperkirakan ketahanan material isolasi terhadap PD dan menyajikan data PD berupa
besar muatan tiap PD dan jumlah pulsa PD yang terjadi selama pengukuran.
1.1. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini meliputi :
1. Mengetahui pengaruh tegangan uji 12 kV, 14 kV dan 16 kV terhadap waktu
tembus pada menggunakan elektroda jarum-bidang datar dalam pengujian bahan
isolasi polyethilene kerapatan rendah (LDPE)akibat peluahan sebagian.
2. Menganalisa dan mengetahui pengaruh tegangan 12 kV, 14 kV, dan 16 kV pada
frekuensi 50 Hz terhadap karakteristik jumlah PD dan magnitudo PD.
1.2. Pembatasan Masalah
Untuk membatasi masalah maka diambil asumsi-asumsi sebagai berikut:
1. Sampel polimer yang digunakan adalah jenis Low-Density Polyethylene(LDPE)
dalam bentuk filmdengan ketebalan25 µm.
2. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan elektroda jarum – bidang datar.
3. Tegangan yang diterapkan adalah tegangan AC (50Hz), dengan tegangan kerja 12
4 4. Membahas pengaruh PD dan lamanya waktu penerapan tegangan sampai
terjadinya tembus (breakdown) menggunakan resistor pengukuran 375 dan 10
M.
5. Karakteristik peluahan sebagian yang diamati besarnya muatan PD.
1.3. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang yang diperoleh dari penelitian adalah:
1. Bagi peneliti dapat memahami mekanisme partial discharge pada bahan isolasi.
2. Bagi peneliti dapat mengetahui karakteristik dan pola-pola partial discharge yang
diakibatkan oleh rongga atau kekosongan (void) pada suatu bahan polimer.
3. Bagi praktisi di lapangan sebagai bahan pertimbangan dalam pemasangan dan
mengoperasikan kabel berisolasi polimer.
1.4. Metodologi Penelitian
Dalam melakukan penelitian tugas akhir ini penulis melakukan:
1. Studi Literatur
Dengan mempelajari literatur yang berhubungan dengan pembuatan tugas akhir.
2. Menyiapkan dan merangkai sistem pengukuran
Mempersiapkan semua komponen atau alat pengukuran dan software yang
digunakan untuk pengukuran peluahan sebagian kemudian merangkai sistem
pengukuran.
5 Melakukan pengukuran atau perekaman data kejadian peluahan sebagian dan
menyimpannya file hasil pengukuran dalam hardisk komputer.
4. Analisis Data
Data hasil pengujian alat diolah sehingga diperoleh kesimpulan.
Adapun tahapan penelitian dapat digambarkan dengan diagram alir sebagai
berikut :
6 1.5. Sistematika Penulisan
Laporan Tugas Akhir ini disusun dengan sistematika sebagai berikut :
BAB I Pendahuluan
Berisi tentang latar belakang, tujuan, pembatasan masalah, tujuan
penelitian, metoda pengumpulan data dan analisa, serta sistematika
penulisan.
BAB II Dasar Teori
Memuat dasar teori tentang peluahan sebagian (partial discharge)
dan isolasi material polimer khususnya LDPE .
BAB III Sistem Pengukuran dan Pengolahan Data
Membahas perangkat komponen dan software yang digunakan
dalam sistem pengukuran pulsa peluahan sebagian, persiapan
sampel, proses atau langkah-langkah pengukuran dan pengolahan
data hasil pengukuran (akuisisi data).
BAB IV Analisis Hasil Pengukuran
Menyajikan data-data hasil pengukuran pulsa percobaan peluahan
sebagian pada polimer LDPE dan analisis hasil percobaan.
BAB V Penutup
Menarik kesimpulan dan memberi saran atas percobaan yang
