Presentation Title
EVALUASI DAMPAK ALGA PADA ISOLATOR POLIMER
oleh: Teguh Aryo Nugroho (2213201028)
Dosen Pembimbing:
Dr. Eng. I Made Yulistya Negara, ST, M.Sc Dimas Anton Asfani ST.MT.Ph.D
OUTLINE
LATAR BELAKANG
ISOLATOR POLIMER
METODE PENELITIAN
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
KESIMPULAN
LATAR BELAKANG
3
Pentingnya peranan isolator dalam sistem transmisi dan distribusi.
Pemilihan bahan dielektrik pembentuk isolator mementukan performa dan karakterstik elektrik maupun mekanik isolator.
Jenis bahan dielektrik yang sedang banyak dikembangkan adalah isolator berbahan dielektrik polimer.
Isolator polimer mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan isolator porselen dan gelas. Yaitu lebih ringan dan tahan terhadap polusi dengan intensitas tinggi karena permukaan isolator polimer bersifat hydrophobic ( kedap air).
Ditemukan bahwa terdapat kasus bahwa permukaan isolator polimer dapat terkontaminasi oleh polutan mikrobiologi [2-4].
Penelitian dilakukan untuk mengamati kontaminasi dan menganalisa dampak dari kontaminasinya terhadap performa isolator polimer.
PENDAHULUAN
Tujuan Penelitian:
Penelitian ini bertujuan untuk mengamati proses kontaminasi isolator oleh polutan mikrobiologi (alga) dan mengamati pengaruh kontaminasi alga pada perubahan karakteristik arus bocor dan tegangan tembus isolator polimer.
Kontribusi Penelitian:
Penelitian ini berdasarkan kejadian yang terjadi di lapangan sehingga dengan penelitian ini dapat mencegah terjadinya terjadinya kontaminasi isolator polimer oleh polutan mikrbiologi. Dan dari penelitian ini juga diharapkan dapat menjadi referensi untuk pengembangan penelitian sistem isolasi peralatan listrik.
Isolator polimer adalah isolator yang terbuat dari beberapa susunan monomer
yang membentuk suatu isolator. Isolator polimer yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah isolator polimer dari bahan dasar rubber dengan bahan pengisi (filler) silicon dan alumina trihidrat yang disebut Silicon Insulation Rubber (SIR). Isolator polimer
memiliki beberapa keunggulan daripada beberapa bahan isolator lainnya seperti keramik dan kaca yaitu:
1.Bobot mekaniknya lebih ringan 2.Perawatannya Mudah
3.Tahan terhadap polusi dengan intensitas tinggi karena permukannya bersifat hidrofobik
Rantai utama
Grup Fungsi
Gugus Samping
ISOLATOR POLIMER
5 *Gambar :. Charalampidis, M. Albano,H. Griffiths, A. Haddad andR.T.
Waters ,” Silicone Rubber Insulators for Polluted Environments Part 1: Enhanced Artificial Pollution Tests”, Cardiff University, School of
Secara struktur kimia elastomer silikon terdiri dari tulang punggung ikatan dari bahan anorganik (silikon dan oksigen). Sehingga lebih tahan dalam proses penuaan atau
aging dan SIR mempunyai sifat hydrophobic atau kedap air sehingga kemungkinannya untuk
terkontaminasi sangat kecil.
Akan tetapi SIR mempunyai ikatan samping yang terdiri dari bahan organik (karbon dan hidrogen) sehingga dapat mengalami degradasi. Penyebabnya bisa dari faktor iklim, seperti temperatur tinggi, kelembaban, hujan serta radiasi ultraviolet dengan intensitas tinggi sebagaimana yang dijumpai di daerah beriklim tropis seperti di Indonesia. Dengan terdegradasinya kekuatan material dari SIR maka akan semakin rentan terhadap polusi dan kemungkinan terjadinya keretakan (cracking) dan erosi pada permukaan isolator semakin besar. Hal tersebut juga meningkatan arus bocor permukaan dan dengan demikian akan memperpendek umur pakai isolator.
6 *Gambar : [2]S. Wallstrom, K. Dowling and S. Karlsson, “Microbiological Growth
Testing on Silicone Rubber Materials for Outdoor High Voltage Insulation”, Polymer Preprint, Vol. 42, pp. 430-431, 2001.
METODE PENELITIAN
Isolator Polimer yang akan digunakan
dalam penelitian ini adalah jenis fuse cut out (FCO) dengan spesifikasi:
Rated Voltage : 24 kV Rated Current : 100 A
BIL : 125 kV
Rated Breaking Capacity : 12,5 kA
Nett Weight : 4,2 Kg
ISOLATOR POLIMER Tanpa pre-kondisi Proses penumbuhan alga
Pengujian Karakteristik Arus Bocor dan Tegangan Tembus
Evaluasi dan Analisa
Dengan
pre-kondisi Salt-Fog Test
Jenis Polutan biologi yang akan digunakan pada penelitian ini adalah :
Alga Hijau ( Chlorella Vulgaris)
Untuk mengembangkan dan membuat alga menempel pada isolator polimer maka isolator polimer akan direndam pada air terdestilasi yang mana akan juga diberi alga. Dan direndam kurang lebih selama ± 4 minggu setelah itu akan dilakukan pengujian.
Lampu Neon Mesin Sirkulasi Air Destilasi Alga Isolator Polimer 9 9
Untuk Melakukan Evaluasi pada Isolator Polimer yang
telah terkontaminasi oleh polutan biologi. Maka dilakukan tes
sebagai berikut:
1.Salt-Fog Test
sebagai pre-kondisi
2.Pengamatan
Menggunakan
SEM
(Scanning
Electrone
Microscope)
3.Leakage Current Test
4.Breakdown Test
1. Salt-Fog Test
Tes ini biasanya digunakan untuk mengevaluasi ketahanan suatu peralatan terhadap kelembapan dan kandungan garam pada udara. Selain itu juga salt-fog test bisa digunakan sebagai pre-kondisi dalam sebuah
pengujian peralatan. Dalam peneltian ini salt-fog test digunakan sebagai pre-kondisi dan katalisator
degradasi kekuatan polimer. salt-fog test untuk penelitian dilakukan di PLN PUSLITBANG
Fog chamber Isolator polimer NaCl Standar IEC 1109 1. Debit air: 0.4 ± 0.1 Vm3h 2. Salinitas: 10 kg/m3(16000 ,μS/cm) 3. Durasi: 1000 h
4. Objek Tes: isolator polimer
5. Volume maksimal chamber: 10 m3
6. Specific creepage: 20 mm/kV
7. Tegangan tes: 14-20 kV
8. Drop tegangan maksimal: 5% for 250 mArms 9. Level perlindungan arus: 1 A
11
2. SEM (Scanning Electrone Microscope)
Tes ini digunakan untuk mengamati permukaan isolator polimer secara mikroskopis. Pengamatan menggunakan SEM dilakukan untuk mengamati permukaan dan penampang melintang dari isolator polimer setelah melalui proses kontaminasi atau penumbuhan alga. Dengan menggunakan SEM dapat mengamati permukaan secara mikroskopis hingga jarak 5000x pembesaran.
12
11 2
3. Tes Karakteristik Arus Bocor (Leakage Current Test)
Tes ini digunakan untuk mengetahui karakteristik arus bocor pada peralatan listrik. Pada peneltian ini tes arus bocor akan digunakan tegangan bertingkat yang disesuaikan dengan rating dari perlatan. Tegangan bertingkat yang dipakai untuk pengujian adalah 10,20,30,40, dan 50 kV. Dan sampel nilai arus bocornya akan diambil setiap 1 menit.
SB CST TH AC Isolator Polimer yang di uji A
TH : High Voltage Transformer, 80 kV rms, 5kVA.
CST : Divider 80 kV rms, 400 kV impulse, 500 pF, respon time .
SB : Control Box Tipe 273
13
4. Tes Karakteristik Tegangan Tembus (Breakdown Test)
Tes ini digunakan untuk mengetahui karakteristik tegangan tembus pada sebuah peralatan. Pada penelitian ini pengujian tegangan tembus tidak dilakukan hingga mencapai breakdown secara total tetapi tes ini dilakukan hingga peralatan terjadi gejala awal breakdown. hal tersebut dilakukan karena keterbatasan peralatan.
SB CST TH AC Polimer Isolator yang di uji V 14 14
HASIL EKSPERIMEN
± 4 Minggu
Isolator dengan pre-kondisi Isolator tanpa pre-kondisi
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
1. Pengamatan Menggunakan SEMBerikut adalah hasil pengamatan dengan menggunakan SEM (Scanning Electrone Microscope) dan berikut adalah hasil pengamatan permukaan isolator polimer berikut adalah hasil pengamatan SEM dari permukaan isolator
Isolator Isolator Tanpa Pre-Kondisi Isolator Dengan Pre-Kondisi
Keadaan Awal
Pembesaran : 2500x Pembesaran: 2500x
Pengujian SEM 1 (4 Minggu) Pembesaran 5000x Pembesaran 2500x Pengujian SEM 2 (8 Minggu) Pembesaran 5000x Pembesaran 5000x
Isolator Isolator Tanpa Pre-Kondisi Isolator Dengan Pre-Kondisi
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
HASIL EKSPERIMEN
Berikut adalah hasil pengamatan penampang isolator polimer dengan menggunakan SEM secara penampang melintang.
Isolator Pengujian SEM ke-1 (4 Minggu) Pengujian SEM ke-2 (8 Minggu)
Isolator Baru
tidak terbentuk lapisan diukurterbentuk lapisan tipis akan tetapi tidak bisa
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
20.7 μm
HASIL EKSPERIMEN
Isolator dengan pre-kondisi Pembesaran 2500x Ketebalan lapisan :15,15 μm Pembesaran 2500x Ketebalan lapisan: 30,54 μmIsolator Pengujian SEM ke-1 (4 Minggu) Pengujian SEM ke-2 (8 Minggu)
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
2. Pengujian Karaktristik Arus BocorBerikut adalah hasil pengujian karakteristik arus bocor dengan menggunakan tegangan bertingkat 10, 20, 30, 40, 50 kV dan pegambilan nilainya diambil setiap 1 menit
20
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
2.1 Perubahan Karakteristik Arus Bocor Terhadap WaktuPengujian ini bertujuan untuk mengamati perubahan karaktristik arus bocor terhadap waktu. Dengan melakukan percobaan ini kita bisa mengamati pengaruh penuaan (aging) terhadap perubahan karakteristik arus bocor isolator polimer
21 0.06 0.14 0.15 0.09 0.18 0.21 0.12 0.22 0.25 0.15 0.23 0.27 0.25 0.33 0.35 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
Kondisi Awal 4 minggu 8 minggu
A ru s B oco r ( m A ) 10 20 30 40 50 tegangan uji (kV) 0 0 0.07 0.09 0.1 0.12 0.12 0.15 0.17 0.14 0.22 0.24 0.22 0.27 0.28 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
Kondisi Awal 4 minggu 8 minggu
A ru s B oco r ( m A ) 10 20 30 40 50 tegangan uji (kV)
Isolator tanpa pre-kondisi Isolator dengan pre-kondisi
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
3 Pengujian karakteristik Tegangan Tembusberikut adalah hasil dari pengujian tegangan tembus yang telah dilakukan, dari pengujian ini kita dapat mengamati nilai tegangan dan arus saat terjadi fasa awal breakdown
Isolator Tegangan (kV) Arus (A)
Isolator Baru 48 6
Isolator dengan Pre-Kondisi 46 8
Isolator Baru setelah kontaminasi 46 7.5 Isolator dengan pre-kondisi dan
setelah kontaminasi
43 9
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
3 Perubahan karakteristik Tegangan TembusBerikut adalah hasil dari pengujian perubahan tegangan tembus yang telah dilakukan, dari pengujian ini kita dapat mengamati perubahan nilai tegangan dan arus saat terjadi fasa awal
breakdown 48 46 42 46 42 39 0 10 20 30 40 50 60
Kondisi Awal Pengujian tegangan
tembus 1 (4 minggu) tembus 2 (8 minggu)Pengujian tegangan
Te
ga
ng
an
(kV)
Isolator tanpa pre kondisi Isolator dengan pre-kondisi
6 7.5 8 8 9 10.5 0 2 4 6 8 10 12
Kondisi Awal Pengujian tegangan
tembus 1 (4 minggu) tembus 2 (8 minggu)Pengujian tegangan
Ar
us (A
)
Axis Title
Isolator tanpa pre kondisi Isolator dengan pre-kondisi
23
Dari keseluruhan pengujian yang telah dilakukan dapat dianalisa bahwa terdapat perubahan karakteristik pada isolator setelah permukaan dari isolator polimer terkontaminasi oleh alga. Akan teteapi
perubahan karakteristik dari isolator polimer tidak begitu signifikan. Karena pengujian yang telah dilakukan
kegagalan atau perubahan karakteristik yang terjadi pada isolator diakibatkan oleh surface discharge atau kegagalan permukaan
Bio-Film
Proses
Polimer
Efek
Fouling Degradasi aditif Degradasi polimer Penetrasi Color odor
Perubahan pada
permukaan Kehilangan kestabilan Kehilangan kestabilan Terdapat retakan dan tonjolan pada permukaan
Perubahan tampilan
24
24 *Gambar : [2]S. Wallstrom, K. Dowling and S. Karlsson, “Microbiological Growth
Testing on Silicone Rubber Materials for Outdoor High Voltage Insulation”, Polymer Preprint, Vol. 42, pp. 430-431, 2001.
KESIMPULAN
Dari eksperimen dan pengujian dapat disimpulkan bahwa1. Isolator polimer dengan pre-kondisi lebih rentan terkontaminasi polutan dalam peneltian ini polutan
yang digunakan adalah alga. Hal tersebut terjadi karena permukaan isolator yang diberi pre-kondisi mengalami degradasi kekuatan polimer sehingga polutan lebih mudah untuk mengkontaminasi.
2. Dari pengujian karakteristik arus bocor dapat dilihat bahwa kontaminasi dari alga dapat membuat
penurunan kekuatan dari isolator polimer dan hal tersebut menyebabkan nilai arus bocor pada isolator polimer naik. Isolator polimer dengan pre-kondisi dan terkontaminasi adalah yang mempunyai karakteristik arus bocor paling besar yaitu untuk tegangan uji 50 kV adalah 0.32 mA.
3. Dari pengujian tegangan tembus dapat dilihat bahwa kontaminasi alga pada isolator memberikan
dampak penurunan nilai ketahanan terhadap tegangan tembus. Tegangan tembus terjadi paling cepat pada isolator dengan pre-kondisi dan setelah kontaminasi alga. Tegangan tembus yang terjadi pada saat tegangan 43 kV dan arus yang terjadi sebesar 9 A
25
FUTURE RESEARCH
1. Untuk pengambilan data karakteristik arus bocor yang akurat sebaiknya dihubungkan dengan osiloskop untuk melihat bentuk gelombang dan perubahan besarnya arus bocor tiap waktu
2. Untuk peneltian selanjutnya bisa ditambahkan pengondisian lingkungan yang lainnya seperti pengondisian dengan UV, hujan dan perubahan suhu.
26
DAFTAR PUSTAKA
1. R. Hackam, “Outdoor HV CompositePolymeric Insulators”, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., Vol. 6, pp. 557-585, 1999.
2. S. Wallstrom, K. Dowling and S. Karlsson, “Microbiological Growth Testing on Silicone Rubber Materials for Outdoor High Voltage Insulation”, Polymer Preprint, Vol. 42, pp. 430-431, 2001.
3. R. S. Gorur, J. Montesinos, R. Roberson, J. Burnham and R. Hill, “Mold Growth on Nonceramic Insulators and its Impact on Electrical Performance”, IEEE Trans. Power Del., Vol. 18, pp. 559-563, 2003.
4. S. Wallstro¨m, A.D. Dernfalk, M. Bengtsson, S. Kro ¨ll,S.M. Gubanski, S. Karlsson, “Image analysis and laser induced fluorescence combined to determine biological growth on silicone rubber insulators”. Polymer Degradation and Stability 88 (2005) 394e400.
5. Salman Amin, Muhammad Amin.” Natural Aging of SiR Insulators in Pakistan”, 2009 International Conference on Emerging Technologies. 6. Salama Manjang, Mustamin,Masayuki Nagao,” Characteristics of High Voltage Polymer Insulator Under Accelerated Artificial Tropical
Climate Multi Stress Aging”. Conference Proceedings of ISEIM2011.
7. Kumagai S, “Influnced of Algal Fouling on Hydrophobicity and Leakage Current on Silicone Rubber”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 14, No. 5; October 2007.
8. L.A. Dissado, J. C, Forthergil , “Electrical Degradation and Breakdown in Polymer”, IEE Materials and Device Series 9. April 1991 9. S. Wallstrom and S. Karlsson, "Biofilms onsilicone rubber insulators; microbial composition and diagnostics of removal by use of
ESEM/EDS," Polymer Degradation and Stability, vol. 85, pp. 841-846, 2004.
10. P. Charalampidis, M. Albano,H. Griffiths, A. Haddad andR.T. Waters ,” Silicone Rubber Insulators for Polluted Environments Part 1: Enhanced Artificial Pollution Tests”, Cardiff University, School of Engineering.
27
