ANALISIS PERBANDINGAN DISTRIBUSI MEDAN LISTRIK PADA ISOLATOR BERBAHAN KACA DAN KERAMIK MENGGUNAKAN FINITE ELEMENT METHOD

(1)

ANALISIS PERBANDINGAN DISTRIBUSI

MEDAN LISTRIK PADA ISOLATOR BERBAHAN

KACA DAN KERAMIK MENGGUNAKAN

FINITE ELEMENT METHOD

Lucky Andika Novario 2211100152

Dosen Pembimbing:

Dr. Eng. I Made Yulistya Negara, ST., M.Sc. Ir. R. Wahyudi

(2)

Outline

2

PENDAHULUAN METODOLOGI _KESIMPULAN

ISOLATOR DAN JENIS GANGGUAN ANALISIS HASIL SIMULASI

(3)

3

(4)

Pendahuluan

Latar Belakang

• Medan listrik merupakan hal yang dapat mempengaruhi

kinerja isolotor

• Kontaminan dan kondisi fisik isolator dapat

mempengaruhi distribusi medan listrik pada isolator

• Pada isolator pasak bahan yang umum digunakan adalah

keramik dan kaca

• Untuk mengetahui nilai persebaran medan listrik pada

isolator akan dilakukan simulasi berbasi Finite Element Method

(5)

Pendahuluan

5

Tujuan

Batasan Masalah

1. Mengetahui nilai distribusi medan pada isolator 2. Membandingkan kondisi medan listrik pada

bahan keramik dan kaca

3. Menganalisis dan membandingkan pengaruh kontaminan butiran air dan keretakan terhadap nilai medan listrik

1. Tegangan kerja isolator yang digunakan adalah 33 KV

2. Terdapat 3 kondisi pembentukan sudut kontak yang digunakan pada simulasi ini :

• Ø = 90o _{(kontaminan I)}

• Ø < 90o _{(kontaminan II)}

• Ø > 90o _{(kontaminan III)}

3. Terdapat kondisi retak pada sirip pertama 4. Isolator yang digunakan adalah isolator pasak 5. Bahan yang digunakan hanya keramik dan kaca

(6)

6

ISOLATOR DAN

JENIS

(7)

Isolator

7

Isolator Pos Isolator Pasak Isolator Gantung

Jenis Isolator

(8)

Isolator Pasak

8 Bahan Porselin Bahan Gelas Bahan Polimer Jenis Bahan Isolator Pasak

(9)

Isolator Pasak

9

1. Kabel Konduktor

Merupakan bagian yang bertegangan

2. Badan Isolator

Bagian pembatas antara kabel konduktor yang bertegangan dengan tiang listrik yang tidak

bertegangan 3. Tiang Penyangga

Bagian penyangga yang menopang isolator. Biasa terbuat dari besi

(10)

Isolator Pasak

10

8No Unit Material

Porselen Glass 1 Epsilon 6 4.8 2 Mue 1 1 3 El. Cond. 1 x10-15 4 Rho 2400 2230 5 Therm. Cond. 2 1.1 6 Heat cap. 1.1 0.75 7 Diffusivity 7.57576 x10₇- 6.57698 x10₇ -8 Young's Mod. 104 64 9 Poiss. Ratio 0.3 0.2 10 Thermal Exp. 4.9 3.3 Specification Unit Voltage Class kV 33 Section Length "L" mm 240 Section Height "H" mm 320

Creepage Distance X-Y 755

Y-Z 920

Pin C/300/7

(11)

Pengaruh Butiran Air Dan Keretakan Terhadap Medan Listrik Isolator Bahan Keramik dan Kaca

• Pembentukan Sudut Kontak Butiran Air

Besar sudut kontak antara permukaan isolator dengan butir air akan mempengaruhi nilai medan listrik isolator

11

90o _{< 90}o

(12)

12

Sudut Kontak > 90o

Sudut Kontak 90o

(13)

• Keretakan

Keretakan pada permukaan isolator dapat terbentuk ketika proses pembuatan, instalasi atau terjadi tumbukan pada permukaan isolator. Keretakan sendiri tentu dapat mempengaruhi nilai medan listrik pada isolator tersebut

(14)

14

(15)

Metodelogi

15 Start Mendisain Isolator Pemodelan Isolator Dalam FEM

Simulasi Isolator Dengan Bahan Keramik dan Kaca

Kondisi Normal

Simulasi Isolator Dengan Bahan Keramik dan Kaca dengan kontaminan butiran air

dan keretakan 1. Ø = 90o_{(Kontaminan I)} 2. Ø > 90o _{(Kontaminan II)} 3. Ø < 90o _{(Kontaminan III)} 4. Keretakan Analisis Hasil Simulasi Kesimpulan Finish

(16)

Metode Analisis Medan Listrik

Metode Elemen Hingga (FEM)

Prinsip dasar dari metode elemen hingga adalah proses diskretisasi. Dimana pembentukan elemen segitiga pada permukaan isolator yang jumlahnya tidak terbatas. Tiap elemen segitiga nanti digabungkan.

(17)

17

HASIL DAN

ANALISIS

(18)

Analisis Hasil Simulasi

Analisis hasil simulasi dibagi menjadi 3 pembahasan :

1. Perbandingan medan listrik pada bahan keramik dan

gelas kondisi normal

• Badan Isolator

• Sirip Pertama

gelas dalam keadaan terkontaminan butiran air

• Sirip Pertama

gelas dalam keadaan retak

• Sirip Pertama

• Antar Sirip

• Sirip melingkar

(19)

Perbandingan Medan Listrik Pada Bahan

Keramik Dan Gelas

• Medan Listrik Pada Isolator

19

(20)

Perbandingan Medan Listrik Pada Badan

Isolator Bahan Keramik Dan Gelas

(21)

Perbandingan Medan Listrik Pada Badan

Isolator Bahan Keramik Dan Gelas

(22)

Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip

Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Normal

(23)

Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Normal

(24)

Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Kontaminan Air I

(25)

Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Kontaminan Air II

(26)

Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Kontaminan Air II

(27)

Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Kontaminan Air III

(28)

Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Kontaminan Air III

(29)

Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak

(30)

Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak

(31)

Perbandingan Medan Listrik Antar Sirip

Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak Pada Sirip Pertama

(32)

Perbandingan Medan Listrik Antar Sirip

Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak Pada Sirip Pertama

(33)

Perbandingan Medan Listrik Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak Secara Melingkar

(34)

Perbandingan Medan Listrik Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak Secara Melingkar

(35)

35

(36)

Kesimpulan

• Pada Kondisi Normal nilai medan listrik pada

bahan keramik lebih tinggi dari pada pada bahan kaca.

• Hal ini disebabkan faktor penyusun

bahan, nilai permitivtas bahan dan konduktifitas termal bahan yang

berbeda-beda, sehingga mengakibatkan efek polarisasi antar muka makroskofis yang dapat memperburuk sifat

dielektrik bahan. Nilai permitivitas bahan

keramik lebih tinggi dari pada bahan kaca

(37)

Kesimpulan

• Pada Kondisi Kontaminan Air nilai medan

listrik pada bagian yang terkena butiran air mengalami kenaikkan, dimana nilai medan pada bahan kaca lebih tinggi dari pada bahan keramik.

• Hal ini disebabkan terbentuknya sudut

antara butir air, udara dan bahan isolator. Terbentuknya sudut tadi diimbangi

dengan perbedaan nilai epsilon yang cukup

besar antara air, udara dan bahan isolator sehingga nilai medannya naik.

(38)

Kesimpulan

• Pada sirip isolator mengalami keretakan

didapatkan nilai medan antara bahan keramik dan kaca dimana nilai medannya berubah-ubah tergantung dari bentuk retakkan. Pada tengah retakkan nilainya turun dan pada retakan yang membentuk sudut nilainya naik.

• Hal ini disebabkan karena pada sudut retakan

tersebut medannya terkumpul.

(39)

39

Sekian

Dan

(40)

Saran

• Kedepannya untuk lebih diperhatikan pembentukkan mesh elemen segitiga

sehingga hasil yang didapatkan lebih valid.

• Untulk kedepannya juga bisa dilakukan pemodelan dengan jenis kontaminan dan kondisi yang berbeda.

(41)

Daftar Pustaka

• Ravindra Arora and Wolfgang Mosch, “High Voltage and Electrical Insulation Engineering”, Wiley-IEEE Press, August 2011

• Saiful Azmi, “Penggunaan FEM (Finite Element Method) Dalam Memetakan Medan Listrik pada Permukaan Isolator Jenis Pin dan Post 20KV dan Udara Disekitarnya”, Universitas Diponegoro, Semarang, 2011

• Hayt William H. And John A. Buck, “Elektromagnetika Edisi Ketujuh”, Penerbit Erlangga, Januari 2006.

• N.A. Othman,* M.A.M. Piah, Z. Adzis, H. Ahmad, N.A. Ahmad, “Simulation of Voltage and Electric-Field Distribution for contaminated Glass Insulator”, IEEE December 2013

• Yusrizal Afif, “Analisis Distribusi Medan Listrik Pada Isolator Gantung Bahan Polimer Menggunakan Finite Element Method”, Institut Teknologi Sepuluh November, 2014

• I Made Yulistya Negara, “Teknik Tegangan Tinggi Prinsip dan Aplikasi Praktis”, Graha Ilmu, 2013

• Vassiliki T. Kontargyri, Ioannis F. Gonos, Ioannis A. Stathopoulos, and Alex

M.Michaelides, “Simulation of the Electric Field on High Voltage Insulators using the Finite Element Method”, IEEE 2006.

• Dr.M.Padma Lalitha, K.Venkata Pavan Kumar, and Venkatesu Samala, “Design and Simulation of Voltage and Electric Field Distribution on Disc Insulators Using Finite Element Method in Opera Software”, IEEE 2014.

• Taklaja, P., Kiitam, I., Niitsoo, J., Kluss, J., Hyvonen, P., “Electric Field Distribution in

Glass and Porcelain Pin Insulators”, IEEE 2015

• S. Feier-Iova and V. Hinrichsen,” Predicition of Partial Discharges At Water Drops On Insulating Surface Stressed by Electrical Field”, 2009 SAIEE