TUGAS AKHIR
PENGARUH PELUAHAN SEBAGIAN PADA TEMBUS BAHAN ISOLASI POLYETHYLENE KERAPATAN RENDAH (LDPE)
TERHADAP WAKTU DAN UKURAN DIAMETER CELAH DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM ELEKTRODA METODA
CIGRE II
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Strata I Pada jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas
Oleh :
ANGGA DWI PERMANA PUTRA 05175039
Pembimbing I :
EKA PUTRA WALDI, M. Eng NIP : 197212201998051003
Pembimbing II:
ARIADI HAZMI, DR. Eng NIP : 197503141999031003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS
ABSTRAK
Meningkatnya pertumbuhan penduduk berpengaruh terhadap meningkatnya
kebutuhan energi listrik, cara yang efektif untuk menyalurkan energi listrik adalah
dengan menggunakan kabel pengantar yang bisa menyalurkan listrik tegangan
tinggi. Hal tersebut tentunya harus didukung oleh sistem isolasi kabel yang baik dan
handal untuk menjaga keselamatan konsumen dan keamanan peralatan sistem. Salah
satu bahan isolasi yang banyak digunakan adalah isolasi dengan bahan Low Density
Polyethylene (LDPE). Dalam penggunaannya, isolasi kabel dapat mengalami
degradasi sehingga tidak dapat berfungsi sebagai isolator yang baik. Salah satu
penyebab utama penurunan kualitas isolasi adalah karena adanya void dalam
isolasi kabel sehingga menyebabkan terjadinya peluahan sebagian (Partial
Discharge). Oleh karena itu, sangat perlu untuk mengetahui karakteristik dari
partial discharge yang terjadi pada isolasi kabel, khususnya LDPE tersebut. Dengan
melakukan pengujian dengan sistem elektroda metoda CIGRE II, akan diperoleh
keterangan mengenai pengaruh PD terhadap variasi tegangan dan ukuran rongga
(void). Dari hasil pengukuran didapatkan bahwa semakin besar void maka waktu
tembus semakin cepat dan juga semakin besar tegangan terapan maka waktu tembus
semakin singkat.
ABSTRACTION
Increasing population growth affecting an increasing need for electrical
energy, an effective way to distribute electrical energy is to use a cable that can
deliver the introduction of high voltage electricity. It certainly should be supported
by good and reliable cable insulation system way to maintain consumer safety and
security system equipment. One of the widely used insulation materials with
insulating material is Low Density Polyethylene (LDPE). In use, the cable insulation
can be degraded so it can serve as a good insulator. One of the main causes of
insulation deterioration is due to a void in the cable insulation causing the
occurrence of partial discharge (Partial Discharge). Therefore, it is necessary to
know the characteristics of partial discharge that occurs in the cable insulation,
particularly those of LDPE. By performing tests with the CIGRE method II electrode
system, will be obtained a description of the effect of PD against voltage variations
and the size of the cavity (void). From the measurement results obtained that the
larger the void, the time through faster and also the greater the voltage applied
through the shorter the time.
iii DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PERSEMBAHAN ABSTRAK ABSTRACTION
KATA PENGANTAR i
DAFTAR ISI iii
DAFTAR TABEL iv
DAFTAR GAMBAR v
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Tujuan Penelitian 2
1.3 Manfaat Penelitian 2
1.4 Batasan Masalah 3
1.5 Metodologi Penelitian 3 1.6 Sistematika Penulisan 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 Klasifikasi Partial Discharge 6 2.1.1 Internal Discharge 6 2.1.2 Surface Discharge 9 2.1.3 Corona Discharge 10 2.2 Partial Discharge di dalam Bahan Isolasi 11 2.3 Pendeteksian dan Pengukuran Partial Discharge 14 2.4 Besar Muatan pada Peluahan Sebagian 16 2.5 Bentuk Representasi Data Peluahan Sebagian 17
2.6 Isolasi Primer 18
2.6.1 Polyethilene 20
BAB III SISTEM PENGUKURAN DAN AKUISISI DATA 24
3.1 Pendahuluan 24
iv 3.2.1 Trafo Tegangan Tinggi 24 3.2.2 Resistor Proteksi 25 3.2.3 Elektroda Cigre II 25
3.2.4 Picoscope 27
3.2.5 Kabel Koaksial dan Konektor 27 3.2.6 Personal Computer (PC) 27 3.2.7 Sampel Uji LDPE Film 27
3.3 Teknik Pengukuran 28
3.4 Akuisisi data 29
BAB IV ANALISIS HASIL PENGUKURAN 30
4.1 Pengaruh PD terhadap waktu tembus bahan isolasi pada variasi tegangan dan besar void
30
4.2 Karakteristik Muatan Maksimum PD 33 4.2.1 Spacer dengan diameter void 1 mm 33 4.2.2 Spacer dengan diameter void 5 mm 35
BAB V PENUTUP 40
5.1 Kesimpulan 40
5.2 Saran 40
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sistem isolasi sangat diperlukan pada peralatan tegangan tinggi untuk
membatasi bagian-bagian bertegangan agar tidak terjadi hubung singkat satu
dengan yang lain. Pada saat sistem isolasi menahan electrical stresses, isolasi
akan mengalami penuaan ( aging ) yang ditandai dengan adanya peristiwa partial
discharge (PD). Jadi PD merupakan bentuk pelepasan muatan listrik yang terjadi
hanya pada sebagian dari sistem isolasi yang dapat mengawali kegagalan isolasi.
PD dapat diamati pada sistem isolasi kabel, isolasi minyak pada transformator
atau sistem isolasi pada generator.
Faktor yang berpengaruh pada performansi 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 polimer sehingga dapat menaikkan tekanan medan listrik yang tinggi
pada bagian yang cacat tersebut.
Analisis partial discharge berguna untuk mendiagnosis tingkat degradasi
isolasi polimer, dengan pengamatan dan pengukuran pulsa partial discharge ini
dapat dideteksi fenomena pre-breakdown. Karena alasan tersebut maka
mempelajari partial discharge menjadi penting karena dengan mengetahui tingkat
partial discharge suatu isolasi dapat diperkirakan kondisi isolasi. Bahkan ada
2 sisa isolasi. Penelitian yang dilakukan ini merupakan pengembangan dari
penelitian tentang partial discharge yang sebelumnya telah dilakukan.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh partial discharge
pada tembus bahan isolasi polyethylene kerapatan rendah (LDPE) dengan
menggunakan sistem elektroda Metoda cigre II :
a. Mengetahui pengaruh besarnya penerapan tegangan terhadap
karakteristik Patial Discharge (PD) pada material isolasi.
b. Mengetahui pengaruh besar diameter rongga terhadap terjadinya tembus
c. Mengamati karakteristik partial discharge pada bahan isolasi
polyethilene kerapatan rendah (LDPE).
d. Mengetahui evolusi magnitudo dan jumlah PD pada variasi tegangan.
1.3 Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat berguna untuk memudahkan
pemahaman tentang mekanisme partial discharge pada bahan isolasi, mengetahui
karakteristik dan pola-pola partial discharge yang diakibatkan oleh rongga (void)
pada suatu bahan polimer dan mengetahui pengaruh ukuran void (rongga)
3 1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah :
1. Penelitian dilakukan dengan menggunakan sistem elektroda metode
CIGRE II.
2. Sampel polimer yang digunakan adalah LDPE dalam bentuk film dengan
ketebalan20 µm.
3. Tegangan yang diterapkan adalah tegangan AC (50Hz) dengan tegangan
kerja 8, 9 dan 10 kVpp.-
4. Spacer yang digunakan memiliki ketebalan 0.5 mm dengan diameter
rongga 5 mm dan 1 mm.
5. Membahas pengaruh PD dan lamanya waktu penerapan tegangan sampai
terjadinya tembus (breakdown) pada material isolasi.
1.5 Metodologi Penelitian
Dalam melakukan penelitian tugas akhir ini penulis melakukan:
1. Studi Literatur
Dengan mempelajari literatur yang berhubungan dengan pembuatan tugas
akhir.
2. Studi bimbingan.
Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai
4 3. Menyiapkan dan merangkai sistem pengukuran
Mempersiapkan semua komponen atau alat pengukuran dan software yang
digunakan untuk pengukuran peluahan sebagian kemudian merangkai
sistem pengukuran.
3. Pengukuran partial discharge di laboratorium
Melakukan pengukuran atau perekaman data kejadian partial discharge
dan menyimpannya file hasil pengukuran dalam hardisk komputer.
4. Analisis Data
5 1.6. Sistematika Penulisan
1. Bab I Pendahuluan
Bab ini berisi latar belakang, maksud dan tujuan, batasan masalah,
metoda pengumpulan data dan analisa, serta sistematika penulisan.
2. Bab II Tinjauan Pustaka
Bab ini berisi tentang teori dasar yang mendukung penelitian Tugas
Akhir.
3. Bab III Sistem Pengukuran dan Akuisisi Data
Bab ini berisi 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).
4. Bab IV Analisis Hasil Pengukuran
Bab ini berisi data-data hasil pengukuran pulsa percobaan peluahan
sebagian pada polimer LDPE dan analisis hasil percobaan.
5. Bab V Penutup
Bab ini berisi simpulan dari hasil penelitian dan saran yang
disampaikan berdasarkan hasil analisis dan pembahasan dari