PENGARUH PELUAHAN SEBAGIAN PADA TEMBUS BAHAN ISOLASI POLYETHYLENE KERAPATAN RENDAH (LDPE) TERHADAP WAKTU DAN UKURAN DIAMETER CELAH DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM ELEKTRODA METODA CIGRE II.

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

PADANG 2012

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

DAFTAR KEPUSTAKAAN LAMPIRAN

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

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

DAFTAR KEPUSTAKAAN LAMPIRAN

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 upaya untuk menggunakan informasi partial discharge untuk memprediksi umur

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) terhadap terjadinya partial discharge.

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 masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir berlangsung.

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 penelitian.