analisis perbandingan distribusi medan listrik pada

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
PENDAHULUAN
METODOLOGI
ISOLATOR DAN
JENIS
GANGGUAN
ANALISIS
HASIL
SIMULASI
KESIMPULAN
3
PENDAHULUAN
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
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
ISOLATOR DAN
JENIS
GANGGUAN
7
Isolator
Jenis Isolator
Isolator Pos
Isolator Pasak
Isolator Gantung
Isolator Cincin
8
Isolator Pasak
Bahan Porselin
Jenis Bahan
Isolator Pasak
Bahan Gelas
Bahan Polimer
9
Isolator Pasak
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
Specification
Unit
Voltage Class
kV
33
Section Length "L"
mm
240
Section Height "H"
mm
320
X-Y
755
Y-Z
920
Creepage Distance
Pin
C/300/7
Minimum Bending Falling Load
8No
Unit
kN
11
Material
Porselen
Glass
1
Epsilon
6
4.8
2
Mue
3
El. Cond.
1
1
4
Rho
5
Therm. Cond.
6
Heat cap.
7
Diffusivity
8
Young's Mod.
104
64
9
Poiss. Ratio
0.3
0.2
10
Thermal Exp.
4.9
3.3
1 x10-15
2400
2230
2
1.1
1.1
7.57576 x10-
0.75
6.57698 x10-
7
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
> 90o
90o
< 90o
12
Pengaruh Butiran Air Dan Keretakan Terhadap
Medan Listrik Isolator Bahan Keramik dan Kaca
Sudut Kontak 90o
Sudut Kontak < 90o
Sudut Kontak > 90o
13
Pengaruh Butiran Air Dan Keretakan Terhadap
Medan Listrik Isolator Bahan Keramik dan Kaca
• 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
METODOLOGI
15
Metodelogi
Start
Mendisain Isolator
Pemodelan Isolator
Dalam FEM
Simulasi Isolator Dengan Bahan Keramik
dan Kaca dengan kontaminan butiran air
dan keretakan
o
1. Ø = 90 (Kontaminan I)
2. Ø > 90o (Kontaminan II)
3. Ø < 90o (Kontaminan III)
4. Keretakan
Simulasi Isolator Dengan
Bahan Keramik dan Kaca
Kondisi Normal
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
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
2. Perbandingan medan listrik pada bahan keramik dan
gelas dalam keadaan terkontaminan butiran air
• Sirip Pertama
3. Perbandingan medan listrik pada bahan keramik dan
gelas dalam keadaan retak
• Sirip Pertama
• Antar Sirip
• Sirip melingkar
19
Perbandingan Medan Listrik Pada Bahan
Keramik Dan Gelas
• Medan Listrik Pada Isolator
Keramik
Kaca
20
Perbandingan Medan Listrik Pada Badan
Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
21
Perbandingan Medan Listrik Pada Badan
Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip
Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
Kondisi Normal
22
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip
Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
Kondisi Normal
23
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip
Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
Kondisi Kontaminan Air I
24
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip
Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
Kondisi Kontaminan Air II
25
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip
Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
Kondisi Kontaminan Air II
26
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip
Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
Kondisi Kontaminan Air III
27
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip
Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
Kondisi Kontaminan Air III
28
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip
Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
Kondisi Retak
29
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip
Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
Kondisi Retak
30
Perbandingan Medan Listrik Antar Sirip
Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi
Retak Pada Sirip Pertama
31
Perbandingan Medan Listrik Antar Sirip
Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi
Retak Pada Sirip Pertama
32
Perbandingan Medan Listrik Sirip Pertama
Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi
Retak Secara Melingkar
33
Perbandingan Medan Listrik Sirip Pertama
Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi
Retak Secara Melingkar
34
35
KESIMPULAN
36
Kesimpulan
• Pada Kondisi Normal nilai medan listrik pada
bahan keramik lebih tinggi dari pada pada bahan
kaca.
faktor penyusun
bahan, nilai permitivtas bahan dan
konduktifitas termal bahan yang berbeda-
• Hal
ini
disebabkan
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.
sudut
antara butir air, udara dan bahan
isolator. Terbentuknya sudut tadi diimbangi
dengan perbedaan nilai epsilon yang cukup
• Hal
ini
disebabkan
terbentuknya
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
Sekian
Dan
Terimakasih
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