BAB II TEORI PENUNJANG 2.1 UMUM Partial discharge (PD

BAB II
TEORI PENUNJANG
2.1 UMUM
Partial discharge (PD) merupakan fenomena peluahan muatan elektrik
yang bisa menjembatani sistem isolasi baik secara sebagian maupun menyeluruh
di dalam suatu bahan dielektrik. Fenomena tersebut timbul diakibatkan oleh
banyak faktor diantaranya adalah kualitas bahan dielektrik, celah/rongga dalam
bahan dielektrik, maupun adanya kerusakan ataupun ketidak sempurnaan dalam
proses pengerjaan.
Fenomena Partial Discharge apabila terjadi secara terus menerus maka
akan menimbulkan panas berlebih pada daerah tertentu yang nantinya akan
merusak bahan isolasi dan mengarah kepada terjadinya kegagalan sistem.
Sebelum semua hal ini terjadi maka sangat penting dilakukan pendeteksian dan
pengidentifikasian awal untuk mencari penyebab terjadinya peluahan elektrik
yang dapat menurunkan kualitas bahan dielektrik dari suatu sistem yang
menggunakannya.
Beberapa
penyebab
tersebut
dapat
diidentifikasikan
dari
adanya
tanggapan-tanggapan yang muncul pada pengujian peluahan elektrik. Pada
pengujian ini didapatkan Variasi tanggapan yang dapat diteliti dengan alat
pendeteksi peluahan untuk setiap jenis, bentuk/pola peluahan elektrik pada
osiloskop dan hubungannya dengan variasi pengujian tegangan dan penerapan
tegangan dalam waktu tertentu.
Pengujian PD berkaitan dengan nilai kualitas dan kuantitas. Nilai kualitas
dianalisa dari kecenderungan data yang diperoleh dari karakteristik bahan pada
pengujian tertentu. Sedangkan nilai kuantitas merupakan nilai nominal PD yang
mempunyai dimensi piko Coloumb (pC). Kedua nilai ini harus memenuhi standar
pada pengujian, sehingga kualitas peralatan tersebut baru bisa dilakukan
penilaian.
6
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
Universitas Indonesia
7
Dalam melakukan pendeteksian Partial Discharge (PD) terjadi pada level
tegangan tertentu yang disebut sebagai Tegangan Ambang (Inception Voltage)
dan tidak terjadi pada level tegangan tertentu yang disebut Tegangan Punah
(Extinction voltage). Apabila tegangan pada sumber yang diterapkan adalah
sinusoidal maka Tegangan Ambang dan Tegangan Punah terjadi seperti pada
dijelaskan pada gambar 2.1. Selain itu adanya banyak sinyal gangguan yang
terdeteksi pada detektor sebagai derau, bisa menimbulkan kesalahan persepsi dan
berkurangnya sensitifitas pengukuran dalam pengujian. Interpretasi yang benar
mengenai karakteristik PD dalam peralatan yang diuji bergantung kepada
pengalaman peneliti dalam melakukan pengujian.
Gambar 2.1 Tegangan Ambang Dan Tegangan Punah
Pada Gelombang Sinusoidal
Sumber: [1]
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
8
2.2 SIFAT BAHAN DIELEKTRIK DI ANTARA ELEKTRODA
Penggunaan bahan dielektrik sebagai suatu isolasi antar elektroda
menimbulkan efek/pengaruh kapasitansi. Efek Kapasitansi ini akan mempunyai
karakteristik yang berbeda-beda tergantung dari sifat permeabilitas dari bahan
dielektrik tersebut. Efek kapasitansi tersebut mempunyai sifat yang sama dengan
dua plat sejajar dengan suatu permeabilitas bahan yang dialiri suatu sumber
tegangan.
Kapasitansi ini sangat erat kaitannya dengan Intensitas medan magnet (E )
dan kepadatan fluks (D ) serta permeabilitas ruang hampa (ε 0 ) dan permeabilitas
bahan (ε r ) .
Menurut hukum Gauss Besarnya kepadatan fluks elektrik yang menembus
setiap permukaan tertutup sama dengan muatan total yang dilingkupi oleh
permukaan tersebut dapat dihitung dengan persamaan
D=
Q
A
2.1
dengan
Q = besar muatan dalam coloumb
A = Luas penampang m 2
Intensitas medan magnet mendapat pengaruh dari permeabilitas bahan dan fluks.
Sehingga E dapat dihitung dengan persamaan
E=
D
ε0 ⋅εr
2.2
dengan
ε 0 = permeabilitas ruang hampa
ε r = permeabilitas bahan
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
9
Kapasitansi yang dihasilkan dari kedua plat sejajar adalah
C=
Q
V
2.3
dengan
V = besarnya tegangan antara kedua plat sejajar
V=
Qd
2.4
ε oε r A
Dengan menggunakan persamaan 2.3 dan 2.4 didapatkan
C=
εo ⋅εr ⋅ A
2.5
d
Akibat dari permeabilitas bahan yang berbeda-beda di diantara konduktor,
maka akan menimbulkan tingkat kapasitansi yang berbeda-beda yang berbedabeda seperti ditunjukkan dalam persamaan 2.5. Hal ini dapat ditunjukkan dengan
beberapa variasi susunan permeabilitas bahan dalam konduktor sejajar sebagai
berikut
1. Besarnya kapasitansi dengan susunan permeabilitas bahan dibedakan
secara paralel seperti ditunjukkan pada gambar di bawah.
A1
d
ε1
A2
ε2
Elektroda
Gambar 2.2 Susunan Permeabilitas Secara Paralel
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
10
Besarnya
distribusi
fluks
dan
intensitas
medan
masing-masing
permeabilitas ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 2.3 Distribusi Kepadatan Fluks dan Intensitas Medan Magnet
Pada Permeabilitas ε 1
Sumber : [1]
Gambar 2.4 Distribusi Kepadatan Fluks dan Intensitas Medan Magnet
Pada Permeabilitas ε 2
Sumber : [1]
Pada konfigurasi yang seperti ini tegangan (V ) pada kedua konduktor
adalah sama adalah sama sehingga
E1 = E 2 =
V
d
Karena permeabilitas bahan berbeda maka
D1 = ε o ε r1 E1 = ε o ε r1
V
dn
D2 = ε o ε r 2 E 2 = ε o ε r 2
V
d
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
11
Dn1 = ρ s1 ; Dn 2 = ρ s 2
Maka Muatan Total Q adalah
⎛ε ε A ε ε A ⎞
Q = ρ s1 A1 + ρ s 2 A2 = V ⎜ o r1 1 + o r 2 2 ⎟
d
⎝ d
⎠
2.6
Besarnya Kapasitansi total adalah
Q ⎛ ε o ε r1 A1 ε o ε r 2 A2 ⎞
=⎜
+
⎟
V ⎝ d
d
⎠
= C1 + C2
2.7
Untuk susunan seperti persamaan 2.7 dalam equivalent rangkaian listrik adalah
C1
C2
Gambar 2.5 Equivalent Rangkaian Listrik Persamaaan 2.7
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
12
2. Besarnya kapasitansi dengan susunan permeabilitas bahan sebagai berikut
Susunan permeabilitas bahan adalah berbeda secara seri ditunjukkan pada
gambar 2.6 dibawah.
Gambar 2.6 Susunan Permeabilitas Secara Seri
Besarnya distribusi fluks dan intensitas medan masing - masing
permeabilitas ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 2.7 Distribusi Kepadatan Fluks dan Intensitas Medan Magnet
Pada Permeabilitas ε 1 & ε 2 .
Sumber : [1]
Pada konfigurasi yang seperti ini besar muatan yang mengalir pada setiap
permeabilitas adalah sama pada sehingga
E1 =
Q
ε o ε r1 A
; E2 =
Q
ε oε r 2 A
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
13
Tegangan pada setiap permeabilitas adalah
V1 = E1 d1 =
Qd1
ε o ε r1 A
; V2 = E2 d 2 =
Qd 2
ε oε r 2 A
V = V1 + V2
⎛
⎞
1
1
⎟⎟
= Q⎜⎜
+
ε
ε
A
/
d
ε
ε
A
/
d
1
o r2
2 ⎠
⎝ o r1
2.8
Besarnya Kapasitansi total adalah
V
1
=
C tot Q
=
1
1
+
ε o ε r1 A / d 1 ε o ε r 2 A / d 2
=
1
1
+
C1 C2
2.9
Untuk susunan persamaan 2.9 seperti diatas dalam equivalent rangkaian
listrik ditunjukkan seperti gambar dibawah
C
C
1
2
Gambar 2.8 Equivalent Rangkaian Listrik Persamaaan 2.9
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
14
2.3 MEKANISME TERJADINYA PARTIAL DISCHARGE (PD)
Proses pembuatan pada isolator diharapkan memberikan distribusi stres
elektrik secara merata dari elektroda bertegangan. Hal tersebut sangat sulit untuk
dicapai karena dalam setiap pembuatan bahan isolasi tetap menghasilkan rongga
didalamnya. Mekanisme terjadinya PD salah satunya disebabkan oleh adanya
celah atau rongga pada bahan isolasi.
Pada bahan isolasi cair rongga yang terjadi berbentuk gelembung udara,
sedangkan pada bahan isolasi padat, rongga yang terdapat pada bahan isolasi
tersebut biasanya diisi oleh udara/gas yang mempunyai permeabilitas bahan lebih
rendah dari sekelilingnya. Mekanisme terjadinya PD dapat dijelaskan lebih
mendalam dengan menggunakan ilustrasi seperti pada gambar 2.9, pada rongga
udara yang terdapat pada bahan isolasi ini terjadi efek kapasitansi secara sebagian.
Efek kapasitansi yang terjadi mempunyai kekuatan bahan yang lebih rendah,
sehingga menyebabkan intenstas medan yang lebih besar pada rongga tersebut.
Intensitas medan yang besar ini bisa menyebabkan busur api. Busur api ini
menandakan loncatan muatan pada rongga tersebut. Selanjutnya Busur api akan
teredam dan mulai melakukan pengisian muatan sampai menemukan rongga lagi
untuk melepasnya kembali. Fenomena pelepasan muatan yang singkat dan
pengisian yang lama ini terjadi secara berulang seperti ini disebut sebagai
peluahan sebagian (partial discharge). Apabila terjadi secara terus menerus maka
akan dapat merusak bahan isolasi.
Gambar 2.9 Gelembung Udara Pada Permeabilitas Bahan
Sumber : [2]
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
15
Analisis Partial Discharge pada bahan isolasi dapat dilakukan dengan
menggunakan rangkaian ekivalen. Rangkaian ekivalen yang terjadi ditunjukkan
oleh gambar 2.10 dimana partial discharge disebabkan oleh rongga yang berada di
dalam sistem isolasi.
Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen PD
Sumber :[3]
Pada gambar diatas jarak antar elektroda atau lebar celah yang diisi bahan isolasi
adalah sebesar (d), dengan luas area sebesar A dan lebar rongga udara yang terjadi
adalah t. C c adalah representasi kapasitansi dari rongga, sedangkan Cb adalah
kapasitansi dielektrik yang rusak akibat rongga, dan C a adalah kapasitansi dari
dielektrik yang tidak terkontaminasi celah.
Dengan menggunakan persamaan 2.5 dan permeabilitas rongga berisi udara
adalah 1 maka nilai C c dapat dihitung dengan persamaan
Cc =
εo ⋅ A
2.10
t
Sedangkan Cb dihitung dengan persamaan
Cb =
εo ⋅εr ⋅ A
d −t
2.11
dengan
ε o = 8.854 x 10 −12 Fm −1
ε r = permitivitas relatif bahan
Dengan menganalisis gambar 2.10
⎛ Cb
Vc = ⎜⎜
⎝ Cb + Cc
⎞
⎟⎟ ⋅ Va
⎠
2.12
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
16
Dengan melakukan substitusi persamaan 2.10 dan 2.11 ke dalam 2.12 maka
didapatkan persamaan
Vc =
Va
1 ⎛d
⎞
1 + ⋅ ⎜ − 1⎟
εr ⎝ t
⎠
2.13
Maka Intensitas medan listrik yang melalui rongga E c dihitung dengan persamaan
Ec = E a ⋅
d
1 ⎛d
⎞
1 + ⋅ ⎜ − 1⎟
εr ⎝ t
⎠
2.14
Dengan melakukan pendekatan t << d dan ε r < 1 dapat terlihat bahwa stress
elektrik di dalam rongga menjadi lebih besar dari bahan isolasi di sekelilingnya.
Hal ini di dukung dengan fakta bahwa permitivitas bahan dari gas lebih kecil dari
bahan isolasi sehingga dapat menimbulkan muatan lompatan pada kondisi normal.
Tabel di bawah ini menunjukkan permitivitas relatif dan kekuatan bahan
Tabel 2.1 Beberapa Nilai Permitivitas Dan Kekuatan Bahan Isolator
Sumber : [3]
Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa tegangan yang melintas sepanjang
bahan isolasi di mana aktifitas PD mulai terjadi pada rongga, dihitung dengan
persamaan
⎛
1 ⎛d
⎞⎞
Vai = E cb ⋅ t ⋅ ⎜⎜1 + ⋅ ⎜ − 1⎟ ⎟⎟
⎠⎠
⎝ εr ⎝ t
2.15
Ecb = kekuatan bahan gas di dalam rongga
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
17
Pendekatan dilakukan dengan menganggap rongga berbentuk bola sehingga di
dapatkan persamaan
Ec =
3 ⋅ ε r ⋅ Ea
ε rc + 2 ⋅ ε rc
2.16
Dimana ε rc = permitivitas relatif dari gas di dalam rongga
Ketika ε r >> ε c maka persamaan menjadi
Ec =
3
⋅ Ea
2
2.17
Setiap kali peluahan elektrik terjadi di dalam rongga terjadi lompatan/
pemindahan muatan dari satu sisi ke sisi lain pada rongga sampai perbedaan
potensial di dalam rongga tidak memungkinkan untuk melakukan pemindahan
muatan tersebut. Ketika tegangan bolak-balik diterapkan pada bahan isolator,
proses pemindahan muatan/ peluahan sesuai dengan
dengan kenaikan atau
penurunan tegangan. Hal ini menyebabkan rangkaian kejadian peluahan dengan
pemindahan muatan ke satu ataupun berbagai arah.
Gambar bentuk tegangan pada rongga, tegangan terapan, dan pengaruh yang
terjadi pada arus bisa dilihat pada gambar 2.11
Gambar 2.11 Gambar Grafik Tegangan Terapan, Rongga Dan Arus Keluaran
Sumber: [3]
Va = tegangan terapan (sumber)
V + = Tegangan Ambang
Vc = tegangan rongga
i = grafik arus keluaran
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
18
Vc merupakan kurva tegangan pada rongga apabila tidak terjadi peluahan di
dalam rongga. Kenaikan tegangan Va menyebabkan Vc juga menjadi naik hingga
mencapai nilai V + kemudaian terjadi lompatan muatan. Lompatan muatan
menyebabkan jatuhnya tegangan Vc sampai pada titik tertentu dimana perbedaan
potensial tidak bisa untuk memindahkan muatan. Vc kembali meningkat sejalan
dengan kenaikan tegangan terapan Va hingga mencapai nilai V + dimana tegangan
terapan terjadi kembali. Dalam hal ini peluahan terjadi selama periode naik positif
(+) pada tegangan sinusoidal. Sama halnya dengan periode naik negatif (-)
peluahan terjadi apabila tegangan rongga mencapai nilai V − . Bentuk gelombang
seperti gambar 2.11 terjadi apabila terdapat satu rongga tunggal pada bahan
isolasi. Hal tersebut dapat memberikan pengaruh berupa kelompok pulsa negatif
dan positif terhadap arus keluaran akibat kenaikan atau penurunan tegangan
secara sinusoidal.
2.4 PENGARUH YANG TIMBUL AKIBAT PARTIAL DISCHARGE (PD)
Partial Discharge (PD) atau peluahan elektrik memberikan pengaruh
terhadap bahan-bahan isolasi baik padat cair ataupun gas. Pengaruh-pengaruh
yang ditimbulkan bersifat merusak dan apabila terjadi secara terus menerus bisa
mengakibatkan kegagalan sistem isolasi.
1.4.1
PENGARUH PADA BAHAN ISOLASI PADAT
Ketika pada rongga mengalami loncatan muatan, sisi yang saling
berhadapan pada rongga sesaat menjadi Anoda dan Katoda. Pada saat itu terjadi
tumbukan pada anoda oleh elektron yang mempunyai energi yang cukup untuk
melepaskan ikatan kimia bahan isolasi. Begitu pula terjadi pada katoda oleh ion
positif
yang
menyebabkan
kerusakan
dengan
meningkatnya
temperatur
permukaan dan ketidakstabilan suhu. Pengaruh lain pada bahan isolasi juga bisa
disebabkan oleh faktor dari luar, di antaranya dihasilkan oleh tumbukan-tumbukan
ion yang merusak lapisan kimia oleh O3 dan NO2 yang berasal dari lingkungan.
Hal tersebut akan mengakibatkan erosi secara perlahan serta akan memperbesar
rongga pada bahan isolasi.
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
19
Aktivitas PD dalam bahan isolasi padat akan membentuk beberapa
pengaruh diantaranya adalah
•
Pemohonan Elektrik
Pohon-pohon elektrik pertama diamati pada awal 1920 ketika
Perusahaan Commonwealth Edison mulai menerapkan pemasangan
kabel bawah tanah Pohon-pohon elektrik terdiri atas rangkaian saluran
saling behubungan atau lintasan peluahan dengan garis tengah berkisar
antara 1 – 10 mikron. Aktivitas peluahan pada rongga pada awalnya
terpusat pada lokasi-lokasi tertentu membuat rongga yang arahnya
mendalam pada permukaan. Rongga tersebut berkembang melebar
sepanjang permukaan isolasi dan energi peluahan di tiap ujungnya
makin meningkat. Dengan adanya stress elektrik membuat kenaikan
Intensitas medan listrik yang tinggi pada ujung rongga. Hal tersebut
membuat getaran pada permukaan bahan isolasi. Getaran yang
ditimbulkan menimbulkan keretakan dan membuat jalur seperti saraf
otak dendrit pada permukaan isolasi Gambar 2.12 menunjukkan suatu
pohon elektrik yang terjadi dari suatu ujung jarum di dalam bahan
isolasi poliester.
Gambar 2.12 Pohon Elektrik Pada Bahan Poliester Resin
Sumber : [3]
Proses yang tepat terjadinya pohon-pohon elektrik belum
diketahui secara pasti secara umum merupakan kombinasi pengaruh
mekanik dan temperatur.
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
20
•
Pemohonan Air
Pada tahun 1960 konduktor tegangan tinggi yang dimulai
dibuat dengan menggunakan polietilena sebagai bahan isolasi. Pada
saat itu banyak sekali terjadi gangguan pada pemakaian konduktor
tersebut yang berada pada lingkungan-lingkungan lembab seperti di
sekitar sungai-sungai. Hal ini disebabkan dengan ditemukan peresapan
air sedang menyebar keseluruh bagian melalui lapisan pelindung
isolasi. Isolasi Polietilena tersebut ternyata mempunyai sifat dapat
menyerap air. Penemuan kerusakan polietilena oleh peluahan elektrik
pada isolasi padat yang mengandung uap air dikenal sebagai
pemohonan air. Pemohonan air bisa menyebabkan suatu kerusakan di
dalam bahan isolasikarena merupakan gejala awal pemohonan elektrik
yang bisa mempercepat kegagalan.
Contoh pemohonan air tampak pada gambar 2.13 dan 2.14
.
Gambar 2.13 Pemohonan Air Menyebar
Gambar 2.14 Pemohonan Air
Dasi Kupu-Kupu
Sumber : [3]
Sumber : [3]
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
21
•
Jejak Elektrik
Jejak Elektrik adalah pembentukan suatu alur yang permanen
yamg bisa menjembatani permukaan bahan isolasi. Jejak Elektrik bisa
mengakibatkan kerusakan karena menghasilkan proses karbonisasi
pada permukaan bahan isolasi.
Kebanyakan peralatan tegangan tinggi di dalam sistem
pembangkit dan industri berada di luar (out door). Udara luar seperti
pada lingkungan pesisir pantai yang banyak mengandung garam,
pegunungan yang mengandung sulfur merupakan polutan yang bisa
mengakibatkan terjadinya jejak elektrik. Polutan tersebut melapisi
bahan isolasi sehingga menyebabkan arus bocor pada permukaan
bahan. Arus bocor tersebut akan menghasilkan proses karbonisasi yang
menyebabkan kerusakan pada peralatan.
2.4.2 PENGARUH PADA BAHAN ISOLASI CAIR
Bahan Isolasi ada yang berbentuk Zat cair. Bahan isolasi berbentuk cairan
ini selain bisa bermanfaat untuk isolasi juga bisa bermanfaat sebagai media dalam
sistem pendinginan. Cairan ini bisa digunakan sebagai media dalam sistem
pendinginan karena sifatnya yang mengikuti bentuk dan ruang untuk mengambil
panas dari konduktor secara konveksi untuk dialirkan kepada radiator.Cairan yang
biasa digunakan adalah minyak mineral, bahan tersebut digunakan pada
transformator dan peralatan tegangan tinggi lainnya. Pada penggunaan cairan ini
yang perlu diperhatikan adalah kemurniannya karena bahan ini mudah melarutkan
polutan serta apabila kebocoran yang terjadi dapat mengganggu lingkungan.
Belum ada teori yang bersifat umum mengenai bagaimana kerusakan
terjadi di dalam bahan isolasi cair. Banyak sekali perbedaan pandangan
adakalanya sebagai pelengkap dan berlawanan terhadap karakteristik. Banyak
faktor-faktor yang mempengaruhi seperti temperatur bahan; tekanan statis dalam
sistem; kemurnian bahan; bidang, bentuk dan material electroda; kondisi
permukaan; ukuran dari celah; secara langsung mempengaruhi karakteristik yang
terukur dari bahan isolasi cair. Oleh karena itu karakteristik ini, khususnya kuat
dielektrik, tidak bisa digambarkan dengan hanya nilai kuantitas bahan tersebut.
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
22
Kondisi-kondisi test harus digambarkan secara detil jika suatu nilai kuantitas
menunjukkan sifat bahan tersebut.
Secara umum ada unsur-unsur yang dalam praktek, biasanya yang
dihubungkan dengan proses-proses kegagalan. Unsur –unsur tersebut diantaranya
adalah :
•
Partikel
Dalam sistem tegangan tinggi di mana isolasi cair digunakan
untuk pendinginan menggunakan penyaring untuk memisahkan atau
membersihkan dari polutan. Bahan isolasi cair tidak mungkin benarbenar murni dari polutan meskipun dalam keadaan baru sekalipun.
Udara sekitar dan debu serta penggunaan serat kayu sebagai
konstruksi dalam peralatan seperti di dalam transformator merupakan
polutan yang terjadi dalam bahan isolasi cair.
Apabila diterapkan medan listrik di dalam isolasi cair maka
muatan akan terpolarisasi. Jika permitivitas partikel ε 2 lebih besar dari
bahan isolasi cair ε 1 , maka akan timbul suatu gaya. Besarnya gaya
tersebut dihitung dalam persamaan
F=
1 3 ε 2 − ε1
⋅ E2
⋅r ⋅
2
2 ⋅ ε1 + ε 2
2.18
gaya pada persamaan tersebut akan bertambah jika partikel tersebut
lembab akibat permitivitas air. Sehingga menyebabkan ε 2 → ∞ dan
persamaan menjadi
F=
1 3 2
⋅r ⋅E
2
2.19
Gaya tersebut akan menarik Partikel-partikel untuk membentuk
jembatan elektroda yang bisa menyebabkan kegagalan isolasi.
Banyak penelitian tentang pergerakan partikel dalam bahan isolasi
cair tetapi tidak akurat akan besarannya dalam hubungannya dengan
kekuatan bahan. Bagaimanapun juga polutan tersebut mempengaruhi
dari kekuatan bahan isolasi cair.
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
23
•
Air
Air tetap muncul keberadaannya di dalam bahan isolasi cair. Air
tersebut berasal dari lingkungan ataupun disebabkan oleh kerusakan
akibat oksidasi dari bahan isolasi cair. Pada umumnya kandungan air
tidak boleh lebih dari 20 ppm (part per million). Bahan isolasi cair
dengan kandungan air lebih dari 20 ppm maka di dalam medan listrik
akan menghasilkan gelembung yang bisa menyebabkan lemahnya
kekuatan isolasi. Kekuatan isolasi tersebut menjadi tidak stabil dan
bisa mengakibatkan kegagalan.
•
Gelembung Udara
Gelembung Udara dibentuk pada celah atau retakan pada permukaan
elektroda disebabkan oleh
•
Pemisahan dari partikel zat cair menghasilkan produk gas.
•
Penguapan akibat peluahan yang terjadi.
Medan listrik akan menghasilkan stress pada bahan isolasi cair.
Munculnya gelembung udara akan menimbulkan peluahan-peluahan
elektrik yang bisa melepas ikatan kimia dari bahan isolasi dan
menurunkan kekuatan bahan untuk menjadi kegagalan.
2.4.3 PENGARUH PADA BAHAN ISOLASI GAS
Pada isolasi Gas Pengaruh PD diawali oleh peristiwa korona. Peristiwa
korona terjadi ketika suatu isolasi gas dilalui suatu medan listrik yang seragam
menimbulkan ionisasi yang merupakan gejala awal terjadinya kegagalan.
Kemudian pada medan yang tidak seragam akan menyebabkan terjadinya
peluahan yang akan berlangsung lama dan akhirnya terjadi kegagalan isolasi.
Ionisasi pada sistem isolasi gas ini yang menyebabkan kekuatan
material menjadi berkurang. Pada bahan isolasi gas tidak tampak adanya
bekas cacat ataupun tanda seperti pada bahan isolasi lainnya, tetapi adanya
desis merupakan gejala awal yang harus diperhatikan apabila menggunakan
isolasi gas.
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
24
2.5 HIPOTESA
Penelitian tentang PD sudah banyak dilakukan untuk mengetahui
karakteristik dan kualitas serta kekuatan bahan serta cara-cara mendeteksinya.
Beberapa penelitaian tentang PD yang sudah dillakukan adalah
1. Penelitian Deteksi PD pada konduktor saluran tegangan menengah. Hal
ini dilakukan untuk mengantisipasi adanya kegagalan sejak awal pada
saluran distribusi. Penelitian ini dilakukan dengan membuat rongga tiruan
dan variasi diameter rongga pada bahan isolasi yang digunakan sebagai
interpretasi dari void bahan isolasi serta menganalisis gelombang keluaran
pulsa PD yang terjadi dari penerapan tegangan AC. Penelitian ini
menghasilkan bahwa variasi besar diameter rongga menghasilkan tingkat
tegangan tembus yang berbeda-beda. [4]
2. Penelitian Deteksi PD pada saluran tegangan menengah juga dilakukan
pada sambungan konduktor. Hal ini dilakukan dengan melakukan deteksi
rongga yang dihasilkan pada sambungan dengan penerapan tegangan AC.
Penelitian tersebut menghasilkan bahwa pada sambungan yang tidak
sempurna akan memperlebar rongga dan mempengaruhi nilai tegangan
tembus yang terjadi. [3]
3. Analisis gelombang Korona, PD, pada kubikel dengan dilapisi bahan
isolasi. Penelitian dilakukan dengan menganalisis gelombang korona, PD
dari berbagai bahan isolasi seperti vernis, resin dan tanpa isolator.
Penelitian ini menghasilkan tingkat tegangan tembus berbeda-beda dari
bahan isolasi yang digunakan. [1]
4. Analisis gelombang Korona, PD, pada kubikel dengan dilapisi bahan
isolasi. Penelitian dilakukan dengan menganalisis gelombang korona, PD
dari berbagai bahan isolasi seperti vernis, resin dan tanpa isolator dengan
menggunakan metode RIV (Radio Interference Voltage). Metode ini
menggunakan analisis desis suara yang dihasilkan oleh gelombang PD
yang terjadi. Penelitian ini menghasilkan tingkat tegangan tembus
berbeda-beda dari bahan isolasi yang digunakan. [5]
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
25
5. Karakteristik tegangan tembus dari minyak goreng yang merupakan
fungsi dari temperatur sebagai pengganti isolasi cair minyak trafo.
Penelitian dilakukan dengan menguji tingkat tegangan tembus bahan
isolasi cair minyak goreng dengan fungsi dari kenaikan temperatur dan
dibandingkan dengan isolasi pada minyak transformator. Penelitian ini
menghasilkan tegangan tembus pada minyak goreng lebih tinggi dari
minyak trafo sehingga bisa digunakan sebagai bahan pengganti isolasi
cair pada peralatan tersebut. [6]
6. Deteksi PD pada stator generator. Hal ini dilakukan karena adanya
ketidakhomogenitas isolasi pada stator generator. Penelitian dilakukan
dengan menganalisis pulsa PD yang terjadi dan estimasi umur bahan
isolasi stator generator. Penelitian ini menghasilkan estimasi umur
pemakaian bahan isolasi dari analisis pulsa PD yang dihasilkan. [7]
7. Diagnosis dari isolasi transformator daya. Hal ini dilakukan karena umur
peralatan yang makin menua sejalan dengan pemakaian dilapangan.
Diagnosis peralatan dapat dilakukan pada setiap bagian maupun secara
keseluruhan. Analisis gas dan isolasi cair berguna memberikan informasi
tentang penyebab kegagalan yang berbeda-beda. Analisis kelembaban
dilakukan dengan menggunakan sensor dan metoda Furan. Analisis PD
digunakan untuk pendeteksian kegagalan dan memungkinkan untuk
menentukan sumber penyebabnya. Penelitian ini menghasilkan suatu
kesimpulan bahwa parameter isolasi memberi banyak informasi tentang
kondisi aktual transformator daya. [8]
8. Pengujian lapangan pada taksiran isolasi transformator. Hal ini dilakukan
untuk melakukan akusisi data kondisi transformator dengan melakukan
pengukuran dielektrik. Cara pengujian yang umum yaitu dengan domain
waktu dan domain frekwensi sedangkan pada penelitian ini menggunakan
pengukuran polarisasi dan depolarisasi arus. Penngukuran dilakukan pada
transformator 100-800 MVA dengan berbagai kondisi seperti hujan, dekat
dengan medan korona. Pada penelitian ini menghasilkan sensitivitas
pengukuran dengan tingkat kesalahan 0.5 %. [9]
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009
26
9. Aplikasi dari pertimbangan berdasarkan kasus dalam diagnosa kegagalan
transformator daya. Hal ini dilakukan karena penurunan effisiensi
transformator
yang
mengakibatkan
terjadinya
kegagalan.
Tujuan
dilakukannya penelitian ini adalah mengurangi kegagalan yang terjadi
akibat diketahuinya kondisi awalnya. Penelitian ini dilakukan dengan cara
mengakusisi data dari berbagai kasus, sehingga dapat kerusakan yang
ditimbulkan dari kegagalan yang diawali dengan gejala serupa dapat
diantisipasi dengan baik. Penelitian ini menggunakan analisis data
berdasarkan pada hasil pengujian (Dissolve Gas Analyst) DGA pada
transformator daya. Hasil penelitian ini ialah didapatkannya pemetaan
kegagalan sehingga membantu diagnosis kegagalan dan penanganannya
dengan cepat dan tepat. Pada penelitian ini dibuktikan juga bahwa metoda
ini bisa melengkapi kelemahan sistem jaringan saraf ataupun fuzzy dalam
penggunaannya sebagai analisis transformator daya. [10]
Penelitian yang sudah ada tersebut sangat mendukung analisa pola dan
tingkat PD dalam menilai kondisi transformator daya. Pada penelitian yang sudah
dilakukan didapatkan karakteristik berbagai bahan isolasi dari tingkat tegangan
tembusnya dan tingkat PD yang terjadi. Transformator daya merupakan peralatan
yang menggunakan bahan isolasi yang tersusun secara kompleks yaitu isolasi
padat pada belitan yang terendam di dalam isolasi cair. Penelitian yang sudah ada
membantu mengarahkan analisis dari susunan material isolasi yang ada di dalam
transformator. Penilaian kondisi di dalam penelitian ini dilakukan dengan
menggunakan analisa pertimbangan terhadap kasus. Analisa ini dilakukan dengan
menggunakan hasil data pengolahan hasil pengujian partial discharge
transformator daya. Pengolahan data yang dilakukan berdasarkan pengolahan
satistik yaitu dengan menggunakan uji korelasi dan mencari seberapa besar
pengaruh variabel tegangan terhadap tingkat PD. Hasil dari analisis pertimbangan
terhadap kasus tersebut adalah pemetaan kegagalan yang bisa mempengaruhi
kualitas transformator daya yang diperoleh dari karakteristik PD yang terjadi
pada peralatan tersebut.
Universitas Indonesia
Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009