ANALISIS PELUAHAN SEBAGIAN (PARTIAL DISCHARGE) PADA ISOLASI CAIR NYNAS AB NYTRO LIBRA TERKONTAMINASI AIR, SERBUK LOGAM DAN UDARA

 4  22  85  2017-04-18 14:34:01 Report infringing document
ABSTRAK ANALISIS PELUAHAN SEBAGIAN (PARTIAL DISCHARGE) PADA ISOLASI CAIR NYNAS AB NYTRO LIBRA TERKONTAMINASI AIR, SERBUK LOGAM DAN UDARA Oleh Yudi Setiawan Pada trafo daya, isolasi cair merupakan salah satu komponen penting. Isolasi cair digunakan untuk mengisolasi antar bagian yang memiliki beda potensial. Isolasi cair mudah terkontaminasi zat yang membuat kekuatan dielektrik isolasi cair menurun dan mengakibatkan peluahan sebagian (Partial Discharge). Analisis peluahan sebagian dilakukan pada isolasi cair jenis Nynas AB Nytro Libra yang dikontaminasikan dengan zat cair, padat dan gas. Dalam aplikasi mengisolasi trafo daya, ada banyak pengotor yang dapat mengkontaminasi isolasi cair seperti air, logam, udara dan sebagainya. Penelitian ini akan menganalisis peluahan sebagian isolasi cair yang terkontaminasi air, serbuk logam tembaga dan udara. Persentase kontaminan divariasikan untuk melihat pengaruh persentase kontaminan terhadap peluahan sebagian. Tujuan dari tugas akhir ini adalah menganalisis pola peluahan sebagian (pC,n,θ) pada isolasi cair yang terkontaminasi air, serbuk logam maupun udara. Gelombang peluahan sebagian yang didapat dari pengujian ini akan dipisahkan antara gelombang peluahan sebagian dengan noise melalui proses denoising. Pengolahan hasil pengujian dilakukan dengan menggunakan wavelet dari program Matlab. Untuk mendapatkan nilai (pC, n, θ) peluahan sebagian dilakukan dengan bantuan software Microsoft excel. Penelitian ini menyimpulkan bahwa peningkatan tegangan dan kandungan kontaminan pada isolasi cair menyebabkan jumlah peluahan sebagian (n), besar muatan peluahan (pC) dan interval sudut peluahan sebagian () semakin meningkat. Kata kunci: trafo daya, isolasi cair, pola peluahan sebagian, wavelet I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang dan Masalah Isolasi adalah suatu bahan yang berfungsi untuk mengisolasi konduktor yang mempunyai beda potensial dalam suatu rangkaian listrik. Bahan ini mempunyai sifat atau kemampuan untuk dapat memisahkan secara elektris dua buah penghantar atau lebih yang berdekatan sehingga tidak terjadi kebocoran arus atau dalam gradien yang tinggi tidak terjadi loncatan api (flashover). Dengan demikian, bahan isolasi haruslah mempunyai kekuatan dielektrik yang baik sehingga dapat memisahkan dua terminal yang mempunyai beda potensial. Media dielektrik yang paling baik adalah isolasi ruang vakum yang sifat hantarannya nol1), sedangkan isolasi minyak masih memiliki sifat hantar listrik atau bukan dielektrik sempurna. Molekul-molekul yang terdapat pada bahan tersebut tidak terikat erat, tetapi masih terdapat elektron-elektron yang dapat bergerak bebas atau dapat terlepas dari ikatannya akibat menerima beban tegangan yang menimbulkan aliran arus bocor (leakage current) atau arus yang mengalir melalui media elektrik1). Selain itu, bahan isolasi minyak juga mudah 1) Junaidi. Alfian. et al, Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Tegangan Tembus Pada Bahan Isolasi Cair. Jurnal Teknoin, Volume 13 (2008) 2 tercampur atau terkontaminasi partikel lain yang dapat menyebabkan terjadinya proses peluahan sebagian (partial dicharge). Peluahan sebagian adalah sebuah proses peluahan muatan dielektrik sebagian yang terjadi pada pengkontaminasi isolasi yang kekuatan isolasinya lebih rendah dibanding isolasi itu sendiri. Kontaminan pada minyak isolasi dapat berupa cairan, logam padat, maupun gas. Pada minyak isolasi, peluahan sebagian dapat terjadi pada ketiga pengkontaminasi tersebut. Dalam aplikasinya pada trafo daya, kontaminan logam tersebut dapat terjadi akibat proses erosi inti maupun tangki trafo, sedangkan gas dapat terjadi karena adanya arus lebih dalam trafo yang menyebabkan panas pada minyak trafo. Selain itu, ketidakmurnian dapat tinggal di dalam minyak karena pemurnian yang tidak sempurna. Pengotoran dapat terjadi saat pengangkutan, penyimpanan dan ketika pemakaian, bahkan minyak itu sendiri-pun dapat membuat pengotoran pada dirinya sendiri. Oleh karena itu, perlu diperhatikan proses peluahan sebagian ini dengan mengukur kadar pengkontaminasi dari minyak trafo secara rutin. Hal ini bertujuan untuk menghindari breakdown pada isolasi trafo secara dini. Pada penelitian ini akan dilakukan pengukuran peluahan sebagian pada minyak trafo yang terkontaminasi serbuk logam, air, atau udara. Sampel isolasi yang digunakan adalah minyak trafo Nynas AB (Nytro Libra) dengan mencampur masing-masing dengan pengkontaminasi air, udara, atau serbuk logam. Pada penelitian ini juga akan divariasikan kadar pengkontaminasi yang akan diberikan pada isolasi cair, sehingga pada akhirnya dapat diketahui perkembangan peluahan sebagian pada isolasi cair. Sedangkan elektroda yang digunakan adalah elektroda 3 bola-bidang. Penggunaan elektroda ini bertujuan untuk mengkondisikan minyak trafo seperti pada aplikasinya dalam mengisolasi trafo. Penelitian ini dilakukan di laboratorium. Data yang akan diperoleh berupa data tabulasi yang didapat dari osiloskop. Data ditransfer ke PC dengan menggunakan software SP107E osiloskop Hameg 407. Data yang disimpan pada PC berupa data tabulasi dengan format excel. Dari data yang dihasilkan akan dilakukan analisis data menggunakan program Wavelet Transfrom yang merupakan suatu tool yang tersedia pada software matlab sehingga didapatkan besar magnitude peluahan sebagian (pC), jumlah pulsa peluahan sebagian dan sudut phasa terjadinya peluahan sebagian. B. Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Membuat alat uji minyak isolasi dengan jarak elektroda yang dapat diatur atau divariasikan. 2. Mengukur peluahan sebagian yang terjadi pada isolasi cair yaitu tegangan peluahan dan gelombang peluahan sebagian. 3. Menganalisis peluahan sebagian pada isolasi cair (minyak trafo murni dan minyak trafo yang terkontaminasi air, serbuk logam atau udara). 4 C. Kerangka Teoritis Isolasi cair merupakan salah satu isolasi yang sangat penting adanya. Selain berguna sebagai isolasi, isolasi cair juga berguna sebagai pendingin. Akan tetapi, isolasi cair mudah terkontaminasi atau tercampur zat lain. Hal ini menjadi permasalahan besar, karena pengkontaminasi tersebut dapat menyebabkan terjadinya peluahan sebagian. Zat yang dapat mengkontaminasi isolasi cair dapat berupa air, udara dan logam. Dalam aplikasinya, zat pengkontaminasi dapat timbul akibat erosi inti, belitan, ataupun tangki trafo. Selain itu kondisi lingkungan sekitar juga dapat mempengaruhi kadar air pada minyak trafo. Adanya arus lebih akibat surja juga akan berakibat terjadinya gelembung udara pada minyak. Peluahan sebagian ini akan terjadi pada zat-zat pengkontaminasi tersebut karena zat pengkontaminasi tersebut memiliki kekuatan dielektrik yang jauh lebih rendah dibanding minyak trafo. Penelitian ini akan meneliti peluahan sebagian yang terjadi pada minyak trafo serta pengaruh kontaminasi air, udara dan serbuk logam pada isolasi minyak trafo terhadap terjadinya peluahan sebagian. Minyak trafo yang digunakan adalah minyak trafo Nynas AB (Nytro Libra) yang biasa digunakan untuk mengisolasi trafo daya. Bagian dari trafo daya yang diisolasi adalah antar belitan trafo ataupun antar dua bagian yang berbeda potensial, seperti bagian belitan dengan tangki atau body trafo. Minyak trafo yang digunakan adalah minyak trafo baru yang telah memiliki standar internasional. 5 Untuk mendapatkan minyak yang terkontaminasi, maka dilakukan pengkondisian minyak dengan mengkontaminasikan minyak trafo dengan air, udara atau serbuk logam dalam sebuah alat pengkondisi minyak trafo. Elektroda ukur yang dipakai dalam penelitian ini adalah elektroda bola-bidang. Elektroda ini dimaksudkan untuk mengkondisikan minyak trafo seperti pada aplikasinya dalam mengisolasi trafo. Elektroda bola dimisalkan sebagai belitan trafo yang memiliki tegangan yang tinggi dan elektroda bidang dimisalkan sebagai body dari trafo yang memiliki potensial 0 seperti ditunjukkan dalam gambar perumpamaan elektroda pada Lampiran C. Tegangan yang digunakan dalam penelitian ini adalah 1 kV sampai 5 kV yang dihubunkan dengan elektroda bola. Untuk mengkondisikan minyak trafo dengan zat pengkontaminasi, maka dibuat alat pengkondisi minyak trafo. Alat ini berbentuk balok yang telah dilengkapi dengan elektroda ukur. Peluahan sebagian pada minyak trafo dilakukan dengan mengkondisikan minyak trafo dengan kontaminan air, serbuk logam dan udara. Hasil yang berupa data tabular akan dianalisis dengan bantuan software wavelet pada matlab dan menganalisisnya. 6 D. Hipotesis Tegangan yang diterapkan pada benda uji berpengaruh besar terhadap peluahan sebagian pada minyak trafo. Semakin besar tegangan yang diterapkan pada benda uji maka peluahan sebagian yang terjadi akan semakin besar baik dilihat dari jumlah PD, besar muatan PD dan juga interval sudut PD. Selain itu, zat pengkontaminasi minyak trafo juga berpengaruh besar terhadap peluahan sebagian minyak trafo. Semakin tinggi kadar kontaminan pada minyak trafo, peluahan sebagian pada minyak trafo akan semakin besar. II. TINJAUAN PUSTAKA A. Isolasi Cair Isolasi cair memiliki dua fungsi yaitu sebagai pemisah antara bagian yang bertegangan dan juga sebagai pendingin sehingga banyak digunakan pada peralatan seperti trafo, pemutus tenaga, switch gear2). Isolasi cair diaplikasikan untuk mengisolasi bagian trafo daya yang mempunyai beda tegangan. Selain sebagai isolasi, isolasi cair juga berfungsi sebagai pendingin karena isolasi cair memiliki transfer panas yang baik. Selain itu, isolasi cair dapat memperbaiki dirinya sendiri apabila terjadi kerusakan pada isolasi sehingga tidak terdapat kerusakan permanen pada isolasi cair. Minyak isolasi dapat dihasilkan dari bahan tambang ataupun akhir-akhir ini yang sedang dikembangkan adalah dari minyak nabati. Banyak isolasi cair yang dihasilkan dari bahan tambang, seperti salah satunya adalah minyak trafo Nynas AB Nytro Libra. 1. Minyak Trafo Nynas AB Nytro Libra Minyak trafo Nynas AB Nytro Libra adalah suatu minyak isolasi cair yang dihasilkan dari bahan tambang. Minyak ini memiliki kekuatan isolasi yang baik. 2) IEC 60296 (03) , Product Data Sheet Nytro Libra. http://www.nynas.com ( 10 Frebruari 2010) 8 Aplikasi utama dari minyak Nynas AB Nytro Libra ini yang digunakan dalam bidang isolasi antara lain adalah untuk isolasi trafo dan switch-gears. Selain itu, juga digunakan pada peralatan listrik lainnya seperti rectifier dan pemutus kontak (circuit breakers). Table 1. Standar minyak trafo Nynas AB (Nytro Libra) Sifat Unit Tes Metode IEC Nilai 1. Fisika penampilan densitas, 20°C viskositas, 40°C viskositas, -30°C titik tuang 2. Kimia kg/dm3 mm2/s mm2/s °C IEC 60296 ISO 12185 ISO 3104 ISO 3104 ISO 3016 Bening bebas dari endapan 0,879 9,4 1100 -53 mg KOH/g % mg/kg IEC 62021 IEC 60590 IEC 60814 <0,01 10 <20 IEC 60247 <0,001 IEC 60156 40-60 >70 kadar asam kandungan bau kandungan air 3. Elektrik Dielectric dissipation factor (DDF) pada 90°C Tegangan tembus sebelum perawatan kV setelah perawatan kV 4. Stabilitas Oksidasi pada 120°C, 164 h total keasaman mg KOH/g IEC 61125 C 0,50 9 Minyak Nynas AB Nytro Libra memiliki keistimewaan diantaranya ialah memiliki stabilitas oksidasi yang baik, memiliki kekuatan dielektrik yang baik yang dapat melebihi kebutuhan dari semua spesifikasi utama, capaian temperatur rendah tanpa menambahkan zat aditip, serta memiliki sifat pemindahan kalor yang baik sehingga dapat membantu dalam proses pendinginan alat. Spesifikasi dari Nynas AB Nytro Libra ini sesuai dengan standar IEEE, ISO, dan ASTM. Kelemahan dari minyak isolasi adalah mudah terkontaminasi oleh material asing. Zat yang dapat mencemari minyak dapat berupa cairan, embun dan partikel. Campuran ini dapat menyebabkan menurunnya tingkat kekuatan isolasi dari minyak, oleh karena itu penyimpanan dari minyak isolasi harus dijaga agar sekecil mungkin dapat menghindarkan minyak isolasi dari pencemaran-pencemaran. B. Kekuatan Dielektrik Kekuatan dielektrik merupakan ukuran kemampuan suatu material untuk bisa tahan terhadap tegangan tinggi tanpa berakibat terjadinya kegagalan3). Kekuatan dielektrik ini tergantung pada sifat atom dan molekul cairan itu sendiri. Namun demikan dalam prakteknya kekuatan dielektrik tergantung pada material dari elektroda, suhu, jenis tegangan yang diberikan, gas yang terdapat dalam cairan dan sebagainya yang dapat mengubah sifat molekul cairan. Dalam isolasi cair, kekuatan dielektrik setara dengan tegangan kegagalan yang terjadi. Dalam upaya memberikan gambaran tentang kekuatan dielektrik maka akan lebih memudahkan 3) Bonggas, L. Tobing, Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi, Gramedia Pustaka Utama.Jakarta (2003) h.12 10 bila dua dielektrik seri ditinjau. Dalam hal ini medan dianggap seragam, arus bocor diabaikan dan konsentrasi fluks pada pinggiran juga diabaikan. V v1 v2 Dielektrik 1 Dielektrik 2 En1 En2 Dn1 Dn2 x1 x2 V Gambar 1. Rangkaian dua dielektrik seri D= 0E0 Di mana : D : (displacement) perpindahan electron E : kuat medan listrik : permitivitas relatif suatu bahan Dengan syarat-syarat batas perpindahan (displacement) netral sama. Dn1 = Dn2 maka 1En1= 2En2 En1=(v1/x1) dan En2=(v2/x2) v1, v2 adalah tegangan tiap dielektrik x1, x2 adalah tebal tiap dielektrik 11 v1  v  x  1  2 1  x1 2   dan v2  v  x  1  1 2  x2 1   ..........................................................(1) Jika n buah dielektrik dalam hubungan seri maka gradien atau kuat medannya pada titik x adalah : Enx  v x x x x  x  1  2  3  .... n n  1  2  3    ........……………………………………(2) Jika terdapat lapisan udara, minyak dan padat yang tebalnya 0,5 cm dengan permitivitas masing-masing 1, 2 dan 4 serta tegangan V=280 kV, berdasarkan rumus diatas gradien tegangan udara 320 kV/cm, minyak 160 kV/cm dan bahan padat 80 kV/cm. Menurut ketetapan kekuatan dielektrik udara mulai gagal saat 31,7 kV/cm, minyak pada saat 128 kV/cm dan bahan padat pada saat 295 - 314 kV/cm4). C. Peluahan Sebagian (Partial Discharge) Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan, antara lain yang pertama adalah isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas4), sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen. Kedua isolasi cair akan mengisi sela atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi. Ketiga isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri 4) Elektro Indonesia, Analisis Kegagalan Minyak Transformator, Elektro Online, Maret 1998. http://elektroindonesia.com/elektro/energi12.html 12 sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge)5). Namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi. Pada perinsipnya tegangan pada isolator merupakan suatu tarikan atau tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya dalam isolasi itu sendiri agar isolasi tidak gagal. Dalam struktur molekul material isolasi, bila ikatan ini putus pada suatu tempat maka sifat isolasi pada tempat itu hilang. Bila pada bahan isolasi tersebut diberikan tegangan akan terjadi perpindahan elektron-elektron dari suatu molekul ke molekul lainnya sehingga timbul arus konduksi atau arus bocor. Karakteristik isolasi akan berubah bila material tersebut kemasukan suatu ketidakmurnian (impurity) seperti adanya gelembung udara atau kelembaban dalam isolasi yang dapat menyebabkan terjadinya peluahan6). Peluahan sebagian (partial discharge) adalah peluahan elektrik pada medium isolasi yang terdapat di antara dua elektroda berbeda tegangan, di mana peluahan tersebut tidak sampai menghubungkan kedua elektroda secara sempurna. Peristiwa ini dapat terjadi karena ketidak murnian isolasi tersebut. Beberapa macam faktor yang diperkirakan mempengaruhi peluahan sebagian minyak trafo seperti luas daerah elektroda, jarak sela (gap spacing), pendinginan, pengkontaminasian, perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak )7). 5) Tadjuddin, Analisis Kegagalan Minyak Transformator, Elektro Indonesia Edisi ke Dua Belas(1998) 6) Bonggas, L. Tobing, Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi, Gramedia Pustaka Utama.Jakarta (2003) h.12 7) Sarathi, Ramanujam dan Prathap D. Singh, Characterization of Partial Discharges in Transformer Oil Insulation Under ac and dc Voltage Using Acoustic Emission Technique, Department of Electrical Engineering Indian Institute of Technology Madras, Chennai-600 036, India (2006) 13 Pada gambar 2 ditunjukkan suatu gelembung udara di dalam dielektrik cair yang berada dalam medan dielektrik. Volume gelembung udara (xu) relatif sangat kecil dibanding volume dielektrik cair (x1 dan x2) dielektrik cair x1 x2 xu Gelembung udara Elektroda plat sejajar ru Eu  rc , EC Gambar 2. Partial discharge isolasi cair Jika medan dielektrik yang dihasilkan oleh dua elektroda piring sejajar yang luasnya tak berhingga, maka kuat medan elektrik pada setiap lapis dielektrik adalah: En  v x x x  n  1  2  .... n n  1  2    …...………...........................……………….(3) Di mana : V : beda tegangan di antara elektroda (V) : konstanta dielektrik x : tebal dielektrik Jika dimisalkan konstanta dielektrik cair adalah 6 dan konstanta dielektrik udara adalah 1, maka kuat medan elektrik pada celah udara untuk susunan dielektrik gambar 2. adalah : 14 Eu  V x   x1   xu  2  6  6  V x1  x2  xu 6 ...…………………………….….(4) karena xu relatif sangat kecil dibandingkan tebal keseluruhan dielektrik cair (x1+x2), maka kuat medan dielektrik pada celah udara dapat ditulis sebagai berikut: Eu  6V ………….…………………….(5) x1  x2 Dengan cara yang sama dapat dihitung kuat medan elektrik pada dielektrik cair, hasilnya adalah: EC  V x1  x2 ……….………………………..(6) Terlihat bahwa kuat medan elektrik pada celah udara 6 kali lebih besar dari pada kuat medan elektrik dielektrik cair. Sedang kekuatan dielektrik udara jauh lebih kecil dari kekuatan dielektrik cair. Jika kuat medan elektrik di celah udara melebihi kekuatan dielektrik udara, maka udara akan tembus listrik. Sementara itu dielektrik cair tidak mengalami tembus listrik, karena terpaan elektrik yang dialaminya masih di bawah kekuatan dielektriknya. Karena tembus elektrik hanya terjadi di celah udara , maka peristiwa ini disebut peluahan sebagian (partial discharge). Berikut ini beberapa faktor yang mempengaruhi mekanisme peluahan sebagian pada isolasi cair yaitu : 1. Partikel Ketidak murnian memegang peranan penting dalam peluahan sebagian isolasi. Partikel debu atau serat selulosa dari sekeliling dielektrik padat selalu tertinggal dalam cairan. Apabila diberikan suatu medan listrik maka partikal ini akan 15 terpolarisasi. Jika partikel ini memiliki permitivitas permitivitas carian 1, 2 yang lebih besar dari suatu gaya akan terjadi pada partikel yang mengarahkannya ke daerah yang memiliki tekanan elektris maksimum di antara elektrodaelektroda. Untuk partikel berbentuk bola (sphere) dengan jari jari r maka besar gaya F adalah : 1   F  r 3 2 1 gradE 2 2 2 2  1 .....……………………………..…………..(7) Jika partikel tersebut lembab atau basah maka gaya ini makin kuat karena permitivitas air tinggi. Partikel yang lain akan tertarik ke daerah yang bertekanan tinggi hingga partikel partikel tersebut bertautan satu dengan lainnya karena adanya medan. 2. Air Air yang dimaksud adalah berbeda dengan partikel yang lembab. Air sendiri akan ada dalam minyak yang sedang beroperasi atau dipakai. Namun demikian pada kondisi operasi normal, nilai kelembaban cenderung dibatasi hingga nilainya kurang dari 10 %. Medan listrik akan menyebabkan tetesan air yang tertahan di dalam minyak yang memanjang searah medan dan pada medan yang kritis, tetesan itu menjadi tidak stabil. Peluahan sebagian akan terjadi pada air yang memiliki sifat konduksi. 3. Gelembung Pada gelembung dapat terbentuk kantung-kantung gas yang terdapat dalam lubang atau retakan permukaan elektroda, yang dengan penguraian molekul-molekul cairan menghasilkan gas atau dengan penguatan cairan lokal melalui emisi elektron dari ujung tajam katoda. Gaya elektrostatis sepanjang gelembung segera 16 terbentuk dan ketika kekuatan kegagalan gas lebih rendah dari cairan, maka di dalam gas sudah terjadi peluahan elektrik sedangkan isolasi cair masih dapat menahannya. D. Elektroda Standard CIGRE Sistem elektroda II CIGRE (Conference Internationale Grand Reseaux Electriques) adalah metodologi terkini untuk meperkirakan ketahanan material isolasi berbeda terhadap PD dengan penyebaran data eksperimen yang sedikit8). Sistem ini adalah pengembangan dari sistem elektroda I CIGRE dan dikarakteristikan dengan kelebihan sebagai berikut : ketahanan PD dari material dapat diperkirakan, menggunakan bahan percobaan berupa lembaran tipis, bermacam-macam material isolasi padat dapat diujicoba, pembuatan sel percobaan termasuk bahan uji relatif sederhana, secara geometris ruang void lebih besar 100 kali dibandingkan dengan sistem metoda I CIGRE, dan PD dikonsentrasikan dalam area yang tertentu dan akan berlanjut hingga kegagalan akhir tidak terpengaruh akan dinding sisi dari rongga. Penggunaan sistem pengukuran metoda II CIGRE pada pada pengukuran partial discharge isolasi cair dimaksudkan untuk meniru kondisi minyak trafo pada aplikasinya dalam mengisolasi trafo. Elektroda bola pada sistem CIGRE II 8 ) Santoro, Karakteristik Peluahan Sebagian Pada Model Void Berdasarkan Fungsi Waktu Dalam Polyvinyl Chloride (PVC) Menggunakan Elektroda Metode II CIGRE, Tugas Akhir S-1, Universitas Diponegoro, Semarang (2007) 17 dimisalkan sebagai kawat belitan pada trafo yang memiliki tegangan yang sangat tinggi, sedangkan elektroda bidang dimisalkan sebagai body trafo. Elektrodabola [ tercetakpadaresin] Voidbuatan Sem pel polim er M ur polycarbonat Piringan Acrilic Elektrodaplat Gambar 3. Sistem pengukuran metoda II CIGRE Pada elektroda bola-bidang, medan listrik yang lebih besar berada pada elektroda bola. Apabila elektroda bola diberi potensial positif atau pada saat siklus positif gelombang sinusoidal, maka elektron akan berkumpul di sekitar elektroda bola sedangkan ion positif cenderung menyebar di sekitar elektroda bidang. Karena berkumpulnya elektron yang sangat rapat, maka peluahan atau loncatan elektron ke polariras negatif akan lebih banyak. Sedangkan pada saat siklus negatif, ion positif yang akan berkumpul di sekitar relektroda bola sedangkan elekton cenderung menyebar di sekitar elektroda bidang. Sehingga menyebabkan elektron yang meluah cenderung lebih sedikit dibanding saat siklus positif. Gambaran arah medan listrik dan konsentrasi elektron terlihat seperti pada gambar 4. 18 Arah Medan Listrik Elektroda Bola Arah Medan Listrik Elektroda Bidang Elektron Elektroda Bola Elektroda Bidang Ion Positif Ion Positif (a). Siklus positif Elektron (b). Siklus negatif Gambar 4. Arah medan listrik dan konsentrasi muatan pada elektroda bola-bidang E. Proses Pengolahan Pola Peluahan Sebagian Matlab adalah sebuah bahasa dengan (high-performance) kinerja tinggi untuk komputasi masalah teknik. Matlab mengintegrasikan komputasi, visualisasi, dan pemrograman dalam suatu model yang sangat mudah untuk dipakai di mana masalah-masalah dan penyelesaiannya diekspresikan dalam notasi matematika yang familiar. Dalam lingkungan perguruan tinggi teknik, Matlab merupakan perangkat standar untuk memperkenalkan dan mengembangkan penyajian materi matematika, rekayasa dan kelimuan. Di industri, Matlab merupakan perangkat pilihan untuk penelitian dengan produktifitas yang tingi. Fitur-fitur Matlab sudah banyak dikembangkan, dan lebih kita kenal dengan nama toolbox. Sangat penting bagi seorang pengguna Matlab, toolbox mana yang mandukung untuk learn dan apply teknologi yang sedang dipelajarinya. Toolbox 19 ini merupakan kumpulan dari fungsi-fungsi Matlab (M-files) yang telah dikembangkan ke suatu lingkungan kerja Matlab untuk memecahkan masalah dalam kelas particular. Salah satu toolbox yang ada pada matlab adalah wavelet. Wavelet adalah suatu toolbox dalam matlab yang digunakan untuk memproses dan menganalisa suatu sinyal. Dalam penelitian ini akan dipakai tool wavelet yang digunakan untuk menganalisis sinyal 1 dimensi. Dalam toolbox wavelet 1-D terdapat beberapa tool diantaranya SWT De-noising 1-D, Density Estimation 1-D, Regresion Estimation 1-D, Coefficients Selection dan Fractional Brownian Generation. De-Noising merupakan suatu tool yang digunakan dalam pemulihan sinyal dari data yang bercampur dengan noise. Data PD merupakan data yang terdiri dari pulsa luahan muatan dengan frekuensi yang tinggi yang diaggap sebagai noise, sehingga periodanya sangat pendek. Discrete Wavelet Transform (DWT) adalah suatu bagian dari proses de-noising. Kemampuan DWT dapat mentransformasikan suatu fungsi atau operator ke dalam komponen-komponen frekuensi yang berlainan, dan kemudian mengkaji setiap komponen dengan suatu resolusi yang sesuai dengan skalanya. Alasan yang paling mendasar mengapa digunakan DWT dalam menganalisis sinyal PD, bahwasanya hasil yang diharapkan setelah pengolahan data adalah titik – titik puncak tertinggi dari pulsa PD yang tersusun secara diskrit, DWT juga dapat menampilakan suatu sinyal dengan resolisi frekuensi tinggi dan resolusi waktu yang tinggi, resolusi frekuwensi tinggi dan resolusi waktu yang rendah. Persamaan umum DWT dapat dituliskan sebagai berikut: 20 W ( j.k )   j  x( k ) 2  (2  j n  k )  j2 ................................................... (8) k Di mana, k adalah konstanta waktu real dari suatu fungsi energi terbatas dan j adalah konstanta waktu immaginer yang biasa disebut sebagai mother wavelet. Analisa DWT dapat dilakukan dengan cepat, yaitu dengan menggunakan algoritma berbentuk piramid yang biasa disebut dengan multirate filterbanks. Sebagai filter bank, DWT dapat dianggap sebagai tetapan Q dengan jarak yang teratur antara center filter dengan masing-masing sub-band9). Dalam menganalisa data hasil penelitian, banyak software yang bisa digunakan sebagai tool, diantaranya dengan menggunakan Fast Fourier Transform (FFT)10), dengan menggunakan Lab-View11) dan juga menggunakan Transformasi Wavelet Diskrit12). Wavelet pertama kali ditemukan oleh seorang ahli matematika dari Inggris yang bernama Alfred Haar. Transformasi Wavelet (WT) adalah suatu teknik untuk menganalisa suatu sinyal yang terus dikembangkan sebagai suatu alternatif dari penggunaan Short Time Fourier Transfor (STFT) untuk menyelesaikan permasalahan yang berhubungan dengan waktu dan frekuensi. 9 ) Hewlerd , Packard, Partial Discharge Testing Decreasing The Field Failures of High Voltage Components, Silicon Valley, http://www.ht-world com/pdfs/PartialDischargePaper.pdf (10 Oktober 2009) 10) Sitorus, Henry.B.H, Karakteristik Partial Discharge Dan Rugi Dielektrik (Tan ) Isolasi Belitan Motor Listrik Terimpregnasi, Thesis, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta. 93 hlm (2001) 11) A. Syakur, Pengukuran Partial Discharge pada Void Menggunakan Sistem Elektroda Metoda II Cigre, Thesis Magister Program Pascasarjana, ITB, Bandung (2002) 12) Kundu, Prasanta dan A.K. Sinha, Classification of Acoustic Emission Based Partial Discharge in Oil Pressboard Insulation System Using Wavelet Analysis, International Journal of Electrical and Electronics Engineering (2008) 21 Kemampuan WT yang sangat menonjol yaitu dapat menampilkan resolusi yang lebih rinci, tidak sama dengan STFT yang hanya mampu menampilkan resolusi waktu seragam untuk semua sinyal13). Data PD merupakan data yang terdiri dari pulsa luahan muatan dengan frekuensi yang tinggi, Sehingga periodanya sangat pendek. Kemampuan DWT dapat mentransformasikan suatu fungsi atau operator ke dalam komponen-komponen frekuensi yang berlainan, dan kemudian mengkaji setiap komponen dengan suatu resolusi yang sesuai dengan skalanya. Penggunaan DWT dalam menganalisa gelombang PD sebagai tool untuk menampilkan gelombang PD dari sinyal derau yang menyelimuti gelombang PD yang sebenarnya, maka bagian dari beberapa fungsi DWT yang akan diterapkan dalam penelitian ini adalah SWT De-noising 1-D, prinsip kerjanya adalah membandingkan gelombang derau dengan gelombang PD yang sebenarnya. Seperti contoh sederhana pada gambar 5 berikut: 13) Edwards, T., 1991, Discrete Wavelet Transforms: Theory and Implementation.Stanford University, USA, http://qss.stanford.edu/~godfrey/wavelets/wave paper.pdf (10 Oktober 2009) 22 Gambar 5. Sebuah contoh de-noising 1. Pemodelan Dasar Satu-Dimensi Pemodelan dasar untuk sinyal bercampur noise pada dasarnya adalah bentuk berikut: s (n) = f (n)  e (n) …………….……………………………..……………. (9) Di mana n waktu mempunyai jarak yang sama. Dalam model yang paling sederhana kita menganggap bahwa e (n) adalah Gaussian kebisingan, ζ (0,1) dan tingkat kebisingan seharusnya sama dengan 1. Tujuan de-noising adalah untuk menekan bagian noise dari sinyal dan mengembalikan f. Metode ini efisien untuk keluarga dari fungsi f yang hanya memiliki beberapa koefisien wavelet nol. Fungsi ini memiliki representasi wavelet 23 jarang. Misalnya, fungsi halus hampir di mana-mana, dengan hanya beberapa perubahan mendadak. Dari sudut pandang statistik, model tersebut adalah model regresi dari waktu ke waktu dan metode ini dapat dilihat sebagai estimasi non-parametrik dari fungsi f dengan menggunakan dasar ortogonal. 2. Prosedur-prosedur De-noising De-noising umumnya melibatkan tiga langkah dasar yang dijelaskan di bawah ini. a. Decompose Pilih wavelet, pilih tingkat N. Hitunglah wavelet dekomposisi sinyal s pada tingkat koefisien N. b. Threshold detail coefficients Untuk setiap tingkat dari 1 sampai N, pilih threshold dan menerapkan thresholding lunak untuk koefisien detail. c. Merekonstruksi Rekonstruksi wavelet dengan menggunakan pendekatan koefisien asli dari tingkat N dan koefisien detail diubah dari tingkat 1 sampai N. Dua poin yang harus diatasi adalah: bagaimana memilih ambang pintu, dan melakukan thresholding itu. 24 3. Soft atau Hard Thresholding Thresholding dapat dilakukan dengan menggunakan fungsi yt = wthresh(y,sorh,thr) Pengembalian thresholding lunak atau keras y input, tergantung pada pilihan sorh. Hard thresholding adalah metode yang paling sederhana. Soft thresholding memiliki sifat matematika bagus dan hasil teoritis yang tersedia. Seperti contoh sederhana. y = linspace(-1,1,100); thr = 0.4; ythard = wthresh(y,'h',thr); ytsoft = wthresh(y,'s',thr); Gambar 6. Thresholding hard dan soft signal s = x 25 4. Operasi Matematika Nilai absolut dapat diperoleh dengan Syntax Y = abs (X) Deskripsi abs (X) mengembalikan sebuah array Y, sehingga setiap unsur Y adalah nilai absolut dari elemen yang sesuai dari X. Jika X adalah kompleks, abs (X) mengembalikan modulus kompleks (besar), yang sama seperti sqrt (real (X) ^ 2 + imag (X).. ^ 2). 5. Analisis Residual Dalam pemodelan, sumber kebisingan e (t) merupakan bagian dari output model yang tidak dapat mereproduksi. Hal ini memberikan "left-over" atau, dalam bahasa Latin, residunya. Untuk model yang baik, residual harus independen dari input. Jika tidak, akan ada lebih dalam output yang berasal dari masukan. Untuk menguji ini, fungsi cross-korelasi antara input dan residu dihitung dengan memilih View Model residual. Untuk model yang ideal fungsi korelasi harus berada sepenuhnya di antara garis positif lags. Jika, misalnya, ada puncak di luar wilayah k lag, ini berarti bahwa ada sesuatu di output y (t) yang berasal dari u (tk) dan yang belum implementasikan oleh model. Tes ini dilakukan dengan menggunakan data validasi. Nilai residual harus saling independen. Pemodelan yang paling sederhana dari nilai residu adalah nilai awal dikurangkan dengan nilai hasil. Pemodelan ini yang digunakan SWT De-noising 1-D dalam mengambil nilai residual. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian peluahan sebagian pada minyak trafo Nynas Nytro Libra dilakukan dengan menguji minyak trafo murni maupun minyak yang telah dikontaminasi. Pengujian minyak murni ditujukan untuk melihat pola peluahan sebagian awal saat belum tercampur kontaminan. Kondisi yang diterapkan memiliki empat variasi dengan masing persentase kontaminan yang divariasikan juga. Dengan perbedaan pengkondisian ini, akan dibandingkan pola peluahan sebagian pada masing-masing kondisi minyak dengan variasi yang berbeda. Perbandingan pola peluahan dilakukan dengan menganalisis hasil pengujian dari masing-masing kondisi dengan menggunakan suatu tool yang terdapat dalam matlab, yaitu wavelet. Sinyal yang dihasilkan dari PD detektor masih berupa gelombang peluahan sebagian yang masih bercampur dengan gelombang interferensi yang terdapat pada rangkaian. Dengan menggunakan tool SWT Denoising 1-D yang terdapat pada wavelet, sinyal interferensi dapat dipisahkan dari sinyal PD sehingga diperoleh sinyal PD sebenarnya. 56 A. Hasil Penelitian 1. Pola Peluahan Sebagian pada Minyak Trafo Nynas Nytro Libra Berikut ini adalah pola peluahan sebagian yang telah diolah menggunakan bantuan software wavelet dan Adobe Photoshop CS2. Hasil pola peluahan sebagian yang lengkap dapat dilihat pada Lampiran B. (a) Sinyal PD bentuk garis (b) Sinyal PD bentuk titik Gambar 34. Contoh pola peluahan sebagian 57 Gambar 34 di atas adalah contoh dari pola peluahan sebagian yang terjadi pada minyak trafo Nynas AB Nytro Libra. Gambar 34(a) merupakan gambar pola peluahan sebagian bentuk garis dan Gambar 34(b) merupakan gambar pola peluahan bentuk titik. Dengan pola bentuk titik, mempermudah dalam menganalisa jumlah pola peluahan sebagian dan sudut peluahan sebagian. Jumlah peluahan diperoleh dengan menghitung titik peluahan sebagian yang terjadi. Sudut terjadinya peluahan yang digunakan adalah interval sudut PD. Interval sudut PD diperoleh dengan menghitung range sudut phasa di mana pulsa PD berkumpul. Sedangkan untuk besar muatan peluahan diperoleh dengan mengukur tegangan peluahan pada rangkaian PD detector. 2. Data Peluahan Sebagian pada Minyak Trafo Nynas Nytro Libra Karakteristik PD untuk masing-masing kondisi kontamisi berbeda-beda. Berikut ini adalah data PD yang terjadi pada minyak isolasi trafo Nynas Nytro Libra. Data PD yang terjadi pada minyak isolasi trafo Nynas Nytro Libra secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran A. Data pada Tabel 4 merupakan data yang diperoleh setelah dilakukan de-noising menggunakan software wavelet. Jumlah pulsa PD diperoleh dengan bantuan MS Exel begitu juga untuk mencari interval sudut PD. 58 Tabel 3. Data PD Minyak Isolasi Trafo Nynas Nytro Libra no kondisi minyak minyak 1 murni campuran 2 minyak+air 2% campuran 3 minyak+air 4% campuran 4 minyak+air 6% campuran 5 minyak+air 12% campuran 6 minyak+serbuk logam 300 mg campuran 7 minyak+serbuk logam 600 mg campuran 8 minyak+serbuk logam 900 mg campuran 9 minyak+celah udara 1 mm campuran 10 minyak+celah udara 2 mm campuran 11 minyak+celah udara 3 mm campuran minyak+air 4% 12 +serbuk logam 600 mg+celah udara 2 mm Vh (kV) 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (n) (n) jumlah (n) Muatan PD PD + PD PD (pC) 23 26 49 8.9 24 18 42 12.9 21 19 40 17.1 31 20 51 22 25 22 47 26.8 53 47 100 9.1 49 51 100 15.6 37 44 81 21.5 55 49 104 29.5 46 52 98 36.8 27 32 59 10.9 41 40 81 19 42 37 79 26.9 36 44 80 35.5 35 41 76 43.4 52 44 96 11.6 46 37 83 20.1 50 39 89 28.5 47 41 88 37.1 36 46 82 45.8 37 31 68 12 ----- ----------------- ----------------- ----------------- ------------28 23 51 9.8 33 27 60 14.5 31 18 49 19.7 29 25 54 25 32 24 56 31.6 33 23 56 10.8 27 26 53 14.6 36 22 58 19.8 24 22 46 25.4 31 29 60 31.4 35 27 62 10.8 32 27 59 15 33 34 67 20.1 31 33 64 26.3 34 27 61 33.3 33 28 61 9.4 36 34 70 14.1 34 24 58 18.9 35 30 65 24.1 34 30 64 29.8 35 30 65 9.6 23 35 58 14 28 29 57 18.9 42 31 73 24.1 46 28 74 29.6 24 24 50 9.3 28 33 61 14.1 30 30 60 19.2 32 24 56 24 32 33 65 29.6 28 31 59 14.1 27 26 53 26.6 30 30 60 34 36 21 57 41.9 32 28 60 52.2 Range ф PD+ (Derajat) 115 - 170 110 - 180 105 - 180 95 - 170 95 - 180 95 - 180 100 - 180 75 - 180 75 - 180 80 - 180 75 - 180 75 - 180 90 - 180 85 - 180 90 - 180 70 - 180 85 - 180 95 - 180 75 - 180 80 - 180 65 - 180 ----------------95 - 180 100 - 180 80 - 180 100 - 180 95 - 180 95 - 180 95 - 180 90 - 180 140 - 180 70 - 180 95 - 180 130 - 180 130 - 180 95 - 180 95 - 180 100 - 180 100 - 180 100 - 180 100 - 180 100 - 180 100 - 180 105 - 180 100 - 180 100 - 180 100 - 180 115 - 180 110 - 180 90 - 180 90 - 180 110 - 180 100 - 180 110 - 180 130 - 180 80 - 180 85 - 180 Range ф PD- interval ф (Derajat) PD+ 320 - 360 55 335 - 360 70 300 - 360 75 250 - 360 75 260 - 360 85 285 - 360 85 266 - 360 80 295 - 360 105 255 - 360 105 260 - 360 100 250 - 360 105 260 - 360 105 280 - 360 90 260 - 360 95 260 - 360 90 270 - 360 110 260 - 360 95 265 - 360 85 255 - 360 105 265 - 360 100 290 - 360 115 --------------------------------320 - 360 85 295 - 360 80 260 - 360 100 315 - 360 80 315 - 360 85 265 - 360 85 270 - 360 85 265 - 360 90 265 - 360 40 250 - 360 110 270 - 360 85 270 - 360 50 270 - 360 50 265 - 360 85 265 - 360 85 285 - 360 80 270 - 360 80 295 - 360 80 265 - 360 80 305 - 360 80 265 - 360 80 270 - 360 75 280 - 360 80 265 - 360 80 320 - 360 80 275 - 360 65 265 - 360 70 265 - 360 90 260 - 360 90 315 - 360 70 270 - 360 80 270 - 360 70 270 - 360 50 250 - 360 100 255 - 360 95 interval ф PD40 25 60 110 100 75 94 65 105 100 110 100 80 100 100 90 100 95 105 95 70 ----------------40 65 100 45 45 95 90 95 95 110 90 90 90 95 95 75 90 65 95 55 95 90 80 95 40 85 95 95 100 45 90 90 90 110 105 59 B. Pembahasan Karakteristik-karakteristik minyak trafo pada masing-masing kontaminasi dapat dilihat pada Tabel 4. Untuk memudahkan analisisnya, maka dibuat grafik karakteristik yang menjelaskan data pada table 4. 1. Karakteristik Jumlah PD Sebagai Fungsi Tegangan Berikut ini adalah contoh grafik yang menunjukkan perubahan jumlah pulsa PD akibat adanya perbedaan besar tegangan yang diterapkan pada benda uji. Grafik karakteristik jumlah PD sebagai fungsi tegangan lebih lengkap dapat dilihat pada Lampiran B. Gambar 35. Karakteristik jumlah PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi air Gambar 35 adalah karakteristik jumlah PD sebagai fungsi tegangan pada minyak yang terkontaminasi air. Berdasarkan teori, semakin besar tegangan yang diterapkan pada benda uji maka PD pada minyak trafo akan meningkat baik pada minyak yang terkontaminasi air, serbuk logam, udara ataupun ketiganya. 60 Karakteristik jumlah PD sebagai fungsi tegangan pada minyak yang terkontaminasi air terlihat bahwa dengan ditingkatkannya tegangan yang diterapkan pada benda uji maka PD pada minyak terkontaminasi air akan meningkat. Keadaan ini seharusnya terjadi pada setiap variasi kontaminan air, akan tetapi terdapat grafik anomali pada minyak yang terkontaminasi air 6%. Grafik anomali pada minyak terkontaminasi air 6% disebabkan karena kadar air yang terlalu tinggi sehingga pencampuran minyak dengan air tidak sempurna dan membentuk endapan. Gambar 36. Karakteristik jumlah PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi serbuk logam Karakteristik jumlah PD sebagai fungsi tegangan pada minyak yang terkontaminasi serbuk logam terlihat bahwa semakin ditingkatkannya tegangan yang diterapkan pada benda uji maka PD minyak terkontaminasi serbuk logam akan semakin meningkat. Keadaan ini terlihat pada semua variasi kontaminan serbuk logam. 61 Gambar 37. Karakteristik jumlah PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi celah udara Karakteristik jumlah PD sebagai fungsi tegangan pada minyak yang terkontaminasi udara terlihat bahwa semakin ditingkatkannya tegangan yang diterapkan pada benda uji maka PD minyak terkontaminasi udara akan semakin meningkat. Keadaan ini terlihat pada semua variasi kontaminan celah udara. Gambar 38. Karakteristik jumlah PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi air, serbuk logam, dan udara Karakteristik jumlah PD sebagai fungsi tegangan pada minyak yang terkontaminasi ketiga kontaminan terlihat bahwa semakin ditingkatkannya 62 tegangan yang diterapkan pada benda uji maka PD minyak terkontaminasi ketiga kontaminan akan semakin meningkat. Secara umum dapat dikatakan bahwa dengan naiknya besar tegangan yang diterapkan pada benda uji, maka jumlah pulsa PD akan meningkat. Hal ini terjadi karena dengan ditingkatkannya tegangan yang diterapkan pada benda uji maka akan memperbesar medan listrik di antara elektroda yang mengakibatkan meningkatnya elektron pada elektroda yang akan meluah baik dari elektroda bola ke bidang ataupun sebaliknya. 2. Karakteristik Besar Muatan PD Sebagai Fungsi Tegangan Berikut ini adalah grafik yang menunjukkan perubahan besar muatan PD akibat adanya perbedaan besar tegangan yang diterapkan pada benda uji. Gambar 39. Karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi air 63 Gambar 39 adalah karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak yang terkontaminasi air. Karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi air adalah besar muatan PD semakin meningkat seiring dengan peningkatan tegangan yang diterapkan pada benda uji. Kondisi peningkatan ini terlihat di seluruh variasi minyak terkontaminasi air. Gambar 40. Karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi serbuk logam Gambar 40 adalah karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak yang terkontaminasi serbuk logam. Karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi serbuk logam adalah besar muatan PD semakin meningkat seiring dengan peningkatan tegangan yang diterapkan pada benda uji. Kondisi peningkatan ini terlihat di seluruh variasi minyak terkontaminasi serbuk logam. 64 Gambar 41. Karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi celah udara Gambar 41 adalah karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak yang terkontaminasi celah udara. Karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi celah udara adalah besar muatan PD semakin meningkat seiring dengan peningkatan tegangan yang diterapkan pada benda uji. Kondisi peningkatan ini terlihat di seluruh variasi minyak terkontaminasi celah udara. Gambar 42. Karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi air, serbuk logam, dan udara 65 Gambar 42 adalah karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak yang terkontaminasi air, serbuk logam, dan udara. Karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi air, serbuk logam, dan udara adalah besar muatan PD semakin meningkat seiring dengan peningkatan tegangan yang diterapkan pada benda uji. Kondisi peningkatan ini terlihat di seluruh variasi minyak terkontaminasi air, serbuk logam, dan udara. Dari karakteristik besar muatan PD sebagai fungsi tegangan secara umum terlihat hubungan linier antara besar muatan PD dengan tegangan yang diterapkan pada benda uji. Dengan ditingkatkannya tegangan yang diterapkan pada benda uji maka PD pada minyak trafo akan semakin meningkat. Keadaan ini terlihat pada semua kondisi variasi baik pada minyak terkontaminasi air, serbuk logam, udara ataupun ketiganya. Hal ini dikarenakan peningkatan tegangan mengakibatkan peningkatan jumlah elektron yang ada pada elektroda. Dengan meningkatnya elektron akan mengakibatkan muatan peluahan akan meningkat juga, karena besar muatan peluahan dipengaruhi oleh elektron yang mengalir dari kedua elektroda yang berbeda potensial. 3. Karakteristik Interval Sudut Terjadinya PD Sebagai Fungsi Tegangan Berikut ini adalah yang menunjukkan perubahan interval sudut phasa PD akibat adanya perbedaan besar tegangan yang diterapkan pada benda uji. Karakteristik interval sudut terjadinya PD sebagai fungsi tegangan lebih lengkap dapat dilihat pada Lampiran B. 66 (a) Siklus positif (b) Siklus negatif Gambar 43. Karakteristik interval sudut terjadinya PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi air Karakteristik interval sudut PD dengan tegangan yang diterapkan pada benda uji menurut teori adalah semakin besar tegangan yang diterapkan pada benda uji maka interval sudut PD akan semakin meningkat. Karakteristik interval sudut terjadinya PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi air memiliki grafik anomali di variasi kontaminan air 4% dan 6% pada siklus positif dan di variasi kontaminan air 4% pada siklus negatif gelombang sinusoidal. 67 (a) Siklus positif (b) Siklus negatif Gambar 44. Karakteristik interval sudut terjadinya PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi serbuk logam Berdasarkan teori bahwa semakin besar tegangan yang diterapkan pada benda uji maka interval sudut PD akan semakin meningkat. Karakteristik interval sudut terjadinya PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi serbuk logam memiliki grafik anomali di variasi kontaminan serbuk logam 300mg pada siklus negatif gelombang sinusoidal. 68 (a) Siklus positif (b) Siklus negatif Gambar 45. Karakteristik interval sudut terjadinya PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi celah udara Berdasarkan teori bahwa semakin besar tegangan yang diterapkan pada benda uji maka interval sudut PD akan semakin meningkat. Karakteristik interval sudut terjadinya PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi celah udara memiliki grafik anomali di variasi kontaminan celah udara 1mm pada siklus positif dan di semua variasi kontaminan celah udara pada siklus negatif gelombang sinusoidal. 69 (a) Siklus positif (b) Siklus negatif Gambar 46. Karakteristik interval sudut terjadinya PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi air, serbuk logam dan udara Karakteristik interval sudut PD sebagai fungsi tegangan pada minyak terkontaminasi air, serbuk logam dan udara adalah semakin besar tegangan yang diterapkan pada benda uji maka interval sudut PD akan semakin meningkat. Karakteristik interval sudut PD sebagai fungsi tegangan secara umum yaitu interval sudut phasa PD akan meluas atau meningkat seiring dengan dinaikannya tegangan yang diterapkan pada benda uji. Hal ini disebabkan karena peningkatan tegangan berakibat meningkatnya jumlah elektron dan medan listrik di atara 70 elektroda yang membuat elektron dapat meluah setiap saat. Sehingga dengan meningkatkan tegangan, pulsa PD terlihat semakin menyebar dihampir seluruh sudut phasa. Secara tipikal pulsa PD terjadi pada sudut-sudut phasa di mana tegangan sudut phasa tersebut mendekati tegangan nol volt baik pada sikus positif maupun siklus negatif gelombang sinusoidal. Adapun grafik anomali yang terlihat pada grafik karakteristik interval sudut PD sebagai fungsi tegangan disebabkan karena persebaran sudut PD yang merata hampir diseluruh sudut phasa sehingga interval dari sudut PD sulit untuk ditentukan. 4. Karakteristik Persentase Kontaminan Air Pada Minyak Terhadap PD Berikut ini adalah karakteristik pengaruh persentase kontaminan air terhadap PD yang terjadi pada minyak trafo. Grafik karakteristik pengaruh persentase kontaminan air terhadap PD secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran B. a. Karakteristik Persentase Kontaminan Air Terhadap Jumlah PD Gambar 47. Karakteristik persentase kontaminan air terhadap jumlah PD 71 Dari karakteristik persentase kontaminan air terhadap jumlah PD dapat dilihat hubungan antara banyak kontaminan air terhadap jumlah PD minyak trafo. Pengaruh persentase kontaminan air pada minyak terhadap jumlah PD yang terjadi yaitu jumlah PD semakin meningkat seiring dengan bertambahnya persentase kontaminan air pada minyak trafo. Karakteristik ini terjadi karena dengan penambahan persentase kontaminan air, maka semakin banyak media yang dapat digunakan elektron untuk meluah. b. Karakteristik Persentase Kontaminan Air Terhadap Muatan PD Gambar 48. Karakteristik persentase kontaminan air terhadap muatan PD Karakteristik persentase kontaminan air terhadap muatan PD menunjukkan bahwa peningkatan persentase kontaminan air pada minyak menyebabkan besar muatan PD dari minyak trafo semakin meningkat. Dengan bertambahnya persentase kontaminan air, maka elektron yang berkumpul pada gelembung air yang ada akan semakin bertambah. Sehingga peluahan PD bertambah banyak dan besar. Sesuai dengan teori, di mana semakin banyaknya pengotor pada isolasi di mana 72 pengotor tersebut memiliki kekuatan dielektrik lebih rendah dibanding isolasi tersebut, maka akan menyebabkan PD yang semakin besar. c. Karakteristik Persentase Kontaminan Air Terhadap Interval Sudut PD (a) Siklus positif (b) Siklus negatif Gambar 49. Karakteristik persentase kontaminan air terhadap interval sudut PD Gambar 49 adalah karakteristik persentase kontaminan air terhadap interval sudut PD. Karakteristik persentase kontaminan air terhadap interval sudut PD yaitu sudut phasa PD akan meningkat atau meluas seiring dengan bertambahnya 73 persentase kontaminan air. Hal ini disebabkan karena penambahan persentase kontaminan air berakibat meningkatnya media yang dapat digunakan elektron untuk meluah. Adapun grafik anomali yang terlihat pada grafik karakteristik persentase kontaminan air terhadap interval sudut PD minyak disebabkan karena persebaran sudut PD yang merata hampir diseluruh sudut phasa sehingga interval dari sudut PD sulit untuk ditentukan. 5. Karakteristik Massa Kontaminan Serbuk Logam Pada Minyak Terhadap PD Berikut ini adalah karakteristik pengaruh massa kontaminan serbuk logam terhadap PD yang terjadi pada minyak trafo. Grafik karakteristik pengaruh massa kontaminan serbuk logam terhadap PD secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran B. a. Karakteristik Massa Kontaminan Serbuk Logam Terhadap Jumlah PD Gambar 50. Karakteristik massa kontaminan serbuk logam terhadap jumlah PD 74 Dari karakteristik massa kontaminan serbuk logam terhadap jumlah PD dapat dilihat hubungan antara massa kontaminan serbuk logam terhadap jumlah PD minyak trafo. Pengaruh massa kontaminan serbuk logam pada minyak terhadap jumlah PD yang terjadi adalah jumlah PD semakin meningkat seiring dengan bertambahnya massa kontaminan serbuk logam pada minyak trafo. Karakteristik ini terjadi karena dengan penambahan massa kontaminan serbuk logam, maka semakin banyak kandungan bahan konduktif dalam minyak yang dapat menghantarkan elektron. b. Karakteristik Massa Kontaminan Serbuk Logam Terhadap Besar Muatan PD Gambar 51. Karakteristik massa kontaminan serbuk logam terhadap besar muatan PD Karakteristik massa kontaminan serbuk logam terhadap besar muatan PD menunjukkan bahwa peningkatan massa kontaminan serbuk logam pada minyak menyebabkan besar muatan PD dari minyak trafo semakin meningkat. Dengan bertambahnya massa kontaminan serbuk logam, maka elektron yang berkumpul 75 pada serbuk-serbuk logam yang terkandung dalam minyak akan semakin bertambah, sehingga peluahan PD bertambah besar. c. Karakteristik massa Kontaminan Serbuk Logam Terhadap Interval Sudut PD (a) Siklus positif (b) Siklus negatif Gambar 52. Karakteristik massa kontaminan serbuk logam terhadap interval sudut PD 76 Gambar 52 adalah karakteristik massa kontaminan serbuk logam terhadap interval sudut PD. Karakteristik massa kontaminan serbuk logam terhadap interval sudut PD yaitu sudut phasa PD akan meningkat atau meluas seiring dengan bertambahnya massa kontaminan serbuk logam. Hal ini disebabkan karena penambahan massa kontaminan serbuk logam berakibat meningkatnya media yang dapat digunakan elektron untuk meluah. Adapun grafik anomali yang terlihat pada grafik karakteristik massa kontaminan serbuk logam terhadap interval sudut PD minyak disebabkan karena persebaran sudut PD yang merata hampir diseluruh sudut phasa sehingga interval dari sudut PD sulit untuk ditentukan. 6. Karakteristik Jarak Celah Udara Pada Minyak Terhadap PD Berikut ini adalah karakteristik jarak celah udara terhadap PD yang terjadi pada minyak trafo. Grafik karakteristik jarak celah udara terhadap PD secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran B. a. Karakteristik Jarak Celah Udara Terhadap Jumlah PD Gambar 44. Karakteristik jarak celah udara terhadap jumlah PD 77 Dari karakteristik jarak celah udara terhadap jumlah PD dapat dilihat hubungan antara jarak celah udara terhadap jumlah PD minyak trafo. Pengaruh jarak celah udara pada minyak terhadap jumlah PD yang terjadi adalah jumlah PD semakin meningkat seiring dengan bertambahnya jarak celah udara pada minyak trafo. Karakteristik ini terjadi karena dengan penambahan jarak celah udara, maka semakin banyak media yang dapat digunakan elektron untuk meluah. b. Karakteristik Jarak Celah Udara Terhadap Muatan PD Gambar 53. Karakteristik jarak celah udara terhadap besar muatan PD Karakteristik jarak celah udara terhadap besar muatan PD menunjukkan bahwa penambahan jarak celah udara menyebabkan besar muatan PD dari minyak trafo akan meningkat. Karakteristik ini terjadi karena dengan penambahan jarak celah udara, maka semakin banyak media yang dapat digunakan elektron untuk meluah. 78 c. Karakteristik Jarak Celah Udara Terhadap Interval Sudut PD (a) Siklus positif (b) Siklus negatif Gambar 54. Karakteristik jarak celah udara terhadap interval sudut PD Gambar 54 adalah karakteristik jarak celah udara terhadap interval sudut PD. Karakteristik jarak celah udara terhadap interval sudut PD yaitu sudut phasa PD akan meningkat seiring dengan bertambahnya jarak celah udara pada minyak. Hal ini disebabkan karena penambahan jarak celah udara berakibat meningkatnya media yang dapat digunakan elektron untuk meluah. Adapun grafik anomali yang terlihat pada karakteristik jarak celah udara terhadap interval sudut PD minyak 79 disebabkan karena persebaran sudut PD yang merata hampir diseluruh sudut phasa sehingga interval dari sudut PD sulit untuk ditentukan. 7. Karakteristik Penambahan Kontaminan Air, Serbuk Logam dan Udara Terhadap PD Berikut ini adalah karakteristik penambahan kontaminan air, serbuk logam dan udara terhadap PD yang terjadi pada minyak trafo. Grafik karakteristik penambahan kontaminan air, serbuk logam dan udara terhadap PD secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran B a. Karakteristik Penambahan Kontaminan Air, Cu, dan Udara Terhadap Jumlah PD Gambar 55. Karakteristik Penambahan Kontaminan Air, Cu, dan Udara Terhadap Jumlah PD Dari karakteristik penambahan kontaminan air, serbuk logam dan udara terhadap jumlah PD dapat dilihat hubungan antara penambahan kontaminan air, serbuk 80 logam dan udara terhadap jumlah PD minyak trafo. Pengaruh penambahan kontaminan air, serbuk logam dan udara pada minyak terhadap jumlah PD yang terjadi adalah jumlah PD semakin meningkat seiring dengan penambahan kontaminan air, serbuk logam dan udara pada minyak trafo. Karakteristik ini terjadi karena dengan penambahan penambahan kontaminan air, serbuk logam dan udara maka semakin banyak media yang dapat digunakan elektron untuk meluah. b. Karakteristik Penambahan Kontaminan Air, Cu, dan Udara Terhadap Besar Muatan PD Gambar 56. Karakteristik Penambahan Kontaminan Air, Cu, dan Udara Terhadap Besar Muatan PD Karakteristik penambahan kontaminan air, serbuk logam, dan udara terhadap besar muatan PD menunjukkan bahwa penambahan kontaminan air, serbuk logam, dan udara menyebabkan besar muatan PD dari minyak trafo akan meningkat. Karakteristik ini terjadi karena dengan penambahan kontaminan air, serbuk logam, dan udara maka semakin banyak media yang dapat digunakan elektron untuk meluah. 81 c. Karakteristik Penambahan Kontaminan Air, Cu, dan Udara Terhadap Interval Sudut PD (a) Siklus positif (b) Siklus negatif Gambar 57. Karakteristik Penambahan Kontaminan Air, Cu, dan Udara Terhadap Interval Sudut PD Gambar 57 adalah karakteristik penambahan kontaminan air, serbuk logam, dan udara terhadap interval sudut PD. Karakteristik penambahan kontaminan air, serbuk logam, dan udara terhadap interval sudut PD yaitu sudut phasa PD akan meningkat seiring dengan penambahan kontaminan air, serbuk logam, dan udara pada minyak. Hal ini disebabkan karena penambahan kontaminan air, serbuk 82 logam, dan udara berakibat meningkatnya media yang dapat digunakan elektron untuk meluah. Adapun grafik anomali yang terlihat pada grafik karakteristik penambahan kontaminan air, serbuk logam, dan udara terhadap interval sudut PD minyak disebabkan karena persebaran sudut PD yang merata hampir diseluruh sudut phasa sehingga interval dari sudut PD sulit untuk ditentukan. SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan Setelah melakukan penelitian dan analisa data hasil penelitian maka dapat ditarik beberapa simpulan, diantaranya: 1. Semakin tinggi tegangan yang diterapkan pada benda uji, maka jumlah pulsa PD, besar pulsa PD dan interval sudut PD akan semakin meningkat. 2. Semakin besar kandungan kontaminan, maka jumlah pulsa PD dan besar pulsa PD akan semakin meningkat sedangkan interval sudut PD hampir sama pada semua variasi kontaminasi 3. Sudut phasa PD minyak trafo terjadi pada range sudut 90o-180o pada siklus positif dan sudut 250o-360o pada siklus negatifnya. Secara keseluruhan pulsa PD minyak secara umum terjadi pada sudut 0o-30o, terjadi kembali pada sudut 95o-205o, dan terjadi kembali pada sudut 250o-360o. 84 B. Saran 1. Penelitian selanjutnya sebaiknya mencoba untuk meneliti PD minyak trafo dengan variasi elektroda. 2. Penelitian selanjutnya sebaiknya menggunakan persentase yang sama pada masing-masing kontaminan dengan cara menghitung persentase kontaminan menggunakan konsep Mol hingga diperoleh persentase yang sama agar PD pada minyak trafo yang terkontaminasi air, serbuk logam atau udara dapat dibandingkan satu sama lain. III. METODOLOGI PENELITIAN A. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini akan membahas mengenai peluahan sebagian (partial discharge) yang terjadi pada minyak isolasi transformator Nynas AB (Nytro Libra) apabila dikondisikan dengan menggunakan campuran pengotor. Adapun ruang lingkup penelitian ini meliputi karakteristik peluahan sebagian (partial discharge) pada isolasi cair yang meliputi besar (magnitud) muatan peluahan sebagian yang terjadi (pC) yang diperoleh dengan mengukur tegangan PD pada rangkaian PD detektor, banyak peluahan sebagian yang terjadi pada satu gelombang sinusoidal (n), dan sudut phasa terjadinya peluahan sebagian (θ) yang diperoleh dengan menganalisa grafik hasil pengukuran peluahan sebagian. B. Tempat dan Waktu Penelitian dilakukan bertempat di Laboratorium Tegangan Tinggi, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Unila, meliputi pembuatan alat pengkondisi minyak dan pengukuran sample serta analisis hasil pengukuran yang dilakukan dengan komputer. Waktu pelaksanaan penelitian ini selama 6 bulan yaitu mulai bulan Januari 2010 sampai dengan Juni 2010. 27 C. Studi Pustaka Studi pustaka dilakukan untuk mendapatkan referensi bacaan yang dapat mendukung penelitian yang akan dilakukan. Bahan bacaan tersebut didapat dari buku-buku di perpustakaan Universitas Lampung maupun makalah atau artikel yang diperoleh dari internet. Bahan tersebut digunakan sebagai referensi dan dasar teori untuk penelitian ini. D. Bahan dan Alat 1. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak transformator Nynas AB (Nytro Libra). Pengotor yang digunakan adalah tembaga sulfida (CuSO4), air (H2O), dan udara. 2. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat pengkondisi minyak transformator yang berupa bejana yang terbuat dari akrilik yang dilengkapi dengan elektroda ukur. Elektroda ukur yang digunakan adalah elektroda standar CIGRE II yang berupa elektroda bola dan bidang. Alat yang digunakan dalam pengotoran minyak adalah sendok, gelas kimia, pinset, timbangan. Untuk pencampuran udara, dengan cara membuat celah udara antara minyak dengan elektroda bidang. Variasi kontaminan dilakukan dengan memvariasikan jarak 28 celah udara. Gambar alat yang digunakan dalam proses penelitian ini dapat dilihat pada lampiran C. Peralatan yang digunakan untuk pengujian peluahan sebagian antara lain: a. Satu set voltage regulator Alat ini digunakan untuk mengatur tegangan input yang akan masuk ke trafo uji dengan merek Matsunaga Transformer. Tegangan input-nya adalah AC 200-230 V. Terdapat rating output AC = 0 sampai dengan 250 Volt; I= 3A. b. Satu set trafo uji Alat ini digunakan muntuk membangkitkan tegangan tinggi AC dengan merek Siet Treviso buatan Italia. Transformator ini memiliki spesifikasi sebagai berikut : Input = 240V; 1,5 A; 50Hz, Output = SEC. 6-E-6 kV; 25/30 mA. c. Satu set peralatan pembagi tegangan resistif Alat ini digunakan untuk membagi tegangan agar tegangan tinggi keluaran dari trafo uji dapat diukur dengan multimeter dengan perbandingan tegangan tertentu. Perbandingan tegangan yang digunakan adalah 1:1000. Spesifikasi dari rangkaian pembagi tegangan ini adalah : Input = 5 kV; 10mA; 50 Hz Output = 5V; 10mA; 50Hz d. Multimeter digital Alat ini digunakan untuk mengukur tegangan input ataupun output pada sisi low resistor pada pembagi tegangan resistif, mengukur komponen- 29 komponen pada peralatan pembagi tegangan resistif, serta mengukur tegangan peluahan yang terjadi pada rangkaian PD detektor. Multimeter yang digunakan adalah multimeter digital dengan merek Sanwa. e. Osiloskop tabung sinar katoda Alat ini digunakan untuk menampilkan gelombang reverensi keluaran dari trafo uji yang telah melalui rangkaian pembagi resistif dan gelombang keluaran saat terjadi peluahan sebagian. Spesifikasi alat ini adalah osiloskop 40 MHz analog-digital bermerek Hameg 407-2. f. Satu set computer Alat ini digunakan untuk menyimpan data keluaran yang telah dihasilkan oleh osiloskop sinar katoda serta memproses sinyal untuk mencari nilainilai yang diinginkan. Komputer ini menggunakan prosesor AMD 3000+ dengan sistem operasi Windows XP servis park 2 yang dilengkapi kabel penghubung serial 9 pin RS232 sebagai transfer data keluar osiloskop. Komputer ini juga digunakan untuk mengolah data hasil keluaran dari osiloskop dengan menggunakan software photoshop dan matlab. E. Pelaksanaan Eksperimen 1. Pembuatan Alat Pengkondisi Minyak Transformator Alat pengkondisi ini dibuat dengan bentuk balok dengan menggunakan akrilic bening sehingga memudahkan untuk mengamati peluahan sebagian yang terjadi. Dalam bejana diletakkan elektroda ukur yang digunakan untuk menghasilkan peluahan sebagian pada minyak isolasi. Elektroda yang digunakan adalah bola dan 30 bidang yang sesuai dengan standard CIGRE II. Gambar bejana ditunjukkan pada gambar 7. 2. Pembuatan Elektroda Pada langkah pembuatan elektroda ini yang pertama dilakukan adalah mencari material atau bahan konduktor yang tepat untuk digunakan pada pengujian bolabidang. Elektroda bola dibuat dengan cara membubut bahan konduktor dengan diameter bola 5,6 mm, diameter lengan 5,6 mm dan panjang lengan 45 mm seperti yang terlihat pada gambar 7. Ф= 5,6 mm Ф= 5,6 mm Ф= 4 mm Ф= 55 mm Tebal = 3 mm Jarak elektroda 5 mm (dapat divariasikan) Gambar 7. Tempat sampel pengujian dengan menggunakan elektroda CIGRE II Jarak antara elektroda bola–bidang disesuaikan berdasarkan kapasitansi dari elektroda ukur yang telah terisi minyak sehingga arus yang membebani trafo uji tidak melebihi arus maksimalnya. 31 F. Rangkaian Pengujian Rangkaian yang digunakan dalam penelitian ini adalah : Elektroda Bola-Bidang 2,34 MΩ 2,34 MΩ Trafo Step-up 240:12kV Osiloskop 2,34 kΩ 2,34 kΩ 1000pf Surge protector 1Ω v PC Sumber AC 220 V regulated Gambar 8. Rangkaian pengujian peluahan sebagian dengan elektroda bola-bidang Rangkaian pada Gambar 8. adalah gambar rangkaian Peluahan sebagian detector dengan menggunakan elektroda bola-bidang. Rangkaian ini berupa rangkaian pembagi resistif yang dilengkapi dengan surge protector yang digunakan sebagai pengaman surja pada osiloskop. Rangkaian dihubungkan dengan osiloskop pada sisi tegangan rendah untuk mengetahui bentuk gelombang dari peluahan sebagian. Untuk membandingkan bentuk gelombang input dengan gelompang peluahan sebagian yang timbul, maka pada sisi input juga diberi rangkaian pembagi tegangan untuk melihat bentuk gelombang inputnya. Rangkaian pembagi tegangan yang digunakan berfungsi sebagai alat ukur tegangan tinggi sehingga dapat terukur oleh alat ukur dengan perbandingan tertentu. Data yang terbaca pada osiloskop disimpan pada komputer dan diolah menggunakan software matlab sehingga diperoleh nilai yang diinginkan. 32 G. Metode Pengujian Metode pengujian dalam penelitian ini berdasarkan standar ASTM (American Standard Testing and Material) tentang pengujian minyak isolasi. 1. Mempersiapkan alat-alat pengujian 2. Mencuci tabung reaksi dan alat pengkondisi minyak dengan menggunakan sabun dan alkohol. 3. Merangkai rangkaian pengujian sesuai rangkaian pengujian dengan menghubungkan input trafo uji ke voltage regulator untuk mengatur tegangan input pada trafo uji, agar output trafo uji dapat divariasikan. 4. Pengujian pertama adalah pengujian minyak murni tanpa kontaminan sebagai sinyal referensi awal dan mengetahui PD minyak murni. 5. Pengujian peluahan sebagian pada minyak isolasi yang terkontaminasi dibagi menjadi empat kondisi: a) Untuk kondisi yang pertama, minyak dikontaminasikan dengan air. Air yang dipakai adalah air aquabides yang memiliki struktur kimia H2O. Karena minyak dan air merupakan zat yang non-homogen, diperlukan katalisator yaitu C12H25OSO3H. Pengkontaminasian air divariasikan menjadi 4 variasi berdasarkan persentasenya, yaitu 2%, 4%, 6% dan 12%. b) Kondisi yang kedua adalah minyak yang dikontaminasi dengan serbuk logam. Serbuk logam yang dipakai adalah serbuk tembaga sulfida (CuSO4.5H2O). Untuk menghilangkan kandungan air dalam CuSO4.5H2O, dilakukan pembakaran terlebih dahulu dengan suhu 100oC selama 6 jam sebelum dilakukan pencampuran minyak dengan tembaga sulfida. Pengkontaminasian serbuk logam divariasikan menjadi 3 variasi yang 33 diukur berdasarkan berat dari serbuk logam tersebut. Variasi yang dipakai yaitu 300 mg, 600 mg dan 900 mg untuk tiap 0,4 liter minyak trafo. c) Untuk kondisi yang ketiga adalah minyak yang terkontaminasi udara. Pengkontaminasian ini dilakukan dengan membuat celah udara diantara minyak dan elektroda ukur. Pengkondisian ini dilakukan untuk menggantikan gelembung udara yang terdapat pada minyak trafo agar mempermudah dalam menentukan parameter kontaminan udara. Pengkontaminasian udara divariasikan menjadi 3 variasi berdasarkan jarak celah udaranya. Variasi yang digunakan adalah celah udara 1mm, 2mm, 3mm. Gambar dari pengkondisian celah udara pada minyak isolasi dapat dilihat pada Lampiran A. d) Untuk kondisi yang keempat adalah dengan mencampur minyak dengan ketiga kontaminan (air, serbuk logam, udara). Dengan kadar kontaminan air=4% , serbuk logam = 600 mg , dan celah udara 2 mm. 6. Mengukur tegangan referensi dan sinyal PD, mencuplik sinyal referensi dan sinyal PD serta menyimpan data hasil pengujian ke dalam computer. 7. Menghilangkan pengaruh frekuensi 50 Hz pada sinyal PD dengan menggunakan program wavelet coefficients selection 1-D. 8. Memproses data dengan menggunakan program Discrete Wavelet Transfrom sehingga didapatkan besar jumlah pulsa peluahan sebagian dan interval sudut terjadinya peluahan sebagian. 9. Menganalisis hasil dari pemrosesan data yang berupa jumlah PD (n), besar muatan PD (pC) dan interval sudut PD (θ) berdasarkan variasi tegangan input dan persentase kontaminan pada masing-masing kondisi. 34 H. Metode Pengambilan Data Pengambilan data peluahan sebagian pada minyak trafo dilakukan dengan standar operasional pengujian yang didasarkan pada ASTM D877 - 00 E21 dan ASTM D1816 – 031415) tentang SOP minyak trafo demi keselamatan dan ketepatan pengujian. Salah satu langkah yang penting sebelum melakukan pengujian pada minyak adalah membersihkan bejana tempat minyak sehingga bebas dari debu atau mengontaminan minyak lain yang dapat mengontaminasi minyak trafo. Persiapan pengujian dilakukan dengan pemeriksaan alat-alat percobaan dan kalibrasi alat. Persiapan dilakukan dengan mengukur tegangan keluaran dari voltage regulator, trafo uji, sinyal referensi dan juga signal PD pada rangkaian PD detector. Pengukuran keluaran trafo uji dilakukan dalam kondisi tegangan rendah untuk menghindarkan alat ukur dari kerusakan. Untuk pengukuran tegangan tinggi dilakukan pada divider yang memiliki perbandingan skala 1:1000. Gambar rangkaian dan alat pengujian yang digunakan dapat dilihat pada gambar 9. Komputer (PC) Osiloskop Multimeter PD Detector Travo uji Alat pengkondisi minyak+elektroda ukur Voltage regulator Termometer Barometer Gambar 9. Peralatan dan rangkaian pengujian 14 ) The Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2002, IEEE Guide for Acceptance and Maintenance of Insulating Oil in Equipment, IEEE Power Engineering Society, USA 35 Dari gambar dapat dilihat susunan peralatan pengujian sesuai dengan rangkaian percobaan, di mana input AC masuk ke voltage regulator. Keluaran voltage regulator digunakan sebagai input dari trafo uji. Keluaran trafo uji masuk ke rangkaian divider yang berfungsi untuk mengukur tegangan tinggi yang dibangkitkan. Sisi tegangan tinggi dari rangkaian divider dihubungkan dengan benda uji pada sisi elektroda bola yang kemudian masuk ke dalam ramgkaian PD detector. Sinyal yang ditampilkan pada osiloskop adalah sinyal tegangan yang ada pada rangkaian divider sisi rendah sebagai sinyal referensi dan sinyal tegangan yang dihasilkan oleh PD detector. Sinyal yang diperoleh pada osiloskop ditransfer ke PC dengan menggunakan kabel port penghubung osiloskop dengan PC yang kemudian sinyal ini akan diolah dengan menggunakan wavelet diskrit. Pada setiap kondisi minyak akan dilakukan pengujian dengan menggunakan rating tegangan mulai dari 1 kV hingga 5 kV. Rating tegangan yang digunakan adalah: Tabel 2. Rating tegangan yang diterapkan pada bahan uji (minyak trafo) No. Keluaran divider (V) Keluaran Trafo Uji (kV) 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 36 Sebelum mengolah sinyal PD dengan menggunakan software SWT De-noising 1D, terlebih dahulu sinyal PD dipisahkan dari pengaruh frekuensi saluran 50 Hz. Pemisahan sinyal PD dengan frekuensi 50 Hz dilakukan dengan menggunakan salah satu tool dari wavelet yaitu wavelet coefficients selection. Untuk mengetahui batas frekuensi kerja pada rangkaian, dapat dilakukan dengan cara menginjeksi sinyal berfrekuensi tinggi pada sisi konektor injeksi sinyal dengan menggunakan test function generator seperti gambar 10. Elektroda Bola-Bidang 2,34 MΩ TFG(test fuction generator) 2,34 MΩ Osiloskop 2,34 kΩ 2,34 kΩ 1000pf Surge protector 1Ω PC Gambar 10. Injeksi sinyal pada rangkaian PD detector. Penentuan frekuensi kerja pada rangkaian dilakukan dengan melihat gelombang keluaran yang ditampilkan pada osiloskop. Apabila gelombang output berbeda dengan gelombang input, maka rangkaian sudah tidak bekerja dengan baik dengan kata lain sudah di atas frekuensi kerja dari rangkaian. Sinyal injeksi yang dipakai adalah sinyal kotak. Injeksi sinyal dimulai dari frekuensi rendah dan ditingkatkan hingga terjadi perubahan pada sinyal outputnya. Sinyal output mulai berubah pada saat injeksi sinyal di atas frekuensi 600 kHz. Seperti yang ditampilkan dalam gambar 11. 37 Volt (mV) 40 0 -40 1000 2000 Time(ms) Gambar 11. Output PD detector dengan injeksi sinyal frekuensi 600 kHz Gambar 11 menunjukkan bahwa rangkaian sudah tidak bekerja dengan baik. Oleh karena itu, semua sinyal yang berada di atas frekuensi 600kHz dianggap sebagai derau yang disebabkan oleh rangkaian. Sebelum melakukan pengolahan data dengan menggunakan de-noising, terlebih dahulu dilakukan penentuan threshold. De-noising adalah proses pemisahan sinyal dengan derau yang ada pada sinyal tersebut. Proses de-noising memerlukan nilai threshold. Threshold adalah sinyal reverensi yang terdapat pada wavelet yang berupa sinyal derau yang ada pada rangkaian. Sinyal threshold ini digunakan untuk de-noising sinyal PD yang bercampur dengan sinyal derau sehingga sinyal PD dapat dipisahkan. Threshold ditentukan dengan cara menginjeksikan sinyal gigi gergaji dengan frekuensi tinggi yang dihasilkan dari test function generator (TFG). Frekuensi yang digunakan adalah 600kHz yang dianggap sebagai sinyal derau. Sinyal injeksi yang dipakai adalah sinyal gergaji. 38 Pada rangkaian injeksi sinyal threshold, trafo uji dan rangkain diveder tidak digunakan. Sinyal dari test function generator langsung diinjeksikan pada rangkaian PD detektor setelah benda uji. Rangkaian ini bertujuan untuk mendapatkan sinyal derau murni yang terdapat pada rangkaian yang tidak dipengaruhi oleh sinyal PD. Sinyal yang diperoleh pada osiloskop, disimpan pada PC dalam format tabular (.tab) agar dapat ditampilkan dalam MS-Excel. Gelombang keluaran PD detector ditampilkan pada osiloskop seperti pada gambar13. Volt (mV) 40 0 -40 1000 2000 Time(ms) Gambar 12. Sinyal threshold Sinyal threshold disimpan dalam format (.xls) untuk kemudian diolah hingga diperoleh nilai seting threshold yang akan digunakan untuk mendenoising gelombang PD. Semua sinyal PD yang diperoleh pada pengujian disimpan dalam bentuk tabular yang memiliki extension (.tab) dan diekspor ke dalam exel. 39 Gambar 13. Data tabular yang diekspor pada exel Dari data tabular di atas, data PD yang dihasilkan selama pengujian adalah data yang berada pada kolom B. Data PD kemudian disalin dan disimpan dengan format exel 2003 yang memiliki ekstensi (.xls) seperti pada gambar 15. Gambar 14. Data sinyal PD dengan format .xls 40 I. Metode Pengolahan Data Data PD yang diperoleh selama pengujian yang telah diekspor ke dalam MS-exel, kemudian diolah dengan menggunakan software matlab. Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Meng-impor data PD kedalam matlab untuk mendapatkan data matfile yaitu dengan format (.mat) yang merupakan ekstension dari software matlab. 2. Menentukan nilai threshold. 3. Menghilangkan pengaruh frekuensi 50Hz yang ada pada sinyal PD yang diperoleh dengan menggunakan wavelet coefficients selection dan menyimpan hasil dengan format (.mat). 4. Mengolah data hasil yang telah dihilangkan pengaruh frekuensi 50Hz dengan menggunakan wavelet de-noising. 5. Menganalisa sinyal hasil dari pengolahan de-noising. Langkah pertama yaitu meng-impor data PD yang telah disimpan dalam format exel 2003 ke dalam matlab dan menyimpan dalam format (.mat) seperti terlihat pada gambar 15. Untuk menentukan nilai threshold yang digunakan untuk men-de-noising sinyal PD yaitu data sinyal threshold yang telah diperoleh diimpor kedalam software matlab dan disimpan dalam format (.mat), data yang telah disimpan dalam format (.mat) kemudian diproses dengan software SWT De-noising 1-D seperti terlihat pada gambar 16. 41 Gambar 15 : Impor data PD pada software matlab Seting nilai threshold Gambar 16 : Software SWT De-noising 1-D 42 Dengan menggunakan metoda try and eror, dicari nilai threshold hingga tidak terdapat sinyal discharge pada sinyal. Penentuan nilai threshold dimulai dari threshold 0,011 seperti pada gambar 17. (a) Sinyal threshold (b) Sinyal threshold yang dide-noise (c) Sinyal hasil de-noise Gambar 17. De-noising sinyal threshold dengan setting 0,011 Gambar 17. (a) Adalah sinyal threshold sebelum dide-noise. (b) Adalah proses denoising sinyal threshold dengan nilai threshold 0,011. (c) Adalah hasil sinyal threshold yang telah dide-noise. 43 De-noise dengan nilai threshold 0,011 dinilai masih terlalu kecil, karena pada sinyal hasil masih terdapat sinyal discharge. Untuk itu nilai threshold perlu ditingkatkan lagi hingga 0,012 agar mendapatkan sinyal yang halus. De-noise dengan nilai threshold 0,012 dapat dilihat pada gambar 18. (a) Sinyal threshold (b) Sinyal threshold yang dide-noise (c) Sinyal hasil de-noise Gambar 18. De-noising sinyal threshold dengan setting 0,012 Gambar 18. (a) Adalah sinyal threshold sebelum dide-noise. (b) Adalah proses denoising sinyal threshold dengan nilai threshold 0,012. (c) Adalah hasil sinyal threshold yang telah dide-noise. 44 De-noise dengan mengunakan nilai threshold 0,012 telah menunjukkan hasil sinyal yang halus. Oleh karena itu, nilai threshold ini akan digunakan untuk nilai setting threshold untuk men-de-noise sinyal PD hasil pengukuran. Setelah nilai threshold diperoleh, kemudian dilakukan pengolahan hasil pengujian yang telah diimpor ke dalam matlab. Setelah nilai threshold diperolehkan, sebelum melakukan de-noising sinyal PD, terlebih dahulu dihilangkan pengaruh frekuensi rendah yang mempengaruhi sinyal PD. Penghilangan pengaruh frekuensi 50 Hz ini dilakukan dengan menggunakan software wavelet coefficients selection yang masih merupakan salah satu tool dari wavelet pada software matlab. Proses menghilangkan pengaruh frekuensi 50 Hz dengan menggunakan software wavelet coefficients selection seperti terlihat pada gambar 19. Gambar 19. Software Wavelet Coefficients Selection 45 Sinyal PD yang masih dipengaruhi frekuensi 50 Hz dengan format (.mat) diimpor ke dalam software wavelet coefficients selection. Gambar sinyal PD yang masih dipengaruhi frekuensi 50 Hz seperti pada gambar21. Gambar 20. Sinyal PD yang masih di pengaruhi frekuensi 50 Hz Untuk menghilangkan pengaruh sinyal 50 Hz, dilakukan dengan mengatur nilai kept pada A5 dengan nilai 0. Koefisien A5 merupakan koefisien pendekatan dari sinyal frekuensi rendah sedangkan koefisien D1 sampai D5 merupakan koefisien detail dari sinyal berfrekuensi tinggi. Sinyal PD yang dihilangkan dari pengaruh sinyal 50Hz, terlihat pada gambar 21. Gambar 21. Sinyal PD telah dihilangkan dari pengaruh sinyal 50Hz Sinyal PD hasil coefficients selection kemudian disimpan dalam dalam format (.mat) agar dapat diolah dengan menggunakan software matlab kembali untuk proses de-noising sinyal. 46 Proses de-noising ini dilakukan untuk memisahlan sinyal PD dengan sinyal yang dianggap dengan sinyal derau. Proses de-noising dilakukan dengan menggunakan software wavelet De-noising dengan menggunakan listing program. Untuk memperoleh hasil sinyal PD yang telah dibedakan polaritasnya, terlebih dahulu data hasil dari coefficients selection diimpor kembali ke workspace pada software matlab. Data hasil dibagi menjadi dua bagian, yaitu 1-1000 data pada folder “a” dan 1001-2000 pada folder “b” seperti pada gambar 22 berikut: (a) Data pada folder “a” (b) Data pada folder “b” Gambar 22. Pembagian data tabular pada workspace matlab 47 Setelah data dibagi, dilakukan de-noising sinyal dengan menggunakan listing program sebagai berikut: m=abs(a) thr=0.012; x= wthresh(m,'s',thr); plot (m,'g') % sinyal asli hold on plot (x,'r') % sinyal De-noiseed n=-1*abs(b) thr=0.012; y= wthresh(n,'s',thr); plot (n,'g') % sinyal asli hold on plot (y,'r') % sinyal De-noiseed Data “m” adalah nilai absolute dari data tabular “a” kemudian dide-noise dengan menggunakan setting threshold 0,012 dan jenis threshold soft thresholding. Data “x” adalah data hasil dari de-noise data “m”. Kemudian data hasil de-noise yaitu data “x” direpresentasikan dalam bentuk gelombang dengan perintah plot (x). Sedangkan data “n” adalah nilai absolute minus dari data tabular “b” kemudian dide-noisee dengan menggunakan setting threshold 0,012 dan jenis threshold soft thresholding. Data “y” merupakan hasil de-noisee dari data “n”. Data hasil denoising yaitu data “y” direpresentasikan bersamaan dengan data “x” dalam bentuk gelombang sehingga diperolehkan gelombang hasil. 48 Langkah-langkah de-noising pada listing program di atas dapat direpresentasikan dalam bentuk sinyal seperti berikut: 1. Sinyal representasi dari data “a” yaitu data PD pada setengah gelombang positif, seperti ditunjukkan pada gambar 23. Gambar 23. Sinyal PD pada setengah gelombang positif 2. Sinyal representasi dari data “m” yang merupakan nilai absolute dari data “a” , seperti pada gambar 24. Gambar 24. Sinyal PD pada setengah gelombang positif dengan nilai absolute 3. Kemudian dilakukan de-noising sehingga dihasilkan sinyal “x” ,seperti tampak pada gambar 25. 49 Gambar 25. Sinyal PD pada setengah gelombang positif setelah dide-noising 4. Sinyal representasi dari data “b” yaitu data PD pada setengah gelombang negatif, seperti ditunjukkan pada gambar 26. Gambar 26. Sinyal PD pada setengah gelombang negatif 5. Sinyal representasi dari data “n” yang merupakan nilai absolute minus dari data “b”, seperti pada gambar 27. Gambar 27. Sinyal PD pada setengah gelombang negatif dengan nilai absolute minus 50 6. Kemudian dilakukan de-noising sehingga dihasilkan sinyal “y”, seperti tampak pada gambar 28. Gambar 28. Sinyal PD pada setengah gelombang negatif setelah dide-noising 7. Sinyal dari data “x” dan “y” direpresentasikan secara bersamaan dengan perintah plot sehingga diperoleh sinyal hasil akhir yang terlihat pada gambar 29. Gambar 29. Sinyal hasil akhir dari proses de-noising sinyal PD 51 Dari proses de-noising sinyal PD, terdapat sinyal residu. Residu adalah sinyal yang dipisahkan atau dibuang yang dianggap sebagai sinyal derau yang ada pada sinyal PD. Sinyal residu merupakan sinyal hasil pengurangan dari sinyal PD yang masih bercampur derau dengan sinyal hasil akhir. Sinyal residu dapat diketahui dengan menggunakan listing program sebagai berikut: c = a + b; thr = 0.012; d = wthresh(c,'s',thr); residu = c - d; Sinyal residu yang dibuang pada proses de-noising sinyal PD terlihat pada gambar 30. Gambar 30. Sinyal residu dari proses de-noising sinyal PD Data hasil PD yang berbentuk garis-garis kemudian disimpan dalam bentuk gambar (.jpeg). Untuk memudahkan dalam menganalisa polanya, maka dilakukan penggabungan sinyal PD dengan sinyal referensi dengan bantuan software adobe photoshop CS2. Hasil penggabungan sinyal dapat dilihat pada gambar 32. Volt (mV) 52 Time(ms) Gambar 31. Sinyal PD yang digabung dengan sinyal referensi Dengan melihat gambar 31, maka pola PD dapat dilihat secara umum. Untuk memperjelas pola PD, sinyal PD dapat ditampilkan dalam bentuk titik yang diambil titik puncaknya. Pola sinyal PD dalam bentuk titik dapat dilihat pada Volt (mV) gambar 33. Time(ms) Gambar 32. Pola PD dalam bentuk titik-titik 53 Untuk dapat mengetahui jumlah PD dan sudut phasa terjadinya PD dilakukan dengan bantuan software Microsoft excel. Data hasil PD yang diperoleh dalam bentuk data tabular dalam workplace dicopy ke dalam software Microsoft excel. Kemudian dilakukan pengumpulan data dengan menggunakan sort and filter pada MS excel. Jumlah PD diperoleh dengan menghitung data yang memiliki nilai lebih besar dari 0. Sedangkan sudut terjadinya PD diperoleh dengan melihat titik terjadinya PD. Sudut terjadinya PD atau sudut  diperoleh dengan membagi titik terjadinya PD dengan jumlah titik pada osiloskop (2000) kemudian mengalikannya dengan jumlah sudut dalam satu gelombang sinusoidal (360 Derajat) Sedangkan untuk mencari nilai kesetaraan antara tegangan dengan muatan PD digunakan rumus muatan pada kapasitor, yaitu q = C.V, di mana tegangan yang terukur pada multimeter saat percobaan merupakan tegangan yang timbul pada PD detector yang terdiri atas resistor dan kapasitor yang tersusun secara paralel. Misalkan tegangan yang terukur pada PD detector dengan nilai C=1000 pF adalah 15 mV, maka muatan PD-nya adalah 15 mV X 10-9 = 15 pC. 54 J. Diagram Alir Penelitian Mulai Perancangan dan Pembuatan Alat Pengkondisi Minyak (Minyak+Udara, Minyak+Air, Minyak+Serbuk Logam) Perancangan dan Pembuatan Rangkaian Pengujian Pengkondisian Minyak Minyak Murni Campuran Minyak+Serbuk Logam Campuran Minyak+air Campuran Minyak+ udara Pengukuran dan Pengambilan Data Partial Discharge Gelombang PD Bercampur Noise Pemprosesan Gelombang Menggunakan Matlab Gelombang PD (Nilai n,q dan Ø) Analisis Hasil Penelitian Selesai Gambar 33. Diagram alir penelitian Campuran Minyak+Serbuk Logam+Air+Udara
Dokumen baru
Aktifitas terbaru
Penulis
123dok avatar

Berpartisipasi : 2016-09-17

Dokumen yang terkait

ANALISIS PELUAHAN SEBAGIAN (PARTIAL DISCHARGE..

Gratis

Feedback