View
230
Download
4
Category
Preview:
Citation preview
Presentation Title
EVALUASI DAMPAK ALGA PADA ISOLATOR POLIMER
oleh:
Teguh Aryo Nugroho (2213201028)
Dosen Pembimbing:
Dr. Eng. I Made Yulistya Negara, ST, M.Sc
Dimas Anton Asfani ST.MT.Ph.D
TESIS – TE092099
OUTLINE
LATAR BELAKANG
ISOLATOR POLIMER
METODE PENELITIAN
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
KESIMPULAN
2
LATAR BELAKANG
3
Pentingnya peranan isolator dalam sistem transmisi dan distribusi.
Pemilihan bahan dielektrik pembentuk isolator mementukan performa dankarakterstik elektrik maupun mekanik isolator.
Jenis bahan dielektrik yang sedang banyak dikembangkan adalah isolator berbahan dielektrik polimer.
Isolator polimer mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan isolator porselen dan gelas. Yaitu lebih ringan dan tahan terhadap polusi dengan intensitastinggi karena permukaan isolator polimer bersifat hydrophobic ( kedap air).
Ditemukan bahwa terdapat kasus bahwa permukaan isolator polimer dapatterkontaminasi oleh polutan mikrobiologi [2-4].
Penelitian dilakukan untuk mengamati kontaminasi dan menganalisa dampak darikontaminasinya terhadap performa isolator polimer.
PENDAHULUANTujuan Penelitian:
Penelitian ini bertujuan untuk mengamati proses kontaminasi isolator oleh polutanmikrobiologi (alga) dan mengamati pengaruh kontaminasi alga pada perubahan karakteristikarus bocor dan tegangan tembus isolator polimer.
Kontribusi Penelitian:Penelitian ini berdasarkan kejadian yang terjadi di lapangan sehingga dengan
penelitian ini dapat mencegah terjadinya terjadinya kontaminasi isolator polimer oleh polutanmikrbiologi. Dan dari penelitian ini juga diharapkan dapat menjadi referensi untukpengembangan penelitian sistem isolasi peralatan listrik.
4
Isolator polimer adalah isolator yang terbuat dari beberapa susunan monomeryang membentuk suatu isolator. Isolator polimer yang akan digunakan dalam penelitianini adalah isolator polimer dari bahan dasar rubber dengan bahan pengisi (filler) silicondan alumina trihidrat yang disebut Silicon Insulation Rubber (SIR). Isolator polimermemiliki beberapa keunggulan daripada beberapa bahan isolator lainnya seperti keramikdan kaca yaitu:
1.Bobot mekaniknya lebih ringan2.Perawatannya Mudah3.Tahan terhadap polusi dengan intensitastinggi karena permukannya bersifat hidrofobik
Rantai utama
Grup FungsiGugus Samping
ISOLATOR POLIMER
5
*Gambar :. Charalampidis, M. Albano,H. Griffiths, A. Haddad andR.T. Waters ,” Silicone Rubber Insulators for Polluted Environments Part 1: Enhanced Artificial Pollution Tests”, Cardiff University, School of Engineering.
Secara struktur kimia elastomer silikon terdiri dari tulang punggung ikatan daribahan anorganik (silikon dan oksigen). Sehingga lebih tahan dalam proses penuaan atauaging dan SIR mempunyai sifat hydrophobic atau kedap air sehingga kemungkinannya untukterkontaminasi sangat kecil.
Akan tetapi SIR mempunyai ikatan samping yang terdiri dari bahan organik(karbon dan hidrogen) sehingga dapat mengalami degradasi. Penyebabnya bisa darifaktor iklim, seperti temperatur tinggi, kelembaban, hujan serta radiasi ultraviolet denganintensitas tinggi sebagaimana yang dijumpai di daerah beriklim tropis seperti di Indonesia.Dengan terdegradasinya kekuatan material dari SIR maka akan semakin rentan terhadappolusi dan kemungkinan terjadinya keretakan (cracking) dan erosi pada permukaanisolator semakin besar. Hal tersebut juga meningkatan arus bocor permukaan dan dengandemikian akan memperpendek umur pakai isolator.
6
*Gambar : [2]S. Wallstrom, K. Dowling and S. Karlsson, “Microbiological Growth Testing on Silicone Rubber Materials for Outdoor High Voltage Insulation”, Polymer Preprint, Vol. 42, pp. 430-431, 2001.
METODE PENELITIAN
Isolator Polimer yang akan digunakandalam penelitian ini adalah jenis fuse cut out(FCO) dengan spesifikasi:
Rated Voltage : 24 kV
Rated Current : 100 A
BIL : 125 kV
Rated Breaking Capacity : 12,5 kA
Nett Weight : 4,2 Kg
7
ISOLATOR POLIMER
Tanpa pre-kondisi
Proses penumbuhan
alga
Pengujian Karakteristik ArusBocor dan Tegangan Tembus
Evaluasi danAnalisa
Dengan pre-kondisi
Salt-Fog Test
8
Jenis Polutan biologi yang akan digunakan pada penelitian ini adalah :Alga Hijau ( Chlorella Vulgaris)
Untuk mengembangkan dan membuat alga menempel pada isolator polimer makaisolator polimer akan direndam pada air terdestilasi yang mana akan juga diberi alga. Dandirendam kurang lebih selama ± 4 minggu setelah itu akan dilakukan pengujian.
Lampu Neon
Mesin Sirkulasi
Air DestilasiAlga
Isolator Polimer
99
Untuk Melakukan Evaluasi pada Isolator Polimer yangtelah terkontaminasi oleh polutan biologi. Maka dilakukan tessebagai berikut:
1.Salt-Fog Test sebagai pre-kondisi
2.Pengamatan Menggunakan SEM (Scanning Electrone
Microscope)
3.Leakage Current Test
4.Breakdown Test
10
1. Salt-Fog Test
Tes ini biasanya digunakan untuk mengevaluasi ketahanan suatu peralatan terhadap kelembapan dankandungan garam pada udara. Selain itu juga salt-fog test bisa digunakan sebagai pre-kondisi dalam sebuahpengujian peralatan. Dalam peneltian ini salt-fog test digunakan sebagai pre-kondisi dan katalisatordegradasi kekuatan polimer. salt-fog test untuk penelitian dilakukan di PLN PUSLITBANG
Fog chamber
Isolator polimer
NaCl
Standar IEC 11091. Debit air: 0.4 ± 0.1 Vm3h
2. Salinitas: 10 kg/m3 (16000 ,μS/cm)
3. Durasi: 1000 h
4. Objek Tes: isolator polimer
5. Volume maksimal chamber: 10 m3
6. Specific creepage: 20 mm/kV
7. Tegangan tes: 14-20 kV
8. Drop tegangan maksimal: 5% for 250 mArms
9. Level perlindungan arus: 1 A
1111
2. SEM (Scanning Electrone Microscope)
Tes ini digunakan untuk mengamati permukaan isolator polimer secara mikroskopis. Pengamatan menggunakan SEM dilakukan untuk mengamati permukaan dan penampang melintang dari isolator polimer setelah melalui proses kontaminasi atau penumbuhan alga. Dengan menggunakan SEM dapat mengamati permukaan secara mikroskopis hingga jarak 5000x pembesaran.
12112
3. Tes Karakteristik Arus Bocor (Leakage Current Test)Tes ini digunakan untuk mengetahui karakteristik arus bocor pada peralatan listrik. Pada
peneltian ini tes arus bocor akan digunakan tegangan bertingkat yang disesuaikan dengan rating dariperlatan. Tegangan bertingkat yang dipakai untuk pengujian adalah 10,20,30,40, dan 50 kV. Dansampel nilai arus bocornya akan diambil setiap 1 menit.
SB
CSTTH
ACIsolator
Polimer
yang di uji
A
TH : High Voltage Transformer, 80 kV rms, 5kVA.
CST : Divider 80 kV rms, 400 kV impulse, 500 pF, respon time .
SB : Control Box Tipe 273
1313
4. Tes Karakteristik Tegangan Tembus (Breakdown Test)Tes ini digunakan untuk mengetahui karakteristik tegangan tembus pada sebuah peralatan.
Pada penelitian ini pengujian tegangan tembus tidak dilakukan hingga mencapai breakdown secaratotal tetapi tes ini dilakukan hingga peralatan terjadi gejala awal breakdown. hal tersebut dilakukankarena keterbatasan peralatan.
SB
CSTTH
ACIsolator
Polimer
yang di uji
V
1414
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
1. Pengamatan Menggunakan SEM Berikut adalah hasil pengamatan dengan menggunakan SEM (Scanning Electrone Microscope) dan berikut adalah
hasil pengamatan permukaan isolator polimer berikut adalah hasil pengamatan SEM dari permukaan isolator
Isolator Isolator Tanpa Pre-Kondisi Isolator Dengan Pre-Kondisi
Keadaan
Awal
Pembesaran : 2500x Pembesaran: 2500x
16
PengujianSEM 1 (4 Minggu)
Pembesaran 5000x Pembesaran 2500x
PengujianSEM 2 (8 Minggu)
Pembesaran 5000x Pembesaran 5000x
Isolator Isolator Tanpa Pre-Kondisi Isolator Dengan Pre-Kondisi
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
17
HASIL EKSPERIMEN
Berikut adalah hasil pengamatan penampang isolator polimer dengan menggunakan SEM secara penampang melintang.
Isolator Pengujian SEM ke-1 (4 Minggu) Pengujian SEM ke-2 (8 Minggu)
Isolator Baru
tidak terbentuk lapisanterbentuk lapisan tipis akan tetapi tidak bisa
diukur
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
20.7 μm
18
HASIL EKSPERIMEN
Isolator dengan
pre-kondisiPembesaran 2500x
Ketebalan lapisan :15,15 μm
Pembesaran 2500x
Ketebalan lapisan: 30,54 μm
Isolator Pengujian SEM ke-1 (4 Minggu) Pengujian SEM ke-2 (8 Minggu)
19
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
2. Pengujian Karaktristik Arus BocorBerikut adalah hasil pengujian karakteristik arus bocor dengan menggunakan tegangan
bertingkat 10, 20, 30, 40, 50 kV dan pegambilan nilainya diambil setiap 1 menit
2020
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
2.1 Perubahan Karakteristik Arus Bocor Terhadap WaktuPengujian ini bertujuan untuk mengamati perubahan karaktristik arus bocor terhadap waktu. Dengan
melakukan percobaan ini kita bisa mengamati pengaruh penuaan (aging) terhadap perubahan karakteristik arus bocor isolator polimer
21
0.06
0.14 0.15
0.09
0.180.21
0.12
0.220.25
0.15
0.230.27
0.25
0.330.35
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Kondisi Awal 4 minggu 8 minggu
Aru
s B
ocor
(mA
)
10
20
30
40
50
tegangan uji(kV)
0 0
0.070.09 0.1
0.120.12
0.150.17
0.14
0.220.24
0.22
0.27 0.28
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Kondisi Awal 4 minggu 8 minggu
Aru
s B
ocor
(mA
) 10
20
30
40
50
tegangan uji(kV)
Isolator tanpa pre-kondisi Isolator dengan pre-kondisi
21
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
3 Pengujian karakteristik Tegangan Tembus berikut adalah hasil dari pengujian tegangan tembus yang telah dilakukan, dari pengujian
ini kita dapat mengamati nilai tegangan dan arus saat terjadi fasa awal breakdown
Isolator Tegangan (kV) Arus (A)
Isolator Baru 48 6
Isolator dengan Pre-Kondisi 46 8
Isolator Baru setelah kontaminasi 46 7.5
Isolator dengan pre-kondisi dan
setelah kontaminasi
43 9
22
HASIL EKSPERIMEN DAN PENGUJIAN
3 Perubahan karakteristik Tegangan Tembus Berikut adalah hasil dari pengujian perubahan tegangan tembus yang telah dilakukan, dari
pengujian ini kita dapat mengamati perubahan nilai tegangan dan arus saat terjadi fasa awal breakdown
48 464246
42 39
0
10
20
30
40
50
60
Kondisi Awal Pengujian tegangantembus 1 (4 minggu)
Pengujian tegangantembus 2 (8 minggu)
Tega
ngan
(kV
)
Isolator tanpa pre kondisi Isolator dengan pre-kondisi
6
7.5 889
10.5
0
2
4
6
8
10
12
Kondisi Awal Pengujian tegangantembus 1 (4 minggu)
Pengujian tegangantembus 2 (8 minggu)
Aru
s (A
)
Axis Title
Isolator tanpa pre kondisi Isolator dengan pre-kondisi
2323
Dari keseluruhan pengujian yang telah dilakukan dapat dianalisa bahwa terdapat perubahankarakteristik pada isolator setelah permukaan dari isolator polimer terkontaminasi oleh alga. Akan teteapiperubahan karakteristik dari isolator polimer tidak begitu signifikan. Karena pengujian yang telah dilakukankegagalan atau perubahan karakteristik yang terjadi pada isolator diakibatkan oleh surface dischargeatau kegagalan permukaan
Bio-Film
Proses
Polimer
Efek
Fouling Degradasi aditif Degradasi polimer Penetrasi Color odor
Perubahan pada permukaan
Kehilangan kestabilan Kehilangan kestabilan Terdapat retakan dan tonjolan pada permukaan
Perubahan tampilan
2424
*Gambar : [2]S. Wallstrom, K. Dowling and S. Karlsson, “Microbiological GrowthTesting on Silicone Rubber Materials for Outdoor High Voltage Insulation”,Polymer Preprint, Vol. 42, pp. 430-431, 2001.
KESIMPULAN
Dari eksperimen dan pengujian dapat disimpulkan bahwa 1. Isolator polimer dengan pre-kondisi lebih rentan terkontaminasi polutan dalam peneltian ini polutanyang digunakan adalah alga. Hal tersebut terjadi karena permukaan isolator yang diberi pre-kondisi mengalamidegradasi kekuatan polimer sehingga polutan lebih mudah untuk mengkontaminasi.2. Dari pengujian karakteristik arus bocor dapat dilihat bahwa kontaminasi dari alga dapat membuatpenurunan kekuatan dari isolator polimer dan hal tersebut menyebabkan nilai arus bocor pada isolator polimernaik. Isolator polimer dengan pre-kondisi dan terkontaminasi adalah yang mempunyai karakteristik arus bocorpaling besar yaitu untuk tegangan uji 50 kV adalah 0.32 mA.3. Dari pengujian tegangan tembus dapat dilihat bahwa kontaminasi alga pada isolator memberikandampak penurunan nilai ketahanan terhadap tegangan tembus. Tegangan tembus terjadi paling cepat padaisolator dengan pre-kondisi dan setelah kontaminasi alga. Tegangan tembus yang terjadi pada saat tegangan43 kV dan arus yang terjadi sebesar 9 A
2525
FUTURE RESEARCH
1. Untuk pengambilan data karakteristik arus bocor yang akurat sebaiknya dihubungkan dengan osiloskop untuk melihat bentuk gelombang dan perubahan besarnya arus bocor tiap waktu2. Untuk peneltian selanjutnya bisa ditambahkan pengondisian lingkungan yang lainnya seperti pengondisian dengan UV, hujan dan perubahan suhu.
2626
DAFTAR PUSTAKA
1. R. Hackam, “Outdoor HV CompositePolymeric Insulators”, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., Vol. 6, pp. 557-585, 1999.
2. S. Wallstrom, K. Dowling and S. Karlsson, “Microbiological Growth Testing on Silicone Rubber Materials for Outdoor High Voltage Insulation”, Polymer Preprint, Vol. 42, pp. 430-431, 2001.
3. R. S. Gorur, J. Montesinos, R. Roberson, J. Burnham and R. Hill, “Mold Growth on Nonceramic Insulators and its Impact on Electrical Performance”, IEEE Trans. Power Del., Vol. 18, pp. 559-563, 2003.
4. S. Wallstro¨m, A.D. Dernfalk, M. Bengtsson, S. Kro ¨ll,S.M. Gubanski, S. Karlsson, “Image analysis and laser induced fluorescence combined to determine biological growth on silicone rubber insulators”. Polymer Degradation and Stability 88 (2005) 394e400.
5. Salman Amin, Muhammad Amin.” Natural Aging of SiR Insulators in Pakistan”, 2009 International Conference on Emerging Technologies.
6. Salama Manjang, Mustamin,Masayuki Nagao,” Characteristics of High Voltage Polymer Insulator Under Accelerated Artificial Tropical Climate Multi Stress Aging”. Conference Proceedings of ISEIM2011.
7. Kumagai S, “Influnced of Algal Fouling on Hydrophobicity and Leakage Current on Silicone Rubber”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 14, No. 5; October 2007.
8. L.A. Dissado, J. C, Forthergil , “Electrical Degradation and Breakdown in Polymer”, IEE Materials and Device Series 9. April 1991
9. S. Wallstrom and S. Karlsson, "Biofilms onsilicone rubber insulators; microbial composition and diagnostics of removal by use ofESEM/EDS," Polymer Degradation and Stability, vol. 85, pp. 841-846, 2004.
10. P. Charalampidis, M. Albano,H. Griffiths, A. Haddad andR.T. Waters ,” Silicone Rubber Insulators for Polluted Environments Part 1: Enhanced Artificial Pollution Tests”, Cardiff University, School of Engineering.
2727
Recommended