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

± 4 Minggu

Isolator dengan pre-kondisiIsolator tanpa pre-kondisi

15

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