Pengujian Dan Simulasi Sistem Isolasi Motor Pada Beberapa Kondisi Lingkungan Di Laboratorium

Transkripsi

1 Presentasi Sidang Tugas Akhir (Gasal ) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS Pengujian Dan Simulasi Sistem Isolasi Motor Pada Beberapa Kondisi Lingkungan Di Laboratorium Siti Sudatul Aisyah Novianti NRP Pembimbing : 1. Dr.Eng.I Made Yulistya Negara,ST.,M.Sc. 2. Dimas Anton Asfani,ST.,MT.,Ph.D. 1

2

3 PENDAHULUAN Pemeliharaan motor Pengujian tahanan isolasi dan indeks polarisasi Saat Kondisi Normal Saat Kondisi Terjadi Kelembaban Saat Kondisi Terjadi Kontaminasi Simulasi Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Kesimpulan Page 3

4 Kenapa Kelembaban? Kelembaban pada isolasi belitan motor dapat menyebabkan oksidasi, penurunan kualitas isolasi dan kerusakan koneksi,kelembaban yang tinggi menyebabkan kondensasi bebas pada peralatan, dimana dapat mengakibatkan bahaya hubung singkat. Page 4

5 Kenapa Kontaminasi? Kontaminasi ini akan mempengaruhi kekuatan isolasi, dapat menyebabkan tracking, dan flashover. Kontaminasi pada isolasi belitan motor bisa diakibatkan adanya minyak, oli, garam, debu yang bercampur dengan bahan kimia,serta partikel yang mengumpul menjadi konduktif,atau kontaminasi juga bisa karena pemeliharaan yang salah misalnya karena overgreased. Page 5

6 Kerusakan isolasi stator motor akibat kelembaban dan kontaminasi Kerusakan bearing Tracking Hubung dan Hubung isolasi pada singkat akibat singkat isolasi akibat antar Kontaminasi dalam phasa kontaminasi coil greased M.Culbert(MIEEE), A review of cleaning method for motor winding,iris POWER LP, 2008 Greg C. Stone, Edward A. Boulter, Ian Culbert, Hasnain Dhirani, Electrical Insulation for Rotating Machines Design, Evaluation, Aging, Testing and Repair, Wiley IEEE Press,

7 Kelembaban dan kontaminasi menyebabkan korosi pada stator dan rotor 7

8 Pengujian Tahanan Isolasi dan Indeks Polarisasi PI= IR min 10 IR min 1 Tabel 1. Pengertian Hasil Dari Nilai Indeks Polarisasi[3] Indeks Polarisasi Keterangan < 1.0 Buruk Sekali 1 s/d 1.4 Buruk 1.5 s/d 1.9 Diragukan 2.0 s/d 2.9 Sedang/Cukup 3.0 s/d 4.0 Bagus >4.0 Bagus Sekali [3] FLUKE corporation, Insulation Resistance testing aplication note, fluke dgitial library,2007. Page 8

9 Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Menurut IEEE std Arus Bocor Permukaan Arus Kapasitansi Arus Konduktansi Arus Absorpsi 1/10 RTG RTG Tegangan test dari alat ukur CTG Tahanan Terbesar saat Pengujian 1/10 CTG Impedansi internal alat ukur Page 9

10 Kurva arus yang termonitor dari rangkaian ekivalen tahanan isolasi Menurut Standar IEEE Arus konduktansi (IG)= konstan=0 IT Arus total Arus absorpsi (IA) Arus Kapasitansi mempunyai (IC) nilainya sangat awal Arus cukup bocor permukaan (IL) besar tapi berlangsung tinggi, dan sangat terus singkat, turun nilainya sampai konstan, tapi saat ada sebelum menit pertama mendekati nilainya nilai sudah nol kelembaban 0 dan kontaminasi nilainya sangat besar Page 10

11 Resistansi terhadap Ground (RTG) Kapasitansi terhadap Ground (CTG) [4] RTG=R T.K T Dimana : RTG= Resistansi terhadap ground (MΩ) K T = koefisien tahanan isolasi pada temperatur C R T = Tahanan rata-rata hasil pengukuran tahanan isolasi pada saat temperatur C CTG= Z 2 RT 2 Dimana : CTG= Kapasitansi terhadap ground (nf) Z =impedansi sistem isolasi motor RT =Tahanan rata-rata hasil pengukuran tahanan isolasi pada saat temperatur C [4] McKinnon,David L. Using Six Fault Zone Approach For Predictive Maintanance On Motors Page 11

12 RANCANGAN PERCOBAAN DAN PENGUJIAN Page 12

13 SAAT KONDISI NORMAL Motor Induksi 3 phasa MegaOhm Meter/ Insulation Tester Motor dioperasikan selama 14 hari ( 10 jam/hari) Setiap hari dilakukan pengujian tahanan isolasi dan indeks polarisasi Page 13

14 SAAT KONDISI KELEMBABAN Humidifier Chamber (Akrilik) Motor Induksi Humidy meter Kelembaban mencapai 95% Motor dan Humidifier dioperasikan selama 14 hari ( 10 jam/hari) Setiap hari dilakukan pengujian tahanan isolasi dan indeks polarisasi Page 14

15 SAAT KONDISI KONTAMINASI Motor dan Humidifier dioperasikan selama 14 hari ( 10 jam/hari) Setiap hari dilakukan pengujian tahanan isolasi dan indeks polarisasi [6] Yamamoto.M,and Ohashi.K, Salt Contamination of External of High Voltage Apparatus and its Countermeasurs,IEEE Transaction,1961. Page 15

16 Kenapa harus diukur setiap hari?dan hanya 14 hari? Karena percobaan yang dilakukan pada tugas akhir saya ini adalah percobaan accelerated agging, dimana motor diberi kelembaban diatas batas kelembaban yang seharusnya ( 95%), sehingga setiap hari harus dicek bagaimana progres penurunan nilai tahanan isolasi dan indeks polarisasinya. Idealnya motor dioperasikan pada lingkungan yang kering dan bersih, kelembaban < 60%. (50% 5%) Data yang diambil hanya sampai hari ke-14 karena data pengujian tahanan isolasi pada hari ke 14 sudah dapat mewakili akibat kelembaban dan kontaminasi pada tahanan isolasi dan indeks polarisasi. Ivan,Pica The Effect of thermal and radiation accelerated ageing on the AC Electric Motor Paramter, National Atomic Energy Agency Sugarman and Sheets, The Accelerated Aging of a Small Electric Motor, 1987 International Coil Winding As sociation, Inc. and IEEE Electrical Insulation Conference, EIC/EMCWA,

17 HASIL DAN ANALISA Page 17

18 Menit ke DATA PENGUJIAN SAAT KONDISI Tahanan NORMAL isolasi masih besar dan sampai menit ke 10 nilainya terus Tabel 2. Data pengujian tahanan isolasi saat kondisi normal U-Ground (MΩ) naik, yang berarti isolasi dalam keadaan V-Ground bersih dan kering W-Ground Keterangan (MΩ) (MΩ) Alat ukur: SANWA MG Digital Insulation Nilai Indeks Polarisasi Tester masih >4 yang berarti kualitas isolasi untuk phasa U,V dan 1785 W masih bagus sekali Suhu ambient: C PI Page18

19 Analisa data yang akan dijelaskan akan diwakili oleh Phasa U Menghitung PI, RTG, dan CTG: [4] PI= R 10min R1min =3995.4MΩ 495.7MΩ =8.06 R T = 495.7:665.9: 784:926: : 2028: 2521: 2756: 3621: = MΩ Kt=(0.5) = (0.5) 0.9 =0.536 Z= R T cos θ = RTG=K T.R T = 0.536x = MΩ = MΩ CTG = Z 2 R 2 = = nf [4] McKinnon,David L. Using Six Fault Zone Approach For Predictive Maintanance On Motors.2011 Page 19

20 Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Saat Kondisi Normal (Phasa U) Indeks Polarisasi Nilai Isolasi dalam keadaan 8.06 Bagus Sekali RTG CTG Resistansi terbesar saat pengujian 1/10 R2 Impedansi internal alat ukur 1/10 C1 Page 20

21 Kurva Tahanan isolasi terhadap waktu ( dari hasil pengujian ) Phasa U Tahanan Isolasi (Megaohm) Saat Kondisi Normal (Phasa U) 2500 Perbandingan kurva tahanan isolasi terhadap waktu (dari hasil pengujian) dengan Kurva 1000 arus terhadap 500 waktu (dari hasil Dari Simulasi kedua kurva ini Rangkaian ekivalen) terlihat bahwa kurva waktu(menit) resistansi dan arus Kurva arus terhadap waktu ( Hasil Simulasi Rangkaian sama-sama Ekivalen ) Phasa linier tetapi U berbanding terbalik Page 21

22 DATA PENGUJIAN SAAT KONDISI TERJADI KELEMBABAN Tabel 3. Data pengujian tahanan Tahanan isolasi saat isolasi kondisi masih terjadi besar kelembaban tetapi sampai menit ke 10 nilainya naik Menit ke U-Ground turun, V-Ground disebabkan adanya W-Ground moisture Keterangan (MΩ) pada isolasi (MΩ) motor (MΩ) Alat ukur: SANWA MG Nilai Indeks polarisasi untuk Phasa U, V dan Digital W sudah < 4, tetapi isolasi masih dalam Insulation keadaan bagus, penurunan nilai indeks Tester polarisasi ini diakibatkan karena adanya kelembaban pada isolasi belitan motor Suhu ambient: 31 C Kelembaban: % PI Page 17

23 Analisa diwakili oleh Phasa U, dan dengan Indeks Polarisasi RTG (MΩ) CTG (nf) menggunakan Nilai Kualitas Persamaan Isolasi dan perhitungan 3.06 Bagus yang sama untuk PI, RTG dan CTG Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Saat Kondisi Terjadi Kelembaban RTG CTG Resistansi terbesar saat pengujian 1/10 R2 1/10 C1 Impedansi internal alat ukur Ada tambahan sumber AC untuk mewakili kelembaban yang terdapat pada isolasi Page 23

24 Kurva Tahanan isolasi terhadap waktu (dari hasil pengujian ) Phasa U Tahanan Isolasi (Megaohm) Saat Kondisi Kelembaban (Phasa U) 600 Perbandingan kurva tahanan isolasi terhadap 400 waktu (dari hasil pengujian) dengan Kurva 200 arus terhadap waktu (dari hasil Simulasi Rangkaian ekivalen) Dari kedua kurva ini terlihat bahwa kurva resistansi dan arus samasama tidak arus linier tidak linier dan berbanding karena ada waktu(menit) Kurva terbalik Kurva arus terhadap waktu (Hasil Simulasi pengaruh Rangkaian arus bocor Ekivalen) permukaan Phasa U saat ada kelembaban pada isolasi Page 24

25 DATA PENGUJIAN SAAT KONDISI Menit ke TERJADI KONTAMINASI Tabel 4. Data pengujian tahanan isolasi saat kondisi terjadi kontaminasi U-Ground (MΩ) V-Ground W-Ground Keterangan Tahanan (MΩ) isolasi masih (MΩ) besar tetapi sampai menit ke 10 nilainya naik Alat ukur: turun, disebabkan Nilai Indeks adanya polarisasi mositure untuk SANWA Phasa U, V dan atau garam dan W pada sudah isolasi < 4, motor tetapi MG1000 isolasi masih dalam keadaan 566 cukup Digital bagus (> 2), penurunan nilai 684 indeks Insulation polarisasi ini Tester diakibatkan karena 652 adanya kelembaban sekaligus kontaminasi pada isolasi belitan Suhu ambient: motor C Kelembaban: % PI Page 25

26 Analisa diwakili oleh Phasa U, dan dengan Indeks Polarisasi RTG (MΩ) CTG (nf) menggunakan Persamaan dan perhitungan Nilai Kualitas Isolasi yang sama untuk PI, RTG dan CTG 2.39 Cukup Bagus Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Saat Kondisi Kontaminasi (Phasa U) RTG CTG Resistansi terbesar saat pengujian 1/10 R2 1/10 C1 Impedansi internal alat ukur Ada tambahan sumber AC untuk mewakili kelembaban kontaminas yang terdapat pada isolasi

27 Kurva Tahanan isolasi terhadap waktu (dari hasil pengujian ) Phasa U Tahanan Isolasi (Megaohm) 800 Saat Kondisi Kontaminasi (Phasa U) 700 Perbandingan 600 kurva tahanan isolasi terhadap 500 waktu (dari hasil pengujian) dengan Kurva arus terhadap waktu (dari hasil Simulasi Rangkaian ekivalen) Dari kedua kurva ini terlihat bahwa kurva resistansi dan arus samasama waktu(menit) Kurva tidak arus linier tidak dan linier berbanding karena ada pengaruh arus terbalik bocor permukaan Kurva arus terhadap waktu (Hasil Simulasi Rangkaian saat ada kelembaban Ekivalen) dan Phasa U kontaminasi pada isolasi Page27

28 KESIMPULAN Page 28

29 nilai indeks polarisasi untuk Phasa U adalah saat kondisi normal nilainya 8.06, saat kelembaban nilainya 3.06, dan saat kontaminasi nilainya Nilai indeks polarisasi antara kondisi normal, kelembaban, dan kontaminasi adalah semakin mengecil, yang berarti kualitas isolasi motor semakin menurun, hal ini disebabkan adanya uap air (embun air) saat terjadi kelembaban pada isolasi motor dan adanya uap air sekaligus garam saat terjadi kontaminasi pada isolasi motor. Rangkaian ekivalen tahanan isolasi dibuat untuk memonitor arus pada isolasi motor dari hasil pengujian, yaitu pada kondisi normal memonitor arus absorpsi, sedangkan pada saat terjadi kelembaban dan kontaminasi arus yang dimonitor adalah arus absorpsi dan arus bocor permukaan. Gambar kurva tahanan isolasi terhadap waktu dari hasil pengujian dengan kurva arus terhadap waktu hasil simulasi gambarnya berbanding terbalik, karena sesuai dengan hukum ohm yaitu arus berbanding terbalik dengan resistansi Page 29

30 TERIMA KASIH MANJADDA WAJADA 30

31 31

32 Pada aplikasinya apakah harus tiap hari diukur,karena harus dimatikan terlebih dahulu? Pada aplikasinya, misalnya di pembangkit, pengujian tahanan isolasi tentu saja tidak dilakukan setiap harinya, tetapi saat ada pemeliharaan periodik yaitu: Pemeriksaan sederhana yang dilakukan setiam jam Pemeriksaan sedang, setiap jam Pemeriksaan serius, setiap jam Tetapi, apabila motor atau peralatan listrik tiba-tiba mengalami kerusakan atau gangguan, maka pengujian tahanan isolasi merupakan pengujian yang paling sederhana dan mudah untuk mengetahui kemampuan isolasi motor, sebelum melakukan test atau pengujian lainnya. 32

33 Akibat kelembaban pada Indeks polarisasi 33

34 Akibat kelembaban pada Tahanan Isolasi 34

35 Akibat kontaminasi pada Indeks polarisasi Indeks Polarisasi , , , , , , , , , , , , , , Jam operasi 35

36 Akibat kontaminasi pada Tahanan Isolasi 700 Tahanan ISolasi , , , , , , , , , , , , , , jam operasi 36

37 Saat kondisi normal , , , , , , , , , , , , , , Tahanan Isolasi jam operasi 37

38 Saat Kondisi Normal , , , , , , , , , , , , , , Indeks Polarisasi Jam operasi 38

39 Fungsi pemeliharaan - Untuk meminimalisir kecelakaan - Untuk memperpanjang life time peralatan - Untuk mengurangi kerugian akibat perbaikan - Untuk menghindari shutdown yang tidak diinginkan - Untuk keselamatan kerja - Menghindari downtime agar bisa menguntungkan perusahaan pengguna motor atau peralatan listrik 39

40 Kenapa harus 14 hari? Setiap harinya baik pada kondisi normal, kelembaban, maupun kontaminasi selalu dilakukan pengujian tahanan isolasi, dengan begitu dapat dilihat seberapa besar pengaruh kelembaban dan kontaminasi yang diberikan, terhadap nilai tahanan isolasi dan indeks polarisasinya pada motor yang diuji, dan dikarenakan keterbatasan waktu penelitian dan juga pada hari ke 14 sudah dapat terlihat pengaruh kelembaban dan kontaminasi pada nilai tahanan isolasi dan indeks polarisasi motor, maka diambil data sampai hari ke 14 untuk semua kondisi, setidaknya data tersebut dapat mewakili bahwa kelembaban dan kontaminasi dapat menyebabkan turunnya nilai tahanan isolasi dan indeks polarisasi pada motor. 40

41 Mekanisme Kegagalan insulasi Belitan Stator Mekanisme kegagalan dari lilitan stator adalah Penurunan usia menyebabkan kerapuhan, penyusutan, dan retakan pada isolasi Sebab-sebab elektris korona, slot discharge, petir, switching surge, fasa-tunggal, tegangan tidak seimbang, efek panas berlebih, dan uji kegagalan Sebab-sebab mekanis getaran, ikatan dan pasak longgar, bar amortisseur patah, bilah kipas, besi longgar, koneksi longgar, sinkronisasi close-in atau out-of-step, dan benda asing Penyebab panas overloading, panas berlebih dari laminasi hubung-singkat, siklus termal, kehilangan pendingin, panas berlebih dari kegagalan isolasi, dan tape separation. Penyebab lingkungan dan kontaminasi lingkungan debu atau partikel conducting, kelembaban, minyak, dan partikel magnetik 41

42 KEUNTUNGAN & KERUGIAN PENGUJIAN TEGANGAN DC KEUNTUNGAN KERUGIAN Lebih dipiih pada peralatan yang memiliki nilai charge kapasitansi yang sangat tinggi, seperti kabel. Lebih rendah merusak isolasi daripada tegangan AC. Tes dapat dihentikan sebelum terjadi kegagalan peralatan. Pengukuran dapat diambil secara bersamaan. Data historis dapat dikompilasi dan tersedia untuk evaluasi. Tidak perlu ada tes tahanan isolasi terpisah sebelum tes overpotential DC. Ukuran dan berat peralatan signifikan berkurang dibandingkan dengan tegangan uji AC. Sisa charge setelah uji tegangan DC harus dihilangkan dengan hati-hati. Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan uji tegangan tinggi lebih lama dibandingkan dengn uji tegangan tinggi AC. Dimungkinkan adanya efek berbahay akibat pengujian tegangan tinggi DC pada beberapa jenis kabel. Kerusakan yang tidak terdeteksi dengan DC, dapat menyebabkan kegagalan saat tegangan AC. Temperatur dan tegangan mempengaruhi resistivitas. Gill,Paul, Electrical equipment maintanance and testing.,crc press,

43 PENGUJIAN TAHANAN ISOLASI Short Time Readings hanya mengukur nilai tahanan isolasi untuk jangka waktu pendek seperti 30 atau 60 detik. Hasil dari pembacaan ini hanya mengindikasikan keadaan isolasi secara kasar. Penurunan yang berkelanjutan merupakan indikasi adanya kerusakan isolasi Time Resistance Readings Sebuah sistem isolasi yang baik akan menunjukkan terus meningkatnya nilai tahanan selama periode waktu di mana tegangan diberikan PI test biasa dilakukan untuk pengujian daya serap dielektrik. Rasio PI yang kurang dari 1 menunjukkan kerusakan peralatan dan butuh segera dilakukan pemeliharaan. Tes ini digunakan untuk sistem isolasi kering seperti tipe transformer, kabel Step-Voltage Readings (DC Voltage Tip-Up Test) tegangan diberikan secara bertahap ke isolasi yang diuji dengan metode mengontrol tegangan. Saat tegangan meningkat, isolasi yang lemah akan menunjukkan ketahanan yang lebih rendah Gill,Paul, Electrical equipment maintanance and testing.,crc press,