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

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (214) Pengujian Dan Simulasi Sistem Isolasi Motor Pada Beberapa Kondisi Lingkungan Di Laboratorium Siti Sudatul Aisyah Novianti, I Made Yulistya Negara 1), Dimas Anton Asfani 2) Teknik Sistem Tenaga,Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember(ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya vie.iclem@gmail.com, yulistya@ee.its.ac.id 1), anton_dimas@yahoo.com 2) Abstrak- Pengujian tahanan isolasi dan indeks polarisasi adalah salah satu cara untuk mendeteksi kualitas isolasi belitan motor listrik. Kualitas isolasi belitan motor listrik dapat menurun akbiat adanya pengaruh lingkungan diantaranya pengaruh kelembaban dan kontaminasi pada isolasi belitan motor. Adanya kelembaban dan kontaminasi pada isolasi belitan motor dapat dideteksi dari nilai indeks polarisasi dan dengan menggunakan rangkaian ekivalen tahanan isolasi, rangkaian tersebut memonitor empat arus searah yang terukur saat pengujian tahanan isolasi. Dari keempat arus searah tersebut yang dapat digunakan sebagai acuan adalah arus absorpsi dan arus bocor permukaan, arus absorpsi turun seiring waktu pengujian dan ada pada setiap kondisi, baik isolasi dalam keadaan bagus ataupun saat ada kelembaban dan kontaminasi pada belitan isolasi motor, sedangkan arus bocor permukaan pada saat kondisi belitan isolasi bagus nilainya konstan, tetapi saat ada kelembaban dan atau kontaminasi nilainya sangat besar. Nilai komponen rangkaian ekivalen tahanan isolasi menggunakan nilai ground (CTG) yang dapat dihitung dengan menggunakan data hasil pengujian tahanan isolasi, selanjutntya akan dilihat efek dari kelembaban dan kontaminasi pada kualitas isolasi motor dengan membandingkan data di lapangan dengan data hasil simulasi. Kata kunci : Pengujian tahanan isolasi, indeks polarisasi, rangkaian ekivalen tahanan isolasi, resistansi terhadap ground (RTG), kapasitansi terhadap ground (CTG). I. PENDAHULUAN Pemeliharaan terhadap peralatan listrik, pada umumnya bertujuan untuk mempertahankan kondisi motor listrik. Salah satu kegiatan pemeliharaan yang dilakukan dapat berupa pengujian tahanan isolasi dan indeks polarisasi. Pengujian ini dilakukan untuk mendeteksi kulatisan atau adanya kelemahan tahanan isolasi. Pengujian tahanan isolasi secara rutin dapat dilakukan dengan menggunakan megaohm meter yang pembacaannya langsung dalam megaohm. Dengan diadakannya pengujian seperti ini diharapkan akan menurunkan frekuensi kerusakan secara mendadak serta menurunkan biaya pemeliharaan secara keseluruhan. Beberapa pengaruh lingkungan dapat mengakibatkan menurunnya kualitas tahanan isolasi suatu motor listrik, diantaranya adalah kelembaban dan kontaminasi[1]. Kelembaban pada isolasi motor dapat mengakibatkan adanya uap air pada permukaan atau antar isolasi pada belitan motor listrik, uap air itu dapat mengakibatkan kerusakan isolasi bila dibiarkan terus menerus. Kontaminasi pada isolasi dapat berupa garam, partikel konduktif ataupun minyak yang terdapat pada isolasi, hal tersebut dapat mengakibatkan kerusakan isolasi yang akhirnya berdampak pada kerusakan motor, pada pembahasan selanjutnya akan dijelaskan pengaruh kontaminasi garam pada nilai tahanan isolasi motor. Untuk mendeteksi adanya kelembaban dan kontaminasi, dapat dilakukan sebuah simulasi rangkaian ekivalen tahanan isolasi sesuai standar IEEE 43-2 [2]. Rangkaian tersebut memonitor beberapa arus searah yaitu, arus kapasitansi (I C ), arus konduktansi (I G ), arus bocor permukaan (I L ) dan arus absorpsi atau arus polarisasi (I A ) [1]. Keempat arus tersebut merupakan arus searah yang terukur saat pengujian tahanan isolasi. Bila kondisi isolasi motor bagus, atau tidak ada pengaruh lingkungan pada isolasi motor, maka arus yang dapat terukur hanya arus absorpsi yang nilainya terus turun seiring waktu pengujian, sedangkan bila ada kelembaban atau kontaminasi pada isolasi motor maka arus yang muncul adalah arus absorpsi dan arus bocor permukaan, arus bocor permukaan ini pada saat kondisi normal nilainya hampir konstan tapi bila ada kelembaban atau kontaminasi nilainya bisa sangat besar. Pengujian tahanan isolasi yang akan dilakukan adalah pada kondisi normal ( tanpa adanya pengaruh lingkungan), pada saat terjadi kelembaban dan pada saat terjadi kontaminasi pada isolasi motor. Metode yang digunakan untuk menimbulkan kelembaban dan kontaminasi tersebut akan dijelaskan lebih jelas selanjutnya. Dari hasil nilai pengujian tahanan isolasi, dapat dihitung nilai indeks polarisasi, resistansi terhadap ground (RTG) dan kapasitansi terhadap ground (CTG) [4], nilai RTG dan CTG tersebut digunakan pada nilai komponen R dan C pada rangkaian ekivalen tahanan isolasi. Nilai indeks polarisasi memiliki arti yang menunjukan kualitas dari isolasi motor tersebut, arti dari nilai indeks polarisasi tersebut dapat dilihat pada tabel 1. [1] Gambar 1. Kurva Arus searah yang Terukur Saat Pengujian Tahanan Isolasi[2]

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (214) Gambar 2. Desain Penyusunan Alat dan bahan pada chamber dalam pengujian Kelembaban Tabel 1. Pengertian Hasil Dari Nilai Indeks Polarisasi[3] Nilai Indeks Polarisasi Keterangan kualitas isolasi motot <1. Buruk sekali 1 s/d 1.4 Buruk 1.5 s/d 1.9 Diragukan 2. s/d 2.9 Sedang/cukup 3. s/d 4. Bagus > 4. Bagus Sekali Tabel 2. Data Pengujian Tahanan Isolasi Saat Keadaan Normal Menit U-Ground V-Ground W-Ground Keterangan Alat Ukur: SANWA MG Digital Insulation Tester ambient: PI II. RANCANGAN PERCOBAAN DAN PENGUJIAN 2.1 Kondisi Normal Motor dinyalakan atau dioperasikan selama 14 hari (setiap harinya dinyalakan 1 jam ) dan setiap harinya lakukan pengujian tahanan isolasi, saat melakukan pengujian, diharuskan untuk mencatat suhu/temperatur saat dilakukan pengujian, hal ini sangat dibutuhkan karena berguna saat analisa data. /temperatur dapat diukur dengan menggunakan termometer atau humidi meter. Pengujian tahanan isolasi ini dilakukan saat motor dalam keadaan mati atau tidak beroprasi, jadi pastikan kondisi motor sebelum melakukan pengujian. Pengujian tahanan yang akan dilakukan adalah pengujian belitan isolasi phasa terhadap ground dan dilakukan untuk setiap phasanya (U-Ground,V-Ground,dan W-Ground). Setelah data tahanan isolasi didapat dari hasil pengujian, selanjutnya dapat dihitung nilai indeks polarisasi, ground (CTG), dimana nilai RTG dan CTG akan digunakan pada saat simulasi rangkaian ekivalen tahanan isolasi, yang terakhir adalah melakukan simulasi rangkaian ekivalen tahanan isolasi dengan menggunakan perangkat lunak untuk simulasi rangkaian elektronika, dan akan dilihat hasil keluaran dari rangkaian tersebut 2.2 Kondisi Terjadi Kelembaban Kelembaban adalah salah satu pengaruh lingkungan yang dapat mempengaruhi nilai tahanan isolasi, dalam tugas akhir ini akan dilakukan suatu percobaan untuk menimbulkan kelembaban pada isolasi motor dan dilakukan pengujian tahanan isolasi saat ada pengaruh kelembaban. Metode yang digunakan untuk menimbulkan kelembaban pada isolasi motor adalah dengan melakukan sebiah percobaan, yaitu dengan menggunakan sebuah chamber, humidifier, serta sebuah humidy meter yang berguna untuk memonitor suhu dan kelembaban pada chamber [5]. Cara kerja percobaan untuk menimbulkan kelembaban pada isolasi motor adalah, adalah memasukan Humidifier, motor induksi, dan Humidy meter pada kotak akrilik kemudian susun sedemikian rupa seperti yang digambarkan pada gambar 2. Humidifier dan motor induksi dinyalakan secara bersamaan dan lakukan hal tersebut dalam 14 hari (setiap harinya dinyalakan/dioperasikan 1 jam) sampai terjadi kelembaban pada isolasi motor tersebut. Setiap harinya akan diambil data pengujian tahanan isolasi pada motor. Pengujian tahanan isolasi pada motor induksi dilakukan dengan prosedur yang sama pada saat kondisi normal, selanjutnya hitung nilai indeks polarisasi, ground (CTG), dan yang terakhir adalah melakukan simulasi untuk rangkaian ekivalen tahanan isolasi motor akibat pengaruh kelembaban. 2.3 Kondisi Terjadi Kontaminasi Pada percobaan dan pengujian pengaruh kontaminasi pada isolasi motor ini akan dilakukan sebuah metoda, yaitu dengan memberikan kontaminasi buatan, kontaminasi yang diberikan adalah berupa kontaminasi garam, yang bertujuan untuk melihat pengaruh kontaminasi tersebut pada nilai tahanan isolasi motor. Metoda yang digunakan pada percobaan untuk menimbulkan kontaminasi ini sama dengan percobaaan untuk menimbulkan kelembaban yaitu dengan menggunakan humidifier, dan chamber, hanya saja air pada humidifier diganti dengan larutan garam. Kontaminasi garam yang akan diberikan adalah kontaminasi berat (very heavy pollution) yaitu dengan konsentrasi 56 kg/m 3 (konsentrasi,954 M) [6], dengan menggunakan referensi itu maka akan dibuat larutan garam dengan konsentrasi yang sama sesuai referensi tersebut. Motor dan humidifier dioperasikan selama 14 hari (setiap harinya dinyalakan selama 1 jam ), dan lakukan pengujian tahanan isolasi setiap harinya. Pengujian tahanan isolasi pada motor induksi dan analisa dilakukan dengan prosedur yang sama pada saat kondisi normal dan kelembaban. III. HASIL DAN ANALISA 3.1 Kondisi Normal Tabel 2 merupakan data pengujian tahanan isolasi saat hari ke 14 setelah dioperasikan. Pada analisa data hanya akan dijelaskan phasa U saja, setelah data pengujian tahanan isolasi didapat maka dapat dihitung Indeks polarisasi, RTG, dan CTG pada kondisi normal.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (214) Saat Kondisi Normal (Phasa U) Gambar 3. Kurva Tahanan Isolasi Terhadap Waktu Phasa U Saat Kondisi Normal Menentukan nilai RTG dan CTG: [4] Kt=..(3) Kt=koefisien isulation resistance pada temperatur T=temparatur belitan pada saat pengujian=31 Kt= = =.536 RTG=R T.K T (4) RTG= Resistansi terhadap ground (MΩ) K T = koefisien isulation resistance pada temperatur R T = nilai hasil pengukuran insulatiiin reistance pada saat temperatur RTG=R T.K T = x.536= MΩ Gambar 4. Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Saat Kondisi Normal CTG=. (5) CTG= Kapasitansi terhadap ground (nf) Z =impedansi sistem isolasi motor RT =tahanan isolasi rata-rata Cos θ=.83 Z= = = MΩ CTG = = = uf Gambar 5. Hasil Simulasi Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi saat Kondisi Normal Gambar 3 merupakan kurva tahanan isolasi terhadap waktu dengan menggunakan data pengujian tahanan isolasi saat kondisi normal. IR min = ( V rms + 1 )x1 MΩ (1) IR min = ( )x1 MΩ= 138 MΩ PI=...(2) PI= Indek polarisasi (Polarization Index) R 1min = Tahanan isolasi saat 1 menit R 1min = Tahanan isolasi saat 1 menit PI= = =8.6 Nilai Indeks polarisasi untuk phasa U saat kondisi normal adalah 8.6 ( 4) yang berarti mengindikasikan bahwa kualitas isolasi stator motor masih sangat bagus sekali. R T = = MΩ Gambar 4 dan gambar 5 menunjukan rangkaian ekivalen tahanan isolasi saat kondisi normal dan hasil simulasinya [7]. Nilai R 1 menggunakan nilai tahanan maksimal pada alat ukur yang digunakan, Nilai R 2 dan C 1 menggunakan nilai hasil perhitungan RTG dan CTG, nilai R3 adalah nilai tahanan isolasi terbesar diantara nilai hasil pengujian, dan untuk nilai R4-R5 dan C2-C4 adalah 1/1 nilai RTG dan CTG. 3.2 Kondisi Terjadi Kelembaban Tabel 3 menunjukan data pengujian pada hari ke 14 saat kondisi kelembaban. Untuk Analisa data saat terjadi kelembaban,akan dijelaskan phasa U saja. Tabel 3. Data Pengujian Tahanan Isolasi Saat Ada Pengaruh Kelembaban menit U-Ground V-Ground W-Ground Keterangan Alat Ukur: SANWA MG Digital Insulation Tester ambient: PI

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (214) Saat Kondisi Kelembaban (Phasa U) Gambar 6. Kurva Tahanan Isolasi Terhadap Waktu Phasa U saat Terjadi Kelembaban Gambar 7. Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Saat Kondisi Kelembaban (phasa U) Gambar 8.Hasil Simulasi Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Kondisi Kelembaban(Phasa U) Saat Kondisi Kontaminasi (Phasa U) Gambar 9. Kurva Tahanan Isolasi Terhadap Waktu Phasa U Saat Kondisi Kontaminasi Gambar 1. Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Saat Kondisi Kontaminasi (phasa U) Gambar 11. Hasil Simulasi Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Saat Kondisi Kontaminasi (Phasa U) Tabel 4. Nilai indeks polarisasi, RTG, dan CTG saat kondisi kelembaban (Phasa U) IR min Indeks Polarisasi RTG CTG (M Ω) Nilai Kualitas Isolasi (MΩ) (uf) bagus Tabel 5. Data Pengujian Tahanan Isolasi Saat Ada Pengaruh Kontaminasi Menit U-Ground V-Ground W-Ground Keterangan Alat Ukur: SANWA MG Digital Insulation Tester ambient: PI Tabel 6. Nilai indeks polarisasi, RTG, dan CTG saat kondisi kontaminasi (Phasa U) IR min Indeks Polarisasi RTG CTG (M Ω) Nilai Kualitas Isolasi (MΩ) (uf) cukup bagus Gambar 6 merupakan kurva tahanan isolasi terhadap waktu dengan menggunakan data pengujian tahanan isolasi saat kondisi kelembaban. Dengan menggunakan persamaan dan perhitungan yang sama pada phasa U saat kondisi notmal, maka nilai indeks polarisasi, RTG, dan CTG untuk phasa U saat terjadi kelembaban dapat dilihat pada tabel 4. Rangkaian ekivalen tahanan isolasi saat ada kelembaban dapat dilihat pada gambar 7. Pada rangkaian ekivalen tahanan isolasi saat ada kelembaban ini, ada tambahan komponen sumber AC pada cabang arus absorpsi dan arus bocor, fungsi dari penambahan AC source ini adalah mewakili efek dari kelembaban pada tahanan isolasi, karena pada teorinya kelembaban akan berpengaruh besar pada arus absorpsi dan arus bocor pada isolasi motor, selain itu fungsi penambahan sumber adalah untuk mewakili variabilitas polarisasi dan pengaruh kelembaban baik di permukaan atau di dalam sistem isolasi itu sendiri, nilai dari sumber adalah acak, karena keterbatasan perangkat lunak dan keterbatasan waktu penelitian itu sendiri. [7] Hasil simulasi rangkaian ekivalen tahanan isolasi saat ada kelembaban (gambar 8) gambarnya berbanding terbalik dengan kurva pada gambar 6, ini dikarenakan pada gambar 6, adalah kurva nilai tahanan isolasi terhadap waktu sedangkan pada hasil simulasi rangkaian ekivalen tahanan isolasi adalah kurva arus terhadap waktu karena rangkaian ekivalen memang meminitor arus searah saat pengujian tahanan isolasi [2].Sesuai pernyataan hukum

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (214) ohm yaitu resistansi berbanding terbalik dengan arus maka kedua kurva tersebut bisa mewakili pernyataan pada hukum ohm itu. 3.3 Kondisi Terjadi Kontaminasi Tabel 5 menunjukan data pengujian pada hari ke 14 saat kondisi kontaminasi. Untuk Analisa data saat terjadi kelembaban,akan dijelaskan phasa U saja, gambar 9 merupakan kurva tahanan isolasi terhadap waktu dengan menggunakan data pengujian saat kondisi kontaminasi. Dengan menggunakan persamaan dan perhitungan yang sama pada phasa U saat kondisi normal, maka nilai indeks polarisasi, RTG, dan CTG untuk phasa U saat terjadi kontaminasi dapat dilihat pada tabel 6. Rangkaian ekivalen tahanan isolasi saat ada kontaminasi dapat dilihat pada gambar 1. Pada Rangkaian ekivalen tahanan isolasi saat ada pengaruh kontaminasi, selain ada tambahan komponen sumber AC pada cabang arus absorpsi, cabang arus absorpsi juga ditambah satu, fungsi dari penambahan AC source ini adalah mewakili efek dari kelembaban dan kontaminasi pada tahanan isolasi,karena pada teorinya kelembaban dan kontaminasi akan berpengaruh besar pada arus absorpsi dan arus bocor pada isolasi motor, selain itu fungsi penambahan sumber adalah untuk mewakili variabilitas polarisasi dan pengaruh kelembaban baik di permukaan atau di dalam sistem isolasi itu sendiri, nilai dari sumber adalah acak, karena keterbatasan perangkat lunak dan keterbatasan waktu penelitian itu sendiri.[7] Hasil simulasi rangkaian ekivalen tahanan isolasi saat ada kontaminasi (gambar 11) gambarnya berbanding terbalik dengan kurva pada gambar 9, ini dikarenakan pada gambar 9, adalah kurva nilai tahanan isolasi terhadap waktu sedangkan pada hasil simulasi rangkaian ekivalen tahanan isolasi adalah kurva arus terhadap waktu karena rangkaian ekivalen memang meminitor arus searah saat pengujian tahanan isolasi [7].Sesuai pernyataan hukum ohm yaitu resistansi berbanding terbalik dengan arus maka kedua kurva tersebut bisa mewakili pernyataan pada hukum ohm itu. IV. KESIMPULAN Dari data pengujian tahanan isolasi dan indeks polarisasi pada kondisi normal, kelembaban, dan kontaminasi dapat diambil kesimpulan yaitu saat kondisi normal nilai indeks polarisasi untuk Phasa U adalah 8.6, saat kelembaban nilainya 3.6 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, perbandingan gambar kurva tahanan isolasi terhadap waktu ( dari data pengujian) dengan kurva arus terhadap waktu (hasil simulasi rangkaian ekivalen) adalah, gambarnya berbanding terbalik, sesuai dengan pernyataan hukum ohm yaitu nilai resistansi berbanding terbalik dengan nilai arus. V. REFERENSI [1] G.C Stone, E.A. Boulter, I. Culbert and H. Dhirani, "Electrical Insulation for Rotating Machines: Design, Evaluation, Aging, Testing and Repair", IEEE Press, John Wiley, 24M.V.Deshpande, Electric Motor:Application & Control.A.H Wheeler and Co.Ltd,199. [2] IEEE Std Recommended Practice fortesting Insulation Resistance of Rotating Machinery. IEEE Standards Association,March 2. [3] MEGGER Coorperation. A Guide to Diagnostics Insulation Testing Above 1kV.22. [4] McKinnon,David L. Using Six Fault Zone Approach For Predictive Maintanance On Motors.211. [5] G.C Stone,M.Fenger, How Humidity Affects Partial Discharge Activity in Stator Windings, IEEE Press, Iris Power Engginering inc, 24. [6] Yamamoto.M,and Ohashi.K, Salt Contamination of External of High Voltage Apparatus and its Countermeasurs,IEEE Transaction,1961. [7] McKinnon,David L. Simulating Insulation System Under Various Environmental Conditions in Labortory,212. VI. BIOGRAFI PENULIS Siti Sudatul Aisyah Novianti (NRP: ) Lahir di Garut, 1 Nopember 199. Riwayat Pendidikan: SDN Gentra Masekdas Garut, SMPN 1 Garut, SMAN 6 Garut, Diploma Politeknik Negeri Bandung jurusan teknik elektro (Bidang Studi Teknik Elektronika) dan program strata satu jurusan teknik elektro (Bidang Studi Sistem Tenaga) Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS),Surabaya.Motto: Dream it,wish it, Do it,manjadda Wajada.