ANALISIS PERBANDINGAN DISTRIBUSI MEDAN LISTRIK PADA ISOLATOR BERBAHAN KACA DAN KERAMIK MENGGUNAKAN FINITE ELEMENT METHOD
Lucky Andika Novario 2211100152 Dosen Pembimbing: Dr. Eng. I Made Yulistya Negara, ST., M.Sc. Ir. R. Wahyudi
2
Outline
PENDAHULUAN
METODOLOGI
ISOLATOR DAN JENIS GANGGUAN
ANALISIS HASIL SIMULASI
KESIMPULAN
3
PENDAHULUAN
4
Pendahuluan Latar Belakang • Medan listrik merupakan hal yang dapat mempengaruhi kinerja isolotor • Kontaminan dan kondisi fisik isolator dapat mempengaruhi distribusi medan listrik pada isolator • Pada isolator pasak bahan yang umum digunakan adalah keramik dan kaca • Untuk mengetahui nilai persebaran medan listrik pada isolator akan dilakukan simulasi berbasi Finite Element Method
5
Pendahuluan Tujuan
Batasan Masalah
1. Mengetahui nilai distribusi medan pada isolator 2. Membandingkan kondisi medan listrik pada bahan keramik dan kaca 3. Menganalisis dan membandingkan pengaruh kontaminan butiran air dan keretakan terhadap nilai medan listrik 1. Tegangan kerja isolator yang digunakan adalah 33 KV 2. Terdapat 3 kondisi pembentukan sudut kontak yang digunakan pada simulasi ini : • Ø = 90o (kontaminan I) • Ø < 90o (kontaminan II) • Ø > 90o (kontaminan III) 3. Terdapat kondisi retak pada sirip pertama 4. Isolator yang digunakan adalah isolator pasak 5. Bahan yang digunakan hanya keramik dan kaca
6
ISOLATOR DAN JENIS GANGGUAN
7
Isolator Jenis Isolator
Isolator Pos
Isolator Pasak
Isolator Gantung
Isolator Cincin
8
Isolator Pasak Bahan Porselin
Jenis Bahan Isolator Pasak
Bahan Gelas
Bahan Polimer
9
Isolator Pasak 1. Kabel Konduktor Merupakan bagian yang bertegangan 2. Badan Isolator Bagian pembatas antara kabel konduktor yang bertegangan dengan tiang listrik yang tidak bertegangan
3. Tiang Penyangga Bagian penyangga yang menopang isolator. Biasa terbuat dari besi
10
Isolator Pasak Specification
Unit
Voltage Class
kV
33
Section Length "L"
mm
240
Section Height "H"
mm
320
X-Y
755
Y-Z
920
Creepage Distance Pin
C/300/7
Minimum Bending Falling Load
8No
Unit
kN
11
Material Porselen
Glass
1
Epsilon
6
4.8
2
Mue
3
El. Cond.
1
1
4
Rho
5
Therm. Cond.
6
Heat cap.
7
Diffusivity
8
Young's Mod.
104
64
9
Poiss. Ratio
0.3
0.2
10
Thermal Exp.
4.9
3.3
1 x10-15 2400
2230
2
1.1
1.1 7.57576 x10-
0.75 6.57698 x10-
7
7
11
Pengaruh Butiran Air Dan Keretakan Terhadap Medan Listrik Isolator Bahan Keramik dan Kaca • Pembentukan Sudut Kontak Butiran Air Besar sudut kontak antara permukaan isolator dengan butir air akan mempengaruhi nilai medan listrik isolator
> 90o
90o
< 90o
12
Pengaruh Butiran Air Dan Keretakan Terhadap Medan Listrik Isolator Bahan Keramik dan Kaca
Sudut Kontak 90o
Sudut Kontak < 90o
Sudut Kontak > 90o
13
Pengaruh Butiran Air Dan Keretakan Terhadap Medan Listrik Isolator Bahan Keramik dan Kaca • Keretakan Keretakan pada permukaan isolator dapat terbentuk ketika proses pembuatan, instalasi atau terjadi tumbukan pada permukaan isolator. Keretakan sendiri tentu dapat mempengaruhi nilai medan listrik pada isolator tersebut
14
METODOLOGI
15
Metodelogi Start Mendisain Isolator Pemodelan Isolator Dalam FEM
Simulasi Isolator Dengan Bahan Keramik dan Kaca dengan kontaminan butiran air dan keretakan o 1. Ø = 90 (Kontaminan I) 2. Ø > 90o (Kontaminan II) 3. Ø < 90o (Kontaminan III) 4. Keretakan
Simulasi Isolator Dengan Bahan Keramik dan Kaca Kondisi Normal
Analisis Hasil Simulasi Kesimpulan Finish
16
Metode Analisis Medan Listrik Metode Elemen Hingga (FEM) Prinsip dasar dari metode elemen hingga adalah proses diskretisasi. Dimana pembentukan elemen segitiga pada permukaan isolator yang jumlahnya tidak terbatas. Tiap elemen segitiga nanti digabungkan.
17
HASIL DAN ANALISIS
18
Analisis Hasil Simulasi Analisis hasil simulasi dibagi menjadi 3 pembahasan : 1. Perbandingan medan listrik pada bahan keramik dan gelas kondisi normal • Badan Isolator • Sirip Pertama 2. Perbandingan medan listrik pada bahan keramik dan gelas dalam keadaan terkontaminan butiran air • Sirip Pertama 3. Perbandingan medan listrik pada bahan keramik dan gelas dalam keadaan retak • Sirip Pertama • Antar Sirip • Sirip melingkar
19
Perbandingan Medan Listrik Pada Bahan Keramik Dan Gelas • Medan Listrik Pada Isolator
Keramik
Kaca
20
Perbandingan Medan Listrik Pada Badan Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
21
Perbandingan Medan Listrik Pada Badan Isolator Bahan Keramik Dan Gelas
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Normal
22
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Normal
23
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Kontaminan Air I
24
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Kontaminan Air II
25
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Kontaminan Air II
26
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Kontaminan Air III
27
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Kontaminan Air III
28
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak
29
Perbandingan Medan Listrik Pada Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak
30
Perbandingan Medan Listrik Antar Sirip Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak Pada Sirip Pertama
31
Perbandingan Medan Listrik Antar Sirip Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak Pada Sirip Pertama
32
Perbandingan Medan Listrik Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak Secara Melingkar
33
Perbandingan Medan Listrik Sirip Pertama Isolator Bahan Keramik Dan Gelas Kondisi Retak Secara Melingkar
34
35
KESIMPULAN
36
Kesimpulan • Pada Kondisi Normal nilai medan listrik pada bahan keramik lebih tinggi dari pada pada bahan kaca.
faktor penyusun bahan, nilai permitivtas bahan dan konduktifitas termal bahan yang berbeda-
• Hal
ini
disebabkan
beda, sehingga mengakibatkan efek polarisasi antar muka makroskofis yang dapat memperburuk sifat dielektrik bahan. Nilai permitivitas bahan
keramik lebih tinggi dari pada bahan kaca
37
Kesimpulan • Pada Kondisi Kontaminan Air nilai medan listrik pada bagian yang terkena butiran air mengalami kenaikkan, dimana nilai medan pada bahan kaca lebih tinggi dari pada bahan keramik.
sudut antara butir air, udara dan bahan isolator. Terbentuknya sudut tadi diimbangi dengan perbedaan nilai epsilon yang cukup
• Hal
ini
disebabkan
terbentuknya
besar antara air, udara dan bahan isolator sehingga nilai medannya naik.
38
Kesimpulan • Pada sirip isolator mengalami keretakan didapatkan nilai medan antara bahan keramik dan kaca dimana nilai medannya berubah-ubah tergantung dari bentuk retakkan. Pada tengah retakkan nilainya turun dan pada retakan yang membentuk sudut nilainya naik. • Hal ini disebabkan karena pada sudut retakan tersebut medannya terkumpul.
39
Sekian Dan Terimakasih
40
Saran • Kedepannya untuk lebih diperhatikan pembentukkan mesh elemen segitiga sehingga hasil yang didapatkan lebih valid. • Untulk kedepannya juga bisa dilakukan pemodelan dengan jenis kontaminan dan kondisi yang berbeda.
41
Daftar Pustaka • Ravindra Arora and Wolfgang Mosch, “High Voltage and Electrical Insulation Engineering”, Wiley-IEEE Press, August 2011 • Saiful Azmi, “Penggunaan FEM (Finite Element Method) Dalam Memetakan Medan Listrik pada Permukaan Isolator Jenis Pin dan Post 20KV dan Udara Disekitarnya”, Universitas Diponegoro, Semarang, 2011 • Hayt William H. And John A. Buck, “Elektromagnetika Edisi Ketujuh”, Penerbit Erlangga, Januari 2006. • N.A. Othman,* M.A.M. Piah, Z. Adzis, H. Ahmad, N.A. Ahmad, “Simulation of Voltage and Electric-Field Distribution for contaminated Glass Insulator”, IEEE December 2013 • Yusrizal Afif, “Analisis Distribusi Medan Listrik Pada Isolator Gantung Bahan Polimer Menggunakan Finite Element Method”, Institut Teknologi Sepuluh November, 2014 • I Made Yulistya Negara, “Teknik Tegangan Tinggi Prinsip dan Aplikasi Praktis”, Graha Ilmu, 2013 • Vassiliki T. Kontargyri, Ioannis F. Gonos, Ioannis A. Stathopoulos, and Alex M.Michaelides, “Simulation of the Electric Field on High Voltage Insulators using the Finite Element Method”, IEEE 2006. • Dr.M.Padma Lalitha, K.Venkata Pavan Kumar, and Venkatesu Samala, “Design and Simulation of Voltage and Electric Field Distribution on Disc Insulators Using Finite Element Method in Opera Software”, IEEE 2014. • Taklaja, P., Kiitam, I., Niitsoo, J., Kluss, J., Hyvonen, P., “Electric Field Distribution in Glass and Porcelain Pin Insulators”, IEEE 2015 • S. Feier-Iova and V. Hinrichsen,” Predicition of Partial Discharges At Water Drops On Insulating Surface Stressed by Electrical Field”, 2009 SAIEE
