Pengujian Dan Simulasi Sistem Isolasi Motor Pada Beberapa ... · indeks polarisasi . Saat Kondisi ....

Siti Sudatul Aisyah Novianti

NRP . 2211 106 021

Pengujian Dan Simulasi Sistem

Isolasi Motor Pada Beberapa

Kondisi Lingkungan Di Laboratorium

Pembimbing :

1. Dr.Eng.I Made Yulistya Negara,ST.,M.Sc.

2. Dimas Anton Asfani,ST.,MT.,Ph.D.

Presentasi Sidang Tugas Akhir (Gasal 2013 - 2014)

Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

1

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

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.

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.

Kerusakan isolasi stator motor akibat

kelembaban dan kontaminasi

6

Hubung singkat

antar phasa

Hubung singkat

dalam coil

Kerusakan bearing

dan isolasi akibat

Kontaminasi greased

• http://soemarno.org/2008/09/15/typical-kerusakan-winding/

• 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, 2004

Tracking pada isolasi

akibat kontaminasi

Kelembaban dan kontaminasi menyebabkan

korosi pada stator dan rotor

7

Pengujian Tahanan Isolasi

dan Indeks Polarisasi

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

Tabel 1. Pengertian Hasil Dari Nilai Indeks Polarisasi[3]

[3] FLUKE corporation, Insulation Resistance testing aplication note, fluke dgitial library,2007.

PI=𝐼𝑅 min 10

𝐼𝑅 min 1

Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi

Menurut IEEE std 43-2000

Arus Bocor

Permukaan Arus

Kapasitansi

Arus

Konduktansi

Arus Absorpsi

RTG

CTG Tahanan Terbesar

saat Pengujian

1/10 RTG

1/10 CTG

Impedansi internal

alat ukur

Tegangan test dari

alat ukur

Kurva arus yang termonitor dari

rangkaian ekivalen tahanan isolasi Menurut

Standar IEEE 43 2000

ITArus total

Arus absorpsi (IA)

mempunyai nilai awal cukup

tinggi, dan terus turun sampai

mendekati nilai nol

Arus bocor permukaan (IL)

nilainya konstan, tapi saat ada

kelembaban dan kontaminasi

nilainya sangat besar

Arus Kapasitansi (IC) nilainya sangat

besar tapi berlangsung sangat singkat,

sebelum menit pertama nilainya sudah 0

Arus konduktansi (IG)=

konstan=0

Resistansi terhadap Ground (RTG)

Kapasitansi terhadap Ground (CTG) [4]

[4] McKinnon,David L. Using Six Fault Zone Approach For Predictive Maintanance On Motors.2011.

RTG=RT.KT

Dimana :

RTG= Resistansi terhadap ground (MΩ)

KT = koefisien tahanan isolasi pada temperatur °𝐶

RT = Tahanan rata-rata hasil pengukuran tahanan isolasi pada saat temperatur °𝐶

CTG= 𝒁𝟐 − 𝑹𝑻𝟐

Dimana :

CTG= Kapasitansi terhadap ground (nF)

Z =impedansi sistem isolasi motor

RT =Tahanan rata-rata hasil pengukuran tahanan isolasi pada saat temperatur °𝐶

RANCANGAN PERCOBAAN DAN

PENGUJIAN

SAAT KONDISI NORMAL

Motor dioperasikan

selama 14 hari

( 10 jam/hari)

Setiap hari dilakukan

pengujian tahanan isolasi

dan indeks polarisasi

Motor Induksi

3 phasa MegaOhm Meter/

Insulation Tester

SAAT KONDISI KELEMBABAN

Motor dan Humidifier

dioperasikan selama 14 hari

( 10 jam/hari)

Setiap hari

dilakukan pengujian

tahanan isolasi dan

indeks polarisasi

Humidifier

Motor Induksi

Chamber

(Akrilik)

Humidy meter

Kelembaban

mencapai

95%

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.

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.

16

• 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, 1987

HASIL DAN ANALISA

DATA PENGUJIAN SAAT KONDISI

NORMAL

Menit ke U-Ground

(MΩ)

V-Ground

(MΩ)

W-Ground

(MΩ)

Keterangan

1 495.7 446.68 368.7 Alat ukur:

SANWA

MG1000

“Digital

Insulation

Tester”

Suhu

ambient: 31

C

2 665.9 620 440

3 784 745 687

4 926 950 845

5 1908.1 1267 1096.1

6 2028 1768.5 1785

7 2521 1946 1956

8 2756 2524 2450

9 3621 3512 3565.8

10 3995.4 3997.8 3996.7

PI 8.06 8.95 10.84 Page18

Nilai Indeks Polarisasi masih >4 yang

berarti kualitas isolasi untuk phasa

U,V dan W masih bagus sekali

Tabel 2. Data pengujian tahanan isolasi saat kondisi normal

Tahanan isolasi masih besar dan

sampai menit ke 10 nilainya terus

naik, yang berarti isolasi dalam

keadaan bersih dan kering

Analisa data yang akan dijelaskan akan diwakili

oleh Phasa U Menghitung PI, RTG, dan CTG: [4]

PI=𝐑𝟏𝟎𝒎𝒊𝒏

𝑹𝟏𝒎𝒊𝒏=

𝟑𝟗𝟗𝟓.𝟒𝑴𝜴

𝟒𝟗𝟓.𝟕𝑴𝜴=8.06

[4] McKinnon,David L. Using Six Fault Zone Approach For Predictive Maintanance On Motors.2011

RT = 𝟒𝟗𝟓.𝟕:𝟔𝟔𝟓.𝟗: 𝟕𝟖𝟒:𝟗𝟐𝟔: 𝟏𝟗𝟎𝟖.𝟏: 𝟐𝟎𝟐𝟖: 𝟐𝟓𝟐𝟏: 𝟐𝟕𝟓𝟔: 𝟑𝟔𝟐𝟏:𝟑𝟗𝟗𝟓.𝟒

𝟏𝟎=1970.11 MΩ

Kt=(0.5)40−31

10 = (0.5)0.9=0.536

RTG=KT.RT= 0.536x1970.11 =1055.97 MΩ

Z=𝐑𝑻

𝒄𝒐𝒔 𝜽=

1970.11

0.83=2373.6 MΩ

CTG = 𝒁𝟐 − 𝑹𝟐= 2373.62 − 1970.112 =1323.9 nF

Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi

Saat Kondisi Normal (Phasa U)

Indeks Polarisasi

Nilai Isolasi dalam keadaan

8.06 Bagus Sekali

RTG

Impedansi internal alat

ukur

CTG

Resistansi terbesar saat

pengujian 1/10 R2

1/10 C1

Perbandingan kurva tahanan isolasi terhadap

waktu (dari hasil pengujian) dengan Kurva

arus terhadap waktu (dari hasil Simulasi

Rangkaian ekivalen)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000Saat Kondisi Normal (Phasa U)

waktu(menit)

Ta

ha

na

n I

sola

si (

Meg

ao

hm

)

Kurva Tahanan isolasi terhadap waktu ( dari hasil pengujian ) Phasa U

Kurva arus terhadap waktu ( Hasil Simulasi Rangkaian Ekivalen ) Phasa U

Dari kedua kurva ini

terlihat bahwa kurva

resistansi dan arus

sama-sama linier tetapi

berbanding terbalik


TERJADI KELEMBABAN

22

Menit ke U-Ground

(MΩ)

V-Ground

(MΩ)

W-Ground

(MΩ)

Keterangan

1 230 318.7 315.9 Alat ukur:

SANWA

MG1000

“Digital

Insulation

Tester”

Suhu

ambient: 31 C

Kelembaban:

95%

2 321.5 480.8 459

3 465.6 429.1 590.3

4 599.3 542.6 645.3

5 556.7 656.1 792.6

6 697.4 765.7 745.1

7 760.1 718.4 899.3

8 863.1 878.1 956.6

9 799 784.1 974.4

10 704 656.5 780.4

PI 3.06 2.06 2.32

Nilai Indeks polarisasi untuk Phasa U, V dan

W sudah < 4, tetapi isolasi masih dalam

keadaan bagus, penurunan nilai indeks

polarisasi ini diakibatkan karena adanya

kelembaban pada isolasi belitan motor

Page 17

Tabel 3. Data pengujian tahanan isolasi saat kondisi terjadi kelembaban Tahanan isolasi masih besar tetapi

sampai menit ke 10 nilainya naik

turun, disebabkan adanya moisture

pada isolasi motor

Analisa diwakili oleh Phasa U, dan dengan

menggunakan Persamaan dan perhitungan

yang sama untuk PI, RTG dan CTG

Indeks Polarisasi RTG (MΩ) CTG (nF)

Nilai Kualitas Isolasi

3.06 Bagus 321.43 403

Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Saat Kondisi Terjadi Kelembaban

Impedansi internal

alat ukur

RTG CTG

Resistansi terbesar

saat pengujian 1/10 R2

1/10 C1

Ada tambahan sumber AC

untuk mewakili kelembaban

yang terdapat pada isolasi




Rangkaian ekivalen) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

200

400

600

800

1000

Saat Kondisi Kelembaban (Phasa U)

waktu(menit)

Tah

an

an

Iso

lasi

(M

egaoh

m)

Kurva Tahanan isolasi terhadap waktu (dari hasil pengujian ) Phasa U

Kurva arus terhadap waktu (Hasil Simulasi Rangkaian Ekivalen) Phasa U

Dari kedua kurva ini terlihat bahwa

kurva resistansi dan arus sama-

sama tidak linier dan berbanding

terbalik Kurva arus tidak linier karena ada

pengaruh arus bocor permukaan

saat ada kelembaban pada isolasi


TERJADI KONTAMINASI

Menit ke U-Ground

(MΩ)

V-Ground

(MΩ)

W-Ground

(MΩ)

Keterangan

1 287.4 322.6 303 Alat ukur:

SANWA

MG1000

“Digital

Insulation

Tester”

Suhu ambient:

31 C

Kelembaban:

95%

2 340.8 340.8 467

3 490.3 490.3 566

4 556.0 556 684

5 608.1 608.1 652

6 686.1 696.1 674

7 656.7 666.7 784.1

8 747.0 757.1 884

9 796.8 766.8 867

10 686.9 654.9 702.9

PI 2.39 2.03 2.32

Nilai Indeks polarisasi untuk Phasa U, V

dan W sudah < 4, tetapi isolasi masih

dalam keadaan cukup bagus (> 2) ,

penurunan nilai indeks polarisasi ini

diakibatkan karena adanya kelembaban

sekaligus kontaminasi pada isolasi belitan

motor

Tabel 4. Data pengujian tahanan isolasi saat kondisi terjadi kontaminasi

Tahanan isolasi masih besar tetapi

sampai menit ke 10 nilainya naik

turun, disebabkan adanya mositure

dan atau garam pada isolasi motor

26

Analisa diwakili oleh Phasa U, dan dengan

menggunakan Persamaan dan perhitungan

yang sama untuk PI, RTG dan CTG

Indeks Polarisasi RTG (MΩ) CTG (nF)

Nilai Kualitas Isolasi

2.39 Cukup Bagus 313.9 393.5

Rangkaian Ekivalen Tahanan Isolasi Saat Kondisi Kontaminasi (Phasa U)

Impedansi internal

alat ukur

RTG CTG

Resistansi terbesar

saat pengujian 1/10 R2

1/10 C1

Ada tambahan sumber AC

untuk mewakili kelembaban

kontaminas yang terdapat pada

isolasi




Rangkaian ekivalen) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Saat Kondisi Kontaminasi (Phasa U)

waktu(menit)

Ta

ha

na

n I

sola

si (

Meg

ao

hm

)

Kurva Tahanan isolasi terhadap waktu (dari hasil pengujian ) Phasa U

Kurva arus terhadap waktu (Hasil Simulasi Rangkaian Ekivalen) Phasa U

Dari kedua kurva ini terlihat bahwa

kurva resistansi dan arus sama-

sama tidak linier dan berbanding

terbalik

Kurva arus tidak linier karena ada

pengaruh arus bocor permukaan

saat ada kelembaban dan

kontaminasi pada isolasi

KESIMPULAN

nilai indeks polarisasi untuk Phasa U adalah saat kondisi normal nilainya

8.06, saat kelembaban nilainya 3.06 , dan saat kontaminasi nilainya 2.39.

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

TERIMA KASIH

“MANJADDA WAJADA”

30

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 8.000 jam

• Pemeriksaan sedang, setiap 16.000 jam

• Pemeriksaan serius , setiap 32.000 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

34

Akibat kelembaban pada

Tahanan Isolasi

Akibat kontaminasi pada Indeks

polarisasi

35

10, 7.78 20, 7.45

30, 7.06 40, 6.78

50, 6.12 60, 5.84

70, 5.52 80, 5.21

90, 4.91

100, 4.55

110, 3.88

120, 3.46

130, 2.54 140, 2.39

0

0.75

1.5

2.25

3

3.75

4.5

5.25

6

6.75

7.5

8.25

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Ind

eks

Pola

risa

si

Jam operasi

Akibat kontaminasi pada

Tahanan Isolasi

36

10, 507.1 20, 485.9

30, 431.2 40, 443.5

50, 490.3 60, 513.7

70, 543.8 80, 567.5 90, 565.4

100, 500.7 110, 489.7 120, 449.1

130, 410.2

140, 287.4

0

100

200

300

400

500

600

700

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Tah

an

an

IS

ola

si

jam operasi

Saat kondisi normal

37

10, 498.3

20, 494.4

30, 495.7

40, 494.7

50, 496.1 60, 496.8

70, 496.2 80, 496.2 90, 496.2

100, 497.4 110, 496.7

120, 496.3 130, 496.6

140, 495.7

480

485

490

495

500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Tah

an

an

Iso

lasi

jam operasi

Saat Kondisi Normal

38

10, 8.06

20, 8.08

30, 8.06 40, 8.06 50, 8.06

60, 8.04 70, 8.04 80, 8.04 90, 8.04 100, 8.04 110, 8.05

120, 8.04 130, 8.05

140, 8.06

7.75

7.8

7.85

7.9

7.95

8

8.05

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Ind

eks

Pola

risa

si

Jam operasi

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

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

42

KEUNTUNGAN & KERUGIAN PENGUJIAN

TEGANGAN DC

• 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.

• KEUNTUNGAN • KERUGIAN

Gill,Paul, Electrical equipment maintanance and testing .,CRC press,2008

43

PENGUJIAN TAHANAN ISOLASI

• 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

Short Time Readings

• Sebuah sistem isolasi yang baik akan menunjukkan terus meningkatnya nilai tahanan selama periode waktu di mana tegangan diberikan

Time–Resistance Readings

• 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

PI 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

Step-Voltage Readings (DC Voltage Tip-Up Test)

Gill,Paul, Electrical equipment maintanance and testing .,CRC press,2008

Pengujian Dan Simulasi Sistem Isolasi Motor Pada Beberapa ... · indeks polarisasi . Saat Kondisi ....

Documents

Transcript of Pengujian Dan Simulasi Sistem Isolasi Motor Pada Beberapa ... · indeks polarisasi . Saat Kondisi ....