Partial Discharge (PD) adalah fenomena pelepasan muatan listrik parsial yang terjadi dalam sistem isolasi peralatan listrik, termasuk dalam switchgear tegangan menengah (MV Switchgear). PD dapat menyebabkan degradasi isolasi dan berpotensi mengarah pada kegagalan sistem jika tidak terdeteksi dan ditangani dengan baik. Salah satu aspek penting dalam analisis PD adalah atenuasi sinyal, yang menentukan bagaimana sinyal PD menyebar dan berkurang dalam enclosure switchgear.
Atenuasi sinyal PD yang berlebihan dapat menghambat deteksi dini dan analisis yang akurat terhadap fenomena PD di dalam switchgear. Oleh karena itu, pemahaman mengenai atenuasi sinyal partial discharge dan penanganan agar metode deteksi / pemantauan menajdi lebih efektif.
ATENUASI SINYAL PARTIAL DISCHARGE
Atenuasi sinyal PD mengacu pada pelemahan amplitudo sinyal PD saat merambat melalui enclosure switchgear. Fenomena ini dapat dijelaskan melalui berbagai mekanisme fisis, seperti redaman dielektrik, refleksi gelombang, dan efek skin, yang semuanya dapat dikaji dalam konteks teori elektromagnetis dan propagasi gelombang elektromagnetik.
- Redaman Dielektrik Material dielektrik dalam enclosure switchgear, seperti udara, gas isolasi (SF6), atau resin epoksi, dapat menyerap sebagian energi gelombang PD. Redaman ini dijelaskan oleh teori dispersi dielektrik, di mana rugi-rugi dielektrik berbanding lurus dengan frekuensi dan konstanta dielektrik material.
- Refleksi dan Difraksi Gelombang Enclosure switchgear yang terdiri dari berbagai komponen logam, seperti busbar dan grounding. Menciptakan batas antarmuka dengan impedansi yang berbeda, sehingga mengakibatkan refleksi dan difraksi gelombang elektromagnetik PD. Koefisien refleksi dapat dihitung menggunakan persamaan Fresnel ( refleksi dan transmisi gelombang elektromagnetik ), yang bergantung pada sudut dan sifat material.
- Efek Skin (Skin Effect) Pada frekuensi tinggi, arus cenderung mengalir di permukaan konduktor karena efek skin. Efek skin menyebabkan peningkatan impedansi dan melemahkan propagasi sinyal PD dalam enclosure switchgear.
- Absorpsi oleh Material Logam / Logam enclosure, seperti baja tahan karat atau aluminium, memiliki sifat konduktivitas tinggi yang dapat menyerap sebagian besar energi sinyal PD. Fenomena ini dapat dijelaskan dengan rugi-rugi Joule dalam material konduktif, di mana daya yang diserap berbanding lurus dengan konduktivitas dan kuadrat medan listrik.
- Panjang Jalur Propagasi, semakin panjang jalur yang ditempuh sinyal PD dalam enclosure, semakin besar atenuasi yang terjadi. Hal ini sejalan dengan prinsip perambatan gelombang elektromagnetik dalam medium terdispersi, di mana energi sinyal mengalami peredaman eksponensial sepanjang jarak propagasi.
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PD
1. Frekuensi Sinyal PD
Sinyal PD memiliki spektrum frekuensi yang luas, mulai dari ratusan kHz hingga beberapa GHz. Atenuasi meningkat pada frekuensi tinggi karena efek skin dan rugi-rugi dielektrik yang lebih besar.
2. Bahan Enclosure
Material enclosure menentukan tingkat atenuasi sinyal PD. Logam seperti aluminium dan baja menyerap lebih banyak energi dibandingkan bahan isolasi seperti plastik atau komposit.
3. Konfigurasi Enclosure
Bentuk enclosure, ketebalan, dan keberadaan celah atau lubang ventilasi mempengaruhi pola propagasi sinyal PD. Enclosure yang tertutup rapat lebih efektif dalam meredam sinyal dibandingkan yang memiliki banyak celah.
4. Keberadaan Gas Isolasi
Medium isolasi seperti SF6 memiliki konstanta dielektrik tinggi yang dapat mengubah pola perambatan gelombang elektromagnetik dan meningkatkan atenuasi sinyal PD.
PERAN SENSOR TEV DALAM MENDETEKSI PD YANG TEREDAM
Sensor TEV (Transient Earth Voltage) digunakan untuk mendeteksi PD yang terjadi dalam enclosure switchgear dengan memanfaatkan tegangan transient yang muncul di permukaan logam enclosure. Ketika PD terjadi di dalam switchgear, gelombang elektromagnetik yang dihasilkan akan menginduksi tegangan transient pada permukaan enclosure yang dapat dideteksi oleh sensor TEV.
Sensor TEV bekerja berdasarkan prinsip kapasitansi antara dinding enclosure dan sensor itu sendiri. Ketika muatan PD menyebabkan perubahan cepat dalam medan listrik di dalam switchgear, muatan ini akan menyebabkan perbedaan potensial pada permukaan enclosure yang dapat dideteksi oleh sensor TEV.
Keunggulan Sensor TEV dalam Mengatasi Atenuasi Sinyal PD
- Mendeteksi Sinyal yang Tidak Bisa Keluar dari Enclosure
Atenuasi menyebabkan sebagian besar sinyal PD tidak dapat keluar dari enclosure logam. Sensor TEV mengatasi masalah ini dengan menangkap efek tegangan transient di permukaan enclosure, sehingga sinyal PD tetap dapat dimonitor. - Tidak Memerlukan Akses Langsung ke Sumber PD
Berbeda dengan sensor elektromagnetik atau akustik yang memerlukan jalur propagasi terbuka, sensor TEV dapat mendeteksi PD dari luar enclosure tanpa perlu akses langsung ke bagian dalam switchgear. - Mendeteksi Frekuensi Tinggi yang Teredam oleh Efek Skin
Sinyal PD dengan frekuensi tinggi lebih rentan mengalami atenuasi akibat efek skin pada enclosure logam. Sensor TEV mampu menangkap efek transient tegangan ini, sehingga tetap efektif dalam mendeteksi PD berfrekuensi tinggi.
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI EFEKTIVITAS SENSOR TEV
Meskipun sensor TEV merupakan solusi yang efektif untuk mengatasi atenuasi sinyal PD, beberapa faktor tetap mempengaruhi performanya:
- Jenis dan Ketebalan Material Enclosure
Logam dengan konduktivitas tinggi dapat meningkatkan amplitudo tegangan transient yang terdeteksi, sedangkan material dengan konduktivitas rendah atau tebal dapat mengurangi sensitivitas sensor TEV. - Lokasi Pemasangan Sensor
Sensor TEV harus dipasang di lokasi yang memungkinkan pengukuran tegangan transient secara optimal, seperti di dekat sambungan panel atau di area dengan kemungkinan PD tinggi. - Gangguan Elektromagnetik (EMI)
Lingkungan dengan gangguan elektromagnetik tinggi dapat menyebabkan noise pada sensor TEV, sehingga diperlukan teknik pemrosesan sinyal untuk memfilter gangguan dan meningkatkan akurasi deteksi.
KESIMPULAN
Atenuasi sinyal PD dalam enclosure MV switchgear merupakan tantangan utama dalam pemantauan PD, disebabkan oleh faktor seperti redaman dielektrik, refleksi, efek skin, dan absorpsi oleh material logam. Untuk mengatasi tantangan ini, sensor TEV menjadi solusi yang efektif karena mampu mendeteksi tegangan transient yang muncul di permukaan enclosure akibat PD di dalamnya.
Dengan keunggulan dalam mendeteksi PD tanpa akses langsung ke dalam switchgear dan kemampuannya menangkap sinyal yang mengalami atenuasi tinggi, sensor TEV menjadi alat yang sangat berguna dalam pemeliharaan kondisi peralatan listrik. Dengan strategi pemasangan yang tepat dan mitigasi gangguan elektromagnetik, pemanfaatan sensor TEV dapat meningkatkan akurasi dan keandalan pemantauan PD dalam sistem tenaga listrik.
Tingkatkan keandalan sistem kelistrikan Anda dengan solusi deteksi PD yang tepat!
Jika Anda ingin mengetahui lebih lanjut tentang sensor TEV dan cara terbaik untuk menerapkannya dalam sistem MV switchgear Anda, jangan ragu untuk menghubungi kami melalui tombol WhatsApp di pojok kanan bawah.
Sebagai distributor resmi Hioki, Radius Electric siap memberikan solusi terbaik untuk pemantauan dan perlindungan instalasi listrik Anda.
Author: Muhamad Nurhuda Din Nulloh
Reference
- IEC 60270, High-Voltage Test Techniques – Partial Discharge Measurements, International Electrotechnical Commission, 2000.
- IEEE Std 43-2013, Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Electric Machinery, IEEE Power and Energy Society, 2013.
- Stone, G. C., et al., Electrical Insulation for Rotating Machines: Design, Evaluation, Aging, Testing, and Repair, Wiley-IEEE Press, 2014.
- Kreuger, F. H., Partial Discharge Detection in High-Voltage Equipment, Butterworths, 1989.
- Zhang, X., et al., “Attenuation Characteristics of Partial Discharge Signals in Medium Voltage Switchgear,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 24, No. 5, pp. 3200-3208, 2017.
- Highoki, T., “Skin Effect and Attenuation in Conductive Enclosures,” Journal of Electromagnetic Waves and Applications, Vol. 30, No. 8, pp. 1032-1045, 2016.
- Xie, Y., et al., “Application of TEV Sensors in Detecting Partial Discharges within Metal-Clad Switchgear,” IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 34, No. 3, pp. 40-47, 2018
