## ANALISIS CITRA PERMUKAAN ISOLASI LISTRIK DARI BAHAN LDPE-NR AKIBAT AKTIFITAS PELUAHAN SEBAGIAN

## Darwison, Aulia*
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang
* Corresponding author, e-mail: aulia@ft.unand.ac.id
Abstrak —  Korelasi  antara  jumlah  pulsa  peluahan  sebagian  (PD)  dengan  tingkat  kerusakan  permukaan sampel  dikaji  dalam  makalah  ini.  Pengkajian  dilakukan  dengan  menguji  sampel  berbeda  dari  komposit polietilen berkerapatan rendah (LDPE) dan karet alam (NR) di bawah pengaruh medan listrik tinggi selama 60 menit. Hasil memperlihatkan adanya korelasi yang kuat antara citra permukaan sampel setelah pengujian dengan  jumlah  pulsa  PD  yang  terhitung.  Jumlah  pulsa  PD  yang  tinggi  berkorelasi  dengan  luas  citra pemukaan sampel rusak yang lebih besar.
Kata Kunci : peluahan sebagian, komposit, polietilen, karet alam, citra permukaan
Abstract — The correlation between the partial discharge (PD) pulses count and the surface of the related sample was studied and reported in this paper. The assessment was done by testing different samples of the composite  low  density  polyethylene  (LDPE)  and  natural  rubber  (NR)  under  a  high  electric  field  for  60 minutes. The results showed a strong correlation between the images of the sample surface after testing by the number of PD pulses is counted. The high of PD pulses counted are highly correlated with the larger scale of surface area damaged.
Keywords : partial discharge, composite, polyethilene, natural rubber, surface picture
Copyright © 2017 JNTE. All rights reserved

## 1. PENDAHULUAN
Kerusakan  permukaan  isolasi  listrik  akibat peluahan  sebagian  merupakan  phenomena umum apabila material tersebut berada di bawah pengaruh medan listrik tinggi. Tingkat kerusakan  permukaan  bahan  mengindikasikan besarnya  pengaruh  peluahan  sebagian  terhadap bahan tersebut dan sebaliknya juga menggambarkan  tingkat  ketahanan  material tersebut  terhadap  aktifitas  peluahan  sebagian. Korelasi  antara  tingkat  kerusakan  dan  aktifitas peluahan  sebagian  yang  ditandai  dengan  citra yang berbeda di daerah yang dipengaruhi medan lsitrik tinggi masih terus dikaji. Pada makalah ini ditampilkan  hasil  kajian  tersebut  tapi  dengan menggunakan  bahan  isolasi  baru  yang  terdiri dari polietilen berkerapatan rendah (LDPE) dan karet alam.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Analisis  PD  sangat  penting  dilakukan  untuk mendukung  perkembangan  teknologi  isolasi listrik  tegangan  tinggi.  Pola  PD,  besarnya  PD dan fase tegangan yang diberikan adalah metode
diagnostik yang sudah dikenal untuk menganalisis  isolasi  peralatan  tegangan  tinggi. Analisis  dilakukan  dengan  membandingkan akumulasi basis data yang memberikan korelasi antara  pola  PD  dan  status  isolasi  seperti degradasi atau cacat. Studi menunjukkan bahwa sifat  PD  tergantung  pada  tegangan  yang diberikan dan frekuensi tetapi tidak terpengaruh oleh  tegangan  offset  yang  diterapkan  [1]. Analisis  PD  digunakan  untuk  menilai  berbagai bahan isolasi seperti LDPE, XLPE, nano polimer isolasi bahan dan jenis lain dari polimer [2-10].
Cara  yang  paling  umum  menggambarkan data  PD  adalah  dengan  memakai  grafik  -q-N yang mewakili sudut pasa PD (  ) , muatan rata- rata PD (q) dan jumlah pulsa (N) [11]. Grafik ini dikenal dengan pola phase resolved PD (PRPD). Dengan  menggunakan  grafik  tersebut,  sudut pasa,  jumlah  pulsa  dan  besar  muatan  PD  dapat dianalisis.  Walaupun  jumlah  pulsa  PD  adalah salah  satu parameter penting dalam PRPD, tapi analisis detail dan hubungannya dengan tingkat kerusakan permukaan bahan isolasi tidak banyak ditemukan.
Pada  setiap  kejadian  PD,  permukaan  isolasi akan  mengalami  kerusakan  secara  bertahap. Kerusakan ini akan menyebabkan citra permukaan  sampel  isolasi    juga  akan  berubah dari  keadaan  sebelum  dan  sesudah  pengujian PD.  Diyakini  bahwa  jumlah  pulsa  PD  akan mempengaruhi besar area kerusakan permukaan isolasi.  Besarnya  pengaruh  kerusakan  dapat dianalisis  dengan  beberapa  teknik  pengolah citra, salah satunya adalah teknik pengolah citra statistik.
Secara  statistik,  sebuah  gambar  histogram dapat  menggambarkan  distribusi  intensitas  dari sebuat  citra  digital  yang  berbentuk pixel  untuk setiap  intensitas.  Sumbu  horizontal  (X)  adalah variasi  warna  dan  sumbu  vertikal  (y)  jumlah pixel  dari  setiap  warna  terkait.  Pada  sumbu horizontal  sebelah  kiri  menggambarkan  warna yang  paling  hitam  dan  dan  yang  paling  kanan menggambarkan warna yang paling terang.
Dalam  menganalisis  tingkat  keruskaan permukaan  perlu  diperhatikan  kualitas  gambar untuk  memberikan  hasil  histogram  yang  tepat. Kualitas  gambar  dapat  dipertahankan  dengan pendekatan  beberapa  teknik  seperti  metoda penjumlahan  kesalahan  (error  summation) ataupun dengan metoda histogram-based image quality  index [12]  dan  the Bayesian  image estimation [13].

## 3. METODOLOGI
Bahan yang dipakai pada pengujian peluahan sebagian  merupakan  bahan  baru  yang  terbuat dari  bahan  dasar  polietilen  kerepatan  rendah (LDPE)  dan  karet  alam  (NR)  yang  dicampur pada komposisi yang berbeda. Bahan sampel ini diuji di bawah medan listrik tinggi yang disuplai dari  sumber  AC  6.5  kV.  Selama  pengujian direkam  data  PD  melalui  sistim  data  akuisisi otomatis  dan  disimpan  di  dalam  hardisk  untuk keperluan  analisis  selanjutnya.  Sebelum  dan sesudah  pengujian  foto  permukaan  sampel diambil  untuk  dibandingkan  keadaanya  dan dianalisa dengan menggunakan perangkat lunak LabVIEW produksi perusahaan National
Instrument (NI).

## 3.1.  Sampel Isolasi
Tabel 1 memperlihatkan komposisi sampel
LDPE-NR yang akan diuji. Sampel dipersiapkan dengan mencampur LDPE-NR dengan komposisi yang berbeda.
Pencampuran
dilakukan  dengan  menggunakan  penggiling kembar panas pada suhu 160 o C. LDPE dicairkan terlebih  dahulu  sampai  merata,  selanjutnya ditambahkan  NR  dengan  jumlah  yang  telah ditetapkan. Langkah selanjutnya adalah mencetak  sampel  LPDE-NR  dalam  bentuk lembaran setebal 1mm dengan lebar dan panjang 200x200 mm dengan menggunakan mesin tekan panas. Proses terakhir adalah proses pendinginan dengan mesin pendingin tekan.
Tabel 1. Komposisi sampel isloasi LDPE-NR
Sampel Name LDPE (gram) NR (gram) A1 100 - A2 90 10 A3 80 20 A4 70 30

## 3.2.  Rangkaian Pengujian
Gambar 1 adalah rangkaian uji PD dengan sumber  tegangan  bola-balik  50  Hz  dengan tegangan  puncak  rms  6.5  kV  rms.  Jenis  sel  uji yang  dipakai  adalah  CIGRE  Method  II. Rangkaian  pengujian  ini  dilengkapi  dengan sistim  akuisisi  data  menggunakan  DAQ picoscope yang terhubung ke PC atau Laptop.
HV transfor mer HV resistor Step down transformer Picoscope From power supply High Pass Filter CIGRE Method II Test Cell Netbook and data logger Sphere gap
Gambar 1. Rangkaian uji peluahan sebagian

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1. Analisis Jumlah Total PD
Gambar 2 menunjukkan  jumlah total pulsa PD  untuk  sampel  LDPE-NR  dengan  komposisi yang berbeda  (A1, A2 dan A4) dimana jumlah pulsa  PD  di  bawah  6000,  kecuali  sampel  A3, yang  hampir  berjumlah  16.000.  Jumlah  total pulsa  PD  sampel  A1  sedikit  lebih  tinggi  dari sampel A4, namun jumlah PD pulsa total untuk sampel  A2  jauh  lebih  rendah  dari  pulsa  sampel A1,  A3  dan  A4.  Dengan  persentase  berat  NR
yang  lebih  tinggi  (wt%)  diharapkan  ketahanan PD komposit LDPE-NR juga akan meningkat.
Ditemukan  bahwa  jumlah  pulsa  PD  untuk sampel  A3  lebih  besar  sampel  A2  dan  A1.  Hal ini  terjadi  karena  banyak  faktor,  termasuk kemungkinan  adanya  void  selama  persiapan sampel  yang  kemudian  mengarah  ke  resistance PD  lebih  rendah  dari  itu  untuk  dasar  atau referensi  bahan  isolasi.  Meskipun  sampel  A4 memiliki ketahanan PD lebih tinggi dari sampel A3, tapi peningkatan tersebut hanya sedikit lebih tinggi sampel A1.
Gambar 2. Total hitungan pulsa PD dari sampel LDPE-NR  yang  berbeda  selama pengujian  medan  listrik  tinggi; sampel A1, A2 A3 dan A4
Analisis  di  atas  memperlihatkan  bahwa jumlah pulsa PD sampel A2 adalah yang terkecil dan  sampel  A3  yang  terbanyak.    Penambahan NR  ke  LDPE  dengan  jumlah  kecil  atau  sam dengan  10  wt%  memperlihatkan  peningkatan ketahan  komposit  LDPE-NR  terhadap  aktifitas PD.

## 4.2. Analisis  Citra  Permukaan  komposit LDPE-NR
Gambar  3  menunjukkan  citra  sampel  A1 (100:  0)  sebelum  dan  sesudah  medan  listrik tinggi  diterapkan  selama  60  menit.  Perbedaan kondisi  permukaan  sebelum  dan  sesudah  tes jelas diidentifikasi. Beberapa bintik hitam secara acak  terletak  dengan  ukuran  berbedal  terlihat dengan  jelas.  Bintik-bintik  gelap  menandakan telah  terjadinya  proses  karbonisasi  akibat kegiatan  PD.  Perlu  dicatat  bahwa  bintik-bintik gelap hanya dapat dilihat dengan menggunakan kamera pembesar.
Gambar  3  (c)  dan  (d)  menunjukkan morfologi  permukaan  sampel  sebelum  dan setelah stres. Dengan menggunakan pendekatan
analisis wavelet, kekasaran permukaan dari dua gambar  bisa  dibedakan  dengan  mudah.  Ada lebih  banyak  tonjolan  pada  Gambar  3  (d), sedangkan tidak ada atau kurang tonjolan terlihat pada  Gambar  3  (c).  Permukaan  yang  menonjol menunjukkan  tingkat  kekasaran  permukaan yang  menggambarkan  kerusakan  permukaan karena  penerapan  tegangan  tinggi  pada  sampel A1.
Gambar 3 (e) dan (f) menampilkan gambar 3D  dari  sampel  A1  sebelum  dan  sesudah pengujian  PD.  Gambar  dalam  warna  grayscale, mulai dari 0 sampai 255. Nilai dari warna gelap adalah  0,  sedangkan  warna  terang  adalah  255. Jelas,  daerah  cacat  adalah  dalam  kisaran  nilai yang lebih kecil atau warna gelap.
Gambar 3. Permukaan komposit LDPE-NR sampel  A1  sebelum  dan  setelah pengujian  PD  selama  60  menit;  (a) dan (b) adalah gambar asal, (c) dan (d) adalah  tekstur  gambar  dua  dimensi (2D),  (e)  dan  (f)  adalah  tekstur gambar tiga dimensi (3D)
Sebagaiman  sampel  A1,  Gambar  4 menunjukkan  gambar  untuk  sampel  A3.  Sekali lagi,  gambar  sampel  sebelum  pengujian  sangat halus  dan  tidak  ada  daerah  gelap  seperti  yang ditunjukkan  pada  Gambar  4  (a),  (c)  dan  (e). Sebaliknya,  setelah  stres  medan  tinggi,  gambar memiliki  area  gelap  cukup  besar  seperti  yang ditunjukkan  pada  gambar  4  (b),  (d)  dan  (f).
5729 1463 15884 4885 A1 A2 A3 A4 Kode Sampel Jum la h PD
Permukaan  sampel  setelah  stres  juga  sangat kasar  seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  4 (d).  Gambar  3D  pada  Gambar  4  (f)  jelas menunjukkan  lokasi  kerusakan  di  permukaan sampel.
Gambar 4.  Permukaan sampel komposit LDPE- NR    (80:20)  sebelum  dan  setelah pengujian  PD  selama  60  menit;  (a) dan (b) adalah gambar asli, (c) dan (d) adalah  tekstur  gambar  dua  dimensi (2D),  (e)  dan  (f)  adalah  tekstur gambar tiga dimensi (3D)

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  ditujukan  kepada Fakutas  Teknik  Universitas  Andalas  yang  telah membantu  sebagian  pendanaan  penelitian  ini dengan kontrak No. 04/UN.16.09.D/PL/2016.

## 5. KESIMPULAN
Hasil  memperlihatkan  adanya  korelasi  yang kuat  antara  rusaknya  citra  permukaan  sampel setelah pengujian dengan jumlah pulsa PD yang terhitung.  Jumlah  pulsa  PD  yang  tinggi berkorelasi  dengan  luas  citra  pemukaan  sampel rusak yang lebih besar. Ini membuktikan bahwa bahwa  aktifitas  PD  dapat  ditandai  dengan adanya kerusakan permukaan sampel.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] H. Kuwahara, K. Tsuruta, H. Munemurs,
T. Ishii, and H. Shiomi, "Partial Discharge Characteristics  of  Silicone  Liquids," Electrical  Insulation,  IEEE  Transactions on, vol. EI-11, pp. 86-91, 1976. [2] Y.  Tani,  K.  Ichikawa,  C.  S.  Kim,  and  T. Mizutani,  "PD  patterns  for  LDPE  with needle-plane electrode," in Conference on Electrical  Insulation  and  Dielectric Phenomena  (CEIDP),  Annual  Report , Kitchener, ON, 2001, pp. 344-347. [3] I.-K.  Song,  K.-S.  Suh,  and  H.-R.  Kwak, "Characteristics  of  partial  discharge  in various polyethylenes," in Proceedings of the Electrical/Electronics Insulation Conference ,  Rosemont,  IL,  USA,  1997, pp. 273-277. [4] X. H. Zhang, J. G. Gao, J. M. Zhang, N. Guo,  Q.  Q.  Ji,  and  J.  Y.  Liu, "Characteristics  of  electrical  breakdown and partial discharge of polyethylene/montmorillonite nano- composites," Gaodianya Jishu/High Voltage  Engineering, vol.  34,  pp.  2124- 2128, 2008.
[5] R.  Miller  and  I.  A.  Black,  "Partial Discharge  Energy  Measurements  on Electrical  Machine  Insulation  When Energized at Frequencies between 0.1 Hz and Power Frequency," Electrical Insulation, IEEE Transactions on, vol. EI- 14, pp. 127-135, 1979.
[6] T.  Mizutani,  T.  Kondo,  and  K.  Nakao,
"Change in partial discharge properties of a  void  in  LDPE,"  in Conference  on
Electrical  Insulation  and  Dielectric Phenomena  (CEIDP),  Annual  Report ,
Austin, TX, USA, 1999, pp. 257-260.
[7] T.  Mizutani  and  T.  Kondo,  "PD  patterns and PD current shapes of a void in LDPE," in Proceedings of the IEEE International Conference on Properties and Applications  of  Dielectric  Materials , Xi'an, China, 2000, pp. 276-279.
[8] P.  Tiemblo,  M.  Hoyos,  J.  M.  Gomez- Elvira, J. Guzman, N. Garcia, A. Dardano , et  al. ,  "The  development  of  electrical treeing  in  LDPE  and  its  nanocomposites with  spherical  silica  and  fibrous  and laminar  silicates," Journal  of  Physics  D- Applied Physics, vol. 41, Jun 21 2008.
[9] C.  S.  Kim,  T.  Hirase,  and  T.  Mizutani, "PD  frequency  characteristics  for  a  void bounded  with  LDPE,"  in Conference  on Electrical  Insulation  and  Dielectric Phenomena  (CEIDP),  Annual  Report , Cancun, 2002, pp. 712-715.
[10]  F.  Guastavino,  A.  Dardano,  A.  Ratto,  E. Torello, M. Hoyos, J. M. GÃ³mez-Elvira , et  al. ,  "Resistance  to  surface  partial discharges of LDPE nanocomposites," in Annual Report - Conference on Electrical Insulation  and  Dielectric  Phenomena, CEIDP ,  Vancouver,  BC,  2007,  pp.  244- 247.
[11]  A. Lapp and H. G. Kranz, "The use of the CIGRE  data  format  for  PD  diagnosis applications," Dielectrics  and  Electrical Insulation, IEEE Transactions on, vol. 7, pp. 102-112, 2000.
[12]  Y.  Yalman,  "A  Histogram  based  Image Quality Index," Przeglad Elektrotechniczny, vol.  88,  pp.  126-129, 2012.
[13]  A.  H.  Baydush  and  C.  E.  Floyd,  Jr., "Improved  image  quality  in  digital
mammography  with  image  processing," Med Phys, vol. 27, pp. 1503-8, Jul 2000.

## Biodata Penulis
Darwison ,  lahir  tahun  1964  di  Payakumbuh Sumatera  Barat.  dan  menamatkan  jenjang pendidikan  S1  tahun  1992  dari  ITS,  Surabaya dan jenjang pendidikan S2 di UGM, Jogyakarta tahun  2001.  Bekerja  sebagai  dosen  tetap  di Jurusan Teknik Elektro Universitas Andalas dan sekarang sedang menyelesaikan jenjang pendidikan  S3  di  Universtias  yang  sama. Ketertarikan  penelitian  adalah  di  bidang tegangan tinggi  mekatronika, signal dan sensor.
Aulia ,  dilahirkan  di  Payakumbuh,  Sumatera Barat  pada    tahun  1968.  Menamatkan  jenjang pendidikan  S1  di  UNSRI,  Indralaya,  Sumatera Selatan tahun 1996, jenjang pendidik S2 dan S3 di  UTM,  Johor,  Malaysia  pada  tahun  2009 dan 2016. Sekarang bekerja sebagai dosen di Jurusan
Teknik
Elektro
Universitas Andalas.
Ketertarikan  terhadap  penelitian  adalah  di bidang  teknik  tegangan  tinggi  dan  energi  baru dan terbarukan.