ISOLATOR RANTA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
i
ABSTRAK
Penggunaan Isolator rantai pada jaringan transmisi ataupun distribusi cenderung lebih murah dibandingkan isolator pin untuk sistem tegangan lebih dari 33kV. Selain itu isolator rantai memiliki tingkat fleksibel yang tinggi. Salah satu isolator yang banyak digunakan adalah isolator berbahan kaca. Salah satu keuntungannya adalah isolator ini relative lebih murah. Namun isolator kaca memiliki kekurangan yakni memiliki sifat mengkondensir atau mengembun. Hal ini menyebabkan polutan gampang menempel pada isolator kaca. Skripsi ini dilakukan pengujian terhadap isolator rantai berbahan kaca dengan memberikan polutan buatan. Isolator rantai pada transmisi tegangan tinggi yang terkontaminasi akan mengakibatkan distribusi tegangan di masing-masing isolator berbeda.
Penelitiian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh polutan terhadap distribusi isolator rantai berbahan kaca. Pengujian dilakukan terhadap bahan- bahan seperti garam-garaman (NaCl), debu (CaCO3), dan Carbon sebagai polutan asap kendaraan bermotor. Dimana tingkat pengotorannya terdiri dari ringan,sedang dan berat yang pengukuran tingkat pengotorannya menggunakan metode ESDD (Equivalent Salt Deposit Density). Dari penelitian yang dilakukan dapat diperoleh kesimpulan antara lain, pengaruh polutan yang konduktif terhadap isolator kaca mengakibatkan penurunan tahanan permukaan isolator. Namun dengan nilai konduktivitas yang sama, karakteristik polutan mempengaruhi terhadap lapisan pengotor yang terbentuk. Semakin tinggi daya rekat dan daya higrokopis dari polutan tersebut, maka semakin merata polutan tersebar di permukaan isolator. Persentase penurunan distribusi tegangan terbesar diketiga bobot polusi yakni ringan,sedang, dan berat diakibatkan oleh polutan CaCO3.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmat yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Analisis Pengaruh Polutan Pada Isolator Kaca Terhadap Distribusi Tegangan Isolator Rantai”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Almarhum H.Simatupang dan S. Silaban, saudara kandung penulis, Iron Michael, Kristy Merlin, Lorince Marlina dan Martines Minarwati, atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. Terima kasih sebesar-besarnya penulis ucapkan untuk Beliau.
2. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, MT dan Yulianta Siregar ST. MT, selaku dosen pembanding Tugas Akhir.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Dosen Wali penulis sekaligus Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU.
iii 4. Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro
FT USU.
5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Teman-teman asisten di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi: Andi Hidayat, Sandro Levi Panggabean,dan Memory Hidayat yang membantu penulis saat melakukan pengujian.
7. Teman-teman stambuk 2010: Martua Nababan, Edy Sembiring, Marthin Silalahi, Novenri Ambarita, Yehezkiel Naibaho, Afron Sianturi, Enda Duanta Ginting, Reikson Parhusip, Doni Rico Manalu, Fontes Marpaung dan teman- teman 2010 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
8. Teman-teman clan COC “Elektro u-TH9” atas waktu yang diberikan untuk menghibur .
9. Semua abang-kakak senior dan adik-adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis.
10.Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima kasih banyak.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak luput dari kesalahan- kesalahan, baik dari segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis akan menerima dengan terbuka, segala saran dan kritik yang ditujukan untuk memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca.
Medan, September 2015
Penulis
iv
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK ... ( i ) KATA PENGANTAR ... ( ii ) DAFTAR ISI ... ( iv )DAFTAR GAMBAR ... ( viii )
DAFTAR TABEL ... ( xi ) BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 2 1.3 Tujuan Penulisan ... 3 1.4 Manfaat Penulisan ... 3 1.5 Batasan Masalah ... 3 1.6 Metode Penulisan ... 4 1.7 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Isolator Piring ... 6
v
2.1.2 Konstruksi Isolator ... 7
2.1.3 Bahan Dielektrik Isolator ... 9
2.1.4 Tahanan Permukaan ... 13
2.1.5 Isolator Terpolusi ... 16
2.2 Penggolongan Tingkat Pengotoran ... 18
2.3 Isolator Rantai ... 20
2.4 Distribusi Tegangan ... 21
BAB III METODOLOGI PENGUJIAN 3.1 Peralatan Pengujian ... 28
3.2 Bahan Pengujian ... 32
3.3 Variasi Pengujian ... 32
3.4 Prosedur Percobaan ... 33
3.4.1 Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Bersih ... 33
3.4.2 Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi NaCl dengan Tingkat Pengotoran Ringan ... 35
3.4.3 Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi NaCl dengan Tingkat Pengotoran Sedang ... 39
3.4.4 Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi NaCl dengan Tingkat Pengotoran Berat ... 39
3.4.5 Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi CaCO3 dengan Tingkat Pengotoran Ringan ... 40
3.4.6 Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi CaCO3 dengan Tingkat Pengotoran Sedang ... 40
3.4.7 Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi CaCO3 dengan Tingkat Pengotoran Berat ... 41
vi 3.4.8 Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi C
dengan Tingkat Pengotoran Ringan ... 41 3.4.9 Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi C
dengan Tingkat Pengotoran Sedang ... 42 3.4.10 Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi C
dengan Tingkat Pengotoran Berat ... 42 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Perhitungan ESDD ... 43 4.2 Pengolahan Hasil Pengukuran Tegangan pada Jumlah Unit
Isolator ... 45 4.3 Hasil Perhitungan Persentase Distribusi Tegangan ... 49 4.4 Analisis Bobot Polusi Masing-Masing Polutan ... 52
4.4.1 Perbandingan Polutan NaCl, CaCO3, dan C dengan Bobot Polusi Ringan ... 53 4.4.2 Perbandingan Polutan NaCl, CaCO3, dan C dengan
Bobot Polusi Sedang ... 54 4.4.3 Perbandingan Polutan NaCl, CaCO3, dan C dengan
Bobot Polusi Berat ... 55 4.5 Analisis Pengaruh Posisi Isolator yang Terpolusi Terhadap
Distribusi Tegangan ... 56 4.5.1. Analisis Distribusi Tegangan Kondisi Isolator Normal
... 57 4.5.2. Analisis Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi Ringan
dengan Polutan NaCl ... 58 4.5.3. Analisis Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi Sedang
dengan Polutan NaCl ... 59 4.5.4. Analisis Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi Berat
dengan Polutan NaCl ... 60 4.5.5. Analisis Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi Ringan
vii 4.5.6. Analisis Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi Sedang
dengan Polutan CaCO3 ... 63 4.5.7. Analisis Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi Berat
dengan Polutan CaCO3 ... 64 4.5.8. Analisis Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi Ringan
dengan Polutan C ... 65 4.5.9. Analisis Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi Sedang
dengan Polutan C ... 67 4.5.10.Analisis Distribusi Tegangan Isolator Terpolusi Berat
dengan Polutan C ... 68 4.6 Analisis Perbandingan Tegangan Pikul dari Jumlah Unit
Isolator pada Kondisi Normal dan Terpolusi ... 69 4.6.1. Analisis Kondisi Normal ... 69 4.6.2. Analisis Perbandingan Tegangan Pikul dari Jumlah
Unit Isolator Terpolusi Ringan Secara Merata dengan Kondisi Normal ... 70 4.6.3. Analisis Perbandingan Tegangan Pikul dari Jumlah
Unit Isolator Terpolusi Sedang Secara Merata dengan Kondisi Normal ... 71 4.6.4. Analisis Perbandingan Tegangan Pikul dari Jumlah
Unit Isolator Terpolusi Berat Secara Merata dengan Kondisi Normal ... 72 BAB V KESIMPULAN ... 73 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konstruksi Isolator Piring ... 7
Gambar 2.2(a) Isolator Piring Standar ... 8
Gambar 2.2(b) Isolator Piring Anti-Fog ... 8
Gambar 2.2(c) Isolator Piring Aerodinamis ... 8
Gambar 2.3(a) Isolator Porselin ... 13
Gambar 2.3(b) Isolator Kaca ... 13
Gambar 2.4 Komponen Arus Bocor pada Isolator... 14
Gambar 2.5 Rangkaian Ekuivalen Arus Bocor Isolator ... 14
Gambar 2.6 Rangkaian Ekuivalen Isolator Mengabaikan Arus Volume ... 15
Gambar 2.7 Perpanjangan Sirip yang Terpasang pada Isolator Porselin ... 18
Gambar 2.8 Isolator Rantai pada Saluran Transmisi ... 20
Gambar 2.9 Susunan Isolator Piring Membentuk Kapasitansi ... 22
Gambar 2.10 Rangkaian Distribusi Tegangan Menggunakan Metode Kirchoff ... 23
Gambar 2.11 Rangkaian Ekuivalen Distribusi Tegangan Isolator Rantai dalam Kondisi Terpolusi ... 25
Gambar 3.1 Trafo Uji ... 28
Gambar 3.2 Autotrafo ... 29
Gambar 3.3 Tahanan Peredam ... 29
ix
Gambar 3.5 Barometer/humiditymeter digital ... 30
Gambar 3.6 Elektroda Bola-Bola ... 30
Gambar 3.7 Isolator Piring Kaca ... 31
Gambar 3.8 Conductivitymeter ... 31
Gambar 3.9 Rangkaian Percobaan ... 34
Gambar 3.10 Pengeringan Isolator Kaca yang terpolusi ... 35
Gambar 4.1 Isolator Terpolusi dengan Tingkat Bobot Polusi ... 52
Gambar 4.2(a) Isolator dengan Pengotor 50 gram NaCl ... 53
Gambar 4.2(b) Isolator dengan Pengotor 100 gram CaCO3 ... 53
Gambar 4.2(c) Isolator dengan Pengotor 80 gram C... 54
Gambar 4.3(a) Isolator dengan Pengotor 200 gram NaCl ... 55
Gambar 4.3(b) Isolator dengan Pengotor 500 gram CaCO3 ... 55
Gambar 4.3(c) Isolator dengan Pengotor 300 gram C... 55
Gambar 4.4(a) Isolator dengan Pengotor 550 gram NaCl ... 56
Gambar 4.4(b) Isolator dengan Pengotor 900 gram CaCO3 ... 56
Gambar 4.4(c) Isolator dengan Pengotor 700 gram C... 56
Gambar 4.5 Tegangan Setiap Unit Isolator pada Kondisi Normal ... 57
Gambar 4.6 Perbandingan Tegangan Setiap Unit Isolator pada Kondisi Normal vs Isolator yang Terpolusi Ringan oleh Polutan NaCl . 58 Gambar 4.7 Perbandingan Tegangan Setiap Unit Isolator pada Kondisi Normal vs Isolator yang Terpolusi Sedang oleh Polutan NaCl . 59 Gambar 4.8 Perbandingan Tegangan Setiap Unit Isolator pada Kondisi Normal vs Isolator yang Terpolusi Berat oleh Polutan NaCl .... 60
x Gambar 4.9 Perbandingan Tegangan Setiap Unit Isolator pada Kondisi
Normal vs Isolator yang Terpolusi Ringan oleh Polutan CaCO3... ... 62 Gambar 4.10 Perbandingan Tegangan Setiap Unit Isolator pada Kondisi
Normal vs Isolator yang Terpolusi Sedang oleh Polutan CaCO3 ... 63 Gambar 4.11 Perbandingan Tegangan Setiap Unit Isolator pada Kondisi
Normal vs Isolator yang Terpolusi Berat oleh Polutan CaCO3 . 64 Gambar 4.12 Perbandingan Tegangan Setiap Unit Isolator pada Kondisi
Normal vs Isolator yang Terpolusi Ringan oleh Polutan C ... 65 Gambar 4.13 Perbandingan Tegangan Setiap Unit Isolator pada Kondisi
Normal vs Isolator yang Terpolusi Sedang oleh Polutan C ... 67 Gambar 4.14 Perbandingan Tegangan Setiap Unit Isolator pada Kondisi
Normal vs Isolator yang Terpolusi Berat oleh Polutan C ... 68 Gambar 4.15 Tegangan yang Dipikul Jumlah Unit Isolator pada Kondisi
Normal ... 69 Gambar 4.16 Tegangan yang Dipikul Jumlah Unit Isolator pada Kondisi
Terpolusi Ringan vs Kondisi Normal ... 70 Gambar 4.17 Tegangan yang Dipikul Jumlah Unit Isolator pada Kondisi
Terpolusi Sedang vs Kondisi Normal ... 71
Gambar 4.18 Tegangan yang Dipikul Jumlah Unit Isolator pada Kondisi Terpolusi Berat vs Kondisi Normal ... 72
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Penggolongan Bobot Polusi Berdasarkan IEC 60050-815:2000
Edisi 01 ... 19
Tabel 2.2 Tingkat Polusi Dilihat dari Lingkungannya Berdasarkan IEC 815 ... 19
Tabel 3.1 Faktor Koreksi Suhu ... 37
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Konduktivitas, Salinitas,dan ESDD ... 43
Tabel 4.2 Kategori Bobot Polutan Isolator ... 44
Tabel 4.3 Tegangan Tembus Bola Pada Kondisi Normal ... 45
Tabel 4.4 Tegangan Tembus Sela Bola pada Kondisi Isolator Terpolusi NaCl dengan Bobot Polusi Ringan ... 45
Tabel 4.5 Tegangan Tembus Sela Bola pada Kondisi Isolator Terpolusi NaCl dengan Bobot Polusi Sedang ... 46
Tabel 4.6 Tegangan Tembus Sela Bola pada Kondisi Isolator Terpolusi NaCl dengan Bobot Polusi Berat ... 46
Tabel 4.7 Tegangan Tembus Sela Bola pada Kondisi Isolator Terpolusi CaCO3 dengan Bobot Polusi Ringan ... 46
Tabel 4.8 Tegangan Tembus Sela Bola pada Kondisi Isolator Terpolusi CaCO3 dengan Bobot Polusi Sedang ... 47
Tabel 4.9 Tegangan Tembus Sela Bola pada Kondisi Isolator Terpolusi CaCO3 dengan Bobot Polusi Berat ... 47
Tabel 4.10 Tegangan Tembus Sela Bola pada Kondisi Isolator Terpolusi C dengan Bobot Polusi Ringan ... 48
xii Tabel 4.11 Tegangan Tembus Sela Bola pada Kondisi Isolator Terpolusi
C dengan Bobot Polusi Sedang ... 48 Tabel 4.12 Tegangan Tembus Sela Bola pada Kondisi Isolator Terpolusi
C dengan Bobot Polusi Berat ... 48 Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Persentase Distribusi Tegangan Kondisi
Isolator Terpolusi NaCl ... 51 Tabel 4.14 Hasil Perhitungan Persentase Distribusi Tegangan Kondisi
Isolator Terpolusi CaCO3 ... 51 Tabel 4.15 Hasil Perhitungan Persentase Distribusi Tegangan Kondisi
Isolator Terpolusi C ... 52 Tabel A.1 Pengukuran Nilai Konduktivitas dan Suhu Larutan ... 7