pengaruh asap hasil bakar kayu terhadap tegangan flashover AC isolator piring

TUGAS AKHIR

PENGARUH ASAP HASIL BAKAR KAYU TERHADAP TEGANGAN FLASHOVER AC ISOLATOR PIRING

Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh :

YOUKI HUTAURUK NIM : 110402025

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

i ABSTRAK

Tugas akhir ini membahas pengaruh asap hasil bakar kayu terhadap tegangan flashover AC isolator piring. Dari hasil analisis didapat bahwa semakin tinggi tingkat konsentrasi asap (PM10 dan gas CO) maka akan sangat berpengaruh terhadap penurunan tegangan flashover AC isolator piring yaitu ketika konsentrasi asap mengalami peningkatan dari 41 g/m3 menjadi 20.000 g/m3 untuk konsentrasi PM10 dan dari 2.288,9094 g/m3 menjadi 929.297,2231 g/m3 untuk konsentrasi gas CO mengakibatkan penurunan tegangan flashover AC dari 61,63 kV menjadi 26,13 kV dalam kondisi standar (suhu 20oC dan tekanan udara 760 mmHg). Dalam proses pengujian juga didapat bahwa, ketika proses pengasapan telah selesai, asap hasil bakar kayu akan meninggalkan sejumlah polutan berupa cairan asam pada isolator piring yang mengakibatkan penurunan tegangan flashover ACdari 61,63 kV menjadi 49,06 kV dalam kondisi standar. Sehingga kekuatan dielektrik isolator piring tidak akan kembali dalam keadaan normal.

ii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan bagian kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

PENGARUH ASAP HASIL BAKAR KAYU TERHADAP TEGANGAN FLASHOVER AC ISOLATOR PIRING

T ugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Krisman Hutauruk dan Remida Rohani br.Nainggolan, serta abang dan kakak-kakak penulis, yaitu dr.Rita Ully Verawaty br.Hutauruk, Dormatua Siahaan,S.T, Ricardo Hutauruk,S.KM, Srimawarni Dachi, S.KM, M.Kes, Henny Agustina br.Hutauruk,S.P, Brando Saragih,S.T.P, Eva Adelina br.Hutauruk,S.E, Vita Londona br.Hutauruk,A.Md.G dan Sani Rotua br.Hutauruk,A.Md.G yang selalu memberikan semangat kepada penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

iii

1. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan juga selaku dosen wali penulis yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama perkuliahan.

3. Bapak Rahmad Fauzi S.T, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T dan ibu Syiska Yana S.T, M.T selaku dosen penguji penulis yang banyak memberikan masukan dan arahan selama proses pengerjaan Tugas Akhir ini.

5. Bapak Alfatta Faisal, S.Si, M.Kes selaku Manajer Teknik Laboratorium Fisika Udara dan Radiasi Balai Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit (BTKLPP) Kelas 1 Medan.

6. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

iv

9. Sahabat-sahabat seperjuangan: Ari Frahma Ginting, Dedy Widya Sitindaon, Memory Hidyart, Mian Sianturi, Riandi Fuanto, Sandro Levi Panggabean, Tony L. Tobing, Yudha Pratama Simamora dan seluruh teman-teman Balak 1 yang tidak mungkin disebutkan satu per satu. 10. Sahabat KK The PaSCaL: Iventura Tamba, Doly Damanik, Anry

Hutagaol, Seprianti Hutasoit, dan Surya Roganda Situngkir yang telah banyak memberikan masukan, doa dan semangat selama pengerjaan Tugas Akhir ini.

11. Adik-adik KK The FoJe, KK Mikroskil serta Transformational Crew yang selalu memberikan dukungan semangat selama proses pengerjaan Tugas Akhir ini.

12. Serta untuk semua yang telah mendukung penyelesaian Tugas Akhir ini yang tidak dapat disebutkan penulis satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Oktober 2015

Penulis,

v DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 3

1.5 Metodologi Penulisan ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Karakteristik Asap Kebakaran Hutan dan ISPU ... 6

2.1.1 Karakteristik Asap Kebakaran Hutan ... 6

2.1.2 Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU) ... 9

2.2 Asap Cair Kayu Pinus ... 12

2.3 Teori Isolator ... 14

2.3.1 Isolator Piring ... 15

2.4 Lewat Denyar (Flashover) ... 19

vi

2.4.2 Teori Townsend Mekanisme Terjadinya Tembus Listrik Udara ... 23

2.4.3 Mekanisme Lewat Denyar Pada Isolator Terpolusi ... 24

2.4.4 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Tegangan Lewat Denyar ... 27

2.5 Pengukuran Tingkat Bobot Polusi ... 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 32

3.2 Bahan Pengujian ... 32

3.3 Alat Penelitian dan Spesifikasinya... 33

3.4 Prosedur-Prosedur Dalam Eksperimen ... 39

3.4.1 Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring Keadaan Bersih 39 3.4.2 Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring Keadaan Terpolusi Asap ... 41

3.5 Pengukuran Tingkat Bobot Polusi ... 44

3.6 Pengukuran Luas Permukaan Isolator ... 46

3.7 Diagram Alir (Flowchart) Penelitian ... 47

BAB IV PENGOLAHAN DATA 4.1 Data dan Perhitungan Konsentrasi Asap... 48

4.2 Data Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring ... 50

4.2.1 Data Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring Keadaan Bersih ... 50

vii

4.2.3 Data Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring Keadaan 24 Jam Setelah Selesai Proses Pengasapan ... 51 4.3 Perhitungan Tegangan Flashover AC Dalam Keadaan Standar

(t = 20oC dan p = 760 mmHg) ... 52 4.3.1 Perhitungan Tegangan Flashover AC Standar Isolator Piring

Keadaan Bersih ... 52 4.3.2 Perhitungan Tegangan Flashover AC Standar Isolator Piring

Keadaan Terpolusi Asap ... 52 4.3.3 Perhitungan Tegangan Flashover AC Standar Isolator Piring

24 Jam Setelah Selesai Proses Pengasapan ... 54 4.4 Perhitungan Luas Permukaan Isolator Piring ... 55 4.5 Perhitungan Tingkat Bobot Polusi Isolator Berdasarkan

Metode ESDD(Equivalent Salt Deposit Density) ... 56

BAB V ANALISIS DATA

5.1 Analisis Tegangan Flashover AC Terhadap Konsentrasi

Kadar Asap... 59 5.2 Analisis Tegangan Flashover AC Terhadap Bobot Polutan

Yang Menempel Pada Permukaan Isolator Piring ... 63 5.3 Analisis Tegangan Flashover AC Terhadap Lama Durasi

viii BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan ... 69 6.2 Saran ... 70

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kabut Asap Hasil Kebakaran Hutan ... 9

Gambar 2.2 Jenis Isolator Tegangan Tinggi ... 15

Gambar 2.3 Konstruksi Isolator Piring ... 16

Gambar 2.4 Isolator Piring Standar, Anti-Fog, Aerodinamis ... 17

Gambar 2.5 Isolator Piring dengan Kopling clevis-tounge ... 18

Gambar 2.6 Proses Ionisasi ... 20

Gambar 2.7 Ionisasi Benturan ... 21

Gambar 2.8 Permukaan Logam dan Medan Tinggi ... 22

Gambar 2.9 Rangkaian Ekuivalen Isolator Terpolusi ... 26

Gambar 3.1 Potongan kayu Pinus ... 32

Gambar 3.2 Isolator Piring Standar Clevis and Tongue ... 33

Gambar 3.3 Autotrafo dan Trafo Uji ... 34

Gambar 3.4 Tahanan Peredam... 34

Gambar 3.5 Multimeter Digital ... 35

Gambar 3.6 Barometer/Humiditymeter/Thermometer Digital ... 35

Gambar 3.7 Peragaan Rangkaian Percobaan ... 36

Gambar 3.8 Carbon Monoxide (CO) Analyzer tipe AQ5001 Pro ... 37

x

Gambar 3.10 Particulate Air Monitoring ... 38

Gambar 3.11 Conductivitymeter ... 38

Gambar 3.12 Pencucian Isolator Piring ... 39

Gambar 3.13 Ruang Pengeringan Isolator Piring ... 40

Gambar 3.14 Proses Pengambilan Isolator Uji Dari Ruang Pengeringan ... 40

Gambar 3.15 Rangkaian Percobaan... 41

Gambar 3.16 Proses Pengukuran Konsentrasi PM10 dan CO... 42

Gambar 3.17 Kondisi Isolator Piring Terpolusi Asap Pembakaran ... 43

Gambar 3.18 Bentuk Ekuivalen Isolator Piring... 46

Gambar 3.19 Diagram Alir (Flowchart) Penelitian... 47

Gambar 5.1 Grafik Tegangan Flashover AC VS Konsentrasi gas CO ... 61

Gambar 5.2 Grafik Tegangan Flashover AC VS Konsentrasi PM10 ... 61

Gambar 5.3 Grafik Tegangan Flashover AC VS Suhu ... 66

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Angka dan Rentang ISPU... 10

Tabel 2.2 Batas Indeks Standar Pencemar Udara ... 11

Tabel 2.3 Komponen kimia dalam hasil pirolisis asap cair kayu pinus ... 12

Tabel 2.4 Nilai Jarak Spesifik Untuk Berbagai Tingkat Bobot Polusi ... 27

Tabel 2.5 Tingkat Bobot Polusi Berdasarkan analisis kualitatif dan ESDD .. 29

Tabel 3.1 Faktor Koreksi Suhu ... 45

Tabel 4.1 Data Konsentrasi Asap ... 48

Tabel 4.2 Data Tegangan Flashover Keadaan Bersih ... 50

Tabel 4.3 Data Tegangan Flashover Keadaan Terpolusi Asap ... 51

Tabel 4.4 Data Tegangan Flashover 24 Jam Setelah Pengasapan ... 51

Tabel 4.5 Data Pengujian Tegangan Flashover AC dalam Kondisi Standar 54 Tabel 5.1 Hubungan Konsentrasi Gas CO dan PM10 Tegangan Flashover AC Pada Keadaan Standar ... 60

Tabel 5.3 Hubungan Antara Suhu Asap Dengan Tegangan Flashover AC ... 65

i ABSTRAK

Tugas akhir ini membahas pengaruh asap hasil bakar kayu terhadap tegangan flashover AC isolator piring. Dari hasil analisis didapat bahwa semakin tinggi tingkat konsentrasi asap (PM10 dan gas CO) maka akan sangat berpengaruh terhadap penurunan tegangan flashover AC isolator piring yaitu ketika konsentrasi asap mengalami peningkatan dari 41 g/m3 menjadi 20.000 g/m3 untuk konsentrasi PM10 dan dari 2.288,9094 g/m3 menjadi 929.297,2231 g/m3 untuk konsentrasi gas CO mengakibatkan penurunan tegangan flashover AC dari 61,63 kV menjadi 26,13 kV dalam kondisi standar (suhu 20oC dan tekanan udara 760 mmHg). Dalam proses pengujian juga didapat bahwa, ketika proses pengasapan telah selesai, asap hasil bakar kayu akan meninggalkan sejumlah polutan berupa cairan asam pada isolator piring yang mengakibatkan penurunan tegangan flashover ACdari 61,63 kV menjadi 49,06 kV dalam kondisi standar. Sehingga kekuatan dielektrik isolator piring tidak akan kembali dalam keadaan normal.

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Masalah

Berdasarkan berita yang diterbitkan pada redaksi online tentang “Giliran Pembangkit Terganggu Asap”, menjelaskan bahwa kabut asap memiliki pengaruh

terhadap kontinuitas sistem tenaga listrik. Hal tersebut dijelaskan bahwa kabut asap memiliki polutan yang menganggu sistem kerja pembangkit PLTGU Borang di Banyuasin 1 yang mengakibatkan pemadaman listrik selama 4 jam di Sumatera Selatan dan sebagian Lampung [1].

Hal tersebut merupakan titik masalah bagi negara Indonesia yang merupakan negara tropis yang memiliki kekayaan hamparan hutan yang luas, hampir 100 juta hektar atau sekitar 52,2 % luas wilayah Indonesia [2]. Hal ini membesarkan kemungkinan Indonesia mengalami kebakaran hutan baik karena manusia maupun kejadian alam.

Dengan mengacu terhadap masalah diatas, sistem pentransmisian tenaga listrik Indonesia sampai saat ini menggunakan sistem penyaluran hantaran udara. Hal ini memungkinkan gangguan terhadap asap kebakaran hutan akan sangat besar terutama jaringan transmisi yang melewati daerah hutan Indonesia.

2

transmisi saluran hantaran udara yaitu isolator piring yang pada umumnya digunakan.

Pada tulisan ini, penulis akan membahas pengaruh asap hasil bakar kayu terhadap tegangan flashover AC isolator piring. Dengan dilakukannya penelitian ini diharapkan akan memberikan jawaban yang nyata terhadap hipotesa yang muncul di publik.

1.2Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah :

 Bagaimana pengaruh tingkat konsentrasi asap terhadap tegangan flashover AC isolator piring.

 Bagaimana pengaruh tingkat bobot polutan yang dihasilkan dari proses pengasapan hasil bakar kayu terhadap tegangan flashover AC isolator piring.

 Bagaimana pengaruh lama durasi penahanan asap dengan tingkat konsentrasi asap tertentu terhadap tegangan flashover AC isolator piring.

 Bagaimana pengaruh kondisi asap yang meliputi temperatur dan kelembaban terhadap tegangan flashover AC isolator piring.

1.3Batasan Masalah

3

 Isolator yang digunakan adalah isolator piring berbahan porselen.  Asap yang dihasilkan dari hasil pembakaran kayu pinus.

 Penelitian tidak membahas pengaruh reaksi kimia yang terjadi pada asap, pengkondisian suhu lingkungan, dan kecepatan angin.

 Penelitian membahas pengaruh tingkat konsentrasi pengasapan dan bobot polusi yang dihasilkan terhadap tegangan flashover AC isolator piring.

1.4Tujuan dan Manfaat Penelitian 1.4.1 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh asap hasil bakar kayu terhadap tegangan flashover AC isolator piring.

1.4.2 Manfaat Penelitian

 Memberikan jawaban yang nyata terhadap hipotesa yang muncul di publik tentang pengaruh asap yang mengganggu kontinuitas pelayanan listrik.

 Memberikan parameter baru dalam penentuan kekuatan isolasi jaringan transmisi hantaran udara.

 Melakukan penyesuaian tingkat kewaspadaan terhadap kemampuan kekuatan isolasi jaringan transmisi hantaran udara terhadap daerah rawan gangguan asap.

1.5Metodologi Penulisan

4 1. Studi Literatur

Mengambil bahan dari buku- buku referensi, jurnal, koran, media elektronik (internet) dan sebagainya.

2. Studi Lapangan

Melakukan eksperimen di Laboratorium Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik USU.

3. Studi Bimbingan

Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Jurusan Teknik Elektro USU, mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir ini berlangsung.

1.6Sistematika Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini ditulis dan disusun dalam urutan sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini berisikan latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, metode penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

5 BAB III. METODE PENELITIAN

Bab ini membahas tentang cara yang harus ditempuh dalam kegiatan penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu penelitian dapat memenuhi kaidah ilmiah.

BAB IV. PENGOLAHAN DATA

Bab ini berisi data hasil eksperimen dan proses pengolahan data.

BAB V. ANALISIS PENELITIAN

Bab ini berisi tentang penganalisaan data dari proses pengolahan data.

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Karakteristik Asap Kebakaran Hutan dan Indeks Pencemar Udara (ISPU)

Indonesia dikaruniai dengan salah satu hutan tropis yang paling luas dan paling kaya keanekaragaman hayatinya di dunia. Selama ini kekayaan dan keanekaragaman hutan tropis tersebut telah dimanfaatkan secara langsung maupun tidak langsung untuk memenuhi berbagai kebutuhan manusia, masyarakat dan negara Indonesia.

Seratus tahun yang lalu Indonesia masih memiliki hutan yang melimpah, pohon-pohonnya menutupi 80 sampai 95 persen dari luas lahan total. Tutupan hutan total pada waktu itu diperkirakan sekitar 170 hektar ha. Saat ini, tutupan hutan sekitar 98 juta hektar, paling sedikit setengahnya diyakini sudah mengalami degradasi akibat kegiatan manusia.

Banyak sekali ancaman terhadap hutan Indonesia, mulai dari berbagai kegiatan pembalakan skala besar sampai pembukaan hutan skala kecil oleh para keluarga petani, tebang habis untuk pembukaan lahan industri pertanian sampai kehancuran akibat kebakaran hutan yang berulang[3].

2.1.1 Karakteristik Asap Kebakaran Hutan

7

dianggap sebagai kejadian dan siklus alami, tetapi kemudian dipertimbangkan adanya kemungkinan bahwa kebakaran lahan dan hutan dipicu oleh faktor kesengajaan, seperti misalnya untuk berburu dan pembukaan lahan atau bisa disebut terjadi pembakaran hutan.

Sejumlah besar bahan kimia asap kebakaran hutan akan menyebar ke udara secara bebas yang meliputi partikel dan komponen gas seperti sulfur dioksida (SO2), karbon monoksida (CO), formaldehid, akrelein, benzen, nitrogen oksida (NOx) dan ozon ( )[4].

Asap merupakan perpaduan atau campuran karbon dioksida, air, zat yang terdisfusi di udara, zat partikulat, hidrokarbon, zat kimia organik, nitrogen oksida dan mineral. Ribuan komponen lainnya dapat ditemukan tersendiri dalam asap. Komposisi asap tergantung dari banyak faktor, yaitu jenis bahan, kelembapan beban, temperatur api, kondisi angin dan hal lain yang mempengaruhi cuaca. Jenis kayu dan tumbuhan lain yang terdiri dari selulosa, lignin, tanin, polifenol, minyak, lemak, resin, lilin dan tepung, akan membentuk campuran yang berbeda saat terbakar.

Materi partikulat atau Particulate Matter (PM) merupakan bagian penting dalam asap kebakaran. Materi partikulat merupakan partikel tersuspensi, yang merupakan campuran partikel solid dan droplet cair.

8

gelombang cahaya yang terlihat atau 0,4 – 0,7 mm. Terutama partikulat halus yang disebut PM10. Particulat Matter 10 (PM10) adalah partikel debu yang berukuran ≤ 10 mikron[4].

Beberapa faktor yang berperan seperti cuaca, fase kebakaran dan struktur tanah dapat mempengaruhi sifat api dan efek asap kebakaran. Secara umum cuaca berangin membuat konsentrasi asap lebih rendah karena asap akan bercampur dengan udara. Sistem cuaca regional akan membuat api kebakaran menyebar lebih cepat dan membawa dampak yang lebih besar. Intensitas panas, khususnya saat awal kebakaran akan membawa asap keudara dan menetap, kemudian turun jika suhu menurun. Asap kebakaran pertama biasanya langsung dibawa angin sehingga menjadi prediksi area yang terbakar.

Beberapa produk pembakaran dikategorikan sebagai berikut : 1. Partikel

2. Polynuclear aromatic hydrocarbon 3. Karbon monoksida

4. Aldehid 5. Asam organik

6. Semivolatile dan senyawa organik yang mudah menguap 7. Radikal bebas

8. Ozon

9

Gambar 2.1 Kabut Asap Hasil Kebakaran Hutan[5]

Gambar tersebut merupakan gambar dari citra satelit resolusi tinggi MODI NASA pada tanggal 28 Februari 2014 yang memperlihatkan kabut asap yang terdeteksi akibat dampak asap kebakaran lahan gambut di Riau. Credit: NASA image courtesy Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response Team.

2.1.2 Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU)

10

Kualitas udara disampaikan ke masyarakat dalam bentuk indeks standar pencemar udara atau disingkat ISPU. ISPU adalah laporan kualitas udara kepada masyarakat untuk menerangkan seberapa bersih atau tercemarnya kualitas udara dan bagaimana dampaknya terhadap kesehatan setelah menghirup udara tersebut selama beberapa jam atau hari. ISPU ini mempertimbangkan tingkat mutu udara terhadap kesehatan manusia, hewan, tumbuhan, bangunan dan nilai estetika.

Dalam keputusan tersebut yang dipergunakan sebagai bahan pertimbangan diantaranya : bahwa untuk memberikan kemudahan dari keseragaman informasi kualitas udara ambien kepada masyarakat di lokasi waktu tertentu serta sebagai bahan pertimbangan dalam melakukan upaya-upaya pengendalian pencemaran udara perlu disusun Indeks Standar Pencemar Udara.

Indeks Standar Pencemar Udara ditetapkan dengan cara mengubah kadar udara yang terukur menjadi satu angka yang tidak berdimensi. Yang memiliki rentang seperti pada Tabel 2.1 berikut:

Tabel 2.1 Angka dan Rentang ISPU

Rentang 0 -50 51 - 100 101- 199 200 - 299 300 - lebih

Kategori Baik Sedang

Tidak Sehat

Sangat Tidak Sehat

Berbahaya

11

(2.1)

Tabel 2.2 Batas Indeks Standar Pencemar Udara

Indeks Standar maka angka nyata ISPU dapat dihitung dengan rumus Persamaan 2.1 :

12 2.2Asap Cair Kayu Pinus

Pengasapan hasil bakar kayu yang mengenai suatu benda dalam jangka waktu tertentu, akan menyebabkan benda tersebut terpolusi. Dalam hal ini, polusi tersebut berupa cairan dengan komponen kimia tersendiri yang menempel pada permukaan benda yang terkena asap.

Selain proses pembakaran, asap cair dapat diperoleh melalui proses pirolisis yaitu proses dekomposisi senyawa kimia dengan suhu tinggi dengan pembakaran tidak sempurna atau proses perubahan kimia melalui aksi panas. Hasil dari proses pirolisa dapat berupa gas, cairan dan padatan[7]. Berikut komponen kimia dalam hasil pirolisis asap cair kayu pinus hasil deteksi GC-MC :

Tabel 2.3 Komponen Kimia Dalam Asap Cair Kayu Pinus Hasil Deteksi GC-MC[8]

No. Komponen Kimia % Relatif

1.

Asap Cair 110o C 2 Propanon Asam Asetat

2 Heptanal, 1 pentena, 2 metil butana 1-ol 4 Asam Pentanoat, 3 Asam oktanoat, Asam deka-2 enoa 2 Asetal tetrazole dan siklobutilamin

13  Lanjutan Tabel 2.3.

No. Komponen Kimia % Relatif

2. Asam asetat, metil dan 2,4 toluenadione 17,01

3.

Asap Cair 300o C

2 Propanon, n butana, 1 propena 2 ol Asam isosianat, propil trikhloroasetat,

2 Propanon 1 hidroksi, asetaldehida

7,26

14

Dengan kondisi berada dalam daerah medan tinggi, asam ini akan menjadi salah satu pengaruh besar terhadap fenomena flashover pada isolator piring yang akan menjadi media konduktif pada permukaan isolator tersebut

2.3Teori Isolator

Isolator mempunyai peranan penting pada sistem tenaga listrik untuk mengisolasi bagian yang bertegangan dan bagian yang tidak bertegangan. Tingkat isolasi yang digunakan tergantung dari besar tegangan tertinggi sistem dan juga besarnya polutan yang dapat menggangu kinerja isolator tersebut. Besarnya tingkat isolasi ini juga sangat perlu diperhatikan untuk mencegah terjadi kegagalan isolasi yang dapat menyebabkan kualitas kontinuitas pelayanan listrik akan menjadi tidak baik.

15

Jenis isolator dilihat dari konstruksi dan bahannya dapat dibagi :

Gambar 2.2 Jenis Isolator Tegangan Tinggi[9]

2.3.1 Isolator Piring

Dalam jaringan transmisi hantaran udara, isolator yang umumnya dipakai adalah isolator rantai yang terdiri dari beberapa isolator piring yang dihubung seri. Jumlah piringan tersebut ditentukan oleh tingkat isolasi yang diperlukan dan tingkat polusi daerah yang dilaluinya.

16

Gambar 2.3 Konstruksi Isolator Piring

Adapun persyaratan umum yang harus dipenuhi dalam merancang suatu isolator adalah sebagai berikut[10]:

1. Isolator harus memiliki kekuatan mekanis yang kuat untuk menahan beban konduktor, terpaan angin dan lain-lain.

2. Isolator harus menggunakan bahan dengan resistansi yang tinggi adar tidak terjadi arus bocor yang besar ke tanah.

3. Isolator harus memiiki kekuatan permitivitas yang tinggi agar memiliki kemampuan dielektrik yang baik.

4. Isolator harus padat dan tidak memiliki celah udara karena dapat menimbulkan peluahan sebagian.

5. Isolator dapat menahan flashover.

6. Tidak memiliki lekukan runcing agar pada isolator tidak terjadi medan elektrik yang tinggi.

17

9. Jarak rambat isolator harus diperbesar jika isolator ditempatkan pada kawasan yang dihuni banyak burung.

10. Bahan perekat harus memiliki kekuatan adhesi yang tinggi.

11. Bentuk dan dimensi sirip harus dibuat sedemikian rupa agar dapat dengan mudah dibersihkan.

Dilihat dari bentuknya, isolator dibagi menjadi 3 jenis seperti yang ditunjukan Gambar 2.4[11].

18 Keterangan gambar[12] :

a. Isolator piring dengan desain standar. Isolator ini digunakan pada daerah dengan bobot polusi rendah seperti yang daerah yang tidak ada industri.

b. Isolator piring dengan desain anti-fog. Isolator ini dirancang memiliki kelengkungan yang lebih dalam untuk memperpanjang jarak rambat arus, digunakan pada daerah dengan polusi tinggi seperti daerah industri berat.

c. Isolator piring dengan desain aerodinamis. Isolator ini dirancang memiliki daerah permukaan yang licin sehingga polutan sulit untuk menempel pada permukaannya. Isolator ini digunakan didaerah gurun.

Dilihat dari bentuk sambungannya, isolator piring dibagi dua, yaitu isolator dengan kopling bola-sendi dan isolator dengan kopling clevis-tounge. Isolator piring dengan kopilng bola sendi dapat dilihat pada Gambar 2.4a dan isolator piring dengan kopling clevis-tounge dapat dilihat pada Gambar 2.5.

19 2.4Lewat Denyar (Flashover)

Flashover pada isolator hantaran udara merupakan peristiwa pelepasan muatan melalui permukaan isolator dari konduktor yang bertegangan yang dipikul isolator ke lengan menara. Peristiwa ini menyebabkan kegagalan isolator dalam mengisolasi konduktor transmisi dengan lengan menara.

Flashover dapat terjadi pada beberapa kondisi, yaitu pada kondisi permukaan isolator bersih dan pada kondisi permukaan isolator terpolusi. Saat permukaan isolator bersih, flashover yang terjadi disebabkan oleh tembusnya udara di sekitar permukaan. Bila permukaan isolator dilapisi polutan, tahanan permukaan isolator akan turun sehingga arus bocor akan semakin besar.

2.4.1Mekanisme Lewat Denyar Pada Isolator Bersih

Pada kondisi isolator bersih, peristiwa lewat denyar terjadi karena tembusnya udara di sekitar permukaan isolator tersebut. Udara umumnya memiliki sifat isolatif yaitu tidak menghantarkan arus listrik karena memiliki sedikit elektron bebas. Tetapi sifat udara ini dapat berubah menjadi konduktif. Berubahnya sifat isolatif menjadi konduktif karena terjadinya ionisasi dan emisi. Berikut ini akan dijelaskan tentang ionisasi dan emisi :

 Ionisasi

20

Berdasarkan penyebabnya ionisasi dapat dibagi menjadi :

a. Ionisasi Radiasi Sinar Kosmis

Ruang diatas bumi secara terus menerus dibombardir dengan partikel-partikel submikroskopis yang berenergi tinggi. Sebagian berasal dari matahari (sinar kosmis) dan sebagian berasal dari pemisahan bahan radio aktif yang setiap menit terjadi di dalam bumi. Partikel berenergi tinggi ini membentur elektron molekul netral sehingga elektron terlepas dari molekul netral.

b. Ionisasi Benturan

Gambar 2.6 Proses Ionisasi [12]

21

Jika energi kinetis elektron bebas ( ) >> energi ikat elektron terikat maka akan terjadi ionisasi. Dimana ion positif akan mengalami gaya dan bergerak ke katoda dan ion elektron bebas baru menuju anoda.

Gambar 2.7 Ionisasi Benturan[13]

c. Ionisasi Termal

Jika temperatur gas dalam suatu bejana tertutup dianikkan, maka molekul-molekul gas akan bersirkulasi dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi benturan antar molekul. Jika temperatur semakin tinggi, maka kecepatan molekul semakin tinggi, sehingga benturan antar molekul semakin keras dan dapat membuat terlepasnya elektron dari molekul netral.

 Emisi

22 a. Emisi Termal

Suatu logam jika dipanaskan hingga bertemperatur tinggi maka dari permukaannya akan dilepaskan elektron-elektron. Elektron tersebut keluar dari permukaannya dan menjadi elektron bebas di dalam gas.

b. Emisi Medan Tinggi

Gambar 2.8 Permukaan Logam dan Medan Tinggi[13]

Permukaan suatu logam tidak semuanya mulus, tetapi selalu ada titik-titik yang runcing seperti pada Gambar 2.8. Elektron pada ujung runcing akan mengalami gaya yang lebih besar karena intensitas medan elektrik di titik tersebut relatif lebih besar dibandingkan dengan intensitas medan elektrik dibagian datar.

c. Emisi Benturan Ion Positif

23

besar dari gaya elektrostatik logam, maka elektron di permukaan logam akan keluar dari permukaannya. Jumlah elektron bebas yang keluar tergantung dari besarnya energi kinetik ion positif saat membentur permukaan katoda.

2.4.2Teori Townsend Mekanisme Terjadinya Tembus Listrik Udara

Didalam udara terdapat elektron bebas hasil ionisasi radiasi dan molekul-molekul netral. Apabila kedua elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan, maka akan timbul medan listrik E yang arahnya dari anoda ke katoda.

Akibat adanya medan listrik, maka elektron bebas mengalami gaya F yang arahnya berlawanan dengan arah medan listrik.

Karena adanya gaya F maka elektron bebas bergerak dari katoda ke anoda. Dalam perjalanannya menuju anoda, elektron bebas membentur molekul netral. Jika energi kinetik elektron awal lebih besar dari pada energi ikat elektron molekul netral maka akan terjadi ionisasi.

Ionisasi benturan menghasilkan suatu elektron bebas baru dan satu ion positif. Elektron-elektron tersebut terus bergerak menuju anoda. Dalam perjalanannya menuju anoda, elektron-elektron tersebut membentur lagi molekul netral sehingga terjadi lagi ionisasi. Akibatnya jumlah elektron bebas dan ion positif semakin banyak.

24

positif dengan dinding katoda. Elektron-elektron baru ini bergerak menuju anoda. Dalam perjalanannya menuju anoda, elektron-elektron baru hasil emisi ion positif membentur lagi molekul netral sehingga terjadi lagi ionisasi. Jumlah elektron bebas dan ion positif semakin banyak.

Selama medan listrik masih ada maka proses ionisasi benturan dan emisi ion positif akan terus berlangsung sehingga terjadi banjiran elektron dan ion positif. Akibatnya muatan yang berpindah dari katoda ke anoda semakin banyak. Perpindahan muatan sama dengan arus , sehingga arus semakin besar maka terjadilah tembus listrik.

2.4.3Mekanisme Lewat Denyar Pada Isolator Terpolusi

Setelah melalui waktu yang lama, isolator- isolator pasangan luar akan dicemari oleh polutan yang dibawa oleh udara. Polutan tersebut dapat berupa garam, limbah pabrik dalam bentuk gas seperti gas karbon dioksida dan sulfur oksida, asap produksi pabrik, kotoran burung, pasir daerah gurun pasir dan lain sebagainya yang dapat menganggu kinerja isolator. Polutan ini dapat mempengaruhi konduktivitas permukaan dari isolator tersebut sehingga dapat menyebabkan kegagalan isolasi.

25

cuaca lembab, berkabut atau ketika hujan gerimis. Jika cuaca seperti ini terjadi, maka akan mengalir arus bocor dari kawat fasa jaringan ke tiang penyangga melalui lapisan konduktif yang menempel di permukaan isolator dimana resistansi lapisan polutan jauh lebih rendah daripada resistansi dielektrik padat isolator. Jika jepitan a bertegangan dan jepitan b dibumikan, maka arus bocor akan mengalir melalui lapisan konduktif dari jepitan a ke b, sedangkan arus yang melalui dielektrik padat dapat diabaikan.

Adanya arus bocor ini akan menimbulkan panas yang besarnya sebanding dengan kuadrat arus bocor dikalikan dengan resistansi lapisan polutan dari a ke d ( ). Panas yang terjadi mengeringkan lapisan polutan dan mengakibatkan resistansi lapisan polutan dikawasan jepitan isolator akan semakin besar. Akibatnya, beda tegangan pada lapisan polutan yang kering (Vab) semakin besar dan menimbulkan kuat medan

26

Gambar 2.9 Rangkaian Ekuivalen Isolator Terpolusi

Oleh karena hal tersebut, perlu diketahuinya informasi tentang tingkat bobot polusi dikawasan yang akan dilintasi jaringan tersebut. Informasi tersebut digunakan sebagai parameter penentu isolator yang layak. Dengan standar tersebut, dapat dihitung juga besar jarak rambat isolator untuk suatu kawasan yang telah diketahui tingkat bobot polusinya yang dapat dilihat pada Persamaan 2.2[14].

ln = J

RS

x V x k

d

(2.2)

di mana :

27

Tabel 2.4 Nilai Jarak Spesifik Untuk Berbagai Tingkat Bobot Polusi

Tingkat Bobot Polusi JRS (mm/kV)

Ringan 16

Sedang 20

Berat 25

Sangat Berat 31

2.4.4 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Tegangan Lewat Denyar

Karena peristiwa lewat denyar disebabkan tembusnya udara di sekitar permukaan isolator, jadi faktor-faktor yang mempengaruhi lewat denyar adalah kondisi udara disekitar pemukaan isolator tersebut, yaitu:

a. Temperatur udara. Temperatur yang tinggi akan meningkatkan jumlah proses ionisasi thermis dan emisi thermis.

28

(2.3) di mana :

= faktor koreksi suhu dan tekanan udara p = tekanan udara (mmHg)

T = suhu udara (C)

(2.4)

di mana :

v

us = tekanan lewat denyar pada suhu 20C dan tekanan 760 mmHg (kV)

v

= tegangan lewat denyar pada suhu tC dan tekanan p mmHg (kV)

29 2.5Pengukuran Tingkat Bobot Polusi

Berdasarkan standar IEC 815, bobot polusi ditetapkan 4 tingkat, yaitu ringan, sedang, berat, dan sangat berat. Ada banyak metode untuk menentukan bobot polusi isolator. Metode yang umum digunakan adalah metode ESDD (Equivalent Salt Density Deposit) dan tinjauan lapangan. Metode ESDD dilakukan dengan mengukur deposit garam ekuivalen dari polutan yang menempel di permukaan isolator.

Penentuan tingkat bobot polusi isolator berdasarkan analisis kualitatif dan metode ESDD ditunjukan pada Tabel 2.5 berikut:

Tabel 2.5 Tingkat Bobot Polusi Berdasarkan analisis kualitatif dan metode ESDD[14]

No. yang dilengkapi sarana pembakaran dengan kepadatan rumah rendah.

 Kawasan dengan kepadatan industri rendah atau pemukiman, tetapi sering terkena angin dan/atau hujan.

 Kawasan pertanian.  Kawasan pegunungan.

Semua kawasan ini harus terletak paling sedikit 10 – 20 km dari laut dan bukan kawasan tebuka bagi hembusan angin langsung dari laut.

30

 Kawasan industri, khususnya yang tidak menghasilkan asap polusi dan/atau pemukiman yang dilengkapi sarana pembakaran dengan kepadatan rumah sedang.

 Kawasan dengan kepadatan rumah tinggi dan/atau kawasan industri kepadatan tinggi, tetapi sering terkena angin dan/atau hujan.

 Kawasan terbuka bagi angin laut tetapi tidak terlalu dekat dengan pantai (paling sedikit berjarak beberapa kilometer dari pantai).

0,20

3. Berat

 Kawasan dengan kepadatan industri tinggi dan pinggiran kota besar dengan kepadatan sarana pembakaran yang tinggi dan menghasilkan polusi.

 Kawasan dekat laut atau kawasan yang senantiasa terbuka bagi hembusan angin laut yang relatif kencang.

32

BAB III

METODE PENGUJIAN

Pada bab ini akan dijelaskan metode yang dilakukan dalam pengujian tegangan flashover AC isolator piring, peralatan dan bahan yang digunakan dalam pengujian, jalannya pengujian serta percobaan pendukung yaitu perhitungan bobot polusi dan perhitungan luas permukaan isolator.

3.1Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan Laboratorium Balai Teknik Kesehatan Lingkungan Pengendalian Penyakit (BTKL-PP) Kelas 1 Medan. Yang dilakukan mulai bulan Juli sampai dengan selesai.

3.2Bahan Pengujian

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah  Asap hasil pembakaran kayu pinus.

33  1 liter aquadest

 1 unit isolator piring standar clevis and tongue

Spesifikasi: merek NGK Japan 9 2. Diameter 17,5 cm da tinggi 15 cm.

Gambar 3.2 Isolator Piring Standar Clevis and Tongue

3.3Alat Penelitian dan Spesifikasinya

Peralatan yang digunakan dalam proses penelitian meliputi :  1 unit trafo uji

Spesifikasi: 200/100.000 Volt; 50 Hz; 10 kVA  1 unit autotrafo

Spesifikasi: 220/0-220 Volt; 10 kVA

 1 unit ruang pengeringan isolator piring berupa ruang yang dindingnya terbuat dari bahan plastik transparan.

 2 pasang sarung tangan karet.  1 unit isolasi listrik ukuran besar.

34

Gambar 3.3 (a) Autotrafo (b) Trafo Uji  1 unit tahanan peredam

Spesifikasi: 10 MΩ; 60 MW

Gambar 3.4 Tahanan Peredam

 Kabel penggantung isolator 2 meter.  Penjepit besi ukuran besar.

 1 unit multimeter

Spesifikasi: merek Sanwa CD800a; measuring range ACV 4/40/400/600V; best accuracy ACV (1,6%+9); resolution ACV 0.001 V.

35

Gambar 3.5 Multimeter Digital

 2 unit barometer/humiditymeter/thermometer digital

Spesifikasi: merek Lutron PHB 318; range tekanan 7,5-825 mmHg; range suhu 0-50 C, range kelembaban 10-110%.

36 1

3

6 7

2

4 5  1 unit ruang pengasapan (smoke chamber) berupa kotak kaca

Gambar 3.7 Peragaan Rangkaian Percobaan

Rangkaian percobaan ini menirukan kondisi jaringan transmisi yang melewati kawasan hutan yang dimana diluar daerah clearance merupakan pepohonan dan apabila terjadi kebakaran maka peralatan jaringan trasnmisi khususnya isolator piring akan tertutupi penuh oleh asap.

Keterangan gambar : 1. Kabel fasa

2. Tungku pembakaran kayu 3. Lubang hisap air analyzer 4. Kabel grounding

5. Isolator uji

6. Barometer/humiditymeter

37

 1 unit Carbon Monoxide (CO) Monitoring

Spesifikasi: tipe AQ5001 Pro; full scale 1000 ppm; repeatibility 3% 2LSD (Least Significant Digits)

Gambar 3.8 Carbon Monoxide (CO) Analyzer tipe AQ5001 Pro

 1 unit Sulfur Dioxide (SO2) dan Nitrogen Dioxide (NO2) analyzer

Spesifikasi: 5 unit tabung impinger dan 5 unit tabung pengaman; kapasitas hisap maximum 2,0 liter udara/menit; catu daya DC 12 V – 4,5 A (optional); panjang 47 cm, lebar 21 cm, tinggi 22 cm, dan berat 5 kg.

38  1 unit Particulate Air Monitoring

Spesifikasi: merek Haz-Dust model EPAM-5000; calibration NIOSH gravimetric method; sensing range .001-20.0 mg/m3 .01-200.0 mg/m3 (optional); particle size range 0.1-100 m; precision +/- 0.003 mg/m3 (3 m/m3); accuracy +/- 10% to NIOSH #600 using ARD; filter casette 47 mm disposable EPA FRM style; power rechargeable battery.

Gambar 3.10 Particulate Air Monitoring  1 unit Conductivitymeter

Spesifikasi: Merek Hanna tipe HI 98129; Range 0 – 3999 S/cm, 0,0 – 60,0oC/ 32,0 – 140,0 oF, 0,00 – 14,00 pH; Accuracy 0,5 oC/ 1 oF,  0,05 pH, 2% f.s (EC/TDS)

39 3.4Prosedur-Prosedur Dalam Eksperimen

Ada 2 tahap pengujian yang dilakukan, yaitu :

1. Pengujian tegangan flashover AC Isolator piring keadaan bersih. 2. Pengujian tegangan flashover AC isolator piring terpolusi asap.

3.4.1 Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring Keadaan Bersih

Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Isolator dicuci dengan air bersih.

Gambar 3.12 Pencucian Isolator Piring

40

Gambar 3.13 Ruang Pengeringan Isolator Piring

3. Isolator dimasukkan kedalam ruang tabung kaca pengujian dengan menggunakan sarung tangan karet agar tidak terkontaminasi kotoran dari tangan seperti pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Proses Pengambilan Isolator Uji Dari Ruang Pengeringan

4. Suhu dan tekanan udara diukur. 5. Konsentrasi CO dan PM10 diukur.

41 7. Kemudian saklar S2 ditutup.

8. Tegangan keluaran AT dinaikkan secara bertahap sampai terjadi flashover pada isolator.

9. Pada saat bersamaan, tegangan V2 dicatat dan saklar S1 dan S2 dibuka.

3.4.2 Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring Keadaan Terpolusi Asap

Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Isolator dicuci dengan air bersih seperti pada Gambar 3.12.

2. Isolator dikeringkan secara alami didalam ruang pengeringan sekitar 24 jam seperti pada Gambar 3.13.

42

4. Bakar kayu pinus dalam tungku pembakaran yang telah disediakan. 5. Tunggu sampai proses pembakaran menghasilkan banyak asap. 6. Minimalisasikan api yang dihasilkan dari proses pembakaran. 7. Masukkan tungku pembakaran pada jalur masuk asap dan tunggu

sampai asap memenuhi tabung kaca secara sepenuhnya. Kemudian catat waktu proses pengasapan.

8. Keluarkan tungku pembakaran dan kemudian tutup tempat pemasukan asap dengan pintu kaca yang telah disediakan.

9. Nyalakan alat NO2 dan SO2 analyzer untuk pengambilan sample

asap selama  1 jam yang akan dianalisis lebih lanjut kadarnya di laboratorium.

10. Ukur suhu, tekanan udara, konsentrasi CO dan konsentrasi PM10 pada kondisi setiap percobaan yang dilakukan.

Gambar 3.16 Proses Pengukuran Suhu, Tekanan Udara , Konsentrasi CO dan Konsentrasi PM10

43 12. Kemudian saklar S2 ditutup.

13. Tegangan keluaran AT dinaikkan secara bertahap sampai terjadi flashover pada isolator.

14. Pada saat bersamaan, tegangan V2 dicatat dan saklar S1 dan S2 dibuka.

15. Lakukan langkah 10-14 untuk waktu pengasapan dalam rentang pengasapan 15 menit sampai 4 kali.

16. Buka pintu kaca sehingga asap keluar dan lakukan langkah 10-14 dalam rentang 15 menit sampai 2 kali.

17. Kemudian lakukan langkah 10-14 untuuk kondisi isolator didiamkan selama  24 jam untuk mengetahui kondisi akhir kekuatan isolasi isolator piring terpolusi asap.

18. Isolator dikeluarkan dari ruang pengasapan.

19. Percobaan selesai dan pastikan seluruh peralatan dalam kondisi OFF.

44 3.5Pengukuran Tingkat Bobot Polusi

Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya bahwa isolator yang terpasang pada saluran udara akan ditempeli oleh polutan pada permukaannya dan bobot dari polutan yang menempel pada permukaan isolator berbeda-beda. Dalam hal ini, polutan yang menempel pada permukaan isolator adalah polutan yang berasal dari proses pengasapan hasil bakar kayu. Oleh karena itu, untuk mengukur bobot dari polutan yang menempel pada permukaan isolator, dibutuhkan suatu pengukuran bobot polusi dengan menggunakan metode ESDD (Equivalent Salt Deposit Density). ESDD menunjukkan tingkat polusi permukaan isolator yang diekivalenkan dengan kadar garam dalam air. Langkah-langkah untuk menentukan nilai ESDD polutan pada suatu isolator adalah sebagai berikut:

1. Sediakan air aquadest sebanyak 500 mL yang digunakan untuk melarutkan polutan yang menempel pada isolator.

2. Ukur temperatur dan konduktivitas aquadest dengan menggunakan alat pengukur konduktivitas (Conductivitymeter).

45

Nilai dari b dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut: Tabel 3.1 Faktor Koreksi Suhu[12]

 (oC) b

5 0,03156

10 0,02817

20 0,02277

30 0,01905

Catatan: untuk suhu yang lain, nilai b dapat diperoleh melalui interpolasi

4. Dihitung salinitas dari larutan dengan menggunakan Persamaan 3.2

Keterangan:

D = salinitas (mg/cm3)

Misalkan hasil yang diperoleh adalah D1.

5. Polutan yang menempel pada isolator dilarutkan ke dalam larutan pencuci (aquadest).

6. Diukur konduktivitas larutan pencuci yang telah bercampur dengan polutan. Kemudian dihitung salinitasnya dengan cara seperti diatas. Misalkan hasilnya adalah D2.

7. Dihitung nilai ESDD dengan menggunakan Persamaan 3.3.

46

(3.3)

H3 H2

H1

Ra

Rb

(3.4)

Keterangan:

ESDD = Equivalent Salt Deposit Density (mg/cm2) G = volume air pencuci (cm3)

D1 = salinitas larutan pencuci tanpa polutan (mg/cm3)

D2 = salinitas larutan pencuci terpolusi (mg/cm3)

A = luas permukaan isolator (cm2)

3.6Pengukuran Luas Permukaan Isolator

Perhitungan luas permukaan isolator bergantung kepada bentuk isolator. Dalam percobaan ini, digunakan isolator piring tipe standar seperti pada Gambar 3.18, yang luas permukaannya dapat dihitung dengan Persamaan 3.4[14].

Gambar 3.18 Bentuk Ekuivalen Isolator Piring

√

47 3.7 Diagram Alir (Flowchart) Penelitian

Mulai

48

BAB IV

PENGOLAHAN DATA

Dari data yang telah diperoleh pada saat pengujian yang dilakukan di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Universitas Sumatera Utara dan Laboratorium Balai Teknik Kesehatan Lingkungan Pengendalian Penyakit (BTKL-PP) Kelas 1 Medan maka akan dilakukan pengolahan data pada data tersebut. Data yang diperoleh pada saat pengujian adalah data tegangan flashover AC isolator piring, data konsentrasi PM10, CO, NO2, dan SO2 pada asap, dan data

kondisi udara yaitu suhu, tekanan dan kelembaban udara.

4.1 Data dan Perhitungan Konsentrasi Asap

Tabel 4.1 Data Konsentrasi Asap

49

Catatan : Hasil analisis telah dikonversi dengan keadaan normal yaitu suhu 25oC dan tekanan 760 mmHg.

 Konversi satuan ppm ke satuan g/m3



Berat molekul CO = 28 g/mol , maka :

= 2.288,9094 g/m3

= 929.297,2231 g/m3

= 894.963,5818 g/m3

= 832.018,5729 g/m3

50

= 684.383,9155 g/m3

= 494.404,4339 g/m3

= 222.024,2134 g/m3

4.2 Data Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring

Dalam data ini terdapat dua kategori pengujian yaitu pengujian tegangan flashover AC isolator piring keadaan bersih dan keadaan terpolusi asap.

4.2.1 Data Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring Keadaan Bersih

Tabel 4.2 Data Tegangan Flashover Keadaan Bersih

t = 28,5 oC P = 753,1 mmHg %RH = 85,3 VBD (kV)

1 2 3 4 5 Rata-rata

51

4.2.2 Data Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring Keadaan Terpolusi Asap

Tabel 4.3 Data Tegangan Flashover Keadaan Terpolusi Asap

Kondisi

Untuk pengujian terpolusi asap, waktu pemasukan asap dilakukan selama 300 detik.

4.2.3 Data Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring Keadaan 24 Jam Setelah Selesai Proses Pengasapan

Tabel 4.4 Data Tegangan Flashover 24 Jam Setelah Pengasapan

t = 27,3 oC P = 753,6 mmHg %RH = 84,3 VBD (kV)

1 2 3 4 5 Rata-rata

52

4.3Perhitungan Tegangan Flashover AC Dalam Keadaan Standar ( t = 20oC dan p = 760 mmHg)

Dalam data ini terdapat dua kategori yaitu perhitungan tegangan flashover AC standar isolator piring keadaan bersih dan keadaan terpolusi asap.

4.3.1 Perhitungan Tegangan Flashover AC Standar Isolator Piring Keadaan Bersih

V = 59,42 kV ; t = 28,5oC ; p = 753,1 mmHg

4.3.2 Perhitungan Tegangan Flashover AC Standar Isolator Piring Keadaan Terpolusi Asap

V = 23,5 kV ; t = 52oC ; p = 757,1 mmHg

53

V = 34,36 kV ; t = 36,5oC ; p = 754,2 mmHg

V = 34,8 kV ; t = 34,2oC ; p = 754,3 mmHg

V = 35,54 kV ; t = 32,5oC ; p = 754,1 mmHg

V = 38,98 kV ; t = 30,4oC ; p = 753,9 mmHg

54

V = 40,9 kV ; t = 29,9oC ; p = 753,8 mmHg

4.3.3 Perhitungan Tegangan Flashover AC Standar Isolator Piring 24 Jam Setelah Selesai Proses Pengasapan

V = 47,52 kV ; t = 27,3oC ; p = 753,6 mmHg

Dari hasil perhitungan diatas, didapat data tegangan flashover AC standar isolator piring yang dapat dituangkan dalam bentuk Tabel 4.5 berikut:

Tabel 4.5 Data Pengujian Tegangan Flashover AC dalam Kondisi Standar

(t = 20oC dan p = 760 mmHg)

Kondisi Durasi (menit) (kV) % RH

Udara Ambien - 61,63 85,3

Kotak kaca tertutup rapat

Awal 26,13 98,7

15 36,15 97,2

55  Lanjutan Tabel 4.5

Kondisi Durasi (menit) (kV) % RH

Kotak kaca tertutup rapat

45 36,72 96,6

60 37,3 96,3

Kotak kaca terbuka

75 40,64 93,8

90 42,;57 93,1

24 jam setelah pengasapan

- 49,06 84,3

4.4Perhitungan Luas Permukaan Isolator Piring

√

√

√

√

√

√

56

4.5Perhitungan Tingkat Bobot Polusi Isolator Berdasarkan Metode ESDD (Equivalent Salt Deposit Density)

 Perhitungan konsentrasi garam pada aquadest pada t = 29,2 oC

Konduktivitas larutan pada temperatur 20 oC :

[ ]

Dengan melakukan interpolasi didapat :

Maka, didapat :

[ ]

Konsentrasi garam dalam larutan aquadest pada temperatur 20oC adalah :

57

 Perhitungan konsentrasi garam pada larutan polutan pada t = 29,3 oC

Konduktivitas larutan pada temperatur 20 oC :

[ ]

Dengan melakukan interpolasi didapat :

Maka, didapat :

[ ]

Konsentrasi garam dalam larutan aquadest pada temperatur 20oC adalah :

58

 Perhitungan ESDD (Equivalent Salt Deposit Density)

Maka:

59

BAB V

ANALISIS PENELITIAN

Secara umum hasil pengujian yang dilakukan menunjukan bahwa isolator piring terpolusi asap hasil bakar kayu mengakibatkan kondisi kinerjanya akan menurun. Seberapa jauh penurunannya tergantung dari konsentrasi dan bobot polutan. Pada bab ini akan dianalisis data hasil pengujian yang cukup mewakili kondisi polusi akibat kebakaran hutan. Isolator pertama kali diuji pada kondisi bersih. Kemudian setelah diuji dengan asap, maka tegangan flashover AC isolator piringnya akan menurun.

Turunnya tegangan flashover dapat disebabkan karena terdapatnya lapisan pengotor pada permukaan isolator. Dengan adanya lapisan pengotor ini, maka akan terbentuk lapisan yang bersifat konduktif yang akan mempengaruhi tegangan flashover dari isolator tersebut. Untuk mengetahui seberapa jauh perubahan tegangan tegangan flashover AC dari isolator piring yang sudah terpolusi asap, maka bab ini akan dibandingkan data yang diperoleh selama pengujian.

5.1Analisis Tegangan Flashover AC Terhadap Konsentrasi Kadar Asap

60

Tabel 5.1 Hubungan Antara Konsentrasi Gas CO dan PM10 Dengan Tegangan Flashover

61

Gambar 5.1 Grafik Hubungan Perubahan Nilai Tegangan Flashover Keadaan Standar (Vus)Terhadap Perubahan Nilai Konsentrasi Gas CO

62 Dari grafik di atas terlihat bahwa:

 Semakin drastis peningkatan konsentrasi gas CO dalam asap, mengakibatkan penurunan drastis tegangan flashover AC. Hal ini terlihat ketika peningkatan konsentrasi gas CO dari 2.288,9094 g/m3 menjadi 929.297,2231 g/m3 mengakibatkan penurunan tegangan dari 61,63 kV menjadi 26,13 kV.

 Dalam hal ini juga terlihat bahwa, ketika konsentrasi gas CO dalam asap mengalami penurunan, mengakibatkan peningkatan tegangan flashover AC.

 Peningkatan konsentrasi gas CO pada asap, mengakibatkan penurunan tegangan flashover AC. Hal ini terjadi karena, jumlah molekul-molekul terkhususnya gas CO di udara sekitar isolator semakin banyak yang berakibat semakin meningkat proses terjadinya ionisasi sehingga semakin luas terbentuk jalur-jalur konduktif untuk mengalirnya arus yang berujung kepada terjadinya flashover.

63

 Ketika konsentrasi PM10 dalam asap megalami penurunan, mengakibatkan kondisi tegangan flashover AC mengalami peningkatan. Hal ini dapat terlihat ketika konsentrasi PM10 mengalami penurunan sampai 441 g/m3, tegangan flashover AC meningkat menjadi 42,57 kV.

 Ketika konsentrasi PM10 dalam asap konstan yaitu 20.000 g/m3, hal ini tidak mengakibatkan kondisi tegangan flashover AC menjadi konstan, melainkan mengalami peningkatan tetapi tidak terlalu signifikan. Hal ini disebabkan karena ada faktor lain yang mempengaruhi peristiwa terjadinya flashover misalnya suhu dan kelembaban.

5.2Analisis Tegangan Flashover AC Terhadap Bobot Polutan Yang Menempel Pada Permukaan Isolator Piring

Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data pada bab iv, dapat dianalisis bahwa:

 Tegangan flashover AC pengujian 24 jam setelah selesai proses pengasapan, tidak kembali kepada keadaan semula. Hal ini dikarenakan adanya polutan yang menempel pada permukaan isolator piring yang berupa cairan-cairan asam sehingga mengakibatkan penurunan tegangan flashover AC dari 61,63 kV menjadi 49,06 kV.

64

dalam percobaan ini memiliki tingkat bobot polusi ringan yaitu dengan nilai ESDD sebesar 0,042 mg/cm2.

5.3Analisis Tegangan Flashover AC Terhadap Lama Durasi Penahanan Asap

Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data pada bab iv, didapat hasil bahwa:

 Lamanya durasi penahanan asap berakibat kepada perubahan kondisi asap yang meliputi perubahan konsentrasi gas CO, suhu, tekanan dan kelembaban asap.

 Semakin lama durasi penahanan asap, maka temperatur asap akan semakin menurun yang pada akhirnya akan sama kepada kondisi temperatur udara disekitarnya.

 Durasi penahanan asap yang semakin lama mengakibatkan juga penurunan besar kelembaban dan tekanan asap yang tidak terlalu signifikan.

 Bila ditinjau pengaruh durasi penahanan asap terhadap tegangan flashover AC, semakin lama durasi penahanan asap mengakibatkan nilai tegangan flashover AC semakin membesar. Hal ini dikarenakan adanya penurunan temperatur, tekanan, kelembaban, dan konsentrasi gas CO pada asap.

65

5.4Analisis Tegangan Flashover AC Terhadap Kondisi Asap

Berdasarkan data perhitungan pada bab iv, dapat dibuat tabel yang menyatakan hubungan perubahan tegangan flashover AC terhadap perubahan suhu asap dan hubungan perubahan tegangan flashover AC standar terhadap perubahan kelembaban asap yang ditunjukan pada Tabel 5.2 dan Tabel 5.3.

Tabel 5.2 Hubungan Antara Suhu Asap Dengan Tegangan Flashover AC

Kondisi Durasi

Tabel 5.3 Hubungan Antara Kelembaban Asap Dengan Tegangan Flashover AC

Pada Suhu 20oC dan Tekanan 760 mmHg

Kondisi Durasi (menit) Kelembaban

66  Lanjutan Tabel 5.3.

Kondisi _{Durasi (menit)} Kelembaan

(%RH) (kV)

Kotak kaca tertutup rapat

30 96,8 36,52

45 96,6 36,72

60 96,3 37,3

Kotak kaca terbuka 75 93,8 40,64

90 93,1 42,57

24 jam setelah

pengasapan - 84,3 49,06

Dari kedua tabel di atas dapat dibuat grafik hubungan perubahan tegangan flashover AC terhadap perubahan suhu asap dan hubungan perubahan tegangan flashover AC keadaan Standar (suhu 20oC dan tekanan 760 mmHg) terhadap perubahan kelembaban asap yang ditunjukan pada Gambar 5.3 dan Gambar 5.4.

67

Gambar 5.4 Grafik Hubungan Perubahan Tegangan Flashover AC Keadaan Standar Terhadap Perubahan Kelembaban Asap

Dari grafik di atas terlihat bahwa:

 Peningkatan suhu asap yang drastis, mengakibatkan penurunan tegangan flashover AC yang drastis juga yaitu dari 28,5oC menjadi 52 oC yang mengakibatkan penurunan tegangan flashover AC yang drastis juga yaitu dari 59,42 kV menjadi 23,5 kV.. Hal ini terjadi karena, ketika temperatur atau suhu gas dalam suatu bejana tertutup dinaikkan, maka molekul-molekul gas akan bersirkulasi dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi benturan antar molekul yang dapat membuat terlepasnya elektron dari molekul netral.

68

AC masih mengalami perbedaan yang cukup besar yaitu antara 59,42 kV dan 40,9 kV. Hal ini dikarenakan adanya polutan yang menempel pada permukaan isolator piring.

 Peningkatan kelembaban udara mengakibatkan penurunan tegangan flashover AC pada isolator yaitu kelembaban 85 %RH menjadi 98,7 %RH mengakibatkan penurunan tegangan flashover AC dari 61,63 kV menjadi 26,13 kV. Hal ini terjadi karena, semakin tinggi %RH di udara atau asap maka semakin tinggi konsentrasi uap air yang terkandung dalam asap.

69

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1Kesimpulan

1. Semakin besar peningkatan konsentrasi PM10 dan gas CO dalam asap yang melingkupi isolator piring mengakibatkan semakin besar penurunan nilai tegangan flashover AC isolator piring tersebut yaitu ketika konsentrasi asap mengalami peningkatan dari 41 g/m3 menjadi 20.000 g/m3 untuk konsentrasi PM10 dan dari 2.288,9094 g/m3 menjadi 929.297,2231 g/m3 untuk konsentrasi gas CO mengakibatkan penurunan tegangan flashover AC dari 61,63 kV menjadi 26,13 kV dalam kondisi standar (suhu 20oC dan tekanan udara 760 mmHg).

2. Proses pengasapan hasil bakar kayu menimbulkan polutan berupa cairan asam pada permukaan isolator piring yang mengakibatkan penurunan nilai tegangan flashover AC dari 61,63 kV menjadi 49,06 kV dalam kondisi standar.

70

4. Peningkatan nilai kelembaban dalam asap mengakibatkan penurunan nilai tegangan flashover AC pada isolator piring yaitu dari 85%RH menjadi 98,7 %RH mengakibatkan penurunan tegangan flashover AC dari 61,63 kV menjadi 49,06 kV dalam kondisi standar.

6.2Saran

DAFTAR PUSTAKA

1. Redaksi Online. 04 November 2014. Giliran Pembangkit Terganggu Asap.

Sumatera Ekspress.

2. Kementrian Kehutanan. 2014 . Statistik Kementerian Kehutanan 2013.

Jakarta : Kemeterian Kehutanan Indonesia.

3. Forest Watch Indonesia. 2013 . Potret Keadaan Hutan Indonesia 2009-2013. Bogor : Forest Watc Indonesia.

4. Faisal, Fikri., dkk. 2012. Dampak Asap Kebakaran Hutan Pada Pernafasan. Jakarta : Departemen Pulmonologi dan Ilmu Kedokteran Respirasi, Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia.

5. Schmaltz, Jeff. 2014. NASA Image Courtesy, MODIS Response Team. 6. Badan Pengendalian Dampak Lingkungan. 1998. KEP-107/ KABAPEDAL/

11/ 1997. Jakarta : BAPELDA.

7. Anshari, Dedi.2009. Impregnasi Asap Cair Tempurung Kelapa, Poliester Tak Jenuh Yukalac 157 BQTN-EX dan Tolunena Diisosianat Terhadap Kayu Kelapa Sawit. Medan : Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

8. Wijaya, Mohammad., dkk.2008. Perubahan Suhu Pirolisis Terhadap Struktur Kimia Asap Cair dari Serbuk Gergaji Kayu Pinus. Jurnal Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan.

9. Holtzhausen, J. P., ”High Voltage Insulators”, IDC Technologies

10. Kentrick. 2014. Simulasi Perhitungan Distribusi Tegangan Pada Isolator

Rantai. Medan: Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas

11. P. J. Lambeth, B.Sc.(Eng.),C.Eng.,M.I.E.E.1971.Effect of pollution on high-voltage outdoor insulators. PROC. IEE, JEE REVIEWS, Vol. 118, No. 9 12. Wilvian. 2012. Pengaruh Kelembaban terhadap Tegangan F lashover AC

Isolator Piring. Medan: Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

13. Tobing, Bonggas L. 2012. Dasar-dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi, edisi kedua, Jakarta: Penerbit Erlangga.