Analisis Pengaruh Kelembaban Udara Terhadap Tegangan Flashover AC Isolator Piring Gelas Terpolusi Karbon

(1)

LAMPIRAN A

Hasil Pengukuran Konduktivitas dan Penetapan Tingkat Bobot

Polusi Isolator dengan Metode ESDD Menurut Standar IEC 815

Tabel A.1 Hasil Pengukuran Nilai Konduktivitas dan Suhu Larutan

No Jenis Larutan Konduktivitas (S/m) Suhu ( )

1 Air Ledeng 11 x 10-3 27,3

2 100 gr Karbon (C) 18,5 x 10-3 27.4

3 600 gr Karbon (C) 30,7 x 10-3 27.4

4 1300 gr Karbon (C) 67,6 x 10-3 27.3

1. Nilai D1 ( Salinitas Air Ledeng) �27,3 = 11 x 10-3 S/m

�20 = �� [ 1 – b (� - 20)]

Dengan melakukan interpolasi diperoleh :

b = 0,02277 + 27,3 − 20

30−20 ( 0,01905 – 0,02277 ) = 0,02277 + 0,73 ( -0,00372)

= 0,02277 – 0,0027156

= 0,0200544

Maka, �20 = 11 x 10-3 [ 1 – 0,0200544 ( 27,3 – 20)] = 11 x 10-3 [ 0,85360288]

= 0.0093896 S/m

D1 = ( 5.7 x 0.0093896 )1.03

= 0,04653 mg/cm3

(2)

�27,4 = 18,5 x 10-3 S/m

�20 = �� [ 1 – b (� - 20)]

b = 0,02277 + 27,4 − 20

Dari nilai ESDD yang diperoleh, maka pengujian isolator dengan kadar polutan karbon (C) 100 gr termasuk dalam kategori terpolusi ringan.

3. Nilai Salinitas Larutan polutan 600 gr Karbon (C)

�27,4 = 30,7 x 10-3 S/m

�20 = �� [ 1 – b (� - 20)]

b = 0,02277 + 27,4 − 20

(3)

Maka, �20 = 30,7 x 10-3 [ 1 – 0,0200172 ( 27,4 – 20)]

Dari nilai ESDD yang diperoleh, maka pengujian isolator dengan kadar polutan karbon (C) 600 gr termasuk dalam kategori terpolusi sedang.

4. Nilai Salinitas Larutan polutan 1300 gr Karbon (C)

�27,4 = 67,6 x 10-3 S/m

�20 = �� [ 1 – b (� - 20)]

(4)

= 1500 ml x 0,104572−0,04653

1296,56

= 0,3142 mg/cm2

(5)

LAMPIRAN B

Hasil Pengukuran Tegangan

Flashover

Isolator Piring pada

Keadaan Bersih, Terpolusi Ringan, Sedang dan Berat

Tabel B.1 Hasil Pengukuran Tegangan Flashover Isolator Piring Pada Kondisi Bersih dengan Keadaan Sembarang

t = 27,2 oC

Tabel B.2 Hasil Pengukuran Tegangan Flashover Isolator Piring pada Kondisi Bersih dengan Pengaruh Kelembaban Udara

Range %RH P (mmHg) T ( ) VBD (kV)

(6)

Tabel B.3 Hasil Pengukuran Tegangan Flashover Isolator Piring pada Kondisi Terpolusi Ringan dengan Pengaruh Kelembaban Udara

(7)

Tabel B.5 Hasil Pengukuran Tegangan Flashover Isolator Piring pada Kondisi Terpolusi Berat dengan Pengaruh Kelembaban Udara

(8)

92 1,5

90,5 752,8 29,6 38,3

92 753,1 29,5 37,5

93,5 752,9 29,2 35,6

88,5 1,5

87 753 29,3 51,6

88,5 753,2 29,2 50.2

89,5 752,8 29,2 47,5

85,8 1,5

84,2 753,3 29,5 50,8

85,8 753,4 29,5 53,2

(9)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Tobing, B.L., Dasar-Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi, Edisi Kedua,

Jakarta: Erlangga, 2012.

[2] Tobing, B.L., Peralatan Tegangan Tinggi, Edisi Kedua, Jakarta: Erlangga,

2012.

[3] Kuffel, E., Zaengl, W dan Kuffel, J., High Voltage Engineering

Fundamentals, second edition, Butterworth-Heinemann, 2000.

[4] SPLN 10-3B, “Tingkat Intensitas Polusi Sehubungan dengan Pedoman Pemilihan Isolator”, Perusahaan Listrik Negara, 1993.

[5] Holtzhausen, J.P., High Voltage Insulators. IDC Technology, 2004

[6] Gopal S, M.E , and Prof. Y.N.Rao, Dr.-Ing , “Flashover Phenomena of Polluted Insulators”, IEE PROCEEDINGS, Vol 131,Pt.C, 1984.

[7] Wilvian. 2012, “Pengaruh Kelembaban terhadap Tegangan Flashover AC

Isolator Piring”, Skripsi. Medan: Departemen Teknik Elektro,

Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

[8] Naidu, M. dan Kamaraju, V., High Voltage Engineering, second edition, The

McGraw-Hill Companies, Inc, 1996.

(10)

[10] Wadhwa, C. L., “High Voltage Engineering”, edisi kedua, New Delhi: New

Age International (P) Limited, Publishers, 2007.

[11] IEC 60305, ” Insulators for overhead lines with a nominal voltage above 1000

V - Ceramic or glass insulator units for a.c. systems - Characteristics of

insulator units of the cap and pin type”, fourth edition, Geneva,

Switzerland, 1995.

[12] Yoshua Bangun. 2016, “Pengaruh Benang Layangan Terhadap Tegangan Flashover Pada Berbagai Jenis Isolator Distribusi 20 kV Terpolusi”, Skripsi, Medan: Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

(11)

BAB III

METODELOGI PENULISAN

Pada bab ini membahas tentang metode yang digunakan dalam Tugas

Akhir ini. Untuk meneliti pengaruh kelembaban udara sekitar terhadap isolator

piring gelas terpolusi perlu dilakukan eksperimen. Eksperimen ini dilakukan di

laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Universitas Sumatera Utara.

III.1 Peralatan dan Bahan Pengujian

Untuk melakukan pengujian dibutuhkan peralatan dan bahan, antara lain:

1. 1 unit trafo uji seperti pada Gambar 3.1

Spesifikasi : 200/100.000 Volt; 50 Hz; 10 kVA

Gambar 3.1 Trafo Uji

2. 1 unit autotrafo seperti pada Gambar 3.2.

(12)

Gambar 3.2 Autotransformator

3. 1 unit Tahanan Peredam seperti pada Gambar 3.3.

Spesifikasi : 10 MΩ

Gambar 3.3 Tahanan Peredam

4. 1 unit multimeter seperti pada gambar 3.4

Spesifikasi : Excel DT9205A; 0,2 – 750 VAC; 0,2 – 1000 VDC;

(13)

5. 1 unit barometer/humiditymeter digital seperti pada Gambar 3.5. Spesifikasi : Merek Lutron PHB 318; range tekanan 7,5 – 825,0

mmHg; range kelembapan 10 – 110 % RH; range

suhu 0 – 50 ˚C.

Gambar 3.5 Barometer/humiditymeter Digital

6. Kabel penghubung seperti pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Kabel Penghubung

7. Ketel Listrik.

Ketel listrik digunakan untuk menghasilkan uap yang bertujuan

membuat kondisi udara sekitar isolator menjadi lembab.

8. Kotak kaca.

Kotak kaca digunakan sebagai wadah/ruang tempat isolator piring

yang akan diberi uap air untuk mengatur tingkat kelembaban dalam wadah

tersebut. Pada kotak kaca ini diberi 2 lubang udara tempat sirkulasi uap air

(14)

satu lubang untuk mengalirkan uap keluar kotak. Kotak kaca seperti pada

Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Kotak Kaca (Wadah Pengujian)

9. Selang plastik

Selang plastik digunakan untuk mengalirkan uap air ke dalam wadah kotak

kaca.

10. Ember plastik

Ember digunakan sebagai tempat mencelupkan isolator piring ke dalam

larutan polutan.

11. 1 unit alat ukur Conductivitymeter seperti pada Gambar 3.8 .

Spesifikasi : Merek Hanna tipe HI 98129; Range 0 – 3999 μS/cm, 0.0 – 60.0 ˚C/ 32.0 – 140.0˚F, 0.00 – 14.00 pH; Accuracy

(15)

Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam pengujian antara lain:

1. Isolator Piring Gelas seperti pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Isolator Piring Gelas

2. 1100 gram polutan karbon murni dan 500 gram kaolin kaolin.

- 100 untuk kadar polutan ringan.

- 300 untuk kadar polutan sedang.

- 700 untuk kadar polutan berat.

3. Air pelarut polutan yang volumenya 6 l untuk masing-masing kadar polutan.

4. Air pencuci polutan yang menggunakan air aquades pada isolator yang

volumenya 500 ml untuk masing-masing kadar polutan.

III.2 Tempat dan Waktu Pengujian

Tempat pengujian dilakukan di laboratorium Teknik Tegangan Tinggi

FT-USU. Pengujian dilakukan pada bulan Oktober 2015 – November 2015 mulai

pukul 10.00 sampai dengan pukul 17.00 WIB.

III.3 Proses Pengujian

Pada tahap ini akan dijelaskan bagaimana tahapan-tahapan dalam

pengambilan data yang diinginkan. Tahapan ini meliputi rangkaian pengujian,

(16)

III.3.1 Rangkain Percobaan

Rangkaian Percobaan dirangkai seperti pada gambar 3.10.

Gambar 3.10 Rangkaian Percobaan

III.3.2 Prosedur Pengujian

Adapun tahapan dalam pengujian yang dilakukan antara lain:

a) Pengujian tegangan flashover isolator piring bersih pada kondisi

normal.

b) Pengujian tegangan flashover isolator piring pada kondisi terpolusi

ringan.

c) Pengujian tegangan flashover isolator piring pada kondisi terpolusi sedang.

d) Pengujian tegangan flashover isolator piring pada kondisi terpolusi berat.

(17)

1. Isolator dibersihkan menggunakan air dan dilap menggukan kain kasa.

Isolator kemudian dikeringkan selama 1 hari seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Proses Pengeringan Isolator Gelas pada kondisi

Bersih selama 24 jam

2. Isolator dimaksukan ke dalam kotak kaca tertutup dan kelembaban,

temperatur dan tekanan udara diukur.

3. Peralatan dirangkai seperti rangkaian percobaan pada Gambar 3.10.

4. Air dimasak didalam ketel listrik sampai mendidih. Kemudian uap air

dimasukkan ke dalam ruang kabut hingga didapat kelembaban udara hingga

mencapai 99 %RH.

5. Suhu dan tekanan udara diukur.

6. Saklar utama S1 ditutup dan autotrafo diatur hingga tegangan keluarannya

nol.

7. Saklar sekunder S2 ditutup.

8. Tegangan keluaran autotrafo dinaikkan secara bertahap sampai terjadi

flashover pada isolator.

(18)

10. Suhu, tekanan dan kelembaban udara diukur kembali. Jika nilai kelembaban

masih tetap, diulang langkah 6-9 kembali. Jika nilai kelembaban berubah,

maka diatur sesuai dengan nilai yang diinginkan.

11. Langkah 10 diulang sampai 4 kali sampai diperoleh lima data tegangan

flashover pada kondisi kelembaban (99 1,5) %RH.

12. Kemudian lubang uap dibuka agar kelembaban udara di ruang kabut turun

hingga mencapai nilai (95,5 1,5) %RH. Kemudian langkah 5-11 diulang

hingga diperoleh 5 data tegangan flashover pada kondisi kelembaban (95,5

1,5) %RH.

13. Langkah 12 dilakukan untuk kondisi kelembaban udara (92 1,5) %RH,

(88,5 1,5) %RH dan (85,8 1,5) %RH.

14. Isolator dikeluarkan dari ruang kabut.

III.3.2.2 Pengujian Tegangan Flashover Isolator Piring Pada Kondisi Terpolusi dengan Tingkat Pengotoran Ringan

Tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai dengan ketentuan yang ada, yaitu

dengan mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin, dan 100 gr karbon murni

dalam wadah (ember). Bahan utama yang dilarutkan dalam air yaitu kaolin

(19)

(a) Kaolin (b) Karbon

Gambar 3.12 Bahan yang Dilarutkan dalam Larutan Polutan

2. Isolator dicelupakan kedalam larutan pengotor, dan didiamkan beberapa

menit agar karbon yang terlarut menemper di permukaan isolator.

3. Kemudian isolator diangkat dan dikeringkan selama 24 jam.

4. Diulang langkah 2-14 pada sub bab III.3.2.1 di atas sehingga diperoleh lima

data tegangan flashover untuk masing-masing kelembaban udara udara (99

1,5) %RH, (95.5 1,5) %RH, (92 1,5) %RH, (88,5 1,5) %RH dan (85,8

1,5) %RH.

5. Ke dalam suatu ember dimasukkan air 1700 ml, dan 1 buah kain kasa untuk membersihkan polutan dari isolator.

6. Diukur suhu air (�). Kemudian larutan pencuci isolator diukur

konduktivitasnya menggunakan conductivitymeter seperti pada gambar yang

diambil di laboratorium.

7. Air pencuci dimasukkan kembali di dalam ember. Kemudian air dibagi

menjadi dua, 1500 ml dalam ember untuk pencucian isolator dan 200ml air

dalam gelas ukur untuk membilas isolator.

(20)

9. Semua permukaan isolator dilap dengan kain kasa sampai bersih kemudian

dibilas dengan air pembilas 200 ml.

10. Diukur suhu larutan terpolusi dan diukur konduktivitasnya dengan

menggunakan conductivitymeter sehingga diperoleh konduktivitas larutan

(�₂) yang mengandung polutan.

11. Konduktivitas air ledeng dan konduktivitas air polutan pada suhu 20 C

dihitung dengan persamaan 3.1 berikut: [2]

�₂₀ = �_� [ 1 – b (� - 20)] (3.1)

Dimana:

� = suhu larutan ( )

�� = konduktivitas larutan saat suhu � ( S/m)

�20 = konduktivitas larutan saat suhu 20 ( S/m)

� = factor koreksi suhu � yang dapat dilihat pada table Tabel 3.1

Tabel 3.1 Faktor koreksi suhu

� b

5 0,03156

10 0,02817

20 0,02277

30 0,01905

(21)

12. Dihitung salinitas air ledeng ( �₁) dan air polutan (�₁) dengan persamaan 3.2

berikut: [2]

D = (5,7 ��₂₀)1,03 (3.2)

Dimana:

D = salinitas larutan ( mg/��3)

�20 = konduktivitas larutan saat suhu � ( S/m)

13. Dihitung ESDD dalam satuan mg/��2 dengan persamaan 3.3[1]. Hasil

perhitungan diberikan pada lampiran B.

ESDD = Vol x (�2−�1)

� (3.3)

Dimana:

D1 = Salinitas air ledeng (mg/��3)

D2 = Salinitas air polutan (mg/��3)

Vol = volume air (ml)

A = luas permukaan isolator (��2)

14. Jika ESDD di luar batas bobot polusi ringan, misalnya termasuk dalam

tingkat bobot sedang, maka data diatas dapat dipergunakan untuk bobot

polusi isolator sedang dan eksperimen diulang kembali dengan mengurangi

takaran karbon.

III.3.2.3 Pengujian Tegangan Flashover Isolator Piring Pada Kondisi Terpolusi dengan Tingkat Pengotoran Sedang

(22)

1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai dengan ketentuan yang ada yaitu

dengan mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin, dan 300 gr karbon murni ke

dalam wadah (ember). Isolator yang telah terpolusi seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13 Isolator Terpolusi dengan Tingkat Bobot Sedang

2. Diulang langkah 2-14 pada subbab III.3.2.2 di atas sehingga diperoleh lima

data tegangan flashover untuk masing-masing kelembaban udara (99 1,5)

%RH, (95.5 1,5) %RH, (92 1,5) %RH, (88,5 1,5) %RH dan (85,8

1,5) %RH.

3. Jika ESDD diluar batas bobot pulusi kondisi sedang, misalnya masuk dalam

kategori ringan, maka eksperimen diulang kembali dengan menambahkan

takaran karbon semula. Jika termasuk dalam kategori berat, maka data diatas

dapat digunakan untuk tingkat bobot polusi berat dan eksperimen diulang

(23)

III.3.2.4 Pengujian Tegangan Flashover Isolator Piring Pada Kondisi Terpolusi dengan Tingkat Pengotoran Berat

Tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai dengan ketentuan yang ada yaitu

dengan mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin, dan 700 gr karbon murni ke

dalam wadah (ember). Isolator yang telah terpolusi seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Isolator Terpolusi untuk Tingkat Bobot Berat

2. Diulang langkah 2-14 pada sub bab III.3.2.2 di atas sehingga diperoleh lima

data tegangan flashover untuk masing-masing kelembaban udara (99 1,5)

%RH, (95.5 1,5) %RH, (92 1,5) %RH, (88,5 1,5) %RH dan (85,8

1,5) %RH.

3. Jika ESDD diluar batas bobot pulusi kondisi sedang, misalnya masuk dalam

kategori sedang, maka eksperimen diulang kembali dengan menambahkan

takaran karbon semula. Jika termasuk dalam kategori berat, maka data diatas

dapat digunakan untuk tingkat bobot polusi sangat berat dan eksperimen

(24)

BAB IV

HASIL DAN ANALISIS PENELITIAN

Pada bab ini akan dijelaskan tentang perhitungan ESDD untuk

menentukan tingkat bobot polusi isolator piring, pengolahan data hasil

pengukuran tegangan flashoveryang dilakukan di Laboratorium Teknik Tegangan

Tinggi USU untuk masing-masing kondisi yaitu isolator kondisi bersih, terpolusi

ringan, sedang dan berat, pengolahan hasil data pengukuran konduktivitas air

bersih dan larutan yang mengandung polutan, dan perhitungan persentase

tegangan flashover dari masing-masing kondisi.

IV.1 Analisis DataKonduktivitas Larutan Dan Perhitungan ESDD

Data hasil pengukuran konduktivitas larutan air ledeng (air pencuci) dan

larutan pencuci yang telah terpolusi pada suhu sembarang yang dilakukan di

Laboratorium Balai Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit

(BTKLPP) kelas 1, Medan seperti yangditunjukkan pada lampiran A. Nilai

konduktivitas yang didapatkan kemudian dikonversikan ke nilai konduktivitas

pada suhu 20 dengan menggunakan persamaan 3.1. Nilai konduktivitas tersebut

digunakan untuk menghitung nilai salinitas dengan persamaan 3.2. kemudian nilai

salinitas yang diperoleh digunakan untuk mendapatkan nilai ESDD dari polutan

yang menempel pada isolator dengan persamaan 3.3. Hasil dari perhitungan nilai

(25)

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Konduktivitas, Salinitas dan ESDD

Hasil dari Nilai ESDD pada Tabel 4.1 kemudian disesuaikan dengan Tabel

2.1, dan diperoleh pengklasifikasian tingkat bobot polutan yang menempel pada

isolator uji berdasarkan hasil yang didapatkan adalah seperti ditunjukkan pada

Tabel 4.2.

Tabel 4.2Pengklasifikasian Tingkat Bobot Polutan Berdasarkan Nilai

ESDD yang Diperoleh

Larutan Pencuci Isolator ke- n Bobot Polutan

1 Bersih

2 Ringan

3 Sedang

(26)

IV.2 Analisi Data Hasil Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator Piring

Dalam data ini terdapat 2 kategori pengujian yaitu pengujian tegangan

flashover AC isolator piring keadaan bersih dan keadaan terpolusi karbon.

IV.2.1 Hasil Perhitungan dan Analisis Data Pengujian Pengaruh Kelembaban Terhadap Tegangan Flashover AC IsolatorPada Kondisi Bersih

Hasil pengujian tegangan flashover yang diperoleh seperti yang ditunjukkan pada Lampiran B masih pada keadaan sembarang artinya suhu dan

keadaanudara dalam keadaan sembarang. Maka data tegangan tersebut harus

diubah ke tegangan flashover pada kondisi standar pada suhu 20 oC dan tekanan 760 mmHg. Dengan menggunakan persamaan 2.1 :

V = 61,94 kV

t = 27,2oC

p = 752,3 mmHg

Maka didapat faktor koreksi udara, :

δ = 0,386�

273 +�=

0,386 � 752,3

273 + 27,2 = 0,96731

Dengan menggunakan persamaan 2.2, maka tegangan flashoverkondisi kering pada keadaan udara standar adalah:

(27)

dan tekanan udara sembarang. Dengan menggunakan persamaan 2.1 dan 2.2,

maka akan didapatkan nilai tegangan flashover pada keadaan standar dengan suhu 20oC dan tekanan 760 mmHg, seperti yang ditunjukkan Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Pengaruh Kelembaban Udara Terhadap

Tegangan Flashover pada Suhu 20 dan Tekanan 760 mmHg

untuk Kondisi Bersih

. Dari nilai tegangan flashover diatas, maka dapat dibuat table yang

(28)

Tabel 4.4 Hubungan Kelembaban terhadap Tegangan Flashover Isolator PiringKondisi Bersih Pada Suhu 20 oC dan Tekanan 760 mmHg.

%RH

rata-rata

�

��rata-rata

(kV)

85,3 62,98

88.3 60,66

92 59,41

95,5 55,87

99 46,91

IV.2.2 Hasil Perhitungan dan Analisis Data Pengujian Pengaruh Kelembaban Terhadap Tegangan Flashover AC IsolatorPada Kondisi Terpolusi

Hasil pengujian yang diperoleh seperti yang ditunjukkan pada Lampiran B

dibagi menjadi 3 keadaan yaitu, terpolusi ringan, sedang dan berat. Karena data

yang diperoleh masih dalam keadaan sembarang maka data tersebut harus diubah

menggunakan persamaan 2.2 untuk mendapatkan nilai tegangan flashover

keadaan standar seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.5; Tabel 4.7; dan Tabel 4.9

(29)

Tegangan Flashover pada Suhu 20 dan Tekanan 760 mmHg

untuk Kondisi Terpolusi Ringan

.Berdasarkan hasil perhitungan yang ditunjukkan pada tabel diatas, maka

dapat dibuat table yang menyatakan hubungan kelembaban dengan tegangan

flashover seperti yang ditunjukkan pada Table 4.6.

(30)

Tabel 4.6 Hubungan Kelembaban terhadap Tegangan Flashover Isolator

Piring Kondisi Terpolusi Ringan Pada Suhu 20 oC dan Tekanan 760 mmHg

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Pengaruh Kelembaban Udara TerhadapTeganganFlashover pada Suhu 20 dan Tekanan 760

mmHg untuk Kondisi Terpolusi Sedang

(31)

Tabel 4.7. (sambungan)

Range %RH %RHrata-rata VBD δ Vus Vus rata-rata

85,8 1,5

84,2

85,3

53,4 0,96

55,62

58,82

85,8 57,2 0,96

59,58

86 58,8 0,96 _61,25

Berdasarkan hasil perhitungan yang ditunjukkan pada tabel diatas, maka

flashover seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.8.

Tabel 4.8 Hubungan Kelembaban terhadap Tegangan Flashover Isolator Piring Kondisi Terpolusi Sedang Pada Suhu 20 oC dan Tekanan 760mmHg.

%RH

rata-rata

�

��rata-rata

(kV)

85,3 58,82

88.3 55,17

92 44,1

95,5 35,38

(32)

TeganganFlashover pada Suhu 20 dan Tekanan 760 mmHg untuk

Kondisi Terpolusi Berat

Berdasarkan hasil perhitungan yang ditunjukkan pada tabel diatas, maka

(33)

Tabel 4.10 Hubungan Kelembaban terhadap Tegangan Flashover Isolator

Piring Kondisi Terpolusi Berat Pada Suhu 20 oC dan Tekanan 760 mmHg.

Dari keempat tabel hubungan antara kelembaban udara dengan tegangan

flashover keadaan standar padakeempat kondisi isolator piring maka dapat dibuat grafik perbandingan dan fungsi Y = f(x) masing-masing keadaan tersebut seperti

pada Gambar 4.1 berikut:

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Kelembaban Udara terhadap Tegangan

Flashover Isolator Piring Gelas pada Suhu 20 dan Tekanan 760

mmHg pada masing-masing Kondisi

0

Isolator Bersih Isolator Terpolusi Ringan

(34)

Dari grafik yang diperoleh dapat diberikan kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada saat isolator kondisi bersih penurunan tegangan flashover paling signifikan terjadi ketika kelembaban diatas 92 %RH sedangkan pada saat

kelembaban di kisaran antara 88-92 (%RH), penurunan tidak terlalu

signifikan bahkan cenderung datar.

2. Pada saat Isolator kondisi terpolusi ringan, penurunan tegangan flashover

yang cukup signifikan terjadi di kisaran nilai kelembaban 85 – 88 (%RH)

dan sebaliknya dimulai dari kelembaban 90 %RH sampai 100 %RH,

penurunan tegangan flashover cenderung linier.

3. Pada saat isolator kondisi terpolusi sedang, penurunan tegangan flashover

cenderung linier dan kemiringan grafik sangat besar di kisaran

kelembaban 86-95 (%RH), dan kemiringan grafik mulai kecil pada

kelembaban 95-100 (%RH).

4. Pada saat isolator terpolusi berat, penurunan tegangan flashover yang paling signifikan terjadi pada saat kelembaban di kisaran nilai ( 88,5 –

95,5) %RH dan kemiringan cenderung linier. Sedangkan pada saat kondisi

awal dan kelembaban diatas 95,5 %RH penurunan tidak terlalu signifikan.

5. Kemiripan grafik penurunan tegangan pada kondisi terpolusi sedang dan

berat khususnya pada saat nilai kelembaban diatas 88 %RH

menyimpulkan kondisi berat dan sedang memiliki pola penurunan

tegangan flashover yang hampir sama.

(35)

Dari hasil pengujian yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa tegangan

flashover isolator piring mengalami penurunan dari kondisi bersih ke kondisi terpolusi. Penurunan nilai tegangan flashover tersebut dapat dilihat pada Tabel

4.11 dibawah ini.

Tabel 4.11 Persentase Penurunan Tegangan Flashover Isolatordari Kondisi Bersih ke Kondisi Terpolusi

%RH

Dari tabel persentase diatas dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi

kelembaban udara disekitar isolator piring disertai dengan semakin tingginya

tingkat bobot polusi yang menempel di permukaan isolator piring, maka semakin

besar nilai persentase penurunan tegangan flashover isolator tersebut. Nilai

persentase penurunan tegangan flashover paling tinggi saat kondisi kelembaban 99 %RH, dimana nilai persentase pada kondisi terpolusi ringan adalah 16,79%,

pada kondisi terpolusi sedang 31,04%, dan pada kondisi terpolusi berat adalah

(36)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian yang dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan

sebagai berikut:

1. Kelembaban udara yang semakin tinggi di sekitar isolator piring

menyebabkan tegangan flashover isolator piring tersebut semakin turun,

baik pada kondisi bersih maupun terpolusi.

2. Pada saat nilai kelembaban diatas 86 %RH, tegangan flashover yang paling rendah adalah pada saat isolator terpolusi berat. Pada saat nilai kelembaban

paling tinggi rata-rata ( 99 %RH), nilai rata-rata tegangan flashover isolator piring pada kondisi bersih adalah 46,91 kV. Pada saat kondisi terpolusi

ringan nilai rata-rata tegangan flashovernya adalah 36,35 kV atau turun

22,51% dari kondisi bersih. Pada saat kondisi terpolusi sedang nilai rata-rata

tegangan flashovernya adalah 30,45 kV atau turun 35,1%. Pada saat kondisi

terpolusi berat, nilai rata-rata tegangan flashovernya adalah 21,87 kV atau turun 53,37%.

5.2 SARAN

1. Eksperimen ini dapat diteliti kembali dengan menggunakan isolator piring

(37)

2. Dalam eksperiman berikutnya diharapkan menguji tegangan flashover

untuk isolator disusun berantai (isolator rantai) sesuai dengan kondisi di

lapangan.

3. Eksperimen selanjutnya dapat diteliti kembali untuk jenis-jenis polutan

yang berbeda tergantung latar belakang tempat dan kondisi lapangan dan

(38)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Isolator Piring II.1.1 Umum

Pada suatu sistem instalasi tenaga listrik dan peralatan listrik dijumpai

bagian-bagian yang memiliki beda potensial, sehingga bagian-bagian tersebut

harus diisolir. Hal ini dilakukan untuk menghindari adanya aliran arus yang tidak

diinginkan, seperti pada jaringan transmisi yang bertujuan untuk mengisolir

konduktor dengan konduktor, maupun antara konduktor dengan bagian dari

peralatan tersebut yang terhubung langsung ke tanah (dalam hal ini menghindari

gangguan hubung singkat ke tanah).

Isolator pada sistem jaringan listrik bertujuan untuk menopang kawat

penghantar suatu jaringan pada tiang-tiang ataupun menara yang berfungsi

memisahkan secara elektris dua buah kawat atau lebih maupun kawat terhadap

bagain dari peralatan jaringan yang terhubung ke tanah, agar tidak terjadi arus

bocor (leakage current) atau lewat denyar (flashover) yang dapat mengakibatkan kerusakan peralatan sistem tenaga listrik maupun gangguan pada sistem itu

sendiri.

Fungsi utama dari isolator itu sendiri pada Jaringan Sistem Tenaga Listrik

(39)

1. Pada jaringan transmisi hantaran udara isolator berfungsi mengisolir

konduktor dengan konduktor betegangan dengan bagian yang

bertegangan nol.

2. Pada jaringan distribusi, berfungsi sebagai penggantung dan penopang

konduktor.

3. Pada gardu induk digunakan sebagai pendukung sakelar pemisah,

pendukung konduktor penghubung dan penggantung rel daya.

4. Pada panel pembagi daya, rel dengan rel dipisahkan oleh udara,

sedangkan rel dengan kerangka pendukung dipisahkan oleh isolator.

Pada sistem transmisi hantaran udara, jenis isolator yang sering digunakan

adalah isolator piring. Isolator ini memiliki bentuk seperti piring seperti pada

Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Isolator piring

Pada sistem transmisi hantaran udara, isolator piring ini disusun/ dirangkai

(40)

rantai. Rangkaian isolator ini biasanya digunakan untuk menggantung penghantar

tegangan tinggi pada menara-menara transmisi, seperti pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Isolator rantai pada menara transmisi

II.1.2 Konstruksi Isolator Piring

Konstruksi isolator piring pada dasarnya dibagi menjadi 3 bagian utama

seperti pada Gambar 2.3. Bagian utama tersebut yaitu bahan dielektrik, kap (cap)

(41)

Dengan D adalah diameter isolator piring, dan H (spacing) adalah jarak

spasi minimal antara pin dengan kap isolator piring. Pada umumnya ukuran

isolator piring bervariasi dengan diameter 25 cm sampai 40 cm dan jaran spasi

minimalnya antara 127 mm sampai 240 mm.

II.1.3 Bahan dielektrik isolator

Dalam penelitian ini bahan isolasi yang akan digunakan adalah isolator

piring bahan keramik. Menurut J.P Oltzhausen, bahan keramik dibagi menjadi dua

bagian yaitu porselin dan gelas (kaca). Isolator porselin memiliki kekuatan

dielektrik sekitar 60 kV/cm sedangkan isolator kaca 140 kV/cm. Isolator gelas

juga memiliki keunggulan lain dari bahan porselin yaitu dalam hal kekuatan

mekaniknya, akan tetapi isolator bahan gelas lebih rapuh dan tidak digunakan

pada sistem dengan tegangan DC karena tegangan DC menimbulkan proses

elektrolisis pada bahan kaca yaitu perpindahan ion positif ke katoda sehingga

dapat merusak konstruksi atau fisik dari isolator itu sendiri. Dilihat dari bentuk

isolator piring dibagi menjadi 3 bagian yaitu:

1. Isolator piring standar. Isolator ini digunakan pada daerah dengan bobot

polusi rendah seperti daerah padat penduduk dan tidak ada kawasan

industri disekitarnya.

2. Isolator piring anti-fog. Isolator ini dirancang memiliki bentuk lengkungan yang lebih dalam untuk memperpanjang jarak rambat arus, dan biasanya

digunakan di daerah yang bobot polusinya tinggi seperti di kawasan

(42)

3. Isolator piring aerodinamis. Isolator ini dirancang memiliki permukaan

yang licin sehingga polutan lebih sulit menempel pada permukaannya.

Isolator ini lebih sering digunakan pada daerah gurun.

Persyaratan umum yang harus dipenuhi dalam merancang suatu isolator,

antara lain sebagai berikut:

1. Memiliki kekuatan permitivitas yang tinggi agar dapat memiliki

kemampuan dielektrik yang baik.

2. Menggunakan bahan dengan resistansi yang tinggi agar tidak terdapat arus

bocor yang besar.

3. Memiliki kekuatan mekanis yang kuat untuk menopang beban konduktor,

hembusan angin dan lainnya.

4. Setiap lubang pada bahan isolator harus memiliki sumbu sejajar dengan

sumbu tegak isolator. Lubang dibuat pada temperature pembuatan isolator.

5. Jarak rambat isolator harus diperbesar jika isolator dipasang pada kawan

yang dihuni banyak burung.

6. Bahan perekat harus memiliki kekuatan adhesi yang tinggi.

7. Permukaan isolator harus licin dan bebas partikel-pertikel runcing agar

tidak tejadi medan elektrik yang tinggi.

8. Dimensi sirip dan jarak rambat harus dibuat sedemikian rupa agar isolator

dapat dengan mudah dibersihkan secara alami oleh hujan dari bahan

polutan yang menempel pada permukaan isolator.

(43)

II.1.4 Isolator terpolusi

Seiring dengan waktu, isolator-isolator yang terpasang diluar akan

dicemari oleh polutan yang terkandung di udara sekitar. Polutan ini yang akan

mempengaruhi konduktivitas permukaan dari isolator piring tersebut sehingga

dapat menyebabkan kegagalan isolasi. Ada beberapa jenis polutan yang sering

dijumpai di lingkungan sekitar yang dapat mempengaruhi sistem isolasi dari

isolator piring tersebut, antara lain :

1. Garam. Pada umumnya garam ini berasal dari udara yang terbawa oleh

angin laut.

2. Polusi udara dan dan polusi hasil pembakaran tidak sempurna industri

dalam wujud gas dan padat seperti Karbon dioksida, klorin dan sulfur

oksida dari pabrik kimia, debu, abu hasil pembakaran batu bara, dan

lainnya.

3. Pasir di daerah gurun.

4. Kotoran burung.

Faktor cuaca juga akan mempengaruhi polutan pada permukaan isolator

sehingga polutan tersebut semakin konduktif. Angin yang sudah terkandung

polutan tadi akan sampai ke sekitar permukaan isolator. Karena faktor

kelembaban udara yang tinggi di sekitar isolator menyebabkan polutan tersebut

mengendap di sekitar permukaan isolator. Untuk mengurangi polusi pada

(44)

a. Pencucian

Isolator pada saluran maupun pada gardu induk dapat dicuci dalam

keadaan tidak bertegangan maupun saat bertegangan. Pencucian dapat

dilakukan secara otomatis dan manual seperti pada helikopter. Untuk

pencucian dalam keadaan bertegangan, ada 2 syarat yang harus

diperhatikan yaitu:

1. Air yang digunakan adalah air murni tanpa mineral dan

memiliki tahanan jenis lebih besar dari 50.000 Ω/��3.

2. Urutan pencucian harus dimulai dari bawah ke atas untuk

mencegah terkumpulnya polutan.

b. Pelapisan (greasing/coating)

Salah satu metode untuk mencegah kegagalan isolasi pada isolator

adalah dengan melapisi permukaan isolator dengan lapisan minyak.

Keuntungan dari metode ini adalah mendapatkan sifat hidrofobik, yaitu

sifat bahan yang membuat permukaannya tetap kering karena air sulit

untuk menempel pada permukaannya. Bahan yang bersifat hidrofobik

yaitu minyak dan lilin. Keuntungan lainnya dari metode ini adalah

terperangkapnya atau terikatnya polutan oleh minyak dan mencegah

polutan ini basah akibat embun. Minyak yang digunakan terbuat dari

silikon atau hidrokarbon. Kekurangan metode ini adalah harus mengganti

minyak yang telah lama digunakan, biasanya dilakukan setiap tahun.

c. Perpanjangan sirip (extender shed)

(45)

isolator dengan menggunakan perekat dan tidak boleh ada celah udara di

antara sirip porselin dengan sirip tambahan karena akan menyebabkan

peluahan sebagian pada celah udara ini yang akan merusak polimer dan

isolator. Selain memperpanjang jarak rambat, perpanjangan sirip ini

memudahkan air yang membawa polutan akibat hujan atau embun untuk

mengalir dari permukaan isolator.

Tambahan Polimer

Sirip Porselin

Gambar 2.4 Perpanjangan Sirip yang Terpasang pada Isolator Porselin [2]

II.2 Penggolongan Tingkat Bobot Polusi Pada Isolator

Berdasarkan standar IEC 815, tingkat bobot polusi isolator dibagi menjadi

4 bagian, yaitu ringan, sedang, berat dan sangat berat. Dari sekian metode dalam

menentukan bobot polusi tersebut, metode paling umum yang akan digunakan

dalam penelitian ini adalah metode ESDD (equivalent salt deposit density) dan tinjauan lapangan. Metode ini dilakukan dengan mengukur deposit garam

ekuivalen dari polutan yang menempel di permukaan isolator. Polutan tersebut

disertakan dengan bobot garam dalam larutan air yang konduktivitasnya sama

dengan konduktivitas polutan tersebut. Nilai ESDD dari bobot polutan tersebut

(46)

Tabel 2.1 Penggolongan Bobot Polusi berdasarkan IEC 60050-815: 2000 Edisi 01

Tingkat pengotoran/Polusi ESDD ( mg/��)

Ringan 0.03 - 0.06

Sedang 0.1 – 0.2

Betar 0.3 – 0.6

Sangat berat >0.6

Selain standar diatas, IEC 815 juga menentukan bobot polusi dengan

metode ESDD dan tinjauan lapangan. Penentuan tingkat bobot polusi isolator

dengan metode tinjauan lapangan ditunjukkan pada Tabel 2.2 berikut :

Tabel 2.2 Tingkat Polusi Dilihat dari Lingkungannya Berdasarkan IEC 815 [2]

Tingkat

- Wilayah dengan sedikit industri dan rumah

penduduk dengan sarana pembakaran rendah.

- Wilayah pertanian (penggunaan pupuk dapat

meningkatkan bobot polusi) dan pegunungan.

- Wilayah dengan jarak 10km atau lebih dari laut

dan tidak ada angin laut yang berhembus.

Catatan : Semua kawasan terletak minimal 10 –

20 km dari laut dan bukan kawasan terbuka bagi

hembusan angin langsung dari laut.

0,06

Sedang

- Wilayah dengan industri yang tidak menghasilkan

polusi gas.

- Wilayah dengan kepadatan tinggi dan/atau

(47)

Tabel 2.2. (sambungan)

- Wilayah banyak industri dan perkotaan dengan

sarana pembakaran yang tinggi.

- Wilayah dekat laut atau senantiasa terbuka bagi

hembusan angin laut yang kencang.

0.60

Sangat

Berat

- Sangat dekat pantai.

- Sangat dekat dengan kawasan Industri.

- Wilayah padang pasir dengan tidak adanya hujan

untuk jangka waktu yang lama.

>0.60

II.3 Lewat Denyar (Flashover)

Lewat denyar (flashover) pada isolator adalah suatu peristiwa pelepasan muatan melalui permukan isolator dari konduktor bertegangan yang dipikul

isolator ke lengan mentara hantaran udara. Peristiwa ini menyebabkan kegagalan

isolator mengisolasi konduktor transmisi dengan lengan menara. Lewat denyar

(flashover) dapat terjadi pada beberapa kondisi, yaitu pada kondisi permukaan Isolator bersih, dan pada kondisi permukaan isolator terpolusi. Saat permukaan

isolator bersih, lewat denyar yang terjadi disebabkan oleh tembusnya udara di

sekitar permukaan. Bila permukaan isolator dilapisi polutan, tahanan permukaan

isolator akan turun sehingga arus bocor yang mengalir akan semakin besar

dibandingkan dengan arus bocor pada kondisi permukaan bersih. Arus ini akan

menyebabkan terbentuknya jalur konduktif yang merupakan awal terjadinya

peristiwa lewat denyar. Karena peristiwa lewat denyar disebabkan karena

(48)

mempengaruhi lewat denyar (flashover) disekitar permukaan isolator tersebut,

antara lain:

1. Temperatur udara. Temperatur udara yang tinggi akan meningkatkan

jumlah proses ionisasi thermis dan emisi thermis.

2. Tekanan udara. Pada kondisi tekanan udara besar, jumlah molekul di

dalam udara semakin banyak yang artinya proses ionisasi semakin banyak.

Tetapi bila tekanan terlalu tinggi, gerakan muatan dari proses ionisasi akan

terhambat sehingga proses ionisasi berikutnya semakin sedikit. Bila

tekanan udara terlalu rendah, jumlah molekul yang sedikit akan

menyebabkan proses ionisasi yang sedikit juga. Persamaan faktor koreksi (

) untuk tegangan pada suhu t oC dan tekanan p mmHg dapat dilihat pada

Persamaan 2.1[1] dan persamaan tegangan flashover pada keadaan standar (suhu 20 oC dan tekanan 760 mmHg) dapat dilihat pada Persamaan 2.2[2].

� = 0,386�

273 +� (2.1)

Dimana :

� = faktor koreksi suhu dan tekanan udara.

p = tekanan udara (mmHg).

t = suhu udara ( ).

��

=

�_δ (2.2)

Dimana:

�� = tegangan flashover pada suhu 20 dan tekanan 760 mmHg

(49)

3. Kelembaban udara. Bila kelembaban tinggi, kandungan air dalam udara

meningkat sehingga mudah terjadi ionisasi karena air memiliki energi ikat

yang lebih rendah dari kandungan lain dalam udara. Energi ikat air sekitar

13,6 eV, nitrogen (N) sekitar 17,1 eV, CO2 sekitar 14,6 eV, H2 sekitar 15,6

eV, dan oksigen (O2) sekitar 12,08 eV. Elektronvolt (eV) merupakan

satuan dari energi suatu partikel yang besarnya 1,6 x 10-19 Joule. Bila kandungan air semakin banyak maka udara akan lebih mudah terionisasi

dan menyebabkan kekuatan dielektrik udara turun. Kekuatan dielektrik

medan listrik yang mampu dipikul oleh suatu bahan dielektrik tanpa

mengakibatkan bahan tersebut tembus listrik. Semakin banyak kandungan

air dalam udara menyebabkan udara semakin mudah terionisasi. Hal ini

menyebabkan turunnya tegangan yang diperlukan untuk membuat udara

tersebut tembus listrik. Saat permukaan isolator bersih, kelembaban yang

tinggi menyebabkan terbentuknya butiran-butiran air pada permukaan

isolator sehingga konduktivitas permukaan isolator naik (konduktivitas

permukaan porselin pada kelembaban 50 %RH adalah 1,6 pS sedangkan

konduktivitas air yang sangat murni pada suhu 25 ºC adalah 5,5 µS/m).

Hal ini juga menyebabkan kenaikan arus bocor. Tetapi karena

konduktivitas air lebih rendah dari pada polutan yang basah, arus bocor

saat permukaan isolator bersih lebih rendah dari pada arus bocor saat

permukaan isolator dilapisi polutan. Saat permukaan isolator dilapisi

polutan, kelembaban yang tinggi menyebabkan polutan dipermukaan

isolator basah. Kemudian peristiwa lewat denyar seperti yang telah

(50)

membuat kekuatan dielektrik udara turun sehingga tegangan lewat denyar

isolator turun.

a) Mekanisme lewat denyar pada kondisi isolator bersih

Pada kondisi isolator bersih, peristiwa lewat denyar terjadi karena tembus

listrik udara di sekitar permukaan isolator tersebut. Udara biasanya bersifat

isolatif karena memiliki sedikit elekron bebas. Tetapi karena udara berubah

menjadi konduktif karena faktor lingkungan, sifat isolatif tadi berubah menjadi

konduktif karena proses ionisasi dan emisi.

Ionisasi dalah peristiwa terlepasnya elektron dari ikatan atom netral

sehingga menghasilkan elektron bebas dan ion positif. Proses ionisasi dapat

dilihat pada Gambar 2.5.

(a) Suatu elektron bebas (b) Elektron terikat

keluar membentur elektron lintasannya menjadi

(51)

1) Ionisasi thermis

2) Ionisasi radiasi sinar kosmis

3) Ionisasi radiasi foton (fotoionisasi)

4) Ionisasi benturan

Emisi adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan suatu logam

menjadi elektron bebas. Dalam keadaan normal, elektron tidak dapat terlepas dari

permukaan logam karena adanya gaya elektrostatik antar elektron dengan ion

dalam kisi logam. Supaya elektron ini dapat keluar dari permukaan logam,

diperlukan sejumlah energi luar. Besarnya energi ini didefenisikan sebagai fungsi

kerja dengn satuan elektron volt (eV) yang berbeda untuk setiap jenis logam. Ada

beberapa proses emisi yang menyebabkan terjadinya banjiran elektron, antara

lain:

1) Emisi thermis

2) Emisi benturan ion positif

3) Emisi medan tinggi.

b) Mekanisme lewat denyar pada isolator terpolusi

Permukaan isolator sistem tranmisi hantaran udara yang terpasang diluar

akan dilapisi oleh polutan. Ketika polutan dalam keadaan kering, polutan masih

bersifat tidak konduktif. Tetapi bila polutan basah dikarenakan gerimis atau kabut,

lapisan polutan akan larut dan membentuk larutan elektrolit yang konduktif.

Akibatnya tahanan permukaan akan turun dan arus bocor naik dalam orde

beberapa miliampere. Arus bocor ini akan memanaskan larutan elektrolit pada

permukaan isolator sehingga terbentuk lapisan kering. Pada lapisan kering ini,

medan listrik cukup besar sehingga udara di sekitarnya dapat mengalami ionisasi.

Kemudian udara akan tembus listrik dan arus mengalir melalui busur api pada

lapisan kering yang akan mengeringkan larutan elektrolit selanjutnya dan

memperpanjang lapisan kering. Proses ionisasi akan terjadi lagi dan menyebabkan

(52)

dan peristiwa lewat denyar terjadi. Mekanisme lewat denyar pada isolator

terpolusi seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Isolator Terpolusi dan Rangkaian Ekivalennya

Lapisan polutan yang konduktif dapat dianggap sebagai suatu tahanan

yang menghubungkan kedua jepitan logam isolator. Tahanan lapisan polutan jauh

lebih rendah daripada tahanan dielektrik padat isolator. Jika jepitan (a)

bertegangan dan jepitan (d) dibumikan, maka arus bocor (Ib) akan mengalir

melalui lapisan konduktif dari jepitan (a) ke (d), sedang arus yang melalui

dielektrik padat diabaikan. Arus bocor ini akan menimbulkan panas yang

besarnya sama dengan kuadrat arus bocor dikali dengan tahanan permukaan dari

(a) ke (d). Panas yang terjadi akan mengeringkan lapisan polutan dan

pengeringan awal terjadi pada kawasan permukaan isolator yang berdekatan

dengan jepitan logam isolator. Pengeringan tersebut akan membuat tahanan

lapisan polutan di kawasan jepitan isolator semakin besar. Akibatnya beda

tegangan pada lapisan polutan yang kering (Vab) semakin besar dan

menimbulkan kuat medan elektrik di sekitarnya naik. Jika kuat medan elektrik ini

melebihi kekuatan dielektrik udara di sekitar isolator, maka akan terjadi

peluahan dari titik (a) ke titik (b). Busur api akibat peluahan ini membuat lapisan

polutan yang kering (a-b) terhubung singkat, akibatnya arus bocor semakin

(53)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Isolasi merupakan hal penting yang tidak dapat dipisahkan dari peralatan

tegangan tinggi. Isolasi tersebut memiliki fungsi untuk mengisolir suatu

konduktor bertegangan dengan kerangka penyangga yang dibumikan sehingga

tidak ada arus listrik yang mengalir dari konduktor tersebut ke tanah. Pada

umumnya di daerah terbuka, Isolator akan terlapisi oleh polutan-polutan yang

berasal dari lingkungan sekitar. Konduktivitas polutan tersebut yang akan

menyebabkan turunnya tahanan permukaan isolator. Dengan menurunnya

tahanan permukaan isolator, secara langsung akan mempengaruhi tegangan

flashover isolator tersebut. Flashover adalah gangguan yang terjadi berupa

loncatan api yang terjadi antar isolator atau kompenen listrik tegangan tinggi.

Hal ini dapat terjadi akibat gagalnya isolasi dari sistem tegangan tinggi tersebut.

Oleh karena itu, kondisi permukaan isolator dan kondisi udara sangat

mempengaruhi tegangan flashover isolator seperti polutan yang menempel pada permukaan isolator dan kelembaban udara yang membuat kekuatan dielektrik

udara menurun. Turunnya kekuatan dielektrik udara membuat tegangan

flashover isolator semakin rendah.

Kelembaban udara juga akan mempengaruhi polutan tersebut menjadi

basah dan membentuk lapisan konduktif sehingga tahanan permukaan isolator

(54)

menyebabkan mengalirnya arus bocor (leakage current). Dengan

mengalirnya arus bocor, terjadi pemanasan di lapisan tersebut. Lapisan ini dapat

membentuk pita kering (dry band) akibat dialiri arus bocor secara terus

menerus. Pada tegangan tertentu, kondisi ini dapat menyebabkan pelepasan

muatan melintasi pita kering. Pelepasan muatan dapat memanjang sehingga

terbentuk busur listrik (arc) dan terjadi lewat denyar (flashover) yang melalui

seluruh permukaan isolator.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Isolator piring jenis gelas pada tower saluran tegangan tinggi sangat

dipengaruhi oleh lingkungan sekitar. Tugas Akhir ini akan membahas mengenai

pengaruh kelembaban udara di sekitar isolator piring terhadap tegangan

flashover Isolator yang terpolusi partikel padat karbon. Karbon (C) merupakan polutan yang menjadi parameter polutan di daerah-daerah kawasan industri

berat. Sebagai pengganti karbon tersebut secara umum, maka bahan karbon yang

digunakan dalam tugas akhir ini adalah serbuk karbon murni sebagai pengganti

dari sisa pembakaran tidak sempurna kendaraan bermotor dan industri-industri

berat seperti industri baru bara, industri gas alam dan mineral yang melayang di

udara berupa partikel karbon padat halus (partikulat).

1.3 BATASAN MASALAH

Untuk membatasi masalah dalam tugas akhir ini, maka dibuat batasan

(55)

dari tugas akhir ini dapat mencapai hasil yang diinginkan. Adapun yang menjadi

batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :

1. Isolator yang digunakan adalah isolator piring yang terbuat dari

bahan gelas.

2. Jumlah isolator yang akan diuji hanya satu buah.

3. Polutan yang menjadi indikator polusi adalah partikel padat karbon

murni.

1.4 TUJUAN PENGUJIAN

Adapun tujuan dari pengujian ini adalah untuk mendapatkan perubahan

nilai tegangan lewat denyar (flashover) AC standar isolator piring gelas dari

kondisi bersih ke kondisi terpolusi yang dipengaruhi oleh kelembaban udara di

sekitar permukaan isolator piring serta mencari hubungan kedua hal tersebut dan

juga sebagai referensi dalam pemasangan isolator piring jenis gelas tersebut

bedasarkan tingkat polusi dan kelembaban udara di sekitarnya.

1.5 METODE PENULISAN

Metodologi Penelitian yang dilakukan pada penulisan Tugas Akhir ini

adalah :

1. Studi Literatur

Dengan membaca dan mempelajari buku-buku, jurnal-jurnal

penelitian dan informasi dari internet sesuai dengan topik yang akan

dibahas dalam Tugas Akhir ini. Dimana hal tersebut akan menjadi acuan

(56)

2. Pengujian dan pengukuran terhadap objek yang akan diuji

Bahan penelitian yang akan dilakukan sebagai objek pengujian

dilakukan pengukuran terhadap tegangan lewat denyar (flashover) yang

terjadi pada Isolator. Hal ini dilakukan sebagai acuan perbandingan

tegangan lewat denyar antara isolator kondisi bersih dan terpolusi.

Pengumpulan data dengan pengujian adalah cara pengambilan data

ke tempat penelitian secara eksperimental. Pengujian akan dilaksanakan

di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi FT USU. Dalam hal ini penulis

langsung berada di lokasi pengujian dengan merangkaian rangkaian

percobaan yang akan diuji beserta instrument alat uji dan pengukuran

yang diperlukan. Dalam metode ini dilakukan dokumentasi dengan

melakukan pencatatan data hasil percobaan.

3. Studi Bimbingan

Studi bimbingan ini berupa diskusi dan Tanya jawab dengan dosen

pembimbing yang telah ditunjuk oleh Departemen Teknik Elektro USU

mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir

ini berlangsung.

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN

Penulisan Tugas Akhir ini ditulis dan disusun dalam urutan sebagai

berikut:

(57)

Bab ini berisikan latar belakang, perumusan masalah, batasan

masalah, tujuan dan manfaat penelitian, metode penulisan dan

sistematika penulisan.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini membahas tentang teori isolator piring secara umum,

isolator terpolusi, parameter-paramater pada isolator, pengukuran tingkat

polusi pada isolator, dan lewat denyar (flashover) pada isolator piring.

BAB III. METODE PENELITIAN

Bab ini membahas tentang tahapan-tahapan yang harus

dilakukan dalam menyusun tulisan dan melakukan penelitian agar

pengetahuan yang akan dicapai dari suatu penelitian dapat memenuhi

kaidah ilmiah.

BAB IV. HASIL DAN ANALISIS PENELITIAN

Bab ini berisi data hasil pengujian, proses pengolahan data dan

analisa data penelitian.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan Tugas Akhir dana saran penulis

(58)

ABSTRAK

Penelitian ini dilatarbekangi oleh kondisi iklim tropis Indonesia yang

memiliki tingkat kelembaban udara yang tinggi antara 80 s/d 83 %RH (%RH

adalah satuan kelembaban udara) dan pencemaran lingkungan dengan tingkat

polusi yang cukup tinggi. Hal ini sangat berpengaruh terhadap tegangan flashover

isolator AC piring yang berada di ruang terbuka pada jaringan transmisi hantaran

udara. Maka penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan nilai tegangan flashover

AC isolator piring bahan gelas yang dipengaruhi oleh kelembaban udara dan

polutan berupa partikel padat dan halus (partikulat) karbon murni dan

menganalisis hubungan kedua hal tersebut. Dari hasil penelitian didapat bahwa

semakin tinggi tingkat kelembaban udara maka penurunan tegangan flashover AC

akan semakin besar, baik pada kondisi bersih maupun kondisi terpolusi. Pada saat

nilai kelembaban udara rata-rata 99 %RH, penurunan tegangan flashover AC dari kondisi bersih ke kondisi terpolusi cukup signifikan. Pada saat kondisi terpolusi

karbon, nilai rata-rata penurunan tegangan flashover dalam keadaan standar terhadap kondisi bersih adalah 22,51% untuk kondisi terpolusi ringan, 35,1%

untuk kondisi terpolusi sedang dan 53,37% untuk kondisi terpolusi berat.

Kata Kunci: Kelembaban Udara, Karbon, Isolator Piring dan Tegangan

(59)

TUGAS AKHIR

ANALISIS PENGARUH KELEMBABAN UDARA TERHADAP

TEGANGAN

FLASHOVER

AC ISOLATOR PIRING GELAS

TERPOLUSI KARBON

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh :

NIM : 080402079 T.M.V BASTEN HUTAJULU

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(60)

(61)