TUGAS AKHIR
PENGARUH KELEMBABAN TERHADAP TEGANGAN
FLASHOVER
AC ISOLATOR PIRING
O L E H
WILVIAN NIM : 080402044
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Isolator piring banyak digunakan pada jaringan transmisi hantaran udara.
Karena berada di ruang terbuka permukaan isolator dilapisi dengan polutan yang
berasal dari udara disekitarnya sehingga tegangan flashover AC-nya dipengaruhi oleh
kondisi udara di sekitar. Dari hasil analisis pada tugas akhir ini terlihat bahwa
tegangan flashover semakin turun dengan naiknya kelembaban udara baik dalam
kondisi isolator bersih maupun terpolusi. Tegangan flashover isolator pada kondisi
bersih lebih besar daripada tegangan flashover isolator pada kondisi terpolusi baik
terpolusi ringan, sedang, maupun berat untuk semua kelembaban udara yang diuji.
Pada kelembaban sekitar 98 %RH penurunan tegangan flashover sangat besar dari
kondisi isolator bersih terhadap terpolusi. Tegangan flashover pada kondisi isolator
terpolusi ringan penurunannya adalah 33,64 % dari kondisi isolator bersih, pada
kondisi terpolusi sedang turun 37,13 % dari kondisi isolator bersih, dan pada kondisi
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
berkat dan rahmat yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Pengaruh kelembaban terhadap Tegangan
Flashover AC Isolator Piring”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah
membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, saudara
kandung penulis, atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis
mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan
setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir.Bonggas L. Tobing selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah
banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan,
dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. Terima kasih
sebesar-besarnya penulis ucapkan untuk beliau,
2. Bapak Fahmi , S.T, M.Sc. selaku Dosen Wali penulis,
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro
USU dan Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik
4. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara,
5. Bapak Ir. Syahrawardi yang telah memberi masukan dan motivasi kepada penulis,
6. Ayah, ibu serta abang dan adik-adik penulis yang selalu mendukung penulis
7. Teman-teman stambuk 2008: Teguh, Angelina, Robin, Antonius, Jhonson, Eykel,
Harmoko, Bayu, Army, Prajiwazhari, Louis, Doly, Rizky, Sofian, Risa, Aprido,
Dedi, Maria, Junaidy, Darminton, Frederick, William, Fahmi, dan teman-teman
lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu,
8. Semua abang-kakak senior dan adik-adik junior yang telah mau berbagi
pengalaman dan motivasi kepada penulis,
9. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan
terima kasih banyak.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak luput dari
kesalahan-kesalahn, baik dari segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis akan
menerima dengan terbuka, segala saran dan kritik yang ditujukan untuk memperbaiki
Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis dan
pembaca.
Medan, 14 Juli 2012
Penulis,
DAFTAR ISI
ABSTRAK... i
KATA PENGANTAR... ii
DAFTAR ISI... iv
DAFTAR GAMBAR... vii
DAFTAR TABEL... ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan... 1
1.3 Batasan Masalah ... . 2
1.4 Metode Penulisan ... 2
1.5 Sistematika Penulisan ... . 3
BAB II ISOLATOR 2.1 Isolator Piring... 5
2.2 Isolator Terpolusi... 9
2.3 Pengukuran Tingkat Polusi... 11
2.4 Parameter Isolator Piring ... 13
a Kekuatan Mekanik ... 13
b Jarak Rambat Spesifikasi atau Gradien Permukaan... 13
c Jarak Rambat... 14
BAB III LEWAT DENYAR 3.1 Mekanisme Lewat Denyar pada Kondisi Isolator Bersih ... 15
3.1.1 Ionisasi ... 16
a Ionisasi Thermis... 16
c Fotoionisasi (Photoionization)... 17
d Ionisasi Benturan... 17
3.1.2 Emisi ... 18
a Emisi Thermis... 19
b Emisi Benturan Ion Positif... 19
c Emisi Medan Tinggi... 19
3.1.3 Mekanisme Terjadinya Tembus Listrik Udara... 20
a Steamer Positif... 21
b Steamer Negatif... 23
3.2 Mekanisme Lewat Denyar pada Isolator Terpolusi... 25
3.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Lewat Denyar ... 26
BAB IV EKSPERIMEN 4.1 Peralatan yang Digunakan... 28
4.2 Prosedur-prosedur dalam Eksperimen ... 30
4.2.1 Pengujian Tegangan Lewat Denyar Isolator Bersih ... 30
4.2.2 Pengujian Tegangan Lewat Denyar Isolator Terpolusi Ringan... 32
4.2.3 Pengujian Tegangan Lewat Denyar Isolator Terpolusi Sedang... 36
4.2.4 Pengujian Tegangan Lewat Denyar Isolator Terpolusi Berat... 36
4.3 Hasil Eksperimen ... 37
4.4 Analisis Data ... 37
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 43
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Jenis Isolator Tegangan Tinggi... 6
Gambar 2.2 Konstruksi Isolator Piring... 6
Gambar 2.3 Jenis Isolator Piring Berdasarkan Bentuknya... 7
Gambar 2.4 Isolator Piring dengan Kopling Clevis-Tongue... 8
Gambar 2.5 Perpanjangan Sirip yang Terpasang pada Isolator Porselin... 11
Gambar 2.6 Jarak Rambat Ls pada Isolator Piring... 14
Gambar 3.1 Proses Ionisasi... 16
Gambar 3.2 Ionisasi Benturan... 18
Gambar 3.3 Emisi Medan... 20
Gambar 3.4 Medan pada Celah Karena Adanya Muatan Ruang... 21
Gambar 3.5 Ion Positif Masih Berada pada Posisinya Saat Elektron Telah Masuk ke Dalam Anoda... 22
Gambar 3.6 Terbentuk Banjiran Muatan Sekunder dari Elektron Bebas Baru... 22
Gambar 3.7 Ion Positif dan Elektron Membentuk Plasma dan Banjiran Muatan Sekunder Lain Terbentuk... 23
Gambar 3.8 Medan Listrik pada Daerah R Berubah Karena Muatan pada Celah... 24
Gambar 3.9 Terbentuknya Banjiran Muatan Sekunder pada Daerah R...24
Gambar 3.11 Rangkaian Ekivalen dari Lapisan Kering dan Elektrolit pada Permukaan
Isolator... 25
Gambar 4.1 Isolator Dimasukkan ke Dalam Ruang Kabut... 30
Gambar 4.2 Rangkaian Percobaan... 31
Gambar 4.3 Isolator Piring Dicelup dalam Larutan Pengotor... 32
Gambar 4.4 Tabung Pengukur Konduktivitas... 33
Gambar 4.5 Rangkaian Pengukuran Arus pada Tabung... 33
Gambar 4.6 Grafik Kelembaban Udara vs Tegangan Lewat Denyar pada Suhu 20 °C dan Tekanan 760 mmHg pada Keempat Kondisi Isolator...40
Tabel 2.1 Tingkat Polusi Dilihat dari Lingkungannya Berdasarkan IEC 815... 11
Tabel 2.2 Tingkat Polusi Berdasarkan Nilai Maksimum ESDD Berdasarkan
IEC 815... 12
Tabel 2.3 Gradien Permukaan pada Setiap Tingkat Polusi... 13
Tabel 4.1 Faktor Koreksi Suhu... 35
Tabel 4.2 Hubungan Antara Kelembaban dengan Tegangan Lewat Denyar
pada Suhu 20 °C dan Tekanan 760 mmHg pada Kondisi Bersih... 38
Tabel 4.3 Hubungan Antara Kelembaban dengan Tegangan Lewat Denyar
pada Suhu 20 °C dan Tekanan 760 mmHg pada Kondisi Terpolusi
Ringan... 38
Tabel 4.4 Hubungan Antara Kelembaban dengan Tegangan Lewat Denyar
pada Suhu 20 °C dan Tekanan 760 mmHg pada Kondisi Terpolusi
Sedang... 39
Tabel 4.5 Hubungan Antara Kelembaban dengan Tegangan Lewat Denyar
pada Suhu 20 °C dan Tekanan 760 mmHg pada Kondisi Terpolusi
Berat... 39
Tabel 4.6 Persen Penurunan Tegangan Lewat Denyar Isolator Terpolusi dari
ABSTRAK
Isolator piring banyak digunakan pada jaringan transmisi hantaran udara.
Karena berada di ruang terbuka permukaan isolator dilapisi dengan polutan yang
berasal dari udara disekitarnya sehingga tegangan flashover AC-nya dipengaruhi oleh
kondisi udara di sekitar. Dari hasil analisis pada tugas akhir ini terlihat bahwa
tegangan flashover semakin turun dengan naiknya kelembaban udara baik dalam
kondisi isolator bersih maupun terpolusi. Tegangan flashover isolator pada kondisi
bersih lebih besar daripada tegangan flashover isolator pada kondisi terpolusi baik
terpolusi ringan, sedang, maupun berat untuk semua kelembaban udara yang diuji.
Pada kelembaban sekitar 98 %RH penurunan tegangan flashover sangat besar dari
kondisi isolator bersih terhadap terpolusi. Tegangan flashover pada kondisi isolator
terpolusi ringan penurunannya adalah 33,64 % dari kondisi isolator bersih, pada
kondisi terpolusi sedang turun 37,13 % dari kondisi isolator bersih, dan pada kondisi
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1LATAR BELAKANG
Isolator yang digunakan di ruang terbuka akan dilapisi oleh polutan
yang berasal dari lingkungan di sekitarnya. Konduktivitas polutan ini akan
menyebabkan turunnya tahanan permukaan isolator. Turunnya tahanan
permukaan isolator ini akan mempengaruhi tegangan flashover (lewat denyar)
isolator. Lewat denyar adalah peristiwa kegagalan isolator mengisolir
konduktor bertegangan dengan konduktor lain sehingga terjadi aliran arus
melalui udara di sekitar permukaan isolator. Oleh karena itu, kondisi
permukaan isolator dan kondisi udara mempengaruhi tegangan lewat denyar
isolator seperti adanya polutan yang menempel pada permukaan isolator
tersebut dan kelembaban udara yang membuat kekuatan dielektrik udara
turun. Turunnya kekuatan dielektrik udara membuat tegangan lewat denyar
isolator semakin rendah.
Kelembaban yang tinggi juga akan menyebabkan polutan-polutan
tersebut basah dan membentuk larutan elektrolit sehingga konduktivitas
polutan naik. Akibatnya tahanan permukaan isolator semakin rendah. Hal ini
akan membuat medan listrik naik pada permukaan isolator sehingga tegangan
lewat denyar isolator semakin rendah.
1.2TUJUAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mencari hubungan tegangan
flashover AC isolator yang dilapisi polutan dengan kelembaban udara, dan
juga memberikan informasi tentang syarat lokasi pemasangan isolator piring
ditinjau dari tingkat polusi dan kelembaban udara.
Dilihat dari bahannya, isolator piring terdiri dari dua jenis yaitu
porselin dan kaca. Adapun yang menjadi objek penelitian adalah isolator
piring berbahan porselin. Dilihat dari kekuatan mekaniknya, isolator piring
dibagi menjadi isolator dengan kekuatan mekanik 70, 100, 120, 160, dan 210
kN. Adapun yang diteliti adalah isolator dengan kekuatan mekanik 70 kN.
Dilihat dari dimensinya, isolator piring berkekuatan mekanik 70 kN terbagi
menjadi isolator berdiameter maksimal 255 mm dan berdiameter maksimal
280 mm. Adapun yang diteliti adalah isolator dengan diameter maksimal 255
mm. Dilihat dari jarak spasinya,isolator piring berdiameter 255 mm dibagi
menjadi isolator dengan jarak spasi 127 mm dan isolator dengan jarak spasi
146 mm. Adapun yang diteliti adalah isolator dengan jarak spasi 146 mm.
Isolator piring yang terpasang biasanya lebih dari satu buah tergantung
dari tegangan saluran dan spesifikasi isolator itu sendiri. Jumlah isolator yang
diuji adalah satu buah.
Ada beberapa jenis material polutan yang menempel pada permukaan
suatu isolator. Dalam penelitian ini, polutan yang digunakan adalah polutan
buatan berupa lapisan garam.
1.4METODE PENULISAN
Langkah-langkah yang dilakukan dalam penulisan Tugas Akhir ini
adalah :
1. Studi Literatur
Mengambil bahan dari buku-buku referensi, jurnal, majalah,
media elektronik ( internet ) dan sebagainya.
2. Studi Lapangan
Melakukan eksperimen di Laboratorium Tegangan Tinggi
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik USU.
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.
1.5SISTEMATIKA PENULISAN
Tugas akhir ini ditulis dengan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini membahas secara umum tentang latar belakang
penulisan, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan
sistematika penulisan tugas akhir.
BAB II. ISOLATOR
Bab ini membahas secara umum tentang isolator piring,
isolator terpolusi, pengukuran bobot polusi isolator, dan parameter
isolator piring.
BAB III.LEWAT DENYAR
Bab ini membahas tentang pengertian tegangan lewat denyar,
mekanisme terjadinya peristiwa lewat denyar pada kondisi isolator
bersih dan pada isolator terpolusi, dan faktor-faktor yang
mempengaruhi lewat denyar.
Bab ini membahas tentang peralatan yang digunakan, prosedur
yang dilakukan, hasil eksperimen, dan analisis data.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi beberapa kesimpulan dan saran dari penulisan
tugas akhir ini.
ISOLATOR
Pada sistem penyaluran daya listrik dari pembangkit listrik ke
konsumen, perlu digunakan tegangan tinggi untuk mengurangi rugi-rugi daya
di sepanjang saluran. Pada saluran transmisi dan distribusi, masalah isolasi
harus lebih diperhatikan karena tegangan yang digunakan cukup tinggi.
Isolator yang sering digunakan pada menara transmisi adalah isolator rantai
yang terdiri dari beberapa isolator piring yang diserikan. Pada jaringan
distribusi, isolator piring juga banyak digunakan. Karena terpasang di ruang
terbuka, permukaan isolator akan dilapisi polutan-polutan yang dapat
mengurangi kemampuan isolator tersebut. Polutan ini juga dipengaruhi oleh
kondisi udara sekitar seperti kelembaban dan hujan yang membuat polutan
menjadi basah.
Dalam bab ini akan dijelaskan tentang jenis-jenis isolator piring,
penyebab polusi pada isolator, dan penentuan tingkat bobot polusi pada
isolator.
2.1 ISOLATOR PIRING
Jenis isolator dilihat dari konstruksi dan bahannya dibagi seperti
Gambar 2.1 Jenis Isolator Tegangan Tinggi[9]
Yang menjadi objek dalam penelitian ini adalah isolator jenis piring.
Oleh karena itu, penjelasan berikut ditujukan hanya untuk isolator piring.
Konstruksi dasar isolator piring ditunjukkan pada Gambar 2.2. Bagian
utama dari suatu isolator piring adalah bahan isolasi, semen, kap dan tonggak
pin. Semen berfungsi untuk merekat bahan isolasi dengan tonggak pin dan
merekat bahan isolasi dengan kap.
Gambar 2.2 Konstruksi Isolator Piring[3] Isolator Tegangan
Tinggi
Isolator keramik Isolator polimer
Di mana D merupakan diameter isolator piring, dan p merupakan jarak spasi
nominal antara pin dan kap isolator piring. Ukuran isolator piring bervariasi
dengan diameter 25 cm sampai 40 cm dan jarak spasi nominal dari 127 mm
sampai 240 mm.
Bahan isolasi yang digunakan pada isolator piring ini adalah keramik.
Menurut J. P. Holtzhausen, bahan keramik dibagi menjadi dua yaitu porselin
dan kaca. Isolator porselin memiliki kekuatan dielektrik sekitar 60 kV/cm
sedangkan kekuatan dielektrik isolator kaca 140 kV/cm. Isolator kaca juga
memiliki kekuatan mekanik yang lebih besar daripada isolator porselin, tetapi
isolator kaca lebih rapuh. Isolator piring yang terbuat dari kaca tidak
digunakan pada sistem dengan tegangan DC karena tegangan DC
menimbulkan proses elektrolisis pada bahan kaca yaitu perpindahan ion
positif ke katoda sehingga dapat menyebabkan perubahan fisik isolator.
Dilihat dari bentuknya, isolator piring dibagi menjadi 3 jenis seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Jenis Isolator Piring Berdasarkan Bentuknya:
a Isolator Piring Standar[3]
b Isolator Piring Anti-fog[3]
c Isolator Piring Aerodinamis[6]
Isolator piring dengan desain standar (Gambar 2.3a). Isolator ini
digunakan pada daerah dengan bobot polusi rendah seperti di daerah
yang kerapatan penduduknya dan tidak ada industri.
Isolator piring dengan desain anti-fog (Gambar 2.3b). Isolator ini dirancang memiliki lekukan yang lebih dalam untuk memperpanjang
jarak rambat arus, digunakan pada daerah dengan bobot polusi tinggi
seperti di daerah industri berat.
Isolator piring dengan desain aerodinamis (Gambar 2.3c). Isolator ini
dirancang memiliki permukaan yang licin sehingga polutan lebih sulit
menempel pada permukaannya. Isolator ini biasa digunakan pada
daerah gurun.
Untuk jaringan hantaran udara bertegangan menengah dan tinggi,
beberapa isolator piring disambung satu dengan yang lainnya sehingga
berbentuk rentengan. Kemudian rentengan ini digantungkan pada lengan
menara transmisi. Dilihat dari bentuk sambungannya, isolator piring dibagi
dua, yaitu isolator dengan kopling bola-sendi dan isolator dengan kopling
clevis-tongue. Isolator piring dengan kopling bola-sendi dapat dilihat pada
Gambar 2.3a dan isolator piring dengan kopling clevis-tongue dapat dilihat
pada Gambar 2.4.
2. 2 ISOLATOR TERPOLUSI
Isolator baik yang terpasang di ruang terbuka maupun tertutup, akan
dilapisi oleh polutan yang terkandung di udara. Polutan ini dapat
mempengaruhi konduktivitas permukaan dari isolator tersebut sehingga dapat
menyebabkan kegagalan isolasi. Beberapa jenis polutan yang sangat
berpengaruh terhadap tahanan permukaan isolator adalah:
Garam. Garam ini dapat berasal dari udara yang berhembus dari laut
dan yang berasal dari zat kimia di jalanan yang menguap.
Limbah pabrik dalam bentuk gas seperti karbon dioksida, klorin dan
sulfur oksida dari pabrik kimia dan sebagainya. Kotoran burung.
Pasir di daerah gurun.
Kondisi cuaca akan mempengaruhi polusi pada permukaan isolator ini.
Angin dapat membawa garam dan pasir sampai ke permukaan isolator. Hujan
deras dapat membersihkan polutan terutama di bagian atas permukaan isolator
sedangkan gerimis, kelembaban yang tinggi, dan kabut akan membuat lapisan
polutan menjadi basah.
Untuk mengurangi polusi pada permukaan isolator, dilakukan
beberapa usaha sebagai berikut:
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 dengan
menggunakan helikopter. Untuk pencucian dalam keadaan
1. Air yang digunakan adalah air murni tanpa mineral dan
memiliki tahanan jenis lebih besar dari 50.000 Ω cm.
2. Urutan pencucian harus dimulai dari bawah ke atas untuk
mencegah terkumpulnya polutan.
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.
Perpanjangan sirip (extender shed)
Sirip isolator diperpanjang dengan bahan polimer seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.5. Perpanjangan sirip ini dipasangkan
pada sirip 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
Gambar 2.5 Perpanjangan Sirip yang Terpasang pada Isolator Porselin[6]
2.3 PENGUKURAN TINGKAT POLUSI
Berdasarkan standar IEC 815, bobot polusi isolator 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 konduktivitas polutan kemudian
disetarakan dengan bobot garam dalam larutan air yang konduktivitasnya
sama dengan konduktivitas polutan tersebut.
Penentuan tingkat bobot polusi isolator dengan metode tinjauan
lapangan ditunjukkan pada Tabel 2.1 berikut:
Tabel 2.1 Tingkat Polusi Dilihat dari Lingkungannya Berdasarkan IEC 815[3]
Tingkat
Polusi Contoh Lingkungan
Ringan
daerah dengan sedikit industri dan rumah penduduk dengan
sarana pembakaran rendah.
daerah pertanian (penggunaan pupuk dapat meningkatkan
bobot polusi) dan pegunungan.
daerah dengan jarak 10km atau lebih dari laut dan tidak ada
angin laut yang berhembus .
Cat: daerah-daerah di atas terletak kira-kira 10 sampai 20
km dari laut dan tidak terpapar angin laut secara langsung. Sirip
porselin Tambahan
Tingkat
Polusi
Contoh Lingkungan
Sedang
daerah dengan industri yang tidak menghasilkan polusi gas. daerah banyak industri dan/atau perumahan yang sering
hujan dan/atau berangin.
daerah yang tidak terlalu dekat dengan pantai kira-kira beberapa kilometer.
Berat
daerah banyak industri dan perkotaan dengan sarana pembakaran yang tinggi.
daerah dekat dengan laut dan terpapar angin laut secara
langsung.
Sangat
Berat
daerah dekat pantai dan terkena air laut. daerah padang pasir
Penentuan tingkat bobot polusi isolator dengan metode ESDD
berdasarkan IEC 815 seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Tingkat Polusi Berdasarkan Nilai Maksimum ESDD Berdasarkan
IEC 815[8]
Tingkat Polusi ESDD Maksimum ( mg/cm2 )
Ringan 0.06
Sedang 0.20
Berat 0.60
2.4 PARAMETER ISOLATOR PIRING
Isolator piring memiliki parameter sebagai berikut:
a. Kekuatan Mekanik.
b. Jarak Rambat Spesifik atau Gradien Permukaan.
c. Jarak Rambat.
a. Kekuatan Mekanik
Isolator piring digantungkan pada lengan menara transmisi ataupun
pada tiang distribusi. Oleh karena itu isolator piring menerima gaya tarik yang
diakibatkan oleh berat konduktor. Isolator piring harus mampu menahan gaya
tarik tersebut. Kemampuan menahan gaya tarik suatu isolator disebut
kekuatan mekanik. Kekuatan mekanik dari isolator piring dirancang mulai
dari 70kN sampai lebih dari 500kN.
b. Jarak Rambat Spesifik atau Gradien Permukaan
Jarak rambat spesifik adalah pedoman untuk menentukan jarak rambat
isolator yang akan digunakan tergantung dari tingkat bobot polusi daerah di
mana isolator akan dipasang. Jarak rambat spesifik merupakan perbandingan
dari jarak rambat dalam satuan mm dengan tegangan line to line sistem dalam
satuan kV. Gradien permukaan yang direkomendasikan oleh IEC 815 pada
setiap tingkat bobot polusi dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Gradien Permukaan pada Setiap Tingkat Polusi[8]
Tingkat Polusi Ringan Sedang Berat Sangat Berat
Gradien Permukaan
c. Jarak Rambat
Jarak rambat adalah jarak terpendek antara konduktor pada kap dan
pin melalui permukaan isolator. Pada Gambar 2.6 terlihat bahwa jarak rambat
Ls merupakan panjang dari titik A ke titik B. Jarak rambat pada isolator piring
berkisaran antara 295 sampai 600 mm. Jarak rambat isolator yang akan
digunakan tergantung pada jarak rambat spesifik dan tegangan nominal sistem
di mana isolator akan dipasang.
Gambar 2.6 Jarak Rambat Ls pada Isolator Piring[3]
BAB 3
LEWAT DENYAR
Lewat denyar pada isolator hantaran udara merupakan peristiwa
pelepasan muatan melalui permukaan isolator dari konduktor bertegangan
yang dipikul isolator ke lengan menara. Peristiwa ini menyebabkan kegagalan
isolator mengisolasi konduktor transmisi dengan lengan menara. Lewat
denyar 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.
Dalam bab ini akan dijelaskan tentang mekanisme lewat denyar pada
kondisi isolator bersih, mekanisme lewat denyar pada saat isolator terpolusi,
dan faktor-faktor yang menpengaruhi lewat denyar.
3.1 MEKANISME LEWAT DENYAR PADA KONSIDI 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
Berubahnya sifat isolatif menjadi konduktif karena terjadinya ionisasi dan
emisi. Berikut ini akan dijelaskan tentang ionisasi dan emisi:
3.1.1 Ionisasi
Ionisasi adalah peristiwa terlepasnya elektron dari ikatan atom netral
sehingga menghasilkan elektron bebas dan ion positif. Proses ionisasi dapat
dilihat pada Gambar 3.1.
+
a. Suatu Elektron Bebas b. Elektron Terikat Keluar dari Membentur Elektron Terikat Lintasannya Menjadi Elektron
Bebas
Gambar 3.1 Proses Ionisasi
Ada beberapa proses ionisasi yang dapat terjadi, yaitu :
a. Ionisasi thermis,
b. Ionisasi radiasi sinar kosmis,
c. Ionisasi radiasi foton (fotoionisasi),
d. Ionisasi benturan.
a. Ionisasi Thermis
Ketika gas dipanaskan hingga mencapai temperatur tinggi,
molekul-molekul gas akan mendapatkan energi kinetik yang besar sehingga molekul-molekul
benturan antar molekul. Bila energi kinetik pada molekul tersebut cukup
besar, maka dapat membuat terlepasnya elektron dari ikatan atomnya.
Elektron yang terlepas dan molekul lain yang memiliki energi kinetik cukup
besar akan saling berbenturan dan melepaskan lebih banyak elektron bebas.
b. Ionisasi Radiasi Sinar Kosmis
Sinar kosmik adalah radiasi dari partikel bermuatan berenergi tinggi
yang berasal dari luar atmosfer bumi. Sinar kosmik dapat berupa elektron,
proton dan bahkan inti atom seperti besi atau yang lebih berat lagi.
Partikel-partikel ini secara terus menerus membombardir bumi. Karena memiliki
energi yang besar, benturan partikel ini dengan molekul netral dapat
menyebabkan terlepasnya elektron dari molekul netralnya.
c. Fotoionisasi (Photoionization)
Ionisasi ini akibat radiasi atau foton mempengaruhi interaksi radiasi
dalam partikel. Fotoionisasi terjadi bila energi radiasi yang diserap oleh
molekul melebihi energi ionisasinya dan dapat dituliskan sebagai berikut:
A
+
h
v
A
++
e
Di mana :
A : Atom atau mokelul netral dalam gas
hv : Energi foton
e : Elektron yang terlepas
d. Ionisasi Benturan
Elektron bebas yang tidak berada dalam medan listrik tinggi, akan
diikat oleh suatu molekul netral dan membentuk ion negatif. Bila elektron
bebas berada di antara dua plat sejajar yang diberi tegangan searah sehingga
-Molekul Netral Elektron Bebas
E
Anoda (+) (-) Katoda
Gambar 3.2 Ionisasi Benturan
Saat elektron bebas bergerak menuju anoda, elektron akan menabrak
molekul netral. Bila energi kinetik elektron pembentur lebih besar dari energi
ikat elektron molekul, maka elektron terikat pada molekul netral akan keluar
dari lintasannya menjadi elektron bebas baru dan menyisakan ion positif,
seperti yang telah diperlihatkan pada Gambar 3.1.
3.1.2 Emisi
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 antara
elektron dengan ion dalam kisi logam. Supaya elektron ini dapat keluar dari
permukaan logam, diperlukan sejumlah energi luar. Besarnya energi ini
didefinisikan sebagai fungsi kerja (work function) dengan satuan elektron volt
(eV) yang berbeda untuk setiap jenis logam. Ada beberapa proses emisi yang
menyebabkan terjadinya banjiran elektron yaitu
a. Emisi thermis
b. Emisi benturan ion positif
a. Emisi Thermis
Emisi ini terjadi karena logam dipanaskan. Energi panas yang diterima
oleh logam menyebabkan elektron bebas di dalam logam memiliki energi
kinetik lebih besar. Bila energi kinetik elektron lebih besar dari gaya
elektrostatik logam, maka elektron tersebut keluar dari permukaannya dan
menjadi elektron bebas pada udara di sekitar permukaan logam tersebut.
b. Emisi Benturan Ion Positif
Suatu ion positif yang berada dalam medan listrik akan bergerak
menuju katoda. Ion positif ini memiliki energi kinetik saat membentur
permukaan katoda. Bila energi kinetik ion positif lebih 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.
c. Emisi Medan Tinggi
Bila dua plat sejajar diberi sumber tegangan, akan timbul medan listrik
yang homogen di antara kedua plat tersebut, seperti yang terlihat pada
Gambar 3.2. Tetapi karena permukaan logam yang tidak selalu rata, medan
listrik pada bagian yang runcing (E2) akan lebih tinggi dibandingkan dengan
medan listrik pada permukaan yang lebih rata (E1), seperti yang terlihat pada
Gambar 3.3. Elektron pada permukaan logam akan mengalami gaya tarik
yang diakibatkan oleh medan listrik yang lebih tinggi ini. Bila gaya tarik ini
lebih besar daripada gaya elektrostatik logam, maka elektron akan keluar dari
E1
Anoda (+) E2 (-) Katoda
Gambar 3.3 Emisi Medan[1]
3.1.3 Mekanisme Terjadinya Tembus Listrik Udara
Ada 2 teori mekanisme tembus listrik pada udara, yaitu mekanisme
Townsend dan mekanisme Streamer. Mekanisme Townsend hanya berlaku
pada medan listrik seragam/homogen, sedangkan mekanisme Streamer
berlaku pada medan listrik homogen maupun tidak homogen. Pada isolator
hantaran udara, medan listrik yang menerpa udara di sekitar permukaan
isolator tidak homogen, maka mekanisme tembus listrik yang akan dibahas
hanya mekanisme Streamer.
Udara yang berada di antara dua plat sejajar yang diberi tegangan,
akan mengalami terpaan medan listrik sebesar E0 yang homogen, seperti yang
terlihat pada Gambar 3.2. Elektron bebas di udara yang dihasilkan dari proses
ionisasi radiasi sinar kosmis atau fotoionisasi akan mengalami gaya yang
arahnya menuju anoda. Dalam perjalanannya, elektron ini akan menyebabkan
proses ionisasi benturan sehingga terbentuk suatu muatan ruang. Karena
adanya muatan ruang pada celah, maka medan listrik pada celah kedua plat
berbeda pada setiap bagian pada celah, seperti yang dapat dilihat pada
Gambar 3.4 Medan pada Celah Karena Adanya Muatan Ruang[3]
Ada 2 jenis mekanisme Streamer, yaitu
a. Streamer positif.
b. Streamer negatif.
a. Streamer Positif
Karena massa elektron yang lebih ringan daripada ion positif, maka
pergerakan elektron lebih cepat daripada ion positif. Saat elektron bebas sudah
mencapai anoda dan masuk ke dalam anoda, ion positif dapat dianggap masih
dalam posisi semulanya. Ion positif yang tertinggal ini membentuk muatan
ruang seperti kerucut dengan muatan yang terkonsentrasi pada bagian depan
kerucut (kawasan P dan Q) dekat anoda sehingga medan listrik di sekitarnya lebih besar dibandingkan dengan bagian runcing kerucut, seperti yang dapat
+
Gambar 3.5 Ion Positif Masih Berada pada Posisinya Saat Elektron
Telah Masuk ke Dalam Anoda
Kemudian elektron bebas baru terbentuk dari proses fotoionisasi dan
bergerak ke daerah P dan Q. Selama perjalanan, elektron ini akan membentur molekul netral dan membentuk suatu banjiran muatan sekunder, seperti yang
dapat dilihat pada Gambar 3.6.
+
Gambar 3.6 Terbentuk Banjiran Muatan Sekunder dari Elektron Bebas
Baru
Banjiran elektron pada banjiran muatan ini akan bergerak menuju
bagian depan kerucut dan membentuk plasma. Plasma adalah gas terionisasi,
yaitu gas yang memiliki banyak elektron bebas dan ion positif. Karena plasma
memiliki elektron bebas dan ion positif, medan listrik pada plasma lebih
rendah daripada medan listrik E0. Bagian depan kerucut memendek karena terbentuknya plasma tersebut, tetapi medan listrik di sekitarnya masih tinggi.
depan kerucut dan banjiran elektronnya bergerak menuju bagian depan
kerucut lagi dan membentuk plasma sehingga plasma memanjang, seperti
yang dapat dilihat pada Gambar 3.7.
+
Gambar 3.7 Ion Positif dan Elektron Membentuk Plasma dan Banjiran
Muatan Sekunder Lain Terbentuk
Proses ini akan terus berlangsung sampai plasma mencapai katoda.
Saat plasma ini menghubungkan anoda dan katoda, peristiwa lewat denyar
terjadi. Mekanisme ini disebut mekanisme Streamer positif karena plasma
memanjang dari anoda ke katoda.
b. Streamer Negatif
Pada mekanisme Streamer negatif ini, plasma berawal dari katoda dan
memanjang sampai anoda. Saat elektron bebas awal berada dekat dengan
katoda dan banjiran muatan terjadi dekat dengan katoda. Banjiran elektron ini
Anoda (+) (-) Katoda
Gambar 3.8 Medan Listrik pada Daerah R Berubah Karena Muatan pada Celah
Kemudian elektron bebas dari proses fotoionisasi yang berada pada
daerah tersebut akan bergerak lebih cepat dan membentuk suatu banjiran
muatan sekunder (Gambar 3.9).
Anoda (+) (-) Katoda
Gambar 3.9 Terbentuknya Banjiran Muatan Sekunder pada Daerah R
Banjiran ion positif sekunder akan bergerak menuju banjiran elektron
awal dan membentuk plasma (Gambar 3.10). Proses ini akan berlangsung
terus sampai plasma mencapai anoda.
Anoda (+) (-) Katoda
3.2MEKANISME LEWAT DENYAR PADA ISOLATOR TERPOLUSI
Permukaan isolator hantaran udara yang terpasang 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 dan arus mengalir melalui busur api
pada lapisan kering akan mengeringkan larutan elektrolit selanjutnya dan
memperpanjang lapisan kering. Proses ionisasi akan terjadi lagi dan
menyebabkan perpanjangan busur api dan proses di atas terjadi terus sampai
lapisan kering menjembatani anoda dan katoda dari isolator dan peristiwa
lewat denyar terjadi. Rangkaian ekivalen dari lapisan kering dan elektrolit
pada permukaan isolator dapat dilihat pada Gambar 3.11 berikut:
Gambar 3.11 Rangkaian Ekivalen dari Lapisan Kering dan Elektrolit pada
Permukaan Isolator[6] Elektrolit Busur Api
3.3 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LEWAT DENYAR
Karena peristiwa lewat denyar disebabkan karena tembusnya udara di
sekitar permukaan isolator, jadi faktor-faktor yang mempengaruhi lewat
denyar adalah kondisi udara di sekitar permukaan isolator tersebut, yaitu:
a. Temperatur udara. Temperatur yang tinggi akan meningkatkan
jumlah proses ionisasi thermis dan emisi thermis.
b. Tekanan udara. Bila tekanan udara besar, jumlah molekul di dalam
udara semakin banyak yang berarti proses ionisasi dapat terjadi
lebih banyak. Tetapi bila tekanan terlalu tinggi, gerakan muatan
dari proses ionisasi akan terhambat sehingga proses ionisasi
berikutnya akan berkurang. Bila tekanan udara terlalu rendah,
jumlah molekul yang sedikit akan menyebabkan proses ionisasi
sangat sedikit. Persamaan faktor koreksi (δ) untuk tegangan pada suhu t °C dan tekanan p mmHg dapat dilihat pada Persamaan 3.1[1]
dan persamaan tegangan lewat denyar pada suhu 20 °C dan
tekanan 760 mmHg dapat dilihat pada Persamaan 3.2[1].
(3.1)
Di mana:
δ = faktor koreksi suhu dan tekanan udara
p = tekanan udara (mmHg)
t = suhu udara (°C)
(3.2)
Di mana:
v’ = tegangan lewat denyar pada suhu 20 °C dan tekanan 760 mmHg (kV)
v = tegangan lewat denyar pada suhu t °C dan tekanan p
c. 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 (N2) 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
merupakan kuat 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 daripada
polutan yang basah, arus bocor saat permukaan isolator bersih lebih rendah
daripada arus bocor saat permukaan isolator dilapisi polutan. Saat permukaan
isolator dilapisi polutan, kelembaban yang tinggi menyebabkan polutan di
permukaan isolator basah. Kemudian peristiwa lewat denyar seperti yang
telah dijelaskan pada Subbab 3.2 dapat terjadi dan pada saat yang bersamaan
kelembaban juga membuat kekuatan dielektrik udara turun sehingga tegangan
BAB 4
EKSPERIMEN
Tujuan dari eksperimen ini adalah untuk mencari hubungan tegangan
lewat denyar AC isolator dengan kelembaban udara baik dalam kondisi
isolator bersih maupun terpolusi ringan, sedang, dan berat.
Dalam bab ini akan dijelaskan tentang peralatan yang digunakan,
prosedur-prosedur dalam eksperimen, hasil eksperimen, dan analisis data.
4.1 PERALATAN YANG DIGUNAKAN
Peralatan-peralatan yang digunakan dalam eksperimen ini adalah
sebagai berikut:
1 unit trafo uji
Spesifikasi: 200/100.000 Volt; 50 Hz; 10 kVA.
1 unit autotrafo
Spesifikasi: 220/0-200 Volt; 10 kVA. 1 unit isolator piring standar clevis & tongue
Spesifikasi: berukuran 254 x 146 mm; jarak rambat 31 cm;
luas permukaan 1500 cm2.
1 unit tahanan peredam
Spesifikasi: 10 MΩ; 60 MW.
Kabel penggantung isolator
Spesifikasi: merek Excel DT9205A; 0,2-750 VAC; 0,2-1000 VDC;
0,02-20 AAC; 0,002-20 ADC.
2 unit barometer/humiditymeter/thermometer digital
Spesifikasi: merek Lutron PHB 318; range tekanan 7,5-825,0 mmHg;
range kelembaban 10-110 %RH; range suhu 0-50 °C.
1 unit ruang kabut (fog chamber) berupa kotak kaca Spesifikasi: berukuran 60 x 60 x 80 cm.
1 unit ketel listrik dengan keran dan pipa penghubung 1,5 m
Spesifikasi ketel: 220 V; 450 W; 50 Hz.
1 unit wadah berupa ember 10 liter. 1 unit termometer air raksa.
Spesifikasi: -10 sampai 110 °C.
3 buah kain kasa berukuran 16 x 16 cm. 1 unit gelas ukur 400 ml.
1 unit neraca ukur
Spesifikasi: merek Ohaus; berat maksimum 310 gram. 21 liter air ledeng.
1150 gram garam laut. 120 gram kaolin.
Ruang pengeringan berupa ruang tertutup yang dindingnya terbuat dari
bahan plastik transparan.
1 buah baterai 9 volt.
1 unit alat pengukur konduktivitas berupa tabung silinder 28 cm
berdiameter 2,5 cm dan luas penampangnya 5,704 cm2 dengan tutup
4.2 PROSEDUR-PROSEDUR DALAM EKSPERIMEN
Ada empat tahap pengujian yang dilakukan, yaitu:
1. Pengujian tegangan lewat denyar isolator bersih.
2. Pengujian tegangan lewat denyar isolator terpolusi ringan.
3. Pengujian tegangan lewat denyar isolator terpolusi sedang.
4. Pengujian tegangan lewat denyar isolator terpolusi berat.
4.2.1 Pengujian tegangan lewat denyar isolator bersih
Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Isolator dicuci dengan air hingga bersih.
2. Isolator dikeringkan secara alami di dalam ruang pengeringan sekitar 24
jam.
3. Isolator dimasukkan ke dalam ruang kabut seperti pada Gambar 4.1 yang
diambil di dalam laboratorium Teknik Tegangan Tinggi departemen
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, USU.
4. Dibuat rangkaian pengujian seperti pada Gambar 4.2.
Rp = Tahanan Peredam; Vin = Tegangan masukan.
Gambar 4.2 Rangkaian Percobaan
5. Ketel listrik diisi dengan air dan dinyalakan sampai air dalam ketel
mendidih.
6. Keran uap dibuka sehingga uap air dari ketel masuk ke dalam kamar uji
hingga kelembaban udara dalam kamar uji mencapai nilai sekitar (75 ±
2,5) %RH.
7. Suhu, tekanan, dan kelembaban udara diukur.
8. Saklar utama S1 ditutup dan AT diatur hingga tegangan keluarannya nol.
9. Kemudian saklar sekunder S2 ditutup.
10.Tegangan keluaran AT dinaikkan secara bertahap sampai terjadi lewat
denyar pada isolator.
11.Pada saat yang bersamaan, tegangan V dicatat dan saklar S1 dan S2
dibuka.
12.Suhu, tekanan, dan kelembaban udara diukur kembali. Jika kelembaban
masih tetap, diulang langkah 8-11. Jika kelembaban berubah, misalnya di
atas rentang yang diinginkan maka ditunggu sampai kelembaban turun
sampai sama seperti yang semula. Kemudian diulang langkah 8-11. Jika
sampai kelembaban sama seperti semula. Kemudian keran ditutup dan
diulang langkah 8-11.
13.Diulang langkah 12 sampai 3 kali hingga diperoleh lima data tegangan
lewat denyar pada kondisi kelembaban (75 ± 2,5) %RH.
14.Dibuka keran uap sampai kelembaban naik mencapai (80 ± 2,5) %RH.
Kemudian langkah 7-13 diulang hingga diperoleh 5 data tengangan lewat
denyar pada kondisi kelembaban (80 ± 2,5) %RH.
15.Langkah 14 dilakukan untuk kondisi kelembaban udara (85 ± 2,5), (90 ±
2,5), (95 ± 2,5), (100 ± 2,5) %RH.
16.Isolator dikeluarkan dari ruang kabut.
4.2.2 Pengujian tegangan lewat denyar isolator terpolusi ringan
Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai literatur yang telah ada, yaitu
dengan cara mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin, dan 50 gr garam laut.
2. Isolator dicelupkan ke dalam larutan pengotor, seperti yang dapat dilihat
pada Gambar 4.3 yang diambil di dalam laboratorium Teknik Tegangan
Tinggi departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, USU.
3. Diulang langkah 2-15 pada Subbab 4.2.1 di atas sehingga diperoleh lima
data tegangan lewat denyar untuk masing-masing kelembaban udara (75 ±
2,5), (80 ± 2,5), (85 ± 2,5), (90 ± 2,5), (95 ± 2,5), (100 ± 2,5) %RH pada
kondisi terpolusi ringan.
4. Ke dalam suatu ember dimasukkan air 1 liter, dan 1 buah kain kasa untuk
membersihkan polutan dari isolator.
5. Diukur suhu air (θ). Kemudian air dan kain kasa dimasukkan ke dalam tabung pengukur konduktivitas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4
yang diambil di dalam laboratorium Teknik Tegangan Tinggi departemen
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, USU.
Gambar 4.4 Tabung Pengukur Konduktivitas
6. Dibuat rangkaian pengukuran arus (i) pada tabung seperti pada Gambar
4.5.
mA
V
Baterai 9v
Gambar 4.5 Rangkaian Pengukuran Arus pada Tabung
7. Air dalam tabung dikembalikan ke dalam ember. Kemudian diulang
langkah 5-6 sehingga diperoleh 2 nilai arus dan tegangan.
8. Nilai arus dan tegangan dirata-ratakan kemudian dihitung
konduktivitasnya dengan Persamaan 4.1 berikut:
(4.1)
di mana:
σ = konduktivitas larutan (S/m)
i = arus listrik rata-rata (ampere)
v = tegangan baterai rata-rata (volt)
l = panjang tabung (0,28 m)
A = luas penampang tabung (4,9087 x 10-4 m2)
9. Air dikembalikan lagi ke dalam ember. Kemudian air dibagi dua: 800 ml
dalam ember untuk pencucian isolator; dan 200 ml air dalam gelas ukur
untuk membilas isolator.
10.Isolator dikeluarkan dari ruang kabut dan dimasukkan ke dalam ember.
11.Semua permukaan isolator dilap dengan kain kasa sampai bersih
kemudian dibilas dengan air 200 ml yang disisakan dalam gelas ukur.
12.Terhadap larutan terpolusi tersebut diulangi langkah 5-8 di atas sehingga
diperoleh konduktivitas larutan (σ2) yang mengandung polutan.
13.Konduktivitas air ledeng dan konduktivitas air polutan pada suhu 20 °C
dihitung dengan Persamaan 4.2[1] berikut:
σ20 = σθ [ 1 - b(θ-20) ] (4.2)
di mana:
θ = suhu larutan (°C)
σθ = konduktivitas larutan saat suhu θ °C (S/m)
σ20 = konduktivitas larutan saat suhu 20 °C (S/m)
Tabel 4.1 faktor koreksi suhu[8]
θ °C b
5 0,03156
10 0,02817
20 0,02277
30 0,01905
Catatan : Untuk suhu yang lain, nilai b
diperoleh melalui interpolasi
.
14.Dihitung salinitas air ledeng (D1) dan air polutan (D2) dengan Persamaan
4.3[1] berikut:
(4.3)
di mana:
D = salinitas larutan (mg/cm3)
σ20 = konduktivitas larutan saat suhu 20 °C (S/m)
15.Dihitung ESDD dalam satuan mg/cm2 dengan Persamaan 4.4[1]. Hasil
perhitungan diberikan pada Lampiran B.
(4.4)
di mana:
D1 = salinitas air ledeng (mg/cm3)
D2 = salinitas air polutan (mg/cm3)
Vol = volume air (ml)
16.Jika ESDD di luar batas bobot polusi ringan, misalnya termasuk dalam
tingkat bobot sedang, maka data di atas dapat dipergunakan untuk bobot
polusi isolator sedang dan eksperimen diulang kembali dengan
mengurangi takaran garam semula.
4.2.3 Pengujian tegangan lewat denyar isolator terpolusi sedang
Jika pada pengujian sebelumnya telah diperoleh data untuk bobot
polusi sedang, maka pengujian ini tidak dilakukan lagi. Jika data belum
ada, maka prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai literatur yang telah ada, yaitu
dengan cara mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin, dan 300 gr garam
laut.
2. Diulang langkah 2-15 pada Subbab 4.2.2 di atas sehingga diperoleh lima
data tegangan lewat denyar untuk masing-masing kelembaban udara (75 ±
2,5), (80 ± 2,5), (85 ± 2,5), (90 ± 2,5), (95 ± 2,5), (100 ± 2,5) %RH pada
kondisi terpolusi sedang.
3. Jika ESDD di luar batas bobot polusi sedang, misalnya termasuk dalam
tingkat bobot ringan, maka eksperimen diulang kembali dengan
menambah takaran garam semula. Jika termasuk dalam tingkat bobot
berat, maka data di atas dapat dipergunakan untuk bobot polusi isolator
berat dan eksperimen diulang kembali dengan mengurangi takaran garam
semula.
4.2.4 Pengujian tegangan lewat denyar isolator terpolusi berat
Jika pada pengujian sebelumnya telah diperoleh data untuk bobot
polusi berat, maka pengujian ini tidak dilakukan lagi. Jika data belum ada,
1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai literatur yang telah ada, yaitu
dengan cara mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin, dan 800 gr garam
laut.
2. Diulang langkah 2-15 pada Subbab 4.2.2 di atas sehingga diperoleh lima
data tegangan lewat denyar untuk masing-masing kelembaban udara (75 ±
2,5), (80 ± 2,5), (85 ± 2,5), (90 ± 2,5), (95 ± 2,5), (100 ± 2,5) %RH pada
kondisi terpolusi berat.
3. Jika ESDD di luar batas bobot polusi berat, misalnya termasuk dalam
tingkat bobot sedang, maka eksperimen diulang kembali dengan
menambah takaran garam semula Jika termasuk dalam tingkat bobot
sangat berat, maka data di atas dapat dipergunakan untuk bobot polusi
isolator sangat berat dan eksperimen diulang kembali dengan mengurangi
takaran garam semula.
4.3HASIL EKSPERIMEN
Hasil eksperimen tegangan lewat denyar diberikan pada Lampiran A.
Hasil eksperimen ini terdiri dari:
Tegangan lewat denyar pada kondisi isolator bersih
Tegangan lewat denyar pada kondisi isolator terpolusi ringan Tegangan lewat denyar pada kondisi isolator terpolusi sedang Tegangan lewat denyar pada kondisi isolator terpolusi berat
4.4 ANALISIS DATA
Tegangan lewat denyar yang diperoleh masih dalam suhu dan tekanan
udara sembarang. Oleh karena itu, perlu diolah untuk memperoleh tegangan
lewat denyar pada suhu 20 °C dan tekanan 760 mmHg yang dihitung dengan
menggunakan Persamaan 3.2. Nilai tegangan lewat denyar tersebut
C, dapat dibuat tabel yang menyatakan hubungan antara kelembaban dengan
tegangan lewat denyar seperti yang diberikan pada Tabel 4.2, 4.3, 4.4 dan 4.5.
Tabel 4.2 Hubungan Antara Kelembaban dengan Tegangan Lewat Denyar
pada Suhu 20 °C dan Tekanan 760 mmHg pada Kondisi Bersih
%RHrata-rata V’ rata-rata
74,04 99,43
79,64 98,09
84,8 97,54
90,88 89,86
94,74 86,81
98,36 79,69
Tabel 4.3 Hubungan Antara Kelembaban dengan Tegangan Lewat Denyar
pada Suhu 20 °C dan Tekanan 760 mmHg pada Kondisi Terpolusi Ringan
%RHrata-rata V’ rata-rata
75,06 88,50
80,78 79,22
85,28 77,76
88,8 77,25
95,5 69,36
Tabel 4.4 Hubungan Antara Kelembaban dengan Tegangan Lewat Denyar
pada Suhu 20 °C dan Tekanan 760 mmHg pada Kondisi Terpolusi Sedang
%RHrata-rata V’ rata-rata
75,06 95,11
78,82 89,00
86,12 71,15
91,04 58,94
95,34 54,71
98,46 50,11
Tabel 4.5 Hubungan Antara Kelembaban dengan Tegangan Lewat Denyar
pada Suhu 20 °C dan Tekanan 760 mmHg pada Kondisi Terpolusi Berat
%RHrata-rata V’ rata-rata
75,42 89,92
80,52 85,33
85,5 72,41
90,58 58,37
95,82 48,76
Dari keempat tabel di atas dapat dibuat grafik hubungan kelembaban
udara vs tegangan lewat denyar pada suhu 20 °C dan tekanan 760 mmHg pada
keempat kondisi isolator seperti yang dapat dilihat pada Gambar 4.6 berikut:
Gambar 4.6 Grafik Kelembaban Udara vs Tegangan Lewat Denyar pada Suhu
20 °C dan Tekanan 760 mmHg pada Keempat Kondisi Isolator
Dari grafik di atas terlihat bahwa:
Pada kondisi bersih penurunan tegangan lewat denyar pada
saat kelembaban sekitar 75 sampai 85 %RH tidak signifikan,
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00
70 75 80 85 90 95 100
Tegangan Lewat Denyar 20 ºC; 760 mmHg (kV)
Kelembaban Udara (%RH)
Bersih
Terpolusi Ringan
Terpolusi Sedang
sedangkan penurunan tegangan lewat denyar cukup signifikan
saat kelembaban udara di atas 85 %RH.
Pada kondisi terpolusi ringan penurunan tegangan lewat denyar
cukup besar dari kelembaban sekitar 75 sampai 80 %RH dan di
atas 90 %RH, sedangkan dari kelembaban sekitar 80 sampai
90%RH penurunan tegangan lewat denyar tidak cukup
signifikan.
Pada kondisi terpolusi sedang penurunan tegangan lewat
denyar hampir linier dan cukup curam dari kelembaban sekitar
75 sampai 90 %RH, sedangkan pada kelembaban di atas 90
%RH kecuramannya menurun.
Pada kondisi terpolusi berat penurunan tegangan lewat denyar
dari 75 sampai 80 %RH tidak terlalu besar, sedangkan dari
kelembaban di atas 80 %RH sangat besar.
Tegangan lewat denyar pada kondisi bersih lebih tinggi
daripada kondisi terpolusi.
Pada kelembaban sekitar 75 sampai 83 %RH tegangan lewat
denyar paling rendah adalah kondisi terpolusi ringan dan pada
kelembaban di atas 83 %RH tegangan lewat denyar paling
rendah adalah kondisi isolator terpolusi berat.
Pada kelembaban sekitar 80 sampai 90 %RH tegangan lewat
denyar pada kondisi terpolusi sedang hampir sama dengan
kondisi terpolusi berat.
Penurunan tegangan lewat denyar pada kondisi terpolusi dari tegangan
Tabel 4.6 Persen Penurunan Tegangan Lewat Denyar Isolator Terpolusi dari
Tegangan Lewat Denyar Isolator Bersih
Range (%RH) Terpolusi ringan (%)
Terpolusi sedang (%)
Terpolusi berat (%)
75 ± 2,5 11,00 4,35 9,56
80 ± 2,5 19,24 9,27 13,01
85 ± 2,5 20,27 27,05 25,76
90 ± 2,5 14,04 34,40 35,04
95 ± 2,5 20,10 36,98 43,83
100 ± 2,5 33,64 37,13 52,99
Dari tabel di atas terlihat bahwa penurunan tegangan lewat denyar
isolator terpolusi terhadap tegangan lewat denyar isolator bersih tertinggi
adalah pada kelembaban udara sekitar 100 %RH, di mana untuk kondisi
isolator terpolusi ringan adalah 33,64 %, untuk kondisi isolator terpolusi
sedang adalah 37,13 %, dan untuk kondisi isolator terpolusi berat adalah
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
1. Semakin tinggi kelembaban udara maka semakin rendah tegangan
lewat denyar isolator baik pada kondisi isolator bersih maupun
terpolusi.
2. Dari kelembaban sekitar 75-83 %RH tegangan lewat denyar paling
rendah adalah pada kondisi isolator terpolusi ringan, sedangkan
kelembaban di atas 83 %RH tegangan lewat denyar paling rendah
adalah pada kondisi isolator terpolusi berat.
3. Pada kelembaban tertinggi yaitu sekitar 98 %RH tegangan lewat
denyar pada kondisi isolator bersih adalah 79,69 kV; pada kondisi
isolator terpolusi ringan adalah 52,88 kV, turun 33,64 % dari
kondisi isolator bersih; pada kondisi terpolusi sedang adalah 50,11
kV, turun 37,13 % dari kondisi isolator bersih; dan pada kondisi
isolator terpolusi berat adalah 37,46 kV, turun 52,99 % dari kondisi
isolator bersih.
5.2 SARAN
1. Eksperimen ini dapat diteliti kembali dengan menggunakan isolator
yang berbeda.
2. Dalam eksperimen ini, isolator piring yang digunakan hanya 1
buah. Diharapkan untuk penelitian selanjutnya dapat menggunakan
beberapa isolator piring yang digandengkan sesuai dengan yang
DAFTAR PUSTAKA
1. Tobing, Bonggas L., “Peralatan Tegangan Tinggi”, Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama, 2003.
2. Tobing, Bonggas L., “Dasar-dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi”,
edisi kedua, Jakarta: Penerbit Erlangga, 2012.
3. Kuffel, E., dkk, “High Voltage Engineering: Fundamentals”, edisi kedua, Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000.
4. Naidu, M. S. & V. Kamaraju, “High Voltage Engineering”, edisi kedua, McGraw-Hill, Inc., 1995.
5. Wadhwa, C. L., “High Voltage Engineering”, edisi kedua, New Delhi:
New Age International (P) Limited, Publishers, 2007.
6. Haddad, A. & D. Warne, “Advances in High Voltage Engineering”,
London: The Institute of Engineering and Technology, 2004.
7. Benner ,C. L., dkk,“Leakage Current Characteristics Caused by
Contaminated Distribution Insulators”, Texas A&M University.
8. SPLN 10-3B, “Tingkat Intensitas Polusi Sehubungan dengan Pedoman
Pemilihan Isolator”, Perusahaan Listrik Negara, 1993.
9. Holtzhausen, J. P., ”High Voltage Insulators”, IDC Technologies.
10. 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,
LAMPIRAN A
HASIL EKSPERIMEN
Tabel A.1 Hasil Eksperimen untuk Kondisi Isolator Bersih
Range %RH P (mmHg) T (°C) V (kV)
75 ± 2,5
74,1 746,6 30,8 95,1
74,5 749,6 30 91
74 746,8 30,8 94,7
73,9 746,6 30,8 95,8
73,7 746,4 30,8 95,6
80 ± 2,5
79,2 751,1 29,8 92
80,4 751 29,9 93,3
81,1 751,1 29,8 97,9
79 746,7 30,8 93,7
78,5 747,1 30,8 91
85 ± 2,5
82,8 751,1 29,8 88,4
84 751 29,8 92,3
85,6 746,6 27,6 94,4
85,7 746,6 27,4 94,7
Range %RH P (mmHg) T (°C) V (kV)
90 ± 2,5
90,2 750,8 27,3 88,7
90,6 750,5 27,2 82,3
91 751 27 87,4
91,2 750,9 27,1 88,9
91,4 751,1 27 86,6
95 ± 2,5
94,2 753,4 31,6 83,3
95,7 753,3 31,6 79,1
95,9 753,4 31,6 81,1
94 753,4 31,6 86,3
93,9 753,4 31,5 84,6
100 ± 2,5
99,1 753,3 31,7 71,7
98,8 753,3 31,7 78
98,3 753,3 31,6 75,2
97,9 753,3 31,7 76,5
Tabel A.2 Hasil Eksperimen untuk Kondisi Isolator Terpolusi Ringan
Range %RH P (mmHg) T (°C) V (kV)
75 ± 2,5
74,7 753,8 32 87
74,8 753,8 32 89,1
74,9 753,8 31,9 84,1
75 753,8 32 81,6
75,9 753,8 32,2 80,3
80 ± 2,5
79,6 753,8 32,3 81,2
80,3 753,7 32,3 76,5
81 753,6 32,4 64,5
81,4 753,8 32 78,3
81,6 753,7 32 77,1
85 ± 2,5
84,6 753,5 32,4 70,3
84,5 753,5 32,4 73,2
83,8 753,6 32,3 80,8
86,4 753,5 32,3 74,2
Range %RH P (mmHg) T (°C) V (kV)
90 ± 2,5
90,2 753,8 32,4 73,3
89,3 753,7 32,4 79,3
88,6 753,6 32,5 76,1
88 753,7 32,4 70,4
87,9 753,7 32,4 68,8
95 ± 2,5
95,6 753,7 32,6 67
96 753,7 32,3 66,8
96,1 753,8 32,7 54,8
95,1 753,7 32,6 67,2
94,7 753,8 32,6 74,4
100 ± 2,5
99 753,7 33 50,3
99,1 753,7 32,9 48,2
98,8 753,7 32,9 49,5
98,3 753,8 32,8 49,5
Tabel A.3 Hasil Eksperimen untuk Kondisi Isolator Terpolusi Sedang
Range %RH P (mmHg) T (°C) V (kV)
75 ± 2,5
74,5 753,1 31,3 90,1
74,6 753,3 31,3 91,7
74,7 753,4 31,3 91,4
75,5 753,3 31,3 91,8
76 753,1 31,2 89,4
80 ± 2,5
80,0 755 30,3 71,7
79,8 752,8 30,3 88
79,0 752,8 30,6 88,8
77,7 752,8 30,5 87,2
77,6 752,9 31 90,5
85 ± 2,5
85,2 752,7 30,6 64,0
85,3 752,6 30,6 63,5
86,3 752,6 30,8 69,3
86,8 752,7 30,8 69,8
Range %RH P (mmHg) T (°C) V (kV)
90 ± 2,5
90,5 752,6 31,1 56,6
90,7 752,6 31,2 58,9
90,9 752,6 31,2 59,4
91,4 752,6 31,4 52,6
91,7 752,6 31,4 53,9
95 ± 2,5
96 752,8 31,1 51,5
95,9 752,8 31,1 52,7
95,8 752,8 31,1 51,1
95,6 752,8 31,1 50,6
93,4 752,8 31,5 55,4
100 ± 2,5
99,1 753 31,2 45,2
99 753 31,2 48,1
98,9 753 31,2 47,0
97,7 753 31,1 49,1
Tabel A.4 Hasil Eksperimen untuk Kondisi Isolator Terpolusi Berat
Range %RH P (mmHg) T (°C) V (kV)
75 ± 2,5
74,7 755,6 31,3 83,2
74,8 755,6 31,2 91,7
75,4 755,5 31,5 87,9
75,9 755,3 31,9 86
76,3 755,3 31,9 81.7
80 ± 2,5
79,8 755,2 32 79,6
80,5 755,3 32 80,6
81,7 755,3 32 75,6
82 755,3 32 83
78,6 755,2 32 89
85 ± 2,5
84,3 755 32,4 73,1
85 755 32,4 65,8
85,7 755,1 32,4 67,9
86 755 32,4 68,4
Range %RH P (mmHg) T (°C) V (kV)
90 ± 2,5
90,9 754,7 32,6 55,4
91,2 754,8 32,6 56,5
91,6 754,7 32,4 47,7
89,8 755,2 32,4 62,8
89,4 755,1 32,4 56
95 ± 2,5
94,8 754,7 32,5 46,9
95,4 754,7 32,7 48,3
95,9 754,7 32,7 44,7
96,2 754,7 32,7 48
96,8 754,7 32,5 44,5
100 ± 2,5
98,6 754,7 33 33
98,9 754,7 33 37,9
99,1 754,7 33 32,2
98 754,7 33,1 38
LAMPIRAN B
HASIL PENGUKURAN ARUS DAN TEGANGAN UNTUK
PERHITUNGAN KONDUKTIVITAS LARUTAN
Tabel B.1 Hasil Pengukuran Arus dan Tegangan untuk Kondisi Isolator
Terpolusi Ringan
No
Air Bersih Air Polutan
Tegangan
(Volt) Arus (mA) θ (°C)
Tegangan
(Volt) Arus (mA) θ (°C)
1 9,19 0,21 28 9,18 0,793 28
2 9,19 0,218 28 9,17 0,818 28
Kondisi isolator terpolusi ringan
Perhitungan konduktivitas dan salinitas air bersih:
Vrata-rata = 9,215 v, Irata-rata = 0,200 mA
σ1 = (0,28 * 0,2 x 10-3)/(9,215 * 4,9087 x 10-4)
= 0,01238 S/m
b = 0,02277–[(27-20)/10*(0,02277-0,01905)] = 0,020166
σ1 (20 °C) = 0,01238 *[1 – 0,020166*(27-20)]
= 0,0106S/m
D1 = (5,7* 0,0106)1,03
Perhitungan konduktivitas dan salinitas air polutan:
Vrata-rata = 9,2 v, Irata-rata = 0,294 mA
σ2 = (0,28 * 0,294 x 10-3)/(9,2 * 4,9087 x 10-4)
= 0,01822 S/m
b = 0,020166
σ2 (20 °C) = 0,01822 *[1 – 0,020166*(27-20)]
= 0,01565S/m
D2 = (5,7* 0,01565)1,03
= 0,083 mg/cm3
Tingkat ESDD:
ESDD = 1000 * (0,083-0,055) /1500
= 0,01867 mg/cm2
Dari hasil perhitungan di atas, maka terbukti bahwa isolator terpolusi
![Gambar 3.3 Emisi Medan[1]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/273729.24275/31.612.219.433.87.179/gambar-emisi-medan.webp)
![Gambar 3.4 Medan pada Celah Karena Adanya Muatan Ruang[3]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/273729.24275/32.612.217.417.85.379/gambar-medan-pada-celah-karena-adanya-muatan-ruang.webp)
