1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kuat medan listrik dan kapasitas hantar arus adalah faktor terpenting dalam desain dan operasi kabel daya listrik sehingga pemilihan jenis tanah dan kedalaman penanaman kabel berpengaruh terhadap kuat medan listrik, kapasitas hantar arus, dan panas yang dihasilkan oleh kabel. Medan listrik timbul karena beda potensial antara dua titik. Kuat medan listrik yang berlebih akan menyebabkan umur bahan isolasi kabel menjadi berkurang. Kapasitas hantar arus (ampacity) pada kabel menentukan besarnya arus listrik yang diperbolehkan untuk mengalir sehingga suhu maksimal pada konduktor tidak melebihi batas suhu yang telah ditentukan.
Penentuan kuat medan listrik dan kapasitas hantar arus maksimal adalah faktor terpenting dalam desain dan operasi kabel daya listrik. Kuat medan listrik pada kabel akan timbul apabila material dielektrik diberi tegangan. Kuat medan listrik yang berlebih akan menyebabkan umur bahan isolasi kabel menjadi berkurang. Permasalahan kapasitas hantar arus pada kabel adalah menghitung besarnya arus listrik yang diperbolehkan untuk mengalir sehingga temperature maksimum konduktor kabel tersebut tidak melebihi batas yang telah ditentukan.
Kabel telah digunakan dalam jaringan transmisi dan distribusi sejak hari-hari awal dari industri tenaga listrik. Umumnya, panjang jarak transmisi listrik dilakukan melalui saluran udara. Namun, transmisi dan distribusi di daerah perkotaan yang berpenduduk padat sebagian besar menggunakan kabel bawah tanah. Meskipun secara signifikan lebih mahal daripada saluran udara, kabel lebih disukai di daerah perkotaan karena pertimbangan keselamatan, keandalan dan estetis. Sebagai hasil dari pembangunan di isolasi bahan dan teknik manufaktur, teknologi kabel tegangan tinggi telah meningkat secara signifikan selama bertahun-tahun. Dengan terus meningkatnya panjang keseluruhan kabel, pertanyaan mengenai kehandalan jaringan, kegagalan mode dan diagnostik kabel tersebut telah mengasumsikan makna yang lebih besar.
1.2 Batasan Masalah
Makalah ini membahas tentang berbagai aspek dari kabel listrik tegangan tinggi dengan penekanan pada kabel terisolasi polimer, yang hampir secara eksklusif digunakan dalam jaringan distribusi di banyak negara.
1.3 Tujuan
Makalah ini bertujuan untuk menjelaskan mengenai berbagai aspek dari kabel listrik tegangan tinggi dengan penekanan pada kabel terisolasi polimer, yang hampir secara eksklusif digunakan dalam jaringan distribusi di banyak negara.
2
BAB II
PEMBAHASAN
Dalam penyaluran tenaga listrik dengan saluran transmisi bawah tanah digunakan kabel tenaga listrik. Bagian utama dari suatu kabel adalah inti atau konduktor, bahan isolasi, bahan pengisi, bahan pengikat, bahan pelindung beban mekanik dan selubung pelindung luar, semua bahan tersebut harus membentuk suatu konstruksi yang membuat kabel fleksibel dan meskipun fleksibel tetap memiliki kekuatan mekanis yang memadai.
2.1 Material pada kabel
Tujuan utama isolasi pada kabel tenaga listrik adalah untuk melindungi kabel dari kegagalan mekanik, elektromekanik dan kimia. Bentuk isolasi kabel tenaga listrik adalah selubung dengan bahan metalik dan biasanya dilindungi lapisan non-konduktor.
2.1.1 Konduktor
Material yang biasanya digunakan sebagai bahan konduktor kabel tenaga listrik adalah alumunium dan tembaga. Konstruksi dari konduktor kabel tenaga listrik memegang peranan penting dalam petunjuk perhitungan rating kabel. Salah satu parameter penting dalam perhitungan rating kabel adalah diameter konduktor kabel tersebut. Pada umumnya semakin besar diameter konduktor kabel maka kapasitas hantar arus sebuah kabel semakin besar juga.
2.1.2 Isolasi
Suatu kabel tenaga listrik harus dilengkapi dengan bahan isolasi yang berfungsi untuk mencegah aliran listrik dari konduktor mengalir ke tanah. Isolasi listrik harus dapat menahan tekanan listrik yang disebabkan oleh tegangan bolak-balik dan tegangan transien tanpa mengalami kegagalan dielektrik yang dapat menyebabkan terjadinya hubung singkat. Banyak sekali material yang dapat digunakan sebagai bahan isolasi listrik. Pada kabel bawah tanah material isolasi listrik yang dapat digunakan adalah oil-impregnated paper tapes, isolasi padat seperti polyethylenes, ethylene-propylene rubber dan isolasi gas bertekanan seperti SF6. Tipe isolasi sangat mempengaruhi rating kabel tenaga listrik tersebut, dari sudutpandang panas yang dihasilkan, bahan isolasi yang baik harus mempunyai thermal resistivity yang kecil dan mempunyai rugi-rugi dielektrik yang rendah.
2.1.3 Sheath/Concentric Neutral Wires
Selubung metalik sebuah kabel biasanya terbuat dari bahan aluminium. Pada beberapa konstruksi kabel yang lain, isolasi dengan bahan tembaga bisa digunakan untuk sistem proteksi bahan isolasi. Selubung dengan bahan tembaga ini berfungsi untuk
3
membawa arus netral atau arus hubung singkat menuju ke tanah pada saat terjadi hubung singkat ke tanah pada suatu sistem.
2.1.4 Armor
Pelindung armor biasanya dibuat dari bahan kawat atau pita baja. Penggunaan baja untuk konstruksi sebuah kabel berinti tunggal akan mengakibatkan tingginya medan magnet histerisis dan rugi-rugi kabel yang dapat menurunkan rating kabel tersebut. Untuk mengurangi rugi-rugi magnetik, untuk jenis kabel ini, bahan nonmagnetic seperti alumunium atau tembaga paling banyak digunakan.
2.2 Jenis Kabel
Kabel dapat diklasifikasikan pada beberapa parameter, seperti
1. Peringkat tegangan kabel, misalnya. tegangan rendah, tegangan menengah, tegangan tinggi dan kabel EHV.
2. Jumlah core kabel, misalnya ... single core, dua core dan tiga inti. 3. Isolasi kabel. misalnya,, XLPE, PVC, EPR dan minyak-kertas kabel.
4. Minyak tingkat tekanan dalam kasus kabel diisi minyak, misalnya. mandiri (OF) dan pipa jenis (POF) kabel.
5. Ada atau tidak adanya perisai logam atas isolasi kabel.
Selanjutnya, dalam kasus multicore kabel, masing-masing inti dapat secara individual terlindung ada dengan membentuk kabel koaksial atau semua inti ketiga mungkin memiliki satu perisai umum seperti di kabel berikat. Biasanya, kabel bersabuk dibatasi untuk peringkat tegangan kurang dari 33kV. Secara umum, perisai harus dipertimbangkan untuk kabel tertutup bukan logam yang beroperasi pada tegangan rangkaian beberapa kV keatas.
4
Umumnya, kabel tegangan rendah dan menengah URD yang diresapi kertas atau polimer terisolasi, kabel tunggal atau multicore, dan koaksial atau kabel berikat. Untuk tiga-inti konstruksi, tiga tiga-inti (tanpa baju besi dan jaket eksternal) yang terkumpul dan tertutup dalam umum di bawah jaket armor, armor dan sebuah jaket luar, selain pengisi diperlukan.
2.3 Konstanta Kabel
Konstanta kabel yang paling penting termasuk resistensi, kapasitansi, induktansi, dan resistansi isolasi yang secara singkat dijelaskan selanjutnya.
2.3.1 Resistansi Konduktor
Resistansi DC pada konduktor tergantung pada resistivitas, panjangnya, luas penampang serta suhu. Pengaruh antar suhu dan resistansi, diberikan sebagai berikut:
5
Dimana R1 = resistansi konduktor pada suhu T1 in ºC, R2 = resistansi konduktor pada suhu T2 in ºC, and T0 = konstan bervariasi pada bahan konduktor yang sama dengan 234,5, 241 dan 228 untuk tembaga anil, hard-draw tembaga, dan hard-draw aluminium, masing-masing.
Resistansi AC lebih tinggi dari resistansi DC karena efek luar. Perbedaan antara dua nilai tergantung pada frekuensi dan konduktor luas penampang. Kadang-kadang, jika daerah konduktor tersegmentasi atau berlubang besar digunakan untuk mengurangi efek luar. Dalam diisi minyak kabel, konduktor berongga lebih disukai karena kandungan minyak untuk pendinginan yang lebih baik dan mempunyai karakteristik dielektrik.
6
2.3.2 Induktansi kabel
Untuk kabel koaksial memiliki konduktor yang kuat dan metal screen yang sangat baik, L induktansi total, diberikan sebagai:
L = 2 x 10-2 [ + in ( )] H/m
Untuk kabel berikat, istilah dalam persamaan diganti dengan istilah, di mana S adalah jarak antara dua inti. Untuk kabel listrik praktis, induktansi juga tergantung pada skrining dan armoring bahan serta kedekatan kabel ke konduktor lain dan benda-benda
7
besi, dan karena itu akurat adalah sulit. Namun, dapat secara akurat ditentukan dari pengukuran.
2.3.3 Resistansi Isolasi
Jika kabel memiliki massal isolasi resistivitas ρi (dalam Ωm), maka per meter nya isolasi tahan Ri, diberikan sebagai:
R1 = ρ
in (b/a)
Karena ρi biasanya sangat besar untuk dielektrik kabel. R1 adalah ratusan MΩm untuk kabel tegangan tinggi. Namun, setelah gagalnya isolasi parsial atau lengkap, R1 dapat turun secara substansial.
2.4 Treeing pada kabel
Treeing merupakan fenomena kerusakan listrik pra. Nama ini diberikan dalam setiap jenis kerusakan yang berlangsung melalui dielektrik stres sehingga terlihat menyerupai bentuk pohon. Tree disebabkan oleh debit pola yang menyebabkan kerusakan total isolasi, selama bertahun-tahun dalam minyak-diresapi pressboard dan minyak diresapi kertas kabel terisolasi. Treeing dapat terjadi pada dielektrik padat termasuk kaca dan porselen tetapi itu adalah masalah yang serius dalam polimer, karet dan resin EPOX, dll Namun, karena karet dan resin sering berpigmen atau mineral diisi, keberadaan tree-like saluran mungkin tidak diketahui dalam materi tersebut.
Mungkin treeing tidak seperti penurunan tegangan listrik isolasi tetapi dekstruksi organic dielektrik, adlah mekanisme yang paling mungkin pada kegagalan dielektrik yang merupakan hasil peuaan yang panjang. Stres listrik dan konsentrasi tegangan selalu
8
diperlukan untuk inisiasi dan pertumbuhan tree. Treeing dapat berkembang dengan cepat di bawah tekanan listrik yang tinggi dalam dielektrik kering luahan parsial periodik lebih lambat di hadapan kelembaban pada tegangan listrik yang lebih rendah tanpa terdeteksi PD. Treeing dapat terjadi di bawah DC, AC dan tegangan impuls.
Kondisi treeing dapat dipertimbangkan dalam dua klasifikasi luas: pohon listrik dan pohon air. Semua pohon dimulai di situs dari tegangan listrik tinggi dan berbeda dan laju
pertumbuhan mereka dapat diperburuk oleh adanya kelembaban, bahan kimia, kontaminan dan cacat lainnya dalam dielektrik seperti yang dibahas berikutnya.
2.4.1 Tree listrik
Pohon listrik memulai dan menyebarkan akibat medan listrik tinggi dan divergen pada kontaminan logam atau semikonduktor dan / atau void dll. oleh pelepasan parsial yang terjadi dalam dielektrik kering. Pohon tersebut terdiri dari saluran berongga yang dihasilkan dari dekomposisi bahan dielektrik oleh PD. Pohon itu muncul dengan jelas di PE dan lainnya dielektrik padat tembus ketika diperiksa dengan mikroskop optik dan cahaya ditransmisikan. Saluran listrik pohon secara permanen terlihat dan ada berbagai macam tampilan visual terkukus dan cabang-cabang pohon tersebut serta keadaan di mana inisiasi dan pertumbuhan pohon tersebut terjadi. Gambar 9.9 menunjukkan penampilan khas dari beberapa pohon listrik. Banyak nama-nama seperti dendrit, jenis cabang, jenis semak, paku, string, kupu-dasi dan pohon vented telah digunakan dalam literatur untuk menggambarkan pohon tersebut. Pohon yang mulai tumbuh dari dalam isolasi dan kemajuan simetris keluar dari elektroda disebut kupu-kupu pohon karena pearance mereka.
Gambar 9.9 pola khas dari jenis listrik di PE: (a) seperti semak dan (b) garis pola pohon
Di sisi lain, pohon-pohon yang memulai pada elektroda (atau layar semikonduktif) antarmuka isolasi dan kemajuan menuju elektroda yang berlawanan disebut pohon vented.
9
Akses ke udara bebas merupakan faktor penting dalam pertumbuhan pohon vented. Pohon tersebut mampu berkembang terus menerus dan cukup lama untuk menjembatani elektroda atau menyebabkan kegagalan dielektrik. Pohon kupu-kupu atau nonvented tidak memiliki persediaan bebas dari udara untuk mendukung PD terus menerus. Oleh karena itu, pertumbuhan pohon tersebut intermiten dan debit terjadi dengan waktu yang lebih lama dari kepunahan, yang diyakini disebabkan oleh tekanan kekosongan
meningkat akibat dari ionisasi. Selama periode kepunahan, tekanan gas dalam saluran pohon dikurangi dengan difusi dan kondisi menjadi menguntungkan bagi terjadinya lain PD menyebabkan pertumbuhan lebih lanjut dari pohon. Biasanya pohon vented tidak tumbuh cukup lama untuk menjembatani ketebalan insulasi seluruh atau menyebabkan kegagalan
Ada dua periode yang berbeda dalam treeing listrik. Yang pertama adalah masa inkubasi selama PD yang tidak terukur dapat dideteksi, tetapi pada akhirnya seorang tokoh seperti pohon tumbuh di isolasi dan signifikan besarnya PD dapat diukur. Biasanya, tingkat PD berfluktuasi atas berbagai dengan pertumbuhan pohon listrik, sebagai menunjukkan pada Gambar 9.10 . Masa inkubasi tergantung pada tingkat stres dan distribusinya di situs inisiasi, komposisi dan sifat-sifat dielektrik dan kondisi
lingkungan. Umumnya, pada tingkat stres yang rendah, proses kumulatif melanjutkan dan akhirnya mendorong kondisi
10
yang memulai treeing. Mekanisme yang telah diusulkan untuk menjelaskan inisiasi treeing listrik meliputi injeksi elektron dan ekstraksi di lokasi pohon, kelelahan mekanik retak karena tekanan Maxwell periodik, pemanasan, dekomposisi termal dan PD dalam rongga. Efek mekanik termasuk penumpukan ketegangan, kegagalan kelelahan dan patah tulang akibat gelombang mengejutkan yang terlibat diyakini memainkan peran penting dalam inisiasi dan pertumbuhan pohon listrik.
Umur PE kepadatan rendah di bawah bidang-seragam dan divergen telah
menunjukkan bahwa pohon listrik tidak berkembang pada bidang hingga 20 kV / mm. Bidang lokal = 100kV/mm diperlukan untuk inisiasi pohon. Bidang-bidang seperti dapat terjadi pada tegangan kabel bekerja karena mekanisme peningkatan stres berbagai, seperti dibahas sebelumnya dalam Bab 1. Sebagai contoh, sebuah tonjolan konduktif dengan rasio 10 sampai 1 dari sumbu akan memiliki lapangan lokal di ujungnya yaitu sekitar 50 kali lapangan rata-rata makroskopik. Stres di mana pohon memulai dalam polimer yang diberikan tergantung pada, besaran frekuensi gelombang, dan waktu tegangan uji, dan apakah tegangan diterapkan terus menerus atau terganggu secara berkala.
Setelah inisiasi pertumbuhan pohon berlangsung oleh serangkaian ledakan sporadis kegiatan. Akibatnya, pohon bercabang menjadi lebih sering dan laju pertumbuhan pohon melambat. Dua faktor yang paling penting yang mempengaruhi tingkat pohon propagasi adalah pengembangan tekanan gas internal karena PD dan efek perisai dari cabang-cabang pohon yang berdekatan pada listrik lapangan. Saluran pohon umumnya berongga mana melakukan partikel karbon juga dapat ditemukan. Diameter saluran dapat bervariasi dari sampai beberapa beberapa puluh mikron.
2.4.2 Tree air
Sosok seperti pohon yang muncul dalam air terkena kabel polimer-terisolasi menekankan diberi nama pohon air. Treeing air terjadi di hadapan kelembaban.
Dibandingkan dengan treeing listrik, treeing air biasanya dimulai pada nilai yang lebih rendah stres listrik dan berlangsung lebih lambat tanpa PD terdeteksi.
Air (atau basah) pohon berbeda dari listrik (atau kering) pohon. Bertentangan dengan pohon listrik, pohon air tidak menunjukkan tingkat terukur dari PD »0,1 pC. Waktu propagasi pohon air diukur dalam tahun, sedangkan sekali dimulai pohon listrik dapat sangat cepat merambat melalui isolasi, misalnya, di bawah pengaruh gelombang tegangan. Munculnya dua jenis biasanya berbeda satu sama lain sebagai pohon air tidak menunjukkan banyak percabangan. Namun, terkadang dua jenis sulit dibedakan. Sebuah metode praktis untuk membedakan antara kedua jenis adalah untuk memeriksa mereka setelah pengeringan isolasi. Pohon air tak bercacat menjadi tidak terlihat setelah isolasi dikeringkan sedangkan pepohonan listrik terlihat jelas bahkan di bawah kondisi kering.
11
Namun, adalah mungkin untuk membuat pohon air permanen terlihat dengan
menggunakan metilen biru dengan dasar atau asam rhodamine dye. Tidak seperti pohon listrik, air pohon saluran biasanya terdiri dari jalur filamen tipis antara rongga kecil di mana kelembaban menembus di bawah af aksi gradien tegangan.
Serupa dengan pohon listrik, ada dua jenis pohon air, yaitu, kupu-kupu pohon dan pohon vented (Gambar 9.11). Pohon adalah vented
Gambar 9.11 (a) Bow-tie air pohon (panjang total = 200μm) dimulai dari salah satu kotoran di isolasi, dan (b) pohon air vent membungkuk dekat permukaan insulasi luar.
dimulai pada permukaan isolasi sedangkan kupu-kupu pohon dimulai dalam volume isolasi. Typesh Kedua, memiliki perilaku pertumbuhan yang berbeda dan menimbulkan tingkat yang berbeda dari bahaya. Kedua jenis tumbuh dari titik yang memiliki nilai tegangan listrik tinggi yang juga kelembaban atau kelembaban uap sumber. Sumber air dapat terdiri dari air atau uap air terkondensasi kelembaban relatif 65-70% =. Uap air
12
mungkin akan tersedia dari sumber eksternal atau mungkin terkandung dalam dielektrik selama pembuatan kabel.
Konsentrasi pohon vented sering rendah dibandingkan dengan kupu-kupu pohon, dan pada awal pertumbuhan mereka, tingkat propagasi pohon vented biasanya lebih rendah dibandingkan dengan kupu-kupu pohon. Namun, pada tahap berikutnya, sebaliknya mungkin benar karena pertumbuhan kupu-kupu pohon sangat berkurang setelah waktu tertentu dan, karena itu, panjang total dibatasi. Akibatnya, pohon air kupu-kupu jarang asal kerusakan kabel. Namun, pohon air vented biasanya memiliki akses terhadap air dan mampu tumbuh cukup lama untuk mengurangi ketebalan insulasi yang efektif di bawah treeing dibutuhkan. Pertumbuhan pohon listrik di dekat atau di ujung pohon air telah diamati.
Pohon air mengandung air. Jika air ini menguap, misalnya, dengan pemanasan. Saluran pohon menjadi tak terlihat. Biasanya pohon menyerap air lagi jika isolasi terkena uap air atau air sesudahnya. Di dekat tempat inisiasi, kolom pohon vented dapat berisi hingga 10% air. Pada jarak tertentu dari situs pohon, kadar air bisa sampai 1-2% . Meskipun pohon air melemahkan dielektrik, ini tidak benar-benar merusak isolasi dan saluran pohon menunjukkan sifat dari bahan dielektrik miskin. Ada hubungan yang jelas antara ukuran pohon air dan gangguan kekuatan listrik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.12. Telah diamati bahwa air pohon melintasi bagian dielektrik seluruh tidak menyebabkan gangguan kekuatan langsung atas tingkat stres pelayanan -2kV/mm, seperti yang terlihat dari Gambar 9.12. Dengan demikian, kerusakan di kabel yang berisi pohon-pohon bahkan air besar dapat dimulai oleh beberapa jenis gelombang transien tegangan lebih temporer. Dalam rangka untuk menentukan tingkat kerusakan kabel oleh usia treeing air, tes karakterisasi telah diusulkan.
Ada hipotesis bahwa tidak terdeteksi PD s <0,02 besarnya pC disertai dengan emisi cahaya lakukan terjadi selama treeing air. Baru-baru ini, telah menunjukkan bahwa panjang pohon air vented bisa menghasilkan PD terukur saat bersemangat dengan
tegangan AC besarnya moderat. Tingkat propagasi pohon meningkat dengan tegangan diterapkan dan juga dipengaruhi kenaikan propagasi pohon bunga dengan tegangan diterapkan dan juga dipengaruhi oleh frekuensi pasokan, suhu lingkungan, stres mekanik, konduktivitas air dan sifat garam dan kimia hadir dalam air.
13
Gambar 9.12 Hubungan antara tingkat stres kerusakan berarti dan ukuran pohon air.
Meskipun mekanisme pasti awal dan pertumbuhan treeing air tidak disepakati, tampak bahwa tindakan kapiler, osmosis, pasukan Coulomb, dielektroforesis, degradasi termal, pembuangan [parsial dan degradasi kimia semua memainkan beberapa bagian dalam treeing air. Mekanisme yang diusulkan Berbagai treeing air dirangkum dalam literatur.
2.4.2.1 Elektrokimia Pohon
Pohon elektrokimia adalah pohon air berwarna permanen selama periode pertumbuhan mereka karena adanya mineral tertentu atau ion dalam air. Ion tersebut menembus bahan dielektrik di bawah tegangan. Contoh pohon elektrokimia termasuk pohon sulfida yang disebabkan oleh H2S dan hijau, pohon-pohon biru dan coklat disebabkan oleh ion belerang, besi, tembaga atau aluminium [27.28]. pohon tersebut terlihat permanen, seperti pohon listrik, dan bahan dielektrik e.
2.4.2.2 Teknik untuk Menekan Pohon
Meskipun tidak ada teori yang pasti untuk menjelaskan semua aspek treeing dalam dielektrik, secara umum diterima bahwa ia pohon mulai dari daerah tekanan listrik yang tinggi dan divergen. Daerah tersebut biasanya disebabkan oleh cacat seperti layar semikonduktif longgar dan / atau kasar, gigi berlubang, cacat inklusi merupakan partikel asing di isolasi. Oleh karena itu, langkah pertama untuk menekan pohon adalah untuk meminimalkan kerusakan tersebut dengan menggunakan bahan-bahan yang sesuai dan teknik manufaktur. Dalam beberapa tahun terakhir, layar semikonduktor halus dengan ikatan ditingkatkan untuk isolasi telah dikembangkan. Selain itu, empat prinsip berikut dapat digunakan untuk mengurangi treeing [27]:
14
Prinsip I: untuk mengisi rongga dengan beberapa bahan yang cocok Prinsip II: untuk melapisi permukaan internal void dengan senyawa semikonduktor
Prinsip III: untuk bersantai tekanan listrik lokal diintensifkan
Prinsip IV: untuk menjebak atau mengurangi kecepatan elektron energi tinggi Masalah treeing dalam minyak-paper kabel yang diatasi dengan pengeringan hati-hati dan degassing dari kedua kertas dan minyak dan oleh perkembangan OF dan kabel POF (prinsip saya). dalam hal ini, gas asli dalam kekosongan digantikan oleh gas, cairan atau bahkan padat baik kekuatan dielektrik yang lebih tinggi dan permitivitas / atau lebih tinggi dalam rangka meningkatkan tegangan awal debit dan untuk mengurangi besarnya PD. Ini adalah filosofi dasar prinsip I.
Menurunkan permukaan resistivitas kekosongan dengan aditif yang sesuai dapat menekan pelepasan internal karena, dalam hal ini, kekosongan keluar hampir korsleting. Berbagai aditif memiliki karakteristik yang diperlukan tersedia dan digunakan. Ketika dicampur dengan dielektrik, mereka kehabisan darah ke permukaan \ isolasi, termasuk permukaan batal. Ada dua kelompok aditif, satu memiliki resistivitas rendah oleh alam, sedangkan pameran lainnya resistivitas rendah hanya setelah menjadi sasaran luahan parsial.
Lapangan gradasi dengan aditif atau stabilisator tegangan berlaku prinsip III. Stabilisator tegangan bertindak untuk melunakkan profil elektroda tajam dan mengurangi stres listrik di sekitar mereka. Penambahan bahan semikonduktor seperti meningkatkan tan theta, yang dalam beberapa kasus dapat menyebabkan pelarian termal isolasi dan karena itu bisa berbahaya. Salah satu contoh dari prinsip ini adalah penggantian kaset konduktif oleh lapisan diekstrusi bahan semikonduktif.
Prinsip IV adalah dengan menambahkan berbagai bahan organik dengan dielektrik yang dapat dengan cepat menyerap elektron disuntikkan sebelum mereka bisa bereaksi dengan isolasi. Kabel manufaktur memiliki aditif yang berbeda dipatenkan dalam kategori ini.
Kabel kinerja terhadap treeing air dapat ditingkatkan dengan mengurangi situs pohon inisiasi. Selain itu, air-ketat konstruksi dan metode penyembuhan yang cocok juga berguna. Selain itu, logam, non logam atau air selubung kedap air dan radial dan / atau hambatan memanjang juga dapat digunakan untuk meminimalkan ketersediaan air untuk pertumbuhan pohon yang cepat. Penggunaan sarung laminasi sebagai penghalang
kelembaban juga sedang dieksplorasi. Selain itu, pohon aditif retardant dapat
diperkenalkan dalam dielektrik kabel. Referensi memberikan rincian lebih lanjut tentang dia peran aditif seperti di pohon air pertumbuhan menekan dalam kabel. Sangat rendah
15
density polyethylene (VLDPE) telah menunjukkan beberapa ketahanan terhadap air treeing karena kristalinitas dan aditif yang digunakan.
2.4.3 Kabel aging dan estimasi hidup
Semua kabel yang mengalami tegangan listrik, termal dan mekanik simultan karena tegangan tinggi dan arus yang tinggi. Selain umur dielektrik kabel bawah tekanan yang disebutkan di atas, ada perubahan kimia normal yang terjadi dalam bahan dielektrik juga. Karena itu adalah penting untuk memperkirakan masa dielektrik yang diberikan dari tes hidup dipercepat, tegangan yang biasa, frekuensi dan temperatur penuaan tes yang diterapkan pada kabel listrik secara singkat diuraikan di sini.
2.4.3.1 Tegangan Penuaan
Luahan parsial dan treeing dapat mengurangi masa pakai kabel lumayan. Degradasi material oleh PD sangat dipengaruhi oleh dua faktor penting: tegangan dan frekuensi. Di hadapan rongga dan PD, masa (t) dari dielektrik sangat dipengaruhi oleh tegangan V diterapkan dan mengikuti hubungan dalam bentuk:
Vnt = Dv
Dimana Dv adalah konstan dan faktor kehidupan tegangan, n, tergantung pada bahan dielektrik, metode pembuatan kabel, ukuran kabel dan jenis tegangan yang diberikan. Untuk kabel, n adalah antara 5 dan 25. Untuk kabel XLPE tegangan
menengah, n = 9 dianggap cocok. Gambar 9.13 menunjukkan diagram hidup tegangan diskrining, tiga-fase, berikat-jenis XLPE dan kabel PVC. Persamaan (9.10) digunakan untuk memprediksi kehidupan kabel bawah tekanan tegangan sendirian dan tidak memperhitungkan tekanan akun lain yang dapat berdampak pada kondisi layanan yang sebenarnya.
2.4.3.1 Frekuensi Penuaan
Ketika tegangan diterapkan tetap konstan tetapi frekuensi pasokan meningkat, degradasi isolasi karena kenaikan luahan parsial. Akibatnya, waktu untuk kegagalan berhubungan dengan F frekuensi dengan:
16 Gambar 9.13 Tegangan-hidup kurva diskrining tiga fase berikat, XLPE dan kabel PVC dengan
PD.
Fmt = Df
Dimana Df adalah konstan dan kehidupan frekuensi faktor, m, adalah -1 untuk pembuangan permukaan dan untuk awal pohon listrik. Untuk pembuangan batal dan untuk propagasi pohon, m <1 [27]. Menggabungkan kedua tegangan dan frekuensi penuaan dipercepat, waktu hidup dielektrik dapat dinyatakan sebagai:
t = Dfv F-m V-n
Dimana Dfv adalah konstan untuk tegangan simultan dan penuaan frekuensi. Thois persamaan dapat digunakan untuk estimasi hidup berdasarkan pengujian kehidupan dipercepat sampel kabel dan bahan.
2.4.3.2 Thermal Aging
Pada temperatur tinggi, isolasi memburuk lebih cepat mengarah ke pengurangan dalam periode masa manfaatnya. Karena kabel beroperasi pada suhu yang tinggi, penting untuk mempertimbangkan efek dari tegangan termal pada kabel penuaan juga. Dakin mengusulkan perubahan kimia dalam bahan dielektrik tergantung pada suhu. Perubahan tersebut mempengaruhi sifat dielektrik dan karenanya kehidupan yang diharapkan dari materi. Akibatnya, kehidupan berkaitan dengan suhu oleh:
17
t = G exp (H/T)
Dimana G dan H adalah konstanta ditentukan oleh energi aktivasi opf reaksi, yang mempengaruhi perilaku dielektrik, dan T adalah temperatur di K. º dengan demikian, jika logaritma kehidupan diplot terhadap 1 / T, garis lurus biasanya diperoleh. Hal ini dikenal sebagai hubungan Arrhenius dan digunakan untuk meningkat sebesar 8-10 º K,
kehidupan seorang isolasi kabel yang diberikan dikurangi dengan sekitar satu-setengah. Untuk menggunakan persamaan (9.13), beberapa parameter yang sesuai seperti kekuatan tarik, kekuatan kerusakan atau δ tan, harus diidentifikasi bersama dengan nilai-nilai titik akhir yang sesuai (misalnya, kehidupan dicapai bila kekuatan dielektrik dikurangi menjadi satu-Hal; f dari nilai asli) yang dipantau pada temperatur yang berbeda untuk estmate kehidupan.
2.4.3.3Multifaktor Stres Penuaan
Kabel biasanya mengalami listrik, termal stres, mekanik,, radiasi lingkungan dan kimia penuaan secara bersamaan. Dengan ane penuaan stres pada satu waktu, hasil seumur hidup yang sangat berbeda dari yang diperoleh pada saat parameter penuaan beberapa diterapkan secara bersamaan. Oleh karena itu, upaya penelitian yang cukup besar adalah yang diberikan dalam memahami stres multifaktor penuaan. Namun, sejauh ini, tidak ada model kuantitatif umum cpable memprediksi perilaku penuaan dan harapan hidup di bawah penuaan multifaktor stres isolasi ada. Saat ini sebagian besar studi penuaan dipercepat berkonsentrasi pada simultan (air dan bahan kimia) efek tegangan, suhu dan lingkungan. Gambar 9.14 menunjukkan sebagai tfor tegangan-hidup kurva XLPE sebuah kabel PE dengan uji penuaan dipercepat bersama dengan kabel dihapus dari layanan. Angka ini menunjukkan bahwa karena treeing air, kehidupan kabel yang dipersingkat. Namun, tanpa treeing kehidupan kabel ini lio titik pada kurva penuaan karakteristik materi masing-masing seperti yang diberikan oleh persamaan (9.10).
18 Gambar 9.14 Kurva E-t kabel XLPE dan kabel dengan pohon-pohon air.
2.5 Penyambung
Penyambung lurus merupakan sambatan dua kabel dari jenis yang sama dalam garis lurus. Selain Penyambung yang normal yang umum digunakan, ada jenis lain seperti Penyambung terisolasi, Penyambung berhenti, Penyambung semistop dan gas-stop Penyambung. Penyambung terisolasi dibuat sedemikian rupa sehingga konduktor bergabung sementara selubung terisolasi satu sama lain dan digunakan untuk ikatan silang. Selain panjang optimum tertentu, bagian OF kabel untuk tujuan penyerapan minyak dan pemeliharaan dan penyambungan berhenti digunakan dalam kasus tersebut. Alat ini menghubungkan kabel elektrik tapi memblok aliran minyak. Dalam kabel yang diisi gas , misalnya gas-stop, penyambung memiliki fungsi yang sama. Penyambung Semistop digunakan untuk mengalirkan atau menghentikan aliran minyak pada kabel POF. Penyambung ganda menghubungkan dua jenis kabel system, dimana penyambung digunakan ketika kabel akan dihubung ke sistem kabel ganda.
Konsep dasar dari penyambungan kabel konduktor tunggal diuraikan dalam gambar di bawah ini. Di sini Penyambung terdiri dari (a) kompresi konduktor yang bergabung bersama-sama konduktor dari kedua ujung kabel, (b) isolasi yang meruncing pada masing-masing kabel, (c) isolasi bersama yang diaplikasikan di atas konduktor, dan (d) pengatung ketegangan.
Isolasi meruncing disebut loncatan untuk kabel direkam . Langkah terdiri dari serangkaian langkah-langkah yang memiliki anak tangga dan tapak dari tingkat permukaan konduktor dengan yang permukaan isolasi kabel. Isolasi diaplikasikan di atas lengan konduktor dan harus tercampur ke dalam isolasi kabel sehingga membuat isolasi kabel keseluruhan homogen. Umumnya komponen tangensial stres listrik diperkenalkan pada
19
akhir lengan konduktor di isolasi meruncing. Biasanya isolasi bersama ditutupi dengan lapisan pelindung yang sesuai. Karena isolasi Penyambung biasanya dibangun untuk beberapa diameter lebih besar dari isolasi kabel, diskontinuitas suhu mungkin timbul pada penyambung karena tahan panas cenderung lebih tinggi pada penyambung di bagian lain dari kabel. Selain unsur-unsur sederhana, Penyambung juga harus memiliki konduktor dan perisai isolasi dan selubung atau pelindung. Pengaturan yang digunakan tergantung pada jenis Penyambung serta jenis kabel. Karena ketersediaan premolded, shrinkable komponen, jointing kabel diekstrusi jauh lebih sederhana dibandingkan dengan kabel direkam.
2.6 Terminasi (Pemutus hubungan)
Terminasi diperlukan di mana kabel yang terhubung ke saluran udara atau peralatan listrik lainnya yang mungkin udara, minyak atau SF6 terisolasi membutuhkan penggunaan tambatan yang berbeda, seperti yang disebutkan dalam Tabel 9.2. Dalam beberapa kasus, kabel koneksi langsung ke peralatan digunakan sebagai gantinya. Gambar menunjukkan struktur dasar dari sebuah terminasi kabel single-core. Ini terdiri dari konduktor memimpin-out batang, lapisan insulasi diperkuat dengan kerucut menghilangkan stres, dan casing atau bushing. Akhir dari kabel direkam biasanya dikemas dengan bushing porselen yang bertindak sebagai insulasi eksternal. Minyak ruang, SF. Terminasi dalam minyak atau SF6 biasanya membutuhkan ruang kurang. Untuk aplikasi SF6, bushing resin epoksi lebih disukai.
20
Medan listrik dalam kabel koaksial adalah murni radial dan tegangan aksial adalah nol. Pada Penyambung atau pengakhiran, distribusi tegangan tidak lagi sepenuhnya radial sebagai Penyambung tidak bisa, secara umum, dibuat tanpa memperkenalkan peningkatan diameter dari kedua konduktor dan isolasi perisai. Pada transisi ini, komponen aksial atau longitudinal stres diperkenalkan. Demikian pula, pada saat pemutusan hubungan suatu komponen tegangan longitudinal diperkenalkan antara terminal tegangan tinggi dan perisai kabel. Ini tegangan longitudinal dikendalikan oleh geometri aksesori, yaitu, profil dari kerucut menghilangkan stres dan pencling atau melangkah dari isolasi Penyambung. Biasanya stres kerucut bantuan digunakan untuk mengurangi konsentrasi tegangan yang terjadi di tepi selubung itu. Untuk peringkat tegangan tinggi, bahkan seperti kerucut. Tidak cukup dan pemutusan capacitively dinilai biasanya disukai .Untuk aplikasi tersebut, bushing kapasitor terbuat dari laminasi silinder foil logam dan kertas isolasi dirancang untuk mendapatkan distribusi tegangan seragam. Masalah dapat timbul pada Penyambung dan pengakhiran karena void dan karena penggunaan dielektrik homogen. Masalah lain seperti degradasi corona, flashover permukaan dan memaku disebabkan oleh tinggi longitudinal dan tekanan selubung tepi. Setiap masalah tersebut dapat menyebabkan
21
kegagalan prematur dari sambatan kabel masing-masing. Selain itu, ketika terminasi terdiri dari bahan yang berbeda, perbedaan angka lagi, ekspansi / kontraksi atau sifat homogen lainnya juga dapat menyebabkan kegagalan prematur.
2.7 Lokasi Kerusakan Kabel
Semua jenis kabel merasakan kesalahan listrik. Hal yang penting untuk menemukan lokasi kerusakannya. OF, POF, dan pengisian gas (GF) kabel juga bisa mengalami kerusakan yang mungkin diikuti oleh kesalahan listrik. Kebocoran minyak dalam kasus kabel OF dan POF dan kebocoran gas dalam kasus kabel GF adalah contoh dari kesalahan tersebut. Sebuah ringkasan singkat dari teknik letak kesalahan yang berbeda diberikan dalam bagian ini.
2.7.1 Deteksi Kebocoran Minyak
Jalur kebocoran minyak dapat ditemukan dengan inspeksi visual, oleh minyak-aliran perilaku atau dengan metode kabel beku. Ini biasanya melibatkan menilai arah aliran minyak dari variasi temperatur aksial pada pipa ketika bagian dari pipa dipanaskan. Ketika kebocoran minyak disebabkan oleh kekuatan eksternal, pelindung yang menutupi kabel akan rusak dan juga dapat dibumikan. Dalam acara ini, dimungkinkan untuk memanfaatkan teknik deteksi titik tanah. Rincian dari berbagai metode untuk deteksi dan lokasi atau kebocoran minyak dilaporkan oleh Tanaka dan Greenwood.
2.7.2 Deteksi Kebocoran Gas
Metode deteksi kebocoran gas meliputi (1) metode observasi gelembung, yang biasanya cocok untuk kotak bersama dan aksesoris kabel lainnya, dan (2) aliran gas, gas pelacak dan metode deteksi akustik, yang cocok untuk kabel utama. Metode aliran gas memperkirakan posisi kebocoran gas dengan mengukur gradien tekanan yang disebabkan oleh kebocoran. Dalam metode gas pelacak, sejumlah gas tracer (misalnya, gas halogen) disuntikkan dalam kabel dan kondisi yang dipantau sepanjang rute kabel untuk mendeteksi kebocoran. Metode akustik mendeteksi kebocoran melalui gelombang akustik yang dihasilkan pada kebocoran gas.
2.7.3 Kesalahan Lokasi
Kesalahan listrik di kabel multiconductor dapat diklasifikasikan sebagai:
a. Tinggi atau rendah ketahanan bumi kesalahan yang melibatkan satu atau lebih konduktor.
b. Buka-sirkuit kerusakan.
22
Lokasi kesalahan kabel dicapai dalam tiga langkah dasar, yaitu: (1) pengakuan suatu kondisi kesalahan, (2) estimasi titik kesalahan dan (3) konfirmasi titik kesalahan. Kehadiran kesalahan ditunjukkan dengan tes sederhana pada kedua ujung kabel. Tes tersebut termasuk mengukur resistansi konduktor dan mengukur resistensi isolasi antara core kabel dan antara core tanah. Dari pengukuran tersebut, jenis kesalahan, fase kealahan dan perkiraan lokasi yang diidentifikasi. Terminal metode pengukuran yang digunakan untuk mengukur jarak dari D kedua ujung kabel dan kemudian cari kesalahan lebih akurat. Jarak D dapat diukur dengan baik dengan metode pulsa atau metode jembatan. Sebuah sumber DC cocok untuk kerusakan akibat nilai tahanan yang rendah, sementara sumber AC lebih tepat untuk kesalahan sirkiut terbuka seperti keusakan konduktor. Metode loop Murray berguna untuk menemukan D pada tahanan rendah untuk kesalahan tanah. Namun, tidak cocok untuk kesalahan konduktor terbuka atau selama kerusakan tiga fase. Jika kerusakan memiliki resistensi yang tinggi terhadap tanah, biasanya tegangan tinggi yang pertama diterapkan pada "pembakaran" kerusakan dan mengurangi hambatan kerusakan. Sebuah loop Murray-Fischer berguna untuk menemukan kesalahan ketika tidak ada kabel yang baik yang tersedia .
Refleksi atau metode pulsa yang dapat digunakan untuk lokasi gangguan yang tepat untuk berbagai kesalahan kabel, yang didasarkan pada perilaku gelombang. Untuk terbuka atau hubung singkat, perubahan impedansi kabel sangat tiba-tiba dan gelombang yang dipantulkan kembali dengan atau tanpa perubahan dalam polaritas pulsa yang berubah-ubah. Dalam metode pulsa, pulsa yang dikirim dari satu ujung kabel dan refleksi diperhatikan. Polaritas pulsa tercermin, interval waktu antara kejadian dan cerminan pulsa, dan kecepatan rambat gelombang yang digunakan untuk memperkirakan lokasi gangguan. Apalagi jika pulsa frekuensi tinggi dikirim sepanjang kabel dan medan magnet yang dihasilkan terdeteksi, akan ada sinyal dectable sepanjang rute kabel sampai ke titik kesalahan, di luar dari aliran yang akan berhenti. Sebuah metode radar dengan resolusi tinggi untuk mencari kesalahan kabel serta splices bawah tanah dan melalui perangkat dengan akurasi yang baik telah.
2.8 Kemajuan Teknologi Kabel
Kabel OF dan POF adalah teknologi terbaru yang cukup matang dan terbukti. Beberapa tahun terakhir telah terlihat peningkatan minat dalam pengembangan isolasi kertas kertas polypropylene (PPP) untuk aplikasi kabel. Akibatnya, 345 KV jenis kabel pipa tanah / air PPP berhasil digunakan. Namun, perkembangan utama terjadi dalam bahan, teknik manufaktur, aplikasi dan diagnostik kabel listrik dielektrik diekstrusi. Di masa lalu untuk beberapa dekade, XLPE dan EPR telah banyak diteliti dalam rangka untuk mengembangkan isolasi kabel dengan peningkatan daya tahan terhadap inisiasi dan pertumbuhan pohon listrik dan air. Akibatnya, isolasi TRXLPE dan EPR juga telah dibuat dalam proses ekstrusi, metode pemulihan dan penggunaan semikonduktor layar. Selain kelancaran peningkatan dari layar dan ikatan yang lebih baik antara layar dan
23
isolasi, jumlah dan ukuran kotor dan cacat lainnya dalam isolasi juga sedang dikendalikan.
Penggunaan kabel dielektrik padat telah diperpanjang untuk EHV kisaran 500 KV, kabel berisolasi XLPE telah di gunakan sejak tahun 1987 dengan catatan kinerja yang baik. Kabel EPR juga sedang diproduksi untuk aplikasi tegangan menengah dan tinggi. Selain itu kabel XLPE semakin sering digunakan di DC dan aplikasi di bawah air. Seiring dengan perkembangan seperti di kabel diekstrusi, aksesoris untuk kabel tersebut juga telah dikembangkan untuk tegangan hingga 500 kV.
Dalam sistem URD tegangan menengah, utilitas telah diperoleh dari pengalaman sebelumnya dan telah memodifikasi spesifikasi kabel untuk perbaikan kinerja terhadap kegagalan treeing dan prematur. Konsekuensinya, selain faktor-faktor lain, pelindung tahan air dianjurkan untuk kabel URD karena ada bukti kuat bahwa penggunaan hambatan kelembaban pada kabel tegangan menengah dan tinggi dapat memecahkan masalah treeing air. Logam laminasi plastik juga sedang dikembangkan untuk aplikasi tersebut. Untuk excisting kabel yang telah mengalami degradasi akibat treeing, penggunaan cairan silikon untuk memperpanjang hidup kabel telah dilakukan.
Sebuah upaya penelitian yang signifikan juga telah memahami mekanisme penuaan dan degradasi serta asinto mengembangkan teknik diagnostik. Ada konsensus umum bahwa pengujian DC layanan berusia kabel dielektrik diekstrusi dapat menyebabkan kegagalan prematur kabel setelah kabel dikembalikan ke layanan, dan uji DC harus diganti dengan tes frekuensi AC sangat rendah. Tegangan lebih impuls juga dapat mempengaruhi kehidupan sisa kabel diekstrusi dengan membantu propagasi pohon. PD dan metode kebocoran arus telah diusulkan ke monitor kerusakan isolasi kabel XLPE. Suatu daerah penting di mana kemajuan yang diinginkan adalah kabel superkonduktor cryogenic. Beberapa kabel kriogenik diuji hingga saat ini telah demonstraded kinerja jangka pendek dan diterima parameter operasi yang dicapai harus memungkinkan sistem superkonduktor ekonomis untuk dikembangkan. Namun, penelitian yang cukup dan pengembangan usaha akan diperlukan sebelum sistem tersebut, dengan menggunakan superkonduktor temperatur baik yang konvensional maupun tinggi, secara komersial digunakan. Rincian lebih lanjut dari berbagai aspek kabel tegangan tinggi dapat ditemukan di buku pegangan kabel, misalnya., Bungay dan McAllister.
2.9 Rugi-rugi pada kabel
Kerugian akibat panas, jika suatu penghantar dialairi arus listrik secara terus – menerus maka akan menimbulkan panas, panas ini timbul akibat energi listrik yang mengalir pada penghantar tersebut. Semakin lama arus tresebut mengalir maka semakin panas penghantar tersebut dan semakin banyak energi listrik yang hilang karena energi tersebut berubah menjadi panas. Hal inilah yang merugikan karena jika energi itu hilang
24
maka tegangan pada ujung penghantar tersebut akan berkurang. semakin banyak energin yang menjadi panas maka semakin banyak tegangan yang menghilang.
Kerugian akibat Jarak, jarak sangat berpengaruh pada keandalan jaringan karena semakin jauh atau semakin panjang penghantar listrik tersebut maka akan banyak tegangan listrik yang menghilang karena penghantar itu saendiri memiliki hambatan atau tahanan, jadi karena jarak penghantar sangat jau dari sumber atau pembangkit maka nilai hambatan penghantar itu sendiri akan mengurangi tagangan yang mengalir pada penghantar tersebut.
Luas penampang kawat (penghantar), Arus listrik yang mengalir dalam penghantar selalu mengalami tahanan dari penghantar itu sendiri, besarnya tahanan tergantung bahannya.
Tegangan juga sangat berpengaruh terhadap rugi-rugi daya, semakin besar tegangan pada suatu saluran, maka semakin kecil arus pada saluran tersebut. Sedangkan arus adalah salah satu faktor yang mempengaruhi besar kecilnya rugi- rugi daya pada suatu saluran. Itu dapat dilihat dari rumus dibawah ini:
rugi daya = I² R ( I besar, susut besar ) R = ρ x L/A ( Ohm )
Dimana; ρ = tahanan jenis penghantar ( Ohm/m.mm² ) L = panjang penghantar ( m )
25
BAB III
KESIMPULAN
Dari makalah yang sudah dipaparkan di atas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut
1. Konduktor adalah salah satu komponen utama peralatan dan instalasi listrik, yang berperan untuk menyalurkan arus dari satu bagian ke bagian lain juga untuk menghubungkan bagian-bagian yang dirancang bertegangan sama.
2. Kabel tegangan tinggi digunakan sebagai jaringan distribusi, terutama pada perkotaan yang penduduknya sangat rapat.
3. Bagian utama dari suatu kabel adalah inti atau konduktor, bahan isolasi, bahan pengisi, bahan pengikat, bahan pelindung beban mekanik, dan selubung pelindung luar.
4. Kabel tegangan tinggi pada umumnya berinti tunggal dan berinti tiga, bahannya terbuat dari pilinan serat tembaga atau aluminium.
26
