PENGARUH POLUTAN TERHADAP TEGANGAN FLASHOVER AC PADA BERBAGAI JENIS ISOLATOR

(1)

TUGAS AKHIR

PENGARUH POLUTAN TERHADAP TEGANGAN FLASHOVER AC PADA BERBAGAI JENIS ISOLATOR

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalammenyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) padaDepartemen Teknik Elektro

Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh:

Alex T Sihombing NIM : 100402090

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2016

(2)

(3)

ABSTRAK

Isolator banyak dipasang pada saluran listrik hantaran udara. Karena dipasang pada ruangan terbuka, permukaan isolator menjadi rawan polusi. Polutan berupa debu, asap-asap kendaraan, maupun garam akan menempel pada permukaan isolator. Menempelnya polutan tersebut akan mempengaruhi tahanan permukaan pada isolator sehingga permukaan isolator lebih konduktif. Semakin konduktif permukaan isolator maka tegangan flashover pada isolator semakin menurun. Dalam meneliti pengaruh polutan tersebut, digunakan berbagai polutan seperti: Nacl, CaCO3, dan Karbon (C) dengan tingkat konsentrasi polutan ringan, sedang, dan tinggi pada isolator jenis piring (porselin dan kaca), pin, dan post.

Dalam mengukur tingkat konduktifitas polutan yang menempel pada isolator, digunakan metode ESDD (Equivalent Salt Density Deposit). Hasil penelitian menunjukkan bahwa polutan yang menempel pada permukaan isolator memberi dampak besar terhadap penurunan tegangan flashover.Diantara beberapa polutan yang diuji, polutan NaCl sangat mempengaruhi penurunan tegangan flashover dibandingkan polutan lain yang diuji. Pengaruh polutan Nacl pada isolator porselin, mengalami penurunan 14,72% ketika diberi polutan tingkat ringan, 21,06% ketika diberi polutan tingkat sedang, 31,33% ketika diberi polutan tingkat berat; pada isolator kaca mengalami penurunan 20,06% ketika diberi polutan tingkat ringan, 24,42% ketika diberi polutan tingkat sedang, 32,62% ketika diberi polutan tingkat berat; pada isolator pin mengalami penurunan 11,66% ketika diberi polutan tingkat ringan, 17,98% ketika diberi polutan tingkat sedang, 20,66% ketika diberi polutan tingkat berat; pada isolator post mengalami penurunan 8,74% ketika diberi polutan tingkat ringan, 19,7% ketika diberi polutan tingkat sedang, 27,75% ketika diberi polutan tingkat berat.

Kata Kunci: ESDD, Isolator Pin, Isolator Piring, Isolator Post, Polutan, Tegangan Flashover

(4)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI ...iv

DAFTAR GAMBAR ...vi

DAFTAR TABEL ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

BAB I PENDAHULUAN ... 11

I.1 Latar Belakang ... 11

I.2 Perumusan Masalah ... 12

1.3 Tujuan Penulisan ... 12

1.4 Manfaat Penulisan ... 12

I.5 Batasan Masalah ... 13

I.6 Metode Penulisan ... 13

I.7 Sistematika Penulisan ... 14

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 15

II.1 Isolator ... 15

II.1.1 Umum ... 15

II.1.2 Jenis isolator ... 16

II.1.3 Tahanan permukaan ... 20

II.1.4 Isolator Terpolusi ... 22

II.1.5 Pembentukan Polutan pada Isolator ... 25

II.2 Lewat Denyar (Flashover) ... 26

II.2.1 Umum ... 26

II.2.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Lewat Denyar (Flashover) ... 27

II.2.3 Mekanisme Flashover pada Isolator Terpolusi ... 29

II.3 Penggolongan Tingkat Pengotoran ... 30

BAB III METODOLOGI PENGUJIAN ... 33

III.1 Peralatan Pengujian ... 33

III.2 Bahan Pengujian ... 37

(5)

III.3 Variasi Pengujian ... 38

III.4 Prosedur Percobaan ... 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 50

IV.1 Hasil Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator pada Saat Isolator Bersih ... 51

IV.2 Hasil Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator pada Polutan dengan Tingkat Polusi Rendah ... 52

IV.3 Hasil Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator pada Polutan dengan Tingkat Polusi Sedang ... 54

IV.4 Hasil Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator pada Polutan dengan Tingkat Polusi Berat ... 56

IV.5 Perbandingan Nilai Tegangan Flashover pada Tiap Isolator berdasarkan Tingkat Polutannya... 59

IV.6 Perhitungan ESDD ... 63

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 70

V.1 Kesimpulan ... 70

V.2 Saran ... 70

DAFTAR PUSTAKA ... 71

(6)

DAFTAR GAMBAR

2.1 Isolator piring porselin...6

2.2 Isolator piring gelas...7

2.3 Isolator tipe pin...8

2.4 Isolator tipe post...9

2.5 Komponen arus bocor pada isolator...10

2.6 Rangkaian ekuivalen...10

2.7 Rangkaian ekuivalen isolator mengabaikan arus volume...11

2.8 Perpanjangan sirip yang terpasang pada isolator porselin...14

2.9 Rangkaian ekuivalen dari lapisan kering dan elektrolit pada permukaan isolator...19

3.1 Trafo uji...23

3.2Autotrafo...24

3.3 Tahanan peredam...24

3.4 Multimeter...24

3.5 Barometer/humiditymeter digital...25

3.6 Isolator pirng (kaca dan porselin), tipe pin, dan tipe post...25

3.7 Conductimeter...26

3.8 Neraca...26

3.9 Diagram alir penelitian...29

3.10 Isolator ditutup dengan plastik...30

3.11 Rangkaian percobaan...30

3.12 Isolator dicelupkan ke dalam larutan...31

3.13 Pencucian isolator...32

3.14 Sampel larutan yang menenmpel pada isolator...32

3.15 Pengukuran nilai konduktifitas...33

4.1 Grafik tegangan flashover vs polutan tingkat ringan pada tiap isolator...42

4.2 Grafik tegangan flashover vs polutan tingkat sedang pada tiap isolator...44

4.3 Grafik tegangan flashover vs polutan tingkat berat pada tiap isolator...46

(7)

4.4 Grafik tegangan flashover vs polutan pada isolator porselin...47

4.5 Grafik tegangan flashover vs polutan pada isolator kaca...48

4.6 Grafik tegangan flashover vs polutan pada isolator pin...49

4.7 Grafik tegangan flashover vs polutan pada isolator post...50

(8)

DAFTAR TABEL

2.1 Penggolongan bobot polusi berdasarkan IEC 60050-815:2000 edisi 01...19

2.2 Tingkat polusi dilihat dari kondisi lingkungan...20

2.3 Faktor koreksi suhu...21

3.2 Penggolongan tingkat pengotoran...35

4.1 Data tegangan flashover pada saat isolator bersih...40

4.2 Data tegangan flashover isolator terpolusi NaCl tingkat ringan...41

4.3 Data tegangan flashover isolator terpolusi CaCO3 tingkat ringan...41

4.4 Data tegangan flashover isolator terpolusi Karbon tingkat ringan...42

4.5 Data tegangan flashover isolator terpolusi NaCl tingkat sedang...43

4.6 Data tegangan flashover isolator terpolusi CaC03 tingkat sedang...43

4.7 Data tegangan flashover isolator terpolusi Karbon tingkat sedang...44

4.8 Data tegangan flashover isolator terpolusi NaCl tingkat berat...45

4.9 Data tegangan flashover isolator terpolusi CaCO3 tingkat berat...45

4.10 Data tegangan flashover isolator terpolusi Karbon tingkat berat...46

4.12 Nilai ESDD untuk polutan tingkat ringan (NaCl)...53

4.13 Nilai ESDD untuk polutan tingkat ringan (CaCO3)...53

4.14 Nilai ESDD untuk polutan tingkat ringan (Karbon)...53

4.15 Nilai ESDD untuk polutan tingkat sedang (NaCl)...54

4.16 Nilai ESDD untuk polutan tingkat sedang (CaCO3)...54

4.17 Nilai ESDD untuk polutan tingkat sedang (Karbon)...54

4.18 Nilai ESDD untuk polutan tingkat berat (NaCl)...55

4.19 Nilai ESDD untuk polutan tingkat berat (CaCO3)...55

4.20 Nilai ESDD untuk polutan tingkat berat (Karbon)...55

(9)

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 Polutan Terhadap Tegangan Flashover AC pada Berbagai Jenis Isolator”.

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, yaitu nenek saya Elfrida Sihombing, kakek saya Gortap hutagalung, tante saya Riris Hutagalung, dan tulang saya Edward Benny Hutagalung atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. Terima kasih sebesar-besarnya penulis ucapkan untuk Beliau.

2. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, MT dan Syiska Yana ST. MT, selaku dosen pembanding Tugas Akhir.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Dosen Wali penulis sekaligus Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU.

4. Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU.

(10)

5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Teman-teman asisten di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi: Sandro Levi Panggabean, dan Memory Hidayat yang membantu penulis saat melakukan pengujian dan memberikan saran yang sangat baik dalam mengerjakan TA saya.

7. Teman-teman stambuk 2010: Doni Rico Manalu, Fontes Marpaung, Satria Yudha yang telah menemani dan membantu selama proses penelitian dan teman-teman 2010 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- kesalahan, baik dari segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis akan menerima dengan terbuka, segala saran dan kritik yang ditujukan untuk memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca.

Medan, Februari 2016

Penulis

Alex T Sihombing

(11)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Isolator banyak dipasang pada saluran listrik hantaran udara. Karena dipasang pada ruangan terbuka, permukaan isolator menjadi rawan polusi. Polutan berupa debu, asap-asap kendaraan, maupun garam akan menempel pada permukaan isolator dan berangsur-angsur membentuk suatu lapisan kontaminan.

Lapisan kontaminan ini akan mempengaruhi konduktivitas permukaan isolator.

Polutan yang menempel pada isolator berasal dari kontaminasi lingkungan sekitar.

Biasanya terbentuk dari keadaaan alam dan dari sisa aktivitas makhluk hidup.

Keadaan alam seperti daerah pantai, pegunungan dan gurun pasir berpotensi mengakibatkan isolator terpolusi. Sedangkan sisa dari aktivitas makhluk hidup seperti sisa pembakaran, polusi kendaraan bermotor dan lainnya juga berpotensi mengakibatkan terbentuknya lapisan pengotor pada isolator. Hal ini mengurangi tahanan permukaan isolator berkurang, sehingga kekuatan dielektrik isolator berkurang. Jika tegangan yang dipikul isolator lebih besar dibanding kekuatan dielektrik isolator maka akan terjadi peristiwa flashover yang mampu mengakibatkan isolator retak dan pecah. Jika hal ini terjadi maka tegangan yang dipikul isolator rantai akan naik dan satu per satu isolator lainnya retak atau bahkan pecah. Oleh karena itu, perlu adanya perhitungan khusus terhadap pemilihan isolator yang dipengaruhi oleh polutan.

Isolator yang baik mempunyai bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Walaupun ada yang sanggup menghantarkan arus listrik namun relativ kecil sehingga bisa diabaikan. Isolator terdiri dari beberapa jenis, dalam penelitian ini akan digunakan isolator tipe piring (jenis kaca dan porselin), tipe pin, dan tipe post.

Gejala Flashover berawal dari timbulnya pita kering yang sifat nya konduktif. Pita kering ini bisa terjadi akibat adanya polutan yang menempel.

(12)

Lapisan yang menempel tersebut akan menghasilkan arus bocor sehingga terjadi pemanasan pada lapisan tersebut. Bila arus bocor ini terjadi terus menerus maka akan terbentuk pita kering (dry band) sehingga terjadi pelepasan muatan di sepanjang pita kering yang disebut flashover.

Polutan pada suatu isolator bisa merupakan garam-garaman, debu dan asap kendaraan bermotor. Sebagai pengganti ketiga polutan ini digunakan NaCl sebagai garam-garaman, CaCO3 sebagai debu, dan C (karbon) sebagai pengganti asap kendaraan bermotor. Dalam tugas akhir ini akan dilakukan perbandingan pengaruh polutan-polutan tersebut terhadap tegangan Flashover.

I.2 Perumusan Masalah

Adapun perumusan masalah yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah:

1. Apakah pada permukaan isolator terjadi flashover ketika isolator tersebut dalam keadaan bersih?

2. Bagaimana pengaruh polutan yang menempel pada isolator terhadap besar tegangan flashover pada isolator tersebut?

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk mengetahui nilai tegangan flashover yang terjadi pada berbagai isolator yang disebabkan oleh menempelnya polutan NaCl, CaCO3, Karbon dengan konsentrasi tingkat polutan ringan, sedang dan tinggi.

1.4 Manfaat Penulisan

Adapun manfaat tugas akhir ini adalah:

• Memberikan informasi terhadap ketahanan isolator untuk menahan flashover pada daerah-daerah yang memiliki tingkat polutan tertentu

(13)

• Meningkatkan kewaspadaan terhadap perawatan isolator sehingga dilakukan pembersihan isolator sesering mungkin tergantung tingkat polusi pada daerah tersebut.

I.5 Batasan Masalah

Dalam penelitian tugas akhir, permasalahan diatas dibatasi dengan asumsi sebagai berikut:

1. Isolator yang digunakan adalah 1 buah isolator:

- Piring porselin (jarak rambat = 29cm; luas permukaan = 1100cm²) - Piring kaca ( jarak rambat = 42,5cm; luas permukaan = 1300cm²) - Pin (jarak rambat = 38cm; luas permukaan = 870,937cm²)

- Post (jarak rambat = 67cm; luas permukaan = 2468,5cm²)

2. Polutan yang digunakan adalah NaCl, CaCO3, dan karbon dengan tingkat polutan rendah, sedang, dan tinggi berdasarkan nilai ESDD sesuai standar IEC 60050-815 : 2000 edisi 01.

3. Penelitian ini tidak membahas tentang reaksi kimia yang terjadi pada polutan 4. Menggunakan sumber tegangan AC.

5. Kelembaban tidak diperhitungkan.

I.6 Metode Penulisan

Metode yang digunakan pada penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Studi literatur

Yaitu dengan mempelajari buku referensi, jurnal, artikel dari internet, dan bahan kuliah yang berkaitan dengan tugas akhir ini.

2. Diskusi

Yaitu berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, asisten Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro dan

(14)

teman-teman sesama mahasiswa mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir ini berlangsung.

3. Studi lapangan

Melakukan pengujian di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Fakultas Teknik USU.

4. Melakukan analisis I.7 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

Bab I. Pendahuluan

Bab ini berisi latar belakang, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan

Bab II. Tinjauan Pustaka

Bab ini berisi tentang isolator, jenis isolator, tahanan permukaan, isolator terpolusi, pembentukan polutan pada isolator, lewat denyar (flashover), faktor- faktor yang mempengaruhi flashover, Mekanisme flashover pada isolator terpolusi, dan penggolongan tingkat pengotoran.

Bab III. Metode Penelitian

Bab ini berisi tentang peralatan pengujian, bahan pengujian, variasi pengujian,dan prosedur percobaan.

Bab IV. Hasil dan Pembahasan

Bab ini berisi tentang hasil data eksperimen dan analisis data.

Bab V. Kesimpulan dan Saran

Bab ini merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dari tugas akhir dan saran penulis kepada pembaca.

(15)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Isolator II.1.1 Umum

Isolator jaringan tenaga listrik merupakan alat tempat menompang kawat penghantar jaringan pada tiang-tiang listrik yang digunakan untuk memisahkan secara elektris dua buah kawat atau lebih agar tidak terjadi kebocoran arus (leakage current) atau loncatan bunga api (flashover) yang mengakibatkan terjadinya kerusakan pada sistem jaringan tenaga listrik.

Langkah yang perlu diambil untuk menghindarkan terjadinya kerusakan terhadap peralatan listrik akibat tegangan lebih dan loncatan bunga api, ialah dengan menentukan pemakaian isolator berdasarkan kekuatan daya isolasi (dielectric strenght) dan kekuatan mekanis (mechanis strenght) bahan-bahan isolator yang dipakai. Karena sifat suatu isolator di tentukan oleh bahan yang digunakan.

Kemampuan suatu bahan untuk mengisolir atau menahan tegangan yang mengenainya tanpa menjadikan cacat atau rusak tergantung pada kekuatan dielektriknya.

Fungsi utama isolator adalah [1]:

1. Untuk penyekat / mengisolasi penghantar dengan tanah dan antara penghantar dengan penghantar.

2. Untuk memikul beban mekanis yang disebabkan oleh berat penghantar dan / atau gaya tarik penghantar.

3. Untuk menjaga agar jarak antar penghantar tetap (tidak berubah).

(16)

II.1.2 Jenis isolator

1. Isolator Piring (Porselin)

Isolator porselin dibuat dari dari bahan campuran tanah porselin, kwarts, dan eld spaat, yang bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori. Dengan lapisan glazuur ini permukaan isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak dapat mengisap air. Oleh sebab itu isolator porselin ini dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka.

Isolator porselin memiliki sifat tidak menghantar (non conducting) listrik yang tinggi, dan memiliki kekuatan mekanis yang besar. Sehingga dapat menahan beban yang menekan serta tahan akan perubahan-perubahan suhu. Akan tetapi isolator porselin ini tidak tahan terhadap tumbukan. Ukuran isolator porselin ini tidak dapat dibuat lebih besar, karena pada saat pembuatannya terjadi penyusutan bahan. Walaupun ada yang berukuran lebih besar namun tidak seluruhnya dari bahan porselin, akan tetapi dibuat rongga di dalamnya, yang kemudian akan di isi dengan bahan besi atau baja tempaan sehingga kekuatan isolator porselin bertambah. Cara yang demikian ini akan menghemat bahan yang digunakan.

Karena kualitas isolator porselin ini lebih tinggi dan tegangan tembusnya (voltage gradient) lebih besar maka banyak disukai pemakaiannya untuk jaringan distribusi primer. Walaupun harganya lebih mahal tetapi lebih memenuhi persyaratan yang diinginkan. Gambar isolator piring porselin dapat dilihat pada Gambar 2.1 berikut.

(17)

Gambar 2.1 Isolator piring porselin

2. Isolator Piring (Kaca/gelas)

Isolator gelas pada umumnya terbuat dari bahan campuran antara pasir silikat, dolomit, dan phospat. Komposisi dari bahan-bahan tersebut dan cara pengolahannya dapat menentukan sifat dari isolator gelas ini. Isolator gelas memiliki sifat mengkondensir (mengembun) kelembaban udara, sehingga lebih mudah debu melekat dipermukaan isolator tersebut. Semakin tinggi tegangan sistem semakin mudah pula terjadi peristiwa kebocoran arus listrik (leakage current) lewat isolator tersebut,yang berarti mengurangi fungsi isolasinya. Oleh karena itu isolator gelas ini lebih banyak dijumpai pemakaiannya pada jaringan distribusi sekunder.

Kelemahan isolator gelas ini adalah memiliki kualitas tegangan tembus yang rendah, dan kekuatannya berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan temperatur. Oleh sebab itu bila terjadi kenaikan dan penurunan suhu secara tiba- tiba, maka isolator gelas ini akan mudah retak pada permukaannya. Berarti isolator gelas ini bersifat mudah dipengaruhi oleh perubahan suhu disekeli- lingnya. Tetapi bila isolator gelas ini mengandung campuran dari bahan lain, maka suhunya akan turun. Selain dari pada itu, isolator gelas ini harganya lebih murah bila dibandingkan dengan isolator porselin. Gambar isolator piring kaca dapat dilihat pada Gambar 2.2 berikut.

Gambar 2.2 Isolator piring gelas

(18)

3. Isolator pin

Isolator jenis pasak (pin type insulator), digunakan pada tiang-tiang lurus (tangent pole) dan tiang sudut (angle pole) untuk sudut 5° sampai 30°. Banyak terbuat dari bahan porselin maupun bahan gelas yang dibentuk dalam bentuk kepingan dan bagian bawahnya diberi suatu pasak (pin) yang terbuat dari bahan besi atau baja tempaan. Tiap kepingan diikatkan oleh suatu bahan semen yang berkualitas baik. Bentuk kepingan dibuat mengembang ke bawah seperti payung, untuk menghindarkan air hujan yang menimpa permukaan kepingan secara mudah. Banyaknya kepingan tergantung pada kekuatan elektris bahan kepingan.

Biasanya jumlah kepingan ini maksimum lima buah. Isolator pasak yang mempunyai satu keping, biasanya digunakan untuk jaringan distribusi sekunder pada tegangan 6 kV ke bawah yang terbuat dari bahan gelas atau porselin. Untuk jaringan distribusi primer biasanya terdiri dari dua keping yang terbuat dari bahan porselin.

Isolator jenis pasak ini banyak digunakan pada tiang-tiang lurus (tangent pole) dengan kekuatan tarikan sudut (angle tensile strenght) hingga 10°.

Kawat penghantar jaringan diletakkan di bagian atas untuk posisi jaringan lurus, sedangkan untuk jaringan dengan sudut di bawah 10° kawat penghantarnya diikatkan pada bagian samping agar dapat memikul tarikan kawat. Gambar isolator tipe pin dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut.

(19)

Gambar 2.3 Isolator tipe pin

4. Isolator Post

Isolator jenis pos saluran (line post type insulator), digunakan pada tiang-tiang lurus (tangent pole) dan tiang sudut (angle pole) untuk sudut 5° sampai 15°.

Dibandingkan dengan isolator jenis pasak, isolator jenis pos ini lebih sederhana perencanaannya. Diameternya lebih kecil dan tak menggunakan kepingan- kepingan seperti isolator jenis pasak. Terdapat lekukan-lekukan pada permukaannya untuk mengurangi hantaran yang terjadi pada isolator. Makin tinggi tegangan isolasinya makin banyak lekukan-lekukan tersebut.

Isolator jenis ini bagian atasnya diberi tutup (cap) dan bagian bawah diberi pasak yang terbuat dari bahan besi atau baja tempaan. Bahan yang digunakan untuk isolator jenis pos ini terbuat dari bahan porselin basah yang murah harganya. Kekuatan mekanis isolator jenis pos saluran ini lebih tinggi dibandingkan isolator jenis pasak dan penggunaannya hanya pada jaringan ditribusi primer untuk tiang lurus (tangent pole) pada sudut 5° sampai 15°.

Isolator jenis pos yang digunakan untuk jaringan distribusi 20 kV. Gambar isolator tipe post dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut.

Gambar 2.4 Isolator tipe post

(20)

II.1.3 Tahanan permukaan

Apabila isolator memikul tegangan searah, maka arus akan mengalir melalui permukaan dan bagian dalam isolator. Arus yang melalui permukaan disebut arus permukaan. Sedangkan hambatan yang dialami arus ini disebut tahanan permukaan. Arus yang melalui bagian dalam isolator disebut arus volume dan hambatan yang dialami arus tersebut disebut tahanan volume. Besarnya tahanan volume dipengaruhi oleh bahan isolator yang digunakan. Sedangkan besarnya tahanan permukaan dipengaruhi oleh kondisi dari permukaan isolator.

Jumlah arus volume dan arus permukaan disebut arus bocor. Jika tegangan yang dipikul isolator adalah tegangan AC, maka selain kedua jenis arus tersebut, pada isolator juga mengalir arus kapasitif. Pada Gambar 2.5 ditunjukkan arus permukaan, arus volume dan arus kapasitif yang mengalir pada suatu isolator [2].

Gambar 2.5 Komponen arus bocor pada isolator.

Rangkaian listrik ekivalen suatu isolator ditunjukkan pada Gambar 2.6.

(21)

Gambar 2.6 Rangkaian ekuivalen arus bocor isolator.

Keterangan:

I_p = arus permukaan isolator.

I_V = arus volume isolator.

Ic = arus kapasitif yang timbul pada isolator.

IB = arus bocor isolator.

Rp = tahanan permukaan pada isolator.

R_v = tahanan volume pada isolator.

C = kapasitansi disekitar isolator.

Adapun arus bocor yang mengalir melalui suatu isolator ditunjukkan Persamaan 2.1 berikut :

𝐼𝐼𝐵𝐵 = 𝐼𝐼𝑃𝑃+ 𝐼𝐼𝐶𝐶 + 𝐼𝐼𝑉𝑉 (2.1) Karena tahanan volume relatif besar dibandingkan dengan tahanan permukaan, maka menyebabkan arus volume dapat diabaikan. Sehingga, arus bocor total ditunjukkan Persamaan 2.2 berikut :

𝐼𝐼𝐵𝐵 = 𝐼𝐼𝑃𝑃 + 𝐼𝐼𝐶𝐶 (2.2) Dengan demikian, rangkaian ekuivalen isolator menjadi seperti pada Gambar 2.7.

(22)

Gambar 2.7 Rangkaian ekuivalen isolator mengabaikan arus volume.

Tahanan permukaan isolator dapat bervariasi, bergantung pada material yang menempel pada permukaan isolator. Keadaan iklim, daerah pemasangan isolator serta kelembaban udara menjadi faktor yang mempengaruhi besar dari tahanan permukaan isolator. Polutan yang menempel pada permukaan isolator akan menyebabkan tahanan permukaan isolator turun dan meningkatkan besar arus permukaan yang mengalir pada permukaan isolator sehingga arus bocor semakin besar.

II.1.4 Isolator Terpolusi

Isolator akan dilapisi oleh polutan baik berada pada ruang terbuka maupun tertutup. Polutan ini dapat mempengaruhi konduktivitas permukaan dari isolator tersebut sehingga dapat menyebabkan kegagalan isolasi. Berdasarkan sifatnya polutan terdiri dari [3]:

• Polutan yang bersifat konduktif

Polutan yang bersifat konduktif adalah polutan yang mampu menghantarkan arus listrik. Terdiri dari garam-garam yang mampu terurai menjadi ion-ion misalnya NsCl, MgCl₂, Na₂SO₄, dan sebagainya. Dalam suatu larutan garam-garam mudah terurai dan dapat mempengaruhi tahanan permukaan isolator, karena garam-garam tersebut akan membentuk suatu lapisan konduktif pada permukaan isolator.

• Polutan yang bersifat inert

(23)

Polutan yang bersifat lembam (inert) merupakan bagian dari zat padat yang tidak dapat terurai menjadi ion-ion dalam larutan, namun komponen ini dapat menyebabkan ketahanan permukaan isolator. Zat-zat seperti SiO2, tanah liad (kaolin) dapat membentuk suatu ikatan mekanis untuk mengikat komponen-komponen konduktif. Ikatan mekanis yang terbentuk akan mempersulit proses pencucian isolator. Perbedaan tingkat pengotoran antara permukaan atas dengan permukaan bawah akan terlihat pada isolator yang banyak mengandung komponen-komponen yang bersifat lembam. Polutan lembam terbagi dua sifat yakni hydrophilic dan hydrophobic. Komponen hydrophilic dapat meningkatkan tingkat kebasahan permukaan isolator karena kemampuan menyerap air, contohnya tanah liad dan semen. Sedangkan komponen hydrophobic menurunkan tingkat kebasahan isolator, karena sifat kedap air, contohnya lemak dan oli ( minyak ), yang menyebabkan air tidak dapat menempel pada permukaan isolator sehingga lapisan konduktif yang terbentuk tidak kontiniyu.

Polutan yang terbentuk biasanya bukan hanya berasal dari keadaaan alam namun bebereapa polutan terbentuk dari sisa aktivitas makhluk hidup. Beberapa jenis polutan yang sangat berpengaruh terhadap tahanan permukaan isolator[3]:

• 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 [3]:

(24)

 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 bertegangan, ada 2 syarat yang harus diperhatikan yaitu:

1. Air yang digunakan adalah air murni tanpa mineral danmemiliki tahanan jenis lebih besar dari 50.000 O cm.

2. Urutan pencucian harus dimulai dari bawah ke atas untuk mencegah terkumpulnya polutan.

 Pelapisan (greasing/coating)

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 di tunjukkan pada Gambar 2.7. 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 hujan atau embun untuk mengalir dari permukaan isolator ditunjukkan pada Gambar 2.8 berikut[3].

Tambahan Polimer

(25)

Sirip Porselin

Gambar 2.8 Perpanjangan sirip yang terpasang pada isolator porselin

II.1.5 Pembentukan Polutan pada Isolator

Baik polutan yang bersifat konduktif ataupun yang bersifat lembam sebagian besar dibawah oleh angin ke permukaan isolator. Arah dan kecepatan angin sangat mempengaruhi pola pembentukan endapan isolator yang bentuknya tak beraturan. Selain itu terdapat beberapa gaya yang mempengaruhi pengotoran pada permukaan isolator adalah :

1. Gaya gravitasi bumi

Gaya ini sangat dominan dengan terbentuknya lapisan pengotoran pada bagian atas isolator. Persamaan gaya ditunjukkan pada Persamaan 2.3 berikut:

F = m . g (2.3)

Dimana :

m = massa partikel g = Grafitasi Bumi 2. Gaya angin

Gaya yang terjadi akibat tiupan angin dapat membawa partikel-partikel di udara bebas kearah isolator. Persamaan gaya angin ditunjukkan pada Persamaan 2.4 berikut:

F = 3 π η d . v (2.4)

dengan :

η = koefisien gesek antara partikel dengan udara d = diameter partikel

v = kecepatan angin

(26)

3. Gaya elektrostatis

Gaya elektrostatis terjadi akibat adanya medan listrik pada permukaan isolator. Gaya elektrostatis ditunjukkan oleh Persamaan 2.5 berikut:

F = E . Q (2.5)

Dimana :

E = kuat medan listrik Q = muatan partikel II.2 Lewat Denyar (Flashover) II.2.1 Umum

Kegagalan listrik pada isolator dapat disebabkan oleh adanya rongga- rongga kecil pada dielektrik padat (porselen) atau disebabkan terjadinya flashover di sepanjang permukaan isolator. Flashover adalah gangguan yang terjadi berupa loncatan api yang terjadi antar isolator atau komponen listrik tegangan tinggi.

Rongga-rongga kecil pada isolator ditimbulkan karena isolator dibuat kurang sempurna pada saat pembuatan, dengan demikian karakteristik listrik dari isolator tersebut kurang baik. Rongga kecil pada isolator lama-kelamaan akan menyebabkan kerusakan mekanik pada isolator. Terjadinya flashover menyebabkan kerusakan pada isolator oleh karena panas yang dihasilkan busur di sepanjang permukaan isolator. Oleh sebab itu isolator harus dibuat sedemikian rupa sehingga tegangan pada rongga kecil lebih tinggi dari pada tegangan yang menyebabkan flashover.

Peristiwa flashover berawal dari terbentuknya pita kering (dry band). Terbentuknya lapisan konduktif di permukaan isolator diakibatkan oleh adanya polutan yang menempel. Lapisan yang terbentuk di permukaan isolator ini menyebabkan mengalirnya arus bocor (leakage current). Dengan mengalirnya arus bocor, terjadi pemanasan di lapisan tersebut. Lapisan ini dapat membentuk pita kering (dry band) akibat dialiri arus bocor secara terus menerus. Pada tegangan tertentu, kondisi ini dapat menyebabkan pelepasan muatan melintasi pita kering. Pelepasan muatan dapat memanjang sehingga

(27)

terbentuk busur listrik (arc) dan terjadi flashover yang melalui seluruh permukaan isolator.

II.2.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Flashover

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

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

b. Tekanan udara. Bila tekanan udara besar, jumlah molekuul 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, jumllah molekul yang sedikit akan menyebabkan proses ionisasi sangat sedikit. Persamaan faktor koreksi (δ) pada suhu (t °C) dan tekanan (p mmHg) dapat dilihat pada Persamaan 2.6 berikut:

𝛿𝛿 =

^{0.386 𝑝𝑝}_273+𝑇𝑇

(2.6)

Di mana:

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

t = suhu udara (°C)

Sedangkan persamaan tegangan flashover pada suhu 20 °C dan tekanan 760 mmHg dapat dilihat pada Persamaan 2.7 berikut:

𝑣𝑣′ =

^𝑣𝑣_𝛿𝛿

^(2.7)

Di mana:

(28)

v’ = tegangan flashover pada suhu 20 °C dan tekanan 760 mmHg (kV) v = tegangan flashover pada suhu t °C dan tekanan p mmHg (kV) δ = faktor koreksi

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. Bila kandungan air semakin banyak maka udara akan lebih mudah terionisasi dan menyebabkan kekuatan dielektrik udara turun. Semakin banyak kandungan air dalam udara menyebabkan udara semakin mudah terionisasi. Hal ini menyebabkan turunnya tegangan yang diperlukan untuk membuat udara tersebut tembus listrik.

d. 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. Semakin jauh jarak rambat akan berpengaruh terhadap semakin tingginya tegangan flashover. Jarak rambat pada permukaan isolator ditujukkan pada Gambar 2.9 berikut:

Gambar 2.9 Jarak Rambat Ls pada Isolator Piring [5]

(29)

Hubungan tegangan flashover dengan jarak rambat isolator dapat dinyatakan dengan Persamaan 2.8 [10]:

𝑉𝑉𝑉𝑉 = 𝑁𝑁

^1+𝑛𝑛¹

. 𝛿𝛿𝑠𝑠

^𝑛𝑛+1^−𝑛𝑛

. 𝐿𝐿 (2.8)

e.

Polutan. Polutan yang menempel pada permukaan isolator akan meningkatkan konduktifitas di permukaan isolator, sehingga berpengaruh kepada tegangan flashover.

f.

Bahan isolator. Bahan isolator seperti kaca atau porselin memiliki kekuatan elektris yang berbeda. Kekuatan elektris bahan kaca bisa mencapai 2 kali kekuatan elektris porselin.

II.2.3 Mekanisme Flashover 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 flashover terjadi. Rangkaian ekivalen dari lapisan kering dan elektrolit pada permukaan isolator dapat dilihat pada Gambar 2.10 berikut [3]:

(30)

Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen dari lapisan kering dan elektrolit pada permukaan isolator

II.3 Penggolongan Tingkat Pengotoran

IEC menggolongkan bobot polusi isolator menjadi 4 tingkatan seperti Tabel 2.1. Metode yang digunakan adalah metode ESDD (Equivalent Salt Density Deposit). Metode ESDD dilakukan dengan mengukur konduktivitas polutan kemudian disetarakan dengan bobot garam dalam larutan air yang konduktivitasnya sama dengan konduktivitas polutan tersebut [4].

Tabel 2.1 Penggolongan bobot polusi berdasarkan IEC 60050-815: 2000 edisi 01 Tingkat Pengotoran ESSD

Sangat Ringan 0 – 0.03

Ringan 0.03 – 0.06

Sedang 0.06– 0.1

Berat >0.1

Selain standar diatas, IEC 815 juga menentukan bobot polusi dengan metode ESDD dan tinjauan lapangan. Penentuan tingkat bobot polusi isolator dengan metode tinjauan lapangan ditunjukkan pada Tabel 2.2 berikut [5]:

Tabel 2.2 Tingkat polusi dilihat dari kondisi lingkungan Tingkat

Polusi

Contoh Lingkungan ESDD

(mg/cm²)

(31)

Ringan

- Wilayah dengan sedikit industri dan rumah penduduk dengan sarana pembakaran rendah.

- Wilayah pertanian (penggunaan pupuk dapat meningkatkan bobot polusi) dan pegunungan.

- Wilayah dengan jarak 10km atau lebih dari laut dan tidak ada angin laut yang berhembus.

Cat : Semua kawasan terletak paling sedikit 10 – 20 km dari laut dan bukan kawasan terbuka bagi hembusan angin langsung dari laut.

0.06

Sedang

- Wilayah dengan industri yang tidak menghasilkan polusi gas.

- Wilayah dengan kepadatan tinggi dan/atau kawasan industri kepadatan tinggi yang sering hujan dan/atau berangin.

- Wilayah yang tidak terlalu dekat dengan pantai kira kira beberapa kilometer.

0.20

Berat

- Wilayah banyak industri dan perkotaan dengan sarana pembakaran yang tinggi.

- Wilayah dekat laut atau senantiasa terbuka bagi hembusan angin laut yang kencang.

0.60

Sangat Berat

- Sangat dekat pantai

- Sangat dekat dengan kawasan Industri

- Wilayah padang pasir dengan tidak adanya hujan untuk jangka waktu yang lama.

>0.60

Untuk menghitung besar nilai ESDD larutan, maka digunakan Persamaan 2.9 berikut:

Ѳ

_{𝟐𝟐𝟐𝟐}

= Ѳ [𝟏𝟏 − 𝒃𝒃 (𝒕𝒕 − 𝟐𝟐𝟐𝟐)]

^2.9

Dimana :

t = suhu larutan (⁰C)

Ѳ

= konduktivitas larutan pada suhu Ѳ (S/m)

Ѳ

²⁰ = konduktivitas larutan saat suhu 20⁰C (S/m)

b = faktor koreksi pada suhu t yang dapat di lihat pada Tabel 2.3

(32)

Tabel 2.3 Faktor koreksi suhu [6]

θ (°C) B

5 10 20 30

0.03156 0.02817 0.02277 0.01905

Kemudian hitung konsentrasi garam dalam suatu larutan pada temperatur 20⁰C, dapat di hitung dengan Persamaan 2.10 dibawah [7] :

𝑫𝑫 = (𝟓𝟓, 𝟕𝟕 𝒙𝒙 Ѳ_{𝟐𝟐𝟐𝟐})^{𝟏𝟏,𝟐𝟐𝟎𝟎} 2.10

Dimana :

D = konsentrasi garam (kg/m³)

Ѳ

20 = konduktivitas larutan pada temperatur 20⁰C (S/m)

Kemudian setelah konsentrasi garam dalam larutan dan luas permukaan isolator diketahui, maka ESDD dihitung dengan Persamaan 2.11 di bawah ini[1]:

𝑲𝑲 = 𝑮𝑮 𝒙𝒙

^(𝑫𝑫^𝟐𝟐^{− 𝑫𝑫}_𝑨𝑨 ^𝟏𝟏⁾ 2.11

Dimana :

K = ESDD (mg/cm²)

G = volume air destilasi dalam gelas ukur (cm³) A = luas permukaan isolator (cm²)

(33)

II.4 Prosedur Pengujian

Langkah pertama dalam pengujian ini adalah pencucian isolator dengan air bersih dan kain bersih. Prosedur pengujian berdasarkan standar IEC 60507.

Polutan buatan dibuat dengan mencampurkan polutan seperti NaCL, Karbon, dan CaCO3 dengan kaolin. Kadar NaCL, Karbon, dan CaCO3 dengan kaolin telah memiliki ketetapan dan di timbang menggunakan alat timbang. Untuk melakukan pengujian, isolator digantung pada tiang penyangga. Bagian atas isolator dihubungkan pada terminal tegangan tinggi, dan bagian bawah isolator dihubungkan pada pentanahan. Campur polutan dan kaolin dengan 1 liter air, lalu rendam isolator dan tunggu hingga 5 menit. Kemudian angkat isolator perlahan agar polutan tidak jatuh. Lalu keringkan isolator selama 24 jam dan tutup menggunakan plastik agar tidak terkena debu. Setelah polutan menempel pada permukaan isolator, dilakukan pengujian flashover dan dilakukan berulang hingga 3-4 kali untuk masing-masing polutan. Tegangan dinaikkan dari 0 KV dengan kenaikan 5 kV perdetik hingga terjadi flashover. Setelah diperoleh data, lakukan pembersihan isolator menggunakan air bersih dan hasil pencucian isolator tersebut di simpan pada suatu wadah untuk kemudian di ukur nilai konduktivitasnya[11].

BAB III

METODOLOGI PENGUJIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai metode yang digunakan dalam Tugas Akhir ini dalam meneliti pengaruh polutan terhadap tegangan flashover untuk tipe isolator tipe piring (porselin dan kaca), tipe pin, dan tipe post. Eksperimen ini dilakukan di laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Universitas Sumatera Utara.

III.1 Peralatan Pengujian

Untuk melakukan pengujian dibutuhkan peralatan peralatan yang meliputi:

(34)

• 1 unit trafo uji seperti pada Gambar 3.1.

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

Gambar 3.1 Trafo uji

• 1 unit autotrafo seperti pada Gambar 3.2.

Spesifikasi : 200/0 – 200 Volt; 10 kVA.

Gambar 3.2 Autotrafo

• 1 unit tahanan peredam seperti pada Gambar 3.3 .

(35)

Spesifikasinya : 10 MΩ

Gambar 3.3 Tahanan peredam

• 1 unit multimeter seperti pada Gambar 3.4 .

Spesifikasisinya : - Tipe CD800a merek SANWA - Tingkat akurasi 0.7 %

Gambar 3.4 Multimeter

• 1 unit barometer/humiditymeter digital seperti pada Gambar 3.5 . Spesifikasinya : merek Lutron PHB 318; range tekanan 7,5 – 825,0 mmHg; range kelembapan 10 – 110 % RH; range suhu 0 – 50 ˚C.

(36)

Gambar 3.5 Barometer/humiditymeter digital

• Masing-masing 1 unit isolator piring kaca dan porselin, isolator pin dan isolator post dengan bentuk seperti pada Gambar 3.6.

Spesifikasinya : tipe piring (kaca) luas permukaannya 1300 cm², porselin (1100 cm²), pin (870,937 cm²), post (2468,5 cm²).

Gambar 3.6 Isolator piring (Kaca dan porselin), tipe pin, tipe post.

• 1 unit alat ukur Conductivitymeter seperti pada Gambar 3.7 .

(37)

Gambar 3.7 Conductivitymeter

• 1 unit Neraca seperti gambar 3.8

Gambar 3.8 Neraca

• 1 unit wadah berupa ember 10 liter

• 1 unit gelas ukur ukuran 1000mL

• Tangga untuk menggantung isolator

III.2 Bahan Pengujian

Pada pengujian isolator yang berpolutan menggunakan beberapa bahan kimia. Bahan kimia yang digunakan termasuk dalam kategori kelas Technical Analist. Kelas Technical Analist memiliki kemurnian yang rendah serta harga yang relatif murah. Bahan kategori ini digunakan karena penguji membutuhkan bahan kimia dalam jumlah yang banyak, sehingga harga yang relatif murah menjadi pilihan.

Variasi jenis polutan terdiri dari : - NaCl + 40 gr kaolin + 6 lt air - CaCO3 + 40 gr kaolin + 6 lt air - C + 40 gr kaolin + 6 lt air

(38)

Massa dari NaCl, CaCO3, dan C ditentukan sesuai karakteristik tingkat pengotoran dengan standar IEC 60050-815 : 2000 edisi 01.

III.3 Variasi Pengujian

Variasi percobaan ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana perubahan nilai tegangan flashover pada keadaan :

• Kondisi sebelum diberi polutan (isolator dalam keadaan bersih)

• Kondisi saat diberi polutan NaCl, CaCO3, dan C dengan klasifikasi tingkat pengotoran ringan, sedang, dan berat.

Variasi pengujian meliputi pemberian polutan pada isolator tipe piring (porselin dan kaca), pin, dan post.

III.4 Prosedur Percobaan

Ada 10 tahap pengujian yang dilakukan, yaitu : 1. Pengujian tegangan flashover isolator bersih

2. Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi NaCl dengan tingkat pengotoran ringan.

3. Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi NaCl dengan tingkat pengotoran sedang.

4. Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi NaCl dengan tingkat pengotoran berat.

5. Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi CaCO3 dengan tingkat pengotoran ringan.

6. Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi CaCO3 dengan tingkat pengotoran sedang.

7. Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi CaCO3 dengan tingkat pengotoran berat.

8. Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi C dengan tingkat pengotoran ringan.

(39)

9. Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi C dengan tingkat pengotoran sedang.

10. Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi C dengan tingkat pengotoran tinggi.

Berdasarkan diagram alir flowchart, teknik perhitungan dan pengambilan data pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.9 berikut ini :

(40)

Gambar 3.9 Diagram alir penelitian

(41)

III.4.1 Pengujian tegangan flashover isolator bersih 1. Isolator dibersihkan dengan air hingga bersih.

2. Isolator di keringkan dan ditutup dengan plastik agar tidak terkena polusi dari luar seperti debu. Seperti Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Isolator ditutup dengan plastik

3. Dibuat rangkaian percobaan seperti Gambar 3.11 di bawah ini.

Gambar 3.11 Rangkaian percobaan

Ketika terjadi flashover pada permukaan isolator, maka timbul arus yang besar menuju tanah. Relai OCR mendeteksi arus tersebut yang terhubung dangan kumparan pemutus (TC) pemutus daya (S). Dengan demikian, pemutus daya S akan membuka jika terjadi flashover.

4. Mengukur temperatur dan tekanan pada ruang uji.

5. Saklar primer (S1) ditutup dan AT diatur hingga tegangan keluarannya nol 6. Saklar sekunder (S2) ditutup.

(42)

7. Tegangan keluaran AT dinaikkan secara bertahap dengan kecepatan 5 kV/detik sampai terjadi flashover di permukaan isolator. Ini ditandai dengan membukanya saklar S2, dimana rele arus lebih (OCR) mendeteksi arus bocor ke tanah sehingga pemutus daya membuka.

8. Pada saat bersamaan, tegangan V dicatat.

9. Turunkan AT sampai keluarannya nol.

10. Ulangi prosedur 6 s/d 9 sebanyak 5 kali.

11. Percobaan selesai.

III.4.2 Pengujian distribusi tegangan isolator terpolusi NaCl dengan tingkat pengotoran ringan.

1. Membuat polutan sesuai dengan literatur yang sudah ada, yaitu dengan cara mencampur 6 liter air, 40 gr kaolin, dan 50 gr NaCl.

2. Isolator piring (kaca dan porselin), pin, dan post dicelupkan kedalam larutan polutan dan dibiarkan selama 5 menit. Setelah itu isolator diangkat dan dikeringkan selama ± 24 jam dalam suatu ruangan yang ditutupi plastik seperti Gambar 3.12 berikut.

Gambar 3.12 Isolator di celupkan ke dalam larutan polutan

3. Selanjutnya prosedur 2 s/d 10 pada Subbab 3.4.1 di atas diulangi dengan kondisi isolator yang telah terpolusi.

(43)

4. Isolator di uji bergantian mulai dari isolator piring porselin, kaca, tipe pin dan tipe post.

5. Untuk mengukur tingkat pengotoran sesuai standar IEC 60050-815 maka dilakukan pengukuran bobot polusi. Untuk mengukur bobot dari polutan yang menempel pada permukaan isolator, dibutuhkan suatu pengukuran bobot polusi dengan menggunakan metode ESDD (Equivalent Salt Deposit Density ). Langkah – langkah untuk menentukan nilai ESDD polutan pada suatu isolator adalah sebagai berikut :

• Dimulai mencuci isolator yang terpolusi dengan air dan kain kasa dalam suatu wadah seperti gambar 3.13 berikut.

Gambar. 3.13 Pencucian isolator

• Hasil pencucian isolator di bungkus di dalam plastik sebagai sampel untuk diuji nilai konduktifitasnya di Balai Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit (BTKLPP).

Total ada 36 sample seperti ditunjukkan Gambar 3.14 berikut:

(44)

Gambar 3.14 Sampel larutan polutan yang menempel pada isolator

• Diukur konduktivitas larutan pencuci dan dihitung nilai konduktivitas larutan pencuci isolator pada suhu 20 ˚C dengan menggunakan Persamaan 3.1. Gambar 3.15 menunjukkan pengukuran konduktifitas larutan menggunakan conductivitymeter.

Gambar 3.15 Pengukuran nilai konduktifitas

σ20 = σθ [1 – b (θ – 20) ] (3.1) Dalam hal ini :

θ = Suhu larutan ( ˚C )

σ20 = Konduktivitas larutan pada suhu 20 ˚C ( S/m )

(45)

σθ = Konduktivitas larutan pada suhu θ ˚C ( S/m )

b = Faktor koreksi suhu pada suhu θ ˚C Nilai dari b dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut :

Tabel 3.1 Faktor koreksi suhu

θ ( ˚C ) B

5 0.03156

10 0.02817

20 0.02277

30 0.01905

• Dihitung salinitas dari larutan dengan menggunakan Persamaan 3.2 berikut:

D = (5.7 x σ20 ) ^1.03 (3.2)

Dalam hal ini :

D = salinitas ( mg/cm³ ) Dimisalkan hasil yang diperoleh adalah D1.

• Polutan yang menempel pada isolator dilarutkan kedalam larutan pencuci.

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

• Dihitung nilai dari ESDD dengan menggunakan Persamaan 3.3 berikut:

(46)

ESDD = 𝑉𝑉 .^{( 𝐷𝐷}^{2 – 𝐷𝐷1}_𝑆𝑆 ⁾ (3.3)

Dalam hal ini :

ESDD = Equivalent Salt Deposit Density ( mg/cm² ) V = Volume air pencuci ( mL )

D1 = Salinitas larutan pencuci tanpa polutan (mg/cm³) D2 = Salinitas larutan pencuci yang terpolusi ( mg/cm³ ) S = Luas Permukaan isolator ( cm² )

IEC 60050-815 :2000 edisi 01 menggolongkan pengotoran menjadi empat tingkatan seperti Table 3.2 dibawah ini :

Tabel 3.2 Penggolongan tingkat pengotoran

Tingkat Pengotoran ESSD

Sangat Ringan 0 – 0.03

Ringan 0.03 – 0.06

Sedang 0.07– 0.1

Berat >0.1

6. Jika hasil dari perhitungan ESDD diluar batas bobot polusi ringan maka, misalnya termasuk dalam tingkat bobot sedang ataupun berat, maka data di atas dapat dipergunakan untuk bobot polusi isolator sedang atau berat dan eksperimen untuk bobot polusi ringan dapat diulangi kembali dengan mengurangi takaran garam semula.

(47)

III.4.3 Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi NaCl dengan tingkat pengotoran sedang.

1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai literatur yang telah ada, yaitu dengan cara mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin dan 200 gr NaCl.

2. Prosedur pengujian langkah 2 s/d 5 pada Subbab 3.4.2 diulangi sehingga diperoleh 5 nilai tegangan flashover pada masing-masing isolator tipe piring (porselin dan keramik), tipe pin, dan tipe post.

3. Jika nilai ESDD yang diperoleh 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 polusi isolator berat, maka eksperimen dapat dilakukan dengan mengurangi takaran garam semula.

III.4. 4 Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi NaCl dengan tingkat pengotoran berat.

1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai literatur yang telah ada, yaitu dengan cara mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin dan 550 gr NaCl.

3. Jika nilai ESDD yang diperoleh 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 polusi isolator berat, maka eksperimen dapat dilakukan dengan mengurangi takaran garam semula.

III.4.5 Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi CaCO3 dengan tingkat pengotoran ringan.

1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai literatur yang telah ada, yaitu dengan cara mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin dan 100 gr CaCO3.

(48)

3. Jika nilai ESDD yang diperoleh di luar batas bobot polusi sedang, misalnya termasuk dalam tingkat bobot sedang atau berat, maka eksperimen diulang kembali dengan mengurangi takaran CaCO3

semula.

III.4.6 Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi CaCO3 dengan tingkat pengotoran sedang.

1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai literatur yang telah ada, yaitu dengan cara mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin dan 500 gr CaCO3. 2. Prosedur pengujian langkah 2 s/d 5 pada Subbab 3.4.2 diulangi

sehingga diperoleh 5 nilai tegangan flashover pada masing-masing isolator tipe piring (porselin dan keramik), tipe pin, dan tipe post.

3. Jika nilai ESDD yang diperoleh di luar batas bobot polusi sedang, misalnya termasuk dalam tingkat bobot ringan, maka eksperimen diulang kembali dengan menambah takaran CaCO₃ semula. Jika termasuk dalam tingkat bobot polusi isolator berat, maka eksperimen dapat dilakukan dengan mengurangi takaran CaCO₃ semula.

III.4.7 Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi CaCO3 dengan tingkat pengotoran berat.

1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai literatur yang telah ada, yaitu dengan cara mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin dan 900 gr CaCO3. 2. Prosedur pengujian langkah 2 s/d 5 pada Subbab 3.4.2 diulangi

sehingga diperoleh 5 nilai tegangan flashover pada masing-masing isolator tipe piring (porselin dan keramik), tipe pin, dan tipe post.

3. Jika nilai ESDD yang diperoleh di luar batas bobot polusi berat, misalnya termasuk dalam tingkat bobot ringan atau sedang, maka eksperimen diulang kembali dengan menambah takaran CaCO3

(49)

semula. Jika termasuk dalam tingkat bobot polusi isolator sangat berat, maka eksperimen dapat dilakukan dengan mengurangi takaran CaCO3

semula.

III.4.8 Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi karbon dengan tingkat pengotoran ringan.

1. Membuat larutan pengotor isolator sesuai literatur yang telah ada, yaitu dengan cara mencampurkan 6 liter air, 40 gr kaolin dan 80 gr karbon.

3. Jika nilai ESDD yang diperoleh di luar batas bobot polusi ringan, misalnya termasuk dalam tingkat bobot sedang atau berat, maka eksperimen diulang kembali dengan menambah takaran karbon semula.

III.4.9 Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi karbon dengan tingkat pengotoran sedang.

3. Jika nilai ESDD yang diperoleh di luar batas bobot polusi sedang, misalnya termasuk dalam tingkat bobot ringan, maka eksperimen diulang kembali dengan menambah takaran karbon semula. Jika termasuk dalam tingkat bobot polusi isolator berat, maka eksperimen dapat dilakukan dengan mengurangi takaran karbon semula.

(50)

III.4.10 Pengujian tegangan flashover isolator terpolusi karbon dengan tingkat pengotoran berat.

3. Jika nilai ESDD yang diperoleh di luar batas bobot polusi sedang, misalnya termasuk dalam tingkat bobot ringan atau sedang, maka eksperimen diulang kembali dengan menambah takaran karbon semula. Jika termasuk dalam tingkat bobot polusi isolator sangat berat, maka eksperimen dapat dilakukan dengan mengurangi takaran karbon semula.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

(51)

Dalam bab ini akan dijelaskan tentang perhitungan ESDD untuk menentukan bobot polusi isolator, pengolahan data hasil pengukuran nilai tegangan flashover, dan perhitungan persentase tegangan flashover untuk isolator yang diuji dengan tingkat polusi yamg diberikan.

IV.1 Hasil Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator pada Saat Isolator Bersih

Pada saat isolator dalam keadaan bersih (tanpa polutan), tegangan flashover atau yang biasa disebut sebagai tegangan flashover dapat diliat pada Tabel 4.1 dibawah ini:

Tabel 4.1 Data tegangan flashover pada saat isolator bersih

No Jenis isolator

Suhu Tekanan Faktor koreksi

(δ)

V_flash (kV)

V_flash/δ (kV) (°C) (mmHg)

1 Piring

(Porselin) 28.8 753.4 0.963593 38.9 40.3697 2 Piring

(Kaca) 29.1 753.5 0.962763 44.8 46.5326 3 Pin 29.6 753.2 0.960790 67.26 70.0048 4 Post 29.3 753.3 0.961871 73.94 76.8709

Dari Tabel 4.1 diatas diperoleh data berupa suhu, tekanan, dan tegangan flashover dari tiap-tiap isolator dalam keadaan tidak diberi polutan atau dalam keadaan bersih. Faktor koreksi dapat diperoleh dari Persamaan 2.6 pada bab sebelumnya dengan membandingkan suhu dan tekanan yang diukur menjadi standar yaitu suhu pada 20°C dan tekanan 760mmHg. Tegangan flashover standar didapat dengan membagikan tegangan flashover pengukuran dengan faktor koreksinya. Dari tabel terlihat bahwa tegangan flashover pada isolator post lebih tinggi dari yang lainya. Ini disebabkan oleh jarak rambat permukaan isolator post lebih besar dibandingkan jarak rambat pada isolator lainnya.

(52)

IV.2 Hasil Pengujian Tegangan Flashover AC Isolator pada Polutan dengan Tingkat Polusi Rendah

Pada penelitian kondisi isolator terpolusi rendah ini diberikan 3 jenis polutan, yaitu Nacl, CaCO3, dan Karbon. Untuk nilai tegangan flashover nya dapat dilihat pada tabel dibawah ini:

a. Pengujian isolator terpolusi NaCl

Nilai tegangan flashover pada tiap-tiap isolator saat diberi polutan NaCl tingkat ringan dapat dilihat pada Tabel 4.2 dibawah ini:

Tabel 4.2 Data tegangan flashover isolator terpolusi Nacl tingkat ringan

(δ)

V_flash V_flash/δ

(°C) (mmHg) (kV) (kV)

1 Piring

(Porselin) 27.6 754.2 0.968467 33.34 34.4255 2 Piring

(Kaca) 28.1 754.1 0.966731 35.96 37.1975 3 Pin 28.2 754.1 0.96641 59.76 61.8371 4 Post 28.3 754 0.965961 67.76 70.1478

b. Pengujian isolator terpolusi CaC03

Nilai tegangan flashover pada tiap-tiap isolator saat diberi polutan CaC0₃ tingkat ringan dapat dilihat pada Tabel 4.3 dibawah ini:

Tabel 4.3 Data tegangan flashover isolator terpolusi CaC03 tingkat ringan

(δ)

V_flash V_flash/δ

(°C) (mmHg) (kV) (kV)

1 Piring

(Porselin) 28.7 752.5 0.962761 35.76 37.1432 2 Piring

(Kaca) 29.3 752.4 0.960722 40.64 42.3015 3 Pin 29.4 752.4 0.960405 64.4 67.0551 4 Post 29.3 752.3 0.960595 67.58 70.3522

(53)

c. Pengujian isolator terpolusi Karbon (C)

Nilai tegangan flashover pada tiap-tiap isolator saat diberi polutan Karbon tingkat ringan dapat dilihat pada Tabel 4.4 dibawah ini:

Tabel 4.4 Data tegangan flashover isolator terpolusi Karbon (C) tingkat ringan

(δ)

V_flash V_flash/δ

(°C) (mmHg) (kV) (kV)

1 Piring

(Porselin) 27.4 752.3 0.96667 36.5 37.7585 2 Piring

(Kaca) 27.5 752.2 0.96622 42.44 43.9237 3 Pin 27.6 752.1 0.96577 64.7 66.9931 4 Post 27.5 752 0.965963 68.78 71.2035

Berdasarkan Tabel 4.2, 4.3, dan 4.4 diatas maka dapat diperoleh grafik tegangan Flashover Vs jenis polutan yang diberikan dalam konsentrasi terpolusi ringan pada tiap-tiap isolator yang ditunjukkan pada Gambar 4.1 berikut ini.

Gambar 4.1 Grafik tegangan flashover vs polutan tingkat ringan pada tiap isolator Dari grafik Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa pengaruh polutan pada konsentrasi tingkat ringan, tegangan flashover pada polutan NaCl lebih besar

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Piring Porselin Piring Kaca pin post

Tegangan Flashover

Jenis Isolator

Isolator Terpolusi Ringan

NaCl CaCO3 Karbon