A-29
PENGUJIAN ISOLATOR PIN-POST 20 KV TERKONTAMINASI GARAM MENGAKIBATKAN ARUS BOCOR FLASHOVER PADA PERMUKAAN
Muhammad Suyanto
Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro IST AKPRIND Jogjakarta Telepon (0274) 563029. Facsimile (0274) 563847
E.mail : musyant @.yahoo.com INTISARI
Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh informasi mengenai arus bocor lewat denyar yang di akibatkan pengaruh tingkat pencemaran garam laut, yang melekat pada permukaan isolator tipe pin-post di saluran distribusi 20 kV. Polutan yang digunakan dalam penelitian berdasarkan prediksi data analisis kimiawi hasil penelitian PT.PLN dan FT.UGM (1996). Metoda pemberian lapisan polutan pada permukaan isolator dengan berat polutan yang bervariasi. Metode pengujiannya dengan menggunakan lemari uji di laboratorium, dengan tegangan tinggi AC. Hasil pengukuran dan perhitungan memperlihatkan bahwa, terdapat hubungan yang signifikan antara polutan dengan ESDD pada permukaan isolator. Hasil Penelitian dapat disimpulkan dengan meningkatnya ESDD pada permukaan isolator, maka nilai arus bocor semakin membesar, dan akan mengakibatkan tegangan lewat denyar semakin menurun.
Kata kunci : Arus bocor , Tegangan lewat denyar, ESDD PENDAHULUAN
Isolator adalah merupakan salah satu jenis alat isolasi listrik yang banyak digunakan pada jaringan tenaga listrik, isolator selalu berhubungan dengan udara luar, maka banyak faktor yang dapat mengakibatkan isolator tidak berfungsi dengan baik, diantaranya dipengaruhi tingkat bobot polusi udara dimana isolator tersebut dipasang. Polutan yang terkandung di udara dapat menempel pada permukaan isolator dan berangsur-angsur membentuk suatu lapisan tipis dan mengakibatkan terjadi penumpukan partikel-partikel pengotor yang mengandung garam dan debu pasir pantai di permukaan isolator.
Isolator yang terbuat dari bahan keramik, gelas dan porselin mempunyai permukaan luar yang mudah terkontaminasi, sehingg dapat mengalirkan arus bocor, yang dapat mengakibatkan flashover (Arismunandar, A,.
1994). Permukaan isolator terkontaminasi dapat mempengaruhi besarnya nilai tahanan permukaan isolator, dalam keadaan kering nilainya sangat tinggi, tetapi akan menjadi rendah bila permukaan dalam keadaan lembab (Cherney E.A., 1984). Isolator dari bahan keramik jenis pin-post banyak dipasang pada jaringan distribusi 20 kV. Akibat polusi yang melekat pada permukaan isolator, dan pengaruh cuaca basah maka arus bocor meningkat dengan tajam. Peningkatan arus bocor akan memperbesar rugi-rugi dalam bentuk pemanasan, akibatnya terjadi kegagalan isolator sebagai isolasi (Suwarno., 1999). Daerah selatan pantai Pulau Jawa, disinyalir sering terjadi flashover pada isolator saluran distribusi 20 kV. Pengaruh lingkungan yang banyak mengandung bahan -bahan polutan, seperti garam (NaCl), pasir atau debu yang mengandung zat besi (Fe), yang diawali oleh lapisan partikel-partikel ( zat pengotor) pada permukaan isolator, maka arus bocor kritis akan lewat pada permukaan isolator dapat terjadi (BMG). Lapisan polutan tidak mengurangi kekuatan mekanis dari isolator pada kondisi kering, tetapi pada kondisi berembun atau lembab, zat pengotor ini akan menurunkan kekuatan isolasi pada isolator di sebabkan dua faktor yaitu : zat pengotor (contaminant ) itu sendiri dan kelembapan.
Pengukuran arus bocor pada isolator gantung, terpasang secara seri 2 sampai 4 dari isolator standart 250S porselin, dengan menggunakan metode fog chamber dan disemprotkan uap air yang terkontaminasi garam dengan kuantitas 5-8 mg/Cm2 (Takano T;and Iwana.T, 1993 ).
Pengaruh polusi udara pada permukaan isolator dapat mengakibatkan terjadinya kegagalan tegangan pada isolator yang teraliri arus listrik. Jika proses pelapisan permukaan isolator makin banyak tingkat polutannya dapat mengakibatkan terjadinya loncatan bunga api listrik, sehingga dapat memperbesar rugi–rugi daya yang sangat besar. Untuk menanggulangi atau minimal mengurangi rugi-rugi yang disebabkan oleh polutan, maka perlu dilakukan suatu studi tingkat perancangan sistem jaringan transmisi maupun distribusi yang memperhatikan tingkat lingkungannya. Klasifikasikan tingkat polutan yang mungkin terjadi dilingkungannya, Sebagaimana diperlihatkan pada Tabel 1, standart tingkat polusi (STANDAR SPLN 10-3B., 1993).
Metode penelitian, bahan polutan yang digunakan sebagai kontaminasi pada isolator, dilakukan dengan cara buatan yang komposisi unsur kimiawinya mendekati polutan dari daerah Gresik, yaitu antara lain, (K 0,31%, Na 37,4%, Ca 31,54%, Mg 30,77%), sedangkan Isolator yang digunakan sebagai eksperimen dari jenis
A-30
(pin-post) untuk saluran 20 kV dengan luas permukaan 2247 cm2 sebagai obyek benda ujinya (PT. PLN & FT UGM, 1996). Tata cara pelaksanaan pengujian di lakukan di laboratorium Teknik Teganagn Tinggi Universitas Gadjah Mada).
Tabel 1. Tingkat Nilai Polusi dan Polusi Buatan
Jarak rambar spesifik ( lihat kolom 2 table 1 ) dalam ( mm/KV )
Uji polusi buatan nilai tahanan terhadap intensitas polusi pada tegangan fase ke bumi Metode kabut garam*)
( kg/m3 )
Metode lapis padat ESDD (mg/cm2) Konduktivitas lapisan ( µS)
I. ( Ringan ) 16 5 - 14 0,03-0,06 15-20
II. ( Sedang ) 20 14 – 40 0,10-0,20 24-33
III. ( Berat ) 25 40 – 112 0,30-0,60 36
IV. ( Sangat berat ) 31 > 160 - -
*) Kepadatan Endapan Garam = Salt Deposit Density, SDD
Adapun pengujian isolator dilakukan pada bagian permukaannya, dengan cara diberikan polutan secara penuaan. Komposisi polutan yang disemprotkan pada permukaan isolator seperti pada Tabel 2 : Hasil analisis kimia Teknologi Pertanian UGM, dengan komposisi yang disamakan dan disemprotkan disesuaikan dengan tingkat ESDDnya simulasi berat polutan untuk Gresik sampai 0,3994 gr/cm2.
Tabel 2. Hasil analisis persamaan kandungan polutan Nama
unsur
komposisi polutan
Data Berat Polutan Data polutan
( ppm )
Berat polutan ( mgr )
Jumlah berat molekul (mgr)
K+ KCl 3,4035 6,50
2111
Na+ NaCl 310,46 789,65
Ca+++ CaCl2 239,94 665,83
Mg++ MgCl26H2O 76,786 649,48
Fe+++ FeCl36H2O - -
Proses pelapisan polutan pada isolator
Metoda pelapisan yang dipergunakan dengan cara penyemprotan. Simulasi polusi polutan buatan dilakukan menurut standar IEC 507, (1991) dengan berat polutan buatan, untuk Gresik 2,1, 6,3, 12,6, 16,8, 20,1, 30,3, 40,2 gram/500 ml air destilasi, hingga diperoleh tingkat ESDD sebesar 0,3994 gr/cm2. Proses penyemprotan pulutan pada permukaan isolator di lakukan di udara terbuka, dengan tujuan menyerupai keadaan sebenarnya berdasar data iklim[2]. Pelaksanaan penyemprotan seperti pada Gambar 1.
Proses pengkabutan dilakukan selama 10 menit setiap kali pengujian, dan diukur tegangan gagal AC minimumnya dengan menaikkan tegangan pada kecepatan 3 kV/detik sebanyak 5 kali setiap isolator. Didalam lemari uji dipasang alat ukur termometer, barometer, serta higrometer, kemudian dicatat besarnya nilai suhu, kelembaban udara dan tekanan udara.
Dalam proses pengujian tegangan peluahan lewat denyar dengan frekuensi rendah 50 Hz, pada isolator yang terkontaminasi polutan, sumber tegangan tinggi bolak balik(AC) terhubung langsung pada konduktor 16
Gambar.1 : Proses penyemprotan polutan
AC 220 V
Motor Kompreso Nozze Isolator
100
A-31
mm2 yang diikatkan di permukaan atas pada isolator, sedangkan isolator berada di dalam ruangan fog chamber dalam posisi tegak. Pembacaan tegangan Flashover pada permukaan isolator sesuai dengan tingkat polutan yang melekat diukur menggunakan osiloscope digital. Besaran arus bocor flashover, didapat dengan cara menghitung berdasar nilai resistor yang terpasang seri terhadap isolator dan paralel terhadap osiloscope.
Pengujian tegangan jatuh dan arus bocor Flashover seperti pada Gambar 2 dan 3.
Gambar 2 : Rangkaian pengujian Flashover dan arus bocor
Gambar 3 : Rangkain listrik pengujian tegangan Flashover dan arus bocor Keterangan :
Ps : Primary switch; S : Secondary switch; VR : Voltage regulator
TR : transformator penaik tegangan tinggi 220/100 kV; Lv : tegangan rendah; Hv : tegangan tinggi Cp : Capasitor ukur tegangan tinggi 100 pF; Vm : alat ukur tegangan pengujian
Fc : fog chamber ( lemari uji )sebagai ruang pengkabutan Bu : Isolator tipe Z ( pin-post ) 20 kV, sebagai benda uji Vac : Pengukuran tegangan input transformator uji Pengukuran Tegangan Flashover dan Arus Bocor
Lemari uji yang digunkan adalah terbuat dari kaca dengan ketebalan 5 mm bening, agar supaya benda ujinya dapat terlihat. Pengujian isolator, dilakukan dengan menggunakan tegangan pengujian arus bolak balik, pada frekuensi 50 Hz sebagai berikut : bagian samping lemari uji dibuat cendela berukuran 60x 80 cm dapat dibuka, tujuannya untuk memasukkan dan mengeluarkan isolator yang di uji. Isolator yang sudah diberi lapisan polutan, dimasukkan ke dalam ruangan lemari uji yang berukuran tinggi 120 cm dan luas alas 100 cm2.
PEMBAHASAN
Hasil pengukuran diperlihatkan pada tabel 2 yaitu besaran tegangan flashover dan perhitungan arus bocor terhadap tingkat ESDD ( Equivalent Salt Deposit Density ) pada permukaan isolator, sedangkan gambar 4dan 5 memperlihatkan grafiknya. Hasil analisis Gambar 4, menunjukkan bahwa besarnya sumbangan (kontribusi ) ESDD terhadap variasi naiknya tegangan flashover sebesar 96,77 % . Hal ini menunjukkan bahwa kontribusi variabel ESDD terhadap tegangan lewat denyar, setiap kenaikan ESDD akan diikuti naiknya
BU Cp
TR
VAC Vm
FC
Ground
A S
VR 220 v
Ps
Hv
Lv
A-32
ESDD Terhadap Arus Bocor Polutan Buatan Untuk Gresik
y = 4.376Ln(x) + 117.79 R2 = 0.6967
98 100 102 104 106 108 110 112 114 116
0 0.2 0.4 0.6
ESDD ( mg/cm2 )
Arus Bocor ( mA )
Arus Bocor Terhadap ESDD Hubungan ESDD Vs Arus Bocor
tegangan flashover. Begitu pula untuk pengaruh ESDD terhadap arus bocor flashover pada Gambar 5, menunjukkan besarnya sumbangan (kontribusi ) ESDD terhadap variasi naiknya arus bocor sebesar 92,45 % .
Hal ini menunjukkan bahwa kontribusi variabel ESDD terhadap arus bocor, setiap kenaikan ESDD akan diikuti naiknya arus bocor. Hal ini ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3. Data Pengujian Tegangan Lewat Denyar Tingakat Kepadatan ESDD Persamaan Polutan Daerah Gresik
ESDD mg/cm2
Arus Bocor pada
20 kV(mA) Tegangan Kritis
(kV) Tegangan Flashover
(kV) 0.01944
0.06853 0.07052 0.11611 0.17599 0.32903 0.39942
>80 72,4 59,0 48,9 40,0 26,6 20,8
>80 75,50 63,80 52,99 41,40 29,76 21,95
285.008 277.150 269.196 267.024 243.193 135.604 112.188
Pengaruh polutan pada permukaan isolator, akan mempengaruhi nilai resitansi permukaan. Semakin banyak polutan yang diberikan, maka nilai resistansi permukaan isolator menjadi semakin rendah, karena pengaruh kosentrasi atau konduktivitas polutan yang melekat pada permukaan akan semakin tinggi.
Gambar 4.Grafik hubungan Tegangan Gambar 5. Grafik hubungan Arus Kritis Vs ESDD Bocor VS ESDD
Karena sifat konduktivitasnya yang tinggi dalam keadaan lembab (pengaruh pengkabutan), permukaan isolator bersifat lebih konduktif. Sehingga dengan diberikan tegangan pada isolator akan mengalir arus bocor pada permukaan, jika berlangsung lebih luas dan cukup lama akan timbul busur api, akibatnya terjadi tegangan lewat denyar pada permukaan isolator. Dengan demikian, akibat dari polutan buatan dengan tingkat ESDD tertentu yang disemprotkan pada permukaan isolator yang diuji , akan terjadi pengaruh yang cukup signifikan antara kenaikkan besarnya nilai ESDD terhadap besarnya nilai arus bocor semakin besar. Pada kelembabpan udara yang relatif rendah maka tegangan lewat denyar akan menurun dengan tajam, hal ini disebabkan karena terjadinya kejenuhan dari uap air dalam udara sehingga terjadi kondensasi. Akibat dari pengaruh kondensasi menyebabkan permukaan isolator membasah, sehingga menurunkan tegangan lewat denyar.
KESIMPULAN
Hasil pembahasan pengaruh tingkat ESDD terhadap tegangan kritis flasover, menunjukkan semakin tinggi kenaikan ESDD yang melekat pada permukaan isolator kondisi basah, maka akan terjadi penurunan tegangan lewat denyar pada permukaan isolator.
Teg.Kritis Terhadap ESDD Gresik
y = 461.83x2- 343.33x + 86.237
R2 = 0.9619
0 20 40 60 80 100
0 0.2 0.4 0.6
ESDD ( mg/cm2 )
Teg. Kritis ( Kv )
Teg.Kritis Poly. (Teg.Kritis)
A-33
Hasil pembahasan perhitungan arus bocor terhadap ESDD, dengan bertambahnya konsentrasi polutan yang melekat pada permukaan isolator, maka semakin besar nilai arus bocor yang melalui permukaan isolator.
Dengan kata lain arus bocor makin tinggi akan menyebabkan tegangan kritis flashover pada permukaan isolator.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, A,. 1994, Teknik Tegangan Tinggi, cetakan ketuju, Pradnya Paramita, Jakarta. , hal 5-27 Badan Meteorologi dan Geofisika,”Data Iklim Indonesia”
PT. PLN & FT UGM, 1996, “Pekerjaan Study dan survey Penyusunan etetingkat Intensitas polusi serta pedoman pemilihan isolator di Pulau. Jawa”, Yogyakarta. hal 3-17, lamp. 6-10, 6-13
Cherney E.A., 1984, “The AC clean fog for contaminated insulators”, IEEE Transaction onpower Apparatus and system Vol Pas 103 No 4 April.
IEC 507, 1991, “Artificial Pollution Test on high Voltage Insulator to beUsed on AC System”, Second Edition, pp. 7- 37.
Muhaimin, 1993, Bahan bahan Listrik Untuk Politeknik, , Pradnya Paramita, Jakarta. hal 3-5, 42-44 NGK Insulator Ltd., “Pollution Map And Analysis Of Contaminants”, TN-93183.
Suwarno., 1999, “Pengurangan Arus Bocor/rugi Daya pada Isolator Keramik dengan Lapisan Senyawa Silikon”, Proceedings Seminar Nasional & Workshop Teknik Tegangan Tinggi II, UGM, Yogyakarta, November 29-30, p.p B1-1.B1-1.61
STANDAR SPLN 10-3B., 1993, Tingkat Intensitas Polusi Sehubungan dengan Pedoman Pemilihan Isolator, Departemen Pertambangan dan Energi, PT PLN, Jakarta
Takano T;and Iwana.T, 1993, “Leakage Current Characteristics Of The Salt Contaminated Insulators”, Symposium, Yokohama, Japan, August
