• Tidak ada hasil yang ditemukan

Analisis Pengaruh Polutan Pada Isolator Kaca Terhadap Distribusi Tegangan Isolator Rantai

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Membagikan "Analisis Pengaruh Polutan Pada Isolator Kaca Terhadap Distribusi Tegangan Isolator Rantai"

Copied!
22
0
0

Teks penuh

(1)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Isolator Piring

II.1.1 Umum

Pada transmisi hantaran udara, suatu konduktor dengan konduktor lain diisolir dengan udara, sedangkan konduktor dengan menara atau tiang pendukung konduktor diisolir dengan bahan isolasi padat yang disebut isolator. Hal ini bertujuan agar tidak terjadi aliran arus yang tidak semestinya ada antara satu bagian dengan lainnya, sehingga bagian yang tidak bertegangan ini harus dipisahkan dari bagian-bagian yang bertegangan.

Isolator jaringan tenaga listrik merupakan alat tempat menopang 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 lewat-denyar (flashover) sehingga mengakibatkan

terjadinya kerusakan pada sistem jaringan tenaga listrik.

Adapun fungsi utama isolator adalah:

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).

(2)

sakelar pemisah, pendukung konduktor penghubung dan penggantung rel daya. Pada panel pembagi daya, rel dengan rel dipisahkan oleh udara, sedangkan rel dengan kerangka pendukung dipisahkan oleh isolator.

II.1.2 Konstruksi isolator piring

Isolator pada umumya memiliki tiga bagian utama yaitu bahan dielektrik, kap (cap), dan fitting seperti terlihat pada Gambar 2.1. Selain itu juga terdapat semen yang berfungsi sebagai bahan perekat yang merekatkan ketiga bagian ini.[2]

Gambar 2.1 Konstruksi Isolator Piring [2]

(3)

(a) (b)

(c)

Gambar 2.2 (a) Isolator Piring Standar [1](b) Isolator Piring Anti-fog[1] (c) Isolator Piring

Aerodinamis[1]

• Isolator dengan desain standar (Gambar 2.2a). Isolator ini digunakan pada daerah dengan bobot polusi rendah seperti di daerah yang kerapatan penduduknya dan tidak ada industri.

Isolator piring dengan desain anti-fog (Gambar 2.2b). Isolator ini dirancang memiliki lekukan yang lebih dalam untuk memperpanjang jarak rambat arus, digunakan pada daerah dengan bobot polusi tinggi seperti di daerah industry berat.

Isolator piring dengan desain aerodinamis (Gambar 2.2c). Isolator ini dirancang memiliki permukaan yang licin sehingga polutan lebih sulit menempel pada permukaannya. Isolator ini biasa digunakan pada daerah gurun.

(4)

• Setiap lubang pada bahan isolasi, harus memiliki sumbu yang sejajar dengan sumbu memanjang atau sumbu tegak isolator. Lubang dibuat pada temperatur penempaan isolator.

• Tidak memiliki lekukan yang runcing agar pada isolator tidak terjadi medan elektrik yang tinggi.

• Permukaan isolator harus licin dan bebas dari partikel-partikel runcing.

• Untuk menghindari terjadinya peluahan sebagian, maka isolator tidak boleh mengandung rongga udara.

• Tidak ada resiko meledak dan pecah.

• Dimensi sirip dan jarak rambat diatur sedemikian sehingga isolator mudah dibersihkan. Pembersihan dimaksud adalah pembersihan secara alami oleh hujan atau pembersihan rutin. Kedua pembersihan tersebut adalah dalam rangka membuang bahan polutan yang menempel pada permukaan isolator.

• Jarak rambat isolator harus diperbesar, jika isolator dipasang pada kawasan yang dihuni banyak burung.

• Bahan perekat harus memiliki kekuatan adhesi yang tinggi.

II.1.3 Bahan dielektrik isolator

Suatu isolator yang baik mempunyai bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Walaupun ada yang sanggup menghantarkan arus listrik namun relative kecil sehingga bisa diabaikan.

(5)

1. Bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik.

2. Bahan isolasi yang ekonomis, tanpa mengurangi kemampuannya sebagai isolator. Sebab makin berat dan besar ukuran isolator tersebut akan mempengaruhi beban penyangga pada sebuah tiang listrik.

3. Bahan yang terbuat dari bahan padat, seperti : porselin, gelas, mika, ebonit, keramik, parafin, kuarts, dan veld spaat.

Ada dua jenis bahan isolator yang paling sering digunakan pada isolator yaitu berbahan porselin/keramik dan gelas/kaca seperti pada Gambar 2.3 :[2]

1. Porselen

(6)

Keuntungan dari penggunaan isolator berbahan porselin ini adalah :

a. Terbuat dari dari bahan campuran tanah porselin, kwarts, dan veld spaat,

b. 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. c. Dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka. d. Memiliki sifat tidak menghantar (non conducting) listrik yang tinggi,

dan memiliki kekuatan mekanis yang besar.

e. Dapat menahan beban yang menekan serta tahan akan perubahan-perubahan suhu.

f. Memiliki kualitas yang lebih tinggi dan tegangan tembusnya (voltage gradient) lebih besar, sehingga banyak disukai pemakaiannya untuk jaringan distribusi primer. Kadang-kadang kita jumpai isolator porselin ini pada jaringan distribusi sekunder, tetapi ukurannya lebih kecil.

Kelemahan dari penggunaan isolator berbahan porselin ini adalah :

a. Tidak tahan akan kekuatan yang menumbuk atau memukul.

b. 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.

(7)

2. Gelas

Bahan penyusun dari isolator gelas terdiri dari bahan campuran antara pasir silikat, dolomit, dan phospat. Isolator gelas memiliki sifat mengkondensir (mengembun) kelembapan udara, sehingga debu lebih mudah melekat dipermukaan isolator. Kekuatan mekanik dan dielektrik dari isolator gelas bergantung pada kandungan alkali pada isolator tersebut. Kekuatan dielektrik gelas alkali tinggi adalah 17,9 kVrms/mm sedangkan kemampuan dielektrik gelas alkali rendah adalah 48kVrms/mm.

Keuntungan dari penggunaan isolator gelas ini adalah :

1. Terbuat dari bahan campuran antara pasir silikat, dolomit, dan phospat. Komposisi bahan tersebut dan cara pengolahannya dapat menentukan sifat dari isolator gelas ini.

2. Lebih banyak dijumpai pemakaiannya pada jaringan distribusi sekunder.

3. Isolator gelas ini harganya lebih murah bila dibandingkan dengan isolator porselin.

Kelemahan dari penggunaan isolator gelas ini adalah :

a. Memiliki sifat mengkondensir (mengembun) kelembaban udara, sehingga lebih mudah debu melekat dipermukaan isolator tersebut. b. Makin tinggi tegangan sistem makin mudah pula terjadi peristiwa

kebocoran arus listrik (leakage current) lewat isolator tersebut,yang berarti mengurangi fungsi isolasinya.

c. Memiliki kualitas tegangan tembus yang rendah, dan kekuatannya berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan temperatur.

(8)

disekelilingnya. Tetapi bila isolator gelas ini mengandung campuran dari bahan lain, maka suhunya akan turun.

(a) (b) Gambar 2.3 Isolator (a) Porselen (b) Kaca

II.1.4 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 [3].

(9)

Gambar 2.4 Komponen Arus Bocor pada Isolator.

Rangkaian listrik ekivalen suatu isolator ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Rangkaian ekuivalen arus bocor isolator.

Keterangan:

Ip = arus permukaan isolator.

IV = arus volume isolator.

Ic = arus kapasitif yang timbul pada isolator.

IB = arus bocor isolator.

Rp = tahanan permukaan pada isolator.

Rv = tahanan volume pada isolator.

(10)

Adapun arus bocor yang mengalir melalui suatu isolator adalah :

�� = �� +��+�� (2.1)

Karena tahanan volume relatif besar dibandingkan dengan tahanan permukaan, maka menyebabkan arus volume dapat diabaikan. Sehingga, arus bocor total menjadi :

�� =��+�� (2.2)

Dengan demikian, rangkaian ekuivalen isolator menjadi seperti pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Rangkaian Ekuivalen Isolator Mengabaikan Arus Volume.

(11)

II.1.5 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 :

• 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

(12)

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 : [1]

• 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 : [1]

 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)

(13)

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.

Tambahan Polimer

Sirip Porselin

Gambar 2.7 Perpanjangan Sirip yang Terpasang pada Isolator Porselin [1]

II.2 Penggolongan Tingkat Pengotoran

(14)

kemudian disetarakan dengan bobot garam dalam larutan air yang konduktivitasnya sama dengan konduktivitas polutan tersebut.

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 :

Tabel 2.2 Tingkat Polusi Dilihat dari Lingkungannya Berdasarkan IEC 815 [2][1]

Tingkat Polusi

Contoh Lingkungan ESDD (mg/cm2)

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.

(15)

 Lanjutan Tabel 2.2

Tingkat Polusi

Contoh Lingkungan ESDD (mg/cm2)

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

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

II.3 Isolator Rantai

Isolator rantai terdiri dari beberapa isolator piring yang disusun secara berantai sehingga menjadi satu kesatuan isolator. Isolator rantai seperti Gambar 2.8 biasanya digunakan untuk menggantung penghantar transmisi tegangan tinggi pada menara- menara transmisi. Penghantar ini digantung dengan menggunakan isolator agar penghantar tidak menyentuh badan menara yang dibumikan. Isolator jenis ini banyak digunakan karena pada sistem transmisi tegangan tinggi isolator ini dianggap paling effisien untuk mengisolasi antara konduktor dengan tiang menara.

(16)

Keuntungan penggunaan isolator rantai adalah :[4]

1. Biaya instalasi isolator rantai cenderung lebih murah dari isolator pin untuk sistem dengan tegangan lebih dari 33kV.

2. Setiap unit isolator piring dirancang untuk bekerja pada tegangan rendah. Sehingga dapat disusun agar dapat mengisolir tegangan kerja.

3. Jika salah satu isolator piring pada suatu renteng isolator rantai rusak. Maka kita hanya perlu mengganti isolator piring tersebut dengan isolator yang baru.

4. Karena tersusun dari beberapa isolator piring maka isolator rantai memiliki tingkat fleksibel yang tinggi sehingga dapat mengayun mengikutikabel transmisi.

5. Dengan bertambahnya permintaan akan jaringan transmisi, akan lebih menguntungkan jika menigkatkan suplai daya dengan menaikkan tegangan transmisi. Karena tegangan transmisi naik maka isolator pendukung yang ada juga harus disesuaikan. Dimana isolator rantai dapat dengan mudah dinaikkan kapasitasnya dengan menambahkan jumlah isolator piringnya.

6. Isolator rantai biasanya dipasangkan pada menara baja. Dimana isolator rantai berada dibawah crossarm sehingga secara tidak langsung kabel transmisi mendapatkan proteksi terhadap petir.

II.4 Distribusi Tegangan

(17)

disusun menjadi isolator rantai, maka akan dijumpai tiga kelompok susunan “konduktor-dielektrik-konduktor” , masing-masing dibentuk oleh :[2] [3]

a. Kap isolator-dielektrik-fitting. Susunan ini membentuk kapasitansi sendiri isolator (C1).

b. Kap isolator-udara-menara. Susunan ini membentuk kapasitansi kap isolator dengan menara yang dibumikan (C2) yang disebut kapasitansi tegangan rendah.

c. Kap isolator-udara-konduktor transmisi. Susunan ini membentuk kapasitansi kap isolator dengan konduktor tegangan tinggi (C3) yang disebut kapasitansi tegangan tinggi.

Sehingga jika isolator dianggap bersih maka akan didapatkan suatu rangkaian kapasitansi seperti pada Gambar 2.9 berikut :

Gambar 2.9 Susunan Isolator Piring Membentuk Kapasitansi [2]

Seperti yang terlihat pada gambar, timbulnya C2 dan C3 maka tegangan pada setiap unit isolator yang seharusnya sama menjadi berbeda beda dimana unit isolator rantai yang paling dekat dengan kawat penghantar adalah unit yang menerima tergangan paling besar dibandingkan dengan unit lain. Dan tegangan akan semakin kecil untuk unit yang semakin jauh dari konduktor penghantar. Metode untuk menghitung distribusi tegangan pada isolator rantai, yaitu dengan

Logam Logam

Logam

Logam

Logam

(18)

metode Hukum Kirchoff. Rangkaian ekuivalen isolator rantai untuk menghitung distribusi tegangan diperlihatkan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Rangkaian Distribusi Tegangan Menggunakan Metode Kirchoff [2]

Hukum kirchoff pada titik (1) adalah sebagai berikut:

�11 +�31 = �21 +�12 (2.3)

Jika tegangan pada suatu kapasitor C adalah V dan frekuensi tegangan itu adalah f, maka arus pada suatu kapasitor adalah ic =2πfCV. Dengan demikian, persamaan dapat dituliskan sebagai berikut:

(19)

�1�1+ �3(��� − �1) =�2�1+�1�2 (2.5)

Hukum kirchoff pada titik (2) adalah:

�12+�32 =�22+�13 (2.6)

Atau,

�1�2+�3(��� − �1− �2) =�2(�1+�2) +�1�3 (2.7)

Hukum Kirchoff pada titik (n-1) adalah sebagai berikut:

�1(�−1)+�3(�−1)= �2(�−1)+�1� (2.8)

Atau,

�1�(�−1)+�3���� − �1− �2− ⋯ − �(�−1)�

=�2(�1+�2+⋯+�(�−1)+�1�� (2.9)

Jika jumlah isolator piring adalah n, maka hukum Kirchoff akan memberikan (n-1) persamaan. Di samping (n-1) persamaan itu masih ada satu persamaan tegangan yang diperoleh, yaitu:

(20)

Sehingga ada n persamaan dengan n tegangan (V) yang tidak diketahui. Dengan demikian, V1, V2, V3,...,V(n-1) dan Vn dapat dihitung. Namun jika isolator ini terpolusi maka akan muncul nilai tahanan yang parallel dengan nilai kapasitansi .

Gambar 2.11 Rangkaian Ekuivalen Distribusi Tegangan Isolator Rantai Dalam Kondisi

Terpolusi

Rangkaian isolator yang terpolusi seperti pada Gambar 2.11 dimana nilai kapasitansi dan resistansinya paralel sehingga impedansi total yang terdapat pada isolator dapat diturunkan menjadi :

1 �=

1 ��+

1

� (2.11)

�= ��.�

��+� (2.12)

� = 1 ���.�

1 ���+ �

(21)

�= �

1 +���.� (2.14)

�= �

1 +�2��� .� (2.15)

Isolator dengan lapisan pengotor tipis yang bersifat konduktif akan memiliki konduktifitas permukaan merata pada setiap titik. Jika dimisalkan lapisan pengotor dengan ketebalan h, konduktivitas permukaan isolator dapat didefenisikan sebagai berikut dimana:

�� = � .ℎ (2.16)

Dimana : σ = konduktivitas spesifik

Dengan demikian resistivitas permukaan adalah

�� = � (2.17)

Dan tahanan total permukaan adalah

� = �.�

� (2.18)

�� =� ��

�[(�+ℎ)2− �2] (2.19)

�� =� ��

�(2�ℎ+ℎ2) (2.20)

Untuk lapisan pengotor yang tipis ( h < r ), maka :

�� = �ℎ ��

(22)

�� = �ℎ ��

2�� (2.22)

Untuk jarak lapisan L, tahanan permukaan total adalah :

�= � �� (2.23)

dl = elemen jarak rayap permukaan

D = diameter permukaan pada dl

Jika diameter efektif isolator dapat didefinisikan dengan :

���� = �

∫ ��0�� (2.26)

Sehingga tahanan permukaan adalah :

�= ���

����� (2.27)

Untuk menentukan tahanan permukaan suatu lapisan maka didefinisikan faktor bentuk dengan persamaan berikut :

�� = � ��

�� (2.28)

Gambar

Gambar 2.2  (a) Isolator Piring Standar [1](b) Isolator Piring Anti-fog[1] (c) Isolator Piring
Gambar 2.3 Isolator (a) Porselen (b) Kaca
Gambar 2.4 Komponen Arus Bocor pada Isolator.
Gambar 2.6 Rangkaian Ekuivalen Isolator Mengabaikan Arus Volume.
+7

Referensi

Dokumen terkait

Selanjutnya Pokja ULP akan melakukan tahapan evaluasi administrasi dan teknis terhadap Peserta lelang yang dokumennya telah memenuhi syarat/lengkap pada saat

[r]

[r]

[r]

Untuk Konstruksi Pondasi serta Struktur Bangunan (RE 102) yang masih berlaku (sesuai PP No. 4 Tahun 2010 tentang perubahan atas Peraturan Pemerintah No. 20 Tahun 2000

UNIT PROGRAM PENGALAMAN

Panitia pengadaan barang/Jasa pada Kanreg III Badan Kepegawaian Negara akan melaksanakan Pelelangan Sederhana dengan pascakualifikasi (Pelelangan Ulang) untuk paket

Jarak kota Semarang-Jepara pada peta 5 cm, jika skala 1: 4.000.000 maka jarak kota Semarang-Jepara yang sebenarnya adalah ..a. Skala yang ditulis menggunakan angka