BAB 4
DISTRIBUSI TEGANGAN ISOLATOR RANTAI 4.1 Tujuan Percobaan
Adapun tujuan dari percobaan distribusi tegangan isolator rantai adalah sebagai berikut:
Isolator rantai digunakan pada transmisi tegangan tinggi. Setiap unit isolator dapat dianggap merupakan suatu kapasitor. Oleh karena itu, isolator rantai dapat dianggap merupakan susunan dari beberapa unit kapasitor yang terhubung seri maupun paralel. Akibatnya, jika isolator diberi tegangan AC, maka distribusi tegangan pada setiap unit isolator tidak sama.
Percobaan ini bertujuan untuk menggambarkan distribusi tegangan pada isolator rantai dan melihat pengaruh jumlah unit isolator terhadap distribusi tegangan dan efisiensi isolator rantai.
4.2 Teori Percobaan
Isolator rantai adalah merupakan kumpulan dari beberapa isolator piring yang disusun secara berantai sehingga menjadi satu kesatuan isolator. Isolator rantai seperti biasanya digunakan untuk menggantung penghantar transmisi tegangan tinggi pada menara-menara transmisi. Penghantar ini digantung dengan menggunakan isolator agar penghantar ini tidak menyentuh badan menara yang dibumikan.1
Isolator rantai adalah salah satu jenis isolator yang digunakan untuk mengisolasi kawat atau konduktor dari tiang atau struktur penyangga lainnya.
Isolator rantai terdiri dari beberapa rantai yang dihubungkan bersama dan dipasang pada ujung konduktor dan tiang penyangga. Setiap rantai terbuat dari bahan
isolator, seperti kaca atau keramik, yang mampu menahan tegangan listrik tinggi dan memiliki daya tahan yang baik terhadap kondisi lingkungan yang keras.
Isolator rantai digunakan untuk memisahkan kawat atau konduktor dari tiang atau struktur penyangga lainnya agar tidak terjadi arus bocor atau konsleting listrik.
Di dalam penelitian ini untuk menentukan tingkat distribusi tegangan pada isolator rantai karena pengaruh pembasahan. Kemudian analisis yang kedua untuk menentukan tingkat arus bocor pada isolator rantai karena pengaruh pembasahan.
Isolator rantai biasanya dipasang pada sistem distribusi listrik tegangan tinggi seperti jaringan transmisi listrik, pembangkit listrik tenaga air, dan lain-lain.
Isolator rantai juga dapat digunakan pada sistem distribusi listrik tegangan rendah seperti jaringan kabel listrik bawah tanah.
Gambar 4.1 Bentuk dan Penyusun Isolator Rantai
Isolator rantai mampu menahan tegangan listrik yang tinggi. Ini membuatnya cocok untuk digunakan dalam sistem tenaga listrik dengan tegangan tinggi, seperti jaringan transmisi dan distribusi dan tahan terhadap beban mekanis. Pada saluran transmisi hantaran udara, isolator yang digunakan berupa rangkaian isolator rantai yang cara peletakkannya digantungkan pada menara transmisi.
Dengan demikian isolator rantai dapat dianggap merupakan susunan dari beberapa unit kapasitor yang terhubung seperti pada Gambar 4.2 berikut:
Gambar 4.2 Pemodelan Isolator dan Distribusi Tegangannya
Nilai kapasitansi C1, C2 dan C3, sehingga hasil perhitungan tegangan setiap unit terisolasi tidak akurat. Oleh karena itu, distribusi tegangan isolator rantai biasanya ditentukan dengan uji laboratorium. Gambar 4.2 menunjukkan kapasitor pelat sejajar. Jika kapasitor dengan ketebalan dielektrik S menerima tegangan AC V dengan frekuensi f dan efek medan marjinal pada kapasitor diabaikan.
Besar kapasitor plat sejajar adalah:
𝐶 =𝜀𝑜𝜀𝑟
𝑆 A...(4.1) Dimana :
𝜀𝑜 = permitivitas ruang hampa (F/m)
𝜀𝑟 = konstanta dielektrik relatif bahan di antara plat kapsitor
S = jarak antara plat kapsitor (m)
A = luas permukaan satu plat kapsitor (m²)
Rumus tersebut menunjukkan bahwa kapasitansi kapasitor plat sejajar bergantung pada konstanta dielektrik relatif bahan dielektrik, luas permukaan plat, dan jarak antara plat. Semakin besar luas permukaan plat dan semakin kecil jarak
Prinsip kerja kapasitor plat sejajar didasarkan pada kemampuan bahan dielektrik untuk mengisolasi dan memisahkan dua elektroda (plat) yang terhubung dengan konduktor. Ketika tegangan diterapkan pada kapasitor yang bermuatan listrik terkumpul pada masing-masing elektroda.
4.3 Peralatan Percobaan
Adapun peralatan percobaan yang digunakan dalam distribusi tegangan isolator rantai adalah sebagai berikut:
1. Trafo Uji 0-220V/100kV, 50 Hz, 5 KVA 1 unit 2. Elektroda Bola Standar (d = 5 cm) 1 set
3. Resistor Peredam 10 MΩ 1 unit
4. Isolator Rantai 10 gandengan
5. Gantungan Isolator Rantai 1 set
6. Termometer/Barometer 1 unit
7. Multimeter 1 unit
8. Konduktor tegangan tinggi` secukupnya
4.4 Rangkaian Percobaan
Adapun Gambar 4.3 rangkaian pada percobaan distribusi tegangan isolator rantai adalah sebagai berikut:
Gambar 4.3 Rangkaian Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Rantai 4.5 Prosedur Percobaan
Adapun prosedur Percobaan Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Rantai
adalah sebagai berikut:
1. Terminal A dihubungkan pada jepitan paling bawah isolator rantai sedang terminal B dihubungkan pada jepitan 1.
2. Jarak sela bola dibuat 0,2 cm.
3. Saklar primer (S1) ditutup dan AT diatur hingga tegangan keluarannya nol.
4. Saklar sekunder (S2) ditutup.
5. Tegangan keluaran TU dinaikkan secara bertahap dengan kecepatan 1 kV/detik sampai udara pada sela bola tembus listrik.
6. Saat terjadi tembus listrik, dicatat tegangan sekunder trafo uji dan saklar sekunder (S2) segera dibuka.
7. AT diatur kembali hingga tegangan keluarannya nol.
8. Ulangi prosedur 5 s/d 9 sebanyak 4 kali lagi.
9. Prosedur di atas diulang untuk posisi terminal A tetap pada jepitan paling bawah, tetapi terminal B dipindahkan ke jepitan 2, 3, 4, 5 dan seterusnya hingga berakhir pada jepitan 10.
10. Kenudian hubungkan terminal B ke terminal A. Ukur tegangan tembus sela elektroda sebanyak 10 kali.
11. Untuk melihat pengaruh jumlah unit isolator terhadap distribusi tegangan pada unit-unit isolator rantai, jumlah unit isolator dibuat 8 unit. Hal ini dilakukan dengan memindahkan terminal A ke jepitan 9. Kemudian dilakukan pengukuran dengan prosedur seperti di atas.
12. Data pengukuran disusun seperti Tabel 4.1 dan Tabel 4.2 untuk pengukuran isolator rantai
4.6 Data Percobaan
Adapun data hasil pecobaan Untuk pengukuran dengan 10 buah isolator rantai adalah sebagai berikut:
Jarak sela=0,2 cm Jumlah isolator=9 Faktor koreksi=0,95
Tabel 4.2 Untuk pengukuran dengan 8 buah isolator rantai
No. jepitan
Vbd (kV)
1 2 3 4 5 Rata-
rata
1 62,9 62,2 61,5 62,2 62,1 62,18
2 48,4 48,9 49,2 48,6 49,4 48,9
3 40,3 40,7 41 40,8 41,4 40,84
4 35,37 35,41 35,37 35,28 34,78 35,242
5 29,21 29,67 29,70 29,58 29,63 29,558
6 25,18 25,01 25,12 25,06 25,28 25,13
7 21,27 21,62 21,2 21,46 21,67 21,44
8 17,3 17,41 17,16 18,21 18,13 17,642
No. jepitan
Vbd (kV)
1 2 3 4 5 Rata-
rata
1 65 67,1 67,3 67 67,2 66,72
2 52,3 52,9 53,4 52,8 54,2 53,12
3 45,1 46,1 45,9 46,2 46 45,86
4 39,5 39,6 39,5 39,57 39,96 39,626
5 35,5 35,3 34,89 35,26 35,2 35,23
6 31,45 31,37 31,53 31,32 31,49 31,432
7 26,91 27,23 26,99 27,6 27,9 27,326
8 23,76 23,41 23,55 23,45 23,76 23,586
9 18,99 18,51 18,56 18,61 18,97 18,728
10
Jarak sela=0,2 cm Jumlah isolator=8 Faktor koreksi=0,95
4.7 Analisa Data
Adapun analisa data percobaan distribusi isolator rantai berikut ini : Untuk pengukuran dengan 9 buah isolator rantai
1. Pada saat nomor jepitan ke-1 Vbd rata-rata = 65+67.1+67.3+67+67.2
5 = 66.72 𝑘𝑉
% V1 = 𝑉9
𝑉1 𝑥 100%
= 18,72
66,72 x 100%
= 28,05 %
2. Pada saat nomor jepitan ke-2
Vbd rata-rata = 52.3+52.9+53.4+52.8+54.2
5 = 53.12 𝑘𝑉
% V2 = 𝑉9
𝑉2 𝑥 100%
= 18,72
53,12 x 100%
= 35,24 %
3. Pada saat nomor jepitan ke-3
Vbd rata-rata = 45.1+46.1+45.9+46.2+46
5 = 45.86 𝑘𝑉
% V3 = 𝑉9
𝑉3 𝑥 100%
= 18,72
45,86 x 100%
= 40,81%
4. Pada saat nomor jepitan ke-4
Vbd rata-rata = 39.5+39.6+39.5+39.57+39.96
5 = 39.62 𝑘𝑉
% V4 = 𝑉9
𝑉4 𝑥 100%
= 18,72
39,62 x 100%
5. Pada saat nomor jepitan ke-5
Vbd rata-rata = 35.5+35.3+34.89+35.26+35.2
5 = 35.23 𝑘𝑉
% V5 = 𝑉9
𝑉5 𝑥 100%
= 18,72
35,23 x 100%
= 53,13 %
6. Pada saat nomor jepitan ke-6
Vbd rata-rata = 31.45+31.37+31.53+31.32+31.49
5 = 31.43 𝑘𝑉
% V6 = 𝑉9
𝑉6 𝑥 100%
= 18,72
31,43 x 100%
= 59,56 %
7. Pada saat nomor jepitan ke-7
Vbd rata-rata = 26.91+27.23+26.99+27.6+27.9
5 = 27.32 𝑘𝑉
% V7 = 𝑉9
𝑉7 𝑥 100%
= 18,72
27,32 x 100%
= 68,5 %
8. Pada saat nomor jepitan ke-8
Vbd rata-rata = 23.76+23.41+23.55+23.45+23.76
5 = 23.58 𝑘𝑉
% V8 = 𝑉9
𝑉8 𝑥 100%
= 18,72
23,58 x 100%
= 79,38 %
9. Pada saat nomor jepitan ke-9
Vbd rata-rata = 18.99+18.51+18.56+18.61+18.97
5 = 18.72 𝑘𝑉
% V9 = 𝑉9
𝑉9 𝑥 100%
= 18,72
18,72 x 100%
= 100 %
Untuk pengukuran dengan 8 buah isolator rantai 1. Pada saat nomor jepitan ke-1
Vbd rata-rata = 62.9+62.2+61.5+62.2+62.1
5 = 62.18 𝑘𝑉
2. Pada saat nomor jepitan ke-2
Vbd rata-rata = 48.4+48.9+49.2+48.6+49.4
5 = 48.9 𝑘𝑉
3. Pada saat nomor jepitan ke-3
Vbd rata-rata = 40.3+40.7+41+40.8+41.4
5 = 40.84 𝑘𝑉
4. Pada saat nomor jepitan ke-4
Vbd rata-rata = 35.37+35.41+35.37+35.28+34.78
5 = 35.24 𝑘𝑉
5. Pada saat nomor jepitan ke-5
Vbd rata-rata = 29.21+29.67+29.70+29.58+29.63
5 = 29.55 𝑘𝑉
6. Pada saat nomor jepitan ke-6
Vbd rata-rata = 25.18+25.01+25.12+25.05+25.28
5 = 25.13 𝑘𝑉
7. Pada saat nomor jepitan ke-7
Vbd rata-rata = 21.27+21.62+21.20+21.46+21.67
5 = 21.44 𝑘𝑉
8. Pada saat nomor jepitan ke-8
𝑉𝑛 = 𝑉8
𝑉𝑛𝑥 100%
• 𝑉1 = 17,64
62,18𝑥 100% = 28,36 %
• 𝑉2 =17,64
48,9 𝑥 100% = 36,07 %
• 𝑉3 =17,64
40,84𝑥 100% = 43,19 %
• 𝑉4 =17,64
35,24𝑥 100% = 50,056 %
• 𝑉5 =17,64
29,55𝑥 100% = 59,69 %
• 𝑉6 =17,64
25,13𝑥 100% = 70,19 %
• 𝑉7 =17,64
21,44𝑥 100% = 82,27 %
• 𝑉8 =17,64
17,64𝑥 100% = 100 %
4.8 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang diperoleh dari melakukan percobaan Pengujian Distribusi Tegangan Isolator Rantai adalah sebagai berikut:
• Isolator rantai terdiri dari isolator piring yang disusun secara seri atau berantai. Komponen isolator rantai terdiri dari “konduktor-dielektrik- konduktor” yang analog dengan komposisi suatu kapasitor. Karena isolator rantai digunakan pada ruang terbuka, maka akan dipengaruhi oleh cuaca atau iklim
• Pengaruh tingkat pembasahan, tingkat kekotoran dan tingkat kualitas isolator rantai untuk mengetahui arus bocor yang bterjadi, dapat disimpulkan bahwa semakin basah, semakin kotor dan semakin rendah kualitasnya permukaan isolator, maka semakin besar arus bocor yang terjadi. Karena pada kondisi basah permukaan isolator cenderung konduktif, ataupun saat kondisi berdebu,kotor atau bekas pemakaian yang sudah terkontaminasi maka semakin mudah isolator tembus listrik.
