Pengaruh Sudut Pemasangan Isolator dan Ukuran Butiran Air Hujan pada Arus Bocor Isolator Rantai Terpolisi

(1)

PENGARUH SUDUT PEMASANGAN ISOLATOR DAN UKURAN BUTIRAN AIR HUJAN PADA ARUS BOCOR

ISOLATOR RANTAI TERPOLUSI

Las Ro Mangapul Siregar

⁽¹⁾

, Hendra Zulkarnain

⁽²⁾

Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA

e-mail: [email protected]

Abstak

Isolator merupakan suatu peralatan yang penting dalam sistem kelistrikan, maka suatu isolator penting dijaga kehandalannya untuk mendukung kualitas sistem kelistrikan.Kehandalan suatu isolator dipengaruhi berbagai factor alam yang dapat mengurangi kehandalan isolator tersebut. Pada penelitian ini, diakukan pengujian isolator pada kondisi berpolutan dengan kondisi lingkungan dipngaruhi oleh air hujan yang dalam penelitian ini, ukuran butiran air hujan adalah 1,5mm dan 3mm. Pada penelitian ini juga diberikan perubahan sudut pada pemasangan isolator rantai yaitu mulai 0°, 30°, 45°, 60°, dan 85°, sementara tegangan kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebesar 40kV.

Dari hasil penelitian didapat bahwa arus bocor pada saat dihujani akan naik dan akan perlahan turun saat hujan telah berhenti. Pada saat hujan normal, arus bocor paling kecil didapat pada pemasangan isolator dengan sudut 0°(suspensi), dan pada saat hujan deras arus bocorpaling kecil didapat pada pemasangan isolator dengan sudut 45°. Perubahan arus bocor yang paling besar setelah hujan terjadi pada pemasangan isolator dengan sudut pemasangan 85°.

Kata Kunci : Air hujan, isolator rantai terpolusi, arus bocor, sudut pemasangan isolator

1. Pendahuluan

Sistem pentransmisian tenaga listrik di Indonesia, sampai saat ini hampir seluruhnya menggunakan sistem penyaluran hantaran udara.

Permukaan isolator langsung terpengaruh dengan keadaan lingkungan karena dipasang pada ruang terbuka sehingga pada permukaan isolator akan menempel polutan, baik itu berupa debu, asap, garam ataupun polutan yang lainnya yang berangsur-angsur akan membentuk suatu lapisan

kontaminan yang juga akan

mempengaruhikonduktivitas permukaan isolator tersebut. Lapisan konduktivitas yang terdapat pada permukaan isolator akan mengalirkan arus permukaan yang disebut arus bocor.

Di daerah tropis seperti Indonesia ini, memiliki curah hujan yang tinggi. Tegangan pelepasan dari alat-alat listrik yang dipasang di luar akan menjadi berkurang pada saat alat-alat tersebut menjadi basah karena hujan menghantarkan listrik.

Hujan juga mempengaruhi tegangan tembus udara, dimana semakin besar ukuran butiran air hujan maka tegangan tembus udara semakin kecil, hal ini disebabkan karena pengaruh konduktivitas hujan yang lebih besar dibandingkan konduktivitas udara[1].

Akan tetapi, pengikisan atau pembersihan yang dilakukan hujan terhadap polutan yang menempel pada isolator membawa dampak pada intensitas polutan tersebut. Polutan yang menempel pada isolator semakin sering terkena hujan, seharusnya akan mengurangi kadar intensitas polutan[2]. Pemasangan isolator rantai pada tiang transmisi Berbeda-beda. Seharusnya, dengan perbedaan sudut pemasangan pada isolator rantai akan memberikan perbedaan terhadap intensitas polutan tersebut.

Untuk menirukan keadaan udara pada waktu hujan dan keadaan lingkungan sekitar yang menimbulkan polutan yang kemudian menempel pada isolator, dilakukanlah pengujian dalam suasana basah terhadap isolator rantai yang sebelumnya telah terkontaminasi polutan.

(2)

2. Tinjauan Pustaka

2.1 Pemasangan Isolator

Pemasangan isolator rantai yang digunakan pada tiang maupun tower transmisi untuk menggantung konduktor hantaran udara ada yang secara horizontal (tension) maupun vertikal (suspension) seperti pada gambar 1.[3]

Gambar 1.Pemasangan vertikal dan horizontal

Pemasangan suspensi dilakukan guna untuk penghematan biaya, dimana pada pemasangan ini akan mengurangi panjang konduktor sambil mematuhi tingkat isolasi dasar Di daerah dengan kontaminasi tinggi, hal ini dapat dicapai dengan penggunaan profil tipe kanut sehingga meningkatkan jarak kebocoran per unit.

Pada pemasangan tension, karena panjang string bukanlah parameter yang membatasi, maka dianjurkan untuk memilih isolator tipe standar yang akan mencegah akumulasi deposit pada posisi horizontal dan untuk menentukan jumlah unit per string yang diperlukan oleh tingkat kontaminasi.

Namun, pemasangan isolator rantai dengan model tension pada prakteknya tidaklah dipasang tepat horizontal, melainkan memiliki sudut pemasangan yang pada kenyataannya adalah berbeda-beda.

Untuk pemasangan isolator dengan model tension biasanya dilakukan pada menara transmisi yang memiliki sudut belokan.Hal ini dilakukan agar konduktor yang menggantung pada isolator tidak tergelincir atau tertarik hingga mendekati atau bahkan mengenai tiang transmisi.Biasanya, dapat ditemukan pada tower yang dekat dengan gardu induk ataupun pembangkit.

2.2 Isolator Terpolusi

Metode yang digunakan dam mengukur bobot polutan adalah metode ESDD

ESDD dapat dihitung dengan persamaan 1 berikut [4]

ESDD =

……... (pers1) Dimana:

ESDD = Equivalent Salt Deposit Density (mg/cm²)

G = volume air pencuci (cm³)

= salinitas larutan pencuci tanpa polutan (mg/cm³)

= salinitas larutan pencuci terpolusi (mg/cm³)

A = luas permukaan isolator (cm²) Penentuan tingkat bobot polusi isolator dengan metode ESDD berdasarkan SPLN 10-3B seperti yang ditunjukaan pada Tabel 1.[5]

Tabel 1.Tingkat Polusi Berdasarkan Nilai Maksimum ESDD Berdasarkan SPLN 10-3B

Tingkat Polusi ESDD (mg/cm²) Ringan 0.03 – 0.06 Sedang 0.1 – 0.2

Berat 0.3 – 0.6

Sangat Berat -

2.3 Pengaruh Polutan Terhadap Arus Bocor Sejumlah kecil arus bocor mengalir di jalur ini dan tidak akan pernah bisa dihilangkan sama sekali. Namun, tingkat arus bocor yang sangat rendahlah yang dicari, untuk mendapatkan efisiensi yang lebih baik [6].

Gambar 2. Jalur Resistansi pada Permukaan Isolator

(3)

Gambar 3. Rangkaian Ekuivalen Isolator Terpolusi

2.4 Arus Bocor Pada Isolator

Hasil penelitian menunjukkan bahwa arus bocor pada permukaan isolator dipengaruhi kontaminan hujan dan besarnya tegangan yang diberikan.Arus kebocoran minimum dicapai pada isolator luar tanpa kontaminan.Untuk isolator luar di bawah kontaminan hujan, arus bocor cenderung meningkat. Bentuk isolator mempengaruhi arus bocor juga dianalisis[6]. Namun, setelah pembersihan oleh air hujan, kuantitas polutan menurun yang mengakibatkan besarnya arus bocor berkurang[2]. Jika tegangan yang dipikul isolator adalah tegangan bolak – balik (AC), maka selain kedua jenis arus tersebut, pada isolator juga mengalir arus kapasitif.Arus kapasitif terjadi karena adanya kapasitansi yang dibentuk isolator elektroda. Rangkaian listrik ekivalen arus bocor ditunjukkan pada gambar 4,5 dan 6.[7]

Gambar 4. Arus bocor pada permukaan isolator

Gambar 5. Rangkaian ekivalen arus bocor

Menurut gambar 5., arus bocor yang mengalir melalui suatu isolator adalah :

= + + …………... (pers 2) Dalam hal ini, arus volume dapat diabaikan karena tahanan volume relative besar dibandingkan dengan tahanan permukaan,

Dengan demikian, tahanan ekivalen isolator menjadi seperti pada Gambar 6. berikut :

Gambar 6. Rangkaian ekivalen arus bocor pada isolator

sehingga arus bocor yang mengalir melalui suatou isolator dapat dirumuskan lebih sederhana seperti pada persamaan 3:

= + ……...…(pers 3)

3. Metode Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.Dalam penelitian ini digunakan simulator hujan yang dirancang sendiri untuk menirukan keadaan hujan yang sebenarnya.Sebelum melakukan pengujian, peralatan untuk simulator hujan disusun seperti gambar 7. Untuk selanjutnya, pengujian dilakukan dengan mengikuti prosedur pengujian sebagai berikut:

3.1 Prosedur Pengujian Arus Bocor Isolator Rantai Terpolusi dengan Butiran Air Hujan =1,5mm

1. Isolator dicuci dengan air sampai bersih

(4)

2. Isolator dikeringkan secara alami

3. Polutan dibuat dengan mencampurkan 500gr kaolin kedalam 4 liter aquades untuk mendapatkan polutan berat

Gambar 7. peralatan simulator hujan 4. Isolator diberi polutan dengan mencelupkan

isolatro pada polutan buatan

5. Isolator berpolutan dikeringkan secara alami 6. 4 keping isolator piring dirangkai menjadi 1

set isolator rantai

7. Peralatan dirangkai seperti gambar 8. dengan alas tabung simulator hujan dengan ukuran lubang alas = 1,5mm dan isolator rantai disusun vertikal dengan sudut pemasangan 0

Gambar 8. Rangkaian Pengujian

8. Pada pengujian ini, arus bocor yang mengalir melalui permukaan isolator rantai. Arus bocor yang akan diukur berada dalam kirsaran mikroampere (µA) sehingga pengukuran yang dilakukan dengan menggunakan ammeter

praktis akan menghasilkan pembacaan yang tidak akurat. Oleh karena itu untuk mengukur arus bocor, pada penelitian ini ditambahkan suatu rangkaian sederhana yang memanfaatkan hukum Ohm. Pada kabel pembumian rangkaian pengujian, dipasang tahanan dengan nilai yang telah diketahui dan selanjutnya disebut sebagai tahanan pengujian. Tahanan pengujian dihubungkan pada voltmeter sehingga pada saat tegangan kerja diberikan, pada voltmeter akan dapat diperoleh besar arus bocor yang mengalir melalui tahanan pengujian dengan menggunakan persamaan di bawah ini:

= ………...(pers 4) Dimana

= Arus bocor (Ampere)

= Pembacaan tegangan pada (Volt)

R = Tahanan pengujian(Ohm) 9. Saklar primer ( ) ditutup dan AT diatur

hingga tegangan keluarannya nol.

10. Saklar sekunder ( ) ditutup.

11. Tegangan keluaran AT dinaikkan secara bertahap dengan kecepatan 1kV/detik sampai voltmeter menunjukkan nilai tegangan kerja yaitu 40kV.

12. Tunggu beberapa saat hingga tegangan pada voltmeter stabil.

13. Nilai tegangan pada voltmeter dicatat.

14. Air dinaikkan untuk mengisi tabung simulator hujan.

15. Isolator dihujani selama 5 menit, dan pada saat yang bersamaan, air dibuang dari ember penampungan dengan menggunakan pompa air.

16. Tegangan keluaran AT dijaga konstan pada tegangan kerja. Tunggu hingga 4 menit, lalu nilai pada voltmeter dicatat.

17. Lanjutkan pengujian dengan mengulangi prosedur 15-16 sebanyak 3 kali lagi.

18. Tunggu 12 menit, kemudian tegangan pada voltmeter dicatat

19. Turunkan keluaran AT sampai voltmeter menunjukkan nilai 0

(5)

20. Saklar sekunder dibuka 21. Saklar primer dibuka

22. Lakukan pengujian sesuai prosedur 1-21, untuk sudut pemasangan isolator rantai 30°, 45°, 60°, dan 85°.

3.2 Prosedur Pengujian Arus Bocor Isolator Rantai Terpolusi dengan Butiran Air Hujan =3mm

1. Ganti alas tabung simulator hujan dengan ukuran lubang alas =3mm

2. Lakukan pengujian sesuai prosedur 3.1

4. Hasil dan Pembahasan

4.1 Hasil Pengujian Arus Bocor Isolator Rantai Terpolusi dengan Butiran Air Hujan =1,5mm

Tabel 2. Data arus bocor isolator rantai terpolusi dengan sudut pemasangan 0°

Intensitas Air Hujan V2 (Volt)

Ibocor (milli Ampere)

T (°C) Sebelum dihujani 3.381 0.0786279 29 Dihujani 1 kali 4.13 0.0960465 29.1 Dihujani 2 kali 3.818 0.0887907 29.1 Dihujani 3 kali 3.861 0.0897907 29.3 Dihujani 4 kali 3.798 0.0883256 29.1 12 menit kemudian 3.714 0.0863721 29

T (°C) Sebelum dihujani 4.19 0.0974419 28.1

Dihujani 1 kali 5.16 0.12 28.3

Dihujani 2 kali 5.26 0.1223256 28.5 Dihujani 3 kali 5.37 0.1248837 28.5 Dihujani 4 kali 5.48 0.1274419 28.7 12 menit kemudian 4.97 0.1155814 29.1

T (°C) Sebelum dihujani 4.133 0.0961163 30 Dihujani 1 kali 5.36 0.1246512 30.2 Dihujani 2 kali 5.28 0.1227907 30.2 Dihujani 3 kali 5.19 0.1206977 30.2 Dihujani 4 kali 5.19 0.1206977 30.1 12 menit kemudian 4.72 0.1097674 30

T (°C) Sebelum dihujani 4.38 0.1018605 27.4 Dihujani 1 kali 5.11 0.1188372 27.7 Dihujani 2 kali 5.19 0.1206977 27.8 Dihujani 3 kali 5.36 0.1246512 27.8 Dihujani 4 kali 5.32 0.1237209 28 12 menit kemudian 4.86 0.1130233 28 Tabel 6. Data arus bocor isolator rantai terpolusi

dengan sudut pemasangan 85°

T (°C) Sebelum dihujani 4.29 0.0997674 28.8 Dihujani 1 kali 5.53 0.1286047 29 Dihujani 2 kali 5.61 0.1304651 28.8 Dihujani 3 kali 5.69 0.1323256 28.9 Dihujani 4 kali 5.78 0.1344186 28.8 12 menit kemudian 5.23 0.1216279 29

(6)

4.2 Hasil Pengujian Arus Bocor Isolator Rantai Terpolusi dengan Butiran Air Hujan =3mm

T (°C) Sebelum dihujani 4.39 0.102093 28.7 Dihujani 1 kali 4.71 0.1095349 28.9 Dihujani 2 kali 5.08 0.1181395 29.1 Dihujani 3 kali 4.89 0.1137209 29 Dihujani 4 kali 4.79 0.1113953 29.1 12 menit kemudian 4.71 0.1095349 29.1 Tabel 8. Data arus bocor isolator rantai terpolusi

T (°C) Sebelum dihujani 5.28 0.1227907 26.8 Dihujani 1 kali 5.43 0.1262791 27.5 Dihujani 2 kali 5.74 0.1334884 27.8 Dihujani 3 kali 5.32 0.1237209 27.9 Dihujani 4 kali 5.17 0.1202326 28 12 menit kemudian 4.81 0.1118605 27.8 Tabel 9. Data arus bocor isolator rantai terpolusi

T (°C)

Sebelum dihujani 4.3 0.1 28.3

Dihujani 1 kali 4.77 0.1109302 28.5 Dihujani 2 kali 4.88 0.1134884 28.6 Dihujani 3 kali 4.72 0.1097674 28.9 Dihujani 4 kali 4.61 0.1072093 28.9 12 menit kemudian 4.54 0.1055814 29.1 Tabel 10. Data arus bocor isolator rantai terpolusi

T (°C) Sebelum dihujani 4.2 0.0976744 27.9 Dihujani 1 kali 5.64 0.1311628 27.8

T (°C) Dihujani 2 kali 5.59 0.13 27.8 Dihujani 3 kali 5.74 0.1334884 27.7 Dihujani 4 kali 5.81 0.1351163 27.5 12 menit kemudian 5.37 0.1248837 27.5 Tabel 11. Data arus bocor isolator rantai terpolusi

T (°C) Sebelum dihujani 4.29 0.0997674 26.2 Dihujani 1 kali 5.26 0.1223256 26.3 Dihujani 2 kali 5.46 0.1269767 26.6 Dihujani 3 kali 5.75 0.1337209 26.7 Dihujani 4 kali 5.62 0.1306977 26.8 12 menit kemudian 4.93 0.1146512 26.8

4.3 Analisis Grafik Pengaruh Ukuran Butiran Air Hujan terhadap Arus Bocor

Grafik 1. Grafik pengaruh air hujan terhadap arus bocor dengan ukurandiameter air hujan 1,5mm

(7)

Grafik 2. Grafik pengaruh air hujan terhadap arus bocor dengan ukuran diameter air hujan 3mm

Grafik 3. Grafik perubahan nilai arus bocor beberapa saat setelah air hujanberhenti hingga 12 menit setelah arus bocor diukur (air hujan telah berhenti) untuk diameter air hujan 1,5mm

Grafik 4.Grafik perubahan nilai arus bocor beberapa saat setelah air hujanberhenti hingga 12 menit setelah arus bocor diukur (air hujan telahberhenti) untuk diameter air hujan 1,5mm

Grafik 5.Grafik perbandingan nilai arus bocor antara hujan deras (diameter airhujan 3mm) dengan hujan normal (diameter air hujan 1,5mm)beberapa saat setelah air hujan berhenti hingga 12 menit setelah arus

4.4 Analisis Grafik Pengaruh Sudut Pemasangan Isolator terhadap Arus Bocor

Grafik 6. Grafik pengaruh sudut pemasangan isolator terhadap arus bocor untukukuran diameter air hujan 1,5mm

Grafik 7. Grafik pengaruh sudut pemasangan isolator terhadap arus bocor untukukuran diameter air hujan 3mm

5. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Saat isolator terpolusi dihujani, nilai arus bocor akan naik. Hal ini diakibatkan konduktivitas air hujan lebih tinggi dibandingkan konduktivitas udara, yang juga diakibatkan tahanan permukaan isolatorakan turun.

2. Pada saat hujan normal, arus bocor pada sudut pemasangan 0° selalu lebih rendah dibandingkan sudut pemasangan lainnya. Hal ini disebabkan karena isolator dengan sudut pemasangan 0° (suspensi) tidak semua bagian terkena terpaan air hujan.

3. Pada saat hujan deras, arus bocor pada sudut pemasangan 45° selalu lebih rendah

(8)

dibandingkan sudut pemasangan yang lainnya.

4. Pada saat air hujan telah berhenti, perubahan arus bocor yang lebih signifikan terjadi pada sudut pemasangan 85°.

5.2 Saran

Dalam melakukan penelitian ini, ada beberapa hal yang terjadi, diantaranya:

 Adanya partial discharge pada saat tegangan kerja dinaikkan.

 Benda benda disekitar peralatan lebih mudah konduktif dan menimbulkan percikan api pada plastic dan tali pada saat penelitian dilakukan.

 Nilai tegangan yang terbaca pada voltmeter tiba-tiba turun pada saat isolator dihujani dan kembali ke tegangan kerja setelah penghujanan dihentikan dan tiba-tiba naik beberapa saat setelah penghujanan selesai.

Untuk itu, beberapa saran yang dapat diberikan adalah sebagai berikut:

1. Penelitian dapat dilakukan untuk mencari pada saat tegangan berapa terjadinya partial discharge pada saat dihujani untuk beberapa isolator.

2. Penelitian dapat dilakukan untuk mencari persentasi drop tegangan pada saat hujan dan besar persentasi naiknya tegangan beberapa saat setelah hujan.

3. Untuk penelitian yang dilakukan dengan tegangan kerja diatas tegangan tembus udara, harap memperhatikan jarak antara peralatan listrik terhadap benda-benda yang ada di sekitar daerah penelitian terutama benda- benda yang bersifat konduktif ataupun benda

benda yang dapat berubah menjadi konduktif akibat factor lain.

6. Daftar Pustaka

1. Chanlyn S, Join Wan. 2016. Pengaruh Ukuran Butiran Air Hujan Terhadap Tegangan Tembus Udara. Medan:

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

2. Sinaga, Zico Venancio. 2015. Pengaruh Pembersihan Oleh Hujan Terhadap Arus Bocor Isolator PIN-POST 20 KV Terpolusi.

Medan: Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3. Yang, Xi. “Grading Ring Optimization for Tension Porcelin Insulator String on Double Circuit Tension Tower in 1000kV AC Transmission Lines”. International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials. IEEE.

2012.

4. Standart IEC 60815, “Guide for the selection and dimensioning of high-voltage insulators for polluted conditions”, 2001.

5. SPLN 10-3B, “Tingkat Intensitas Polusi Sehubungan dengan Pedoman Pemilihan Isolator”, Perusahaan Listrik Negara, 1993.

6. Syakur, Abdul, 2014. “The Electrical Performance of Epoxy Resin Insulator under Rain Contaminants” Proceeding of International Conference on Electrical Engineering, Computer Science and Informatics (EECSI 2014). Yogyakarta, Indonesia, 20-21 August 2014.

7. L Tobing, Bonggas. 2012. Peralatan Tegangan Tinggi, edisi kedua, Jakarta:

Penerbit Erlangga.