Tugas Besat Tek. Tegangan Tinggi
-
Upload
muh-talib-hr -
Category
Documents
-
view
85 -
download
2
description
Transcript of Tugas Besat Tek. Tegangan Tinggi
JENIS – JENIS ISOLASI KELISTRIKAN
SERTA KOORDINASI ISOLASI
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Mata Kuliah
Teknik Tegangan Tinggi
OLEH:
Nama : Muh. Talib HR
Stambuk : 342 12 042
Kelas : 2B
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KONVERSI ENERGI
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG
2013
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi i
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa penulis
dapat menyelesaikan tugas pembuatan makalah yang berjudul “Jenis – jenis isolasi
kelistrikan serta koordinasi isolasi” dengan lancar.
Dalam pembuatan makalah ini, penulis mendapat bantuan dari berbagai
pihak, maka pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-
besarnya kepada : Sonong Wahyudi, S.T, M.T, yang telah memberikan kesempatan
dan memberi fasilitas berupa materi perkuliahan yang diajarkan satu semester ini
sehingga makalah ini dapat selesai dengan lancar. Semua pihak yang tidak dapat
penulis sebutkan satu persatu yang membantu pembuatan makalah ini.
Akhir kata semoga makalah ini bisa bermanfaat bagi pembaca pada umumnya
dan penulis pada khususnya, penulis menyadari bahwa dalam pembuatan makalah ini
masih jauh dari sempurna untuk itu penulis menerima saran dan kritik yang bersifat
membangun demi perbaikan kearah kesempurnaan. Akhir kata penulis sampaikan
terimakasih.
Penulis
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi ii
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ........................................................................................... i
Daftar Isi ..................................................................................................... ii
Pendahuluan ............................................................................................... 1
Bab I Isolator Padat .................................................................................... 3
Bab II Isolator Cair ..................................................................................... 8
Bab III Isolator Gas .................................................................................... 18
Bab IV Koordinasi Isolasi .......................................................................... 32
Kesimpulan dan Saran ................................................................................ 39
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bahan listrik sangat banyak ragamnya. Bahan listrik sangat diperlukan pada
kehidupan sehari-hari. Bahan listrik merupakan suatu bahan yang digunakan dalam
peralatan listrik. Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalam system tenaga
listrik. Isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik
yang bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi
lompatan listrik atau percikan. Bahan isolasi akan mengalami pelepasan muatan yang
merupakan bentuk kegagalan listrik apabila tegangan yang diterapkan melampaui
kekuatan isolasinya.
Kegagalan yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa
menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinuitas sistem terganggu. Bahan listrik
sudah digunakan oleh masyarakat luas untuk berbagai macam aplikasi peralatan
listrik dan tentunya peralatan tersebut didukung oleh keamanan peralatan serta
keamanan konsumen atau pengguna. Untuk itu harus pengguna harus mengetahui
bahan isolasi yang ada dan diperhatikan dalam ketepatan pemilihan bahan oleh para
pengguna.
Pada kemajuan teknologi tegangan tinggi, isolasi listrik memegang peranan
yang sangat penting dalam teknik tegangan tinggi, Isolasi listrik sangat diperlukan
untuk menunjang keandalan di dalam penyaluran tegangan listrik. Untuk itu
diperlukan suatu informasi bagi pengguna agar dapat menentukan bahan-bahan
isolasi yang digunakan pada peralatan listrik khususnya bahan isolasi cair yang
merupakan bahan pengisi pada peralatan listrik seperti transformator, pemutus beban,
rheostat.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan beberapa permasalahan yaitu :
1. Bagaimana pengertian dan fungsi dari beberapa bahan isolasi ?
2. Bagaimana pengertian, proses dan mekanisme kegagalan pada jenis-jenis bahan
isolasi serta koordinasinya?
3. Apakah jenis bahan isolasi lainnya?
Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan laporan ini adalah :
1. Mengetahui pengertian dan fungsi dari bahan isolasi.
2. Mengetahui pengertian, proses dan mekanisme kegagalan pada bahan isolasi.
3. Mengetahui jenis bahan isolasi lainnya.
Manfaat Penulisan
Manfaat dari pembuatan laporan ini adalah:.
1. Agar kita mengetahui pengertian dan fungsi dari bahan isolasi.
2. Mengetahui tentang beberapa bagian bahan isolasi.
3. Menambah pengetahuan mengenai Bahan Isolai serta Koordinasinya.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 3
BAB I
ISOLATOR PADAT
Kaca dan porselin adalah tergolong bahan mineral, tetapi penggunaannya tidak
pada bentuk atau keadaan alaminya melainkan harus diproses terlebih dahulu dengan
pemanasan (pembakaran), pengerasan dan pelumeran. Itulah sebabnya maka
pembahasannya dipisahkan dengan pembahasan bahan mineral pada bab sebelumnya.
1. Kaca
Kaca adalah substansi yang dibuat dengan pendinginan bahan-bahan yang
dilelehkan, tidak berbentuk kristal tetapi tetap pada kondisi berongga. Kaca pada
umumnya terdiri dari campuran silikat dan beberapa senyawa antara lain : borat, pospat.
Kaca dibuat dengan cara melelehkan beberapa senyawa silikat (pasir), alkali (Na dan K)
dengan bahan lain (kapur, oksida timah hitam). Karena itu sifat dari kaca tergantung dari
komposisi bahan-bahan pembentuknya tersebut. Massa jenis kaca berkisar antara 2
hingga 8,1 g/cm2, kekuatan tekannya 6000 hingga 21000 kg/cm2 , kekuatan tariknya 100
hingga 300 kg/cm2. Karena kekuatan tariknya relatif kecil, maka kaca adalah bahan yang
regas. Walaupun kaca merupakan substansi berongga, tetapi tidak mempunyai titik leleh
yang tegas, karena pelelehannya adalah perlahan –lahan ketika suhu pemanasan di
naikkan. Titik pelelehan kaca berkisar antara 500 hingga 17000 C. Makin sedikit
kandungan S1O2 nya makin rendah titik pelembekan suatu kaca. Demikian pula halnya
dengan muai panjang (? ) nya, makin banyak kadar S1O2 yang dikandungnya akan makin
kecil ? nya. Muai panjang untuk kaca berkisar antara 5,5-10-7 hingga 150. 10-7 per
derajat celcius.
2. Sitol
Sitol mempunyai bahan dasar kaca yang merupakan pengembangan baru.
Pemakaian sitol adalah sangat luas, struktur dan sifat-sifatnya adalah diantara kaca dan
keramik. Sitol juga disebut keramik-kaca atau kaca kristal. Yang banyak dijumpai
dipasaran antara lain : pyroceram, vitoceram. Sitol mempunyai struktur kristal yang
halus (hal ini yang membedakannya dengan kaca biasa) tetapi berongga. Tidak seperti
halnya keramik biasa, sitol tidak dibuat dengan pembakaran tetapi cenderung dengan
fusi dari bahan-bahan mentahnya dengan menjadikannya meleleh dan kemudian
kristalisasi.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 4
3. Porselin
Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangat penting dan luas
penggunaannya. Istilah bahan -bahan keramik adalah digunakan untuk semua bahan
anorganik yang dibakar dengan pembakaran pada suhu tinggi dan bahan asal berubah
substansinya. Bahan dasar dari porselin adalah tanah liat. Ini berarti bahan dasar tersebut
mudah dibentuk pada waktu basah, tetapi menjadi tahan terhadap air dan kekuatan
mekaniknya naik setelah dibakar. Penggunaan isolator dari porselin antara lain : isolator
tarik, isolator penyangga, rol isolator seperti dapat dilihat pada gambar
Gambar 5. Beberapa isolator porselin
4. Kain
Kain atau tekstil termasuk bahan yang memiliki serat panjang. Kain ecara
mekanis memiliki kekuatan yang cukup bagus dan tidak terjadi penyusutan Namun
tegangan tembusnya masih lebih tinggi disbanding dengan kertas. Bahan isolasi kain
biasanya terbuat dari serat tumbuh-tumbuhan dan binatang.
Dalam bidang kelistrikan kain dibuat dalam bentuk anyaman, dipergunakan
sebagai pelindung atau pembungkus isolator pada kawat NGA. Tujuannya untuk
memperkokh isolasi karet tersebut.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 5
5. Kertas
Kertas atau karton termasuk bahan bahan isolasi padat yang berserat pendek.
Kertas atau karton pada dasarnya adalah selulosa dibuat dari kayu atau bambu
dengan melalui proses kimia. Pemakaian kertas atau karton untuk isolasi listrik
antara lain sebagai isolator pada kabel tanah yang berperisai, dalam pemasangannya
kertas tersebut dilapisi sejenis bahan timbel, penyaring minyak transformator,
dielektrik kapasitor, serta sebagai kertas pada peralatan telepon.
Kertas yang digunakan sebagai bahan isolasi dibuat dari bubur kertas atau
pulp melalui proses kimia. Untuk mendapatkan selulose murni , bubur kertas diaduk
dalam tangki bersama-sama dengan bahan kimia.
6. Karet
Salah satu contoh pengunaan isolasi karet sebagai pelkindung penghantar dapat
dilihat pada penghantar jenis NGA. Bahan pelindung dari karet kurang mnemiliki
daya tahan yang lama, sehingga pada poemasangannya harus mengunakan pelindung
lagi yaitu berupa kain anyaman. Namun demikian, karet sangat baik untuk penyekat
listrik dan juga memiliki sifat elastis dan tahan terhadap panas.
7. PVC
Bahan isolasi yang terbuat dari PVC termasuk bahan yang dapat diandalkan
poenggunaannya dalam jaringan instalasi listrik. Dalam pemakainannya bahan PVC
dapat digunakan tanpa menggunakan bahan pelindung lainnya. Contoh :
Pada penghantar NYA. Bahan PVC juga dipakai pada NYM atau NYY yang
memiliki daya sekat yang lebih besar karena dilengkapi dengn bahan isolasi PVC
yang dibuat berlapis. Kelebihannya memiliki daya sekat yang tinggi, ringan, tahan
air dan murah, namun kurang tahan terhadap panas dan beban berat.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 6
8. Asbes Asbes merupakan bahan yang berserat, tidak kuat dan mudah putus. Selain itu
asbes tidak bisa terbakar jadi tahan panas tinggi. Asbes dapat dibuat lempeng-
lempeng tipis, yang disebut kertas asbes. Sedangkan semen asbes dibuat dari bahan-
bahan semen Portland sebagai pengikat dari asbes, kemudian dipres dalam keadaan
dingin dan dibuat dalam bentuk papan, lempeng, tabung dan lain-lain. Asbes
disamping digunakan sebagai penyekat panas, juga sebagai penyekat listrik. Sebagai
penyekat listrik, asbes digunakan pada tegangan rendah. Untuk mempertinggi daya
sekat listriknya, asbes dicelupkan dalam vernis, sirlak atau bahan penyekat lainnya,
sehingga daya mekanis dan daya tahanan airnya lebih kuat.
9. Mika
Sifat-sifat dari mika adalah kekuatan dielektriknya 3.000 V/mm, dielektric
loss factornya rendah, tahanan listriknya tinggi, tahan terhadap panas dan lembab,
kekuatan mekanisnya baik, temperaturnya kerjanya baik, dan mudah lentur tetapi
kuat
Bentuk senyawa dari mika :
• Mika alam, Muscovita [KAl2, AlSi3O(OH)2] disebut juga Lonit mika,
merupakan bahan yang paling banyak digunakan. Selain itu Phlogopite
[KAl 2, AlSiO3(OH)2] sifat-sifatnya tidak sebaik Muscovite, tetapi tahan
terhadap temperatur tinggi, mempunyai kestabilan yang tinggi dan jernih.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 7
• Mika sintetis, fluorophlogopite, mika ini dibuat dengan jalan memanaskan
campuran antara silikat, aluminium, magnesium, dan ditambahkan kedalam
Fluorence Compound. Susunan atomnya hampir sama dengan phlogopite.
• Penggunaan mika :
• Sebagai bahan isolasi yang terpenting seperti elemen-elemen pemanas mesin-
mesin elektrik
• Sebagai bahan dielektrik termasuk kelas C, karena tahan terhadap temperatur,
bila dicampur dengan dielektrik kelas A akan membentuk golongan perantara
B dan bila dicampur dengan silikon menghasilkan bahan dielektrik kelas H
dipergunakan sebagai bahan pengisi kapasitor.
• Sebagai bahan kapasitor, mica receiving, mica transmitting dan mica
reconstituted.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 8
BAB II
ISOLATOR CAIR
Bahan isolasi cair merupakan bahan pengisi pada beberapa peralatan listrik.
Bahan isolasi cair ini biasanya digunakan pada peralatan seperti
transformator, pemutus beban, rheostat. Bahan isolasi cair memiliki dua fungsi yaitu
sebagai pemisah antara bagian yang bertegangan atau pengisolasi dan juga
sebagai pendingin. Persyaratan agar bahan cair dapat digunakan sebagai bahan
isolasi adalah mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas yang tinggi .
Beberapa alasan digunakannya bahan isolasi cair adalah sebagai berikut:
1. Iso las i ca i r memi l i k i ke rapatan 1000 ka l i a tau l eb ih
d iband ingkan dengan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik
yang lebih tinggi menurut hukum Paschen.
2. Isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak
melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rug i energ i.
3. Isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing ) jika
terjadi pe lepasan muatan(discharge). Namun kekurangan utama isolasi
cair adalah mudah terkontaminasi.
Adapun sifat-sifat listrik yang menentukan unjuk kerjacairan
sebagaiisolasi adalah:
1. Withstand Breakdown, yaitu kemampuan untuk tidak mengalami ketembusan
dalam kondisi tekanan l i s t r i k ( electric stress) yang tinggi.
2. Kapasitansi Listrik per unit volume yang menentukan permitivitas
relatifnya. M in yak pe t ro leum merupakan sub tans i nonpo lar
yang e fek t i f ka rena merupakan campuran cairan hidrokarbon. Minyak ini
memiliki permitivitas kira-kira 2 atau 2.5 . Ketidakbergantungan
permitivitas subtansi nonpolar pada frekuensi membuat bahan ini lebih
banyak dipakai dibandingkan dengan bahan yang bersifat polar.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 9
Misalnya air memiliki permitivitas 78 untuk frekuensi 50 Hz, namun
hanya memiliki permitivitas 5 untuk gelombang mikro.
3. Faktor Daya
Faktor dissipasi daya dari minyak di bawah tekanan bolak balik dan tinggi akan
menentukan unjuk kerjanya karena dalam kondisi berbeban terdapat
sejumlah rugi-rugi dielektrik. Faktor dissipasi sebagai ukuran rugi-rugi daya
merupakan parameter yang penting bagi kabel dan kapasitor.
Minyak transformator murni memiliki faktor dissipasi yang bervariasi antara 10-
4 pada 20oC dan 10-3 pada 90oC pada frekuensi 50 Hz.
4. Resistivitas
Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resitivitasnya
lebih b e s a r d a r i 1 09W-m. Pada sistem tegangan tinggi resistivitas yang
diperlukan untuk material isolasi adalah 1016W-m atau lebih.
2 Minyak Transformator
Minyak transformator adalah minyak mineral yang diperoleh
dengan pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya, minyak ini karena
pengaruh panas dari rugi-rugi di dalam transformator akan timbul hidrokarbon.
Selain berasal dari minyak mineral, minyak transformator dapat pula yang dapat
dibuat dari bahan organik, misalnya minyak trafo piranol, silicon . Sebagai
bahan isolasi,minyak transformator harus mempunyai tegangan tembus yang
tinggi. Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam
minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak
trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula
sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media
pendingin dan isolasi.
Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:
1. Kekuatan isolasi tinggi.
2. Penyalur panas yang baik memiliki berat jenis yang kecil, sehingga
partikel- partikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 10
3. Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan
kemampuan pendinginan menjadi lebih baik.
4. Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat
membahayakan.
5. Tidak merusak bahan isolasi padat.
6. Si fa t k im ia yang s tab i l . Sebagai bahan isolasi, minyak transfomator harus
mempunyai tegangan tembus yang tinggi. Pengujian tegangan tembus minyak
transformator dapatdilakukan dengan mengunakan peralatan seperti
ditunjukanpada gambar 4.1.
Gambar 4.1 Alat pengujian tegangan tembus minyak transformator (Sumber:
Muhaimin, 1991).
Jarak elektoda dibuat 2,5 cm, sedangkan tegangannya dapat diatur dengan
menggunakan autotransformator sehingga dapat diketahui tegangan sebelum saat
terjadinya kegagalan isolasi yaitu terjadinya loncatan bunga api. Loncatan bungaapi
dapat dilihat lewat lubang yang diberi kaca. Selain itu dapat dilihat dari voltmeter
tegangan tertinggi sebelum terjadinya kegagalan isolasi (karena setelah terjadinya
kegagalan isolasi voltmeter akan menunjukan harga nol). Tegangan tembus nominal
minyak transformator untuk tegangan kerja tertentu dapat dilihat pada tabel 4.1.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 11
Tabel 4.1 Tegangan tembus standar minyak transformator
Tegangan kerja
peralatan
Tegangan tebus (kV) untuk jarak 2,5 mm
Minyak baru Sedang dipakai
Di atas 35 kV 40 35
6 s/d 35 kV 30 25
Di bawah 6kV 30 20
(Sumber: Muhaimin, 1993)
Berdasarkan standar yang dikeluarkan oleh ASTM yakni dalam standar D-
877 disebutkan bahwa suatu bahan isolasi harus memiliki tegangan
tembus sebesar kurang lebih 30 kV untuk lebar sela elektroda 1 mm,
dengan kata lain kekuatan dielektrik bahan isolasikurang lebih 30 kV/mm.
Sedangkan menurut standar ASTM D-1816 suatu bahan isolasi harus mampu
menahan tegangan sebesar 28 V untuk suatu lebar sela elektroda sebesar
1,2 mm. Standar ini merupakan standar yang diterima secara internasional
dan harus dipenuhi oleh suatu bahan yang dikategorikan sebagai suatu bahan
isolasi.
Kegunaan minyak trafo adalah selain untuk bahan isolasi juga sebagai media
pendingin antara kumparan kawat atau inti besi dengan sirip pendingin. Untuk
minyak isolasi pakai berlaku untuk transformator berkapasitas > 1 MVA atau
bertegangan >30 kV.
3 Proses pemurnian minyak transformator
Minyak transformator dapat dikotori oleh uap air, fiber (misalnya: kertas,
kayu, tekstil), dammar dsb. Hal ini dapat mempengaruhi kemurnian minyak
transformator. Bentuk dari pengotoran dapat bermacam-macam yaitu: meleleh dan
mencairnya bahan-bahan yang digunakan di dalam transformator, partikel-partikel
yang mengendap di dasar tangki, pada belitan atau pada intinya. Dengan adanya
pengotoran maka tegangan tembus minyakakan menurun dan ini berarti mengurangi
atau menurunnya umur pemakaian minyak.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 12
Akhir-akhir ini usaha memperlambat terjadinya penurunan tegangan tembus
minyak transformator untuk pemakaian pada transformator yang bertegangan kerja
tinggi dan dayanya besar, ruangan yang terdapat di atas permukaan minyak diisi
bdengan gas murni (biasanya nitrogen).
Cara lain untuk memperpanjang umur minyak transformator adalah dengan
mencampurkan senyawa tertentu antara lain: paraoksi diphenilamin. Senyawa
tersebut dimasukan ke dalam minyak transformtor yang telah dipanasi 80˚ hingga
85˚C. campuran tersebut konsentrasinya dibuat 0,1% dan selanjutnya didinginkan.
Minyak transformator yang sudah diberi senyawa paraoksi dipenilamin akan
berwarna kemerah-merahan.
a. Pemanasan
Pada cara ini minyak transformator dipanasi hingga titik didih air pada
perangkat khusus yang disebut Penggodok minyak (Oil Boiler). Air yang yang
terkandung di dalam minyak akan menguap.
Cara ini dianggap sebagai cara yag paling sederhana dalam hal pemurnian
minyak transformator. Dengan cara ini bahan-bahan pencemar padat, misalnya: fiber,
jelaga: akan tetap tinggal di dalam minyak. Apabila pemanasan tersebut mendekati
titik penguapan minyak, akan menyebabkan umur minyak berkurang. Namun hal ini
dapat diiatasi dengan cara memanaskan minyak di tempat pakem, sehingga air akan
menguap pada suhu yang relative rendah. Namun demikian pencemar selain air akan
tetap tinggal di dalam minyak.
b. Penyaringan
Pada metode ini digunakan kertas khusus untuk menyaring minyak yang
tercemar. Untuk mempercepat waktu penyaringan, digunakan tekanan. Air yang
terkandung dalam ninyak transformator diserap dengan kertas higriskopis. Dengan
cara ini baik air maupun partikel-partikel pencemar lainnya akan tersaring sekaligus.
Untuk menambah output mesin penyaring, minyak dipanasi 40˚ hingga 45˚C
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 13
sehingga viskositas minyak menurun dan dengan demikian makin memudahkan
penyaringan.
Normalnya, minyak yang akan disaring dimasukkan ke filter atau penyaring
dengan tekanan 3 hingga 5 atmosfir. Biasanya penyaring diganti setelah digunakan
selama 4 jam, tetapi bila minyaknya sangat kotor, penggantiannya dilakukan setiap
0,5 hingga 1 jam.
c. Pemusingan
Pencemaran minyak transformator misalnya: fiber, karbon maupun lumpur
adalah lebih besar daripada minyak transformator sehingga kotoran-kotoran tersebut
suatu saat mengendap dan mudah dipisahkan secara kasar. Untuk mempercepat
proses pemisahan, maka minyak dipanaskan 45˚ hingga 55˚ di dalam suatu tabung
dan kemudian diputar atau dipusing dengan cepat. Karena gaya sentrifugal, maka
subtansi yang lebih berat akan berada di bagian pinggir bejana dan minyaknya
sendiri yang relative lebih ringan akan berada di tengah bejana.
Bagian utama dari pemutar adalah sebuah silinder yang memiliki lempengan-
lempengan (hingga 50 buah). Lempengan-lempengan tersebut berputar bersama-
sama dengan poros.
d. Regenerasi
Pencemaran minyak transformtor seperti yang dijelaskan sebelumnya.
Pencemaran akan lebih dapat dihilangkan dengan pemurnian khusus yaitu regenerasi.
Cara ini mengunakan absorben untuk regenarasi minyak transformator.
Dalam praktek, cara ini banyak digunakan pembangkit-pembangkit tenaga listrik dan
gardu-gardu induk.
Absorben adalah subtansi yang siap menyerap produk yang diakibatkan oleh
pemakaian dan kelembaban pada minyak transformator. Regenerasi dengan absorben
dapat lebih baik hasilnya jika dilakukan setelah minyak ditambah dengan H2SO4.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 14
Selanjutnya jika terjadi kelebihan asam dapat dinetralisir dengan kalium hidroksida
(KOH) dan kemudian minyaknya dicuci dengan air yang dialirkan, ditambah dengan
absorben dan kemudian disaring.
Terdapat 2 cara untuk menambahjan absorben ke dalam minyak
transformator, yaitu:
• Minyak dipanaskan dan dicampur dengan absorben yang dipadatkan dan
kemudian disaring. Cara atau metode ini disebut Metode Sentuhan (Contact
Method).
• Minyak yang telah dipanasi dialikan melalui lapisan tipis dari absorben yang
disebut Metode Filtrasi. Filtrasi penyerap untuk regenerasi minyak transfortor
terdiri dari sebuah silinder yang dilas dengan sebuah kawat kasa di dasarnya, di
sini penyerap dimasukkan ke dalam minyak kemudian dialirkan melalui kawat
kasa tersebut.
Lama kelamaan kawat kasa akan tersumbat partikel-partikel halus dari
absorben. Untuk membersihkan absorben yang tersaring dan sisa-sisa minyak,
silinder dapat dibalikkan atau diputar 180˚. Instalasi ini akan lebih efisien jika 10%
sampai 20% absorben dibuang dari dasar absorber dan ditambahkan absorben baru.
Dapat digunakan 2 absorber yang dikopel secara seri sehingga minyak mengalir pada
awal melalui absorber yang mash baru, kemudian minyak dialirkan ke absorber yang
berikutnya. Absorber yang digunakan untuk regenerasi kebanyakan produk buatan
misalnya: silikagel, alumina atau tanah liat khusus.
4 Bahan-Bahan Isolasi Cair Lain
Jenis-jenis minyak bumi di samping minyak transformator didapat bahan isolasi lain
yang mempunyai kekentalan, pemurnian serta sifat-sifat lain yang berbeda. Sebagai
contoh, minyak untuk kabel yang berisolasi kertas, dibuat lebihkental daripada
minyak transformator.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 15
Di samping itu terdapat pula bahan isolasi kabel yang diimpregnasi dengan
minyak yang kekentalannya rendah dengan pemurnian yang tinggi yaitu kabeluntuk
tegangan ekstra tinggi yang diisi minyak. Kapasitor-kapasitor kertas diisi dengan
minyak yang sangat kental yaitu vaselin yang mempunyai titik pemadaman di antara
30oC hingga 50oC, permitivitas relatif 2,2 dan tanα pada 1 kHz tidak lebih dari
0,0002. Di samping bahan-bahan tersebut diatas, didapat pula isolasi cair sintesis
yang juga digunakan pada teknik listrik. Isolasi cair isntetis yang banyak digunakan
adalah cairan yang berisi Chloor (hidrokarbon seperti difenil C10H12) dimana 3
sampai 5 atom Hidrogen diganti dengan atom Chloor. Bahan-bahan ini diantaranya
adalah: Sovol, Askarel, Araclor, Pyralen, Shibanol. Sovol adalah cairan yang agak
kental, tidak berwarna. Massa jenisnya jauh lebih besar dari minyak transformator
yaitu 1,5 g/cm3.
Tegangan tembus Sovol kurang lebih sama dengan minyak transformator
yaitu ± 20 kV/cm, sedangkan permitivitasnya lebih tinggi. Bahan Sovol
ditambahkan sedikit dengan Trichlorobenzena (C8H3CL3) untuk mengurangi
kekentalannya diperoleh bahan baru dengan nama Sovtol. Salah satu manfaat
penggunaan Sovol dan Sovtol adalah karena percampuran uapnya dengan udara tidak
terbakar dan tidak menyebabkan ledakan. Karena itu transformator yang diisi dengan
Sovtol tidak mempunyai resiko kebakaran dan dapat dipasang di dalam ruangan jika
transformator minyak biasa tidak memungkinkan dipasang. Sovol dan Sovtol tidak
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 16
dapat digunakan pada bahan solasi pemutus, karena akibat adanya busur api pada
waktu terjadinya pemutusan akan menghasilkan karbon. Kekurangan yang lain,
bahan ini adalah beracun, karena itu jika menggunakan bahan ini harus diimbangi
dengan ventilasi yang baik. Bahan lain adalah minyak Silikon. Bahan ini harganya
lebih mahal daripada minyak transformator. Tetapi mempunyai kelebihan antara lain
sudut kerugian dielektrik kecil, higroskopisnya dapat diabaikan dan resistivitas
panasnya relatif tinggi. Massa jenisnya ± 1 g/cm3, permitivitas relatifnya 2,5 tan δ
0,0002 pada1000 Hz, titik nyala tidak kurang dari 145 oC, titik beku lebih rendah dari
-60oC.
5 Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair
Karakteristik pada isolasi minyak trafo akan berubah jika terjadi
ketidakmurnian di dalamnya. Ha ini akan mempercepat terjadinya proses
kegagalan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kegagalan isolasi antara
lain adanya partikel padat, uap air dan gelembung gas. Teori mengenai kegagalan
dalam zat cair kurang banyak diketahui dibandingkan dengan teori kegagalan gas
atau zat padat. Hal tersebut disebabkan karena sampai saat ini belum didapatkan teori
yang dapat menjelaskan proses kegagalan dalam zat cair yang benar-benar sesuai
antara keadaan secara teoritis dengan keadaan sebenarnya. Teori kegagalan zat
isolasi cair dapat dibagi menjad empat jenis sebagai berikut :
a) Teori Kegagalan Gelembung
Kegagalan gelembung atau kavitasi merupakan bentuk kegagalan zat
cair yang disebabkan oleh adanya gelembung-gelembung gas di dalamnya.
b) Teori Kegagalan Elektronik
Teori ini merupakan perluasan teori kegagalan dalam gas, artinya proses
kegagalan yang terjadi dalam zat cair dianggap serupa dengan yang
terjadi dalam gas. Oleh karena itu supaya terjadi kegagalan diperlukan elektron
awal yang dimasukkan ke dalam zat cair. Elektron awal inilah yang
akan memulai proses kegagalan.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 17
c) Teori Kegagalan Tak Murnian Padat
Kegagalan tak murnian padat adalah jenis kegagalan yang disebabkan oleh
adanya butiran zat padat (partikel) di dalam isolasi cair yang akan
memulai terjadi kegagalan
d) Teori Kegagalan Bola Cair
Jika suatu zat isolasi mengandung sebuah bola cair dari jenis cairan lain,maka
dapat terjadi kegagalan akibat ketakstabilan bola cair tersebut dalam medan
listrik. Medan listrik akan menyebabkan tetesan bolacair yang tertahan di dalam
minyak yang memanjang searah medan dan pada medan yang kritis tetesan ini
menjadi tidak stabil. Kanal kegagalan akan menjalar dari ujung tetesan
yang memanjang sehingga menghasilkan kegagalan total.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 18
BAB III
ISOLATOR GAS
Isolator adalah salah satu komponen terpenting yang harus di ketahui dalam
hal keelektonikaan. Isolator terbagi atas beberapa macam salah satunya yaitu isolator
gas. Pada umumnya isolator gas digunakan sebagai media isolasi dan penghantar
panas. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada isolator gas ini adalah
ketidakstabilan temperatur, ketidaknormalan sifat kedielektrikan pada tekanan yang
tinggi dan resiko ledakan dari gas yang digunakan.
Berdasarkan kekuatan dielektrik,rugi-rugi dielektrik, stabilitas kimia,korosi,
dll, isolator gas dapat diklasifikasikan menjadi :
1. Gas sederhana, contohnya :
a. Udara
b. Nitrogen
c. Helium
d. Hidrogen ,
e. dan lain-lain
2. Gas Oksida, contohnya :
a. Gas karbondioksida
b. Gas Sulphur dioksida
3. Gas Hidrokarbon, contohnya :
a. Methana
b. Ethana
c. Propana
d. dan lain-lain
4. Gas Elektronegatif, contohnya :
a. Gas Sulphur hexaflorida
b. CH2Cl2
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 19
Dalam pemilihan jenis isolator gas yang dipergunakan, perlu diperhatikan
sifat dari kedielektrikan gas yang digunakan pada temperatur dan tekanan dimana gas
tersebut akan digunakan sebagai media isolasi.
Beberapa sifat dari isolator gas sebagai media isolasi yang perlu diperhatikan
antara lain yaitu :
1. Sifat Kelistrikan, yang mencakup antara lain :
a. Tahanan isolasi
b. Kekuatan Dielektrik
c. Faktor Daya
d. Konstanta Dielektrik
e. Rugi-rugi dielektrik
2. Temperatur,
3. Sifat Kimia, dan
4. Sifat Mekanis
a. kerapatan volume
b. viskositas
c. absorpsi kelembaman
d. tekanan permukaan,dll
Aplikasi Isolator Gas Pada Sistem Kelistrikan
1. Pada gardu induk Konvensional
Mengacu pada arti dasar isolasi sebenarnya yaitu pemisah antara bagian
bertegangan yang satu dan bertegangan yang lainnya, berarti gardu induk
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 20
konvensional ( gardu induk dengan isolasi udara ) adalah gardu induk di mana
antar gardu induk tersebut terpisah oleh udara sebagai isolasinya sehingga
diperlukan tempat pembangunan gardu yang luas. Udara yang dimaksud di sini
adalah udara biasa di mana tempat kita bernapas menghirup.
2. Gas Insulated Substation / Gas Insulated Switchgear ( GIS )
Gardu induk ini menggunakan sebagai bahan isolatornya yang diletakkan di
antara kedua substrat yang bertegangan, maupun antara substrat yang
bertegangan satu dengan yang tidak bertegangan. Perlu diketahui bahwa kriteria
gas ini tidak berbau, tidak berwarna, tidak beracun, tidak terakar, tidak larut
dalam air, dan merupakan bahan isolator yang baik yang mampu mengisolasi
8,9 . Pembangunan gardu ini juga tidak memerlukan area yang luas.
3. Circuit Breaker
Pada CB, masih menggunakan karena gas tersebut mampu memadamkan busur
api yang menjadi pemicu kerusakan komponen listrik, seperti terbakar, meledak,
dan lain sebagainya. Berikut alasan mengapa menggunakan :
a. Energi yang diperlukan sedikit;
b. Tekanan gas mudah terdeteksi;
c. Tidak mengubah struktur zat, karena ketika terjadi proses pembentukan dan
penguraian akan sama seperti semula;
d. Mudah terionisasi sehingga konduktivitasnya tetap rendah;
e. Akibat keelektronegatifan , menjadikan dielektriknya naik secara bertahap
ketika terjadi penguraian;
f. Busur api mudah dipadamkan.
4. Mesin-Mesin Listrik Besar
Misalnya pada generator turbo dan kondensator sinkron. Mereka menggunakan
gas sebagai isolatornya. Hidrogen mampu bertindak sebagai pendingin sebab
memiliki konduktvitas termal yang relatif tinggi sehingga dapat mengurangi
rugi-rugi pada belitannya. Kemudian, kebisingan dapat diminimalisir sebab
kepekatan hidrogen lebih rendah dibanding udara. Namun, hati-hati dengan
reaksi antara hidrogen dan udara karena pada perbandingan tertentu, dapat
mengakibatkan letusan.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 21
5. Perangkat Tegangan Tinggi seperti Kabel dan Transformator
Pada kabel dan transforator, mereka menggunakan gas sebagai isolator sebab
tegangan tembusnya rendah yaitu 157 , sebagai gas residu pada bahan dielektrik
cair, dan tahan tehadap suhu tinggi 6880 ˚C / W/ .
6. Bahan Dielektrik Kondensator
Menggunakan sebagai pendingin dengan resistivitas termal 10400 ˚C / W/ pada
suhu 30 ˚C dan tegangan tembus 358 V⁄cm.
7. Lampu Tabung
Menggunakan gas Ne dengan tegangan tembusnya sekitar 100 V / cm,
resistivitas termalnya 2150 ˚C/ W / .
8. Komponen yang diisi gas seperti yang terdapat pada Live Tank CB dan Dead
Tank CB. Pada Live Tank CB, ketika kontaktor terbuka, maka gas yang
mengisolasi akan keluar melalui nozzle sehingga busur api dapat dipadamkan.
Sedangkan pada Dead Tank CB, saat kontaktor terbuka maka katup gas ikut
terbuka menurunkan tekanan yang semulanya tinggi, maka gas akan masuk ke
pipa dan nozzle pada tangki utama sehingga tekanan di tangki utama akan
sedikit naik tapi tekanan akan menurunkan dengan memompa gas masuk ke
reservoir bertekanan tinggi.
9. Current Transformer dan Busbar
Berikut gas-gas yang sering dipakai pada alat ini adalah :
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 22
Mekanisme Kegagalan Isolasi Gas Dalam mekanisme tembus listrik bahan
isolasi,ada beberapa peristiwa/proses yang berperan di dalamnya, antara lain :
a. Ionisasi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari ikatan atom netral sehingga
menghasilkan satu elektron bebas dan ion positif
b. Deionisasi, yaitu peristiwa dimana satu ion positif menangkap elektron bebas
sehingga ion positif tersebut menjasi atom netral
c. Emisi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam menjasi
elektron bebas Proses dasar dalam kegagalan isolasi gas adalah ionisasi benturan
oleh elektron.
Ada dua jenis proses dasar yaitu :
� Proses primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran electron
� Proses sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran elektron
Saat ini dikenal dua mekanisme kegagalan gas yaitu :
� Mekanisme Townsend
� Mekanisme Streamer
I. Mekanisme Kegagalan Townsend
Pada proses primer, elektron yang dibebaskan bergerak cepat sehingga timbul
energi yang cukup kuat untuk menimbulkan banjiran elektron. Jumlah elektron Ne
pada lintasan sejauh dx akan bertambah dengan dNe, sehingga elektron bebas
tambahan yang terjadi Ne.dx . Ternyata jumlah elektron bebas α dalam lapisan dx
adalah dNe = dNe yang bertambah akibat proses ionisasi sama besarnya dengan
jumlah Ne.(t).dt; α ion positif dN+ baru yang dihasilkan, sehingga dNe = dN+ =
dimana :
� = koefisien ionisasi Townsend
��+ = jumlah ion positif baru yang dihasilkan Ne : jumlah total electron
�� = kecepatan luncur elektron
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 23
konstan,Ne = N0, x = α Pada medan uniform,x α ε Ο sehinggaNe = NO Jumlah
elektron yang menumbuk anoda per ε detik sejauh d dari katoda sama dengan jumlah
ion positif yaitu N+ = N0 x α.
Arus ini akan naik terus sampai terjadi peralihan menjadi pelepasan yang
bertahan sendiri. Peralihan ini adalah percikan dan dα ε diikuti oleh perubahan arus
dengan cepat dimana karena >> d secara teoritis menjadi tak terhingga, tetapi α ε O
À1 maka dalam praktek hal ini dibatasi oleh impedansi rangkaian yang menunjukkan
mulainya percikan.
II. Mekanisme Kegagalan Streamer
Ciri utama kegagalan streamer adalah postulasi sejumlah besar foto ionisasi
molekul gas dalam ruang di depan streamer dan pembesaran medan listrik setempat
oleh muatan ruang ion pada ujung streamer. Muatan ruang ini menimbulkan distorsi
medan dalam sela. Ion positif dapat dianggap stasioner dibandingkan elektron-
elektron yang begerak cepat dan banjiran elektron terjadi dalam sela dalam awan
elektron yang membelakangi muatan ruang ion positif. Medan Er yang dihasilkan
oleh muatan ruang ini pada jari jari R adalah :
Pada jarak dx, jumlah pasangan x dx sehingga : α ε α elektron yang
dihasilkan adalah R adalah √jari jari banjiran setelah menempuh jarak x, dengan
rumus diffusi R= (2Dt). Dimana t = x/V sehingga, dimana :
N : kerapatan ion per cm2,
e : muatan elektron ( C ),
ε : permitivitas ruang bebas
R : jari jari (cm),
V : kecepatan banjiran
D : koefisien diffusi.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 24
Bahan isolasi gas adalah digunakan sebagai pengisolasi dan sekaligus sebagai
media penyalur panas. Bahan isolasi gas yang dibahas dalam bab ini adalah : udara,
sulphur hexa fluorida (SF6) sebagai titik berat di damping gas-gas lain yang lazim
digunakan di dalam teknik listrik.
1. Udara
Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan, mempunyai
tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30 kV/ cm. Contoh yang mudah dijumpai
antara lain : pada JTR, JTM, dan JTT antara hantara yang satu dengan yang lain
dipisahkan dengan udara. Hubungan antara tegangan tembus dan jarak untuk udara
tidak linier seperti ditunjukkan pada Gambar berikut
Vt = f (celah udara) pada p = 1 atm, F = 50 Hz
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 25
2. Sulphur Hexa Fluorida
Sulphur Hexa Fluorida (SF6) merupakan suatu gas bentukan antara unsur
sulphur dengan fluor dengan reaksi eksotermis :
S + 3 F2 ----------------SF6 + 262 kilo kalori
Molekul sulphur hexa fluorida
Terlihat pada gambar bahwa molekul SF6 mempunyai 6 atom Fluor yang
mengelilingi sebuah atom Sulphur, di sini masing-masing atom Fluo mengikat 1buah
elektron terluar atom Sulphur. Dengan demikian maka SF6 menjadi gas yang inert
atau stabil seperti halnya gas mulia. Sampai saat ini SF6 merupakan gas terberat
yang mempunyai massa jenis 6,139 kg/m3 yaitu sekitar 5 kali berat udara pada suhu
00 celsius dan tekanan 1 atmosfir. Sifat lainnya adalah : tidak terbakar, tidak larut
pada air, tidak beracun, tidak berwarna dan tidak berbau. SF6 juga merupakan bahan
isolasi yang baik yaitu 2,5 kali kemampuan isolasi udara. Perbandingan SF6 dengan
beberapa gas lain seperti tercantum pada Tabel :
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 26
Sifat beberapa Gas
Seperti telah disebutkan di atas, bahwa untuk pembentukan SF6 timbulpanas, ini
berarti bahwa pada pemisahan SF6 menjadi Sulphur dan Fluor memerlukan panas
dari sekelilingnya sebesar 262 k . kalori/ molekul. Hal ini tepat sekali digunakan
untuk bahan pendinginan pada peralatan listrik yang menimbulkan panas atau bunga
api pada waktu bekerja, misalnya : sakelar pemutus beban. Sifat dari SF6 sebagai
media pemadam busur api dan relevansinya pada sakelar pemutus beban adalah :
� Hanya memerlukan energi yang rendah untuk mengoperasikan
mekanismenya. Pada prinsipnya SF6 sebagai pemadam busur api adalah
tanpa memerlukan energi untuk mengkompresikannya, namun semata-mata
karena pengaruh panas busur api yang terjadi.
� Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupun sebagai pengisolasi dapat
dengan mudah dideteksi.
� Penguraian pada waktu memadamkan busur api maupun pembentukannya
kembali setelah pemadaman adalah menyeluruh (tidak ada sisa unsure
pembentuknya)
� Relatif mudah terionisasi sehingga plasmanya pada CB konduktivitasnya
tetap rendah dibandingkan pada keadaan dingin. Hal ini mengurangi
kemungkinan busur api tidak stabil dengan demikian ada pemotongan arus
dan menimbulkan tegangan antar kontak.
� Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga penguraiannya
menjadikan dielektriknya naik secara bertahap.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 27
� Transien frekuensi yang tinggi akan naik selama operasi pemutusan dan
dengan adanya hal ini busur api akan dipadamkan pada saat nilai arusnya
rendah.
3. Gas-gas lain
Gas bentukan fluoro organic misalnya C7F14, C7F8, C14, F24 mempunyai
tegangan tembus yang tinggi, berkisar antara 6 – 10 kali tegangan tembus udara.
Pemakaian gas ini cocok untuk bahan isolasi pada alat-alat pemutus.
Gas karbon dioksoda (CO2) dapat digunakan sebagai gas residu pada bahan
dielektrik cair (minyak) pada alat-alat tegangan tinggi, antara lain : kabel dan trafo.
Gas neon adalah salah satu gas mulia yang banyak digunakan sebagai bahan
pengisi lampu-lampu tabung.
Dibawah ini terdapat pendapat beberapa ahli tentang isolator gas. Yaitu
Brophy, John R. (Valencia, CA), dkk.
1. Sebuah isolator tegangan tinggi gas yang terdiri dari: elemen pertama memiliki
bahan dielektrik sumbu dan membentuk inti dengan sebagian besar permukaan
luar silinder berpusat pada kata kata sumbu inti mempunyai dasar memperluas
permukaan inti dalam pesawat secara substansial tegak lurus terhadap sumbu .
kedua berbentuk cangkir sebagian besar unsur bahan dielektrik yang mencakup
lengan baju yang erat kata mengelilingi inti dan secangkir dasar dengan
permukaan yang menghadap upwardly yang terletak di bawah facewise kata
terhadap permukaan inti. kata inti memiliki substansial memperluas lubang yang
sejajar dengan sumbu untuk kata kata bawah permukaan inti, kata sebuah alur di
bawah permukaan inti kata yang memanjang hingga ke permukaan silinder luar,
dan sebagian besar di kata alur heliks silinder yang memiliki permukaan luar
ujung bawah kata berkomunikasi dengan alur di kata bawah permukaan inti dan
ujung atas yang berlawanan dan berarti termasuk elemen konduktif listrik,
membentuk lorong-lorong berkomunikasi dengan kata inti lubang dan ujung atas
kata sebagian besar alur heliks, untuk melewati therethrough gas.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 28
2. Sebuah isolator tegangan tinggi gas yang terdiri dari: elemen pertama yang
mencakup inti bahan dielektrik memiliki silinder pinggiran dan memiliki
berseberangan termasuk bagian bawah. elemen kedua yang meliputi bahan
dielektrik lengan memiliki lubang silinder diameter yang sama seperti kata inti
dan yang erat kata menerima inti, kata membentuk elemen kedua dari bawah
permukaan di bagian bawah kata lubang, ujung bawah kata inti berbohong
facewise melawan kata bawah permukaan. kata inti memiliki alur heliks secara
substansial di pinggiran, membentuk sebagian besar kata heliks bagian antara
inti dan lengan, kata heliks bagian atas dan bawah memiliki berakhir. kata inti
memiliki sumbu silinder berpusat pada periferal dan mengatakan sebagian besar
inti memiliki lubang vertikal dengan memperluas atas kata yang sejajar dengan
sumbu untuk kata inti bagian bawah, kata bagian bawah kata heliks kata bagian
inti berbaring di bagian bawah, dan berkata inti telah alur di bagian bawah kata
inti yang memanjang dari kata vertikal dasar lubang untuk kata akhir kata heliks
bagian. berarti membentuk lorong digabungkan untuk kata atas kata akhir heliks
bagian untuk melewati gas yang melewati kata heliks bagian dan sepasang
masing-masing anggota konduktif listrik digabungkan ke puncak kata lubang
vertikal dan untuk berkata berarti membentuk sebuah lorong.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 29
Kelebihan Isolator Gas
Ketika terjadi kebocoran, isolasi gas dapat diperbaiki dan kembali seperti
semula dengan waktu yang singkat. Hal yang dapat dilakukan yaitu dengan pengisian
ulang isolasi gas, kecuali gas vacuum yang tidak dapat diperbaiki. Sebab sulit sekali
untuk menciptakan kondisi vacuum di bumi ini karena udara kita mengandung
berbagai kandungan gas-gas.
Keuntungan Current Transformator yang diisi gas
• Pembuatan CT mudah dan cepat (relatif )
• Gelembung udara dapat dengan mudah ditiadakan juga dielektrik loss bisa
diperkecil.
• Bahaya kebakaran lebih kecil, ini untuk peralatan dalam gedung.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 30
• Berat peralatan dapat dikurangi cukup banyak.
• Komduktor primer yang lurus bisa membawa arus s/c yang lebih besar
Keuntungan gas :
• Energi yang diperlukan sedikit;
• Tekanan gas mudah terdeteksi;
• Tidak mengubah struktur zat, karena ketika terjadi proses pembentukan dan
penguraian akan sama seperti semula;
• Mudah terionisasi sehingga konduktivitasnya tetap rendah;
• Akibat keelektronegatifan , menjadikan dielektriknya naik secara bertahap
ketika terjadi penguraian;
• Busur api mudah dipadamkan.
Kerugian Isolator Gas
Apabila terjadi kebocoran pada isolasi menggunakan gas vacuum, hal
tersebut tidak dapat diperbaiki seperti halnya yang dapat diisi ulang.
Kerugiaan Current Transformator diisi gas :
• Sealing gas sulit
• Isolator porselen harus kuat menahan tekanan gas.
• Voltage grading pada isolator
Perawatan Isolator Gas
• Pada CB, akan ada satu bagian yang bergerak dan satunya lagi tidak. Hal ini
memungkinkan udara menyelinap dan terjadinya kebocoran. Untuk
mengatasi masalah ni dipasanglah sealing sebagai upaya peminimalisasian.
Kemudian, nantinya akan ada pengukur tekanan gas yang memonitori untuk
mewaspadai terjadinya kebocoran. Namun, kalaupun ternyata terjadi
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 31
kebocoran hal ini bisa diatasi melalui pengisian kembali
gas menggunakan Gas Fill Adaptor ( GFA ) dan silinder ukuran D standar.
• Untuk gas vakum, kebocoran sangat tidak diinginkan sebab tidak bisa
dilakukan pengisian seperti halnya gas . Maka untuk mengantisipasi
kebocoran, dipasanglah semacam logam yang fleksibel terhadap pergerakan
dua bagian yang satunya statis dan satunya bergerak. Akibat pergerakan itu,
ditakutkan akan menimbulkan celah celah udara. Jika pada
gas dipasang sealing untuk menghindari celah udara, maka pada gas vacuum
dipasang logam fleksibel berbentuk gelombang yang dapat diperpanjang dan
diperpendek.
• Corrective Maintenance adalah pemeliharaan yang dilakukan dengan
berencana pada waktu-waktu tertentu ketika peralatan listrik mengalami
kelainan atau unjuk kerja rendah pada saat menjalankan fungsinya dengan
tujuan untuk mengembalikan pada kondisi semula disertai perbaikan dan
penyempurnaan. Gangguan yang ada bisa berupa Trouble Shooting atau
penggantian bagian yang rusak atau kurang berfungsi yang dilaksanakan
dengan terencana.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 32
BAB IV
KOORDINASI ISOLASI
Persoalan isolasi adalah salah satu dari beberapa persoalan yang terpenting
dalam teknik tenaga listrik pada umumnya dan teknik tegangan tinggi pada
khususnya, oleh karena ia menyangkut persoalan pokok bidang teknik dan ekonomi.
Koordinasi isolasi dapat didefenisikan sebagai korelasi antara daya isolasi
alat-alat dan sirkuit listrik di satu pihak dan karakteristik alat-alat pelindungnya di
lain pihak, sehingga isolasi tersebut terlindung dari bahaya-bahaya tegangan lebih
secara ekonomis. Koordinasi isolasi dinyatakan dalam bentuk langkah-langkah yang
diambil untuk menghindarkan kerusakan terhadap alat-alat listrik karena tegangan
lebih dan membatasi lompatan sehingga tak menimbulkan kerusakan terhadap alat-
alat listrik dan karakteristik alat-alat pelindung terhadap tegangan lebih, yang
masing-masing ditentukan oleh tingkat ketahanan impuls dan tingkat perlindungan
impulsnya.
Koordinasi isolasi mempunyai dua tujuan :
1. Perlindungan terhadap peralatan
2. Penghematan (ekonomi)
Oleh karena perlindungan bertujuan ekonomi pula, maka kedua tujuan tersebut
disatukan menjadi satu tujuan : ekonomi, hal ini berlaku untuk semua masalah dalam
bidang perlindungan. Dalam hal koordinasi isolasi, yang dituju ialah sebuah sistem
tenaga listrik yang bagian-bagiannya, masing-masing dan satu sama lain, mempunyai
daya isolasi yang diatur sedemikian rupa, sehingga dalam setiap kondisi operasi,
kwalitas pelayanan (penyediaan) dicapai dengan biaya seminimum mungkin. Biaya
peralatan yang dimaksud terdiri dari biaya pertama peralatan (first cost), biaya
kerusakan, biaya pelayanan berhenti (outages),biaya penurunan dan penaikan
kwalitas pelayanan.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 33
KARAKTERISTIK KOORDINASI
• Dalam hal kemampuan isolasi untuk menghadapi surja hubung dan surja petir
maka yang berperan adalah kemampuan isolasi terhadap kenaikan tegangan yang
dikenakan padanya.
• Dalam pengoperasian normal isolasi peralatan sistem tenaga ditentukan sesuai
dengan tegangan kerja (kelas tegangan) dimana peralatan itu beroperasi.
• Pengaman petir dan dan surja hubung memerlukan penetapan dari level tegangan
yang disebut level tegangan shunt, yaitu perangkat pengaman seperti arrester.
• Batas ketahanan impuls petir yang disebut sebagai Basic Impulse Level(BIL)
adalah ketentuan untuk setiap sistem tegangan nominal dari berbagai peralatan.
• Semua peralatan dan komponen-komponennya harus mempunyai BIL di atas
level sistem proteksi, sesuai margin. Nilai batas ini biasanya ditentukan
berdasarkan isolasi udara dengan metoda statistik.
• Untuk peralatan yang bukan isolasi seperti trafo isolasi, batas margin batas
margin ditetapkan berdasarkan metoda konvensional.
Rasionalisasi dari pada daya isolasi suatu sistem dan implementasi dari pada
koordinasi isolasi menyangkut prinsip-prinsip tertentu yang di dalam prakteknya
berupa aturan-aturan sebagai berikut :
1. Arrester petir (lightning arrester) dipakai sebagai alat pelindung pokok.
2. Tegangan sistem mempunyai tiga harga :
a) Tegangan nominal,
b) Tegangan dasar (rated), dan
c) Tegangan maksimum.
3. Ada dua macam sistem : yang netralnya diisolasikan (isolated neutral system)
dan yang dibumikan secara efektif (effectively grounded system). Pada kedua
sistem ini tegangan-transmisi maksimumnya dapat mencapai 105% dari
tegangan dasar.
4. Tegangan dasar (rating) yang dipakai pada arrester adalah tegangan
maksimum frekuensi rendah (50 c/s) di mana arrester tersebut bekerja dengan
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 34
baik. Pada sistem terisolasi, arrester harus mempunyai tegangan dasar
maksimum tidak melebihi tegangan dasar penuh atau arrester 100%. Pada
sistem yang dibumikan, tegangan dasar maksimum dari pada arrester dapat
diturunkan menjadi 80% dari tegangan sistem maksimum. Cara dan aplikasi
khusus memungkinkan pemakaian arrester 75-80%.
5. Dalam penentuan isolasi trafo, dipakai isolasi yang dikurangi (reduced
insulation), yaitu tingkat isolasi yang lebih rendah dari pada apa yang telah
ditetapkan dalam standar seperti yang terdapat pada Tabel
6. Dua unsur utama koordinasi isolasi yang penting ialah karakteristik volt waktu
dari isolasi yang harus dilindungi dan karakteristik pelindung dari arrester.
Pada tegangan tinggi sekali (EHV, UHV) ada dua pasang karakteristik yang
perlu diperkatikan, satu untuk surja petir dan satu lagi untuk surja bubung.
Kelas Referensi BIL 80% BIL (kV) (kV) (kV)
1.2 30 24
8.7 75 60
12 95 76
23 150 120
34.5 200 160
66 250 200
49 350 280
92 450 360
115 550 440
138 650 520
161 150 600
180 825 660
196 900 720
230 1050 840
260 1175 940
287 1300 1040
345 1550 1240
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 35
Dengan karakteristik isolasi dan karakteristik arrester dapat disusun suatu
sistem pengaman yang terkoordinasi. Tegangan operasi proteksi harus lebih kecil
dari tegangan tembus isolasi. Koordinasi antara kemampuan isolasi dan pengaman
sistem ditentukan dengan Basic Insulation Level (BIL).
KARAKTERISTIK ALAT PELINDUNG
Alat pelindung berfungsi melindungi peralatan tenaga listrik dengan cara
membatasi surja (surge) tegangan lebih yang datang dan mengalirkannya ke tanah.
Berhubungan dengan fungsinya itu ia harus dapat menahan tegangan sistem 50 c/s
untuk waktu yang tak terbatas, dan harus dapat melakukan surja arus dengan tak
merusaknya. Kecuali itu sebuah alat pelindung yang baik mempunyai ”protekctive-
ratio” yang tinggi, yaitu perbandingan antara tegangan surja maksimum yang
diperbolehkan pada waktu pelepasan dan tegangan sistem 50 c/s maksimum yang
dapat ditahan sesudah pelepasan (discharge) terjadi.
Gelombang surja merupakan suatu gelombang impuls tegangan yang
melonjak dan merambat dari titik sumbernya berarah radial sepanjang penghantar.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 36
Titik A merupakan besar amplitude gelombang surja yang dapat ditahan oleh
isolator dan titik B untuk tanduk busur apinya. Fungsi dari tanduk busur api adalah
melindungi isolator dari tegangan tembus yang disebabkan oleh gelombang surja.
Bila amplitude tegangan telah mencapai titik B, maka terjadi pelepasan
muatan listrik (discharge) dari tanduk yang terhubung ke penghantar ke tanduk yang
terhubunga ke bumi (grounding) yang menimbulkan loncatan api.
Karakteristik Alat Pelindung Sederhana
Sela batang adalah alat pelindung yang paling sederhana. Sela ini diadakan
oleh dua buah batang logam yang mempunyai penampang tertentu (biasanya
persegi), yang satu dihubungkan dengan kawat transmisi, satunya dihubungkan
dengan tanah. Keuntungan dari sela batang ialah bentuknya yang sederhana, mudah
dibuat dan kuat (rugged). Cacadnya ialah bahwa sekali terjadi percikan karena
tegangan lebih, api timbul terus meskipun tegangan lebihnya sudah tidak ada. Oleh
sebab itu sirkuit harus diputus terlebih dahulu untuk menghentikan percikan api
tersebut. Kecuali itu tegangan gagalnya naik lebih tinggi dari pada isolasi yang
dilindunginya untuk gelombang yang curam.
Oleh karena itu sela batang dapat dipakai sebagai perlindungan cadangan
(back-up protection) atau dalam kombinasi dengan CB (circuit breaker) yang
mempunyai kecepatan menutup kembali (sesudah dibuka) yang tinggi (high-speed
recluse operation). Sekarang sela batang masih dipakai terutama guna melindungi
CB dalam keadaan terbuka terhadap pukulan petir.
KARAKTERISTIK ISOLASI
Dengan bertambahnya waktu maka kemampuan menahan tegangan dari
isolasi semakin menurun. Agar tidak terjadi kerusakan atau tegangan tembus pada
isolasi, maka tegangan lebih dijaga lebih kecil dari tegangan tembus (breakdown)
isolasi.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 37
Bila VS(t) adalah amplitude tegangan gelombang surja dan Vi(t) kemampuan
menahan tegangan isolasi, dengan visualisasi Gambar 2, titik D adalah amplitude
gelombang surja yang telah mencapai tegangan tembus isolasi pada waktu tD (VS(t)
= Vi(t)).
PENERAPAN ARRESTER
Gangguan surja petir merupakan salah satu gangguan alamiah yang akan
dialami sistem tenaga listrik, dan salah satu metode untuk mengatasinya yaitu dengan
menggunakan peralatan proteksi arrester.
Arrester ini bekerja dengan mengimplementasikan resistor nonlinier yang
mempunyai nilai yang besar untuk peralatan listrik dari tegangan yang berlebihan
dari petir. Pada saat sparkover maka tegangan akan turun dan
tegangan residu arus discharge. Besarnya nilai sparkover dan
tegangan residu arusnya tergantung dari karakteristik arrester yang digunakan.
Agar pemakaian arrester dalam koordinasi isolasi dapat memberikan hasil
yang maksimal perlu diikuti azas-azas berikut :
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 38
a) Sebagai disinggung dimuka tegangan dasar 50c/s daripada arrester dipilih
sedemikian rupa sehingga nilainya tidak dilampaui pada waktu dipakai, baik
dalam keadaan normal maupun hubung singkat.
b) Arrester ini akan memberikan perlindungan bila ada selisih (margin) yang cukup
antara tingkat arrester dan peralatan.
c) Arrester harus dipasang sedekat mungkin kepada peralatan utama dan tahanan
tanahnya rendah.
d) Kapasitas termis arrester harus dapat meneruskan arus besar yang berasal dari
simpanan tenaga yang terdapat dalam saluran yang panjang.
e) Jatuh tegangan maksimum dari arrester dipakai sebagai tingkat perlindungan
arrester (bukan jatuh tegangan rata-rata)
f) Sebuah harga tegangan pelepasan arus petir harus ditetapkan untuk menentukan
tingkat perlindungan arrester yang harus dikoordinasikan dengan BIL sekarang
dipakai 2 macam arus : 5000 A dan 10000 A
g) Pengaruh dari sejumlah kawat (multiple-lines) dalam melindungi kegawatan petir
pada gardu perlu diperhatikan pada penerapan arrester.
h) Bila ada keragu-raguan mengenai kemampuan 50 c/s dari arrester, maka
sejumlah persentase ditambahkan pada harga yang dihitung atau ditetapkan untuk
arrester. Sekarang masih dipakai 10%.
Selisih antara BIL isolasi yang harus dilindungi dan tegangan maksimum
yang terjadi pada arrester adalah persoalan yang banyak dibicarakan, karena banyak
faktor yang perlu diperhatikan antara lain :
a) Tegangan gagal ditentukan oleh kecepatan naiknya tegangan.
b) Tegangan pelepasan ditentukan oleh kecepatan naiknya arus surja dan besarnya
arus surja tersebut.
c) Jarak antara arrester dan isolasi yang harus dilindungi mempengaruhi besarnya
tegangan yang sampai pada isolasi tersebut.
Teknik Tegangan Tinggi – Teknik Konversi Energi 39
KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan
a) Iso las i ca i r memi l i k i dua fungs i ya i tu sebaga i pengiso las i
dan sebaga i pendingin. Contoh isolasi cair yang lazim digunakan
adalah minyak transformator.
b) Minyak transformator adalah minyak mineral yang diperoleh
dengan pemurnian minyak mentah. Proses pemurnian minyak
transformator dapat dilakukan dengan 4 cara, yaitu:
• Pemanasan
• Penyaringan
• Pemusingan
• Regenerasi
c) Terdapat beberapa contoh bahan isolasi cair lainnya seperti Sovol,
Askarel,Araclor, Pyralen, Shibanol.
d) Pada umumnya isolator gas digunakan sebagai media isolasi dan penghantar
panas.
e) Koordinasi Isolasi : Korelasi antara daya isolasi alat-alat dan rangkaian listrik
dengan karakteristik alat-alat pelindungnya sehingga isolasi terlindungi dari
bahaya tegangan lebih secara ekonomis
f) Dengan karakteristik isolasi dan karakteristik arrester dapat disusun suatu
sistem pengaman yang terkoordinasi. Tegangan operasi proteksi harus lebih
kecil dari tegangan tembus isolasi. Koordinasi antara kemampuan isolasi dan
pengaman sistem ditentukan dengan Basic Insulation Level (BIL).
2. SARAN
Dalam makalah ini terdapat penjelasan jenis isolasi kelistrikan, koordinasi isolasi dan berbagai karakteristik baik alat pelindung dan isolasi yang biasa digunakan. Namun dalam penyajiannya masih dalam batas pengenalan saja. Diharapkan para pembaca memberikan kritik maupun saran yang membangun agar makalah ini menjadi lebih baik.