Ada beberapa jenis bahan isolasi yang dipergunakan pada isolator hantaran udara yaitu bahan porselin keramik, bahan gelas serta bahan polymer. Dalam
penelitian ini objek yang diamati adalah isolasi porselin keramik. Dilihat dari konstruksinya isolator keramik dibagi menjadi isolator
pin
, isolator
post
dan isolator
pin-post
. Dalam penelitian ini yang diteliti adalah isolator
post
. I.4 METODE PENULISAN
Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi di antaranya :
1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan
topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet
dan lain-lain. 2.
Studi lapangan yaitu dengan melakukan eksperimen di laboratorium Tegangan Tinggi.
3. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir
ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak departemen Teknik Elektro USU, dengan dosen-dosen bidang Teknik Energi Listrik.
I.5 SISTEMATIKA PENULISAN
Tugas akhir ini ditulis dengan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini membahas secara umum tentang latar belakang, tujuan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan tugas akhir.
Universitas Sumatera Utara
BAB II. ISOLATOR PENDUKUNG HANTARAN UDARA
Bab ini membahas secara umum tentang isolator pendukung hantaran udara yang meliputi : konstruksi, bahan dielektrik isolator
hantaran udara dan karakteristik elektrik dan mekanis isolator.
BAB III. PENGARUH BENANG LAYANGAN TERHADAP TEGANGAN FLASHOVER ISOLATOR HANTARAN UDARA
Bab ini membahas tentang fenomena arus bocor, fenomena lewat denyar pada isolator terpolusi dan benang layangan pada isolator yang
terpolusi.
BAB IV. EKSPERIMENT
Bab ini memuat alat dan bahan yang digunakan, prosedur percobaan, hasil pengukuran dan analisa data.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dan saran.
Universitas Sumatera Utara
BAB II ISOLATOR PENDUKUNG HANTARAN UDARA
Isolator memegang peranan penting dalam penyaluran daya listrik dari gardu induk ke gardu distribusi. Isolator merupakan suatu peralatan listrik yang
berfungsi untuk memisahkan secara elektris dua buah penghantar atau lebih yang berdekatan sehingga tidak terjadi aliran arus dari satu penghantar ke penghantar
yang lain. Dalam bab ini, akan dijelaskan konstruksi, bahan dielektrik isolator
hantaran udara dan karakteristik elektrik dan mekanik isolator.
II.1 KONSTRUKSI ISOLATOR HANTARAN UDARA
Bagian utama suatu isolator hantaran udara terdiri dari konduktor logam, bahan dielektrik, bahan perekat dan tonggak logam seperti yang terlihat pada
Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Bagian Utama Isolator Hantaran Udara
Konduktor logam
cap
Bahan dielektrik
Perekat semen
Tonggak logam
pin
Perekat semen
Universitas Sumatera Utara
Semen digunakan untuk merekat tonggak logam dengan bahan dielektrik dan merekat konduktor logam dengan bahan dielektrik. Umumnya dielektrik isolator
terbuat dari bahan porselin, gelas dan karet-silikon
silicon rubber
. Dilihat dari konstruksinya isolator terdiri dari isolator pendukung dan
isolator gantung
suspension
. Isolator pendukung terdiri dari tiga jenis, yaitu : isolator
pin
, isolator
post
dan isolator
pin-post
. Konstruksi dari ketiga jenis isolator pendukung dapat dilihat pada Gambar 2.2
[5]
.
Ada dua parameter isolator hantaran udara yang penting diketahui, yaitu jarak rambat L
r
dan jarak percik L
p
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3. Jarak rambat adalah jarak antar konduktor melalui bahan isolasi. Jarak percik
adalah jarak antar konduktor melalui udara. Dilihat dari perbandingan jarak rambat dengan jarak percik
isolator hantaran udara dibagi atas dua kelas, yaitu sebagai berikut :
a. isolator pin b. isolator post
c. isolator pin-post Gambar 2.2 Jenis Isolator Pendukung
Universitas Sumatera Utara
Kelas A, dimana
Kelas B, dimana
L
r
L
p
Elektroda Elektroda
Gambar 2.3 Jarak rambat dan Jarak Percik pada Isolator
Berikut ini akan dijelaskan secara umum mengenai penggunaan bahan dan
sifat ketiga jenis isolator pendukung tersebut diatas. a Isolator
pin
Isolator jenis
pin
merupakan isolator yang pertama kali dirancang sebagai penopang penghantar saluran. Isolator
pin
ini banyak digunakan pada
jaringan distribusi tegangan menengah sebagai penyangga konduktor. Isolator jenis
pin
ini digunakan pada tiang pendukung jaringan distribusi hantaran
udara. Isolator
pin
terdiri dari satu atau beberapa lapisan
petticoats rain shed
yang disemen, dipasang pada poros
crossarm
pada tiang pendukung. Isolator
pin
dilengkapi dengan lapisan-lapisan
rain shed
yang cukup panjang untuk memperpanjang jarak rambat isolator sehingga lewat denyar
flashover
tidak mudah untuk terjadi. Lapisan
petticoats
dirancang sedemikian rupa agar air
hujan yang membasahi permukaan isolator tidak menempel pada isolator.
Universitas Sumatera Utara
Beberapa kelebihan dari isolator
pin
adalah sebagai berikut : Berdasarkan perbandingan jarak rambat
creepage distance
dengan jarak percik
arching distance
, isolator
pin
termasuk dalam kategori isolator kelas B.
isolator
pin
dirancang dengan profil yang sedemikian sehingga pada saat hujan membasahi permukaan isolator, maka air hujan dapat diteteskan dari
permukaannya agar tidak terjadi penimbunan polusi pada permukaan isolator.
Isolator
pin
hanya dapat digunakan pada beban tekan. Artinya isolator pin ini didesain agar dapat menahan beban konduktor yang terpasang pada
saluran udara tegangan menegah.
b Isolator
post
Sama halnya dengan isolator
pin
, isolator
post
juga digunakan pada tegangan tinggi, khususnya pada jaringan distribusi tegangan menengah.
Isolator jenis
post
digunakan pada tiang-tiang pendukung dan tiang sudut distribusi hantaran udara. Isolator
post
terdiri atas bahan isolator berbentuk silinder padat dengan sisi berlekukan untuk memperpanjang jarak rambat
permukaan isolator. Semakin tinggi tegangan isolasinya makin banyak lekukan-lekukan tersebut.
Untuk pengoperasian tegangan yang lebih tinggi lebih cocok digunakan isolator
post
karena harganya lebih murah jika dibandingkan dengan menggunakan isolator
pin
. Beberapa kelebihan dari isolator post adalah sebagai berikut:
Memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi dibandingkan dengan isolator
pin
Isolator
post
termasuk dalam kategori isolator kelas. Artinya tegangan lewat denyar isolator
post
lebih tinggi dari tegangan lewat denyar isolator
pin
.
Universitas Sumatera Utara
Isolator
post
dapat digunakan untuk menahan beban tarik dan beban tekuk.
c Isolator
pin post
Isolator
pin post
digunakan pada jaringan distribusi hantaran udara tegangan menengah, dipasang pada tiang yang mengalami gaya tekuk.
Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh isolator
pin post
, antara lain: 1.
Bebas dari cacat, karena semen dan tangkai besi
metal flange
dipasang di sisi luar bahan isolasi, sehingga tidak menyebabkan pemuaian.
2. Mempunyai sifat antikontaminasi yang baik dibandingkan dengan isolator
jenis lain, karena : Mempunyai jarak rambat
creepage distance
yang besar 1.5 kali dari jarak percik sehingga diklasifikasikan sebagai isolator kelas A.
Profil sedemikian rupa sehingga hujan dapat membersihkan isolator dari kontaminan.
Mempunyai jarak celah udara
air gap
yang besar antara bagian dalam sirip dengan permukaan isolator, sehingga air hujan tidak
membentuk jembatan air antara satu sirip dengan sirip yang lain. 3.
Pada saat terjadi lewat denyar
flashover
tidak mudah terbentuk jejak karbon atau
tracking
.
II.2 Bahan Dielektrik Isolator Hantaran Udara
Bahan dielektrik yang umum digunakan sebagai bahan dasar isolator pasangan luar
outdoor insulator
adalah porselin keramik dan gelas. Berikut
akan dijelaskan bahan dasar, kelebihan dan kekurangan isolator porselin dan gelas. a Bahan porselin keramik
Porselin terbuat dari tanah liat china
china clay
yang mengandung aluminium silikat. Aluminium silikat ini dicampur dengan plastik kaolin,
feldspar dan kuarsa. Campuran ini dipanaskan pada tempat pembakaran dengan suhu yang dapat diatur. Bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazur
Universitas Sumatera Utara
agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori. Dengan lapisan glazur ini permukaan isolator menjadi licin dan mengkilat, sehingga tidak dapat
menghisap air. Kelebihan dari isolator porselin antara lain :
1. Tahan terhadap berbagai kondisi lingkungan sehingga tidak mudah
mengalami degradasi dan tahan lama. 2.
Mempunyai kekuatan dielektrik dan mekanik yang baik. 3.
Biaya pembuatan lebih murah. 4.
Dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka.
Disamping kelebihannya, isolator porselin mempunyai beberapa kekurangan, yaitu :
1. Mudah pecah, sehingga perlu hati-hati ketika membawa dan memasangnya. 2. Berat, oleh karena itu biaya yang dikeluarkan untuk pengiriman dan
instalasi lebih besar.
3. Berpori-pori akibat pembuatan yang kurang sempurna. Pada pori-pori ini
dapat terjadi tembus internal
internal dielectric breakdown
atau peluahan parsial.
4. Mudah terpolusi.
Permukaan porselin bersifat hidrophilik sehingga permukaan porselin mudah untuk menangkap air. Pada lingkungan yang berpolusi, polutan
mudah melekat pada permukaan isolator. Untuk membersihkannya perlu dilakukan pembersihan isolator secara berkala.
b Bahan gelas
Selain bahan porselin, bahan gelas juga banyak digunakan sebagai isolator pasangan luar
outdoor insulator
atau isolator saluran udara
Universitas Sumatera Utara
overhead insulator
. Pada umumnya isolator gelas terbuat dari campuran SiO
2
, B
2
O
3
, Al
2
O
3
, PbO, BaO dan CaO. Bahan gelas mempunyai kelebihan-kelebihan antara lain :
1. Kekuatan dielektriknya tinggi.
2. Koefisien muainya rendah.
3. Mudah dibentuk.
4. Kuat tekannya lebih besar daripada bahan porselin.
5. Karena sifatnya yang tembus pandang, maka jika ada keretakan,
ketidakmurnian bahan dan gelembung udara, hal-hal tersebut mudah diketahui.
6. Bahan menyebar merata homogen sehingga tidak berpori-pori.
7. Harga isolator gelas lebih murah daripada isolator porselin.
Disamping kelebihan-kelebihannya, isolator gelas juga mempunyai kekurangan-kekurangan sebagai berikut :
1. Isolator gelas memiliki sifat kondensasi mengembun sehingga debu dan
kotoran mudah melekat di permukaan isolator tersebut. Kotoran basah ini dapat membuat permukaan isolator menjadi semakin konduktif sehingga
arus bocor yang mengalir melalu permukaan isolator semakin besar. Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya lewat denyar pada isolator tersebut.
2. Memiliki tegangan tembus yang rendah, dan kekuatan dielektriknya
berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan suhu. 3.
Isolator gelas mudah dipengaruhi oleh perubahan suhu disekelilingnya sehingga dapat menyebabkan pemuaian pada gelas. Pemuaian ini dapat
menyebabkan isolator gelas rentan pecah.
II.3 KARAKTERISTIK ELEKTRIK
Suatu isolator dapat melaksanakan fungsinya dengan baik apabila memiliki karakteristik elektrik sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Tahanan isolasi besar. Kekuatan dielektrik tinggi.
Permitivitas relative tinggi. Tahan terhadap busur api.
Faktor disipasi atau rugi-rugi dielektrik rendah. Konduktivitas thermal tinggi.
Bebas dari pori yang berisi gas sehingga pada isolator tidak terjadi
peluahan parsial. Suatu isolator dirancang sedemikian rupa sehingga tegangan tembusnya
jauh lebih tinggi daripada tegangan lewat denyarnya. Dengan demikian, kekuatan dielektrik suatu isolator ditentukan oleh tegangan lewat denyarnya. Kekuatan
dielektrik dan nilai tegangan yang dapat dipikul isolator tanpa terjadi lewat denyar dapat diperkirakan dari tiga karakteristik dasar isolator, yaitu : tegangan lewat
denyar bolak-balik pada keadaan kering, tegangan lewat denyar bolak-balik pada keadaan basah dan karakteristik tegangan-waktu yang diperoleh dari tegangan
surja standar.
a Tegangan lewat denyar bolak-balik kering
Tegangan lewat denyar bolak-balik kering merupakan karaktersitik utama dari isolator yang dipasang pada ruangan tertutup. Tegangan lewat
denyar ditentukan pada keadaan permukaan isolator kering dan bersih. Tegangan lewat-denyar dinyatakan pada keadaan standar, yaitu pada saat suhu
udara 20 ºC dan tekanannya 760 mmHg. Tegangan lewat denyar kering pada sembarang suhu dan tekanan udara dapat ditentukan dengan persamaan di
bawah ini :
2.1
Di mana : V = Tegangan lewat denyar isolator pada sembarang keadaan udara.
V = δ V
s
Universitas Sumatera Utara
V
s
= Tegangan lewat denyar isolator pada keadaan udara standar. δ = Faktor koreksi udara.
δ =
T = Suhu udara ºC. P = Tekanan udara mmHg.
Persamaan 2.1 di atas merupakan persamaan umum dalam perhitungan faktor koreksi udara untuk menghitung tegangan lewat denyar
standar ataupun tegangan lewat denyar pada suhu dan tekanan sembarang. Tegangan lewat denyar bolak-balik isolator juga dipengaruhi oleh
kondisi kelembaban udara. Jika V
s
adalah tegangan lewat denyar isolator pada keadaan udara standar dan kelembaban 11 grm
3
, tegangan lewat denyar isolator pada sembarang suhu, tekanan dan kelembaban udara adalah :
2.2
Di mana K
h
adalah faktor koreksi yang tergantung kepada kelembaban udara.
b Tegangan lewat denyar bolak-balik basah
Tegangan lewat denyar bolak-balik basah suatu isolator merupakan gambaran kekuatan dielektrik isolator tersebut pada saat basah karena air
hujan. Sifat air hujan yang membasahi suatu isolator dicirikan atas tiga hal, yaitu intensitas, arah dan konduktivitas air yang membasahi isolator tersebut.
Oleh karena itu dalam pengujian tegangan lewat denyar bolak-balik basah suatu isolator, air yang membasahi isolator perlu distandarisasi. Menurut IEC,
ciri air yang membasahi isolator saat pengujian adalah sebagai berikut: intensitas penyiraman 3 mmmenit, resistivitas air r = 10.000 ohm-cm dan
arah penyiraman air membentuk sudut 45º dengan sumbu tegak isolator.
V = δ
Universitas Sumatera Utara
Tegangan lewat denyar bolak-balik basah suatu isolator juga tegantung pada kondisi udara. Jika lewat denyar terjadi pada suatu isolator basah, maka
peluahan melintasi permukaan isolator yang basah dan celah udara. Oleh karena itu, kenaikan tegangan lewat denyar bolak-balik basah akibat kenaikan
tekanan udara terhadap tegangan lewat denyar basah semakin besar. Umumnya setengah dari lintasan peluahan merupakan celah udara. Dengan
anggapan ini, tegangan lewat denyar basah pada sembarang tekanan udara dapat ditentukan sebagai berikut :
2.3
Di mana V
S
adalah tegangan lewat denyar basah pada tekanan udara standar.
c Karakteristik tegangan-waktu
Karakteristik tegangan-waktu digunakan untuk memperkirakan kekuatan dielektrik isolator jika memikul tegangan lebih surja akibat sambaran
petir pada jaringan. Karakteristik tegangan-waktu ditentukan hanya pada keadaan isolator kering dan permukaannya bersih, karena penurunan kekuatan
dielektrik isolator akibat air dapat diabaikan, hanya sekitar 2 - 3. Karakteristik tegangan-waktu diperoleh melalui pengujian isolator dengan
tegangan impuls standar baik polaritas positif maupun polaritas negatif. Tegangan lewat denyar impuls pada sembarang suhu dan tekanan udara
dihitung dengan persamaan 2.1.
II.4 KARAKTERISTIK MEKANIK
Suatu isolator dapat melaksanakan fungsinya dengan baik apabila memiliki karakteristik mekanik sebagai berikut :
Kekuatan mekanis tinggi.
V = 0.5 V
S
Universitas Sumatera Utara
Bahan isolator harus bebas dari bahan kotoran, tidak retak dan tidak berpori.
Material isolator tidak mudah terbentuk jejak karbon atau disebut juga
tracking
. Penyebaran panas rendah.
Tahan terhadap panas. Tidak mudah terjadi korosi pada isolator.
Karakteristik mekanis suatu isolator ditandai dengan kekuatan mekanisnya, yaitu beban mekanis terendah yang dapat mengakibatkan isolator tersebut
rusakpecah. Suatu isolator harus memiliki kekuatan mekanis yang tinggi agar mampu memikul konduktor. Kekuatan mekanis dari suatu isolator dinyatakan
dalam tiga keadaan beban, yaitu kekuatan mekanis tarik, kekuatan mekanis tekan dan kekuatan mekanis tekuk.
Isolator porselin mempunyai kekuatan mekanis yang lebih baik dibandingkan dengan isolator gelas. Kekuatan mekanis porselin standar
berdiameter 2-3 cm adalah 4.500 kgcm
2
untuk beban tekan, 700 kgcm
2
untuk beban tekuk dan 300 kgcm
2
untuk beban tarik. Pada Tabel 2.1 akan diperlihatkan perbandingan sifat mekanik dan elektrik
dari isolator porselin dan gelas.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Karakteristik Elektrik dan Mekanis Bahan Dielektrik Isolator
Karakteristik Dielektrik
Porselin Gelas
Alkali rendah
Alkali tinggi
Tegangan tembus sampel uji kV
rms
mm 22 - 28
48 17.9
Permeabilitas e 5.5 - 7
5.5 10
Tg δ pada suhu 22 ºC
2 - 4 2 - 3
6 - 7 Tahanan permukaan pada kelembaban 65
ohm 3 x 10
13
4 x 10
14
1.5 x 10
12
Tahanan volume pada suhu 20 ºC ohm-cm 10
13
4.5 x 10
14
4 x 10
12
Koefisien pemuaian 4 x 10
-6
5 x 10
-6
9 x 10
-6
Kekuatan mekanis tekan kgcm
2
4500 7000
7000
Kekuatan mekanis tekuk kgcm
2
700 6500
pengerasan 2500 -
Kekuatan mekanis tarik kgcm
2
300 600
500
Universitas Sumatera Utara
BAB III PENGARUH BENANG LAYANGAN TERHADAP TEGANGAN
FLASHOVER
ISOLATOR HANTARAN UDARA
III.1 UMUM
Pada saluran distribusi hantaran udara kegagalan isolasi dapat disebabkan oleh hal-hal sebagai berikut :
Isolator pecah. Bahan isolasi berpori-pori.
Ketidakmurnian bahan isolasi Permukaan isolator tidak licin.
Tembus listrik dan lewat denyar.
Kegagalan pada isolator hantaran udara dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu kegagalan karena tembus listrik
breakdown
pada bahan isolator atau disebut juga
puncture
, dan kegagalan karena tembus listrik pada permukaan
isolator yang disebut lewat denyar
flashover
. Besar tegangan yang menimbulkan lewat denyar disebut tegangan lewat denyar sedangkan tegangan yang
menimbulkan tembus listrik disebut tegangan tembus. Tegangan lewat denyar selalu lebih rendah daripada tegangan tembus.
Tegangan lewat denyar isolator dipengaruhi oleh distribusi medan listrik kuat medan listrik pada permukaan isolator. Jika kuat medan listrik lebih besar
dari kekuatan dielektrik udara maka udara akan tembus listrik. Tegangan lewat denyar juga dipengaruhi oleh konduktifitas permukaan isolator. Jika pada
permukaan suatu isolator menempel benang layangan yang konduktif, maka konduktifitas permukaan isolator makin besar, sehingga tegangan
lewat denyar isolator semakin rendah.
Universitas Sumatera Utara
Dalam bab ini akan dijelaskan mengenai fenomena arus bocor, mekanisme lewat denyar pada isolator terpolusi, pengukuran bobot polusi isolator dan
pengaruh benang layangan terhadap isolator terpolusi.
III.2 FENOMENA ARUS BOCOR
Suatu isolator bisa dikatakan juga sebagai suatu dielektrik. Jika suatu dielektrik diberi tegangan searah seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1
[1]
, maka arus yang mengalir pada dielektrik terdiri atas dua komponen, yaitu:
1. arus yang mengalir pada permukaan dielektrik disebut sebagai arus
permukaan I
p
, dan 2.
arus yang mengalir melalui bahan dielektrik disebut sebagai arus volume I
v
.
V
A
Gambar 3.1 Arus pada Suatu Dielektrik
Sehingga arus yang diberikan sumber atau yang disebut dengan arus bocor dapat dituliskan :
3.1
I
v
I
b
I
b
= I
p
+ I
v
I
p
Universitas Sumatera Utara
Hambatan yang dilalui oleh arus permukaan dinamakan tahanan permukaan R
p
, sedangkan hambatan yang dilalui oleh arus volume dinamakan tahanan volume R
v
.
Idealnya suatu isolator murni memiliki tahanan tak terhingga sehingga tidak ada arus yang mengalir melewatinya. Tetapi dalam prakteknya tidak
dijumpai isolator murni. Karena nilai tahanan volume lebih besar daripada tahanan permukaan, maka arus volume lebih kecil daripada arus permukaan
sehingga arus volume dapat diabaikan. Dengan demikian arus bocor dianggap sama dengan arus permukaan. Arus bocor yang mengalir melalui permukaan
isolator ditentukan oleh tahanan permukaan dari isolator tersebut. Nilai tahanan permukaan bergantung pada kondisi di sekitar isolator, seperti suhu, tekanan,
kelembaban dan polusi. Secara teknis isolator harus mampu memikul arus bocor tersebut tanpa menimbulkan pemburukan pada permukaan isolator.
Pada kondisi isolator kering dan bersih, nilai tahanan permukaan isolator besar sehingga arus bocor kecil. Tetapi pada kondisi isolator terpolusi dan basah,
polutan yang menempel di permukaan isolator dapat bersifat konduktif sehingga menurunkan tahanan permukaan isolator. Akibatnya arus bocor semakin besar.
Arus bocor yang mengalir pada permukaan isolator menimbulkan panas pada permukaan isolator sehingga lapisan polutan menjadi kering.
III.3 MEKANISME LEWAT DENYAR PADA ISOLATOR TERPOLUSI
Karakteristik suatu isolator hantaran udara yang terpenting adalah tegangan ketahanan
withstand voltage
dan tegangan lewat denyar pada kondisi isolator
terpolusi. Dalam keadaan bersih nilai tahanan permukaan sangat besar sehingga arus bocor sangat kecil. Tetapi apabila dalam kondisi cuaca hujan
ataupun keadaan udara yang lembab, tahanan permukaan semakin rendah sehingga arus bocor semakin besar.
Salah satu yang menyebabkan kegagalan isolator dalam melaksanakan fungsinya adalah karena adanya polutan pada permukaan isolator. Polutan yang
Universitas Sumatera Utara
terkandung di udara dapat menempel pada permukaan isolator dan berangsur- angsur membentuk suatu lapisan tipis pada permukaan isolator. Polutan dapat
berupa debu, asap kendaraan, garam, kotoran burung, benang layangan yang menempel pada permukaan isolator, dan lain lain. Unsur polutan yang paling
berpengaruh terhadap unjuk kerja isolator adalah garam yang terbawa oleh angin. Lapisan garam ini bersifat konduktif terutama pada keadaan cuaca lembab,
berkabut atau pada saat hujan gerimis. Jika cuaca seperti itu terjadi maka akan mengalir arus bocor dari kawat fasa jaringan ke tanah melalui lapisan konduktif
yang menempel di permukaan isolator dan tiang penyangga. Pada Gambar 3.2
[2]
ditunjukkan suatu isolator pendukung yang permukaannya dilapisi polutan konduktif dan rangkaian ekivalennya.
Gambar 3.2 Isolator Terpolusi Dan Rangkaian Ekivalennya
Lapisan polutan konduktif tersebut dapat dianggap sebagai suatu tahanan yang menghubungkan kedua jepitan logam isolator. Tahanan lapisan polutan jauh
lebih rendah daripada tahanan dielektrik padat isolator. Jika jepitan a bertegangan dan jepitan d dibumikan, maka arus bocor I
b
akan mengalir melalui lapisan konduktif dari jepitan a ke d, sedang arus yang melalui
dielektrik padat diabaikan. Arus bocor ini akan menimbulkan panas yang besarnya sama dengan
kuadrat arus bocor dikali dengan tahanan permukaan dari a ke d. Panas yang terjadi akan mengeringkan lapisan polutan dan pengeringan awal terjadi pada
Universitas Sumatera Utara
kawasan permukaan isolator yang berdekatan dengan jepitan logam isolator karena dikawasan ini dijumpai konsentrasi arus lebih tinggi. Pengeringan tersebut
akan membuat tahanan lapisan polutan di kawasan jepitan isolator semakin besar. Misalkan lapisan polutan yang sudah kering adalah sepanjang a-b dan tahanannya
adalah R
ab
. Akibatnya beda tegangan pada lapisan polutan yang kering V
ab
semakin besar dan menimbulkan kuat medan elektrik di sekitarnya naik. Jika kuat medan elektrik ini melebihi kekuatan dielektrik udara di sekitar isolator, maka
akan terjadi peluahan dari titik a ke titik b. Busur api akibat peluahan ini membuat lapisan polutan yang kering a-b terhubung singkat, akibatnya arus
bocor semakin besar. Arus bocor ini akan memanaskan lapisan polutan yang masih basah dan proses seperti di atas terulang lagi sehingga terjadi peluahan dari
titik b ke titik c. Akibatnya panjang busur api akibat peluahan semakin bertambah, yaitu dari a ke c. Demikian seterusnya secara berangsur-angsur
busur api semakin panjang dan saat busur api telah menghubungkan kedua jepitan logam isolator a-d, maka terjadilah peristiwa lewat denyar pada isolator.
Jika polutan berupa benang layangan basah, maka mekanisme lewat denyar sama seperti hal di atas.
III.4 BENANG LAYANGAN PADA ISOLATOR YANG TERPOLUSI
Dalam prakteknya isolator jaringan hantaran udara biasanya sudah terpolusi. Isolator terpolusi dibagi menjadi empat tingkatan berdasarkan IEC yaitu
ringan, sedang, berat dan sangat berat. Adakalanya suatu benang layangan menempel pada isolator terpolusi tersebut. Benang yang menempel pada isolator
kemungkinan dalam kondisi kering dan basah. Berikut akan dijelaskan kemungkinan-kemungkinan yang terjadi :
a Isolator kering dan benang layangan kering
Pada kondisi ini, benang layangan yang menempel pada isolator tidak konduktif sehingga arus bocor yang mengalir pada permukaan isolator sangat
kecil. Gambar 3.3b
Universitas Sumatera Utara
b Isolator kering dan benang layangan basah
Pada kondisi ini, benang layangan basah sedangkan permukaan isolator lebih kering. Hal ini dapat terjadi setelah isolator basah karena hujan sehingga
polutan dan benang layangan sama-sama basah, tetapi karena permukaan isolator lebih besar dibandingkan dengan permukaan benang, maka
pengeringan lebih cepat terjadi pada permukaan isolator, maka terjadilah kondisi tersebut di atas. Benang layangan akan menjadi konduktif sehingga
arus bocor pada permukaan isolator akan semakin besar Gambar 3.3c. c
Isolator basah dan benang layangan basah Pada kondisi ini, isolator dan benang layangan menjadi konduktif sehingga
arus bocor akan semakin besar dibandingkan kedua kondisi di atas. Gambar 3.3d
a b
c d
Isolator bersih dan kering
Isolator kering dan benang layangan
kering dengan panjang benang
x
cm Isolator kering dan
benang layangan basah dengan
panjang benang
x
cm Isolator basah dan
benang layangan basah beserta arus
bocornya
Gambar 3.3 Isolator terpolusi benang layangan
Arus Bocor
Benang layangan
Konduktor
Konduktor
Universitas Sumatera Utara
Dalam tugas akhir ini objek yang akan diteliti adalah pada kondisi : 1.
Isolator kering dan benang layangan kering, 2.
Isolator kering dan benang layangan basah, 3.
isolator basah dan benang layangan basah. Ketiga keadaan di atas diteliti pada saat isolator terpolusi dengan bobot polusi
ringan dan berat.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV EKSPERIMEN