15
Tabel 2.2. sambungan
Tingkat Polusi
Contoh Lingkungan ESDD
mg ��
2
Berat -
Wilayah banyak industri dan perkotaan dengan sarana pembakaran yang tinggi.
- Wilayah dekat laut atau senantiasa terbuka bagi
hembusan angin laut yang kencang. 0.60
Sangat Berat
- Sangat dekat pantai.
- Sangat dekat dengan kawasan Industri.
- Wilayah padang pasir dengan tidak adanya hujan
untuk jangka waktu yang lama. 0.60
II.3 Lewat Denyar Flashover
Lewat denyar flashover pada isolator adalah suatu peristiwa pelepasan muatan melalui permukan isolator dari konduktor bertegangan yang dipikul
isolator ke lengan mentara hantaran udara. Peristiwa ini menyebabkan kegagalan isolator mengisolasi konduktor transmisi dengan lengan menara. Lewat denyar
flashover dapat terjadi pada beberapa kondisi, yaitu pada kondisi permukaan Isolator bersih, dan pada kondisi permukaan isolator terpolusi. Saat permukaan
isolator bersih, lewat denyar yang terjadi disebabkan oleh tembusnya udara di sekitar permukaan. Bila permukaan isolator dilapisi polutan, tahanan permukaan
isolator akan turun sehingga arus bocor yang mengalir akan semakin besar dibandingkan dengan arus bocor pada kondisi permukaan bersih. Arus ini akan
menyebabkan terbentuknya jalur konduktif yang merupakan awal terjadinya peristiwa lewat denyar. Karena peristiwa lewat denyar disebabkan karena
tembusnya udara di sekitar permukaan isolator, maka faktor-faktor udara yang
Universitas Sumatera Utara
16
mempengaruhi lewat denyar flashover disekitar permukaan isolator tersebut, antara lain:
1. Temperatur udara. Temperatur udara yang tinggi akan meningkatkan
jumlah proses ionisasi thermis dan emisi thermis. 2.
Tekanan udara. Pada kondisi tekanan udara besar, jumlah molekul di dalam udara semakin banyak yang artinya proses ionisasi semakin banyak.
Tetapi bila tekanan terlalu tinggi, gerakan muatan dari proses ionisasi akan terhambat sehingga proses ionisasi berikutnya semakin sedikit. Bila
tekanan udara terlalu rendah, jumlah molekul yang sedikit akan menyebabkan proses ionisasi yang sedikit juga. Persamaan faktor koreksi
untuk tegangan pada suhu t
o
C dan tekanan p mmHg dapat dilihat pada Persamaan 2.1
[1]
dan persamaan tegangan flashover pada keadaan standar suhu 20
o
C dan tekanan 760 mmHg dapat dilihat pada Persamaan 2.2 [2].
� =
0,386 �
273 + �
2.1 Dimana :
� = faktor koreksi suhu dan tekanan udara. p
= tekanan udara mmHg. t
= suhu udara .
�
��
=
�
δ
2.2 Dimana:
�
��
= tegangan flashover pada suhu 20 dan tekanan 760 mmHg
kV. V
= tegangan flashover pada suhu t dan tekanan p mmHg kV.
Universitas Sumatera Utara
17
3. Kelembaban udara. Bila kelembaban tinggi, kandungan air dalam udara
meningkat sehingga mudah terjadi ionisasi karena air memiliki energi ikat yang lebih rendah dari kandungan lain dalam udara. Energi ikat air sekitar
13,6 eV, nitrogen N sekitar 17,1 eV, CO
2
sekitar 14,6 eV, H
2
sekitar 15,6 eV, dan oksigen O
2
sekitar 12,08 eV. Elektronvolt eV merupakan satuan dari energi suatu partikel yang besarnya 1,6 x 10
-19
Joule. Bila kandungan air semakin banyak maka udara akan lebih mudah terionisasi
dan menyebabkan kekuatan dielektrik udara turun. Kekuatan dielektrik medan listrik yang mampu dipikul oleh suatu bahan dielektrik tanpa
mengakibatkan bahan tersebut tembus listrik. Semakin banyak kandungan air dalam udara menyebabkan udara semakin mudah terionisasi. Hal ini
menyebabkan turunnya tegangan yang diperlukan untuk membuat udara tersebut tembus listrik. Saat permukaan isolator bersih, kelembaban yang
tinggi menyebabkan terbentuknya butiran-butiran air pada permukaan isolator sehingga konduktivitas permukaan isolator naik konduktivitas
permukaan porselin pada kelembaban 50 RH adalah 1,6 pS sedangkan konduktivitas air yang sangat murni pada suhu 25 ºC adalah 5,5 µSm.
Hal ini juga menyebabkan kenaikan arus bocor. Tetapi karena konduktivitas air lebih rendah dari pada polutan yang basah, arus bocor
saat permukaan isolator bersih lebih rendah dari pada arus bocor saat permukaan isolator dilapisi polutan. Saat permukaan isolator dilapisi
polutan, kelembaban yang tinggi menyebabkan polutan dipermukaan isolator basah. Kemudian peristiwa lewat denyar seperti yang telah
dijelaskan dapat terjadi dan pada saat yang bersamaan kelembaban juga
Universitas Sumatera Utara
18
membuat kekuatan dielektrik udara turun sehingga tegangan lewat denyar isolator turun.
a Mekanisme lewat denyar pada kondisi isolator bersih
Pada kondisi isolator bersih, peristiwa lewat denyar terjadi karena tembus listrik udara di sekitar permukaan isolator tersebut. Udara biasanya bersifat
isolatif karena memiliki sedikit elekron bebas. Tetapi karena udara berubah menjadi konduktif karena faktor lingkungan, sifat isolatif tadi berubah menjadi
konduktif karena proses ionisasi dan emisi. Ionisasi dalah peristiwa terlepasnya elektron dari ikatan atom netral
sehingga menghasilkan elektron bebas dan ion positif. Proses ionisasi dapat dilihat pada Gambar 2.5.
a Suatu elektron bebas
b Elektron terikat keluar membentur elektron
lintasannya menjadi terikat.
eleketron bebas.
Gambar 2.5 Proses Ionisasi Ada beberapa proses ionisasi yang dapat terjadi, antara lain:
Universitas Sumatera Utara
19
1 Ionisasi thermis
2 Ionisasi radiasi sinar kosmis
3 Ionisasi radiasi foton fotoionisasi
4 Ionisasi benturan
Emisi adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan suatu logam menjadi elektron bebas. Dalam keadaan normal, elektron tidak dapat terlepas dari
permukaan logam karena adanya gaya elektrostatik antar elektron dengan ion dalam kisi logam. Supaya elektron ini dapat keluar dari permukaan logam,
diperlukan sejumlah energi luar. Besarnya energi ini didefenisikan sebagai fungsi kerja dengn satuan elektron volt eV yang berbeda untuk setiap jenis logam. Ada
beberapa proses emisi yang menyebabkan terjadinya banjiran elektron, antara lain:
1 Emisi thermis
2 Emisi benturan ion positif
3 Emisi medan tinggi.
b Mekanisme lewat denyar pada isolator terpolusi
Permukaan isolator sistem tranmisi hantaran udara yang terpasang diluar akan dilapisi oleh polutan. Ketika polutan dalam keadaan kering, polutan masih
bersifat tidak konduktif. Tetapi bila polutan basah dikarenakan gerimis atau kabut, lapisan polutan akan larut dan membentuk larutan elektrolit yang konduktif.
Akibatnya tahanan permukaan akan turun dan arus bocor naik dalam orde beberapa miliampere. Arus bocor ini akan memanaskan larutan elektrolit pada
permukaan isolator sehingga terbentuk lapisan kering. Pada lapisan kering ini, medan listrik cukup besar sehingga udara di sekitarnya dapat mengalami ionisasi.
Kemudian udara akan tembus listrik dan arus mengalir melalui busur api pada lapisan kering yang akan mengeringkan larutan elektrolit selanjutnya dan
memperpanjang lapisan kering. Proses ionisasi akan terjadi lagi dan menyebabkan perpanjangan busur api dan proses di atas akan terus terjadi pada isolator piring
Universitas Sumatera Utara
20
dan peristiwa lewat denyar terjadi. Mekanisme lewat denyar pada isolator terpolusi seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Isolator Terpolusi dan Rangkaian Ekivalennya
Lapisan polutan yang konduktif 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 Ib 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 kawasan permukaan isolator yang berdekatan dengan jepitan logam isolator. Pengeringan tersebut akan membuat tahanan
lapisan polutan di kawasan jepitan isolator semakin besar. Akibatnya beda tegangan pada lapisan polutan yang kering Vab 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. 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 [10].
Universitas Sumatera Utara
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Isolasi merupakan hal penting yang tidak dapat dipisahkan dari peralatan tegangan tinggi. Isolasi tersebut memiliki fungsi untuk mengisolir suatu
konduktor bertegangan dengan kerangka penyangga yang dibumikan sehingga tidak ada arus listrik yang mengalir dari konduktor tersebut ke tanah. Pada
umumnya di daerah terbuka, Isolator akan terlapisi oleh polutan-polutan yang berasal dari lingkungan sekitar. Konduktivitas polutan tersebut yang akan
menyebabkan turunnya tahanan permukaan isolator. Dengan menurunnya tahanan permukaan isolator, secara langsung akan mempengaruhi tegangan
flashover isolator tersebut. Flashover adalah gangguan yang terjadi berupa loncatan api yang terjadi antar isolator atau kompenen listrik tegangan tinggi.
Hal ini dapat terjadi akibat gagalnya isolasi dari sistem tegangan tinggi tersebut. Oleh karena itu, kondisi permukaan isolator dan kondisi udara sangat
mempengaruhi tegangan flashover isolator seperti polutan yang menempel pada permukaan isolator dan kelembaban udara yang membuat kekuatan dielektrik
udara menurun. Turunnya kekuatan dielektrik udara membuat tegangan flashover isolator semakin rendah.
Kelembaban udara juga akan mempengaruhi polutan tersebut menjadi basah dan membentuk lapisan konduktif sehingga tahanan permukaan isolator
menjadi rendah. Lapisan konduktif yang terbentuk di permukaan isolator ini
Universitas Sumatera Utara
