Pengaruh Banyaknya Keping Isolator Terhadap Distribusi Tegangan dan Arus Bocor Pada Isolator Rantai Kondisi Basah
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Isolator
Pada sistem tenaga listrik, mulai dari pembangkit, saluran transmisi
sampai dengan saluran distribusi ke konsumen, dibutuhkan suatu sistem yang
aman untuk mengalirkan aliran listrik. Untuk mendapatkan sistem yang aman dan
untuk dapat mengurangi rugi-rugi daya pada saluran transmisi digunakanlah suatu
sistem tegangan tinggi. Penggunaan sistem tegangan tinggi ini membutuhkan
suatu peralatan yang disebut isolator untuk mengisolir konduktor dengan
konduktor, maupun mengisolir konduktor dengan bagian peralatan yang
terhubung secara listrik dengan tanah [1].
2.1.1
Bahan Dielektrik Isolator [1]
Karakteristik elektrik dan mekanik suatu isolator bergantung pada
konstruksi dan bahan yang digunakan. Bahan dielektrik isolator harus memiliki
kekuatan dielektrik yang tinggi dan tidak dipengaruhi oleh kondisi udara di
sekitarnya. Pada umumnya ada tiga jenis bahan dielektrik yang digunakan untuk
isolator yaitu porselen, gelas dan bahan komposit. Berikut akan dijelaskan tentang
sifat-sifat umum dan pembuatan ketiga jenis bahan dielektrik tersebut.
1.
Poselen
Bahan dielektrik untuk isolator umumnya adalah porselen, karena
kekuatan dielektriknya tinggi dan tidak dipengaruhi oleh kondisi udara
disekitarnya. Sampel uji porselen yang tebalnya 1,5 mm, dalam medan elektrik
seragam, mempunyai kekuatan dielektrik sebesar 22-28 kVrms/mm. Jika tebal
porselen bertambah maka kekuatan dielektriknya berkurang, karena medan
elektrik didalam isolator semakin tidak seragam. Bila tebal bertambah dari 10 mm
hingga 30 mm, kekuatan dielektrik berkurang dari 80 kVrms/mm menjadi 55
kVrms/mm. kekuatan mekanik porselen berkurang dengan penambahan luas
penampang porselen dan pengurangan itu lebih besar pada kekuatan mekanik
beban tarik dan beban tekuk.
4
Universitas Sumatera Utara
Porselen digunakan dalam pembuatan isolator piring, isolator tipe post
dengan inti padat maupun berongga, isolator tipe pin dan isolator pin-post yang
bentuknya dapat dilihat pada Gambar 2.1. Isolator porselen dibuat dari bahan
campuran tanah porselin, kwarts dan veld spast yang bagian luarnya dilapisi
dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori. Dengan
lapiran glazuur ini permukaan isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak
dapat menghisap air. Oleh sebab itu porselen dapat digunakan pada ruangan yang
lembab maupun di udara terbuka.
Gambar 2.1. Bentuk-bentuk isolator porselen (a) Tipe pin (b) Tipe Post (c)
Tipe Pin-post (d) Tipe piring
2.
Gelas
Bahan gelas semakin banyak digunakan sebagai bahan dielektrik isolator.
Bahan isolator gelas lebih murah daripada porslen, sedangkan karakteristik
elektrik dan karakteristik mekanisnya tidak jauh berbeda dengan porselen.
Karakteristik elektrik dan mekanik gelas bergantung pada komposisi kimiawi dari
gelas, khususnya pada kandungan alkali yang terdapat pada gelas. Adanya larutan
alkali pada komposisi gelas akan menambah sifat higroskopis permukaan isolator
sehingga konduktivitas permukaan isolator semakin besar. Akibatnya, sifat
5
Universitas Sumatera Utara
elektrik isolator gelas alkali tinggi lebih buruk daripada gelas alkali rendah, juga
lebih buruk daripada porselen. Jika isolator gelas alkali tinggi memikul tegangan
tinggi searah , arus bocor pada isolator tersebut akan menimbulkan penguraian
kimiawi pada gelas. Oleh karena itu, isolator gelas alkali tinggi tidak digunakan
untuk instalasi tegangan searah. Pada tegangan bolak-balik penguraian kimia
karena arus bocor secara praktis tidak terjadi, sehingga penuaan isolator akibat
arus bocor berlangsung lebih lambat. Bahan gelas digunakan pada isolator tipe pin
dan isolator piring.
3.
Bahan komposit
Karakteristik elektrik dan mekanik isolator gelas tidak jauh berbeda
dengan karakteristik elektrik dan mekanik isolator porselen, walaupun demikian
kedua jenis isolator tersebut masih memiliki kelemahan, yaitu :
1. Massanya berat,
2. Mudah pecah,
3. Kemampuan menahan tegangan akan berkurang karena polutan
yang mudah menempel pada permukaannya.
Untuk mengatasi kelemahan tersebut dikembangkan jenis isolator
komposit. Bahan komposit tertua untuk isolator adalah kertas. Tetapi akhir-akhir
ini yang paling diminati dan terus dikembangkan adalah karet silikon (silicon
rubber).
Isolator komposit kertas digunakan untuk isolator hantaran udara jenis
post, mantel peralatan uji tegangan tinggi dan bushing. Isolator ini dibuat dari
bahan kertas yang dikeringkan melalui pemanasan. Pada temperatur tinggi, kertas
dilapisi dengan pernis, kemudian digulung membentuk tabung. Selanjutnya,
tabung tersebut diawetkan melalui proses pemanasan sehingga tabung menjadi
kokoh, permukaannya berkilat, dan tidak menjadi lembut jika mengalami
pemanasan
ulang.
Akhirnya
permukaan
kertas
dipernis
lagi
sehingga
menghasilkan isolator yang kekuatan dielektriknya cukup tinggi.
Isolator komposit memiliki kelebihan dibandingkan isolator porselen dan
gelas, beberapa kelebihan isolator komposit yaitu :
1.
Ringan, karena kerapatan massanya lebih rendah dibandingkan
isolator porselen dan gelas.
6
Universitas Sumatera Utara
2.
Pembuatannya lebih mudah.
3.
Tidak ada rongga udara, sehingga tidak terjadi peluahan sebagian di
dalam bahan isolator komposit.
4.
Untuk memperoleh jarak rambat yang panjang, sarung dibuat
berbentuk sederetan sirip tipis, sehingga bentuk isolator lebih
sederhana.
5.
Tekanan karena angin terhadap isolator lebih rendah, karena siripsiripnya tipis.
6.
Karena bentuknya yang sederhana dan bobotnya ringan, maka mudah
membawa dan memasangnya.
7.
Permukaan sarung memiliki sifat menolak air (hydrophobic), sehingga
polutan yang terbawa air tidak menempel permukaan sarung.
8.
Karena polutan tidak menempel pada permukaan isolator, maka
tegangan lewat denyarnya tidak menurun karena polusi. Dengan kata
lain, isolator komposit cocok dipasang pada aderah yang bobot
polusinya berat.
9.
Jika tingkat ketahanan tegangannya hendak dinaikkan, cukup
mengganti sarungnya dengan sarung yang jarak rambatnya lebih
panjang.
Kelemahan yang dimiliki isolator komposit antara lain ialah :
1.
Harga material dasar untuk pembuatan komposit mahal.
2.
Kekuatan mekanisnya lebih rendah.
3.
Kurang terpadu karena ditemukan beberapa antar-muka.
4.
Penuaan lebih cepat, karena timbulnya kerusakan pada permukaan
isolator akibat : reaksi suatu unsur kimia pada permukaan isolator;
karena radiasi sinar ultra violet; karena panas dan korona yang timbul
pada fitting.
5.
Ketidakcocokan
bahan
antar
muka
yang
digunakan
dapat
menimbulkan korosi atau keretakan.
7
Universitas Sumatera Utara
2.1.2 Isolator Piring[2]
Dua konduktor yang dipisahkan oleh suatu dielektrik atau susunan
“konduktor-dielektrik-konduktor” merupakan suatu susunan kapasitor. Semua
isolator merupakan dua konduktor yang diisolasi oleh suatu dielektrik. Pada
Gambar 2.2 ditunjukkan contoh suatu isolator merupakan satu unit isolator piring.
Gambar 2.2. Isolator dan parameter listriknya
Dalam jaringan transmisi hantaran udara, isolator yang umumnya dipakai
adalah isolator rantai yang terdiri dari beberapa isolator piring yang dihubung seri.
Jumlah piringan tersebut ditentukan oleh tingkat isolasi yang diperlukan dan
tingkat polusi daerah yang dilaluinya. Pada Gambar 2.3 diperlihatkan konstruksi
dasar isolator piring.
Kap
Perekat
Bahan Isolasi
Tonggak
Gambar 2.3. Konstruksi isolator piring
8
Universitas Sumatera Utara
Dilihat dari bentuknya, isolator dibagi menjadi 3 jenis seperti yang
ditunjukan Gambar 2.4.
Gambar 2.4. a.Isolator Piring Standar
b. Isolator Anti-Fog
c. Isolator Aerodinamis
Keterangan Gambar 2.4 :
a. Isolator piring dengan desain standar. Isolator ini digunakan pada
daerah dengan bobot polusi rendah seperti daerah yang tidak ada
industri.
b. Isolator piring dengan desain anti-fog. Isolator ini dirancang memiliki
lekukan yang lebih dalam untuk memperpanjang jarak rambat arus,
digunakan pada daerah dengan polusi tinggi seperti daerah industri
berat.
c. Isolator piring dengan desain aerodinamis. Isolator ini dirancang
memiliki daerah permukaan yang licin sehingga polutan sulit untuk
menempel pada permukaannya. Isolator ini digunakan di daerah gurun.
2.2
Distribusi Tegangan pada Isolator Rantai[1]
Isolator rantai adalah beberapa isolator piring yang diserikan. Karena suatu
isolator dapat dianggap merupakan suatu kapasitor maka jika beberapa isolator
piring dirangkai menjadi isolator rantai seperti pada Gambar 2.5a, maka
ditemukan tiga kelompok susunan “konduktor-dielektrik-konduktor”, masingmasing dibentuk oleh :
1. Jepitan logam isolator-dielektrik-isolator jepitan logam dibawahnya.
Susunan ini membentuk kapasitansi sendiri isolator (C1).
9
Universitas Sumatera Utara
2. Jepitan logam isolator-udara-menara. Susunan ini membentuk kapasitansi
jepitan logam isolator dengan menara yang ditanahkan (C2). Kapasitansi
ini disebut kapasitansi tegangan rendah.
3. Jepitan logam isolator-udara-konduktor transmisi. Susunan ini membentuk
kapasitansi jepitan logam dengan konduktor tegangan tinggi, dan disebut
kapasitansi tegagan tinggi (C3).
Karena itu, isolator rantai dapat dianggap merupakan susunan dari beberapa
unit kapasitor yang terhubung seperti pada Gambar 2.5b.
(a)
(b)
Gambar 2.5. (a) Susunan “konduktor-dielektrik-konduktor” pada isolator
rantai dan (b) Susunan kapasitansi pada isolator rantai
Nilai kapasitansi C1, C2, dan C3 sulit dihitung dengan tepat sehingga
perhitungan tegangan pada setiap unit isolator hasilnya kurang akurat. Karena itu
distribusi tegangan pada isolator rantai biasanya ditentukan dengan percobaan di
laboratorium.
10
Universitas Sumatera Utara
2.3
Arus Bocor pada Isolator[3]
Bila suatu bahan isolasi dikenai medan elektrik, arus akan mengalir pada
permukaan bahan isolasi tersebut. Arus ini sering disebut arus bocor atau arus
rambat. Besarnya arus bocor ini ditentukan oleh resistansi permukaan bahan
isolasi. Mudah dipahami bahwa besarnya arus bocor dipengaruhi oleh kondisi
udara di sekitar isolator, yaitu temperature, tekanan, kelembaban, dan kandungan
polusi di sekitar isolator tersebut. Secara teknis, sistem isolasi harus mampu
memikul arus bocor tanpa menimbulkan pemburukan pada isolator atau
setidaknya pemburukan pada arus bocor tersebut dapat dibatasi. Arus bocor
menimbulkan panas pada permukaan isolator, dan efek samping yang
ditimbulkannya adalah penguraian bahan kimia yang melapisi permukaan isolator.
Efek yang sangat nyata dari penguraian kimia ini adalah timbulnya jejak arus pada
permukaan isolator. Jejak arus inilah yang disebut kerak dielektrik. Kerak
dielktrik pada bahan isolasi dapat membentuk suatu jalur konduktif. Keberadaan
jalur konduktif ini menimbulkan peninggian tekanan medan elektrik pada bahan
isolasi. Panas yang ditimbulkan arus rambat dapat juga menimbulkan erosi
dielktrik tanpa didahului adanya kerak konduktif.
2.4
Tahanan Isolator[3]
Apabila isolator memikul tegangan searah, maka arus akan mengalir melalui
permukaan dan bagian dalam isolator. Arus yang melalui permukaan disebut arus
permukaan. Sedangkan hambatan yang dialami arus ini disebut tahanan permukaan.
Arus yang melalui bagian dalam isolator disebut arus volume dan hambatan yang
dialami arus tersebut disebut tahanan volume. Besarnya tahanan volume dipengaruhi
oleh bahan isolator yang digunakan. Sedangkan besarnya tahanan permukaan
dipengaruhi oleh kondisi dari permukaan isolator. Jumlah arus volume dan arus
permukaan disebut arus bocor. Pada Gambar 2.6 ditunjukkan arus permukaan, arus
volume dan arus kapasitif yang mengalir pada suatu isolator
11
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6. Arus bocor pada permukaan isolator
Jika tegangan yang dipikul isolator adalah tegangan AC, maka selain kedua
jenis arus tersebut, pada isolator juga mengalir arus kapasitif. Arus kapasitif terjadi
karena adanya kapasitansi yang dibentuk isolator dengan elektroda..
Rangkaian listrik ekivalen suatu isolator ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7. Rangkaian ekivalen arus bocor isolator
Menurut Gambar 2.7 arus bocor yang mengalir pada permukaan isolator adalah
sebesar :
Ib = Ip + Iv + Ic ................................................................... (1)
Karena tahanan volume relatif besar dibandingkan dengan tahanan
permukaan, maka menyebabkan arus volume dapat diabaikan. Sehingga, arus bocor
total menjadi :
Ib = Ip + Ic ...............................................................................(2)
Dengan demikian, tahanan ekivalen isolator menjadi seperti pada Gambar 2.8.
12
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8. Rangkaian ekivalen arus bocor pada isolator
Tahanan permukaan isolator dapat bervariasi, bergantung pada material yang
menempel pada permukaan isolator. Keadaan iklim, daerah pemasangan isolator serta
kelembaban udara menjadi faktor yang mempengaruhi besar dari tahanan permukaan
isolator. Polutan yang menempel pada permukaan isolator akan menyebabkan
tahanan permukaan isolator turun dan meningkatkan besar arus permukaan yang
mengalir pada permukaan isolator sehingga arus bocor semakin besar.
2.5
Pengaruh Kadar Asam terhadap Arus Bocor Isolator[4]
2.5.1. Larutan Elektrolit dan Nonelektrolit
Larutan adalah campuran homogen dua zat atau lebih yang saling
melarutkan dan masing-masing zat penyusunnya tidak dapat dibedakan lagi secara
fisik. Larutan terdiri atas zat terlarut dan pelarut. Berdasarkan daya hantar
listriknya (daya ionisasinya), larutan dibedakan dalam dua macam, yaitu larutan
elektrolit dan larutan nonelektrolit. Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat
menghantarkan arus listrik. Larutan ini dibedakan atas:
13
Universitas Sumatera Utara
1. Elektrolit kuat
Larutan elektrolit kuat adalah larutan yang mempunyai daya hantar listrik
yang kuat, karena zat terlarutnya didalam pelarut (umumnya air), seluruhnya
berubah menjadi ion-ion. Yang tergolong elektrolit kuat adalah:
-
Asam-asam kuat, seperti : HCl, H2SO4, HNO3 dan lain-lain.
-
Basa-basa kuat, yaitu basa-basa golongan alkali dan alkali tanah, seperti:
NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 dan lain-lain.
-
Garam-garam yang mudah larut, seperti: NaCl, KI, Al2(SO4)3 dan lain-lain.
2. Elektrolit lemah
Larutan elektrolit lemah adalah larutan yang daya hantar listriknya lemah.
Yang tergolong elektrolit lemah:
-
Asam-asam lemah, seperti : CH3COOH, HCN, H2CO3, H2S dan lain-lain
-
Basa-basa lemah seperti : NH4OH, Ni(OH)2 dan lain-lain
-
Garam-garam yang sukar larut, seperti : AgCl, CaCrO4, PbI2 dan lain-lain
Larutan nonelektrolit adalah larutan yang tidak dapat menghantarkan arus
listrik, karena zat terlarutnya di dalam pelarut tidak dapat menghasilkan ionion
(tidak mengion).
2.5.2 Daya Hantar Listrik
Larutan elektrolit dapat menghantarkan arus listrik karena di dalam larutan
tersebut terkandung atom-atom atau kumpulan atom yang bermuatan listrik (ion)
yang bergerak bebas. Molaritas suatu larutan elektrolit mempengaruhi daya hantar
listrik larutan tersebut. Semakin tinggi molaritas suatu larutan elektrolit, maka
akan semakin besar daya hantar listrik di antara kedua elektroda. Atau dengan
kata lain, semakin banyak jumlah zat suatu elektrolit, maka akan semakin tinggi
konduktivitasnya. Sebaliknya, semakin rendah molaritasnya, maka semakin kecil
daya hantar listriknya (konduktivitas berkurang).
2.6
Curah Hujan[5]
Angin yang mengandung uap air dan naik ke atas, karena suhu yang makin
rendah, kemudian mengembun dan berkumpul. Kumpulan embun tersebut
membentuk awan dan bergabung menjadi titik-titik air kemudian jatuh ke tanah.
14
Universitas Sumatera Utara
Pada umumnya, jatuhnya titik-titik air ini disebut hujan, dan jumlah hujan
yang jatuh disebut curah hujan (precipitation). Salju, badai dan lain-lain, yang
telah berubah menjadi air harus ditambahkan pada curah hujan. Sebagian dari
curah hujan menghilang karena menguap atau meresap ke dalam tanah. Sebalian
lagi mengalir pada permukaan tanah menuju ke sungai-sungai. Curah hujan
dinyatakan dengan tingginya air dalam suatu tabung, biasanya dalam mm.
Curah hujan 1 (satu) milimeter artinya dalam luasan satu meter persegi
pada tempat yang datar tertampung air setinggi satu milimeter atau tertampung air
sebanyak satu liter. Intensitas hujan adalah banyaknya curah hujan persatuan
jangka waktu tertentu. Tabel 2.1 menunjukkan curah hujan tahunan di beberapa
tempat di dunia.
Tabel 2.1 Curah hujan tahunan di beberapa tempat di dunia
Tempat
Curah Hujan
Tempat
Tahunan (mm)
Tahunan (mm)
Bandung (1962)
2.399
New York
Bangkok
1.247
Peking
Berlin
Bogor (1964)
Denver
Jakarta (1967)
587
3.592
361
1.899
Curah Hujan
1.068
586
Rangoon
2.812
Roma
828
San Francisco
521
San Paolo
922
Kairo
28
Shanghai
1.134
Karaci
207
Stockholm
Melbourne
652
Surabaya (1967)
1.197
Mowkow
34
Taipei
1.778
Zurich
1.044
548
15
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Isolator
Pada sistem tenaga listrik, mulai dari pembangkit, saluran transmisi
sampai dengan saluran distribusi ke konsumen, dibutuhkan suatu sistem yang
aman untuk mengalirkan aliran listrik. Untuk mendapatkan sistem yang aman dan
untuk dapat mengurangi rugi-rugi daya pada saluran transmisi digunakanlah suatu
sistem tegangan tinggi. Penggunaan sistem tegangan tinggi ini membutuhkan
suatu peralatan yang disebut isolator untuk mengisolir konduktor dengan
konduktor, maupun mengisolir konduktor dengan bagian peralatan yang
terhubung secara listrik dengan tanah [1].
2.1.1
Bahan Dielektrik Isolator [1]
Karakteristik elektrik dan mekanik suatu isolator bergantung pada
konstruksi dan bahan yang digunakan. Bahan dielektrik isolator harus memiliki
kekuatan dielektrik yang tinggi dan tidak dipengaruhi oleh kondisi udara di
sekitarnya. Pada umumnya ada tiga jenis bahan dielektrik yang digunakan untuk
isolator yaitu porselen, gelas dan bahan komposit. Berikut akan dijelaskan tentang
sifat-sifat umum dan pembuatan ketiga jenis bahan dielektrik tersebut.
1.
Poselen
Bahan dielektrik untuk isolator umumnya adalah porselen, karena
kekuatan dielektriknya tinggi dan tidak dipengaruhi oleh kondisi udara
disekitarnya. Sampel uji porselen yang tebalnya 1,5 mm, dalam medan elektrik
seragam, mempunyai kekuatan dielektrik sebesar 22-28 kVrms/mm. Jika tebal
porselen bertambah maka kekuatan dielektriknya berkurang, karena medan
elektrik didalam isolator semakin tidak seragam. Bila tebal bertambah dari 10 mm
hingga 30 mm, kekuatan dielektrik berkurang dari 80 kVrms/mm menjadi 55
kVrms/mm. kekuatan mekanik porselen berkurang dengan penambahan luas
penampang porselen dan pengurangan itu lebih besar pada kekuatan mekanik
beban tarik dan beban tekuk.
4
Universitas Sumatera Utara
Porselen digunakan dalam pembuatan isolator piring, isolator tipe post
dengan inti padat maupun berongga, isolator tipe pin dan isolator pin-post yang
bentuknya dapat dilihat pada Gambar 2.1. Isolator porselen dibuat dari bahan
campuran tanah porselin, kwarts dan veld spast yang bagian luarnya dilapisi
dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori. Dengan
lapiran glazuur ini permukaan isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak
dapat menghisap air. Oleh sebab itu porselen dapat digunakan pada ruangan yang
lembab maupun di udara terbuka.
Gambar 2.1. Bentuk-bentuk isolator porselen (a) Tipe pin (b) Tipe Post (c)
Tipe Pin-post (d) Tipe piring
2.
Gelas
Bahan gelas semakin banyak digunakan sebagai bahan dielektrik isolator.
Bahan isolator gelas lebih murah daripada porslen, sedangkan karakteristik
elektrik dan karakteristik mekanisnya tidak jauh berbeda dengan porselen.
Karakteristik elektrik dan mekanik gelas bergantung pada komposisi kimiawi dari
gelas, khususnya pada kandungan alkali yang terdapat pada gelas. Adanya larutan
alkali pada komposisi gelas akan menambah sifat higroskopis permukaan isolator
sehingga konduktivitas permukaan isolator semakin besar. Akibatnya, sifat
5
Universitas Sumatera Utara
elektrik isolator gelas alkali tinggi lebih buruk daripada gelas alkali rendah, juga
lebih buruk daripada porselen. Jika isolator gelas alkali tinggi memikul tegangan
tinggi searah , arus bocor pada isolator tersebut akan menimbulkan penguraian
kimiawi pada gelas. Oleh karena itu, isolator gelas alkali tinggi tidak digunakan
untuk instalasi tegangan searah. Pada tegangan bolak-balik penguraian kimia
karena arus bocor secara praktis tidak terjadi, sehingga penuaan isolator akibat
arus bocor berlangsung lebih lambat. Bahan gelas digunakan pada isolator tipe pin
dan isolator piring.
3.
Bahan komposit
Karakteristik elektrik dan mekanik isolator gelas tidak jauh berbeda
dengan karakteristik elektrik dan mekanik isolator porselen, walaupun demikian
kedua jenis isolator tersebut masih memiliki kelemahan, yaitu :
1. Massanya berat,
2. Mudah pecah,
3. Kemampuan menahan tegangan akan berkurang karena polutan
yang mudah menempel pada permukaannya.
Untuk mengatasi kelemahan tersebut dikembangkan jenis isolator
komposit. Bahan komposit tertua untuk isolator adalah kertas. Tetapi akhir-akhir
ini yang paling diminati dan terus dikembangkan adalah karet silikon (silicon
rubber).
Isolator komposit kertas digunakan untuk isolator hantaran udara jenis
post, mantel peralatan uji tegangan tinggi dan bushing. Isolator ini dibuat dari
bahan kertas yang dikeringkan melalui pemanasan. Pada temperatur tinggi, kertas
dilapisi dengan pernis, kemudian digulung membentuk tabung. Selanjutnya,
tabung tersebut diawetkan melalui proses pemanasan sehingga tabung menjadi
kokoh, permukaannya berkilat, dan tidak menjadi lembut jika mengalami
pemanasan
ulang.
Akhirnya
permukaan
kertas
dipernis
lagi
sehingga
menghasilkan isolator yang kekuatan dielektriknya cukup tinggi.
Isolator komposit memiliki kelebihan dibandingkan isolator porselen dan
gelas, beberapa kelebihan isolator komposit yaitu :
1.
Ringan, karena kerapatan massanya lebih rendah dibandingkan
isolator porselen dan gelas.
6
Universitas Sumatera Utara
2.
Pembuatannya lebih mudah.
3.
Tidak ada rongga udara, sehingga tidak terjadi peluahan sebagian di
dalam bahan isolator komposit.
4.
Untuk memperoleh jarak rambat yang panjang, sarung dibuat
berbentuk sederetan sirip tipis, sehingga bentuk isolator lebih
sederhana.
5.
Tekanan karena angin terhadap isolator lebih rendah, karena siripsiripnya tipis.
6.
Karena bentuknya yang sederhana dan bobotnya ringan, maka mudah
membawa dan memasangnya.
7.
Permukaan sarung memiliki sifat menolak air (hydrophobic), sehingga
polutan yang terbawa air tidak menempel permukaan sarung.
8.
Karena polutan tidak menempel pada permukaan isolator, maka
tegangan lewat denyarnya tidak menurun karena polusi. Dengan kata
lain, isolator komposit cocok dipasang pada aderah yang bobot
polusinya berat.
9.
Jika tingkat ketahanan tegangannya hendak dinaikkan, cukup
mengganti sarungnya dengan sarung yang jarak rambatnya lebih
panjang.
Kelemahan yang dimiliki isolator komposit antara lain ialah :
1.
Harga material dasar untuk pembuatan komposit mahal.
2.
Kekuatan mekanisnya lebih rendah.
3.
Kurang terpadu karena ditemukan beberapa antar-muka.
4.
Penuaan lebih cepat, karena timbulnya kerusakan pada permukaan
isolator akibat : reaksi suatu unsur kimia pada permukaan isolator;
karena radiasi sinar ultra violet; karena panas dan korona yang timbul
pada fitting.
5.
Ketidakcocokan
bahan
antar
muka
yang
digunakan
dapat
menimbulkan korosi atau keretakan.
7
Universitas Sumatera Utara
2.1.2 Isolator Piring[2]
Dua konduktor yang dipisahkan oleh suatu dielektrik atau susunan
“konduktor-dielektrik-konduktor” merupakan suatu susunan kapasitor. Semua
isolator merupakan dua konduktor yang diisolasi oleh suatu dielektrik. Pada
Gambar 2.2 ditunjukkan contoh suatu isolator merupakan satu unit isolator piring.
Gambar 2.2. Isolator dan parameter listriknya
Dalam jaringan transmisi hantaran udara, isolator yang umumnya dipakai
adalah isolator rantai yang terdiri dari beberapa isolator piring yang dihubung seri.
Jumlah piringan tersebut ditentukan oleh tingkat isolasi yang diperlukan dan
tingkat polusi daerah yang dilaluinya. Pada Gambar 2.3 diperlihatkan konstruksi
dasar isolator piring.
Kap
Perekat
Bahan Isolasi
Tonggak
Gambar 2.3. Konstruksi isolator piring
8
Universitas Sumatera Utara
Dilihat dari bentuknya, isolator dibagi menjadi 3 jenis seperti yang
ditunjukan Gambar 2.4.
Gambar 2.4. a.Isolator Piring Standar
b. Isolator Anti-Fog
c. Isolator Aerodinamis
Keterangan Gambar 2.4 :
a. Isolator piring dengan desain standar. Isolator ini digunakan pada
daerah dengan bobot polusi rendah seperti daerah yang tidak ada
industri.
b. Isolator piring dengan desain anti-fog. Isolator ini dirancang memiliki
lekukan yang lebih dalam untuk memperpanjang jarak rambat arus,
digunakan pada daerah dengan polusi tinggi seperti daerah industri
berat.
c. Isolator piring dengan desain aerodinamis. Isolator ini dirancang
memiliki daerah permukaan yang licin sehingga polutan sulit untuk
menempel pada permukaannya. Isolator ini digunakan di daerah gurun.
2.2
Distribusi Tegangan pada Isolator Rantai[1]
Isolator rantai adalah beberapa isolator piring yang diserikan. Karena suatu
isolator dapat dianggap merupakan suatu kapasitor maka jika beberapa isolator
piring dirangkai menjadi isolator rantai seperti pada Gambar 2.5a, maka
ditemukan tiga kelompok susunan “konduktor-dielektrik-konduktor”, masingmasing dibentuk oleh :
1. Jepitan logam isolator-dielektrik-isolator jepitan logam dibawahnya.
Susunan ini membentuk kapasitansi sendiri isolator (C1).
9
Universitas Sumatera Utara
2. Jepitan logam isolator-udara-menara. Susunan ini membentuk kapasitansi
jepitan logam isolator dengan menara yang ditanahkan (C2). Kapasitansi
ini disebut kapasitansi tegangan rendah.
3. Jepitan logam isolator-udara-konduktor transmisi. Susunan ini membentuk
kapasitansi jepitan logam dengan konduktor tegangan tinggi, dan disebut
kapasitansi tegagan tinggi (C3).
Karena itu, isolator rantai dapat dianggap merupakan susunan dari beberapa
unit kapasitor yang terhubung seperti pada Gambar 2.5b.
(a)
(b)
Gambar 2.5. (a) Susunan “konduktor-dielektrik-konduktor” pada isolator
rantai dan (b) Susunan kapasitansi pada isolator rantai
Nilai kapasitansi C1, C2, dan C3 sulit dihitung dengan tepat sehingga
perhitungan tegangan pada setiap unit isolator hasilnya kurang akurat. Karena itu
distribusi tegangan pada isolator rantai biasanya ditentukan dengan percobaan di
laboratorium.
10
Universitas Sumatera Utara
2.3
Arus Bocor pada Isolator[3]
Bila suatu bahan isolasi dikenai medan elektrik, arus akan mengalir pada
permukaan bahan isolasi tersebut. Arus ini sering disebut arus bocor atau arus
rambat. Besarnya arus bocor ini ditentukan oleh resistansi permukaan bahan
isolasi. Mudah dipahami bahwa besarnya arus bocor dipengaruhi oleh kondisi
udara di sekitar isolator, yaitu temperature, tekanan, kelembaban, dan kandungan
polusi di sekitar isolator tersebut. Secara teknis, sistem isolasi harus mampu
memikul arus bocor tanpa menimbulkan pemburukan pada isolator atau
setidaknya pemburukan pada arus bocor tersebut dapat dibatasi. Arus bocor
menimbulkan panas pada permukaan isolator, dan efek samping yang
ditimbulkannya adalah penguraian bahan kimia yang melapisi permukaan isolator.
Efek yang sangat nyata dari penguraian kimia ini adalah timbulnya jejak arus pada
permukaan isolator. Jejak arus inilah yang disebut kerak dielektrik. Kerak
dielktrik pada bahan isolasi dapat membentuk suatu jalur konduktif. Keberadaan
jalur konduktif ini menimbulkan peninggian tekanan medan elektrik pada bahan
isolasi. Panas yang ditimbulkan arus rambat dapat juga menimbulkan erosi
dielktrik tanpa didahului adanya kerak konduktif.
2.4
Tahanan Isolator[3]
Apabila isolator memikul tegangan searah, maka arus akan mengalir melalui
permukaan dan bagian dalam isolator. Arus yang melalui permukaan disebut arus
permukaan. Sedangkan hambatan yang dialami arus ini disebut tahanan permukaan.
Arus yang melalui bagian dalam isolator disebut arus volume dan hambatan yang
dialami arus tersebut disebut tahanan volume. Besarnya tahanan volume dipengaruhi
oleh bahan isolator yang digunakan. Sedangkan besarnya tahanan permukaan
dipengaruhi oleh kondisi dari permukaan isolator. Jumlah arus volume dan arus
permukaan disebut arus bocor. Pada Gambar 2.6 ditunjukkan arus permukaan, arus
volume dan arus kapasitif yang mengalir pada suatu isolator
11
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6. Arus bocor pada permukaan isolator
Jika tegangan yang dipikul isolator adalah tegangan AC, maka selain kedua
jenis arus tersebut, pada isolator juga mengalir arus kapasitif. Arus kapasitif terjadi
karena adanya kapasitansi yang dibentuk isolator dengan elektroda..
Rangkaian listrik ekivalen suatu isolator ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7. Rangkaian ekivalen arus bocor isolator
Menurut Gambar 2.7 arus bocor yang mengalir pada permukaan isolator adalah
sebesar :
Ib = Ip + Iv + Ic ................................................................... (1)
Karena tahanan volume relatif besar dibandingkan dengan tahanan
permukaan, maka menyebabkan arus volume dapat diabaikan. Sehingga, arus bocor
total menjadi :
Ib = Ip + Ic ...............................................................................(2)
Dengan demikian, tahanan ekivalen isolator menjadi seperti pada Gambar 2.8.
12
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8. Rangkaian ekivalen arus bocor pada isolator
Tahanan permukaan isolator dapat bervariasi, bergantung pada material yang
menempel pada permukaan isolator. Keadaan iklim, daerah pemasangan isolator serta
kelembaban udara menjadi faktor yang mempengaruhi besar dari tahanan permukaan
isolator. Polutan yang menempel pada permukaan isolator akan menyebabkan
tahanan permukaan isolator turun dan meningkatkan besar arus permukaan yang
mengalir pada permukaan isolator sehingga arus bocor semakin besar.
2.5
Pengaruh Kadar Asam terhadap Arus Bocor Isolator[4]
2.5.1. Larutan Elektrolit dan Nonelektrolit
Larutan adalah campuran homogen dua zat atau lebih yang saling
melarutkan dan masing-masing zat penyusunnya tidak dapat dibedakan lagi secara
fisik. Larutan terdiri atas zat terlarut dan pelarut. Berdasarkan daya hantar
listriknya (daya ionisasinya), larutan dibedakan dalam dua macam, yaitu larutan
elektrolit dan larutan nonelektrolit. Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat
menghantarkan arus listrik. Larutan ini dibedakan atas:
13
Universitas Sumatera Utara
1. Elektrolit kuat
Larutan elektrolit kuat adalah larutan yang mempunyai daya hantar listrik
yang kuat, karena zat terlarutnya didalam pelarut (umumnya air), seluruhnya
berubah menjadi ion-ion. Yang tergolong elektrolit kuat adalah:
-
Asam-asam kuat, seperti : HCl, H2SO4, HNO3 dan lain-lain.
-
Basa-basa kuat, yaitu basa-basa golongan alkali dan alkali tanah, seperti:
NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 dan lain-lain.
-
Garam-garam yang mudah larut, seperti: NaCl, KI, Al2(SO4)3 dan lain-lain.
2. Elektrolit lemah
Larutan elektrolit lemah adalah larutan yang daya hantar listriknya lemah.
Yang tergolong elektrolit lemah:
-
Asam-asam lemah, seperti : CH3COOH, HCN, H2CO3, H2S dan lain-lain
-
Basa-basa lemah seperti : NH4OH, Ni(OH)2 dan lain-lain
-
Garam-garam yang sukar larut, seperti : AgCl, CaCrO4, PbI2 dan lain-lain
Larutan nonelektrolit adalah larutan yang tidak dapat menghantarkan arus
listrik, karena zat terlarutnya di dalam pelarut tidak dapat menghasilkan ionion
(tidak mengion).
2.5.2 Daya Hantar Listrik
Larutan elektrolit dapat menghantarkan arus listrik karena di dalam larutan
tersebut terkandung atom-atom atau kumpulan atom yang bermuatan listrik (ion)
yang bergerak bebas. Molaritas suatu larutan elektrolit mempengaruhi daya hantar
listrik larutan tersebut. Semakin tinggi molaritas suatu larutan elektrolit, maka
akan semakin besar daya hantar listrik di antara kedua elektroda. Atau dengan
kata lain, semakin banyak jumlah zat suatu elektrolit, maka akan semakin tinggi
konduktivitasnya. Sebaliknya, semakin rendah molaritasnya, maka semakin kecil
daya hantar listriknya (konduktivitas berkurang).
2.6
Curah Hujan[5]
Angin yang mengandung uap air dan naik ke atas, karena suhu yang makin
rendah, kemudian mengembun dan berkumpul. Kumpulan embun tersebut
membentuk awan dan bergabung menjadi titik-titik air kemudian jatuh ke tanah.
14
Universitas Sumatera Utara
Pada umumnya, jatuhnya titik-titik air ini disebut hujan, dan jumlah hujan
yang jatuh disebut curah hujan (precipitation). Salju, badai dan lain-lain, yang
telah berubah menjadi air harus ditambahkan pada curah hujan. Sebagian dari
curah hujan menghilang karena menguap atau meresap ke dalam tanah. Sebalian
lagi mengalir pada permukaan tanah menuju ke sungai-sungai. Curah hujan
dinyatakan dengan tingginya air dalam suatu tabung, biasanya dalam mm.
Curah hujan 1 (satu) milimeter artinya dalam luasan satu meter persegi
pada tempat yang datar tertampung air setinggi satu milimeter atau tertampung air
sebanyak satu liter. Intensitas hujan adalah banyaknya curah hujan persatuan
jangka waktu tertentu. Tabel 2.1 menunjukkan curah hujan tahunan di beberapa
tempat di dunia.
Tabel 2.1 Curah hujan tahunan di beberapa tempat di dunia
Tempat
Curah Hujan
Tempat
Tahunan (mm)
Tahunan (mm)
Bandung (1962)
2.399
New York
Bangkok
1.247
Peking
Berlin
Bogor (1964)
Denver
Jakarta (1967)
587
3.592
361
1.899
Curah Hujan
1.068
586
Rangoon
2.812
Roma
828
San Francisco
521
San Paolo
922
Kairo
28
Shanghai
1.134
Karaci
207
Stockholm
Melbourne
652
Surabaya (1967)
1.197
Mowkow
34
Taipei
1.778
Zurich
1.044
548
15
Universitas Sumatera Utara