Analisis Pengaruh Polutan Pada Isolator Kaca Terhadap Distribusi Tegangan Isolator Rantai
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1
Isolator Piring
II.1.1 Umum
Pada transmisi hantaran udara, suatu konduktor dengan konduktor lain
diisolir dengan udara, sedangkan konduktor dengan menara atau tiang pendukung
konduktor diisolir dengan bahan isolasi padat yang disebut isolator. Hal ini
bertujuan agar tidak terjadi aliran arus yang tidak semestinya ada antara satu
bagian dengan lainnya, sehingga bagian yang tidak bertegangan ini harus
dipisahkan dari bagian-bagian yang bertegangan.
Isolator jaringan tenaga listrik merupakan alat tempat menopang kawat
penghantar jaringan pada tiang-tiang listrik yang digunakan untuk memisahkan
secara elektris dua buah kawat atau lebih agar tidak terjadi kebocoran arus
(leakage current) atau lewat-denyar (flashover) sehingga mengakibatkan
terjadinya kerusakan pada sistem jaringan tenaga listrik.
Adapun fungsi utama isolator adalah:
1. Untuk penyekat/mengisolasi penghantar dengan tanah dan antara
penghantar dengan penghantar.
2. Untuk memikul beban mekanis yang disebabkan oleh berat penghantar
dan/ atau gaya tarik penghantar.
3. Untuk menjaga agar jarak antar penghantar tetap (tidak berubah).
Penggunaan isolator tidak hanya dijumpai pada transmisi hantaran udara.
Pada jaringan distribusi hantaran udara, gardu induk, dan panel pembagi daya
penggunaan isolator juga dipakai sebagai bahan isolasi antara yang bertegangan
dengan yang tidak bertegangan. Pada gardu induk digunakan sebagai pendukung
6
sakelar pemisah, pendukung konduktor penghubung dan penggantung rel daya.
Pada panel pembagi daya, rel dengan rel dipisahkan oleh udara, sedangkan rel
dengan kerangka pendukung dipisahkan oleh isolator.
II.1.2
Konstruksi isolator piring
Isolator pada umumya memiliki tiga bagian utama yaitu bahan dielektrik,
kap (cap), dan fitting seperti terlihat pada Gambar 2.1. Selain itu juga terdapat
semen yang berfungsi sebagai bahan perekat yang merekatkan ketiga bagian ini.[2]
Gambar 2.1 Konstruksi Isolator Piring [2]
Dilihat dari bentuknya, isolator piring dibagi menjadi 3 jenis seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.2 (a), (b), dan (c). [1]
7
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.2 (a) Isolator Piring Standar [1](b) Isolator Piring Anti-fog[1] (c) Isolator Piring
Aerodinamis[1]
•
Isolator dengan desain standar (Gambar 2.2a). Isolator ini digunakan pada
daerah dengan bobot polusi rendah seperti di daerah yang kerapatan
•
penduduknya dan tidak ada industri.
Isolator piring dengan desain anti-fog (Gambar 2.2b). Isolator ini
dirancang memiliki lekukan yang lebih dalam untuk memperpanjang jarak
rambat arus, digunakan pada daerah dengan bobot polusi tinggi seperti di
•
daerah industry berat.
Isolator piring dengan desain aerodinamis (Gambar 2.2c). Isolator ini
dirancang memiliki permukaan yang licin sehingga polutan lebih sulit
menempel pada permukaannya. Isolator ini biasa digunakan pada daerah
gurun.
Persyaratan umum yang harus dipenuhi dalam merancang isolator, antara
lain adalah : [2] [4]
8
•
Setiap lubang pada bahan isolasi, harus memiliki sumbu yang
sejajar dengan sumbu memanjang atau sumbu tegak isolator.
•
Lubang dibuat pada temperatur penempaan isolator.
•
terjadi medan elektrik yang tinggi.
•
runcing.
•
tidak boleh mengandung rongga udara.
•
Tidak memiliki lekukan yang runcing agar pada isolator tidak
Permukaan isolator harus licin dan bebas dari partikel-partikel
Untuk menghindari terjadinya peluahan sebagian, maka isolator
Tidak ada resiko meledak dan pecah.
Dimensi sirip dan jarak rambat diatur sedemikian sehingga isolator
mudah dibersihkan. Pembersihan dimaksud adalah pembersihan
secara alami oleh hujan atau pembersihan rutin. Kedua
pembersihan tersebut adalah dalam rangka membuang bahan
•
polutan yang menempel pada permukaan isolator.
•
kawasan yang dihuni banyak burung.
Jarak rambat isolator harus diperbesar, jika isolator dipasang pada
Bahan perekat harus memiliki kekuatan adhesi yang tinggi.
II.1.3 Bahan dielektrik isolator
Suatu isolator yang baik mempunyai bahan
yang tidak dapat
menghantarkan arus listrik. Walaupun ada yang sanggup menghantarkan arus
listrik namun relative kecil sehingga bisa diabaikan.
Bahan-bahan isolasi yang dipakai untuk isolator jaringan kebanyakan
terbuat dari bahan padat, seperti bahan porselin, gelas, mika, ebonit, keramik,
parafin, kuarts, dan veld spaat. Persyaratan bahan isolator adalah : [2]
9
1. Bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik.
2. Bahan isolasi yang ekonomis, tanpa mengurangi kemampuannya
sebagai isolator. Sebab makin berat dan besar ukuran isolator tersebut
akan mempengaruhi beban penyangga pada sebuah tiang listrik.
3. Bahan yang terbuat dari bahan padat, seperti : porselin, gelas, mika,
ebonit, keramik, parafin, kuarts, dan veld spaat.
Ada dua jenis bahan isolator yang paling sering digunakan pada isolator
yaitu berbahan porselin/keramik dan gelas/kaca seperti pada Gambar 2.3 :[2]
1. Porselen
Bahan isolator porselin terdiri dari bahan campuran tanah porselin,
kwarts, dan veld spat, yang bagian luarnya dilapisi dengan glazuur
agar bahan isolator tidak berpori. Dengan lapisan glazuur permukaan
isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak menghisap air.
Kekuatan mekanik dari isolator porselin ini bergantung terhadap cara
pembuatannya. Kemampuan mekanis suatu porselen standar dengan
diameter 2-3 cmadalah 45.000 kg/cm2 untuk beban tekan; 700kg/cm2
untuk beban tekuk dan 300 kg/cm2 untuk beban tarik. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa porselen adalah bahan yang memiliki kemampuan
mekanik yang sangat baik pada beban tekan. Kekuatan mekanik dari
porselen akan berkurang jika dilakukan penambahan luas penampang
porselen. Sedangkan kemampuan dielektrik porselin dengan tebal 1,5
mm memiliki kekuatan dielektrik sebesar 22-28 kVrms/mm. Jika tebal
dielektrik bertambah maka kemampuan dielektrik bahan berkurang.
Hal ini terjadi karena medan elektriknya tidak seragam. Bila tebal
bertambah dari 10 mm menjadi 30 mm kekuatan dielektrik berkurang
dari 80 kVrms/mm menjadi 55 kVrms/mm. Kekuatan dielektrik
porselen pada tegangan impuls adalah 50- 70 % lebih tinggi daripada
kekuatan dielektrik pada frekuensi daya.
10
Keuntungan dari penggunaan isolator berbahan porselin ini adalah :
a. Terbuat dari dari bahan campuran tanah porselin, kwarts, dan veld
spaat,
b. Bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator
tersebut tidak berpori-pori. Dengan lapisan glazuur ini permukaan
isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak dapat mengisap air.
c. Dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka.
d. Memiliki sifat tidak menghantar (non conducting) listrik yang tinggi,
dan memiliki kekuatan mekanis yang besar.
e. Dapat menahan beban yang menekan serta tahan akan perubahanperubahan suhu.
f. Memiliki kualitas yang lebih tinggi dan tegangan tembusnya (voltage
gradient) lebih besar, sehingga banyak disukai pemakaiannya untuk
jaringan distribusi primer.
Kadang-kadang kita jumpai isolator
porselin ini pada jaringan distribusi sekunder, tetapi ukurannya lebih
kecil.
Kelemahan dari penggunaan isolator berbahan porselin ini adalah :
a. Tidak tahan akan kekuatan yang menumbuk atau memukul.
b. Ukuran isolator porselin ini tidak dapat dibuat lebih besar, karena
pada saat pembuatannya terjadi penyusutan bahan. Walaupun ada
yang berukuran lebih besar namun tidak seluruhnya dari bahan
porselin, akan tetapi dibuat rongga di dalamnya, yang kemudian akan
di isi dengan bahan besi atau
baja tempaan sehingga kekuatan
isolator porselin bertambah. Cara yang demikian ini akan
menghemat bahan yang digunakan.
c. Harganya lebih mahal tetapi lebih memenuhi persyaratan yang
diinginkan.
11
2. Gelas
Bahan penyusun dari isolator gelas terdiri dari bahan campuran
antara pasir silikat, dolomit, dan phospat. Isolator gelas memiliki sifat
mengkondensir (mengembun) kelembapan udara, sehingga debu lebih
mudah melekat dipermukaan isolator. Kekuatan mekanik dan
dielektrik dari isolator gelas bergantung pada kandungan alkali pada
isolator tersebut. Kekuatan dielektrik gelas alkali tinggi adalah 17,9
kVrms/mm sedangkan kemampuan dielektrik gelas alkali rendah
adalah 48kVrms/mm.
Keuntungan dari penggunaan isolator gelas ini adalah :
1. Terbuat dari bahan campuran antara pasir silikat, dolomit, dan
phospat. Komposisi bahan tersebut dan cara pengolahannya dapat
menentukan sifat dari isolator gelas ini.
2. Lebih banyak dijumpai pemakaiannya pada jaringan distribusi
sekunder.
3. Isolator gelas ini harganya lebih murah bila dibandingkan dengan
isolator porselin.
Kelemahan dari penggunaan isolator gelas ini adalah :
a. Memiliki sifat mengkondensir (mengembun) kelembaban udara,
sehingga lebih mudah debu melekat dipermukaan isolator tersebut.
b. Makin tinggi tegangan sistem makin mudah pula terjadi peristiwa
kebocoran arus listrik (leakage current) lewat isolator tersebut,yang
berarti mengurangi fungsi isolasinya.
c. Memiliki kualitas tegangan tembus yang rendah, dan kekuatannya
berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan temperatur.
d. Saat terjadi kenaikan dan penurunan suhu secara tiba-tiba, maka
isolator gelas ini akan mudah retak pada permukaannya. Berarti
isolator gelas ini bersifat mudah dipengaruhi oleh perubahan suhu
12
disekelilingnya. Tetapi bila isolator gelas ini mengandung campuran
dari bahan lain, maka suhunya akan turun.
(a)
(b)
Gambar 2.3 Isolator (a) Porselen (b) Kaca
II.1.4 Tahanan permukaan
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 [3].
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. Pada
Gambar 2.4 ditunjukkan arus permukaan, arus volume dan arus kapasitif yang
mengalir pada suatu isolator.
13
Gambar 2.4 Komponen Arus Bocor pada Isolator.
Rangkaian listrik ekivalen suatu isolator ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Rangkaian ekuivalen arus bocor isolator.
Keterangan:
Ip
= arus permukaan isolator.
IV
= arus volume isolator.
Ic
= arus kapasitif yang timbul pada isolator.
IB
= arus bocor isolator.
Rp
= tahanan permukaan pada isolator.
Rv
= tahanan volume pada isolator.
C
= kapasitansi disekitar isolator.
14
Adapun arus bocor yang mengalir melalui suatu isolator adalah :
�� = �� + �� + ��
(2.1)
Karena tahanan volume relatif besar dibandingkan dengan tahanan
permukaan, maka menyebabkan arus volume dapat diabaikan. Sehingga, arus
bocor total menjadi :
�� = �� + ��
(2.2)
Dengan demikian, rangkaian ekuivalen isolator menjadi seperti pada
Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Rangkaian Ekuivalen Isolator Mengabaikan Arus Volume.
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.
15
II.1.5
Isolator terpolusi
Isolator akan dilapisi oleh polutan baik berada pada ruang terbuka maupun
tertutup. Polutan ini dapat mempengaruhi konduktivitas permukaan dari isolator
tersebut sehingga dapat menyebabkan kegagalan isolasi. Berdasarkan sifatnya
polutan terdiri dari :
•
Polutan yang bersifat konduktif
Polutan
yang
bersifat
konduktif
adalah
polutan
yang
mampu
menghantarkan arus listrik. Terdiri dari garam-garam yang mampu terurai
menjadi ion-ion misalnya NsCl, MgCl2 , Na2SO4, dan sebagainya. Dalam
suatu larutan garam-garam mudah terurai dan dapat mempengaruhi
tahanan
•
permukaan
isolator,
karena
garam-garam
tersebut
akan
membentuk suatu lapisan konduktif pada permukaan isolator.
Polutan yang bersifat inert
Polutan yang bersifat lembam (inert) merupakan bagian dari zat padat
yang tidak dapat terurai menjadi ion-ion dalam larutan, namun komponen
ini dapat menyebabkan ketahanan permukaan isolator. Zat-zat seperti
SiO2, tanah liad (kaolin) dapat membentuk suatu ikatan mekanis untuk
mengikat komponen-komponen konduktif. Ikatan mekanis yang terbentuk
akan mempersulit proses pencucian isolator. Perbedaan tingkat pengotoran
antara permukaan atas dengan permukaan bawah akan terlihat pada
isolator yang banyak mengandung komponen-komponen yang bersifat
lembam. Polutan lembam terbagi dua sifat yakni hydrophilic dan
hydrophobic.
Komponen
hydrophilic
dapat
meningkatkan
tingkat
kebasahan permukaan isolator karena kemampuan menyerap air,
contohnya tanah liad dan semen. Sedangkan komponen hydrophobic
menurunkan tingkat kebasahan isolator, karena sifat kedap air, contohnya
lemak dan oli ( minyak ), yang menyebabkan air tidak dapat menempel
pada permukaan isolator sehingga lapisan konduktif yang terbentuk tidak
kontiniyu.
16
Polutan yang terbentuk biasanya bukan hanya berasal dari keadaaan alam
namun bebereapa polutan terbentuk dari sisa aktivitas makhluk hidup. Beberapa
jenis polutan yang sangat berpengaruh terhadap tahanan permukaan isolator : [1]
•
Garam. Garam ini dapat berasal dari udara yang berhembus dari laut dan
•
yang berasal dari zat kimia di jalanan yang menguap.
•
sulfur oksida dari pabrik kimia dan sebagainya.
•
Limbah pabrik dalam bentuk gas seperti karbon dioksida, klorin dan
Kotoran burung.
Pasir di daerah gurun.
Kondisi cuaca akan mempengaruhi polusi pada permukaan isolator ini.
Angin dapat membawa garam dan pasir sampai ke permukaan isolator. Hujan
deras dapat membersihkan polutan terutama di bagian atas permukaan isolator
sedangkan gerimis, kelembaban yang tinggi, dan kabut akan membuat lapisan
polutan menjadi basah. Untuk mengurangi polusi pada permukaan isolator,
dilakukan beberapa usaha sebagai berikut : [1]
Pencucian
Isolator pada saluran maupun pada gardu induk dapat dicuci dalam
keadaan tidak bertegangan maupun saat bertegangan. Pencucian dapat
dilakukan secara otomatis dan manual seperti dengan menggunakan
helikopter. Untuk pencucian dalam keadaan bertegangan, ada 2 syarat
yang harus diperhatikan yaitu:
1. Air yang digunakan adalah air murni tanpa mineral
danmemiliki tahanan jenis lebih besar dari 50.000 O cm.
2. Urutan pencucian harus dimulai dari bawah ke atas untuk
mencegah terkumpulnya polutan.
Pelapisan (greasing/coating)
Salah satu metode untuk mencegah kegagalan isolasi pada isolator
adalah dengan melapisi permukaan isolator dengan lapisan minyak.
17
Keuntungan dari metode ini adalah mendapatkan sifat hidrofobik, yaitu
sifat bahan yang membuat permukaannya tetap kering karena air sulit
untuk menempel pada permukaannya. Bahan yang bersifat hidrofobik
yaitu minyak dan lilin. Keuntungan lainnya dari metode ini adalah
terperangkapnya atau terikatnya polutan oleh minyak dan mencegah
polutan ini basah akibat embun. Minyak yang digunakan terbuat dari
silikon atau hidrokarbon. Kekurangan metode ini adalah harus mengganti
minyak yang telah lama digunakan, biasanya dilakukan setiap tahun.
Perpanjangan sirip (extender shed)
Sirip isolator diperpanjang dengan bahan polimer seperti di
tunjukkan pada Gambar 2.7. Perpanjangan sirip ini dipasangkan pada sirip
isolator dengan menggunakan perekat dan tidak boleh ada celah udara di
antara sirip porselin dengan sirip tambahan karena akan menyebabkan
peluahan sebagian pada celah udara ini yang akan merusak polimer dan
isolator. Selain memperpanjang jarak rambat, perpanjangan sirip ini
memudahkan air yang membawa polutan akibat hujan atau embun untuk
mengalir dari permukaan isolator.
Tambahan Polimer
Sirip Porselin
Gambar 2.7 Perpanjangan Sirip yang Terpasang pada Isolator Porselin [1]
II.2
Penggolongan Tingkat Pengotoran
IEC menggolongkan bobot polusi isolator menjadi 4 tingkatan seperti
Tabel 2.1. Metode yang digunakan adalah metode ESDD (equivalent salt density
deposit). Metode ESDD dilakukan dengan mengukur konduktivitas polutan
18
kemudian
disetarakan
dengan
bobot
garam
dalam
larutan
air
yang
konduktivitasnya sama dengan konduktivitas polutan tersebut.
Tabel 2.1 Penggolongan Bobot Polusi Berdasarkan IEC 60050-815: 2000 Edisi 01
Tingkat Pengotoran
ESSD
Sangat Ringan
0 – 0.03
Ringan
0.03 – 0.06
Sedang
0.06– 0.1
Berat
>0.1
Selain standar diatas, IEC 815 juga menentukan bobot polusi dengan
metode ESDD dan tinjauan lapangan. Penentuan tingkat bobot polusi isolator
dengan metode tinjauan lapangan ditunjukkan pada Tabel 2.2 berikut :
Tabel 2.2 Tingkat Polusi Dilihat dari Lingkungannya Berdasarkan IEC 815 [2][1]
Tingkat
Polusi
Contoh Lingkungan
-
Ringan
Sedang
Wilayah dengan sedikit industri dan rumah
penduduk dengan sarana pembakaran rendah.
- Wilayah pertanian (penggunaan pupuk dapat
meningkatkan bobot polusi) dan pegunungan.
- Wilayah dengan jarak 10km atau lebih dari laut
dan tidak ada angin laut yang berhembus.
Cat : Semua kawasan terletak paling sedikit 10 – 20
km dari laut dan bukan kawasan terbuka bagi
hembusan angin langsung dari laut.
- Wilayah dengan industri yang tidak menghasilkan
polusi gas.
- Wilayah dengan kepadatan tinggi dan/atau
kawasan industri kepadatan tinggi yang sering
hujan dan/atau berangin.
ESDD
(mg/cm2)
0.06
0.20
19
Lanjutan Tabel 2.2
Tingkat
Polusi
Contoh Lingkungan
-
Berat
Sangat
Berat
II.3
-
Wilayah yang tidak terlalu dekat dengan pantai
kira kira beberapa kilometer.
Wilayah banyak industri dan perkotaan dengan
sarana pembakaran yang tinggi.
Wilayah dekat laut atau senantiasa terbuka bagi
hembusan angin laut yang kencang.
Sangat dekat pantai
Sangat dekat dengan kawasan Industri
Wilayah padang pasir dengan tidak adanya hujan
untuk jangka waktu yang lama.
ESDD
(mg/cm2)
0.60
>0.60
Isolator Rantai
Isolator rantai terdiri dari beberapa isolator piring yang disusun
secara berantai sehingga menjadi satu kesatuan isolator. Isolator rantai
seperti Gambar 2.8 biasanya digunakan untuk menggantung penghantar
transmisi tegangan tinggi pada menara- menara transmisi. Penghantar ini
digantung dengan menggunakan isolator agar penghantar tidak menyentuh
badan menara yang dibumikan. Isolator jenis ini banyak digunakan karena
pada sistem transmisi tegangan tinggi isolator ini dianggap paling effisien
untuk mengisolasi antara konduktor dengan tiang menara.
Gambar 2.8 Isolator Rantai pada Saluran Transmisi
20
Keuntungan penggunaan isolator rantai adalah :[4]
1. Biaya instalasi isolator rantai cenderung lebih murah dari isolator pin
untuk sistem dengan tegangan lebih dari 33kV.
2. Setiap unit isolator piring dirancang untuk bekerja pada tegangan
rendah. Sehingga dapat disusun agar dapat mengisolir tegangan
kerja.
3. Jika salah satu isolator piring pada suatu renteng isolator rantai
rusak. Maka kita hanya perlu mengganti isolator piring tersebut
dengan isolator yang baru.
4. Karena tersusun dari beberapa isolator piring maka isolator rantai
memiliki tingkat fleksibel yang tinggi sehingga dapat mengayun
mengikutikabel transmisi.
5. Dengan bertambahnya permintaan akan jaringan transmisi, akan
lebih menguntungkan jika menigkatkan suplai daya dengan
menaikkan tegangan transmisi. Karena tegangan transmisi naik maka
isolator pendukung yang ada juga harus disesuaikan. Dimana isolator
rantai dapat dengan mudah dinaikkan kapasitasnya dengan
menambahkan jumlah isolator piringnya.
6. Isolator rantai biasanya dipasangkan pada menara baja. Dimana
isolator rantai berada dibawah crossarm sehingga secara tidak
langsung kabel transmisi mendapatkan proteksi terhadap petir.
II.4
Distribusi Tegangan
Isolator rantai terdiri dari beberapa isolator piring yang disusun menjadi
satu rentengan. Dimana setiap unit isolator membentuk suatu susunan “konduktordielektrik-konduktor”. Oleh karena itu suatu isolator dapat juga dianggap sebagai
suatu kapasitor. Dan jika permukaan isolator kotor, maka akan muncul suatu
resistansi yang parallel dengan kapasitansi isolator. Jika beberapa isolator piring
21
disusun menjadi isolator rantai, maka akan dijumpai tiga kelompok susunan
“konduktor-dielektrik-konduktor” , masing-masing dibentuk oleh :[2] [3]
a. Kap isolator-dielektrik-fitting. Susunan ini membentuk kapasitansi
sendiri isolator (C1).
b. Kap isolator-udara-menara. Susunan ini membentuk kapasitansi kap
isolator dengan menara yang dibumikan (C2) yang disebut kapasitansi
tegangan rendah.
c. Kap isolator-udara-konduktor transmisi. Susunan ini membentuk
kapasitansi kap isolator dengan konduktor tegangan tinggi (C3) yang
disebut kapasitansi tegangan tinggi.
Sehingga jika isolator dianggap bersih maka akan didapatkan suatu
rangkaian kapasitansi seperti pada Gambar 2.9 berikut :
Logam
Logam
Logam
Menara
Logam
Logam
Gambar 2.9 Susunan Isolator Piring Membentuk Kapasitansi [2]
Seperti yang terlihat pada gambar, timbulnya C2 dan C3 maka tegangan
pada setiap unit isolator yang seharusnya sama menjadi berbeda beda dimana unit
isolator rantai yang paling dekat dengan kawat penghantar adalah unit yang
menerima tergangan paling besar dibandingkan dengan unit lain. Dan tegangan
akan semakin kecil untuk unit yang semakin jauh dari konduktor penghantar.
Metode untuk menghitung distribusi tegangan pada isolator rantai, yaitu dengan
22
metode Hukum Kirchoff. Rangkaian ekuivalen isolator rantai untuk menghitung
distribusi tegangan diperlihatkan pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Rangkaian Distribusi Tegangan Menggunakan Metode Kirchoff [2]
Hukum kirchoff pada titik (1) adalah sebagai berikut:
�11 + �31 = �21 + �12
(2.3)
Jika tegangan pada suatu kapasitor C adalah V dan frekuensi tegangan itu
adalah f, maka arus pada suatu kapasitor adalah ic =2πfCV. Dengan demikian,
persamaan dapat dituliskan sebagai berikut:
�2���1 �1 + �2���3 (��� − �1 ) = �2���2 �1 + �2���1 �2
(2.4)
23
�1 �1 + �3 (��� − �1 ) = �2 �1 + �1 �2
(2.5)
Hukum kirchoff pada titik (2) adalah:
�12 + �32 = �22 + �13
(2.6)
Atau,
�1 �2 + �3 (��� − �1 − �2 ) = �2 (�1 + �2 ) + �1 �3
(2.7)
Hukum Kirchoff pada titik (n-1) adalah sebagai berikut:
�1(�−1) + �3(�−1) = �2(�−1) + �1�
(2.8)
Atau,
�1 �(�−1) + �3 ���� − �1 − �2 − ⋯ − �(�−1) �
= �2 (�1 + �2 + ⋯ + �(�−1) + �1 ��
(2.9)
Jika jumlah isolator piring adalah n, maka hukum Kirchoff akan
memberikan (n-1) persamaan. Di samping (n-1) persamaan itu masih ada satu
persamaan tegangan yang diperoleh, yaitu:
��� = �1 + �2 + �3 + ⋯ + ��
(2.10)
24
Sehingga ada n persamaan dengan n tegangan (V) yang tidak diketahui. Dengan
demikian, V1, V2, V3,..........,V(n-1) dan Vn dapat dihitung. Namun jika isolator ini
terpolusi maka akan muncul nilai tahanan yang parallel dengan nilai kapasitansi .
Gambar 2.11 Rangkaian Ekuivalen Distribusi Tegangan Isolator Rantai Dalam Kondisi
Terpolusi
Rangkaian isolator yang terpolusi seperti pada Gambar 2.11 dimana nilai
kapasitansi dan resistansinya paralel sehingga impedansi total yang terdapat pada
isolator dapat diturunkan menjadi :
1
1
1
=
+
�
�� �
�=
��. �
�� + �
1
��� . �
�=
1
+ �
���
(2.11)
(2.12)
(2.13)
25
�=
�=
�
1 + ���. �
�
1 + �2��� . �
(2.14)
(2.15)
Isolator dengan lapisan pengotor tipis yang bersifat konduktif akan
memiliki konduktifitas permukaan merata pada setiap titik. Jika dimisalkan
lapisan pengotor dengan ketebalan h, konduktivitas permukaan isolator dapat
didefenisikan sebagai berikut dimana:
�� = � . ℎ
(2.16)
Dimana : σ = konduktivitas spesifik
Dengan demikian resistivitas permukaan adalah
Dan tahanan total permukaan adalah
�� =
�
ℎ
� = �.
�� = �
(2.17)
�
�
(2.18)
��
�[(� + ℎ)2 − � 2 ]
�� = �
��
�(2�ℎ + ℎ2 )
(2.19)
(2.20)
Untuk lapisan pengotor yang tipis ( h < r ), maka :
�� = �� ℎ
��
2��ℎ
(2.21)
26
��
2��
�� = �� ℎ
(2.22)
Untuk jarak lapisan L, tahanan permukaan total adalah :
�
� = � ��
(2.23)
0
�
��
2��
� = �� �
0
�
� = �� �
0
Dimana :
L = jarak rayap permukaan
��
��
(2.24)
(2.25)
dl = elemen jarak rayap permukaan
D = diameter permukaan pada dl
Jika diameter efektif isolator dapat didefinisikan dengan :
���� =
Sehingga tahanan permukaan adalah :
�=
�
� ��
∫0 ��
�� �
�����
(2.26)
(2.27)
Untuk menentukan tahanan permukaan suatu lapisan maka didefinisikan faktor
bentuk dengan persamaan berikut :
�� = �
�
0
��
��
(2.28)
27
TINJAUAN PUSTAKA
II.1
Isolator Piring
II.1.1 Umum
Pada transmisi hantaran udara, suatu konduktor dengan konduktor lain
diisolir dengan udara, sedangkan konduktor dengan menara atau tiang pendukung
konduktor diisolir dengan bahan isolasi padat yang disebut isolator. Hal ini
bertujuan agar tidak terjadi aliran arus yang tidak semestinya ada antara satu
bagian dengan lainnya, sehingga bagian yang tidak bertegangan ini harus
dipisahkan dari bagian-bagian yang bertegangan.
Isolator jaringan tenaga listrik merupakan alat tempat menopang kawat
penghantar jaringan pada tiang-tiang listrik yang digunakan untuk memisahkan
secara elektris dua buah kawat atau lebih agar tidak terjadi kebocoran arus
(leakage current) atau lewat-denyar (flashover) sehingga mengakibatkan
terjadinya kerusakan pada sistem jaringan tenaga listrik.
Adapun fungsi utama isolator adalah:
1. Untuk penyekat/mengisolasi penghantar dengan tanah dan antara
penghantar dengan penghantar.
2. Untuk memikul beban mekanis yang disebabkan oleh berat penghantar
dan/ atau gaya tarik penghantar.
3. Untuk menjaga agar jarak antar penghantar tetap (tidak berubah).
Penggunaan isolator tidak hanya dijumpai pada transmisi hantaran udara.
Pada jaringan distribusi hantaran udara, gardu induk, dan panel pembagi daya
penggunaan isolator juga dipakai sebagai bahan isolasi antara yang bertegangan
dengan yang tidak bertegangan. Pada gardu induk digunakan sebagai pendukung
6
sakelar pemisah, pendukung konduktor penghubung dan penggantung rel daya.
Pada panel pembagi daya, rel dengan rel dipisahkan oleh udara, sedangkan rel
dengan kerangka pendukung dipisahkan oleh isolator.
II.1.2
Konstruksi isolator piring
Isolator pada umumya memiliki tiga bagian utama yaitu bahan dielektrik,
kap (cap), dan fitting seperti terlihat pada Gambar 2.1. Selain itu juga terdapat
semen yang berfungsi sebagai bahan perekat yang merekatkan ketiga bagian ini.[2]
Gambar 2.1 Konstruksi Isolator Piring [2]
Dilihat dari bentuknya, isolator piring dibagi menjadi 3 jenis seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.2 (a), (b), dan (c). [1]
7
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.2 (a) Isolator Piring Standar [1](b) Isolator Piring Anti-fog[1] (c) Isolator Piring
Aerodinamis[1]
•
Isolator dengan desain standar (Gambar 2.2a). Isolator ini digunakan pada
daerah dengan bobot polusi rendah seperti di daerah yang kerapatan
•
penduduknya dan tidak ada industri.
Isolator piring dengan desain anti-fog (Gambar 2.2b). Isolator ini
dirancang memiliki lekukan yang lebih dalam untuk memperpanjang jarak
rambat arus, digunakan pada daerah dengan bobot polusi tinggi seperti di
•
daerah industry berat.
Isolator piring dengan desain aerodinamis (Gambar 2.2c). Isolator ini
dirancang memiliki permukaan yang licin sehingga polutan lebih sulit
menempel pada permukaannya. Isolator ini biasa digunakan pada daerah
gurun.
Persyaratan umum yang harus dipenuhi dalam merancang isolator, antara
lain adalah : [2] [4]
8
•
Setiap lubang pada bahan isolasi, harus memiliki sumbu yang
sejajar dengan sumbu memanjang atau sumbu tegak isolator.
•
Lubang dibuat pada temperatur penempaan isolator.
•
terjadi medan elektrik yang tinggi.
•
runcing.
•
tidak boleh mengandung rongga udara.
•
Tidak memiliki lekukan yang runcing agar pada isolator tidak
Permukaan isolator harus licin dan bebas dari partikel-partikel
Untuk menghindari terjadinya peluahan sebagian, maka isolator
Tidak ada resiko meledak dan pecah.
Dimensi sirip dan jarak rambat diatur sedemikian sehingga isolator
mudah dibersihkan. Pembersihan dimaksud adalah pembersihan
secara alami oleh hujan atau pembersihan rutin. Kedua
pembersihan tersebut adalah dalam rangka membuang bahan
•
polutan yang menempel pada permukaan isolator.
•
kawasan yang dihuni banyak burung.
Jarak rambat isolator harus diperbesar, jika isolator dipasang pada
Bahan perekat harus memiliki kekuatan adhesi yang tinggi.
II.1.3 Bahan dielektrik isolator
Suatu isolator yang baik mempunyai bahan
yang tidak dapat
menghantarkan arus listrik. Walaupun ada yang sanggup menghantarkan arus
listrik namun relative kecil sehingga bisa diabaikan.
Bahan-bahan isolasi yang dipakai untuk isolator jaringan kebanyakan
terbuat dari bahan padat, seperti bahan porselin, gelas, mika, ebonit, keramik,
parafin, kuarts, dan veld spaat. Persyaratan bahan isolator adalah : [2]
9
1. Bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik.
2. Bahan isolasi yang ekonomis, tanpa mengurangi kemampuannya
sebagai isolator. Sebab makin berat dan besar ukuran isolator tersebut
akan mempengaruhi beban penyangga pada sebuah tiang listrik.
3. Bahan yang terbuat dari bahan padat, seperti : porselin, gelas, mika,
ebonit, keramik, parafin, kuarts, dan veld spaat.
Ada dua jenis bahan isolator yang paling sering digunakan pada isolator
yaitu berbahan porselin/keramik dan gelas/kaca seperti pada Gambar 2.3 :[2]
1. Porselen
Bahan isolator porselin terdiri dari bahan campuran tanah porselin,
kwarts, dan veld spat, yang bagian luarnya dilapisi dengan glazuur
agar bahan isolator tidak berpori. Dengan lapisan glazuur permukaan
isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak menghisap air.
Kekuatan mekanik dari isolator porselin ini bergantung terhadap cara
pembuatannya. Kemampuan mekanis suatu porselen standar dengan
diameter 2-3 cmadalah 45.000 kg/cm2 untuk beban tekan; 700kg/cm2
untuk beban tekuk dan 300 kg/cm2 untuk beban tarik. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa porselen adalah bahan yang memiliki kemampuan
mekanik yang sangat baik pada beban tekan. Kekuatan mekanik dari
porselen akan berkurang jika dilakukan penambahan luas penampang
porselen. Sedangkan kemampuan dielektrik porselin dengan tebal 1,5
mm memiliki kekuatan dielektrik sebesar 22-28 kVrms/mm. Jika tebal
dielektrik bertambah maka kemampuan dielektrik bahan berkurang.
Hal ini terjadi karena medan elektriknya tidak seragam. Bila tebal
bertambah dari 10 mm menjadi 30 mm kekuatan dielektrik berkurang
dari 80 kVrms/mm menjadi 55 kVrms/mm. Kekuatan dielektrik
porselen pada tegangan impuls adalah 50- 70 % lebih tinggi daripada
kekuatan dielektrik pada frekuensi daya.
10
Keuntungan dari penggunaan isolator berbahan porselin ini adalah :
a. Terbuat dari dari bahan campuran tanah porselin, kwarts, dan veld
spaat,
b. Bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator
tersebut tidak berpori-pori. Dengan lapisan glazuur ini permukaan
isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak dapat mengisap air.
c. Dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka.
d. Memiliki sifat tidak menghantar (non conducting) listrik yang tinggi,
dan memiliki kekuatan mekanis yang besar.
e. Dapat menahan beban yang menekan serta tahan akan perubahanperubahan suhu.
f. Memiliki kualitas yang lebih tinggi dan tegangan tembusnya (voltage
gradient) lebih besar, sehingga banyak disukai pemakaiannya untuk
jaringan distribusi primer.
Kadang-kadang kita jumpai isolator
porselin ini pada jaringan distribusi sekunder, tetapi ukurannya lebih
kecil.
Kelemahan dari penggunaan isolator berbahan porselin ini adalah :
a. Tidak tahan akan kekuatan yang menumbuk atau memukul.
b. Ukuran isolator porselin ini tidak dapat dibuat lebih besar, karena
pada saat pembuatannya terjadi penyusutan bahan. Walaupun ada
yang berukuran lebih besar namun tidak seluruhnya dari bahan
porselin, akan tetapi dibuat rongga di dalamnya, yang kemudian akan
di isi dengan bahan besi atau
baja tempaan sehingga kekuatan
isolator porselin bertambah. Cara yang demikian ini akan
menghemat bahan yang digunakan.
c. Harganya lebih mahal tetapi lebih memenuhi persyaratan yang
diinginkan.
11
2. Gelas
Bahan penyusun dari isolator gelas terdiri dari bahan campuran
antara pasir silikat, dolomit, dan phospat. Isolator gelas memiliki sifat
mengkondensir (mengembun) kelembapan udara, sehingga debu lebih
mudah melekat dipermukaan isolator. Kekuatan mekanik dan
dielektrik dari isolator gelas bergantung pada kandungan alkali pada
isolator tersebut. Kekuatan dielektrik gelas alkali tinggi adalah 17,9
kVrms/mm sedangkan kemampuan dielektrik gelas alkali rendah
adalah 48kVrms/mm.
Keuntungan dari penggunaan isolator gelas ini adalah :
1. Terbuat dari bahan campuran antara pasir silikat, dolomit, dan
phospat. Komposisi bahan tersebut dan cara pengolahannya dapat
menentukan sifat dari isolator gelas ini.
2. Lebih banyak dijumpai pemakaiannya pada jaringan distribusi
sekunder.
3. Isolator gelas ini harganya lebih murah bila dibandingkan dengan
isolator porselin.
Kelemahan dari penggunaan isolator gelas ini adalah :
a. Memiliki sifat mengkondensir (mengembun) kelembaban udara,
sehingga lebih mudah debu melekat dipermukaan isolator tersebut.
b. Makin tinggi tegangan sistem makin mudah pula terjadi peristiwa
kebocoran arus listrik (leakage current) lewat isolator tersebut,yang
berarti mengurangi fungsi isolasinya.
c. Memiliki kualitas tegangan tembus yang rendah, dan kekuatannya
berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan temperatur.
d. Saat terjadi kenaikan dan penurunan suhu secara tiba-tiba, maka
isolator gelas ini akan mudah retak pada permukaannya. Berarti
isolator gelas ini bersifat mudah dipengaruhi oleh perubahan suhu
12
disekelilingnya. Tetapi bila isolator gelas ini mengandung campuran
dari bahan lain, maka suhunya akan turun.
(a)
(b)
Gambar 2.3 Isolator (a) Porselen (b) Kaca
II.1.4 Tahanan permukaan
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 [3].
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. Pada
Gambar 2.4 ditunjukkan arus permukaan, arus volume dan arus kapasitif yang
mengalir pada suatu isolator.
13
Gambar 2.4 Komponen Arus Bocor pada Isolator.
Rangkaian listrik ekivalen suatu isolator ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Rangkaian ekuivalen arus bocor isolator.
Keterangan:
Ip
= arus permukaan isolator.
IV
= arus volume isolator.
Ic
= arus kapasitif yang timbul pada isolator.
IB
= arus bocor isolator.
Rp
= tahanan permukaan pada isolator.
Rv
= tahanan volume pada isolator.
C
= kapasitansi disekitar isolator.
14
Adapun arus bocor yang mengalir melalui suatu isolator adalah :
�� = �� + �� + ��
(2.1)
Karena tahanan volume relatif besar dibandingkan dengan tahanan
permukaan, maka menyebabkan arus volume dapat diabaikan. Sehingga, arus
bocor total menjadi :
�� = �� + ��
(2.2)
Dengan demikian, rangkaian ekuivalen isolator menjadi seperti pada
Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Rangkaian Ekuivalen Isolator Mengabaikan Arus Volume.
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.
15
II.1.5
Isolator terpolusi
Isolator akan dilapisi oleh polutan baik berada pada ruang terbuka maupun
tertutup. Polutan ini dapat mempengaruhi konduktivitas permukaan dari isolator
tersebut sehingga dapat menyebabkan kegagalan isolasi. Berdasarkan sifatnya
polutan terdiri dari :
•
Polutan yang bersifat konduktif
Polutan
yang
bersifat
konduktif
adalah
polutan
yang
mampu
menghantarkan arus listrik. Terdiri dari garam-garam yang mampu terurai
menjadi ion-ion misalnya NsCl, MgCl2 , Na2SO4, dan sebagainya. Dalam
suatu larutan garam-garam mudah terurai dan dapat mempengaruhi
tahanan
•
permukaan
isolator,
karena
garam-garam
tersebut
akan
membentuk suatu lapisan konduktif pada permukaan isolator.
Polutan yang bersifat inert
Polutan yang bersifat lembam (inert) merupakan bagian dari zat padat
yang tidak dapat terurai menjadi ion-ion dalam larutan, namun komponen
ini dapat menyebabkan ketahanan permukaan isolator. Zat-zat seperti
SiO2, tanah liad (kaolin) dapat membentuk suatu ikatan mekanis untuk
mengikat komponen-komponen konduktif. Ikatan mekanis yang terbentuk
akan mempersulit proses pencucian isolator. Perbedaan tingkat pengotoran
antara permukaan atas dengan permukaan bawah akan terlihat pada
isolator yang banyak mengandung komponen-komponen yang bersifat
lembam. Polutan lembam terbagi dua sifat yakni hydrophilic dan
hydrophobic.
Komponen
hydrophilic
dapat
meningkatkan
tingkat
kebasahan permukaan isolator karena kemampuan menyerap air,
contohnya tanah liad dan semen. Sedangkan komponen hydrophobic
menurunkan tingkat kebasahan isolator, karena sifat kedap air, contohnya
lemak dan oli ( minyak ), yang menyebabkan air tidak dapat menempel
pada permukaan isolator sehingga lapisan konduktif yang terbentuk tidak
kontiniyu.
16
Polutan yang terbentuk biasanya bukan hanya berasal dari keadaaan alam
namun bebereapa polutan terbentuk dari sisa aktivitas makhluk hidup. Beberapa
jenis polutan yang sangat berpengaruh terhadap tahanan permukaan isolator : [1]
•
Garam. Garam ini dapat berasal dari udara yang berhembus dari laut dan
•
yang berasal dari zat kimia di jalanan yang menguap.
•
sulfur oksida dari pabrik kimia dan sebagainya.
•
Limbah pabrik dalam bentuk gas seperti karbon dioksida, klorin dan
Kotoran burung.
Pasir di daerah gurun.
Kondisi cuaca akan mempengaruhi polusi pada permukaan isolator ini.
Angin dapat membawa garam dan pasir sampai ke permukaan isolator. Hujan
deras dapat membersihkan polutan terutama di bagian atas permukaan isolator
sedangkan gerimis, kelembaban yang tinggi, dan kabut akan membuat lapisan
polutan menjadi basah. Untuk mengurangi polusi pada permukaan isolator,
dilakukan beberapa usaha sebagai berikut : [1]
Pencucian
Isolator pada saluran maupun pada gardu induk dapat dicuci dalam
keadaan tidak bertegangan maupun saat bertegangan. Pencucian dapat
dilakukan secara otomatis dan manual seperti dengan menggunakan
helikopter. Untuk pencucian dalam keadaan bertegangan, ada 2 syarat
yang harus diperhatikan yaitu:
1. Air yang digunakan adalah air murni tanpa mineral
danmemiliki tahanan jenis lebih besar dari 50.000 O cm.
2. Urutan pencucian harus dimulai dari bawah ke atas untuk
mencegah terkumpulnya polutan.
Pelapisan (greasing/coating)
Salah satu metode untuk mencegah kegagalan isolasi pada isolator
adalah dengan melapisi permukaan isolator dengan lapisan minyak.
17
Keuntungan dari metode ini adalah mendapatkan sifat hidrofobik, yaitu
sifat bahan yang membuat permukaannya tetap kering karena air sulit
untuk menempel pada permukaannya. Bahan yang bersifat hidrofobik
yaitu minyak dan lilin. Keuntungan lainnya dari metode ini adalah
terperangkapnya atau terikatnya polutan oleh minyak dan mencegah
polutan ini basah akibat embun. Minyak yang digunakan terbuat dari
silikon atau hidrokarbon. Kekurangan metode ini adalah harus mengganti
minyak yang telah lama digunakan, biasanya dilakukan setiap tahun.
Perpanjangan sirip (extender shed)
Sirip isolator diperpanjang dengan bahan polimer seperti di
tunjukkan pada Gambar 2.7. Perpanjangan sirip ini dipasangkan pada sirip
isolator dengan menggunakan perekat dan tidak boleh ada celah udara di
antara sirip porselin dengan sirip tambahan karena akan menyebabkan
peluahan sebagian pada celah udara ini yang akan merusak polimer dan
isolator. Selain memperpanjang jarak rambat, perpanjangan sirip ini
memudahkan air yang membawa polutan akibat hujan atau embun untuk
mengalir dari permukaan isolator.
Tambahan Polimer
Sirip Porselin
Gambar 2.7 Perpanjangan Sirip yang Terpasang pada Isolator Porselin [1]
II.2
Penggolongan Tingkat Pengotoran
IEC menggolongkan bobot polusi isolator menjadi 4 tingkatan seperti
Tabel 2.1. Metode yang digunakan adalah metode ESDD (equivalent salt density
deposit). Metode ESDD dilakukan dengan mengukur konduktivitas polutan
18
kemudian
disetarakan
dengan
bobot
garam
dalam
larutan
air
yang
konduktivitasnya sama dengan konduktivitas polutan tersebut.
Tabel 2.1 Penggolongan Bobot Polusi Berdasarkan IEC 60050-815: 2000 Edisi 01
Tingkat Pengotoran
ESSD
Sangat Ringan
0 – 0.03
Ringan
0.03 – 0.06
Sedang
0.06– 0.1
Berat
>0.1
Selain standar diatas, IEC 815 juga menentukan bobot polusi dengan
metode ESDD dan tinjauan lapangan. Penentuan tingkat bobot polusi isolator
dengan metode tinjauan lapangan ditunjukkan pada Tabel 2.2 berikut :
Tabel 2.2 Tingkat Polusi Dilihat dari Lingkungannya Berdasarkan IEC 815 [2][1]
Tingkat
Polusi
Contoh Lingkungan
-
Ringan
Sedang
Wilayah dengan sedikit industri dan rumah
penduduk dengan sarana pembakaran rendah.
- Wilayah pertanian (penggunaan pupuk dapat
meningkatkan bobot polusi) dan pegunungan.
- Wilayah dengan jarak 10km atau lebih dari laut
dan tidak ada angin laut yang berhembus.
Cat : Semua kawasan terletak paling sedikit 10 – 20
km dari laut dan bukan kawasan terbuka bagi
hembusan angin langsung dari laut.
- Wilayah dengan industri yang tidak menghasilkan
polusi gas.
- Wilayah dengan kepadatan tinggi dan/atau
kawasan industri kepadatan tinggi yang sering
hujan dan/atau berangin.
ESDD
(mg/cm2)
0.06
0.20
19
Lanjutan Tabel 2.2
Tingkat
Polusi
Contoh Lingkungan
-
Berat
Sangat
Berat
II.3
-
Wilayah yang tidak terlalu dekat dengan pantai
kira kira beberapa kilometer.
Wilayah banyak industri dan perkotaan dengan
sarana pembakaran yang tinggi.
Wilayah dekat laut atau senantiasa terbuka bagi
hembusan angin laut yang kencang.
Sangat dekat pantai
Sangat dekat dengan kawasan Industri
Wilayah padang pasir dengan tidak adanya hujan
untuk jangka waktu yang lama.
ESDD
(mg/cm2)
0.60
>0.60
Isolator Rantai
Isolator rantai terdiri dari beberapa isolator piring yang disusun
secara berantai sehingga menjadi satu kesatuan isolator. Isolator rantai
seperti Gambar 2.8 biasanya digunakan untuk menggantung penghantar
transmisi tegangan tinggi pada menara- menara transmisi. Penghantar ini
digantung dengan menggunakan isolator agar penghantar tidak menyentuh
badan menara yang dibumikan. Isolator jenis ini banyak digunakan karena
pada sistem transmisi tegangan tinggi isolator ini dianggap paling effisien
untuk mengisolasi antara konduktor dengan tiang menara.
Gambar 2.8 Isolator Rantai pada Saluran Transmisi
20
Keuntungan penggunaan isolator rantai adalah :[4]
1. Biaya instalasi isolator rantai cenderung lebih murah dari isolator pin
untuk sistem dengan tegangan lebih dari 33kV.
2. Setiap unit isolator piring dirancang untuk bekerja pada tegangan
rendah. Sehingga dapat disusun agar dapat mengisolir tegangan
kerja.
3. Jika salah satu isolator piring pada suatu renteng isolator rantai
rusak. Maka kita hanya perlu mengganti isolator piring tersebut
dengan isolator yang baru.
4. Karena tersusun dari beberapa isolator piring maka isolator rantai
memiliki tingkat fleksibel yang tinggi sehingga dapat mengayun
mengikutikabel transmisi.
5. Dengan bertambahnya permintaan akan jaringan transmisi, akan
lebih menguntungkan jika menigkatkan suplai daya dengan
menaikkan tegangan transmisi. Karena tegangan transmisi naik maka
isolator pendukung yang ada juga harus disesuaikan. Dimana isolator
rantai dapat dengan mudah dinaikkan kapasitasnya dengan
menambahkan jumlah isolator piringnya.
6. Isolator rantai biasanya dipasangkan pada menara baja. Dimana
isolator rantai berada dibawah crossarm sehingga secara tidak
langsung kabel transmisi mendapatkan proteksi terhadap petir.
II.4
Distribusi Tegangan
Isolator rantai terdiri dari beberapa isolator piring yang disusun menjadi
satu rentengan. Dimana setiap unit isolator membentuk suatu susunan “konduktordielektrik-konduktor”. Oleh karena itu suatu isolator dapat juga dianggap sebagai
suatu kapasitor. Dan jika permukaan isolator kotor, maka akan muncul suatu
resistansi yang parallel dengan kapasitansi isolator. Jika beberapa isolator piring
21
disusun menjadi isolator rantai, maka akan dijumpai tiga kelompok susunan
“konduktor-dielektrik-konduktor” , masing-masing dibentuk oleh :[2] [3]
a. Kap isolator-dielektrik-fitting. Susunan ini membentuk kapasitansi
sendiri isolator (C1).
b. Kap isolator-udara-menara. Susunan ini membentuk kapasitansi kap
isolator dengan menara yang dibumikan (C2) yang disebut kapasitansi
tegangan rendah.
c. Kap isolator-udara-konduktor transmisi. Susunan ini membentuk
kapasitansi kap isolator dengan konduktor tegangan tinggi (C3) yang
disebut kapasitansi tegangan tinggi.
Sehingga jika isolator dianggap bersih maka akan didapatkan suatu
rangkaian kapasitansi seperti pada Gambar 2.9 berikut :
Logam
Logam
Logam
Menara
Logam
Logam
Gambar 2.9 Susunan Isolator Piring Membentuk Kapasitansi [2]
Seperti yang terlihat pada gambar, timbulnya C2 dan C3 maka tegangan
pada setiap unit isolator yang seharusnya sama menjadi berbeda beda dimana unit
isolator rantai yang paling dekat dengan kawat penghantar adalah unit yang
menerima tergangan paling besar dibandingkan dengan unit lain. Dan tegangan
akan semakin kecil untuk unit yang semakin jauh dari konduktor penghantar.
Metode untuk menghitung distribusi tegangan pada isolator rantai, yaitu dengan
22
metode Hukum Kirchoff. Rangkaian ekuivalen isolator rantai untuk menghitung
distribusi tegangan diperlihatkan pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Rangkaian Distribusi Tegangan Menggunakan Metode Kirchoff [2]
Hukum kirchoff pada titik (1) adalah sebagai berikut:
�11 + �31 = �21 + �12
(2.3)
Jika tegangan pada suatu kapasitor C adalah V dan frekuensi tegangan itu
adalah f, maka arus pada suatu kapasitor adalah ic =2πfCV. Dengan demikian,
persamaan dapat dituliskan sebagai berikut:
�2���1 �1 + �2���3 (��� − �1 ) = �2���2 �1 + �2���1 �2
(2.4)
23
�1 �1 + �3 (��� − �1 ) = �2 �1 + �1 �2
(2.5)
Hukum kirchoff pada titik (2) adalah:
�12 + �32 = �22 + �13
(2.6)
Atau,
�1 �2 + �3 (��� − �1 − �2 ) = �2 (�1 + �2 ) + �1 �3
(2.7)
Hukum Kirchoff pada titik (n-1) adalah sebagai berikut:
�1(�−1) + �3(�−1) = �2(�−1) + �1�
(2.8)
Atau,
�1 �(�−1) + �3 ���� − �1 − �2 − ⋯ − �(�−1) �
= �2 (�1 + �2 + ⋯ + �(�−1) + �1 ��
(2.9)
Jika jumlah isolator piring adalah n, maka hukum Kirchoff akan
memberikan (n-1) persamaan. Di samping (n-1) persamaan itu masih ada satu
persamaan tegangan yang diperoleh, yaitu:
��� = �1 + �2 + �3 + ⋯ + ��
(2.10)
24
Sehingga ada n persamaan dengan n tegangan (V) yang tidak diketahui. Dengan
demikian, V1, V2, V3,..........,V(n-1) dan Vn dapat dihitung. Namun jika isolator ini
terpolusi maka akan muncul nilai tahanan yang parallel dengan nilai kapasitansi .
Gambar 2.11 Rangkaian Ekuivalen Distribusi Tegangan Isolator Rantai Dalam Kondisi
Terpolusi
Rangkaian isolator yang terpolusi seperti pada Gambar 2.11 dimana nilai
kapasitansi dan resistansinya paralel sehingga impedansi total yang terdapat pada
isolator dapat diturunkan menjadi :
1
1
1
=
+
�
�� �
�=
��. �
�� + �
1
��� . �
�=
1
+ �
���
(2.11)
(2.12)
(2.13)
25
�=
�=
�
1 + ���. �
�
1 + �2��� . �
(2.14)
(2.15)
Isolator dengan lapisan pengotor tipis yang bersifat konduktif akan
memiliki konduktifitas permukaan merata pada setiap titik. Jika dimisalkan
lapisan pengotor dengan ketebalan h, konduktivitas permukaan isolator dapat
didefenisikan sebagai berikut dimana:
�� = � . ℎ
(2.16)
Dimana : σ = konduktivitas spesifik
Dengan demikian resistivitas permukaan adalah
Dan tahanan total permukaan adalah
�� =
�
ℎ
� = �.
�� = �
(2.17)
�
�
(2.18)
��
�[(� + ℎ)2 − � 2 ]
�� = �
��
�(2�ℎ + ℎ2 )
(2.19)
(2.20)
Untuk lapisan pengotor yang tipis ( h < r ), maka :
�� = �� ℎ
��
2��ℎ
(2.21)
26
��
2��
�� = �� ℎ
(2.22)
Untuk jarak lapisan L, tahanan permukaan total adalah :
�
� = � ��
(2.23)
0
�
��
2��
� = �� �
0
�
� = �� �
0
Dimana :
L = jarak rayap permukaan
��
��
(2.24)
(2.25)
dl = elemen jarak rayap permukaan
D = diameter permukaan pada dl
Jika diameter efektif isolator dapat didefinisikan dengan :
���� =
Sehingga tahanan permukaan adalah :
�=
�
� ��
∫0 ��
�� �
�����
(2.26)
(2.27)
Untuk menentukan tahanan permukaan suatu lapisan maka didefinisikan faktor
bentuk dengan persamaan berikut :
�� = �
�
0
��
��
(2.28)
27