BAB I LATAR BELAKANG
1.1
Pendahuluan Kebutuhan akan energi listrik yang handal dan kontinyu semakin meningkat
seiring dengan pertumbuhan beban. Penyaluran energi listrik diharapkan dapat berlangsung secara aman dan efisien sepanjang waktu. Salah satu solusi yang dapat dilakukan untuk menyalurkan listrik secara efisien adalah dengan menerapkan tegangan tinggi pada saluran transmisi. Dengan tingginya tegangan, untuk nilai daya yang disalurkan sama, maka arus yang mengalir pada saluran akan lebih rendah, ini artinya rugi-rugi daya yang dihasilkan juga semakin kecil. Cara ini sering digunakan dalam bidang sistem tenaga listrik, listrik tegangan tinggi digunakan untuk mentransmisikan daya yang sangat besar pada jarak yang sangat jauh. Namun dengan menggunaan listrik bertegangan tinggi memiliki resiko yang lebih membahayakan lingkungan dan peralatan itu sendiri dibanding saat penyaluran dengan tegangan rendah. Listrik tegangan tinggi dapat menimbulkan percikan api yang dapat menimbulkan kebakaran. Untuk makhluk hidup, listrik tegangan tinggi berbahaya karena dapat menyebabkan sengatan listrik. Oleh karena itu, peralatan tegangan tinggi membutuhkan suatu sistem isolasi yang memisahkan dan melindungi tegangan tinggi dengan komponen peralatan dan dengan lingkungan.
1
Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalam suatu sistem tenaga listrik. Fungsi isolator adalah memisahkan bagian yang bertegangan dan yang tidak bertegangan serta mencegah terjadinya aliran arus dari kawat penghantar ke bagian bodi menara atau tiang. Jika tegangan transmisi semakin tinggi, maka peralatan transmisi dan gardu induk membutuhkan isolasi yang volumenya semakin banyak agar peralatan mampu memikul tegangan tinggi tersebut. Sistem tenaga listrik mulai pembangkitan, saluran transmisi sampai dengan pendistribusian tenaga listrik kepada pelanggan memerlukan suatu pengaman (isolator) agar sistem tersebut aman. Permasalahan efisiensi pada pengiriman, penyaluran dan pemakaian daya listrik merupakan fokus utama setiap pusat pembangkit listrik. Jaringan sistem tenaga listrik diharapkan sedapat mungkin terjadi suatu keseimbangan antara sistem pembangkitan dan sistem beban sehingga diperlukan suatu sistem penyaluran yang efisien dan maksimal, yaitu menggunakan materi dan peralatanperalatan yang juga memiliki efisiensi yang tinggi. Salah satu bagian penting peralatan tegangan tinggi adalah bagian isolasinya, isolasi yang baik diharapkan memiliki beberapa sifat seperti breakdown strength tinggi, resistivitas tinggi, losses rendah. Selain nilai tegangan, kinerja isolator juga dipengaruhi kondisi lingkungan, seperti suhu, kelembaban, dan kering atau basahnya isolator. Oleh karena itu, dalam skripsi ini penelitian dilakukan dengan membandingkan pengaruh lingkungan tersebut.
2
Persoalan lain yang kerap terjadi jika digunakan tegangan yang lebih tinggi adalah semakin tinggi juga kemungkinan terjadinya arus bocor dan peristiwa korona. Arus bocor terjadi karena tegangan yang diberikan melebihi kekuatan dadal medan listrik dari sekitar isolator, sehingga arus yang seharusnya ditahan oleh isolator menjadi lolos dan menyebabkan kebocoran arus. Korona adalah pelepasan efek ionisasi di udara. Korona menyebabkan rugirugi daya dan dampak negatif terhadap lingkungan berupa Audible noise (AN). Korona terjadi secara bertahap. Pertama, saat tegangan dinaikkan, kawat akan terlihat bercahaya. Lalu akan dihasilkan derau atau suara mendesis dan mengerluarkan bau ozon. Semakin tinggi tegangan korona yang dihasilkan, dapat menimbulkan pancaran cahaya yang merepresentasikan banyaknya rugi daya yang terjadi. Karena kerugian ini maka lucutan korona pada umumnya tidak diinginkan dalam suatu jaringan sistem tenaga listrik. Oleh karena itu pengamatan terjadinya korona penting untuk mengurangi kerugian pada suatu sistem tenaga listrik. Tegangan awal terjadinya korona atau corona inception voltage dapat dijadikan acuan awal ketahanan suatu isolator dalam menahan tegangan yang diberikan. Dalam skripsi ini akan dilakukan penelitian yang berkenaan dengan corona inception voltage untuk melihat ketahanan suatu isolator dalam menahan korona dilihat dari waktu terjadinya dan besar tegangannya. Korona yang akan diamati berupa suara yang direkam melalui alat bantu kamera. Kemudian suara yang terekam dilihat bentuk gelombangnya dan
3
dibandingkan saat isolator dalam kondisi dan kering. Variabel yang diamati adalah tegangan dan tenggat waktu terjadinya korona. Kamera, selain dapat digunakan untuk memotret, dapat juga digunakan untuk merekam. Dan korona dapat diamati baik audio maupun visualnya. Ketika disiang hari efek korona yang dapat diamati adalah suaranya. Dan alat sederhana yaitu kamera dapat merekam hal tersebut. Teknologi sekarang berkembang pesat, sehingga sebagai engineer kita harus mengikuti perkembangannya untuk kemajuan penelitian dunia kelistrikan. Material isolator yang umum digunakan di Indonesia, yaitu keramik dan kaca. Isolator yang biasa digunakan pada saluran udara yang dioperasikan pada tegangan tinggi adalah bahan porselin, bahan kaca, dan bahan polimer. Pada penelitian ini akan digunakan isolator dengan bahan kaca berwarna biru kelabu. Isolator kaca dipilih karena isolator kaca ini banyak digunakan pada tegangan rendah yang berhubungan langsung dengan konsumen, sehingga akan diamati kerugian akibat arus bocor dan korona, selain terhadap penyedia energi listrik juga terhadap konsumen secara langsung. Menurut latar belakang yang telah diuraikan diatas, maka pada skripsi ini dilakukan penelitian terhadap isolator yang disusun seri untuk mengetahui ketahanannya terhadap tegangan yang diberikan dilihat dari besarnya arus bocor. Serta meneliti awal terjadinya korona untuk tiap cacah isolator kaca seri. Dengan penelitian ini diharapkan dapat memberikan rekomendasi jumlah isolator yang tepat untuk tiap tegangan yang akan diaplikasikan agar rugi-rugi bagi seluruh pihak, penyedia jasa listrik dan konsumen, dapat diminimalkan.
4
1.2
Rumusan Masalah Pada penelitian ini akan diamati besarnya nilai arus bocor untuk tiap cacah
isolator kaca seri yang terjadi dilihat pengaruhnya terhadap suhu, kelembaban, kondisi kering dan basahnya isolator, serta besarnya tegangan uji yang diberikan. Kondisi basah isolator disebabkan karena hujan secara alami dan penyemprotan pada isolator dengan air hujan yang telah ditampung menggunakan spray Serta akan diamati fenomena korona secara audibel sehingga akan didapat corona inception voltage untuk tiap cacah isolator kaca seri. Suara korona diamati menggunakan kamera SLR. Hal yang diamati dari korona adalah tegangan awal dimana korona mulai terjadi serta tenggat waktu korona terjadi setelah tegangan dinaikkan. Tegangan dinaikkan setiap 10 kV. Isolator kaca biru kelabu yang digunakan berjumlah 5 buah dengan diameter 26 cm. 1.3
Batasan Masalah Batasan masalah pada skripsi ini adalah : 1. Isolator yang diamati adalah isolator kaca berdiameter 26 cm. 2. Jumlah isolator seri sampai dengan 5 buah, untuk melihat trend hasil arus bocor serta korona. 3. Pengujian menggunakan transformator step up 400 kV. 4. Penelitian dilakukan dengan menaikkan tegangan setiap 10 kV. 5. Penelitian yang dilakukan adalah ketahanan isolator kaca terhadap tegangan tinggi AC menyangkut karakteristik arus bocor karena pengaruh variasi cacah isolator kaca seri.
5
6. Arus bocor yang terjadi dari tiap lapisan isolator kaca yang disusun seri karena pengaruh variasi suhu, kelembaban dan kondisi dari isolator kaca. 7. Suhu dan kelembaban yang didapat adalah mengikuti kondisi lingkungan uji. Kondisi isolator yang diamati dalam kondisi kering dan basah. 8. Fenomena korona yang diamati secara audibel karena pengaruh variasi cacah isolator kaca seri, kelembaban, dan suhu. Korona diamati secara audibel karena pengujian dilakukan pada siang hari, sehingga efek lain dari korona tidak dapat diamati dengan alat yang tersedia. 9. Fenomena korona difokuskan pada corona inception voltage atau tegangan awal terjadinya korona dan waktu terjadinya. Karena keterbatasan alat, maka besar tegangan secara tepat tidak dapat didapatkan, dalam skripsi ini akan didapat data range tegangan dimana korona dimulai. 10. Pengujian korona dilakukan pada ruang terbuka, sehingga hasil suara yang terekam tidak bisa terhindar dari adanya noise. 11. Analisis fenomena korona dilakukan dengan perekaman menggunakan kamera Canon 1100 D dan melihat kekuatan suara nya dengan menggunakan software Wavepad. Karena keterbatasan alat, maka patokan awal tegangan terjadinya korona berdasarkan pendengaran penulis, didukung oleh hasil paparan gelombang yang ditunjukkan dengan menggunakan software Wavepad.
6
12. Software wavepad digunakan untuk memaparkan bentuk gelombang yang dihasilkan, sehingga dapat dilihat waktu awal terjadinya korona. Melalui software ini tidak dapat dilihat besar amplitudo yang terjadi, sehingga amplitudo tidak dibahas dalam penelitian ini. 13. Pada skripsi ini tidak dilakukan pengujian terhadap tegangan flashover isolator kaca karena dapat mengganggu kestabilan sistem kelistrikan di Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Infomrasi, Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada. 1.4
Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui ketahanan isolator kaca yang
disusun seri dilihat dari besarnya arus bocor yang terjadi ketika diberi variasi tegangan yang besarnya terus meningkat. Selain memberikan variasi tegangan, variasi suhu dan kelembaban juga diberikan, karena keterbatasan alat, maka suhu dan kelembaban yang digunakan adalah kondisi lingkungan, bukan menggunakan chamber. Kondisi isolator saat pengamatan adalah saat kondisi basah dan kering, sehingga dapat diamati pengaruh adanya polutan air terhadap besarnya arus bocor. Basah merupakan kondisi dimana isolator diguyur hujan, baik secara alami, maupun secara buatan dengan disemprot air hujan tampungan. Penelitian ini juga mengamati corona inception voltage atau tegangan awal terjadinya korona dengan alat yang sederhana. Penelitian ini dilakukan secara audibel dengan menggunakan microphone pada kamera Canon 1100 D. Pengujian ini juga diberikan variasi cacah isolator kaca seri, tegangan uji, suhu, kelembaban, serta kondisi isolator. Dari hasil penelitian yang ada dapat digunakan
7
sebagai acuan ketahanan isolator kaca yang digunakan dalam menahan besarnya tegangan dan lama terjadinya setelah tegangan diaplikasikan, dilihat dari berbagai faktor, termasuk kondisi lingkungan yang ada. Dari penelitian ini diharapkan dengan alat yang sederhana dapat diperoleh data mengenai suara korona. Dan mengetahui cara terbaru untuk mendapatkan hasil korona selain dengan alat-alat yang sudah ada, dan mengikuti teknologi yang ada. Seperti dengan kamera SLR yang akhir-akhir ini sedang berkembang pesat. 1.5
Metodologi Penelitian Metode penelitian yang digunakan : a. Pengujian arus bocor dengan variasi cacah isolator kaca yang dipasang seri dan variasi tegangan uji, dengan melihat pengaruh suhu, kelembaban, dan variasi kondisi isolator kaca. Arus bocor ditangkap dengan menggunakan multimeter yang tersambung pada rangkaian. Multimeter yang digunakan adalah multimeter digital. b. Pengujian corona inception voltage dengan variasi cacah isolator kaca seri dan variasi tegangan dengan merekam suara korona yang terjadi menggunakan kamera Canon 1100 D dan diamati bentuk gelombang suara terekam dengan menggunakan software Wavepad. Kamera diletakkan 2,5 m dari isolator yang tersambung dengan trafo. Kamera diletakkan 2,5 m untuk menghindari kerusakan alat akibat gelombang magnetik yang dihasilkan oleh korona.
8
1.6
Sistematika Penulisan Secara keseluruhan, penulisan ini terjadi dari lima bagian besar yang
disajikan dalam bentuk bab, dengan rincian sebagai berikut : a. Bab I PENDAHULUAN Berisi tentang pendahuluan, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan. b. Bab II TINJAUAN PUSTAKA Mengenai teori dasar yang digunakan untuk mendukung pembahasan pada bagian selanjutnya, yang diperoleh dari studi literatur, internet, maupun konsultasi dengan dosen pembimbing dan laboran. c. Bab III METODOLOGI Menunjukkan diagram alir, alat dan bahan yang digunakan untuk penelitian, metode penelitian, serta langkah-langkah yang dilakukan untuk mendapatkan data. d. Bab IV HASIL dan PEMBAHASAN Pada bab ini akan menunjukkan hasil dari pengujian, serta pembahasan data hasil pengujian. Disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Disini akan dibahas mengenai pengaruh berbagai keadaan lingkungan terhadap nilai arus bocor dan membandingkan berbagai grafik yang dihasilkan dari suara korona. e. Bab V KESIMPULAN dan SARAN Berisi kesimpulan dari penelitian yang sudah dilakukan serta saran.
9
