BAB II LANDASAN TEORI

8

BAB II LANDASAN TEORI

2.1

Umum Tujuan utama penggunaan isolasi adalah sebagai sarana pengaman, yaitu

untuk memisahkan dua buah penghantar atau lebih yang saling berdekatan sehingga tidak terjadi kebocoran arus atau lompatan api (flashover) antar penghantar tersebut. Kemampuan isolator menahan kebocoran arus berbeda-beda, tergantung pada jenis bahan isolator tersebut, struktur bahan, proses pengolahan/pembuatan serta perlakuan mekanis terhadap isolator pada waktu penyimpanan maupun pada saat instalasi. Banyak ragam bahan isolasi yang digunakan dalam sistem tenaga listrik. Salah satu bahan isolasi yang sering digunakan adalah jenis dari polimer. Bahan polimer banyak dipakai karena mudah pembuatannya bahkan untuk bentuk-bentuk yang komplek, ringan dan mempunyai sifat dielektrik yang bagus, karena sifat tersebut bahan polimer yang banyak digunakan sebagai bahan isolasi kabel. Pemakaian kabel dalam instalasi listrik, ketahanan isolasi kabel akan mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya umur pemakaian kabel. Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh lingkungan yang menyebabkan terjadinya serubahan sifat-sifat bahan penyusun isolator kabel tersebut. Faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi perubahan tersebut antara lain : temperatur, kelembaban udara, maupun adanya polutan pada udara. Temperatur dapat mempengaruhi ketahanan isolasi karena perubahan temperatur dapat menyebabkan perunahan struktur bahan

9

isolator sehingga sifat-sifat isolasinya juga mengalami perubahan. Kelembaban berpengaruh terhadap isolasi karena beberapa bahan isolasi mempunyai sifat agak menyerap air, sehingga pada lingkungan yang lembab ketahanan isolasi akan berkurang. Polutan sangat berpengaruh pada isolator karena dapat mempercepat proses kerusakan isoasi.

2.2

Kabel Dalam Sistem Tenaga Listrik Kabel merupakan komponen sistem tenaga listrik yang digunakan untuk

menyalurkan energi listrik dari sumber ke beban. Energi yang dinikmati pelanggan telah menempuh perjalanan melalui kabel sepanjang ratusan bahkan ribuan kilometer. Kabel-kabel yang dilalui energi listrik sangat banyak ragam dan jenisnya. Masingmasing kabel mempunyai bahan, ukuran dan karakteristik yang berbeda-beda.

2.2.1

Bahan Penyusun Kabel Secara umum kabel tersusun atas empat bahan, yaitu konduktor, pengisolasi,

tabir pelindung (screen) dan pelapis (armor). Keempat bahan tersebut tidak selalu terdapat pada suatu jenis kabel. Penggunaan susunan tersebut tergantung pada tekanan-tekanan yang akan dialami kabel pada saat digunakan dalam instalasi. Aplikasi dengan tekanan elektris, mekanis dan termal yang cukup kecil seperti pada instalasi tegangan rendah biasanya terdiri atas konduktor dan pengisolasi, meskipun untuk aplikasi tertentu ada yang menggunakan lapisan tembahan, sedangkan tabir pelindung dan pelapis biasanya digunakan pada kabel-kabel yang mengalami tekanan

10

elektris, mekanis dan termal yang tinggi seperti pada aplikasi tegangan menengah dan tegangan tinggi.

2.2.1.1 Konduktor Konduktor merupakan komponen utama dari kabel yang dapat menyalurkan energi listrik berupa arus dan tegangan dari sumber beban. Karena fungsinya ini, maka konduktor harus mempunyai kemampuan hantar yang tinggi atau mempunyai hambatan/resistivitas

yang

kecil.

Berdasarkan

pertimbangan

tersebut

tanpa

mengesampingkan faktor biaya, maka bahan yang sering dipakai sebagai bahan konduktor adalah alumnium dan tembaga. Dalam tabel 2.1 diperlihatkan perbandingan resistivitas dari beberapa bahan konduktor. Sebagai bahan penghantar untuk kabel listrik digunakan tembaga atau aluminium. Tembaga yang digunakan untuk penghantar kabel umumnya tembaga elektrolitis dengan kemurnian sekurang-kurangnya 99,9%. Tahanan jenis tembaga lunak hantaran listrik telah dibakukan secara internasional, yaitu tidak boleh melebihi: 1 58 = 0,017241 ohm mm 2 m pada 20 C Atau sama dengan daya hantar sekurang-kurangnya : 58 siemens = 100% International Annealed Copper Standart (IACS) Aluminium untuk penghantar kabel berisolasi harus juga aluminium murni. Umumnya digunakan aluminium dengan kemurnian sekurang-kurangnya

99,5%.

11

Tahanan jenis aluminium lunak untuk hantaran listrik juga telah dibakukan, yaitu tidak boleh melebihi : 0,028264 ohm mm 2 m pada 20 C Atau sama dengan daya hantar sekurang-kurangnya 61% IACS. Daya hantar aluminium juga dipengaruhi oleh keadaan kekerasannya, tetapi tidak sebesar daya hantar tembaga. Aluminium lunak dengan daya hantar 61 % IACS, memiliki kuat tarik 60 – 70 N m m 2 . Daya hantar aluminium keras, dengan kuat tarik 150 – 195 N m m 2 , hanya kira-kira 1 % lebih rendah daripada daya hantar aluminium lunak.

Tabel 2.1 Resistivitas beberapa konduktor pada suhu 20 C Bahan

(

Resistivitas, ρ µ Ω − cm

Tembaga

1,73

Aluminium

2,83

Sodium

4,68

Timah

21,50

Baja

10,20

)

2.2.1.2 Isolasi Isolasi merupakan bahan penyusun kabel yang berfungsi untuk memisahkan konduktor kabel dengan bahan konduktor yang lain, sehingga tidak terjadi kebocoran arus dari konduktor kabel ke bahan konduktor yang lain disekitarnya. Oleh karena itu,

12

isolasi harus mempunyai sifat tidak menghantar atau mempunyai resistivitas yang tinggi. Salah satu bahan isolasi yang saat ini banyak dipakai adalah bahan jenis polimer.

2.2.1.3 Tabir Pelindung (Screen) Tabir pelindung mempunyai fungsi dan bahan yang berbeda-beda. Kabel yang berisolasi kertas, screen konduktor berfungsi untuk mengurangi konsentrasi tekanan yang diakibatkan oleh untai konduktor. Bahan yang digunakan sebagai screen adalah aluminium

foil

atau

pita

kertas

karbon

semikonduktif.

Ada

juga

yang

mempergunakan screen sebagai proteksi terhadap tekanan mekanis, meminimalkan lucutan permukaan, membatasi interverensi elektrostatis dan elektromagnetik serta mencegah masuknya uap lembab kedalam isolasi kabel. Sedangkan pada kabel yang berisolasi polimer, konduktor dan isolasinya dilengkapi dengan tabir pelindung semikonduktor yang berfungsi untuk meratakan medan listrik disekitar konduktor, menjaga kontak antara konduktor dan isolator sepanjang ekspansi dan kontraksi yang disebabkan siklus beban dan mencegah kerusakan yang parah pada isolasi.

2.2.1.4 Pelapis (Armor) Pelapis (armor) yang dibutuhkan pada kabel yang mengalami tekanan mekanis. Armor biasanya tediri dari atas pita baja atau kawat baja, tetapi ada juga yang menggunakan perunggu dengan maksud untuk mengurangi rugi-rugi histeresis

13

dan rugi-rugi arus eddy pada armor. Untuk mencegah terjadinya korosi, armor biasanya dilapis dengan PVC pada bagian terluarnya.

2.2.2

Klasifikasi Kabel Pada umumnya penghantar listrik dibuat dari bahan logam yang terbuat dari

tembaga dan aluminium, penggunaan dan pemilihan logam tersebut karena telah memenuhi standar teknik. Dalam standar teknik tersebut penghantar listrik dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

2.2.2.1 Klasifikasi menurut kekerasan Berdasarkan kekerasannya jenis penghantar tembaga dan aluminium dapat dibagi menjadi 4 golongan, yaitu: a) Bare Cooper Conductor Half (BBC 1/2H) Penghantar jenis ini disebut juga penghantar tembaga setengah keras. Umumnya dipergunakan untuk jaringan listrik yang tidak direntangkan dengan mendapat daya tarik yang tinggi. Penghantar jenis ini memiliki gaya/tegangan tari putusya dibawah 41 Kg/mm2.

14

b) Bare Cooper Conductor Hard (BBC) Penghantar ini disebut juga penghantar tembaga keras. Penghantar jenis ini dapat dipergunakan sebagai jaringan listrik yang direntang yang mendapat gaya tarik cukup tinggi dan memiliki gaya/tegangan tarik putus > 41 Kg/mm2.

c) All Aluminium Conductor (AAC) Penghantar ini disebut juga penghantar aluminium murni. Pada umumnya penghantar jenis ini dipakai untuk keperluan tertentu missalnya penghantar listrik pada lemari pembagi karena kemampuan tarik putusnya sangat rendah yaitu sekitar 18 Kg/mm2.

d) All Aluminium Alloy Conductor (AAAC) Pengahantar jenis ini disebut juga penghantar aluminium campuran. Penggunaan penghantar ini hampir sama dengan penghantar AC, hanya tegangan tarik putusnya lebih besar yaitu 28 Kg/mm2.

e) Aluminium Conductor Steel-Reinforced (ACSR ) Penghantar jenis ini disebut juga kawat penghantar aluminium ber-inti baja.

f) Aluminium Conductor Alloy-Reinforced (ACAR) Penghantar jenis ini disebut juga kawat penghantar aluminium yang diperkuat dengan logam campuran.

15

2.2.2.2 Klasifikasi menurut bentuk (kontruksi) Berdasarkan bentuknya maka bentuk-bentuk penghantar listrik sebagai berikut: a) Penghantar listrik bentuk pejal (Solid) Penghantar bentuk pejal sering kita jumpai pada kabel-kabel yang biasa dipasang pada jaringan instalasi rumah. Dalam penggunaannya kabel atau kawat yang mempunyai bentuk pejal ini memiliki diameter sampai ± 6,8 mm atau dengan penampang 10 mm2. Ukuran ini dimaksudkan untuk memudahkan dalam penggulungan dan pemasangannya.

Gambar 2.1 Penghantar Listrik Bentuk Pejal

b) Penghantar listrik bentuk berlilit Penghantar bentuk berlilit pada umumnya terdiri dari beberapa isian yang dipasang berlilit. Jenis penghantar ini mempunyai ukuran dimulai dari 1 mm2 sampai 50 mm2 dengan tujuan agar memudahkan dalam penggulungan dan pemasangan. Kabel atau penghantar berlilit banyak dipergunakan sebagai kabel arus yang dipakai menghubungkan satu unit ke unit lainnya.

16

Gambar 2.2 Penghantar Listrik Bentuk Berlilit

c) Penghantar listrik kawat serabut Bentuk fisik penghantar serabut pada umumnya lentur dan fleksibel dan banyak dipergunakan pada bagian-bagian yang sulit dan sempit seperti pada rangkaian instalasi listrik kendaraan bermotor mobil atau motor

Gambar 2.3 Penghantar Listrik Kawat Serabut

2.2.2.3 Klasifikasi menurut jumlah penghantar Klasifikasi menurut jumlah penghantar masudnya adalah kabel tersebut dapat dipakai untuk satu, dua atau beberapa macam penghantar misalnya untuk bagian fasanya saja, untuk fasa dengan netral atau fasa R, S, T dan netral. Berdasar pada jumlah penghantar, maka penghantar listrik dapat dibagi menjadi:

17

a) Penghantar Listrik Simplex Penghantar atau kabel simplex adalah kabel penghantar yang berfungsi untuk menghantarkan satu aliran listrik saja sebagai contoh misalkan bagian fasanya saja atau bagian netralnya saja. Penghantar ini mempunyai isolasi. Jenis kabel ini contohnya seperti NYA, NYM dan NYY.

Gambar 2.4 Penghantar Listrik Simplex

b) Penghantar Listrik Duplex Penghantar atau kabel duplex adalah penghantar yang dapat menghantarkan dua macam aliran listrik, misalkan fasa dengan fasa atau fasa dengan netral. Penghantar ini mempunyai isolasi yang diselubungi dengan bahan pelindung. Contoh kabel dari jenis ini adalah NYM dan NYY.

Gambar 2.5 Penghantar istrik Duplex

18

c) Penghantar listrik Triplex Penghantar listrik triplex adalah penghantar listrik atau kabelyang dapat menghantarkan 3 (tiga) macam aliran listrik seperti R, S, T dengan netral dan hubungan tanah. Contoh jenis kabel ini adalah NYM, NYY dan NYMHY

Gambar 2.6 Penghantar Listrik Triplex

d) Penghantar Listrik Quadruplex Penghantar listrik quadruplex adalah penghantar atau kabel yang dapat menghantarkan 4 macam aliran seperti fasa R, S, T dan hubungan tanah. Contoh jenis abel ini adalah NYM, NYY dan NYMHY.

Gambar 2.7 Penghantar Listrik Quadruplex

2.2.2.4 Klasifikasi menurut jenis isolasi Kabel-kabel yang banyak kita jumpai dipasaran memiliki isolasi baik yang tebuat dari karet maupun plastik dengan berbagai bentuk dan ukurannya. Selain

19

isolasi ada juga kabel-kabel yang dilengkapi dengan semacam perisai dan bentuk pengaman lainnya. Jenis kabel itu antara lain adalah sebagai berikut: a) Kabel NGA Kabel NGA termasuk jenis kabel yang banyak dipergunakan sebagai penghantar dalam instalasi listrik. Arti NGA adalah sebagai berikut: N

: Normal artinya penghantar terbuat dari tembaga

G

: Gummi artinya termasuk jenis kabel yang banyak terbuat dari karet.

A

: Ader artinya terdiri dari satu penghantar

Jenis kabel NGA jarang dipakai, hal ini disebabkan karena daya tahannya tidak tahan lama, selain harganya mahal, sehingga tidak diproduksi lagi.

Gambar 2.8 Jenis Kabel NGA

b) Kabel NYA Kabel NYA adalah jenis kabel yang banyak dipergunakan dalam pemasangan instalasi karena selain harganya murah juga mudah dalam pengerjaannya dan

20

berperan mengganti kabel NGA yang sudah tidak diproduki lagi. Istilah NYA dapat diartikan sebagai berikut: N

: Normal artinya penghantar terbuat dari tembaga

Y

: Isolasi PVC yaitu Pollyvinyl Chlorida

A

: Ader artinya terdiri dari satu penghantar

Gambar 2.9 Jenis Kabel NYA

c) Kabel NYM 3 x 2,5 mm2 Kabel NYM pada umumnya terdiri dari bebrapa buah kabel yang banyaknya disesuaika dengan kebutuhan, misalnya berisi dua atau tiga kabel jenis NYA. Istilah NYM mempunyai arti sebagai berikut: N

: Normal artinya penghantar terbuat dari tembaga

Y

: Isolasi PVC yaitu polyvynyl Chlorida

M

: artinya selubung kabel terbuat PVC

3 x 2,5 mm2

: artinya kabel tersebut mempunyai 3 penghantar yang masingmasing berukuran 2,5 mm2.

21

Gambar 2.10 Jenis Kabel NYM 3 x 2,5 mm2

d) Kabel Snur Kabel Snur adalah kabel yang terdiri dari beberapa saluran penghantar. Tiap saluran penghantar terdiri dari kawat halus yang dibungkus dengan isolasi yang terbuat dari karet. Saluran-saluran tersebut antara satu dengan lainnya dipasang sejajar dan kemudian dimasukkan kedalam selongsong yang terbuat dari kapas dan kemudian dibungkus lagi dengan bahan yang terbuat dari anyaman benang. Perlu juga diakui kabel snur biasanya dilengkapi dengan tali penguat yang bentuknya kecil dan berfungsi untuk menahan beban karena snurnya sendiri tidak menahan beban.

Gambar 2.11 Jenis Kabel Snur

22

2.2.2.5 Klasifikasi berdasarkan rating tegangan dari kabel a) Kabel Tegangan Rendah Dalam pusat listrik terdapat kabel tegangan rendah untuk menyalurkan daya dan kabel tegangan rendah untuk keperluan pengawatan sekunder dan untuk keperluan kontrol. Kabel tegangan rendah untuk menyalurkan daya ada yang mempunyai luas penampang konduktor 2,5 mm2 (terbuat dari tembaga) sampai luas penampang 150 mm2 (terbuat dari tembaga ataupun aluminium) dimana yang mempunyai penampang 2,5 mm2 digunakan untuk keperluan lampu penerangan sedangkan yang mempunyai luas penampang diatas 10 mm2 (terbuat dari tembaga) digunakan untuk motor-motor listrik. Kabel aluminium dengan penampang sampai 150 mm2 umumnya digunakan sebagai kabel sisi tegangan rendah transformator pemakaian sendiri. Semua kabel penyalur daya, terutama yang melalui tempat terbuka harus diperhitungkan terhadap tekanan mekanis dan bila perlu diletakkan dalam saluran kabel (cable duck) atau dalam pipa. Hal ini untuk memperkecil risiko kebakaran karena hubung singkat. Kabel tegangan rendah untuk pengawatan sekunder dan kontrol umumnya dipasang dalam panel yang terlindung dan dalam saluran kabel, tidak melalui tempat terbuka. Berdasarkan pertimbangan, maka isolasi kabel daya berbeda dengan isolasi kabel pengawatan sekunder maupun kabel kontrol. Dalam perkembangannya isolasi kabel tegangan rendah mulai dari isolasi yang terbuat dari karet. Sekarang banyak digunakan karet buatan atau campuran karet

23

alam dengan bahan kimia tertentu yang disebut isolasi tipe protodur. Untuk kabel daya harus ada lapisan penguat, terutama jika dipasang didalam rumah, lapisan penguat ini biasanya lapisan PVC (PolyVynilChlorida) san pelat baja.

b) Kabel Tegangan Tinggi Kabel tegangan tinggi (diatas 1kV) yang umumnya dipasang dalam tanah, pada mulanya menggunakan isolasi kertas yang diserapi minyak (oil impranated). Untuk tegangan diatas 70 kV, digunakan minyak bertekanan sebagai isolasi. Dalam perkembangannya, banyak digunakan isolasi cross link polyethylene yang dalam praktek disebut sebagai isolasi XLPE. Kabel dengan isolasi XLPE telah bisa mencapai tegangan 400kV. Hal-hal yang perlu diperhatikan pada pemakaian kabel berisolasi XLPE adalah isolasi XLPE tidak tahan air dan sinar matahari. Oleh karena itu, kabel berisolasi XLPE perlu dilapisi isolasi PVC yang kedap air sebagai pelindung luarnya. Disamping itu, isolasi XLPE tidak tahan tegangan searah sebesar nilai nominal tegangan bolak-baliknya. Dengan penggunaan kabel berisolasi XLPE, proses penyambungan kabel menjadi lebih mudah dibandingkan penyambungan kabel berisolasi kertas dengan resapan minyak maupun dengan kabel berisolasi minyak bertekanan. Ada 4 macam teknik penyambungan kabel berisolasi XLPE, yaitu:

24

•

Teknik Molding Kabel yang akan disambung secara mekanik dihubungkan terlebih dahulu

dalam kotak sambung. Kemudian dua cairan calon isolasi dimasukkan kedalam kotak sambung ini. Dua cairan ini setelah bercampur dalam kotak sambung akan mengeras menjadi isolasi.

•

Teknik Premolded Isolasi yang akan dipasang dalam kotak sambung telah dicetak terlebih

dahulu, kemudian penyambungan konduktor kabel dilakukan dalam kotak sambung dengan menuruti alur yang telah dibuat oleh isolasi tersebut diatas.

•

Teknik Panas Ciut (Heat Strink) Isolasi berupa bahan tipis dan fleksibel diselongsongkan pada konduktor

kabel yang akan disambung. Selongsong isolasi ini kemudian dipanasi dan setelah selesai pemanasan akan menciut lalu mencengkeram konduktor kabel bersangkutan, kemudian sambungan konduktor kabel ini diletakkan dalam kotak sambungan yang kedap air dan kotak sambung ini berfungsi juga sebagai pelindung mekanis.

•

Teknik Slip-On Konduktor kabel yang akan disambung dimasukkan kedalam bahan isolasi

yang berlubang sesuai dengan ukuran konduktor kabel, melalui proses slip-on

25

dimasukkan secara paksa sehingga terjadi sambungan yang kedap air. Kotak sambung berfungsi melindungi air, merendam sambungan dan melindungi sambungan ini terhadap tekanan mekanis.

2.3

Kabel Tegangan Rendah

2.3.1

Standarisasi Kabel Ada banyak kabel yang beredar dipasaran, baik jenis, ukuran maupun pabrik

pembuatannya. Untuk itu diperlukan adanya standarisasi agar kabel yang dipasarkan kepada konsumen memenuhi beberapa kriteria kualitas sehingga mutu, keawetan dan keamanan kabel pada saat digunakan dalam instalasi listrik dapat terjamin. Beberapa kriteria yang digunakan sebagai ukuran standarisasi kabel antara lain: •

Standar bahan baku yang digunakan baik untuk penghantar maupun isolasi. Untuk penghantar harus memenuhi nilai tahanan jenis yang ditetapkan, sedangkan untuk isolasi harus menggunakan bahan yang sesuai dengan jenis kabel yang dimaksud.

•

Standar kontruksi yang meliputi bentuk, susunan dan ukuran penghantar. Untuk isolasi, tebalnya harus merata sepanjang kabel dengan ketebalan yang sesuai dengan ukuran penghantar.

•

Standar mutu yang meliputi nilai tahanan penghantar, tahanan isolasi dan ketahanan isolasi.

26

Untuk memenuhi standar tersebut, maka kabel harus melewati beberapa pengujian. Selain standar tersebut, juga terdapat standar cara penulisan label pengenal kabel. Gambar 2.12 menunjukkan standar penulisan label pengenal kabel yang ada di Indonesia.

Gambar 2.12 Standar Penulisan Label Pengenal Kabel

Untuk memudahkan dalam membedakan dan mengelompokkan jenis kabel, maka dibuat suatu standar kode pengenal kabel untuk ditampilkan pada

label

pengenal kabel. Dengan kode pengenal kabel ini, dapat langsung diketahui jenis, bentuk dan kontruksi penghantar kabel, serta jenis dan susunan isolasi dari kabel tersebut. Beberapa kode pengenal kabel yang digunakan antara lain: •

N

•

NA : Kabel standar dengan aluminium sebagai penghantar

•

Y

: Untuk kabel berisolasi atau berselubung PVC

•

G

: Untuk kabel berisolasi karet

: Kabel standar dengan inti tembaga

27

•

A

: Untuk kawat berisolasi

•

M

: Untuk beban mekanis sedang atau selubung PVC

•

F

: Untuk kabel dengan perisai kawat baja pipih

•

R

: Untuk kabel dengan perisai kawat baja bulat

•

Gb

: Untuk kabel dengan spiral pita baja

•

B

: Pita baja

•

I

: Untuk isolasi tetap diluar jangkauan tangan

•

re

: Untuk kabel dengan penghantar padat bulat

•

rm

: Untuk kabel dengan penghantar bulat kawat banyak

•

se

: Untuk kabel dengan penghantar padat bulat sektor

•

sm

: Untuk kabel dengan penghantar kawat banyak bentuk sektor

•

f

: Penghantar halus dipintal bulat

•

ff

: Penghantar sangat fleksibel

•

Z

: Penghantar Z

•

D

: Penghantar 3 jalur yang ditengah sebagai pelindung

•

H

: Kabel untuk alat penggerak

•

rd

: Inti dipilih bentuk bulat

•

fe

: Inti pipih

•

-1

: Kabel dengan sistem pengenal warna urat dengan hijau-kuning

•

-0

: Kabel dengan sistem pengenal warna urat tanpa hijau-kuning

28

Jadi misalnya : NYHGbY

4 x 100 mm2 / 0,6 / 1 kV

Artinya kabel tersebut memiliki ketentuan sebagai berikut : N

: Kabel jenis standar dengan penghantar tembaga

Y

: Mempunyai isolasi PVC

H

: Kabel untuk alat penggerak

Gb

: Kawat pita baja (Perisai)

Y

: Berisolasi PVC bagian luar

4x

: Mempunyai 4 saluran merah-kuning-biru-hitam

100 mm2 : Tiap saluran berpenampang masing-masing 100 mm2 0,6 / 1 kV : Arus yang diijinkan 600 Volt dan Arus maksimal 1000 Volt.

2.3.2

Jenis Kabel Tegangan Rendah Kabel tegangan rendah merupakan kabel yang digunakan pada aplikasi

tegangan rendah yaitu dibawah 1 kV. Aplikasi yang paling banyak adalah pada instalasi rumah tangga. Berdasarkan cara pemasangannya, kabel tegangan rendah dapat dikelompokkan menjadi dua jenis, yaitu kabel fleksibel dan non-fleksibel. Kabel fleksibel digunakan pada instalasi yang tidak tetap, artinya kabel dapat ditarik dan pindah-pindah sesuai dengan kebutuhan, sedangkan kabel non-fleksibel digunakan untuk instalasi listrik tetap. Kabel non-fleksibel dapat ditanam didalam tembok, didalam tanah dan tempat-tempat lain yang memungkinkan kabel dipasang secara tetap. Dilihat dari jenis isolasi, jenis penghantar dan susunan bahannya, maka

29

akan terdapat banyak sekali ragam dari kabel tegangan rendah ini. Gambar 2.14 menunjukan beberapa macam kabel tegangan rendah dari jenis fleksibel, sedangkan pada gambar 2.13 menujukkan beberapa macam kabel jenis non-fleksibel.

30

Gambar 2.13 Jenis kabel Tegangan Rendah Jenis Non-Fleksibel

31

Gambar 2.14 Jenis kabel Tegangan Rendah Jenis Fleksibel

32

2.4

Kabel Arus Kuat Kabel yang digunakan dalam elektro teknik banyak sekali ragamnya. Karena

bahan-bahan isolasi plastik masih terus berkembang dan selalu saja ada tambahan jenis-jenis kabel baru. Jenis kabel dinyatakan dengan singkatan-singkatan yang terdiri dari sejumlah huruf dan kadang-kadang juga angka. Karena banyaknya jenis yang ada sering tidak mudah untuk mengenali kontruksi suatu kabel hanya dari nama singkatannya saja tanpa keterangan tambahan, meskipun nama singkatan itu disusun menurut suatu sistem tertentu.

2.4.1 2.4.1.1

Kabel Instalasi Kabel Lampu Kabel lampu digunakan untuk instalasi dalam lampu dan armatur penerangan

dalam keadaan yang terlindung dan bebas dari tekukan atau puntiran. Luas penampang penghantarnya harus sekurang-kurangnya 0,5 mm 2 . Beberapa jenis kabel lampu berisolasi PVC ialah NYFA, NYFAF, NYFAZ dan NYFAD. Luas penampang penghantarnya 0,5 dan 0,75 mm 2 . NYFA memiliki penghantar kawat tunggal, sedangkan penghantar jenis-jenis lainnya terdiri dari sejumlah kawat tembaga halus. NYFA dan NYFAF dapat memiliki satu, tiga atau empat urat. Jika ada tiga atau empat, urat-uratnya dibelit jadi satu. NYFAZ dan NYFAD memiliki masing-masing dua atau tiga urat kembar yang diletakkan rata sejajar, sehingga membentuk semacam pita kecil. Urat-urat tersebut

33

dihubungkan sedemikian dengan PVC sehingga dapat dipisahkan tanpa merusak atau mengurangi isolasinya, asalkan dilakukan dengan cukup hati-hati. Keempat jenis tersebut dapat digunakan hingga suhu penghantar setinggitingginya 70 C . Jika suhu sekelilingnya tinggi karena panas yang ditimbulkan oleh lampu, dapat digunakan NYFAw, NYFAFw, NYFAZw atau NYFADw. Jenis-jenis ini dapat digunakan sampai penghantar 105 C . Kontruksi dan susunannya seperti masing-masing NYFA, NYFAF, NYFAZ dan NYFAD.

2.4.1.2

Kabel Rumah Jenis hantaran yang banyak digunakan untuk instalasi rumah ialah kabel

rumah jenis NYA dan NGA. Kabel jenis NGA terdiri dari jenis bahan penghantar tembaga berlapis timah putih dengan isolasi karet yang dilindungi dengan anyaman benang. Lapisan timah putih itu diperlukan untuk melindungi tembaganya terhadap pengaruh karet. Jari-jari pembengkokan NGA pada waktu pemasangan diukur hingga bagian dalam lengkungannya, harus sekurang-kurangnya sama dengan empat kali diameter luar kabelnya. NGA harus tahan panas, anyaman pelindungnya dibuat dari benang asbes. Kabel jenis NGA menurut nomenklatur Belanda disebut RD. Kabel jenis NYA susunannya sangat sederhana, yaitu hanya terdiri dari penghantar tembaga polos dengan isolasi PVC. Diameter luarnya lebih kecil daripada diameter luar NGA dan permukaannya licin. Sampai dengan luas 10 mm 2 , penghantarnya terdiri dari kawat tunggal dan penghantarnya terdiri dari sejumlah

34

kawat yang dipilin jadi satu. Kabel NYA tahan terhadap kebanyakan bahan kimia dan tidak menjalarkan nyala api serta dapat digunakan sampai suhu penghantar 70 C . NYAF memiliki penghantar yang terdiri dari kawat-kawat tembaga halus, sehingga jauh lebih fleksibel daripada NYA.

2.4.1.3

Kabel Instalasi Berselubung Penggunaan kabel instalasi NYM memiliki penghantar tembaga yang polos

berisolasi PVC. Untuk luas penampang 1,5 mm 2

sampai dengan 10 mm 2

penghantarnya terdiri dari kawat tunggal. Untuk 16 mm 2 keatas penghantarnya terdiri dari sejumlah kawat yang dipilin jadi satu. Jumlah urat lebih dari satu sampai lima, uratnya dibelit jadi satu dan kemudian diberi lapisan pembungkus inti dari kawat atau plastik lunak supaya bentuknya menjadi bulat. Lapisan pembungkus inti harus lunak dan rapuh supaya mudah dikupas pada waktu pemasangan, sesudah itu baru diberi selubung PVC berwarna putih seperti pada gambar 2.15 Warna selubung luar kabel PVC telah dibakukan sebagai berikut : Tegangan Nominal

Warna Selubung Luar

500 V

Putih

500 V

Hitam

kabel berselubung PVC

0,6/1 kV

Hitam

Kabel berselubung PVC

diatas 1 kV

Merah

Jenis Kabel Kabel selubung PVC untuk instalasi tetap (misal NYM) Hantaran udara berselubung PVC

35

Gambar 2.15 Jenis Kabel Instalasi

2.4.2 2.4.2.1

Kabel Tanah Kabel Tanah Termoplastik Tenda Perisai Jenis kabel tanah termoplastik tenda perisai yaitu jenis kabel NYY dan

NAYY. Kontruksi NYY dapat dilihat pada gambar 2.16. Susunan NYY sama dengan susunan NYM. Hanya tebal isolasi dan selubung luarnya serta jenis kompon PVC yang digunakan berbeda. Warna selubung luarnya hitam. Untuk kabel tegangan rendah, tegangan nominalnya 0,6/1 kV, dimana 0,6 adalah tegangan nominal terhadap tegangan tanah dan 1 kV adalah tegangan nominal antar penghantar. Uratnya dapat berjumlah satu sampai dengan lima. Luas penampang penghantarnya dapat mencapai 240 mm 2 atau lebih.

36

Diameter luar kabel dengan dua urat atau lebih dengan luas penampang penghantar besar, akan menjadi besar sekali jika digunakan penghantar-penghantar bulat. Karena itu, untuk ukuran-ukuran besar umumnya mulai 50 mm 2 keatas digunakan bentuk penghantar sektor. Penggunaan kabel NYY adalah sebagai instalasi industri didalam gudang maupun alam terbuka, disaluran kabel dan dalam lemari hubung-bagi, apabila dapat diperkirakan tidak akan ada gangguan mekanis. NYY dapat juga ditanam didalam tanah, asalkan diberi perlindungan secukupnya tehadap kemungkinan terjadinya kerusakan mekanis. Sedangkan NAYY memiliki penhantar aluminium, selebihnya jenis kabel ini sama dengan jenis kabel NYY beserta penggunaanya.

Gambar 2.16 Kabel Jenis NYY

37

2.4.2.2

Kabel Tanah Termoplastik Berperisai

a. NYRGbY dan NYFGbY Kontruksi NYRGbY dapat dilihat pada gambar 2.17 Uratnya terdiri dari penghantar tembaga tanpa lapisan timah putih dengan isolasi PVC. Jumlah uratnya kebanyakan tiga atau empat, kadang-kadang dua. Urat-urat pada kabel ini di belit jadi satu, kemudian diberi lapisan pembungkus inti dari karet atau plasik lunak dan perisai kawat baja bulat berlapis seng. Perisai kawat baja ini diikat dengn spiral pita baja berlapis seng. Untuk melindungi perisainya terhadap koros, kabelnya diberi selubung luar PVC berwarna hitam. Perisai dari kawat baja itu berfungsin sebagai pelindung elektrostatis yang baik, sehingga dapat mengurangi gangguan terhadap frekuensifrekuensi nada. Untuk kabel tegangan rendah, tegangan nominalnya 0,6/1 kV. Kontruksi NYFGbY seperti kontruksi NYRGbY, hanya untuk perisainya tidak digunakan kawat baja bulat, tetapi kawat baja pipih berlapis seng. Karena kurang fleksibel, kawat baja piipih ini tidak dapat digunakan perisai kabel ukuran kecil. Umumnya untuk kabel-kabel sampai dengan ukuran 3 x 16 mm 2 atau 4 x 10 mm 2 digunakan kawat baja bulat sebagai perisai. NYRGbY lebih tahan terhadap tarika daripada NYFGbY, perisainya juga sedikit lebih baik. NYRGbY dan NYFGbY digunakan apabila NYY tidak dapat digunakan karena adanya kemungkinan gangguan mekanis. Untuk ditanam didalam tanah umumnya digunakan kabel berperisai. NYRGbY umumnya juga digunakan didalam air atau sungai asalkan tidak ada gangguan gaya tarik.

38

Gambar 2.17 Kontruksi Kabel Jenis NYRGbY/NYFGbY

b. NYBY dan NAYBY Kontruksi NYBY seperti kontruksi NYRGbY atau NYFGbY, hanya perisai kawat baja dengan spiral pita bjanya diganti dengan perisai dua pita baja berlapis seng. Perisai NYBY tidak sebaik perisai NYRGbY atau NYFGbY, selain itu NYBY juga kurang terhadap tarikan. NABY sama dengan NYBY, tertapi dengan penghantar aluminium. Penggunaan NYBY dan NABY seperti penggunaan

NYFGbY dan

NAYFGbY, tetapi hanya tempat-tempat dengan kemungkinan gangguan mekanis ringan . NYBY dan NAYBY tidak banyak digunakan di Indonesia.

39

Gambar 2.18 Jenis Kabel NYBY

2.4.2.3

Kabel Tanah Termoplastik jenis lain Dibawah ini akan membahas secara ringkas beberapa jenis kabel termoplastik

berperisai yang pakai di negeri Belanda a. VO-VmvKas Kontruksi kabel ini dapat dilihat pada dari gambar 2.19 Penghantarnya dari tembaga tanpa lapisan timah putih, dengan isolasi PVC. Urat-uratnya dibelit jadi satu, kemudian diberi lapisan pembungkus inti dari karet lunak dan selubung PVC. Selubung ini juga dinamakan isolasi pengikat. Diluar isolasi pengikat diletakkan suatu hantaran pengaman.

40

Selanjutnya kabel diberi perisai dari anyaman kawat baja berlapis seng. Untuk melindungi perisai ini dari korosi, kabel diberi selubung luar PVC. Hantaran pengamannya terisolasi dengan baik dari hantaran-hantaran fasa oleh isolasi pengikat. Hantaran pengaman tersebut terdiri dari anyaman kawat-kawat tembaga halus berlapis timah putih. Luas penampangnya sama dengan luas penampang penghantarpenghantar fasanya. Perisai kabel melindungi hantaran pengaman itu terhadap gangguan mekanis. Luas penampang jenis kabel ini 1,5 mm 2 sampai dengan 6 mm 2 . Penggunaannya sebagai kabel tanah untuk berbagai instalasi dan jaringan distribusi.

b. VO-RmrKas Kontruksi kabel ini seperti kontruksi VO-VmvKas, hanya isolasi penghantar dan isolasi pengikatnya bukan dari PVC, tetapi dari karet divulkanisasi. Karena bahan isolsinya karet, tembaga penghantarnya harus dilapisi timah putih. Luas penampang kabel ini juga 1,5 mm 2 sampai dengan mm 2 . Penggunaanya pun seperti penggunaan VO-VmvKas.

c. VG-VmvKas Kontruksi kabel ini sama dengan kontruksi kabel jenis VO-VmvKas sampai dengan isolasi pengikat, susunannya dan penggunaannya pun seperti VO-VmvKas. Untuk luas penampang penghantarnya adalah 1,5 mm 2 sampai dengan 25 mm 2 , kabelnya kemudian diberi perisai yang terdiri dari kawat-kawat baja bulat berlapis

41

seng dan kawat-kawat tembaga polos bulat. Perisai ini diberi spiral pita tembaga dan kabelnya diberi selubung luar PVC. Perisai kawat tembaga itu berfungsi sebagai hantaran pengaman. Sampai dengan luas penampang 25 mm 2 , jumlah luas penampang kawat-kawat perisai tembaga itu sekurang-kurangnya sama dengan luas penampang penghantar-penghantarnya. Untuk luas penampang 35 mm 2 atau lebih, perisainya terdiri dari kawatkawat baja pipih berlapis seng dan kawat-kawat tembaga polos pipih, dengan spiral pita baja berlapis seng.

d. VG-RMrKas dan VG-RmvKas VG-RMrKas dibuat dengan luas penampang penghantar 1,5 mm 2 sampai dengan 16 mm 2 . Kontruksinya dapat dilihat pada gambar 2.19 Dan VG-RMrKas dibuat dengan luas penampang penghantar 25 mm 2 keatas. Sampai dengan isolasi pengikatnya kontruksi VG-RMrKas sama dengan kontruksi VO-RMrKas. Kabelnya kemudian diberi perisai dari kawat-kawat baja bulat berlapis seng dan kawat-kawat tembga bulat berlapis timah putih dengan spiral pita tembaga. Selubung luarnya dari PVC. Bahan isolasinya tebuat dari bahan karet, karena tembaga itu diberi lapisan timah putih. Jumlah luas penampang kawat-kawat perisai tembga untuk VG-RMrKas dan VG-RMrKas dengan luas penampang penghantar sampai dengan 25 mm 2 , sekurangkurangnya sama dengan luas penampang penghantar-penghantarnya.

42

e. VG-VMvK-Al Kabel ini memiliki penghantar aluminium padat berisolasi PVC. Pada gambar 2.19 memperlihatkan kontruksi jenis VG-VmvK-Alh. Kode “h” menunjukkan bahwa kabelnya juga memiliki urat bantu. Urat-urat yang telah dibelit jadi satu diberi selubung dalam PVC dan kemudian suatu lapisan kertas. Perisai kael terdiri dari dua pita baja yang dibelitkan pada kabel. Lapisan kertas tersebut dimaksudkan untuk melindungi selubung dalam kabel supaya tidak rusak karena tekanan perisai baja, kalau kabelnya dibengkokkan. Untuk melindunginya dari korosi, kabelnya diberi selubung luar dari PVC. Kabel jenis ini juga dapat langsung ditanam kedalam tanah. Penggunaanya seperti penggunaan NKBA. Harga VG-VMvK-Al lebih rendah daripada penghantar harga NKBA. Akan tetapi, karena daya hantar aluminium lebih rendah dari pada daya hantar tembaga, untuk kemampuan hantar arus yang sama diperluakan VG-VMvK-Ai dengan luas penampang penghantar yang lebih besar.

43

Gambar 2.19 Kontruksi Kabel Tanah Termoplastik

Gambar 2.20 Kontruksi Jenis VG-VMvK-Alh

44

2.4.2.4

Kabel Tanah Berperisai Berisolasi Kertas Sebelum berkembangnya kabel-kabel termoplastik, kabel tanah berperisai

yang digunakan di Indonesia ialah kabel berisolasi kertas berselubung timbel. Nama jenis singkatan kabel ini menurut nomenklatur PUIL 1977 ialah NKBA, menurut nomenklator belanda GPLK. Hingga saat ini kabel jenis ini masih bayak digunakan di Indonesia, terutama pada tegangan-tegangan menengah. Gambar 2.21 menunjukkan kontruksi kabel GPLKh, yaitu GPLK yang diberi urat-urat bantu diantara urat-urat utamanya. Urat-urat bantu ini digunakan untuk melayani lampu-lampu penerangan jalan, memindahkan hubungan kWh-meter dari tarif siang hari ke tarif malam dan untuk pengukuran dan pemberian isyarat. Pada kabel tanpa urat bantu, tempatnya diisi dengan tali-tali pengisi berupa tali goni atau tali kertas. Kabel ini memiliki penghantar tembaga berisolasi kertas yang telah direndam dalam minyak kabel. Urat-urat kabel dibelit menjadi satu dan diberi isolasi pengikat dari kertas yang telah direndam dalam minyak kabel juga. Bagian kabel sampai dengan isolasi dinamakan teras kabel. Teras kabel ini diberi selubung timbel yang kemudian dibungkus dengan dua lapis kertas aspal untuk melindungi timbelnya terhadap penaruh asam. Lapisan kertas aspal tersebut dibungkus lagi dengan lapisan dari tali goni yang telah dicelup dalam aspal. Lapisan ini berfungsi untuk perisai kabel. Perisai terdiri dari dua pita baja yang dililitkan sedemikian pada kabel hingga membentuk spiral-spiral terbuka yang saling menutupi. Spiral yang atas harus

45

menutupi celah-celah spiral yang bawah dengan sekurang-kurangnya 1

4

lebar pita

baja. Lapisan tali goni dibawah perisai harus mencegah rusaknya selubung timbel karena tekanan pita-pita baja tersebut. Perisainya kemudian dibungkus dengan dua lapisan tali goni yang telah dicelup dalam aspal untuk melindungi pita-pita bajanya terhadap korosi. Untuk mencegah supaya kabel-kabelnya tidak melekat setelah digulung dihaspel, lapisan tali goni yang luar diberi air kapur.

Gambar 2.21 Jenis Kabel GPLKh (Kabel Tanah Berisolasi Kertas)

2.4.3

Kabel Fleksibel

2.4.3.1

Penggunaan

Kabel fleksibel digunakan untuk hubungan yang dapat dipindah-pindahkan, jadi tidak dipasang tetap pada dinding, langit-langit dan sebagainya. Hubungan kabel

46

fleksibel harus tahan terhadap tarikan dan gesekan. Hubungan hantaran pengamannya harus sedemikian panjang hingga apabila kabelnya terlepas hantaran pengamannya akan lepas atau putus. Hubungan kabel fleksibel dengan terminal peralatan listrik harus dibuat sedemikian hingga kawat-kawat halus penghantarnya tidak tersebar.

2.4.3.2

NLYZ Kabel ini adalah kabel fleksibel kembar yang sangat ringan. Penghantarnya

terdiri dari kawat-kawat tembaga halus dengan isolasi PVC. Luas penampang masing-masing penghantarnya hanya kira-kira 0,1 mm 2 . Letak kedua urat kabel sejajar dan dihubungkan dengan PVC, hingga dapat dipisahkan tanpa merusak isolasinya, asalkan dilakukan dengan cukup hati-hati. Kabel ini digunakan untuk alat listrik tangan sangat ringan, misalnya alat cukur, jam meja, dan sebagainya dengan panjang maksimum dua meter. Kemempuan hantar arus maksimumnya 1 A.

2.4.3.3

NYZ dan NYD Luas penampang penghantar kabel jenis NYZ adalah 0,5 dan 0,75 mm 2 , jadi

NYZ lebih besar daripada NLYZ. Kabel jenis NYD sama dengan NYZ, tetapi terdiri dari tiga urat sejajar yang juga dihubungkan dengan PVC dan dapat dipisahkan tanpa merusak isolasinya. NYZ dan NYD digunakan untuk alat listrik tangan ringan,

47

misalnya radio alat cukur tangan dan sebagainya. Tidak boleh digunakan untuk alat listrik termis. Kabel dengan luas penampang penghantar 0,5 mm 2 , boleh digunakan untuk maksimum 2,5 A dengan panjang maksimum 2 meter. Untuk luas penampang 0,75 mm 2 , kemampuan hantar arus maksimum harus 10 A.

2.4.3.4

NYLHYrd dan NYLHYfl Penghantar kabel-kabel ini terdiri dari kawat-kawat tembaga halus dengan

isolasi PVC. Luas penampang penghantarnya 0,5 atau 0,75 mm 2 . Jumlah urat NYLHYrd dua hinga empat. Urat-urat ini dibelit menjadi satu dan diberi selubung luar PVC. Juga pada jenis urat-uratnya harus dapat bergerak dalam selubung. Jumlah urat NYLHYfl dua atau tiga. Urat-urat ini diletakkan rata sejajar dan diberi selubung luar PVC. Pada jenis urat-uratnya arus dapat bergerak dalam selubung. Kabel ini digunakan untuk alat-alat listrik ringan,misalnya mesin kantor, lampu meja, dan sebagainya. Tidak boleh digunakan untuk alat-alat listrik termis.

Gambar 2.22 Jenis NYLHYrd dengan dua urat

48

2.4.3.5

NYMHYrd dan NYMHYfl Susunan jenis kabel ini sama dengan susunan jenis kabel NYLHY, hanya

NYM HY lebih berat dan kuat. Jumlah urat NYMHYrd dua hingga tujuh, dengan luas penampang penghantar 0,75 mm 2 sampai dengan 2,5 mm 2 . NYMHYfl memiliki dua urat dengan luas peampang 0,75 mm 2 saja. NYMHY boleh digunakan diruangan yang lembab sementara, misalnya untuk mesin cuci, lemari es dan sebagainya, tetapi tidak boleh digunakan untuk alat listrik termis.

2.4.3.6

NLH Penghantar kabel ini terdiri kawat-kawat tembaga halus degan isolasi karet.

Kawat dengan diameter diatas 0,16 mm diberi lapisan timah putih. Jumlah uratnya dua hingga empat dengan luas penampang penghantar 0,5 dan 0,75 mm 2 . Urat-urat itu dibelit menjadi satu dan diberi selubung luar karet. Kabel jenis ini lebih tahan terhadap panas dari pada NYLHY. Dapat digunakan untuk alat listrik tangan dan pemanas listrik ringan. Misalnya penghisap debu, setrika listrik, panggangan roti dan sebagainya. Tetapi tidak boleh digunakan pada bengkel.

2.4.3.7

NHM dab NHMöu Susunan kabel ini seperti susunan NLH, hanya lebih berat. Selubung luar

NMHöu tahan terhadap minyak. Susunan NMH terdiri atas dua urat. Luas penampang penghantarnya 0,75 mm 2 hingga 4 mm 2 jumlah uratnya sampai tujuh.

49

Kabel ini digunakan untuk alat-alat listrik sedang, juga diruang lembab, dibengkel dan dipertanian. NMH dengan luas penampang penghantar 1,5 mm 2 keatas boleh juga digunakan ditempat kerja dengan bahaya kebakaran. NMHöu boleh juga digunakan didalam air untuk keperluan industri dan dialam terbuka, tetapi tidak boleh direntangkan seperti hantaran udara.

2.4.3.8

VRMrL Kabel ini jenis belanda. Susunannya seperti susunan NMH, tetapi dengan

tambahan selubung luar kedua dari PVC, sehingga kabelnya lebih tahan terhadap gesekan.

2.4.3.9

RMrLz Kabel ini juga jenis kabel Belanda. Susunannya seperti susunan NMH, tetapi

selubung luarnya lebih tebal. Selubung luar ini sangat tahan terhadap gesekan dan perlakuan kasar. Jenis kabel ini digunakan dibengkel dan dipabrik untuk alat-alat yang dapat dipindah-pindahkan.

2.4.3.10 NSHöu Penghantar kabel ini terdiri dari kawat-kawat tembaga halus berlapis timah putih dengan isolasi karet. Jumlah uratnya satu hingga tujuh, selain itu juga 12 dan 19. Luas penampang penghantarnya adalah sebagai untuk kabel dengan :

50

Urat tunggl

: 1,5 – 400 mm 2

2 sampai dengan 4 urat

: 1,5 – 185 mm 2

5 urat

: 1,5 – 70 mm 2

6 urat keatas

: 1,5 – 6 mm 2

Tiap-tiap urat dibalut dengan pita tenunan atau foil, kemudian dibelit jadi satu dan diberi selubung dalam dari karet, sedemikian hingga urat-uratnya dapat bergerak dalam selubung ini. Kabel ini dapat digunakan diruang kering dan basah, juga ditempat kerja yang tingkat bahaya kebakaran atau ledakan dan dialam terbuka untuk alat-alat pertanian dan pembangunan, kereta api dan sebagainya.

2.4.3.11 RMcLz Susunannya seperti RMrLz, hanya selubung luarnya dari karet buatan neopren yang divulkanisasi. Karet nopren ini tahan terhadap minyak dan pengaruh cuaca dan tidak dapat terbakar. Karena itu, kabel ini cocok untuk digunakan dibengkel-bengkel dimana kabelnya banyak terkena minyak. Di Belanda kabel ini digunakan untuk instalasi kereta api disel listrik.

51

Gambar 2.23 Jenis Kabel Fleksibel

2.5

Bahan Isolator Listrik Bahan isolator adalah bahan yang sukar atau tidak dapat menghantarkan arus

listrik. Perlu diketahui bahwa fungsi isolasi pada bahan penghantar adalah untuk mencegah mengalirnya arus listrik ke benda lain apabila terjadi kerusakan pada bagian isolasi kabelnya. Selain itu, fungsi dari isolasi adalah untuk mengetahui proses pemburukan yang terjadi pada isolasi akibat panas, kelembaban, kerusakan mekanik, korosi kimiawi, korona, tegangan lebih dan lain-lain korosinya antara karakteristik listrik dan unsur isolasi tersebut. Isolasi perlu di uji karena kemampuan isolasi minimal 1000 kali tegangan kerja, misalnya tegangan kerja 220 V, maka 220 x 1000 sama dengan 220.000 Ohm.

52

2.5.1

Sifat Bahan Isolasi (Insulation Properties) Setiap bahan isolasi memiliki sifat-sifat yang dapat dijadikan sebagai ukuran

kualitas isolasi dari bahan tersebut. Beberapa sifat tersebut antara lain: •

Konstanta Dielektrik Konstanta dielektrik (K) dari suatu bahan isolasi merupakan rasio/perbandingan

kapasitansi dari suatu sistem elektroda pada saat menggunakan bahan tersebut sebagai dielektrik dengan kapasitansi pada saat tanpa dielektrik.

•

Beda fase/Loss Angle Loss angle (δ ) merupakan perbedaan antara 90 derajat listrik teoritis fase

lanjutan dari arus melalui kapasitor sempurna dan sudut aktual ( θ ) fase lanjutan dari arus melalui dielektrik. Loss angle muncul karena adanya resistansi karena adanya resistansi terhadap pergerakan atom-atom pada dielektrik, sehingga terjadi tunda antara perubahan pada medan dan perubahan pada polarisasi.

•

Faktor Disipasi Faktor disipasi yang diberi simbol D, sebenarnya merupakan tange dari loss

angle (D = tan δ ) .

53

•

Faktor Daya (Power faktor) Faktor daya dari suatu dielektrik merupakan perbandingan antara rugi-rugi

daya dengan produk dari tegangan dan arus yang diaplikasikan. Oleh sebab itu, faktor daya adalah (tan δ ) atau (Sinδ ) . Sinus dan tangen loss angle yang kecil hampir sama, sehingga harganya sama dengan faktor disipasi (faktor daya = D).

•

Faktor Rugi-rugi Faktor rugi-rugi merupakan produk dari konstanta dielektrik (K) dan faktor

daya (D).

•

Penyerapan dielektrik pada bahan padat Kapasitansi murni dapat diisi dan dikosongkan sepenuhnya dengan cepat jika

tahanan pada rangkaian eksternal kecil. Saat kapasitor mengandung dielektrik yang tidak sempurna, arus berlanjut mengalir dan pengisian naik untuk periode yang signifikan. Arus perlahan mendekati nilai akhir tetap oleh resistans isolasi dari dielektrik. Karena alasan ini, pembacaan resistansi isolasi berlangsung setelah tegangan yang diaplikasikan mencapai waktu standar 1 menit.

54

•

Tahanan Isolasi Tahanan isolasi adalah perbandingan antara tegangan DC yang diaplikasikan

dengan resultan arus yang mengalir sesudah 1 menit mengaplikasikan tegangan, antara 2 elektrode yang melekat atau membuat kontak dengan dielektrik.

•

Resistivitas Permukaan Resistivitas permukaan merupakan tahanan antara dua tepi yang saling

berlawanan dari suatu persegi. Jika tahanan dari bodi bahan selalu pararel dengan tahanan permukaan, pengukuran hanya dapat dilakukan jika tahanan volume lebih besar dari tahanan permukaan, misalnya pada kondisi dengan kelembaban tinggi dan rasio yang besar antara permukaan dan volume pada medan listrik.

•

Resistivitas Volume Resistivitas volume adalah tahanan antara dua sisi berlawanan dari suatu

centimeter cube sesudah lucutan permukaan dihilangkan dinyatakan dalam Ohmcentimeter.

•

Kuat Dielektrik Dari Bahan Padat Kuat dielektrik (dielectric strength) merupaka potensial maksimal dimana

ketebalan unit dapat bertahan tanpa mengalami kegagalan (breakdown).nilai kuat dielektrik terganting pada ketebalan sampel, suhu, frekuensi yang diaplikasikan,

55

bentuk gelombang, bentuk elektrode, konduktivitas panas, media yang melindungi serta nilai dan waktu total pengaplikasian tegangan.

•

Flashover Flashover atau lewat denyar, merupakan fenomena kegagalan isolasi oleh

lucutan antara elektrode-elektrode melalui permukaan isolator.

2.5.2

Jenis Isolasi Berdasarkan Fungsinya Berdasarkan fungsinya, maka penggunaan isolasi dapat di klasifikasikan

menjadi 2 golongan yaitu :

2.5.2.1 Isolator Penghantar Tegangan Rendah Penghantar tegangan rendah adalah penghantar listrik yang dipergunakan untuk keperluan instalasi yang digolongkan tidak lebih dari 500 Volt. Yang termasuk kategori instalasi tegangan rendah rumah tinggal, sekolah dan bangunan lain yang sejenis. Untuk memasang instalasi tegangan rendah tersebut pada umumnya dipergunakan penghantar NYA dan NYM. Kedua jenis ini sebagai bahan penyekatnya mempergunakan bahan isolator PVC.

56

Gambar 2.24 Isolator Tegangan Rendah

2.5.2.2 Isolator Penghantar tegangan Tinggi Tegangan tinggi adalah instalasi yang dipergunakan pada jaringan listrik diatas 1000 Volt, untuk keperluan itu diperlukan kekuatan isolasi yang lebih baik dan memiliki daya sekat yang tinggi. Hal ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya arus bocor yang terjadi pada penghantar. Salah satu jenis kabel penghantar yang biasanya dipergunakan dalam jaringan tegangan tinggi adalah jenis kabel NYFGbY seperti pada gambar 2.25 dimana seluruh bahan isolasinya terbuat dari PVC berlapis dan bentuk fisiknya berwarna merah.

Gambar 2.25 Isolator Tegangan Tinggi

57

Penghantar seperti pada gamar 2.25 disebut juga kabel tanah, karena pemasangannya biasanya ditanamkan dipermukaan tanah. Keistimewaan pemasangan penghantar dibawah tanah adalah karena adanya faktor keamanan yaitu tidak dipengaruhi oleh cuaca buruk, seperti hujan, angin, badai dan bahaya petir. Selain menggunakan PVC ada beberapa kabel tanah yang bahan isolasinya menggunakan isolasi goni dan kertas seperti gambar 2.26.

Gambar 2.26 Penggunaan Isolator Goni Pada kabel tanah

2.5.3

Bahan-bahan Isolasi Pada Penghantar Listrik

2.5.3.1 Bahan Isolasi Karet (Rubber) Selama bertahun-tahun sistem kabel mempergunakan isolasi berbahan karet alami yang divulkanisir atau vulcanized natural rubber (VIR). Karena karet

58

merupakan bahan isolasi organik, maka secara normal aka menglami proses penuaan. Proses penuaan ditandai dengan berubahnya sifat bahan isolasi, yaitu menjadi keras dan kaku. Dengan adanya proses penuaan ini, sifat isolasi akan berkurang bahkan rusak sehingga perlu adanya penggantian. Kabel dengan isolasi VIR ini sebaiknya diganti dengan kabel berbahan isolasi yang lebih modern seperti synthetic rubber compound. Bahan ini telah banyak digunakan pada isolasi kabel untuk aplikasiaplikasi yang fleksibel dan membutuhkan ketahanan tinggi. Jenis ini mampu mengisolasi kabel dengan rating suhu antara 60 C sampai 180 C , mempunyai ketahanan terhadap minyak, radiasi ozon dan radiasi ultraviolet. Bahan pelindung dari karet pada umumnya kurang memiliki daya tahan yang lama, sehingga pada pemasangannya harus menggunakan pelindung lagi, yaitu berupa kain anyaman seperti yang terlihat pada gambar 2.27. Namun demikian bahan karet yang sangat baik sebagai penyekat listrik juga memiliki sifat elastis dan tahan terhadap panas.

Gambar 2.27 Bahan Isolasi Karet

59

2.5.3.2 Bahan Isolator Berserat a. Isolator Kertas (Paper) Kertas kering (dry paper) merupakan isolator yang sangat baik. Namun sifatsifat isolasi akan berkurang jika menjadi basah. Isolator ini bersifat higroskopik, yaitu menyerap uap air dari udara sehingga perlu diberi segel agar tidak mempunyai kontak dengan udara. Salah satu bahan yang banyak digunakan untuk melapisi isolator kertas adalah timah. PILC (paper insulated lead covered) merupakan salah satu contohnya untuk meningkatkan performa, isolasi kertas biasanya diisi dengan minyak. Dalam pemasangannya kertas tersebut dilapisi dengan sejenis timbel.

Gambar 2.28 Isolator Kertas

b. Isolator Kain Isolator kain ini dibuat dalam bentuk anyaman dan dipergunakan sebagi pelindung atau pembungkus isolator karet pada kawat NGA dengan tujuan untuk memperkokoh isolasi kawat tersebut. Isolasi kain ini dapat dijumpai sebagai

60

pelindung pada penghantar snur. Kelemahan dari penggunaan isolasi kain adalah mudah menyerap air sehingga daya sekatnya akan turun, namun demikian, bahan dari kain cukup untuk menahan panas yang timbul akibat adanya pemakaian beban.

Gambar 2.29 Isolator Kain

2.5.3.3 Polyvinyl Chloride (PVC) Polyvinyl chloride (PVC) saat ini merupakan bahan yang paling banyak dipakai pada isolasi kabel dengan tegangan rendah. PVC merupakan bahan isolasi yang mudah dibentuk dan mempunyai ketahaan terhadap minyak maupun bahan kimia yang lain. PVC merupakan hasil polimerisasi vinyl chloride H 2 C = CHCl. klorida diubah menjadi Ikatan tunggal. Ikatan yang menjadi bebas kemudian mengikat molekul-molekul vinylklorida lain, sehingga timbul molekul-molekul makro panjang, yaitu PVC. PVC banyak digunakan sebagai bahan isolasi kabel tegangan rendah karena sifatnya yang padat namun dapat dibentuk sesuai dengan kebutuhan, tahan terhadap bahan kimia tetapi tidak dapat didaur ulang. Namun demikian, PVC tidak digunakan

61

pada aplikasi tegangan tinggi, karena mempunyai sifat dielektrik tinggi sehingga menyebabkan kehilangan daya yang tinggi pula. Pada proses pembuatannya, bahan PVC tersebut harus dicampur dengan bahan pelunak (plasticiser) karena pada suhu kamar PVC murni bersifat keras namun rapuh sampai suhu 82 C . Formulasi 50% PVC, 25-35% plasticiser dan sisanya berupa bahan aditif lain menghasilkan PVC yng tahan terhadap suhu sampai 105 C . Pembuatan PVC dengan cara ditambah radiasi memerbaiki sifat bahan seperti kekuatan mekanis dan tahan tehadap suhu 105 C . Bahan ini mulai dipakai tahun 1930. Untuk menghasilkan PVC yang mempunyai keunggulan sifat tertentu sering dipakai bahan-bahan aditif yang lain. Bahan-bahan tersebut antara lain : •

Thermal Stabilizer. Bahan yang biasa dipakai adalah organometallic compounds. Bahan ini dapat memperlambat proses degradasi karena suhu sehingga memperpanjang umur kabel.

•

Impact modifier. Digunakan untuk meningkatkan tahanan isolasi. Bahan yang dipakai antara lain: chlorinated polyethylene, acrylonitrile-butandiene-styrene (ABS), methyl metacrylate-buta-diene-styrene dan ethylene-vinyl acetate (EVA).

•

Filter. Ada yang menggunakan calcium carbonate untuk meningkatkan kemampuan defleksi panas, ada pula yang mempergunakan calcined clay untuk memperbaiki sifat dielektrik.

•

Pigment. Digunakan untuk memberi warna dan meningkatkan ketahanan terhadap cuaca.

62

•

Flame retardant. Bahan yang digunakan adalah antimony oxide. Aditif ini berungsi untuk meningkatkan oxygen index (OI) dari kompon PVC

Saat PVC terbakar, maka akan menghasilkan asap yang tebal dan gas hidrogen klorida yang bersifat korosif. Suhu yang tinggi bahan akan menyebabkan bahan PVC menjadi lunak, sehingga konduktor kabel yang menekan pada isolasi seperti pada belokan kabel, akan bergerak masuk kedalam isolasi. Akibatnya, konduktor dapat mencapai tepi luar isolator yang menjadi sangat rendah. Oleh karena itu, kabel berisolasi PVC tidak boleh bekerja pada suhu diatas 70 C , meskipun ada beberapa jenis yang mampu beroperasi sampai suhu 85 C . PVC ini keras dan rapuh pada suhu kamar. Supaya dapat digunakan sebagai bahan isolasi kabel, PVC harus dicampur dengan bahan pelunak (plasticiser). Bahan pelunak yang di campur pada umumnya sebanyak 20% hingga 40%, kadang-kadang bahkan lebih. Campuran ini disebut kompon PVC. Untuk membedakan, PVC yang belum dicampur dinamakan damar PVC (PVC resin). Untuk kompon PVC kabel harus digunakan bahan pelunak dengan sifat-sifat listrik yang baik. Selain itu bahan pelunaknya tidak boleh menguap dan tidak menjalarkan nyala api. Damar PVC sendiri, walaupun dapat dibakar, akan padam sendiri setelah sumber apinya disingkirkan. Selain bahan pelunak, kompon PVC untuk isolasi kabel juga mengandung bahan pengisi dan bahan stabilisator untuk memperbaiki sifat-sifatnya. Salah satu kelemahan kompon PVC, sebagai akibat harus

63

digunakannya bahan pelunak ialah ketahanannya terhadap tekanan. Kalau ditekan cukup kuat dan cukup lama, kompon PVC tidak dapat pulih. Makin tinggi suhunya, makin kurang ketahanannya terhadap tekanan itu. Umumnya kompon PVC hanya dapat digunakan sampai setinggi-tingginya

70 C

terus- menerus. Dengan

menggunakan bahan pelunak khusus dapat dibuat kompon-kompon PVC untuk suhu lebih tinggi, sampai 105 C. Polietilen atau PE adalah hasil polimerisasi pada etilen H 2 C = CH 2 . sifatsifat listrik PE ini sebenarnya lebih baik dari pada yang dimiliki PVC. Hanya sayangnya PE lebih mudah terbakar. Jika PE dibakar nyala api akan tetap menjalar, juga setelah sumber apinya disingkirkan. Oleh karena itu, PE hampir tidak digunakan untuk kabel-kabel arus kuat, kecuali XLPE (crosslinked polyethylene). Karena sifatsifatnya yang baik pada frekuensi tinggi, PE banyak digunakan untuk kabel-kabel telemunikasi. PVC agak lebih mudah menyerap air daripada PE. Kalau digunakan ditempat lembab atau basah, tahanan isolasinya akan menurun.

Gambar 2.30 Bahan Isolasi PVC Jenis NYA

64

Gambar 2.31 Bahan Isolasi PVC Jenis NYM atau NYY

2.5.3.4 LSF (Low Smoke and Fume) LSF merupakan bahan isolasi yang pada saat terbakar api mempunyai kandungan asap dan emisi gas yang bersifat korosif yang lebih rendah bila dibandingkan dengan PVC. Karena sifat tersebut, bahan ini dianggap berguna dalam hal keamanan pada situasi kebakaran dimana banyak orang yang perlu dievakuasi. Bahan ini biasanya dipakai sebagai sheating compound pada isolasi XLPE atau LSF.

2.5.3.5 Thermosetting (XLPE) Cross-linked polyethylene (XLPE) merupakan thermosetting compound yang mempunyai karakteristik yang lebih baik dibandingkan dengan PVC. XLPE banyak digunakan pada aplikasi tegangan menengah dan tegangan tinggi. Bahan isolasi ini mempuyai ketahan terhadap kerusakan yang lebih tinggi dibandingkan PVC pada suhu tinggi. XLPE dapat digunakan secara aman pada suhu konduktor sampai dengan 90 C sehingga meningkatkan kemampuan hantar arus dari kabel terutama pada lingkungan yang mempunyai variasi suhu tinggi.

65

2.5.3.6 Mineral Isolator dari bahan mineral seperti magnesium oksida merupakan isolator yang mempunyai karakteristik istimewa terutama bila dijaga agar tetap dalam keadaan kering. Agar isolator ini tidak menyerap kelembaban dari udara sehingga tetap kering, maka isolator ini dilapisi dengan tembaga. Hasilnya didapatkan isolator yang tahan api dan mampu beroperasi sampai suhu 250 C . Selain itu, karena secara keseluruhan merupakan bahan organik maka isolator ini tidak mengalami penuaan (non-ageing). Kabel yang menggunakan isolasi mineral ini juga dirancang untuk mempunyai beberapa keunggulan yang lain, yaitu mempunyai diameter yang lebih kecil, mempunyai ketahanan mekanis yang baik, tahan air, tahan terhadap pulsa radiasi dan elektromagnet, lentur dan anti terhadap korosi.

2.6

Tujuan Umum Dari Pengujian Dalam menentukan dimensi suatu sistem isolasi dibutuhkan pengetahuan yang

pasti mengenai jenis, besaran dan durasi tekanan elektrik yang akan dialami bahan isolasi tersebut dan disamping itu perlu di pertimbangkan kondisi sekitar di mana isolasi akan ditempatkan. Selain itu, perancang perlu mengetahui sifat-sifat dari berbagai bahan isolasi sehingga dapat memilih bahan-bahan yang tepat untuk suatu sistem isolasi.

66

Fungsi yang paling penting dari suatu bahan isolasi adalah: a. Untuk mengisolasi antara suatu penghantar dengan penghantar lainnya. Misalnya konduktor fasa dengan konduktor fasa, atau konduktor fasa dengan tanah. b. Menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang di isolasi. c. Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia.

Tekanan yang diakibatkan medan elektrik, gaya mekanik, thermal maupun kimia dapat terjadi serentak, sehingga dapat diketahui efek bersama dari semua parameter tersebut. Suatu bahan isolasi dinyatakan ekonomis jika bahan tersebut dalam jangka waktu yang lama dapat menahan semua tekanan tersebut. Sifat elektrik yang dibutuhkan untuk suatu bahan isolasi adalah sebagai berikut: a. Mempunyai kekuatan dielektrik (KD) yang tinggi, agar dimensi sistem isolasi menjadi kecil dan penggunaan bahan semakin sedikit, sehingga harganya semakin murah. b. Rugi-rugi dielektriknya rendah agar suhu bahan isolasinya tidak melebihi batas yang ditentukan. c. Memiliki kekuatan kerak (tracking strength) tinggi, agar tidak terjadi erosi karena tekanan elektrik permukaan. d. Memiliki konstanta dielektrik yang tepat dan cocok, sehingga membuat arus pemuatan (charging current) tidak melebihi yang diijinkan.

67

Peralatan listrik yang akan mengalami kenaikan suhu selama beroperasi baik pada kerja normal maupun pada kondisi gangguan, sehingga bahan isolasi harus memiliki sifat thermal sebagai berikut: a. Kemampuan menahan panas yang tinggi (daya tahan panas) b. Kerentanan terhadap perubahan bentuk pada keadaan panas c. Konduktivitas panas tinggi d. Koefisien muai panas rendah e. Tidak mudah terbakar f. Tahan terhadap busur api dan lain-lain

Bahan isolasi harus dapat menyesuaikan diri terhadap lingkungannya terhadap minyak dan ozon; memiliki kekedapan dan kekenyalan higroskopis yang tinggi; daya serap air rendah dan stabil ketika mengalami radiasi. Salah satu tujuan dari pengujian tegangan tinggi adalah untuk meneliti sifat-sifat listrik dielektrik baik yang telah digunakan sebagai bahan isolasi peralatan listrik maupun yang masih dalam penelitian. Kualitas suatu sistem isolasi dapat ditentukan dari hasil pengukuran tahanan isolasi, pengukuran faktor rugi-rugi dielektrik dan pengukuran peluahan parsial. Semua pengukuran ini termasuk pengujian tidak merusak. Kualitas isolasi semakin buruk setelah isolasi digunakan dalam waktu yang lama. Hal ini karena kenaikan temperatur isolasi setelah beroperasi, kelembaban udara disekitar isolasi, beban mekanis yang dipikul isolasi, korona pada bagian-bagian peralatan yang runcing yang

68

berdekatan dengan isolasi dan tegangan lebih yang menerpa isolasi. Memburuknya kualitas isolasi ditandai dengan tg δ yang semakin besar dan tahanan isolasi yang semakin kecil. Ada enam sifat-sifat listrik dielektrik yang perlu diketahui, yaitu : 2.6.1

Kekuatan Dielektrik Suatu dielektrik tidak mempunyai elektron-elektron bebas, melainkan

elektron-elektron yang terikat pada inti atom unsur yang membentuk dielektrik tersebut. Pada gambar 2.32 ditunjukkan suatu bahan dielektrik yang ditempatkan diantara dua elektroda piring sejajar. Bila eletroda diberi tegangan searah V, maka timbul medan elektrik (E) di dalam dielektrik. Medan elektrik ini memberi gaya kepada elektron-elektron agar terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron bebas. Dengan kata lain, medan elektrik merupakan suatu beban yang menekan dielektrik agar berubah sifat menjadi konduktor. Beban yang dipikul dielektrik ini disebut juga terpaan medan elektrik, satuannya dinyatakan dalam Volt cm .

Gambar 2.32 Medan Elektrik dalam Dielektrik

69

Jika terpaan elektrik yang dipikulnya melebihi batas dan terpaan berlangsung cukup lama, maka dielektrik akan menghantar arus atau gagal melakssanakan fungsinya sebagai isolator. Dalam hal ini dielektrik disebut tembus listrik atau “breakdown”. Terpaan elektrik tertinggi yang dapat dipikul suatu dielektrik tanpa menimbulkan dielektrik tersebut tembus listrik disebut kekuatan dielektrik. Waktu yang dibutuhkan sejak mulai proses ionisasi sampai terjadi tembus listrik disebut waktu tunda tembus (time lag). Jadi tidak selamanya terpaan elektrik dapat menimbulkan tembus listrik, tetapi ada dua syarat yang harus dipenuhi, yaitu terpaan elektrik yang dipikul dielektrik harus lebih besar atau sama dengan kekuatan dielektriknya dan lama terpaan elektrik berlangsung lebih besar atau sama dengan waktu tunda tembus. Tegangan yang menyebabkan dielektrik tersebut tembus listrik disebut sebagai tegangan tembus atau breakdown voltage. Tegangan tembus adalah besar tegangan yang menimbulkan terpaan elektrik sama dengan atau lebih besar dari pada kekuatan dielektriknya. Untuk tegangan impuls, tegangan tembus dinyatakan dalam harga tegangan yang memberi probabilitas tembus 50% ( V50% ) yang artinya sebagai berikut: a. Jika suatu dielektrik diberi n kali tegangan impuls sebesar V50% , maka dielektrik tersebut akan mengalami tembus listrik sebanyak 0,5 n kali. b. Jika ada sejumlah dielektrik yang sama, masing-masing diberi tegangan impuls V50% , maka setengah dari dielektrik tersebut akan tembus listrik.

70

2.6.2

Konduktansi Gambar 2.34 menunjukkan suatu dielektrik yang ditempatkan diantara dua

elektroda piring sejajar. Kedua elektroda bersama dengan dielektrik merupakan kondensator. Jika kondensator ini merupakan kondensator murni dan dihubungkan ke sumber searah 2.33 (b), maka muatan mengalir ke kondensator sehingga tegangan kondensator naik. Aliran muatan akan berhenti ketika tegangan kondensator telah sama dengan tegangan sumber. Dengan kata lain, arus mengalir melalui dielektrik hanya selama berlangsung pengisian muatan ke kondensator dan arus ini berlangsung dalam waktu yang sangat singkat.

Gambar 2.33 Arus Konduksi pada Suatu Dielektrik

Jika kondensator yang dibentuk dielekrik dengan kedua elektroda adalah berupa kondensator komersial, maka kurva arus adalah seperti ditunjukkan pada gambar 2.33.c. terlihat bahwa arus pengisian terjadi selama t1 . Kemudian arus berkurang perlahan-lahan selama waktu t2 , arus ini disebut arus absorpsi. Akhirnya arus mencapai suatu harga tertentu ( tk ), arus ini disebut arus konduksi. Arus

71

konduksi selalu ada karena tahanan dielektrik tidak benar-benar tak terhingga ( R ≠ ∞ ).

2.6.3

Rugi-Rugi Dielektrik Suatu bahan dielektrik terdiri dari susunan molekul-molekul, dimana elektron-

elektron terikat kuat dengan inti atomnya. Susunan molekul suatu dielektrik yang bebas dari medan elektrik luar tidak beraturan seperti ditunjukkan pada gambar 2.34.

Gambar 2.34 Dampak Medan Elektrik Terhadap Molekul Dielektrik

Bila dielektrik dikenai medan elektrik, maka elektron-elektron akan mengalami gaya yang arahnya berlawanan dengan arah medan elektrik, sedang inti atom yang bermuatan positif akan mengalami gaya searah dengan arah medan elektrik. Gaya ini akan memindahkan elektron dari posisi semula, sehingga molekulmolekul berubah menjadi dipol-dipol yang letaknya sejajar dengan medan elektrik seperti ditunjukkan gambar 2.34.b suatu dielektrik yang molekul-molekulnya berubah menjadi dipol, disebut terpolarisasi. Jika medan elektrik berubah arah, maka gaya pada muatan-muatan dipol akan berubah arah membuat dipol berputar 180 seperti

72

ditunjukkan pada gambar 2.34.c. Rugi-rugi dielektrik hanya terjadi pada medan elektrik bolak-balik, yaitu medan yang ditimbulkan tegangan bolak-balik. Jika frekuensi tegangan makin tinggi, maka frekuensi gesekan antar molekul akan meningkat. Akibatnya rugi-rugi dielektrik semakin besar. Tetapi, jika frekuensi sangat tinggi, maka perubahan posisi dipol hanya sedikit, karena molekul hanya segera kembali keposisi semula.

2.6.4

Tahanan Isolasi Jika suatu dielektrik diberi tegangan searah seperti ditunjukkan pada gambar

2.35, maka arus yang mengalir pada dielektrik terdiri atas 2 komponen, yaitu : a. Arus yang mengalir pada permukaan dielektrik (arus permukaan I s ). b. Arus yang mengalir melalui volume dielektrik (arus volume I v ).

Sehingga arus sumber dapat dituliskan : Ia = Is + Iv

(2-1)

Gambar 2.35 Arus Pada Suatu Dielektrik

73

Hambatan yang dialami arus permuakaan disebut tahanan permukaan ( R s ), sedang hambatan yang dialami arus volume disebut hambatan volume ( Rv ). Hasil tahanan isolasi tergantung pada besar dan polaritas tegangan pengukuran serta jenis bahan isolasi. Gambar 2.36 menunjukkan pengaruh tegangan terhadap tahanan isolasi, masing-masing untuk bahan isolasi padat, cair dan gas.

Gambar 2.36 Pengaruh Tegangan Terhadap Tahanan Isolasi

Suatu faktor yang disebut faktor titik lemah, yaitu perbandingan tahanan pada tegangan V1 dengan tahanan pada tegangan V 2 , dimana V 2 lebih tinggi dari V1 . Jika faktor titik lemah semakin besar merupakan pertanda bahwa isolasi semakin buruk. Akibat adanya arus absorpsi, maka hasil pengukuran tergantung juga pada waktu pengukuran. Gambar 2.37 ditunjukkan perubahan tahanan isolasi terhadap waktu.

74

Gambar 2.37 Tahanan vs Waktu

Perbandingan tahanan pada saat 1 menit dan 10 menit disebut indeks polarisasi:

αp =

R10

menit

R1

menit

(2-2)

Tahanan dielektrik juga tergantung pada temperatur, kelembaban dan bentuk elektroda uji. Oleh karena itu, semua kondisi harus dicantumkan pada hasil pengujian.

2.6.5

Peluahan Parsial (Partial Discharge) Peluahan sebagian (partial discharge) adalah peluahan elektrik pada medium

isolasi yang terdapat diantara dua elektroda berbeda tegangan, dimana peluahan tersebut tidak sampai menghubungkan kedua elektroda secara sempurna. Karena kesalahan produksi, didalam dielektrik padat ada kalanya dijumpai rongga udara.

75

Gambar 2.38 Celah Udara Dalam Dielektrik Padat

Gambar 2.38 menunjukkan suatu celah udara di antara dua dielektrik padat berada dalam ruang medan elektrik. Jarak celah udara ( S u ) relatif sangat kecil dibandingkan terhadap tebal dielektrik padat ( S 1 dan S 2 ). Jika medan dielektrik dihasilkan oleh dua buah elektroda piring sejajar yang luasnya tak terhingga, maka kuat medan dielektrik pada setiap lapis dielektrik adalah: En =

V s s s ε n  1 + 2 + ......... + n εn  ε1 ε 2

Dimana :

  

(2-3)

V = beda tengangan diantara elektroda (V)

ε = konstanta dielektrik s = tebal dielektrik (cm)

Gambar 2.39 menunjukkan suatu dielektrik padat yang di dalamnya terdapat rongga udara beserta rangkaian ekivalennya. C1 adalah kapasitansi rongga udara, C 2 adalah kapasitansi ekivalen dielektrik padat yang terhubung seri rongga udara, dan

76

C 3 adalah kapasitansi ekivalen dielektrik padat yang pararel dengan rongga. Jika C1 terjadi peluahan, maka peluahan tersebut diibaratkan sebagai lompatan api pada sela F. Jika kuat medan elektrik dicelah udara melebihi kekuatan dielektrik udara, maka udara akan tembus listrik. Sementara itu dielektrik padat tidak mengalami tembus listrik, karena terpaan elektrik yang dialaminya masih dibawah kekuatan dielektriknya. Karena tembus listrik hanya terjadi dicelah udara, maka peristiwa ini disebut peluahan parsial (partial discharge).

Gambar 2.39 Rangkaian Ekivalen Dielektrik Berongga

Jika tegangan sumber adalah sinusoidal, maka tegangan pada C1 adalah : V1 =

C2 V maks Sin ω t C1 + C 2

(2-4)

Jika peluahan dirongga udara, dimisalkan terjadi pada tegangan Vv , maka tegangan sumber yang menimbulkan peluahan tersebut adalah : VS =

C1 + C 2 Vt C2

Muatan C1 saat terjadi muatan adalah :

(2-5)

77

∆ q = C1 V1

(2-6)

Muatan ini dilepaskan mengisi C 2 dan C 3 , sehingga tegangan C 3 naik. Karena proses peluahan ini berlangsung singkat maka kenaikan C 3 juga berlangsung singkat. Kemudian C1 dimuati lagi dan jika tegangan sumber masih lebih besar dari pada V s , maka peluahan C1 dan kenaikan tegangan C 3 terulang kembali.peluahan ini menghasilkan kenaikan tegangan C 3 yang berbentuk impuls dan keberadaan impuls tegangan inilah yang diukur untuk mengetahui ada-tidaknya peluahan parsial dalam dielektrik. Peluahan parsial akan berhenti bila sumber tegangan lebih rendah dari pada V s .

Gambar 2.40Tegangan Rogga dan Arus Peluahan Peluahan parsial perlu dideteksi karena jika berlangsung lama akan merusak dielektrik padat yang berbatasan dengan rongga, sehingga rongga semakin besar dan

78

pada akhirnya menurunkan tegangan tembus dielektrik. Peluahan dalam rongga akan mengakibatkan benturan elektron pada datu sisi rongga dan benturan ion pada sisi lain. Tegangan bolak-balik pada permukaan rongga akan menerima benturan elektron dan ion secara bergantian. Peluahan tegangan bolak-balik yang berlangsung terusmenerus dalam rongga dielektrik padat akan menimbulkan terjadinya erosi pada permukaan rongga.

2.6.6

Kekuatan Kerak Isolasi (Tracking Strength) Bila suatu sistem isolasi diberi tekanan elektrik, maka arus akan mengalir

pada permukaannya. Besar arus permukaan ini ditentukan tahanan permukaan sistem isolasi. Arus ini juga sering disebut dengan arus bocor atau arus yang menyelusuri sirip isolator. Bahwa besar arus dipengaruhi oleh kondisi sekitarnya, yaitu suhu, tekanan, kelembaban dan polusi. Secara teknis sistem isolasi harus mampu memikul arus bocor tersebut tanpa menimbulkan pemburukan pada permukaan sistem isolasi atau setidaknya pemburukan karena arus bocor tersebut dapat dibatasi. Arus bocor menimbulkan panas dan hasil sampingannya adalah timbulnya penguraian pada bahan kimia yang membentuk permukaan sistem isolasi. Efek yang sangat nyata dari penguraian ini adalah timbulnya kerak (jejak arus). Kerak dapat membentuk suatu lajur konduktif yang selanjutnya akan menimbulkan tekanan elektrik yang berlebihan pada sistem isolasi. Panas yang ditimbulkan arus bocor dapat juga menimbulkan erosi tanpa didahului oleh adanya kerak konduktif.

79

Terjadinya kerak tidak terbatas hanya pada permukaan isolasi pasangan luar, tetapi dapat juga terjadi pada isolasi peralatan pasangan dalam yang terpasang pad tempat kotor dan lembab, juga pada isolasi yang terpasang dibagian dalam peralatan itu sendiri. Semua kejadian tiu dipengaruhi sifat material, bentuk dan kehalusan permukaan elektroda, juga oleh pengaruh luar. Mekanisme terjadinya kerak sama dengan mekanisme lewat denyar isolasi terpolusi. Bergabungnya beberapa kerak dapat memicu atau memfasilitasi lewat denyur sempurna.

2.7

Degradasi Kabel Penurunan kualitas (degradasi) kabel dapat terjadi karena kabel yang berada

dalam pelayanan selalu mengalami tekanan-tekanan baik tekanan listrik, mekanis, maupun tekanan termal. Selain itu, faktor-faktor lingkungan seperti suhu udara, kelembaban, cuaca, maupun polutan dalam udara juga turut mempengaruhi terjadinya degradasi kabel. Faktor-faktor tersebut dapat menyebabkan terjadinya degradasi kabel melalui dua fenomena yaitu lucutan parsial (partial discharge) dan treeing. Hal ini tentu saja akan mengurangi umur pemakaian kabel.

2.7.1

Lucutan Parsial (Partial Discharge) pada kabel Ruang kosong (voids) atau rongga-rongga yang terisi gas terbentuk dalam

suatu bahan isolasi atau pada tabir/antarmuka isolasi, pada waktu pembuatan (manufacture) instalasi maupun pada waktu operasi. Kabel dengan isolasi polimer, misalnya rongga-rongga terisi gas ini dapat terbentuk pada waktu proses ekstrusi

80

bahan isolasi pada penghantar. Rongga-rongga kosong juga dapat terbentuk pada kabel oleh perbedaan ekspansi dan kontraksi bahan-bahan kabel yang diakibatkan karena pembebanan atau kondisi hubungsingkat. Rongga-rongga kosong mempunyai tekanan listrik yang lebih besar bila dibandingkan dengan sebagian besar isolasi. Selain itu, gas yang ada di dalam rongga kosong itu mempunyai ketahanan gagal (breakdown strength) yang lebih rendah dibandingkan dengan isolasi utama. Ketika tekanan listrik pada rongga melampaui ketahanan gagal dari gas yang berada di dalam rongga, lucutan parsial dapat terjadi. Lucutan

tersebut,

Jika

cukup

kuat,

secara

berangsur-angsur/gradual

akan

mendegradasi dan mengerosi isolasi, yang pada akhirnya akan menyebabkan teijadinya kegagalan (breakdown). Oleh karena itu, tegangan insepsi/permulaan dari awal mula lucutan parsial, magnitudenya, ketergantungannya pada tegangan, metode pengukuran dan lokasi lucutan seperti ini menjadi hal yang sangat penting. Lucutan parsial menyebabkan terjadinya degradasi kabel melalui proses elektronik, kimia dan mekanik yang bermacam-macam. Pada beberapa kasus, lucutan parsial menyebabkan permulaan dan pertumbuhan pohon (trees) yang pada akhimya menyebabkan kegagalan kabel. Sebagai tambahan untuk rongga-rongga, kerusakan lain yang akhirnya dapat mengarah pada terjadinya lucutan parsial dan pennulaan tree, antara lain tonjolan keluar dan tekanan yang leblh tinggi pada perisai, kontaminan pengisolasi dan penghantar pada isolasi, retakan mikro, dan kerusakan lainnya.

81

2.7.2

Treeing Pada Kabel Treeing merupakan fenomena prakegagalan listrik. Nama ini diberikan pada

beberapa tipe kerusakan yang kemajuannya melalui dielektrik yang mengalami tekanan, sehingga jika dilihat lintasannya menyerupai sebuah pohon. Seperti halnya pola-pola Iucutan, treeing terkadang diikuti dengan terjadinya kegagalan total dari isolasi. Treeing dapat terjadi pada kebanyakan dielektrik padat seperti kaca dan porselin dan merupakan masalah yang serius pada polimer, rubber dan epoxy resin. Treeing dapat dlikuti oleh terjadinya kegagalan listrik total dan isolasi maupun tanpa dlikuti kegagalan listrik total dari isolasi. Namun, pada dielektrik yang terekstrusi organik mempuenyai kemungkinan yang paling besar terjadinya kegagalan dielektrik sebagai hasil dari sebuah proses penuaan yang panjang. Tekanan listrik dan konsentrasi tekanan merupakan dua hal yang dibutuhkan dalam permulaan dan pertumbuhan pohon. Treeing dapat berkembang dengan cepat dalam tekanan listrik yang tinggi pada dielektrik kering oleh lucutan parsial periodik atau lebih lambat pada keberadaan uap lembab pada tekanan listrik yang lebih rendah tanpa adanya lucutan parsial yang terdeteksi. Treeing dapat terjadi dalarn tegangan DC, AC maupun impuls. Pohon dalam treeing dapat dikategorikan dalam dua jenis yaitu pohon listrik (electrical Trees) dan pohon air (water trees). Pohon listrik berawal dan berkembang menjadi semakin banyak karena adanya tekanan listrik yang tinggi dan divergen pada kontaminan logam atau semikonduksi dan/atau rongga-rongga, dan lain-lain oleh lucutan parsial yang terjadi pada dielektrik kering. Pada tahap inkubasi lucutan

82

parsial tidak terdeteksi, namun setelah pohon listrik berkembang terdapat lucutan parsial yang signifikan dan dapat terdeteksi. Sedangkan pohon air biasanya dimulai dengan tekanan listrik dengan harga yang rendah dan berkembang perlahan tanpa adanya lcutan parsial yang terdeteksi

2.7.3

Mekanisme Kegagalan Isolasi Pada Kabel Mekanisme kegagalan isolasi pada kabel sebagai suatu bahan isolasi padat

meliputi kegagalan intrinsik, elektro mekanik, streamer, termal dan kegagalan erosi. Mekanisme kegagalan bahan isolasi padat terdiri dari beberapa jenis sesuai fungsi waktu penerapan tegangannya. Hal ini dapat dilihat sebagal berikut:

Gambar 2.41 Grafik Kegagalan Isolasi

2.7.3.1 Kegagalan Intrinsik Kegagalan intrinsik adalah kegagalan yang disebabkan oleh jenis dan suhu bahan (dengan menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan, bahan elektroda,

83

ketidakmurnian, kantong kantong udara). Kegagalan ini terjadi jika tegangan yang dikenakan pada bahan dinaikkan schingga tekanan listriknya mencapal nilal tertentu yaitu 106 volt/cm dalam waktu yang sangat singkat yaltu 10-8 detik.

2.7.3.2 Kegagalan Elektromagnetik Kegagalan elektromekanik adalah kegagalan yang disebabkan oleh adanya perbedaan polaritas antara elektroda yang mengapit zat isolasi padat sehingga timbul tekanan listrik pada bahan tersebut. Tekanan listrik yang terjadi menimbulkan tekanan mekanik yang menyebabkan timbuInya tarik menarik antara kedua elektroda tersebut. Pada tegangan 106 volt/cm tekanan mekanik yang ditimbukan antara 2 s.d 6 kg cm 2 .

2.7.3.3 Kegagalan Streamer Kegagalan streamer adalah kegagalan yang terjadi sesudah adanya banjiran (avalance). Sebuah elektron yang memasuki band conduction di katoda akan bergerak menuju anoda dibawah pengaruh medan memperoleh energi antara benturan dan kehilangan energi pada waktu membentur. Jika lintasan bebas cukup panjang, maka tambahan energi yang diperoleh melebihi pengionisasi atom-atom. Akibatnya dihasilkan tambahan elektron pada saat terjadi benturan. Jika suatu tegangan V dikenakan terhadap elektroda bola, maka pada media yang berdekatan (gas atau udara) timbul tegangan. Karena gas mempunyai permitivitas lebih rendah dari zat

84

padat sehingga gas akan mengalami tekanan listrik yang besar. Akibatnya gas tersebut akan mengalami kegagalan sebelum zat padat mencapai kekuatan intrinsiknya. Karena kegagalan tersebut maka akan jatuh sebuah muatan pada pennukaan zat padat sehingga medan yang tadinya seragam akan terganggu. Bentuk muatan pada Ujung pelepasan ini dalarn keadaan tertentu dapat menimbulkan medan lokal yang cukup tinggi (sekitar 10 MV/cm). Karena medan ini melebihi kekuatan intrinsik maka akan terjadi kegagalan pada zat padat. Proses kegagalan ini terjadi sedikit demi sedikit yang dapat menyebabkan kegagalan total.

2.7.3.4 Kegagalan Thermal Kegagalan termal adalah kegagalan yang terjadi jika kecepatan pembangkitan panas di suatu titik dalam bahan melebihi laju kecepatan pembuangan panas keluar. Akibatnya terjadi keadaan tidak stabil sehingga pada suatu saat bahan mengalami kegagalan, seperti ditunjukkan pada gambar 2.42. Karena adanya faktor ini, maka rugi-rugi pada medan arus bolak balik lebih besar dari arus searah. Akibatnya kuat gagal termal pada tegangan AC lebih kecil daripada kuat gagal termal medan arus DC. Kuat gagal termal untuk medan bolak balik juga menurun dengan naiknya frekuensi tegangan.

85

Gambar 2.42 Kegagalan Termal

2.7.3.5 Kegagalan Erosi Kegagalan erosi adalah kegagalan yang disebabkan zat isolasi padat tidak sempurna, karena adanya lubang-lubang atau rongga dalam bahan isolasi padat tersebut. Lubang/rongga akan terisi oleh gas atau cairan yang kekuatan gagalnya lebih kecil dari kekuatan zat padat. Gambar kegagalan isolasi dan rangkaian ekivalennya ditunjukkan oleh gambar 2.43 dan gambar 2.44 dibawah ini.

Gambar 2.43 Rangkaian Kegagalan Erosi

86

Gambar 2.44 Bentuk Gelombang rongga Isolasi Ekivalen Padat

Jika tegangan AC yang dikenakan tidak menghasilkan kegagalan, maka bentuk gelombang yang terjadi pada rongga adalah V 1 , tetapi jika V 1 cukup besar, maka bisa terjadi kegagalan pada tegangan V 1 ’. Pada saat terjadi lucutan dengan tegangan V 1 ' maka pada rongga tersebut terjadi busur api. Busur api yang terjadi diiringi oleh jatuhnya tegangan sampal V 1 " dan mengalirnya arus. Busur api kemudian padam. Tegangan pada rongga naik lagi sampai terjadi kegagalan berikutnya pada tegangan V 1 '. Hal ini juga terjadi pada setengah gelombang (negatif) berikutnya. Rongga akan melucut pada waktu tegangan rongga mencapai - V 1 ‘. Pada waktu gas dalam rongga gagal, permukaan zat isolasi padat merupakan katoda-anoda dengan bentuk yang ditunjukkan seperti berikut:

87

Gambar 2.45 Bentuk Gas Dalam Rongga Saat Mengalami Kegagalan

Benturan elektron pada anoda mengakibatkan terlepasnya ikatan kimiawi pada isolasi padat tersebut. Demikian pula pemboman katoda oleh ion-ion positif akan mengakibatkan kenaikan suhu yang menyebabkan ketidakstabilan termal, sehingga dinding zat padat lama kelamaan menjadi rusak, rongga menjadi semakin besar dan isolasi menjadi tipis.

2.8

Perhitungan Arus Bocor Pengujian arus bocor ini memerlukan oscilloscope sebagai alat bantunya.

Input tegangan yang masuk kedalam oscilloscope harus sesuai dengan karakteristik kemampuan oscilloscope tersebut. Piranti pengaman dan perlindungan oscilloscope diperlukan untuk membatasi tegangan besar yang masuk kedalam oscilloscope denga cara memasang rangkaian pembagi tegangan dan sela jarum. Pengujian arus bocor dilakukan pada tegangan mendekati tegangan kritis standar flashover. Tujuan dari pengujian ini untuk mengetahui besarnya arus bocor yang terkontaminasi poutan pada saat tegangan kritis standar flashover.

88

Nilai resistans pada rangkaian pembagi tenaga tersebut adalah sebagai berikut: •

R 1 = 680 Ohm

•

R 2 = 920 Ohm

•

R 3 = 100 Ohm

•

R 4 = 820 Ohm

•

R 5 = 10.000 Ohm

Berdasarkan perhitungan pada rangkaian gambar 2.46 dapat diukur besarnya arus bocor (I 1 ) berdasarkan nilai input oscilloscope, V CD melalui persamaan berikut ini: •

Loop ABDE :

(I1 − I 2 )R1 = I 2 R2 + (I 2 − I 3 )R3

•

(2-7)

Loop BCD

(I 2 − I 3 )R3 = I 3 (R4 + R5 ) I 3 R5 = VCD ⇒ I 3 =

VCD VOut = R5 R5

(2-8)

Jika persamaan diatas disederhanakan dan dimasukkan nilai resistannya, maka diperoleh : I2 =

I 3 (R3 + R 4 + R5 ) I 3 (100 + 820 + 10000) = = 109,2.I 3 R3 100

I3 =

V VCD × I 2 = CD × 109,2 = 0,01092 . VCD R5 10000

(2-9)

89

Sehingga diperoleh persamaan akhir : V  [I − (0,01092 . V )] 680 = (920 . 0,01092 . V ) + (0,01092 . V ) −  10000  100 CD

CD

1

CD



CD





680 . I1 − 7,4256 . VCD = 10,0464 . VCD + 1,092 . VCD − 0,01 . VCD 680 . I 1 = 18,574 . VCD I 1 = 0,02732 . VCD

(2-10)

Atau dengan persamaan lain jika diketahui VCD = Vrms dan I1 = arus bocor, maka untuk mencari nilai arus didapatkan rumus: I1 =

V V R3 + R4 + R5 × VCD dan I 3 = CD = Out R5 R5 R3 + R5

 (R + R2 + R3 ) × (R3 + R4 + R5 ) R3  × I1 =  1  VCD (R1 × R2 × R3 ) R1 × R5  

(2-11)

I1 = 0,02732 × VCD

(2-12)

Jika diketahui VCD = Vrms dan I1 = arus bocor, maka untuk mencari nilai arus bocor berdasarkan data dari tegangan ( Vrms ) didapatkan rumus: I1 = 0,02732 . Vrms

(2-13)

90

A

B

R1

I2

E

R3

I3

R5

D

Gambar 2.46 Rangkaian Pembagi Tegangan

Vinput OSCILLOSCOPE

Tegangan di ukur

R2

I1

C R4