BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan Umum Metode Pengukuran Isolator

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Tinjauan Umum Metode Pengukuran Isolator Dengan berkembangnya teknologi dan industri ketenagalistrikan serta berkembangnya pengetahuan engineeringindustri tenaga listrik, energi listrik telah dapat dibangun hingga level tegangan yang lebih tinggi sehingga dengan mudah dapat ditransmisikan untuk jarak yang sangat jauh sekalipun. Perkembangan peningkatan penggunaan level tegangan sistem tenaga listrik yang lebih tinggi menambah kemampuan jaringan tenaga listrik menyalurkan energi listrik. Dengan level tegangan yang lebih tinggi, energi yang tersalurkan akan menjadi lebih besar dan lebih sedikit losses yang muncul sehingga penyaluran energi listrik untuk jarak yang jauh dan dengan level tegangan yang lebih tinggi dapat dikatakan sangat efektif dan efisien. Namun ada beberapa hal yang harus diperhatikan. Meningkatnya level tegangan memperbesar biaya pembangunan tower penyangga yang lebih tinggi dan penyediaan sistem isolasi yang lebih besar. Besarnya biaya pembangunan sistem penyaluran tegangan tinggi dan tegangan ekstra tinggi didominasi oleh besarnya biaya pengadaan sistem isolasinya. Sistem penyaluran tegangan tinggi dan ekstra tinggi dikenali dari karakter sistem isolasinya yang bervolume lebih besar. Dengan penghantar yang semakin besar dan berat yang mengalirkan arus dan beban yang lebih tinggi, dibutuhkan dimensi isolasi yang lebih besar, memiliki kekuatan mekanis yang lebih kuat dan lebih tahan terhadap

http://digilib.unimus.ac.id

pejanan energi listrik yang tinggi secara terus menerus sehingga mampu menyangga dan mengisolasi penghantar dari sisi ground. Pada jaringan transmisi tegangan tinggi dan ekstra tinggi, isolator yang paling tepat untuk operasinya dibentuk dari material dielektrik seperti porselen dan gelas. Bagian-bagiannya disusun menggunakan fitting logam. Dalam kondisi operasi, perbedaan koefisien linier pemuaian fitting logam dengan dielektriknya memungkinkan menyebabkan rusaknya dielektrik yaitu retak setelah beberapa periode waktu. Dalam beberapa kasus, dielektrik mungkin telah memiliki kerusakan internal yang akan yang akan mulai nampak dengan berjalannya waktu apabila struktur isolator tidak cukup tebal. Penyerapan akan air dan material yang bersifat konduktif dapat juga mengurangi atau bahkan menghilangkan fungsi dari bagian dielektrik. Oleh sebab itu, akan menjadi hal yang sangat dibutuhkan bagi suatu jaringan tegangan tinggi ataupun tegangan ekstra tinggi yang telah beroperasi untuk beberapa periode waktu untuk mengganti isolator yang rusak ataupun bagian-bagiannya. Penggantian material yang cacat sangat berpengaruh besar pada peningkatan keandalan dari isolator tersebut dan mencegah dari kegagalan total oleh kebocoran atau lewat denyar (flashover) dari konduktor ke ground. [1] Selama beberapa dekade, berbagai macam metode untuk mendeteksi kerusakan dan kegagalan isolator dalam jaringan dalam kondisi jaringan tanpa padam telah banyak ditemukan dan digunakan. Hal ini memberikan keuntungan yaitu pelaksanaan pengawasan dan pengecekan dapat dilakukan tanpa mengorbankan kualitas penyaluran tenaga listrik. Metode yang digunakan dapat


dibagi menjadi 2 macam yaitu metode aktif dan metode pasif. Sebuah metode dinyatakan sebagai metode aktif ketika beberapa atau sebuah sumber eksternal tegangan tinggi diterapkan diseluruh keping isolator untuk benar-benar menguji isolator hingga ke batas maksimalnya. Sampai sekarang, metode uji aktif lebih banyak hanya digunakan di laboratorium atau toko penjualan isolator tersebut. Sedangkan metode pasif dapat dianggap sebagai suatu cara pengujian atau pengukuran isolator tanpa membutuhkan sumber energi eksternal lagi tetapi mengukur berdasarkan suatu besaran suatu satuan yang ada pada isolator seperti besar beda potensial , tahanan, atau medan listrik yang melingkupi isolator tersebut . [2]

2.1.1. Pengukuran Isolator Dengan Metode Aktif Salah satu contoh perangkat ukur yang menggunakan metode aktif adalah perangkat tester pengukur kondisi isolator tegangan tinggi yang dibuat oleh Arthur O. Austin pada tahun 1930 dan telah dipatenkan pada tahun 1933 (U.S. Pat.

No.1,923,565).

Berdasarkan

paten

ini,

sebuah

probe

berbentuk

garpubercabang diletakkan melintang pada isolator. Tegangan DC dibangkitkan oleh sebuah generator DC (megger) diberikan pada isolator dan aliran arus yang melalui isolator yang rusak dideteksi dan ditampilkan pada sebuah indikator arus. Metode ini digolongkan dalam metode aktif karena menggunakan generator DC (megger) sebagai sumber tegangan tinggi eksternal. Metode dan peralatan berdasarkan paten ini memiliki beberapa kelemahan. Jaringan yang akan diukur isolatornya

harus

dipadamkan

selama

pengetesan


untuk

menghindari

melompatnya listrik ke perangkatukur dan juga untuk meyakinkan keselamatan bagi personil yang melaksanakan pengetesan. Sebuah sumber energi terpisah (seperti sebagai contoh, sebuah baterai) harus digunakan, sebagai tambahan dalam penggunaan megger, untuk membangkitkan energi listrik belitan induksi primer dari transformator yang juga merupakan bagian dari perangkat tes ini.[1]

(a)


(b)

Gambar 2.1.(a) Sebuah gambar perwujudan desain perangkat ukur isolator yang dibuat oleh Arthur O. Austin secara keseluruhan (fig1) dan diagram yang menampilkan sebuah sirkuit koneksi yang dimodifikasi (fig3). (b) Sebuah gambar yang sama dengan fig 1 dalam bentuk modifikasi yang berbeda dalam bentuk yang lebih ringkas.


Keterangan : 10

: Keping Isolator

11

: Keping Isolator

12

: Keping Isolator

13

: Keping Isolator

14

: Cross Arm

15

: Konduktor

16

: Tower/tiang

17

: Tongkat Konduktif

18

: Pegangan Berisolasi

19

: Garpu Cabang

20

: Garpu Cabang

21

: Pengisolasi Garpu Cabang

22

: Kabel berisolasi

23

: Kabel berisolasi

24

: Kumparan induksi sekunder

25

: Kumparan induksi primer

26

: Baterai

27

: Saklar

28

: Jangkar magnet

29

: Kondensator

30

: Kondensator

31

: Megger (perangkat ukur)


32

: Kondensator

33

: Resistor

34

: Resistor

35

: Kabel berisolasi

36

: Kondensator

37

: Kondensator

38

: Kabel berisolasi

39

: Kabel berisolasi

40

: Resistor

41

: Kabel berisolasi

42

: Kabel berisolasi

43

: Sebuah gap (celah)

45

: Resistor

46

: Kabel berisolasi

47

: konduktor

Dalam ilustrasi fig 1, satu renceng isolator yang terdiri dari 10, 11, 12 dan 13 dipasang menggantung pada cross arm(14) dan menyangga sebuah konduktor(15). Cross arm(14) tersebut memanjang dari body tower(16). Konduktor(15) biasanya diketanahkan selama proses pengukuran dengan sebuah batang logam konduktif(17) untuk menghindari melompatnya listrik tegangan tinggi pada perangkat ukur ataupun hal-hal yang dapat membahayakan jaringan. Sehingga secara umum pengukuran ini dilakukan dalam keadaan jaringan padam (de-


energize). Sebuah garpu ukur dengan pegangan berisolasi(18) dan cabang garpu 19 dan 20 digunakan untuk membuat kontak sentuhan melintasi dua terminal dari sebuah isolator. Cabang garpu ukur19 dan 20 terisolasi dari tongkat pegangan(18) dengan sebuah isolasi

(21).

Kabel timah berisolasi 22 dan 23 dipasangkan ke

cabang garpu 19 dan 20. Kabel timah berisolasi 22 dan 23 dibuat dari bahan yang tahan terhadap besar tegangan yang dibutuhkan. Kabel(22) dipasangkan pada satu terminal sekunder dari sebuah kumparan induksi atau transformator yang dapat membangkitkan tegangan yang cukup tinggi sehingga kerusakan antara dua elektroda atau bagian metal dari isolator yang diukurditandai dengan keluarnya percikan api karena sebuah pelepasan muatan. Kumparan induksi yang sisi sekunder(24) dan primernya(25) mungkin dalam sebuah desain yang tepat. Secara umum kumparan primernya(25) dibangkitkan dengan sebuah baterai(26) ketika saklar(27) tertutup. Sebuah Jangkar magnet(28)menyambung dan memutuskan kontak secara ganti berganti, menutup dan membuka arus primer. Jangkar magnet penyela ini dioperasikan oleh sebuah magnetic pull.Pemutusan mendadak dari sirkuit menghasilkan sebuah tegangan tinggi di sisi sekunder sebagaimana dalam operasi yang biasanya dari kumparan transformator. Selama perangkat penyela diletakkan pada seluruh kumparan, diketahui bahwa sebaiknya menjadikan ini sebuah bagian dari rakitan kumparan itu sendiri. Celah(28) pada sisibawah, dihindarkan dari terbakar

dengan

dipasangkan

kondensator29 dan 30.

Kondensator ini diatur sehingga osilasi di kumparan sekunder secara material meningkat, sehingga memberikan kecenderungan untuk meningkatkan pelepasan


muatan pada bagian dielektrik isolator yang rusak. Peningkatan pelepasan muatan ini membuat pendeteksian isolator yang rusak menjadi lebih mudah. Sebagaimana banyak perangkat yang akan mengukur kebocoran arus pada isolator yang rusak sangat sulit dikarenakan arus yang muncul sangat kecil, maka diperlukan suatu perlindungan untuk perangkat ini dari dari besarnya osilasi yang dibangkitkan oleh kumparan transformator. Semua teratasi dengan alat ini dengan cara seperti berikut : Kabel timah berisolasi 22 dan 23 harus menyuplai sebuah tegangan tinggi ke isolator yang rusak. Agar dapat mengaplikasikan pembangkitan beda potensial di kumparan sekunder(24) ke isolator rusak tanpa melawan arus yang melewati megger (perangkat ukur)(31), sebuah kondensator(32) ditempatkan diantara kabel(23) dan satu terminal dari kumparan sekunder(24). Maka akanterlihatlah sebuah beda potensial yang tinggi dihasilkan telah melewati kabel 22 dan 23 dan melalui kondensator(32).Diketahui bahwa kumparan mengeluarkan sebuah frekuensi yang tinggi. Untuk melindungi perangkat ukur(31) dari tegangan yang mungkin merusak kumparan bagian indikator, resistansi atau impedansi 33 dan 34 dipasangkan secara seri dengan kabel 35 dan 23. Saat perangkat ukur menggunakan sebuah arus searah, kondensator32, 36 dan 37 akan memberikan efek/pengaruh yang kecil atau tidak ada sama sekali terhadap pengoperasian perangkat ukur tersebut. Kondensator ini, harus memiliki resistansi yang tinggi, sebaliknya hal ini akan menyebabkan berkurangnya sensitifitas dari indikator untuk menunjukkan besarnya kerusakan dari isolator.


Dimana megger digunakan, akan ada sebuah beda potensial antara kabel 38 dan 39. Mengingat kenyataan bahwa megger sangat sensitif dan akan mengindikasikan sebuah arus yang sangat kecil, resistansi pelindung 33 dan 34 dibuat sangat besar. Jumlah dari resistansi ini akan tergantung pada tingkat sensitifitas yang diinginkan dan biasanya melebihi seratus megaohm (>100 MΩ) dan masih memungkinkan pendeteksian isolator yang rusak. Resistansi iniperlu disetting untuk menemukan kondisi yang tepat. Dalam operasinya, tegangan tinggi membebani kabel 22 dan 23 melalui kumparan sekunder(24) menyebabkan mengalirnya arus atau pelepasan muatan melalui kerusakan pada isolator(11). Percikan yang dihasilkan oleh tegangan tinggi menurunkan resistansi sehingga perbedaan dalam potensial listrik antara kabel 38 dan 39 dapat menghasilkan sebuah aliran arus. Aliran arus ini hanya ada selama pelepasan muatan dari kumparan sekunder(24), tetapi dalam banyak kasus resistansi dari kerusakan terlalu rendah sehingga arus akan terus menerus mengalir melalui kerusakan itu dengan beda potensial yang relatif rendah yang telah dibangkitkan oleh megger(31). Jumlah arus yang mengalir pada sisi primer kumparan diatur dengan resistansi(40). Saklar(27) selalu tertutup hanya selama periode pengetesan, sehingga membuat awet energi baterai(26). Disaat osilasi tidak begitu sangat teredam, efek dari polaritas tidak terlalu penting. Apabila ditemukan disitu kecenderungan untuk pelepasan muatan yang lebih besar dalam satu arah yang akan mengganggu penunjukan indikator megger(31), baterai atau kumparan sekunder akan terbalik.


Karena tingginya frekuensi yang digunakan, ada penyerapan elektrostatik yang terasa karena kapasitansi antara kabel 22 dan 23. Apabila kapasitansi ini terlalu besar sebagai keluaran kumparan sekunder(24), tidak akan ada tegangan yang cukup untuk menyeberangi kerusakan pada dielektrik isolator yang rusak(11). Untuk mengurangi efek ini, kumparan pemicu pada transformator diletakkan dekat dengan elektroda tes 19 dan 20. Rangkaian ini ditunjukkan pada Fig2. Dimana kumparan pemicu ditempatkan dekat dengan isolator. Kapasitansi antara kabel 41 dan 42 tidaklah selalu membutuhkan bantuan sebuah kondensator(32). Kumparan sekunder disediakan sebuah celah(43). Celah ini digunakan sebagai pengaman kumparan sekunder atau isolasi dari kabel dan dapat juga digunakan untuk mengindikasikan ada tidaknya tegangan yang dibangkitkan oleh kumparan. Penemuan ini terdiri dari sebuah sumber tegangan tinggi digunakan untuk tegangan tembus awal (initial breakdown) pada kerusakan, bersama dengan sebuah sirkuit shuntyang didukung dengan impedansi yang tepat dan sebuah perangkat pengindikasi yang memungkinkan aliran arus dengan tegangan tembus awal. Jalur shunt dan seri harus dapat membolehkan lewatnya arus tegangan tinggi untuk menimbulkan tegangan tembus awal (initial breakdown) dan pada waktu

yang

sama,

membolehkan

mengalirnya

arus

pengukuran

dan

pengindikasian pada potensial yang lebih rendah tanpa membiarkan potensial tegangan tinggi tegangan tembus awal merusak instrumen pengindikasi. Dimana arus pengukuran mengalir dari instrumen pengindikasi adalah searah, arus mungkin mengalir lebih dengan mudah melalui kumparan sekunder(24). Dimana disitu tersedia cukup energi yang tersedia di sisi kumparan sekunder, sebuah


shuntberesistansi tinggi digunakan melintasi terminal(24) untuk lewatnya sebagian dari arus. Secara umum, walaupun demikian, hal ini tidak terlalu begitu diperlukan. Peralatan lain selain baterai(26) digunakan untuk menyuplai energi untuk lilitan pemicu atau kumparan transformator(25).Satu metode untuk menyuplai arus pada kumparan transformator adalah meng-energize salah satu atau semua konduktor(15) sistem transmisi dengan sebuah potensial konstan dari mesin arus searah atau baterai dimana satu konduktor diberikan energi dan pengukuran dilanjutkan pada konduktor yang normalnya membawa energi dari fasa yang lain, susunannya sama dengan yang ditampilkan pada Fig.1 kecuali bahwa energi di baterai(26) digantikan dengan energi yang diambil konduktor yang disuplai dengan potensial arus searah, sebagaimana ditampilkan pada Fig.3. Potensial arus searah ini mungkin antara fasa-phasa atau fasa-ground sesuai dengan yang diinginkan. Dalam beberapa instalasi, bagaimanapun mungkin diinginkan untuk mengenergize semua konduktor dalam waktu yang sama. Agar memperoleh energi dari sirkuit, bagaimanapun, pada tower , kabel ground(17) dirusak dengan memasukkan sebuah resistansi(45). Kabel shunt yang berjalan dari resistansi ini akan mengganti baterai(26) yang ditampilkan dalam Fig.1. Bila diinginkan, resistansi mungkin dapat dihilangkan, sambungan elektrikal dibuat dari konduktor(15) ke sirkuit melalui kabel(46), dan ke ground pada sisi lain dari konduktor(47); baterai kemudian dihilangkan. Susunan ini membuatnya tidak diperlukannya mengangkut sebuah baterai. Apabila diinginkan, sebuah arus searah dibuat melalui sebuah generator motor set yang akan meng-energizekumparan atau transformator menghasilkan


tegangan tinggi. Dimana sebuah tegangan rendah arus searah digunakan, hambatan kecil antara konduktor(15) dan ground akan cenderung menghindari tegangan apapun yang berlebihan atau berbahaya, khususnya dimana celah pembatas yang sangat kecil ditempatkan melintasi hambatan pada kabel ground(17).[1] Tetapi, dalam penelitian ini melakukan penelitiandengan perangkat ukur yang bekerja mengukur isolator dalam keadaan jaringan bertegangan(energize), maka tidak akan dilakukan pengetesan menggunakan metode ini.

2.1.2. Pengukuran Isolator Dengan Metode Pasif Telah banyak varian yang telah dibuat dan dikembangkan untuk metode uji pasif. Metode jenisini telah banyak digunakan secara luas dan merupakan metode uji yang paling tepat digunakan dalam praktek langsung di lapangan dengan efektif karena berbagai macam kemudahan dan konstruksi fisik perangkat yang lebih ringkas, ringan dan mudah dalam pengangkutannya. Metode Uji pasif dapat dibagi ke dalam tiga kategori berdasarkan prinsip dasar instrumen pengukuran bekerja terhadap besaran satuan yang berpengaruh yang digunakan, antara lain: a. Deteksi atau pengukuran Perbedaan potensial b. Pengukuran Resistansi c. Pengukuran Medan Listrik

2.1.2.1. Deteksi atau Pengukuran Perbedaan Potensial


Cara paling sederhana untuk mendeteksi besarnya potensial listrik yang melalui sebuah isolator adalah dengan menghubungsingkatkannya, asalkan isolator terenceng banyak dalam satu renceng yang panjang secara seri, dan mendengarkan suara dengunganyang muncul ketika terjadi kontak. Metode ini disebut denganbuzz. Metode ini kurang begitu tepat disebut sebagai metode terbaik tetapi telah terbukti sangat berguna khususnya untuk renceng isolator yang panjang. Metode buzz bekerja dengan berdasarkan pada prinsip bahwa ketika dua bagian logam yang berbeda potensial dihubungsingkatkan akan menghasilkan sebuah percikan listrik. Percikan ini akan menghasilkan suara buzz untuk menandakan bahwa isolator dalam kondisi yang baik. Perangkat yang digunakan terdiri dari elektroda metal berbentuk U yang dipasang di ujung tongkat berisolasi. Namun, dengan semakin besarnya tegangan yang disalurkan pada jaringan transmisi menyebabkan semakin panjangnya isolator terpasang yang digunakan, membuat semakin sulitnya metode pendeteksian dilaksanakan dikarenakan semakin jauh perangkat dari personel operator pengetesan, semakin sulit untuk mendengar bunyi dengungan yang dihasilkan, terutama jika pelaksanaannya berada di dekat jalan raya yang ramai. [2] Di tahun 1925, Claudius E. Bennet mematenkan (U.S. Pat. No.1,542,815) sejenis voltmeter elektrostatik yang dipasang pada ujung tongkat berisolasi (insulating stick) yang dapat mengukur potensial listrik yang mengalir melalui piringan isolator. Alat ini beroperasi berdasarkan pada prinsip bahwa ketika suatu susunan seri dari dua atau lebih isolator dikenakan beda potensial yang tinggi, total tegangan yang didistribusikan ke seluruh elemen didasarkan pada besarnya


tahanan isolasi dari elemen-elemen tersebut dan kapasitas elektrostatiknya satu sama lain dan juga ke ground, akan meninggalkan sebuah unit isolator tanpa tegangan atau dengan lebih sedikit tegangan dibandingkan dengan nilainya yang seharusnya ketika disusun pada posisi seri. Inilah yang dimaksudkan dengan isolator

yang

telah

rusak.Dalam

kondisi

ini,

apabila

terminal

perangkattesterpengukuran dikontak dengan bagian elemen logam penghubung pada sisi yang berlawanan dari unit isolator, perbedaan potensial yang melalui isolator dan dari isolator tersebut dengan ground menyebabkan indikator mengambil sebuah posisi penunjukan nilai berhubungan dengan kondisi elemen. Pengkalibrasian instrumen ini adalah bahwa indikator tidak bergerak apabila perbedaan potensial lebih sedikit dibandingkan hubungannya dengan tegangan yang melalui sebuah elemen yang bagus pada posisi yang sama dalam susunan serinya.[3] Perbedaan dasar antara perangkat ini bekerja dengan aksi dari dua set bebas gaya elektrostatik dan perangkat elektrostatik yang telah dibuat sebelumnya untuk memperlengkapi set tunggal gaya, diilustrasikan dan dibuat jelas dengan mempertimbangkan perbedaan antara sebuah wattmeter dan sebuah ammeter. Indikasi dari ammeter disebabkan oleh medan elektromagnet yang terjadi dari lewatnya arus melalui instrumen dan karena itu sebuah ammeter selalu memberikan deviasi tertentu untuk arus tertentu. Dalam sebuah wattmeter, justru sebaliknya karena deviasi disebabkan oleh efek kombinasi tegangan antara terminal dan medan elektromagnet yang dibuat oleh arus yang melewati sirkuit dimana instrumen terhubung.


Gambar 2.2. Gambar Desain perangkat dan penggunaan perangkat ukur temuan Claudius E. Bennet


Keterangan : Fig.1

: Menampilkan sebuah tiang/tower yang terpasang isolator yang tersusun secara seri dalam susunan suspensi dalam satu kolom dan juga menampilkan penggunaan instrumen.

Fig.2

:Bagian muka instrumen temuan C.E Bennet ini.

Fig.3

:Penampakan melintang yang telah dibukakan dari bagian dalamnya.

1

: Dasaran wadah instrumen

2

: Dinding samping

3

: Tutup transparan

4 dan 14 : Konduktor batang 5 dan 15 : Bushing 6 dan 12 : Plat landasan 7 dan 13 : Poros 8

: Spiral pegas

9

: Batang poros

10

: Baling-baling Indikator (vane)

11

: Pelindung

14

: Terminal kontak

16

: Bagian konduktor batang yang dipasangi konektor elastis

17

: Pegas silindris

18

: Wadah berbentung cangkir tempat perangkat indikator (flange)

19

: Lubang


20

: Tongkat kecil berisolasi

21

: Tongkat besar berisolasi

Elemen penting dari instrumen ini, dua buah konduktor dengan material yang bersifat isolasi untuk meyakinkan dua buah konduktor ini dapat digunakan untuk membuat kontak dengan material konduktif pada permukaan dari unit isolator yang diuji. Sebuah elemen indikator yang dapat bergerak disebabkan aksi gaya elektrostatik dari dua konduktor tersebut dan didesain untuk bekerja sama baiknya dalam semua posisi. Sebuah pelindung dari material konduktif digunakan untuk membuat penyesuaian dari instrumen tetapi dalam keadaan tertentu pengaruh gaya elektrostatik tersebut dapat ditekan, serta sebuah bingkai atau casing yang berfungsi untuk mendukung elemen konduktor tersebut dalam posisi yang relatif benar dan melindungi elemen indikator dari pengaruh luar yang tidak diinginkan. Sesuai gambar yang disertakan dari bagian-bagian instrumen ini dan mengilustrasikan prinsip kerja dari instrumen ini.Fig.1 menampilkan sebuah tiang/tower yang terpasang isolator yang tersusun secara seri dalam susunan suspensi dan juga menampilkan penggunaan instrumen. Fig.2 bagian muka instrumen ini. Fig.3 penampakan melintang yang telah dibukakan dari bagian dalam instrumen. Sebuah wadah berbentuk cangkir yang kemudian disebut “A” meliputi sebuah dasaran 1 yang tebal dan kuat, sebuah dinding samping 2 yang utuh dengan dasaran bila diinginkan dan sebuah atasan yang transparan 3 dimana disitu


pengamatan dapat dilakukan. Untuk membuat sekuat mungkin kekuatan isolasi dari instrumen ini dan untuk menjaga kapasitas elektrostatik dari instrumen tetap rendah, wadahnya dibuat dari suatu material isolasi yang lebih baik yaitu bakelite. Wadah ini dalam beberapa bentuk, dengan lapisan untuk melindungi elemen indikator dari pengaruh luar yang tidak diinginkan adalah sebuah kebutuhan dan karenanya menjadi hal yang sangat pokok sekali. Dasaran 1 berfungsi memberikan sandaran yang memisahkan dua buah proyeksi bushing 5 dan 15. Dua bushing tersebutyang terbuat dari material isolasi yang sesuai dilubangi untuk dapat dimasukkan konduktor 4 dan 14 yang dibungkus didalamnya. Bushing 5 dilubangi kearah sepanjang bagiannya ke arah ujung dalam yang menembus ke dalam bushing. Dan terpasang di dasaran 1. Ujung dari bushing didekatkan sehingga konduktor sepenuhnya terbungkus pada ujung dalam pada jarak-jarak tertentu di dalam selubung A. Bushing(15) dimasukkan dari ujung ke ujung dan dipatri di bagian dalam dasaran 1 sementara konduktor(14) melewati bagian dalam dari selubung A dimana ulirnya membawa dua landasan 6 dan 12 yang ditahan oleh mur yang mudah disesuaikan. Pada sisi terluar dari penyangga ini adalah poros tetap 7 dan 13 dimana batang poros(9) dapat bebas berputar. Sumbu untuk poros ini ada pada sudut kanan dari dasar dan atasan yang transparan. Poros ini membawa balingbaling(10) yang benar-benar seimbang pada sumbunya, sehingga baling-baling (vane) indikator tersebut dapat berputar bebas pada sebuah landasan pada sudut sebelah kanan dari dua konduktor tersebut.


Seluruh permukaan indikator(10) dibuat dari sebuah konduktor. Sebuah efek yang dapat diperoleh dengan menyusun baling-baling (vane) indikator dari material konduktif atau dengan menerapkan bagian yang diperlukan beberapa lembar emas atau media yang sesuai lainnya. Dalam beberapa kasus untuk penyesuaian yang khusus, lembaran emas dihilangkan dari bagian atau seluruh bagian dari bagian yang pendek dari baling-baling indikator sedangkan dalam kasus lainnya, lembaran emas dihilangkan dari bagian yang panjang yang terdekat dengan poros

(9).

Sebagaimana ditampilkan pada gambar, bagian konduktif dari

indikator(10) terhubung secara elektrikal ke terminal(14) dengan alat kumparan poros(9), pegas(8) dan penyangga(12). Tidak diharuskan secara mutlak bahwa indikator harus secara elektrikal tersambung, sebagaimana kasus tertentu, peralatan akan memberikan hasil yang baik ketika indikator secara sempurna terisolasi dari kedua konduktor. Posisi nol dari baling-baling (vane)indikator dipasang pada sudut kanan ke sebuah jalur yang menggabungkan dua konduktor. Baling-baling indikator dapat menjadikan posisinya nol ketika terbebas dari tekanan lain yang berasal dari gaya pegas murni(8).Efek yang didapat oleh pegas ini dapat diperoleh sama baiknya dengan variasi peralatan yang lain seperti penggunaan sebuah magnet kecil yang didudukkan pada poros pada sudut kanan ke baling-baling (vane) dan ditarik oleh magnet eksternal seperti konduktor(4) yang dalam kasus ini yaitu sebuah baja dan termagnetisasi, sebuah susunan yang digunakan pada model-model sebelumnya instrumen ini.


Tersusun untuk membuat kontak dengan konduktor atau terminal(14) adalah sebuah tirai atau perisai(11) dari pegas kuningan atau material konduktif bengkok lainnya dengan perkiraan seperti bentuk yang telah ditampilkan. Fungsi dari perisai ini adalah untuk menimbulkan tolakan pada satu ujung atau baling-baling lain pada tegangan tinggi dan secara umumnya untuk menentukan bentuk dan kerapatan medan elektrostatik dimana elemen indikator bergerak berdasarkan efek yang dihasilkan. Pengaturan utama instrumen ini dilakukan dengan mengganti: a. Kekuatan pegasnya b. Porsi elemen indikator c. Jarak antara konduktor(14) dan poros(9) d. Sudut antara arah dari landasan 6 dan 12 dan sebuah garis yang digambarkan melalui tengah-tengah dua konduktor 4 dan 14.

Hasil yang cukup memuaskan diperoleh dalam beberapa kasus sederhana dengan mengatur elemen ini menghilangkan perisai(11) secara keseluruhan tetapi hal tersebut

menggunakan

penyederhanaan

pengaturan

pada

instrumen

dan

meningkatkan jangkauan fungsi melampaui apa yang dinyatakan dapat dipraktekkan. Untuk melindungi instrumen dari guncangan dan getaran ketika digunakan, konduktor 4 dan 14 dipasangi dengan potongan kontak elastik. Koneksi elastis dengan salah satu konduktor secara mekanikal tersambung pada 16 ditampilkan dalam bentuk pegas tabung yang melingkar erat pada konduktor(17). Pegas atau


konduktor fleksibel ini memperpanjang terminal yang ditempeli olehnya tetapi tidak menjadi bagian penting dalam pengoperasian instrumen ini. Dasaran disediakan dengan sebuah flange(18) dengan sayap eksterior mengarah ke sisi dinding(2)yang dilengkapi dengan dua lubang(19) dimana tongkat untuk menyokong instrumen dipasangkan. Rangkaian yang paling mudah adalah dengan menyediakan dua buah tongkat ringan berisolasi(20) menyatu ke sebuah tongkat berisolasi yang lebih besar(21) dengan posisi instrumen yang seimbang dan memudahkan untuk penyentuhan terminal instrumen ke unit isolator yang diuji dengan jarak yang aman bagi operator sebagaimana ditampilkan dalam Fig.1. Ketika terpasang, instrumen tersebut didekatkan kepada unit isolator yang ingin diuji, sehingga terminal 4 dan 14 menyentuh material koneksi sebagaimana yang ditampilkan Fig.1. Apabila isolator yang diuji terpasang pada sebuah jaringan tegangan tinggi atau tarikan kerja normal, beda potensial yang ada antara terminal dari peralatan dikombinasikan dengan beda potensial dari peralatan dan isolator ke ground menyebabkan indikator mengambil posisi untuk mengindikasikan apakah isolator yang diuji dalam kondisi bagus atau rusak. Prinsip kerja dan khususnya efek tegangan ke ground dimana hal ini aman, dapat dimengerti dari pertimbangan sebagai berikut : Dugaan adanya beda potensial antara terminal 4 dan 14 dan bahwa elemen indikator berada pada posisi nolnya yang kira-kira berada pada posisi sudut sebelah kanan dari posisi yang ditampilkan di gambar, kemudian kedua ujung dari indikator(10) tertarik oleh muatan yang ada pada konduktor(4) dan menghasilkan momen putar adalah perbedaan daya tarik.Apabila terminal(14) dan indikator(10) berada pada potensial


bumi, dua momen putar ini pada ujung yang berlawanan dari baling-baling (vane) adalah satu-satunya gaya dari hal penting untuk menghasilkan gerakan dan instrumen dibawah kondisi khusus ini dioperasikan sebagaimana voltmeter elektrostatik

biasa.

Jika,

bagaimanapun,

perbedaan

potensial

ada

dari

terminal(14)ke ground seperti halnya dalam pengujian semua kecuali satu dari elemen isolator dari rangkaian, kemudian electrostatik “tubes of force” meluas tidak hanya dari konduktor(4 dan 14) tetapi juga dari konduktor(14), dari landasan(6 dan 12)

dan dari baling-baling(10) ke ground. Timbal balik tolakan dari tubes of force ini

biasanya merujuk sebagaimana tolakan dari tubuh yang dialiri listrik yang sama, juga menghasilkan sebuah gerakan putar pada baling-baling sehingga defleksi dapat dihasilkan dengan mengaplikasikan tegangan ke ground meskipun dua terminal berada pada potensial yang sama dan instrumen sangat terisolasi dari ground. Berdasarkan kepada pengaturan instrumen, defleksi ini dapat terjadi dua arah sehingga efek meningkatnya tegangan ke ground dapat menaikkan atau menurunkan beda potensial antara konduktor(4

dan 14)

yang diperlukan untuk

menghasilkan defleksi pada indikator. Ketika instrumen berada pada posisi yang berlawanan dengan sebuah unit isolator, indikator yang sebagian terlindungi oleh bermacam-macam bagian dari instrumen masih lebih dipengaruhi oleh medan elektrostatik dari serangkaian seri isolator ke tanah, sebuah faktor penting tertentu yang juga harus dipertimbangkan dalam pengaturan instrumen. Bennet menjelaskan beberapa hal yang menjadi kelebihan instrumen dan metode pengukuran kondisi isolator temuannya ini dibandingkan peralatan pengukuran elektrostatik yang telah ditemukan sebelumnya adalah alat ini telah


dapat digunakan untuk melakukan pengukuran kondisi isolator pada setiap tegangan pada jaringan transmisi.[3] Pada penelitian ini juga menggunakan salah satu perangkat ukur yang menggunakan metode ini yaitu Isolometer.

Gambar 2.3. Contoh penggunaan Isolometer pada penghantar tegangan menengah

Isolometer mendeteksi kerusakan dari sebuah renceng isolator pada sistem jaringan distribusi dan transmisi yang masih bertegangan (energize). Prinsip kerjanya berdasarkan pengukuran beda potensial yang melalui piringan isolator yang diukur. Sebuah galvanometer berimpedansi tinggi mengindikasikan beda potensial tersebut, memungkinkan perbandingan dengan piringan isolator lain dalam sistem yang sama. Probe bekerja setelah ujung kontak logamnya yang berbentuk garpu dikontakkan langsung dengan cara disentuhkan/ditempelkan http://digilib.unimus.ac.id

secara langsung pada masing-masing sisi bagian logam yang berlawanan dari piringan isolator untuk membangun kontak dengan probe pengukur. Nilai yang terukur ditunjukkan langsung melalui sistem analog, jarum menunjukkan angka skala dalam satuan keluaran kV. Penghitungan jumlah isolator yang telah diukur, pembacaan nilai pengukuran yang ditunjuk oleh indikator skala dan pembuatan kurva hasil pengukuran untuk pengidentifikasian isolator yang rusak dilakukan manual oleh operator.

Gambar 2.4. Cara penggunaan probe pengukur beda potensial pada jaringan transmisi bersusunan isolator V-string


Keterangan : 1. Untuk memungkinkan pergeseran dan pengaturan posisi yang mudah, insulating stick diposisikan hampir sejajar dengan string isolator 2. Sudut penempelan batang konduktor probe kontak diatur agar tepat menempel pada bagian logam isolator 3. Menaikkan dan menurunkan insulating stick agar probe kontak dapat tertempel satu per satu untuk semua isolator dalam string 4. Operator melihat indikator skala yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk pada indikator, 5. Operator mencatat jumlah isolator yang telah diukur disertai nilai hasil pengukuran yang diperoleh dari tiap kepingnya, 6. Dari semua hasil pengukuran disusun untuk membentuk suatu kurva. Isolator yang rusak akan terlihat sebagai titik kurva yang turun secara signifikan dibandingkan titik yang lain.


Grafik 2.1. Contoh kurva grafik hasil pengukuran 10 keping isolator dalam satu renceng isolator yang keseluruhan kondisi isolatornya baik

Grafik 2.2. Contoh kurva grafik hasil pengukuran 10 keping isolator dalam satu renceng isolator yang memiliki isolator yang rusak

Salah satu jurnal yang mempublikasikan perihal monitoring kondisi isolator dengan mengukur distribusi tegangan yang menggunakan alat yang menyerupai http://digilib.unimus.ac.id

isolometer ini adalah jurnal yang disusun dan dipublikasikan oleh I.A.D. Giriantari yang juga berada pada lingkup yang sama dengan penelitian ini. Dijelaskan bahwa pendeteksian kondisi isolator biasanya dimulai dengan pendeteksian visual menggunakan corona detector untuk mendeteksi kerusakan pada isolator yang menyebabkan korona. Apabila disitu terdapat kerusakan atau kontaminasi polusi pada permukaan isolator, korona biasanya dapat terdeteksi. Pembersihan akan dapat mengurangi korona apabila hal itu disebabkan oleh polusi. Ketika kerusakan terjadi dalam bagian internal, pembersihan pada isolator tersebut tidak akan dapat berefek apapun. Satu-satunya cara adalah dengan mengganti isolator yang rusak tersebut. Dituliskan kesimpulan dalam jurnalnyayang menyatakan bahwa pengukuran distribusi tegangan secara liveline (kondisi jaringan tanpa padam) untuk memonitor kondisi isolator sangat berguna sekali untuk dilakukan. Walaupun kesensitifitasan pengukuran rendah, tetapi dapat digunakan sebagai panduan dan bahan pertimbangan untuk membuat keputusan penggantian isolator. [4] Charles H. Spanglerdiberi hak paten lain di tahun 1933 (U.S. Pat. No. 1,896,598) untuk sebuah perangkat yang menggunakan bola lampu dalam wadah pelindung dari kaca untuk mendeteksi potensial listrik sepanjang isolator. Penemuan ini berkaitan dengan pengembangan dalam keamanan perangkat pengukuran untuk isolator listrik tegangan tinggi dan lebih khusus lagi untuk pengembangan perangkat detektor bercabang jamak untuk pengujian isolator suspensi dalam jaringan.[5]


Gambar 2.5. Desain gambar penemuan milik C.H. Spangler


Keterangan : A

: Bagian metal dari isolator

B

: Piringan isolator

5

: Tabung berisikan gas

6

: Selubung penutup

7

: Dinding lubang

8

: carrier tubeujung terbuka

9

: Reflector

10

: Kaca

11

: Selongsong pembawa (carrier sleeve)

12

: Tabung penyangga

13

: Penutup ujung carrier tube

14

: Tongkat penyokong

15 dan 16

: Clamp penahan

17 dan 18

: Sepasang garpu kontak

19

: Elemen konduktor penghubung dari cabang garpu 17

20

: Elemen konduktor penghubung dari cabang garpu 18

Dengan mengkontakkan cabang garpu dengan bagian metal A dari piringan isolator porselain B, lampu akan berpendar dan cahayanya akan terefleksikan sepanjang kaca(10). Besarnya perpendaran cahaya akan makin menurun ketika garpu cabang bergerak menjauh dari konduktor bertegangan yang disangga oleh isolator. Ketika satu unit isolator berlubang atau memiliki beberapa kerusakan


lain, arus listrik akan mengalir melaluinya ke piringan isolator selanjutnya dan tidak ada perpendaran cahaya yang akan muncul. Dalam

hak

patennya,

C.H

Spangler

(U.S

Pat

No.1,896,598)

mendeskripsikan penemuannya ini dengan menyatakannya sebagai sebuah perangkat tester yang aman untuk pengujian isolator suspension pada jaringan tegangan tinggi, yang terdiri dari sepasang cabang garpu yang terpisah, sebuah ray detektor refleksi cahaya dan sebuah tongkat berisolasi yang menyokong detektor cahaya dan untuk garpu cabang kontak yang dimaksud, clamp-clamp yang melekatkan konduktor yang menghubungkan masing-masing cabang garpu kontak dengan detektor cahaya pada tiap ujung-ujungnya. [5] Pada tahun 1941, J.S. Forrest menampilkan sebuah paper dimana dia memberikan hasil yang diperoleh dengan perangkat mirip dengan milik Bennet. Kekhasan perangkatnya adalah penggunaan kapasitor koaksial seri variabel yang berfungsi

untuk

menyesuaikan

sensitivitas

pengukuran

dan

pelindung

elektrostatik yang baik untuk mengurangi kesalahan membaca karena induksi yang dihasilkan oleh medan listrik. Hasil yang disajikan dalam paper tersebut menunjukkan bahwa metode ini umumnya praktis dan dapat diandalkan pada string isolator porselen hingga sistem tegangan 132 kV, dengan ketentuan bahwa tingkat kelembaban relatif udara dibawah 70%.[6]

2.1.2.2. Pengukuran Resistansi` Berbeda dengan metode pengukuran potensial listrik, menemukan kerusakan isolator dengan pengukuran resistansi lebih baik dilakukan ketika


jaringan dalam keadaan de-energize (tidak bertegangan) karena kehadiran tegangan tinggi AC dapat mengganggu. Pengukuran metode ini biasanya dilakukan dengan tegangan DC. Hingga 1980, metode ini digunakan untuk menguji isolator sebelum dipasang pada jaringan, dengan menggunakan megaohmmeter biasa. Pada tahun 1981, sebuah paten diberikan kepada Clifford W. Devine (U.S. Pat. No.4,266,184)untuk perangkat yang benar-benar praktis untuk pertama kali dari jenis ini yang juga dapat digunakan untuk memeriksa isolator dalam kondisi energize beroperasi. Perangkat ini terdiri dari dua buah probe kontak, sebuah kapasitansi, pemblokir resistansi dan sebuah ammeter arus searah yang disusun seri antara probe untuk membentuk sebuah rangkaian listrik terbuka pada kedua ujung kontaknya. Perangkat ini menggunakan kapasitor tegangan tinggi sebagai sumber energi dalam sirkuit pengukurannya. Perangkat ini terdiri dari dua bagian, yaitu sebuah unit pengisian dan unit meter. Unit meter sangat sederhana dan didesain dapat terpasang di ujung insulating stick. Unit ukur berupa peralatan meter arus searah.Perangkat ini dapat diisi dalam waktu 20 detik dengan menghubungkan ke unit pengisi dan dapat digunakan sendiri setelah itu sampai kapasitor internal membutuhkan pengisian kembali. Selama mengukur isolator, nilai resistansi dibaca langsung dari unit meter. Walaupun begitu, perangkat ini tidak cukup nyaman digunakan untuk string isolator yang panjang yang biasanya digunakan untuk jaringan 765 kV karena pertimbangan jarak dan akan semakin sulit untuk melihat skala yang ditunjukkan. Perangkat ini praktis untuk digunakan untuk jaringan dengan tegangan yang lebih rendah. [7]


Gambar 2.6. Gambar desain perangkat ukurtemuan Clifford W. Devine

Keterangan : 1

: Perangkat ukur secara keseluruhan

2

: Wadah silindris

3

: Piringan penutup wadah silinder belakang

3a

: Piringan penutup wadah silinder depan

4

: Dudukan dasar berbentuk V

5

: Penyangga dudukan dasar berbentuk V

6

: Konektor

6a

: Mur kupu-kupu


7

: Tongkat berisolasi

8

: Ujung tongkat berisolasi

8a

: Mur kupu-kupu

9

: Logam kontak probe

10

: Logam kontak probe

11

: Logam pengencang

12

: Logam pengencang

13

: Mikro ammeter DC

14

: Papan skala

15

: Terminal perangkat meter

16

: Terminal perangkat meter

17

: Terminal untuk pengisian ulang (charging)

18

: Kabel

19

: Kabel

20

: Kapasitor

21

: Resistor

22

: Kabel pengisian ulang

23

: biased diode

24

: bypass diode

25

: bypass diode

26

: Kapasitor


Perangkat tester ini secara umum diindikasikan dengan 1 terdiri dari sebuah wadah berbentuk silindris 2 yang tertutup pada kedua sisinya oleh piringan 3 dan 3a. Sebuah penyangga berbentuk “V” 4 dipasang pada wadah silindris 2 tersebut. Wadah silindris 2, tutup piringan 3 dan 3a, serta dudukan dasar4 dibuat dari bahan yang secara kelistrikan bersifat nonkonduktif. Dipasangkan pada bawah dudukan dasar(4) V yaitu sebuah penyangga(5) dan sebuah konektor(6) yang porosnya diamankan ke penyangga dengan cara mengencangkannya dengan mur kupukupu(6a). Dua buah kontak probe9 dan 10 diposisikan sejajar diluar wadah silinder 2 dekat dengan piringan penutup 3a dengan masing-masing dikencangkan dengan pengencang dari metal 11 dan 12. Kontak probe dibuat dari baja dengan panjang yang cukup untuk melintang di isolator. Kontak probe memiliki bentuk yang berbeda-beda dan memungkinkan untuk membuat penyesuaian yang tepat untuk isolator yang berbeda tipe dan ukuran. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.5, Kontak probe 9 berbentuk lurus dan kontak probe 10 berbentuk spiral, yang memberikan sudut yang fleksibel ketika membuat kontak yang melintang pada isolator untuk meyakinkan sentuhan kontak yang bagus. Sebuah mikroammeter DC dipasang pada tengah-tengah piringan 3, skala(14) dari meter(13) dapat menyapu pada permukaan piringan. Meter memiliki dua terminal 15 dan 16 untuk kabel koneksi. Jarak pengukuran dari meter harus cukup untuk mengindikasikan arus yang mengalir melalui isolator yang rusak dan terpilih dengan tepat dengan nilai dan rating dari kapasitansi(20) dan resistansi(21).


Dengan jangkauanpengukuran 0 sampai 200 µA secara umum dirasa telah cukup memadai. Sebuah terminal pengisian ulang(17), kemana kabel dari peralatan pengisian dapat dipasangkan, terpasang pada wadah silinder(2) berlawanan posisi dengan dasar dudukan(4). Terminal pengisian(17) berfungsi sebagai terminal positif, sedangkan terminal negatif dari peralatan pengisian ulang dikombinasikan dengan alat pengencang(12). Peralatan pengisian ulang yang menyediakan pengisian ulang DC untuk perangkat ukur adalah sebuah sumber daya DC dengan rating tegangan 0,5 sampai 10 kV. Pada sirkuit elektrikalnya, yang tergambarkan secara skematik, kabel pertama 18 menghubungkan terminal negatif dan alat pengencang(12) yang tersambung dengan probe(10) yang terhubung juga dengan terminal(16) dari meter(13), dan kabel kedua(19) menghubungkan alat pengencang(11) yang tersambung dengan probe(9) yang terhubung juga dengan terminal(15) dari meter(13). Kabel(18)berkoneksi dengan sebuah kapasitor(20) dan resistor(21) dalam susunan seri, resistor(21)terletak paling dekat dengan terminal(16). Kabel pengisian(22) terhubung dengan terminal pengisian ulang(17) dengan kabel(18) pada titik antara kapasitansi(20) dan resistansi(21). Kapasitor(20) adalah sebuah kapasitor minyak tegangan tinggi tunggal atau terdiri dari sejumlah kapasitor minyak yang disusun secara paralel sehingga memiliki nilai yang sama dengan kapasitor tunggal. Nilai dari kapasitansi cukup tinggi sehingga isolator rusak dalam jumlah yang banyak dapat dideteksi sebelum pengisian ulang kembali perlu dilakukan lagi. Nilai dari kapasitor sekurang-


kurangnya 0,02 µF dan yang lebih baik lagi berada pada kisaran 0,02 sampai 0,20 µF. Rating dari tegangan kapasitansi ini berkisar 1 – 10 kV. Sama dengan halnya kapasitor, resistor(21) adalah sebuah resistor tunggal atau berasal dari beberapa isolator yang disusun seri sehingga memberikan total besar nilai yang sama dengan sebuah resistor tunggal. Akan tetapi lebih disukai jika sejumlah resistor dihubungkan pada masing-masing ujungnya dalam susunan seri digunakan untuk membuat sebuah untaian resistor untuk isolasi yang lebih baik dalam sirkuit tegangan tinggi DC. Nilai dari resistansi sekurang-kurangnyasama dengan aliran arus hubung singkat antara probe 9 dan 10 sehingga tidak akan menyebabkan penunjukan skala(14) yang melampaui batas maksimal penunjukan pada meter(13). Nilai dari resistansi harus tinggi sehingga dapat menghalangi efek yang ada yang menyebabkan sebuah arus yang rendah yang hanya beberapa mikro ampere melewati meter arus(13) ketika melakukan pengukuran pada isolator yang rusak dan menghindari pelepasan muatan yang cepat dari kapasitor(20). Sebagai contoh, sebuah nilai resistansi yang sedikitnya 2,5 MΩ sudah cukup untuk memperoleh penunjukan skala(14) pada meter(13) dan pelepasan muatan yang pelan dari kapasitor(20)untuk sebuah isolator yang rusak. Rating dari resistansi berkisar pada 0,25 hingga 2 W. Kabel pengisian ulang diposisikan sebuah dioda yang menghadap kearah depan(23) yang memungkinkan pengisian ulang dari kapasitor(20) tetapi mencegah kapasitor(20) dari melepaskan muatan. Dioda ini membuat perangkat ini dapat diisi ulang hanya pada satu arah menjamin polaritas yang benar dan mengurangi pelepasan muatan dari perangkat ukur (kapasitansinya) karena hubung singkat


pada terminal pengisian ulang(17

dan 12).

Kehadiran dioda juga menyederhanakan

prosedur pengisian ulang, sebagai contoh dengan menggunakan sebuah Megger, membuatnya tidak perlu untuk meneruskan pengisian ulang selama kabel pengisian ulang dari peralatan pengisian ulang dilepas. Mikro ammeter(13) adalah sebuah DC meter standar. Meter dilindungi dari tegangan tinggi bolak balik dari jaringan transmisi dengan sebuah sirkuit pengaman. Sirkuit pengaman terdiri dari dua dioda 24 dan 25, dan sebuah kapasitor(26) yang ditempatkan secara paralel melintang pada terminal 15 dan 16 dari meter dan antara kabel 18 dan 19. Dioda 24 berarah berkebalikan dengan dioda 25 yang memungkinkan arus AC melewati DC meter dengan arus AC mengalir melalui dioda 24 untuk setengah gelombang AC dan melalui dioda 25 untuk setengah gelombang yang lain. Kapasitansi(26), yang merupakan piringan kapasitor keramik, memungkinkan sinyal frekuensi tinggi RFmelalui meter. Sirkuit pengaman adalah sirkuit standar yang secara alternatif dimasukkan ke dalam meter(13). Dalam penggunaan perangkat tester ini, tongkat berisolasi(7) dipasangkan dengan kokoh pada sudut yang tepat pada sebuah penyangga (8) dengan cara mengencangkan mur kupu-kupu(8a) ke tongkat(7) tersebut dan mengencangkan mur kupu-kupu(6a) pada konekor(6) diamankan ke penyangga(5). Sebuah generator arus searah (tidak ditampilkan), yaitu Megger dihubungkan dengan kabel (tidak ditampilkan) ke terminal pengisian ulang 17 dan 12, meninjau polaritas yang benar. Kapasitor(20) diisi ulang dengan mengoperasikan generator dan ketika telah penuh, generator dilepas dengan mencabut kabel dari terminal 17 dan 12.


Perangkat tester ini siap untuk melakukan pengukuran pada isolator. Kontak probe 9 dan 10 ditempelkan melintang pada sebuah isolator pada jangka waktu yang pendek. Apabila isolator bagus, resistansi dari isolator sangatlah besar, arus yang mengalir sama dengan nol dan tidak ada pembacaan yang ditunjukkan oleh skala dari meter. Apabila sebuah isolator tersebut rusak, besarnya resistansi akan rendah, arus akan mengalir melalui isolator dan skala akan menunjukkan skala pembacaan. Pembacaan skala akan mengindikasikan tingkat kerusakan dari isolator tersebut. Dalam perwujudan yang lebih baik dari penemuan ini, menurut nilai-nilai untuk komponen dari perangkat ukur dan generator memberikan hasil yang cukup baik dalam mengukur isolator pada jaringan transmisi yang beroperasi penuh dan memungkinkan untuk mendeteksi hingga 50 isolator rusak sebelum pengisian ulang kembali dengan perkiraan lama tiap kontak per isolator hanya sekitar 2 detik. Potensial DC yang diterapkan oleh perangkat ukur ini tidak memberi pengaruh apapun pada sirkuit AC pada jaringan tranmisi. Demikian sama juga, tegangan AC dari jaringan transmisi memberikan efek yang dapat diabaikan. Semua komponen dihubungkan menjadi satu dengan kabel dengan rating tegangan kerja 40 kV dan tegangan tembus 110 kV. Semua koneksi dan sambungan dilapisi dengan material tahan panas. Keandalan yang sama dari metode dan perangkat berdasarkan penemuan ini diperoleh ketika isolator pada jaringan tegangan 230 kV dilakukan pengukuran.[7]


2.1.2.3. Pengukuran Medan Listrik Kelemahan umum yang dimiliki oleh semua metode dijelaskan di atas adalah bahwa koneksi harus dilakukan disetiap keping isolator, memakan waktu yang

lama

dan

pemakaiannya

kadang-kadang

berbahaya.

Hal

yang

membahayakan dari metode pengukuran dengan kontak langsung disebabkan karena ketika perangkat ukur disentuhkan/ditempelkan pada satu unit isolator pada kedua sisi bagian metal yang berlawanan dari isolator tersebut, maka fungsi isolator sebagai isolasi akan hilang karena isolator tersebut secara elektrikal telah dihubungsingkatkan oleh perangkat ukur tersebut.Sebuah cara yang lebih disukai adalah dengan mengukur medan listrik pada jarak yang sangatdekat dari tiap keping isolator tanpa membuat kontak langsung. Metode ini adalah metode yang telah disarankan bertahun-tahun dan dilaporkan dalam literatur-literatur. Kehadiran isolator rusak di dalam suatu renceng isolator menyebabkan redistribusi dan diskontinuitas medan padanya. Sebuah probe medan listrik berkonfigurasi khusus di buat untuk mengukur medan listrik ini pada jarak dan lokasi yang ditentukan. Perpindahan alat disediakan dimana probe digeser sepanjang sumbu yang secara substansial sejajar dengan kolom isolator yang diukur untuk secara otomatis memperoleh pengukuran. Perangkat untuk menganalisis pengukuran tersedia dan memungkinkan untuk mengidentifikasi isolator rusak yang posisinya berhubungan dengan lokasi diskontinuitas medan elektrik yang di sekeliling isolator. Kemajuan penting dari metode ini adalah tidak dibutuhkannya membuat kontak langsung dengan isolator yang diukur.Tahun 1994, Vaillancourt, Bellrive,St-Jean dan Jean mengeluarkan jurnal lanjutannya


yang dipublikasikan melalui IEEE yang berhubungan dengan perangkat temuannya yang telah dipatenkan pada tahun 1988 (U.S. Pat. No.4,760,343) yang mengembangkan sebuah peralatan tester baru untuk isolator porselensuspension. [8] Perangkat ukur ini terdiri dari sebuah probe yang secara khusus dirancang untuk mengukur kuat medan listrik. Probe ini dipasang melintang pada semacam sebuah peluncur plastik yang dapat bergerak sepanjang string/renceng isolator dengan dipasangkan padainsulating stick. Nilai dari kuat medan listrik yang terukur akan secara otomatis terekam oleh data logging unit. Pada saat yang bersamaan, circuitpenghitung akan menghitung jumlah isolator yang diukur secara otomatis. Interpretasi data dilakukan kemudian, menggunakan komputer. Isolator yang rusak ditampilkan sebagai grafik yang melenceng jauh dari alur grafik hasil pengukuran.[2] Untuk menjelaskan prinsip cara kerja perangkat ini, digambarlah sebuah alur garis ekuipotensial disekitar string isolator yang baik seperti gambar 2.6.Metode operasi perangkat pengukuran dari penemuan ini berdasarkan pada prinsip dasar bahwa medan listrik selalu tegak lurus dengan garis equipotential yang berasal dari renceng isolator dikarenakan tegangan tinggi yang berasal dari konduktor, memiliki sebuah komponen aksial Ev dan komponen radial Eh. Ketika ada sebuah isolator telah rusak dalam satu kolom renceng isolator, garis-garis distribusi medan listrik tegak lurus dengan garis-garis ekuipotensial di area sekitar isolator yang rusak tersebut.


Gambar 2.7. Perkiraan garis ekuipotensial distribusi medan listrik disekitar sebuah renceng isolator support untuk konduktor tegangan tinggi

Dapat dilihat bahwa potensial listrik bergerak dari sisi ground ke sisi ujung bertegangan naik secara bertahap sejak tegangan terdistribusi ke seluruh keping isolator. Isolator yang terdekat dengan sisi bertegangan memiliki tegangan tertinggi yang melewatinya.Oleh karena itu, alur potensial listrik berbentuk seperti buah pir, dan di string yang bagus semua garis potensial listrik miring pada semua titik terhadap sumbu string dan, dengan demikian arah medan listrik (garis En)


tidak ada yang benar-benar tegak lurus dengan sumbu string. Tapi ketika isolator rusak (defective insulator) hadir dalam string tersebut, isolator ini dan yang berikutnya akan berada pada potensial yang sama. Hal ini akan menimbulkan efek meluruskan garis ekuipotensial terdekat. Bersamaan dengan itu, medan listrik yang dekat (garis Ed ) menjadi dekat untuk tegak lurus dengan string di daerah ini. Probe yang didesain secara khusus lebih sensitif ke komponen aksial dari medan listrik (Ev ) diletakkan dekat dengan string isolator, mampu mencatat perubahan ini. Probe ini seperti yang ditampilkan pada gambar 2.7diidentifikasikan sebagai pengukur medan listrik dan unit pencatat.

Gambar 2.8. Bentuk Probe pengukur medan listrik yang telah dibuat oleh pabrikan.


Gambar 2.9. Gambar prinsip kerja dan penggunaan probe serta kurva hasil pengukuran 30 keping isolator dalam satu renceng.


Gambar 2.10. Gambar detail cara penggunaan probe dan bentuk probe


Gambar 2.11. Gambar konstruksi sirkuit detektor dan sirkuit penerima (receiver) dari probe


Gambar 2.12. Gambar rangkaian sirkuit penganalisis dan kurva karakteristik hasil pengkalibrasian probe


Keterangan: Fig.1

: Penggambaran prinsip kerja probe pengukuran medan listrik

Fig.2A : Penggunaan probe dengan menggunakan tongkat berisolasi Fig.2B : Penggunaan silinder pemandu untuk pengetesan Fig.3

: Kurva karakteristik hasil pengukuran satu renceng isolator (30 unit piringan isolator) dengan menggunakan penemuan ini.

Fig.4

: Bentuk probe dalam wadah bingkainya

Fig.5

: Gambaran yang lebih baik tentang penggunaan probe

Fig.6

: Konstruksi sirkuit pendeteksi

Fig.7

: Skema sirkuit penerima (receiver) dan perekam (recording)

Fig.8

: Konstruksi sirkuit penganalisis

Fig.9

: diagram blok sirkuit decoder

Fig.10

: Kurva karakteristik pengkalibrasian probe

10

: Kolom renceng isolator

11

: Konduktor listrik

12

: Unit isolator

13

: Piringan porselain

13’

: Sisi keliling isolator

14

: Konektor metal isolator

15

: Garis Ekuipotensial

16

: Komponen aksial garis ekuipotensial

17

: Komponen radial garis ekuipotensial

18

: Probe


19

: Silinder pemandu

20

: Sistem katrol penarik

21

: Tongkat berisolasi

22

: Sirkuit penganalisis

23

: Bingkai/rumah-rumahan probe

24

: Pengencangprobe dengan dudukan papan peluncurnya (sled)

25

: Garpu penyokong papan luncur probe

26 & 27 : Elektroda berbentuk seperti piringan 28

: Dinding atas probe

29

: Dinding bawah probe

30

: Dinding muka depan probe

31

: Lubang keluarnya pancaran cahaya dioda

32

: Lubang masuknya pantulan cahaya dioda

31’

: Lensa yang terpasang pada lubang 31

32’

: Lensa yang terpasang pada lubang 32

33

: Dudukan berbentuk setengah silinder

34

: Sirkuit pendeteksi

35

: Oscilator 10 kHz

37

: Dioda

38

: Sirkuit pendeteksi

39

: Relay saklar

40

: Summator circuit

41

: Sirkuit pemancar (transmitter circuit)


42

: Antena

43

: Amplifier

44

: Detektor puncak (peak detector)

45

: Amplifier pencatat (log amplifier)

46

: Oscilator pengontrol tegangan

47

: Mikrofon nirkabel

48

: Antena

49

: Receiver suara

50

: Output receiver suara

51

: Perekam magnetic

52

: Output

53

: Gate

54

: Antena

55

: Receiver

56

: Detektor 10 kHz

57

: Relay

58

: Koneksi sambungan

59

: Input

60

: Sambungan koneksi

61

:Gate

62

: Klakson, terompet

63

: Mikrokomputer

64

: Perangkat player magnetik dua channel


65

: Decoder

66

: Sirkuit tatap muka (interface circuit)

67

: Speaker

68

: Keluaran suara

68’

: Keyboard

69

: Printer

70

: Tampilan grafik

71

: Low-pass circuit filter

72

: High-pass circuit filter

73

: Amplifier

74

: Perangkat detektor

75

: Sirkuit pembanding (comparator circuit)

75’

: Klakson, terompet

76

: Phase-lock loop circuit

77

: Kurva

78

: Kurva

79

: Nilai isolator rusak dalam kurva

80


81


Perangkat ini adalah sebuah bagian dari metode pengukuran dan pendeteksian isolator rusak tanpa membuat kontak secara elektrikal. Metode ini terdiri dari tahap-tahap :


i. Menggeser probe medan elektrik sepanjang sumbu substansial parallel dengan sumbu longitudinal dari kolom isolator, ii. Yang mempengaruhi pengukuran medan elektrik yang melingkupi kolom isolator untuk mendeteksi diskontinuitas pada medan ini yang disebabkan oleh kehadiran isolator rusak/cacat dalam kolom isolator ini, dan iii. Menafsirkan nilai pengukuran medan elektrik untuk mengidentifikasi isolator yang rusak atau cacat dalam kolom isolator.

Berdasarkan gambarFig.1, 2 dan 3, ditampilkan kolom isolator(10) yang menahan konduktor listrik(11) yang digunakan pada jaringan tegangan tinggi. Kolom isolator(10) dibentuk dari sebuah susunan jamak isolator yang tersusun secara seri(12). Masing-masing isolator(12) terdiri dari piringan isolator porselain(13) dan konektor metal(14). Metode kerja dari perangkat pendeteksi pada penemuan ini berdasarkan pada prinsip bahwa medan elektrik tegak lurus dengan garis ekuipotensial(15) yang berasal dari kolom isolator karena tegangan tinggi yang muncul dari konduktor(11) memiliki sebuah komponen aksial Ev dan komponen radial Eh, yang masingmasing digambarkan sebagai vektor 16 dan 17. Ketika sebuah isolator(12) rusak dalam kolom tersebut, dapat didemonstrasikan bahwa garis distribusi medan elektris(2) tegak lurus dengan garis ekuipotensial(15) di area atau sekitar isolator yang rusak(12’) berorientasi menghadap secara substansial tegak lurus datau secara radial ke garis tegak kolom isolator tersebut. Secara teoritis hal ini didemonstrasikan pada Fig.1 dimana isolator 12’ rusak. Orientasi medan elektrik


ini dihasilkan oleh kenyataan bahwa support connector(14) secara substansial ada pada potensial yang sama pada kedua sisinya pada unit isolator 12’ yang rusak tersebut. Dengan mengukur komponen aksial dari medan elektrik di depan isolator 12’, diperoleh besarnya medan listrik yang terasa lebih rendah dibandingkan hasil pengukuran yang diperoleh dari isolator lain yang berada di masing-masing sisi berlawanan dari isolator yang rusak tersebut. Fig.3 secara jelas mengilustrasikan hasil ini. Untuk mendeteksi piringan isolator yang rusak, dibutuhkan pengukuran dengan sebuah probe, komponen aksial medan elektrik masing-masing berdekatan dengan medan elektrik lain yang piringan isolator yang lain dalam satu kolom yang sama. Pengukuran ini kemudian menghasilkan kembali sebuah grafik yang menghasilkan kurva sebagaimana yang ditampilkan pada Fig.3 dan dengan menganalisis

grafik

tersebut,

isolator

rusak

yang

sesungguhnya

dapat

diidentifikasi. Metode ini dapat menggunakan suatu cara semi otomatis dengan menggunakan penemuan ini sebagaimana yang telah diilustrasikan dalam Fig.2. Ditampilkan dalam Fig.2, perangkat pendeteksi terdiri dari sebuah probe(18) yang memiliki sirkuit pendeteksi yang terasosiasi untuk mengukur pada perkiraan mula lokasi jarak komponen aksial medan elektris yang dibangkitkan sekitar kolom isolator(10). Probe(18) diasosiasikan atau digabungkan dengan peralatan yang memungkinkan untuk membuat probe berpindah-pindah sepanjang kolom(10)secara paralel. Hal ini dapat dilakukan dengan sedikitnya dua peralatan yang berbeda bergantung pada peralatan khusus pada sistem. Pertama-tama, sebagaimana yang diilustrasikan pada Fig.2A, probe(18) terpasang tetap pada


sandaran pemandu yang tersusun dari sebuah silinder yang dibuat dari bahan yang material isolasi yang kokoh, yang dapat diletakkan melebar pada paling sedikit dua piringan dan lebih baik lagi pada tiga piringan isolator sekaligus. Keliling garis terluar piringan berhubungan dengan kurva melintang dari bagian silinder. Probe dipasangkan pada engsel yang diamankan ke tongkat berisolasi(21)dimana probe dapat dimanipulasikan posisinya oleh operator, ditempatkan pada struktur pendukung atau pada sebuah kereta dorongan yang diamankan ke ujung dari sebuah mechanicalboom. Sebagaimana diilustrasikan di gambar Fig.2B, probe(18) diamankan ke sebuah mekanisme berpemandu disini tersusun dengan silinder(19) yang berada pada jarak yang dekat sekitar sisi luar bagian piringan isolator(13) yang tersusun dalam kolom(10). Silinder pemandu(19) melebar sepanjang sedikitnya tiga isolator piringan isolator yang berderet-deret(13) sebagai cara yang memungkinkan isolator dapat bergeser sepanjang sumbu isolator yang secara subtansial paralel dengan kolom. Sebuah kabel dan sistem tarikan20)dipasangkan untuk menggantikan silinder supaya dapat menyapu seluruh isolator dalam kolom(10). Sebuah sirkuit penganalisis(22) menerima sinyal dari sirkuit pendeteksi yang digabungkan dengan probe(18) dimana untuk menganalisi dan menginterpretasikan sinyal informasi untuk secara otomatis mencatat dan menganalisis sinyal pengukuran yang diterima dari sirkuit pendeteksi dari probe. Berkaitan dengan tambahan Fig.4, Fig.5 dan Fig.6, ditampilkan bentuk yang lebih baik dari konstruksi perangkat pada penemuan ini. Sebagaimana yang telah ditunjukkan sebelumnya, probe(18) terdiri dari sebuah bingkai atau rumah-


rumahan konduktif(23) yang didalamnya adalah sirkuit pendeteksi. Pengencang(24) diamankan ke wadah yang bersifat isolasi dan meluas dari sisi ujung dinding yang berlawanan daripadanya. Pengencang ini(24) mengamankan bingkai konduktif ke sebuah garpu(25)yang terpasang pada ujung tongkat berisolasi(21). Probeterdiri dari dua elektroda yang serupa piring 26 dan 27 dengan posisi paralel satu sama lain pada sisi yang berlawanan, sisi dinding atas(28) dan sisi dinding bawah(29)pada bingkai konduktif(23). Elektroda secara elektrikal terisolasi dengan isolator(3). Bentuk kotak dari probe memberinya lebih banyak arah dibandingkan jikaprobeberbentuk bulat, yang secara umum diperlengkapkan untuk mengukur medan elektrik. Rumah-rumahan atau frame konduktif(23) memiliki dinding depan muka(30) dari material konduktif dan sepasang lubang yang diatur pada jarak yang terpisah pada dinding muka(30). Lubang-lubang ini(31

dan 32)

bentuk bagian dari

posisi detektor yang mendeteksi lokasi pasti dari bagian terdekat dari bagian terdekat wilayah sekeliling piringan isolator(13). Ditampilkan pada gambar Fig.5, peralatan pemandu tersusun oleh sebuah bagian silindris(33), terkonstruksi dari material yang bersifat isolasi dan dimana tempat probe diamankan. Bagian silindris ini cukup panjang untuk mendukung dan memandu dirinya sendiri pada bagian terluar keliling dari dua atau tiga berturut-turut isolator(12) dimana probe(18) mungkin terpandu sepanjang sumbu substansial paralel dengan sumbu longitudinal kolom. Pada Fig.6, ditampilkan konstruksi sirkuit deteksi(34) yang dimuat dalam bingkai konduktif(23). Sirkuit pendeteksi ini(34) terkoneksi ke dua elektroda 26 dan


27 mendeteksi atau merasakan komponen aksial medan elektris sekitar kolom isolator(12). Posisi sirkuit detektor terdiri dari sebuah oscilator 10Khz(35) yang memberikan sinyal frekuensi ke sebuah dioda yang memancarkan sinar inframerah(36) yang akan memancarkan sinyal cahaya pada jarak yang pendek melalui lubang(31) untuk mendeteksi wilayah keliling(13’) dari piringan isolator(13). Sinyal cahaya ini akan terpantulkan kembali ke pendeteksi dioda inframerah(37) melalui lubang(32) ketika keliling dari piringan isolator(13) diposisikan dekat dengan lubang untuk memfokuskan sinyal. Dioda 37 dihubungkan ke sebuah sirkuit detektor(38) dan ketika mendeteksi sebuah piringan isolator(13), dioda(37) tersebut akan mengaktifkan saklar relay(39) yang menyebabkan summator circuit(40) memberi masukan sebuah posisi sinyal sepanjang dengan sinyal pengukuran komponen aksial medan elektrik. Sebuah sirkuit transmitter(41) mentransmisikan sebuah sinyal frekuensi radio termodulasi lewat sebuah antena(42) ke sebuah stasiun penerima pada lokasi yang jauh. Sinyal juga dapat ditransmisikan melalui sebuah jaringan serat optik. Sinyal yang ditransmisikan ini termodulasi oleh dua sub-carrier dengan satu sub-carrier yang merepresentasikan nilai logarithmik medan elektrik, dikonversikan ke sebuah sinyal frekuensi yang dapat bervariasi antara 600 dan 5000 Hertz, dan sub-carrier lainnya yang tetap pada frekuensi 10000 Hz dan disajikan atau tidaknya tergantung dari penutupan saklar yang mengindikasikan adanya sebuah sinyal posisi. Sub-carrier kedua ini hanya tersaji ketika sirkuit detektor(38) mengindikasikan adanya piringan isolator(13),

sebagaimana

ditampilkan

pada

gambar


Fig.6,

hal

tersebut

memungkinkan hubungan sinyal pengukuran relatif dengan posisi piringan isolator. Kedua ssinyal transmitter(41) atau sinyal serat optik terpengaruh oleh tegangan tinggi dalam jaringan(11). Elektroda 26 dan 27 masing-masing terhubung dengan input positif dan negatif sebuah amplifier(43) yang terhubung ke sebuah peak detector(44), sebuah pencatat amplifier(45) dan oscilator pengontrol tegangan(46) dimana untuk menghasilkan sebuah sinyal sinusoidal yang proporsional dengan nilai logarithmik medan elektrik. Frekuensi dari sinyal ini dapat bervariasi antara 600 dan 5000 Hz, tergantung pada intensitas komponen aksial di medan elektriknya. Fig.10 menjelaskan korelasi antara nilai medan elektrik yang diaplikasikan ke elektroda dan kesesuaian sinyal yang diperoleh pada output VCE pada decoder. Skema rangkaian sirkuit penerima dan pencatat ditampilkan pada Fig.7. Gambar tersebut juga mengilustrasikan probe(18)beserta pula sebuah mikrofon wireless(47). Operator yang akan melakukan verifikasi isolator terlebih harus dahulu menyalakan sirkuit tenaga untuk probe dan mikrofon untuk membangun tautan diantaranya dengan menggunakan dua frekuensi carrier, 49,83 mHz untuk probe dan 49,89 mHz untuk mikrofon. Frekuensi-frekuensi carrier ini diterima oleh receiver 55 dan 49 yang mampu menerima sinyal-sinyal ini. Output 57 dan 52 dari receiver-receiver ini terhubung ke perekam magnetik(51) yang akan diaktifkan melalui gerbang(53) dan sambungan(60). Perekam magnetik(51) bekerja perekam magnetik(51) tetap beroperasi selama kehadiran dua carrier terus ditunjukkan oleh output 57 dan 52 dari dua receiver dan sepanjang masih cukupnya pita magnetik. Perekam magnetik diperlengkapkan


untuk merekam sinyal pengukuran diterima pada output(58) dari receiver(55) melalui input(59) dan sinyal vokal diterima pada output(50) dari receiver(49). Sebuah detektor 10 kHz(56) dihubungkan ke output receiver(55) dan diperlengkapkan untuk mengaktifkan horn(62) untuk menghasilkan sinyal suara yang dapat didengar, hal ini dilakukan melalui relay(57). Sinyal suara ini dibangkitkan setiap kali probe berpindah dari depan sebuah keliling piringan isolator dalam kolom. Sinyal suara memberikan sebuah sinyal ke operator bahwa sistem telah beroperasi dan merekam sinyal informasi yang diterima sebagaimana kolom akan disapu oleh probe. Dalam kasus dimana dua frekuensi carrier tidak tersajikan atau apabila pita magnetik tidak bergerak, kontak dari relay(57)tetap terbuka dan horn(62) tidak teraktivasi. Pada Fig.8, ditampilkan model konstruksi sirkuit penganalisis. Hal itu menunjukkan bahwa sirkuit penganalisis ini dapat tergabung dengan sirkuit penerima dari Fig.7 sebagaimana on-site device. Walaupun demikian, karena penggunaan mikrokomputer(63) didalamnya, lebih baik lagi untuk menganalisis rekaman informasi yang tersimpan secara magnetik ini di laboratorium dimana perangkat terpasang pada instalasi permanen dan secara otomatis mengeluarkan cetakan laporan yang mengidentifikasi masing-masing isolator yang diuji dalam kolom renceng isolator dan kondisi operasi isolator didalamnya.Langkah-langkah analisis sinyal terdiri dari : (a). Mendecode sinyal pengukuran yang terekam, (b). Mengeluarkan sinyal digital dan analog sinyal relatif dengan sinyal pengukuran,


(c). Mencetak dan mengeplot pada sebuah grafik hasil sinyal pengukuran dan sinyal posisi dimana untuk membangun kondisi operasi masing-masing isolator dalam kolom isolator yang diukur.

Berdasarkan pada gambarFig.8, pada probe tersedia sebuah peralatan player magnetik 2-channel(64) untuk memainkan kembali medium perekam magnetik yaitu sebuah pita magnetik, untuk memperkirakan kemungkinan dari sinyal informasi dan sinyal pengukuran. Decoder(65) mengubah sinyal perekam pada pita ke dalam dua sinyal tegangan. Sinyal pertama “IEP” normalnya + 5 volt dan hilang ke nol ketika sinyal detektor posisi 10 kHz tersaji pada medium perekam. Sinyal keluaran kedua “VCE” adalah proporsional kepada sebuah konstanta K dikalikan oleh logkomponen aksial medan elektrikal Ev. Dua sinyal ini “IEP” dan “VCE”, kemudian diberikan ke mikrokomputer(63) melalui sirkuit interface(66). Program dari mikrokomputer ini(63) adalah tipe “inter-active”, yang akan menanyakan pertanyaan langsung ke operator yang akan memasukkan informasi yang disediakan oleh speaker(67) tersambung ke output suara(68) dari peralatan player magnetik(64) melalui sebuah keyboard(68’)dalam cara yang dikenal oleh orang yang ahli dibidangnya. Informasi ini mengandung sinyal identifikasi yang mengidentifikasikan spesifik kolom isolator yang diukur serta permulaan dan penghentian sinyal pengetesan. Mikrokomputer(63) memiliki bermacam-macam peralatan perekam informasi yang terhubung kepadanya dan sebuah printer(69) tersedia untuk mencetak semua sinyal identifikasi dan sinyal pengukuran. Sebuah


grafik ditampikan pada gambar Fig.3 juga ditampilkan dan dicetak dengan sebuah layar grafik(70)dan peralatan yang terasosiasi. Fig.9 adalah diagram blok menampilkan konstruksi sirkuit decoder(65). Berdasarkan gambar tersebut, decoder memiliki dua input filter, yang dinamakan low-pass filter(71) dan high-pass filter(72) dimana memisahkan posisi pendeteksi sinyal 10 kHz dari sinyal pengukuran. High-pass filter(72) tersambung dengan sebuah amplifier(73) yang memberi masukan perangkat detektor(74) untuk mengkonversikan sinyal ke dalam sebuah sinyal DC 5 Volt, jatuh ke tegangan nol setiap kali sebuah sinyal pendeteksi posisi 10 kHz terasa. Sebuah horn(75’) dihubungkan dengan output perangkat detektor(74) untuk dimanfaatkan oleh operator untuk menganalisis informasi pada pita magnetik. Low-pass filter(71) tersambung sebuah comparator circuit(75) untuk mengkonversikan sinyal analog ke sinyal digital yang kemudian memberi masukan phase-lock loop circuit(76) yang masing-masing disertakan dengan sebuah dioda cahaya 74’ dan 76’ untuk mengindikasikan adanya sebuah sinyal posisi dan sinyal pengukuran. Pada gambar Fig.3, ditampilkan semacam kurva karakteristik dari pengukuran aktual sebuah kolom isolator yang telah diambil oleh peralatan pada penemuan ini. Kolom isolator yang diukur terdiri dari 30 buah isolator, digambarkan pada skala horizontal. Waktu yang dibutuhkan untuk memindai seluruh isolator kira-kira 20 detik. Selama tes laboratorium, besar tegangan fasaground pada konduktor adalah 425 kV yang berhubungan ke sebuah jalur tegangan 745 kV. Supaya dapat mengkonversikan nilai yang diperoleh dari probeke dalam nilai medan elektrik yang sesungguhnya, kalibrasi mempengaruhi


hasil yang diilustrasikan oleh kurva karakteristik yang ditampilkan pada gambar Fig.10. Ditampilkan pada Fig.3, kurva(77) mengilustrasikan kolom isolator tersebut tidak memiliki unit yang rusak. Kurva(78) mengindikasikan pengukuran aktual komponen aksial medan elektrik dengan isolator yang rusak. Diketahui, isolator ke-8, ke-16 dan ke-21 rusak, diindikasikan dengan nilai yang rendah pada komponen aksial masing-masing yang terukur medan elektriknya pada posisi 79,80 dan 81. Dengan menganalisis kurva tersebut, isolator rusak dapat secara akurat dideteksi dan diganti. Variasi tes yang lain dilakukan dengan meletakkan dua isolator yang rusak pada ujung kolom isolator dimana nilai medan elektriknya lebih lemah dan sistem serta metode yang ditemukan memadai untuk mendeteksi isolator yang rusak tersebut tanpa memperhatikan posisinya sepanjang kolom isolator, sepanjang itu adalah medan elektrik yang lemah pada area sekeliling isolator-isolator ini, masih memungkinkan untuk mendeteksi manakah isolator yang rusak. [8]

Gambar 2.13. Cara penggunaan probe pengukur medan listrik pada jaringan transmisi bersusunan isolator V-string


Keterangan langkah kerja penggunaan probe pada gambar 2.13 : 1. Operator memposisikan diri pada tower dan menekan tombol pada probe dan logger, 2. Meletakkan probe pengukuran pada string sedikit dibawah ujung ground stringisolator, 3. Menggeser probe tester kembali ke ujung awalan ground dari string isolator dan menjaganya tetap diam ditempat untuk sedikitnya 10 detik sebelum kemudian keluarlah bunyi beep yang panjang, 4. Menggeser secara sliding probe tester pengukuran hingga ke ujung konduktor string dan kemudian menggeser sliding kembali ke titik awalan pengetesan. Suara beep keluar setiap kali pembacaan diambil dari masing-masing isolator. 5. Memindahkan perangkat ukur dari string isolator dan meyakinkan diperolehnya keluaran suara yang terus menerus (mengindikasikan proses pemindaian yang berhasil dilakukan) dan kemudian menekan tombol untuk menyimpan data. 6. Memasangkan perangkat

Bluetooth pada probe pengukuran.

Kemudian operator menyiapkan PDA phone untuk mentransfer data hasil pengukuran dari probe ke PDA Phone. 7. Operator menekan tombol pada probe untuk mentrasfer data hasil pengukuran hasil pengukuran ke PDA phone. Grafik hasil pengukuran kemudian dapat dilihat dari PDA phone tersebut.


Grafik 2.3. Contoh kurva grafik hasil pengukuran string isolator yang keseluruhan kondisi isolatornya baik

Grafik 2.4. Contoh kurva grafik hasil pengukuran string isolator yang memiliki isolator yang rusak (isolator ke-15)


Pada tahun 2006, dilakukan studi penelitian oleh Yangchun Cheng dan timnyauntuk mengetahui tingkat sensitifitas perangkat ukur yang menggunakan metode pengukuran berdasarkan medan listrik terhadap isolator porselen. Uji coba dilakukan dengan satu renceng isolator yang terdiri dari 8 keping isolator yang dipasangkan pada tegangan AC 60 kV. Kemudian salah satu isolator atau beberapa darinya diganti dengan isolator yang telah dianggap rusak dengan posisi yang diubah-ubah. Hasil kesimpulan yang diperoleh memberikan kesimpulan bahwa perangkat ini lebih mudah untuk mendeteksi beberapa isolator rusak dibandingkan dengan hanya satu isolator yang rusak dalam satu renceng. [9]

2.2. Transmisi Energi Listrik 500 KV Struktur sistem tenaga listrik sangatlah besar dan komplek. Namun demikian, setidaknya komponen utama dapat diidentifikasikan dengan sistem pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Salah satu bagian penting yang menjadi sistem perantara yang menghubungkan sistem pembangkitan dan sistem distribusi adalah sistem transmisi. Transmisi AC Tegangan ekstra tinggi diperkirakan muncul pertama kali pada tahun 1952 ketika jaringan listrik tegangan 380 - 400 kV yang pertama beroperasi ke dalam layanan energi listrikdi Swedia. Semenjak itu, negara industri di seluruh dunia mulai mengadopsi teknologi ini, menggunakan besar tegangan yang sama dan level tegangan yang lebih tinggi. Segera setelah itu ditemukan bahwa dampak dari level tegangan seperti terhadap lingkungan disekitarnya membutuhkan suatu perhatian lebih karena gradien tegangan tinggi pada permukaan konduktor membawa masalah gangguan dari


frekuensi tenaga ke frekuensi TV. Medan elektrostatik tersebut disekitar jalur jaringan, efek corona, rugi-rugi, kebisingan, gangguan operator, interferensi radio dan TVI (TV Interfence) dikenali sebagai masalah steady stateuntuk pengaturan desain jalur konduktor, tinggi jaringan, dan jarak antar fasa untuk menjaga jarak medan interfensi agar sesuai dengan batas yang ditentukan. Arus yang mengisi jaringan begitu tinggi, sehingga dengan memberikan kondensator sinkron pada ujung beban perlu dilakukan sebagai langkah pengendalian tegangan pada ujung pengiriman, dan bus ujung penerima. Kompensasi reaktor shunt untuk pengaturan tegangan pada saat tidak berbeban, dan beralih mengganti dengan kapasitor pada kondisi berbeban menjadi sangat diperlukan. Penggunaan kapasitor seri untuk meningkatkan pengendalian kapasitas tenaga telah membawa masalah tersendiri seperti bertambahnya kepadatan arus, suhu konduktor yang meningkat, peningkatan arus hubung singkat dan resonansi subsinkron. Keseluruhan ini masih menjadi masalah yang steady state. Satu masalah utama dengan level tegangan Extra High Voltage adalah tegangan lebih (overvoltage) selama operasi buka-tutup (switching) jaringan, secara umum disebut tegangan lebih surja hubung (switching surge overvoltages). Segera setelah diketahui bahwa airgap yang panjang adalah yang terlemah untuk surja hubung berpolaritas positif. Koordinasi isolasi sekarang harus didasarkan padaSwitching Impulse Levels (SIL) dan tidak hanya berdasarkan Lightning Impuls Levels saja. Sesuai dengan perkembangan penelitian, proyek penelitian di lapangan telah dibentuk untuk menginvestigasi efek tegangan tinggi dari jalur jaringan Extra


High Voltage (EHV) dan Ultra High Voltage (UHV) untuk menempatkan desain jaringan-jaringan itu pada dasar ilmiah yang lebih banyak, walaupun semua variabel dalam hal ini bersifat statistik di alam dan memerlukan observasi jangka panjang untuk dilanjutkan. Berdasarkan dengan data lapangan, analisis berbagai masalah dan perhitungan dengan menggunakan komputer digital telah membawa kemajuan tentang desain-desain jaringan Extra High Voltage ke pencapaian ilmiah ke tingkat yang lebih tinggi. [10]

2.3. IsolatorPenghantar Tegangan Ekstra Tinggi 2.3.1. Aplikasi Bahan Isolasi Tidak ada satu pun peralatan listrik yang tidak bergantung pada sistem isolasi listrik dalam suatu bentuk atau dalam bentuk lainnya untuk menjaga aliran arus listrik dalam jalur sirkuit listrik yang diinginkan. Apabila karena beberapa alasan tertentu arus menyimpang dari jalurnya, maka potensial listrik akan turun. Satu contoh dari peristiwa ini adalah peristiwa hubung singkat (short circuit) dan hal ini harus selalu dihindari. Isolasi yang baik diterapkan dengan pilihan yang tepat dan penerapan dari sistem isolasi dimana disitu ada potensi beda potensial antara konduktor lain yang bersebelahan, yang juga dialiri arus listrik. Banyak unit dan departemen pemeliharaan tenaga listrik yang secara rutin memasang dan mengganti isolator pada jalur transmisi overhead dengan menggunakan prosedur pekerjaan bertegangan. Yang menjadi persyaratan penting untuk menjamin keselamatan pekerja adalah dengan mengkonfirmasi integritas listrik dan mekanik dari isolator yang akan dikerjakan sebelum melaksanakan


pekerjaan bertegangan. Isolator mungkin memiliki beberapa kerusakan internal atau tersembunyi yang disebabkan proses pabrikan atau disebabkan pengaruh pejanan tekanan elektrik dan lingkungan. Walaupun proses penggantian isolator telah dapat dilakukan dalam kondisi jaringan tanpa padam, pekerjaan pemeliharaan dalam keadaan bertegangan memerlukan suatu metode tes sederhana, tepat dan efektif untuk mendeteksi kerusakan pada isolator. Cacat ini harus dikategorikan dan dianalisis dalam beberapa hal sesuai dengan kemungkinan

menyebabkan

kegagalan

selama

pelaksanaan

pekerjaan

bertegangan. [2] Jaringan transmisi tegangan tinggi dan ekstra tinggi isolator yang digunakan secara umum di Indonesia berbahan porselen atau kaca. Setiap bagian dirangkai dengan cara menggunakan fitting logam. Selama masa kondisi operasi, perbedaan dalam koefisien linier antara fitting logam dan bahan dielektrik memungkinkan menyebabkan kerusakan dari bahan dielektrik oleh keretakan setelah beberapa periode waktu. Kerusakan internal yang terjadi pada isolator akan nampak seiring waktu apabila strukturnya tidak cukup padat. Penyerapan akan air atau material bersifat konduktif mengurangi dan menghilangkan kegunaan dari bahan dielektrik. Dalam menentukan dimensi dan spesifikasi suatu sistem isolasi yang tepat digunakan pada jalur penghantar tertentu dengan kontur dan kondisi lingkungan wilayah tertentu, dibutuhkan pengetahuan yang pasti mengenai jenis, besaran dan durasi tekanan elektrik yang akan dialami bahan isolasi tersebut, dan disamping itu juga perlu untuk mempertimbangkan kondisi sekitar dimana isolasi akan


ditempatkan. Selain itu, perlu juga untuk mengetahui sifat-sifat dari bahan isolasi sehingga dapat dipilih bahan-bahan yang tepat untuk suatu sistem isolasi, dengan demikian akan dihasilkan suatu rancangan yang paling ekonomis.

Fungsi yang penting dari suatu bahan isolasi adalah: 1. Untuk mengisolasi antara suatu penghantar dengan penghantar lainnya. Misalnya antara konduktor fasa dengan konduktor fasa lainnya, atau konduktor fasa dengan tanah. 2. Untuk menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang diisolasi, 3. Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia.

Tekanan yang diakibatkan oleh medan listrik, gaya mekanik, termal dan reaksi kimia dapat saja terjadi serentak, sehingga perlu diketahui efek bersama dari semua parameter tersebut, dengan kata lain suatu bahan isolasi dinyatakan ekonomis jika bahan tersebut dapat menahan semua tekanan tersebut dalam jangka waktu yang lama. [11]

2.3.2. Teori Umum Isolator Padat 2.3.2.1. Bahan Isolator Padat Sistem isolasi yang menggunakan bahan padat yang dapat dikelompokan dalam tiga kelompok, yaitu :  Bahan organik

: kapas, kertas, karet, dll


 Bahan anorganik

: keramik, kaca, mika. Asbes, dll

 Bahan sintetis

:

 Thermoplasic: polythylena, perspek, dll.  Thermosetting: bakelit, epoy resin. dll. Bahan organik dihasilkan dari tumbuhan atau hewan dan memiliki karakteristik yang sama. Bahan organik adalah isolator yang baik dan dapat dengan mudah digunakan dalam praktek. Namun properti mekanis dan listriknya selalu cepat memburuk pada suhu 100ºC keatas. Karena itu mereka umunya dipakai setelah dipernis. Bahan inorganik tidak seperti bahan organik. Bahan inorganik tidak memperlihatkan penurunan properti mekanis dan listrik hingga suhu 250ºC. Bahan inorganik yang paling banyak digunakan adalah keramik dan kaca. Baik dalam pembuatan isolator, bushing, dan lain-lain, sebab resistansinya terhadap polutan atmosfer dan performanya sangat baik dalam berbagai kondisi tenperatur dan tekanan. Polimer sintetik adalah bahan polimer yang memiliki properti isolasi yang sangat baik dan dapat dengan mudah diproduksi dan diaplikasikan ke peralatan. Walaupun memiliki temperatur leleh yang rendah (antara 100 – 120° C), bahan ini sangat fleksibel dan dapat dicetak atau dibentuk dibawah titik leleh.

2.3.2.2. Penyebab Kegagalan Isolator Didalam pengoperasian sering ditemukan kegagalan / kerusakan pada isolator ini disebabkan beberapa hal :


1. Kegagalan mekanik  Berat konduktor  Angin  Getaran 2. Kegagalan disebabkan listrik  Tegangan operasi  Over Voltage 3. Kegagalan disebabkan panas  Perubahan temperatur yang ekstrim 4. Mutu pembuatan rendah  Desain  Mutu bahan  Kerusakan pada saat pembuatan

2.3.2.3. Pengaruh Polutan Terhadap Kinerja Isolator Partikel yang terkandung diudara dapat menempel pada permukaan isolator dan berangsur-angsur membentuk lapisan tipis, ini disebut polutan. Unsur polutan yang sangat tepengaruh terhadap unjuk kerja isolator adalah unsur garam karena garam yang terbawa angin laut, bersifat konduktif terutama pada kondisi cuaca lembab, berkabut atau pada saat hujan gerimis. Jika cuaca seperti ini maka pada isolator akan mengalir arus bocor dari kawat phasa ke tanah melalui lapisan konduktif yang menempel pada isolator, adanya arus bocor akan menimbulkan panas yang besarnya sama dengan I2R,


akibat panas tersebut lapisan polutan akan mengering, akibatnya beda tegangan pada lapisan polutan yang kering semakin besar dan menimbulkan kuat medan elekrik disekitar naik . Jika kekuatan medan elektrik melebihi kekuatan dielektrik udara di sekitar isolator maka terjadi loncatan listrik yang membuat lapisan polutan semakin besar, bila kondisi ini berulang-ulang terjadi maka polutan di isolator akan memanjang dan busur api akan membesar dan busur api tersebut menghubungkan yang bertegangan dengan ground maka terjadilah short circuit pada isolator.

2.3.2.4. Tingkat Kerusakan / Bobot Polusi Pada Isolator Tingkat kerusakan atau bobot polusi pada isolator dipengaruhi keadaan lingkungan tempat isolator tersebut terpasang. Hal ini dapat digolongkan menjadi beberapa tingkatan : 1. Ringan, dengan ciri-ciri :  Kawasan tanpa industri dan pemukiman yang dilengkapi sarana pembakaran dengan kepadatan rumah rendah  Kawasan dengan kepadatan industri rendah atau pemukiman, tetapi sering terkena angin / hujan  Kawasan pertanian  Kawasan pegunungan, semua kawasan ini harus terletak paling sedikit 10 – 20 Km dari laut dan bukan kawasan terbuka bagi hembusan angin langsung dari laut. 2. Sedang, dengan ciri-ciri :


 Kawasan industri, khususnya yang tidak menghasilkan asap polusi dan pemukiman yang dilengkapi sarana pembakaran dengan kepadatan rumah rendah  Kawasan dengan kepadatan rumah tinggi atau kawasan industri kepadatan tinggi tetapi sering terkena angin atau hujan  Kawasan terbuka bagi angin laut tetapi tidak terlalu dekat dengan pantai (10 – 5 km dari pantai) 3. Berat, dengan ciri-ciri :  Kawasan dengan kepadatan industri tinggi dan pinggiran kota besar dengan kepadatan sarana. Pembakaran yang tinggi dan menghasilkan polusi.  Kawasan dekat laut atau kawasan yang senantiasa terbuka lagi hembusan angin laut yang relatif kencang. 4. Sangat Berat, dengan ciri-ciri :  Kawasan yang umumnya luasnya cukupan yaitu daerah yang terkena debu konduktif dan asap industri yang dapat menimbulkan endapan konduktif tebal.  Kawasan yang umumnya luasnya cukupan sangat dekat dengan pantai dan terbuka bagi semburan air laut atau hembusan angin laut yang sangat kencang dan mengandung polutan.  Kawasan padang pasir yang ditandai dengan tidak adanya hujan untuk jangka waktu lama, terbuka bagi angin kencang yang membawa pasir dan garam, serta terkena kondensasi yang tetap.


2.3.3. Karakteristik Isolator Dijelaskan secara umum karakteristik isolator yang terdiri dari karakteristik mekanis dan elektris yang keduanya merupakan bagian penting dari spesifikasi isolator untuk dapat tepat digunakan pada jaringan listrik tegangan menengah, tegangan tinggi dan tegangan ekstra tinggi [11] :

2.3.3.1. Karakteristik Mekanis Isolator Karakteristik mekanis isolator ditandai dengan kekuatan mekanisnya, yaitu beban mekanis terendah yang mengakibatkan isolator tersebut rusak. Kekuatan mekanis ini ditentukan dengan membebani isolator dengan beban yang bertambah secara bertahap hingga isolator terlihat rusak. Kekuatan mekanis isolator dinyatakan dalam tiga keadaan beban, yaitu kekuatan mekanis tarik, kekuatan mekanis tekan dan kekuatan mekanis tekuk. Sifat mekanis yang dibutuhkan tergantung pada pemakaian, seperti diberikan dibawah ini. (a) Isolator hantaran udara, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan regangan (tensile strength) (b) Isolator pendukung pada gardu, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekuk (bending strength) (c) Isolator antenna, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekan (pressure strength) (d) Pemutus daya (circuit breaker), sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekanan dadakan (bursting pressure withstand)


Karakteristik mekanis, seperti elastisitas, kekenyalan dan lain-lain, mempunyai hubungan yang nyata dengan tekanan dan ketepatan rancangan. Peralatan-peralatan

listrik

akan

mengalami

kenaikan

suhu

selama

beroperasi, baik pada tegangan kerja normal maupun dalam kondisi gangguan, sehingga bahan isolasi harus memiliki sifat termal sebagai berikut: a. Kemampuan untuk menahan panas tinggi (daya tahan panas) b. Kerentanan terhadap perubahan bentuk pada keadaan panas. c. Konduktifitas 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 lingkungan dimana bahan itu digunakan. oleh karena itu bahan isolasi harus memiliki kemampuan sebagai berikut: a. Memiliki daya tahan terhadap minyak dan ozon. b. Memiliki kekedapan dan kekenyalan higroskopis yang tinggi. c. Daya serap air rendah. d. Stabil ketika mengalami radiasi.

Bahan isolasi untuk sistem tegangan tinggi sering menetapkan beberapa persyaratan, dan diantaranya ada yang saling bertentangan. Oleh karena itu dalam pemilihan bahan isolasi untuk suatu keperluan khusus sering dilakukan dengan


mencari kompromi antara penyimpangan kebutuhan dengansifat yang diinginkan, sehingga pemilihan yang benar-benar memuaskan tidak terpenuhi. [12]

2.3.3.2. Karakteristik Elektris Isolator Ditinjau dari segi kelistrikan, isolator dan udara membentuk suatu sistem isolasi yang berfungsi untuk mengisolir suatu konduktor bertegangan dengan kerangka penyangga yang dibumikan sehingga tidak ada arus yang mengalir dari konduktor tersebut ke tanah. Sifat listrik yang dibutuhkan untuk suatu bahan isolasi adalah sebagai berikut: 1. Mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi, agar dimensi sistem isolasi menjadi kecil dan penggunaan bahan semakin sedikit, sehingga harganya pun akan semakin murah. 2. Rugi-rugi dielektriknya rendah, agar suhu bahan isolasi tidak melebihi batas yang ditentukan. 3. Memiliki kekuatan kerak (tracking strength) yang tinggi, agar tidak terjadi erosi karena tekanan listrik permukaan. 4. Memiliki konstanta dielektrik yang tepat dan cocok, sehingga membuat arus pemuatan (charging current) tidak melebihi batas yang diizinkan.

Ada dua kejadian yang menyebabkan sistem isolasi ini gagal menjalankan fungsinya, yaitu terjadi tegangan tembus listrik pada udara disekitar permukaan isolator yang disebut peristiwa lewat-denyar (flashover) dan tembus listrik pada


isolator yang menyebabkan isolator pecah. Kegagalan suatu isolator dapat terjadi karena bahan dielektrik isolator tembus listrik (breakdown) atau karena terjadinya lewat-denyar (flashover) udara yang terjadi di sepanjang permukaan isolator. Pada peristiwa breakdown isolator, karakteristik listrik tidak dapat pulih seperti semula dan sebagian dari isolator mengalami kerusakan mekanis sehingga tidak dapat digunakan lagi dan harus diganti. Pada peristiwa lewat-denyar (flashover), kerusakan pada isolator hanya karena panas yang ditimbulkan busur api pada permukaan isolator. Jika relai proteksi jaringan bekerja, tegangan pada isolator tidak ada lagi, akibatnya busur api pun padam, dengan demikian isolator tidak sempat mengalami kerusakan.

2.3.3.3. Bahan Isolator Ditinjau Dari Karakteristik Mekanis dan Elektris Karakteristik mekanik dan elektrik di suatu isolator tergantung tergantung konstruksi dan bahan yang digunakan. Bahan dari isolator terdiri dari dielektrik, jepitan logam dan bahan perekat yang mengikat jepitan logam dengan dielektrik. Bahan isolator harus memiliki kekuatan dielektrik yang tinggi dan tidak terpengaruh oleh kondisi di sekitarnya. Bahan dielektrik untuk isolator umumnya adalah dari porselain, karena kekuatan dielektriknya tinggi dan tidak terpengaruh oleh kondisi di sekitarnya. Sampel uji porselain yang tebalnya 1,5 mm, dalam medan elektrik seragam, memiliki kekuatan elektrik sebesar 22 – 28 kVrms/mm. Jika tebal porselain bertambah, maka kekuatan elektriknya berkurang, karena medan elektrik di dalam isolator (internal isolator) semakin tidak seragam. Bila tebal bertambah 10 mm hingga 30 mm, kekuatan elektriknya berkurang dari 80


kVrms/mm menjadi 55 kVrms/mm. Kekuatan dielektrik porselain pada tegangan impuls 50-70% lebih tinggi daripada kekuatan dielektrik frekuensi daya. Kekuatan mekanik dari porselain tergantung pada cara pembuatannya. Porselain sangat baik jika bekerja memikul beban tekan, tetapi sifat mekanisnya memburuk jika memikul beban tekuk dan semakin memburuk jika memikul beban tarik. Kekuatan mekanis porselain standar berdiameter 2-3 cm adalah 45000 kg/cm2 untuk beban tekan, 700 kg/cm2 untuk beban tekuk dan 300 kg/cm2 untuk beban tarik. Kekuatan mekanik dari porselain suatu isolator tergantung pada konstruksi jepitan, cara menghubungkan porselain dengan jepitan, dan luas penampang porselain. Kekuatan mekanik dari porselain berkurang dengan penambahan luas penampang porselain dan pengurangan itu lebih besar pada kekuatan mekanik beban tarik dan beban tekuk. Saat ini, gelas semakin banyak digunakan sebagai bahan dielektrik isolator piring dan isolator jenis pin. Isolator gelas lebih murah daripada porselain dan karakteristik elektrik dan mekaniknya tidak jauh ketinggalan dibandingkan porselain. Karakteristik elektrik dan mekanik dari gelas tergantung pada komposisi kimiawi dari gelas, khususnya kandungan alkali yang terdapat yang terdapat dalam gelas. Adanya larutan alkali dalam komposisi gelas akan menambah sifat hygrospisitas permukaan isolator sehingga konduktifitas permukaan isolator semakin besar. Akibatnya, sifat elektrik isolator gelas alkali tinggi lebih buruk daripada gelas alkali rendah atau porselain. Kekuatan elektrik gelas alkali tinggi 17,9 kVrms/mm dan gelas alkali rendah 48 kVrms/mm, yakni dua kali lebih tinggi daripada kekuatan elektrik porselain.


Pada keadaan isolator bertegangan, sifat ion dari konduktivitas elektrik gelas alkali tinggi cenderung menguraikan gelas. Oleh karena itu, isolator gelas tidak dapat digunakan pada instalasi tegangan searah. Pada tegangan bolak-balik, penguraian elektrik secara praktis tidak ada sehingga penuaan isolator akibat penguraian elektrik berlangsung lebih lambat. Berdasarkan proses pembuatannya, isolator gelas terdiri dari dua jenis, yaitu gelas yang dikuatkan (annealed glass) dan gelas yang dikeraskan (hardening glass). Kekuatan mekanik sampel uji gelas yang dikuatkan lebih besar dari porselain karena regangan mekanik internal mudah dihilangkan saat proses penguatan. Pada porelain, regangan internal secara praktis tetap ada dan hal ini akan mengurangi kekuatan mekanisnya. Gelas alkalin memiliki koefisien pemuaian yang tinggi, sehingga isolator gelas mudah pecah jika dioperasikan pada suhu yang berubah dengan tajam. Hal ini membuat gelas dibatasi pemakaian hanya untuk instalasi pasangan dalam, tidak untuk instalasi yang mengalami perubahan suhu yang dalam. Isolator untuk instalasi pasangan luar terbuat dari alkali rendah yang diikuti dengan penguatan. Gelas alkalin hanya digunakan jika isolator membutuhkan pengerasan agar diperoleh kekuatan mekanik yang tinggi. Selama pengerasan, gelas dipanaskan sampai mencapai suhu yang tinggi (650 C untuk gelas alkalin tinggi dan 780 C untuk gelas alkalin rendah). Setelah itu, udara dingin ditiupkan ke dalam gelas. Selama peniupan udara berlangsung, lapisan luar dari gelas menjadi keras dan bagian dalam terus berkurang volumenya seiring dengan pendinginan. Proses ini bertujuan untuk membuat lapisan luar


gelas beroleh kekuatan tekan dan bagian dalam gelas beroleh kekuatan tarik. Jika suatu beban tarik diberikan pada sebuah isolator, kerusakan mulai terjadi jika gaya tekan pada lapisan luar hilang berlebihan. Dengan demikian akan dihasilkan suatu isolator yang lebih baik, bila dibandingkan dengan isolator yang dikuatkan. Isolator gelas alkali rendah yang dikeraskan dapat menahan beban dinamis dengan baik, sehingga masih layak dipakai sekalipun pernahjatuh dari tempat tinggi. Tetapi ongkos pembuatannya tinggi sehingga hanya digunakan pada kasuskasus dimana dibutuhkan kekuatan mekanik yang tinggi dan stabil pada setiap perubahan suhu. [11]

2.3.3.4. Mekanisme Terjadinya Tegangan Tembus Listrik Suatu dielektrik tidak mempunyai elektron-elektron bebas, melainkan elektron-elektron yang terikat pada inti atom unsur yang membentuk dielektrik tersebut. Setiap dielektrik mempunyai batas kekuatan untuk memikul terpaan elektrik. Pada gambar 2.13 ditunjukkan suatu bahan dielektrik yang ditempatkan di antara dua elektroda piring sejajar. Bila elektroda 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. Jika terpaan elektrik yang dipikulnya melebihi batas tersebut dan terpaan berlangsung cukup lama, maka dielektrik akan menghantar arus atau gagal melaksanakan fungsinya sebagai isolator. Dalam hal ini dielektrik disebut tembus listrik atau “breakdown”.


Terpaan elektrik tertinggi yang dapat dipikul suatu dielektrik tanpa menimbulkan dielektrik tembus listrik disebut kekuatan dielektrik. Jika suatu dielektrik mempunyai kekuatan dielektrikEk , maka terpaan elektrik yang dapat dipikulnya adalah ≤ Ek .

Gambar 2.14. Medan elektrik dalam dielektrik

Jika terpaan elektrik yang dipikul dielektrik melebihiEk, maka di dalam dielektrik akan terjadi proses ionisasi berantai yang akhirnya dapat membuat dielektrik mengalami tembus listrik. Proses ini membutuhkan waktu dan lamanya tidak tentu tetapi bersifat statistik. Waktu yang dibutuhkan sejak mulai terjadi 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: 1) Terpaan elektrik yang dipikul dielektrik harus lebih besar atau sama dengan kekuatan dielektriknya dan;


2) Lama terpaan elektrik berlangsung lebih besar atau sama dengan waktu tunda tembus.

Tegangan yang menyebabkan dielektrik tersebut tembus listrik disebut tegangan tembus atau breakdown voltage. Tegangan tembus adalah besar tegangan yang menimbulkan terpaan elektrik pada dielektrik sama dengan atau lebih besar daripada kekuatan dielektriknya. [11]

2.4. Distribusi Tegangan dan Medan Listrik Pada Jaringan Listrik Tegangan Ekstra Tinggi Teori distribusi tegangan yang telah lama diketahui ini, menjadi sebuah teori dasar perangkat-perangkat ukur isolator bekerja. Dalam penelitian ini, teori ini menjadi dasar Isolometer bekerja. Sedangkan teori yang medan listrik pada isolator yang kemudian dikembangkan menjadi dasar Positron Insulator Tester bekerja. 2.4.1. Teori Medan Listrik Medan listrik didefinisikan sebagai ruang di sekitar suatu muatan listrik sumber dimana muatan listrik lainnya dalam ruang ini akan mengalami gaya Coulumb atau gaya listrik (tarik-menarik atau tolak-menolak) atau dapat juga didefinisikan sebagai efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik, seperti elektron, ion, atau proton, dalam ruangan yang ada di sekitarnya. [13] Menurut hukum Coloumb, medan listrik didefinisikan sebagai gaya antara dua buah benda titik bermuatan listrikq1 dan q2 dalam ruang hampa yang terpisah sejauh r, dimana r lebih besar dari ukuran benda bermuatan, berbanding lurus http://digilib.unimus.ac.id

dengan perkalian kedua muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.Gaya tersebut tolak menolak bila muatan antar q1 dan q2 sejenis dan tarik menarik bila muatannya tidak sejenis.

(a)

(b)

Gambar 2.15. Medan listrik pada (a) satu muatan dan (b) pada dua muatan yang berbeda


Gaya yang dialami salah satu muatan akibat muatan yang lain digambarkan oleh gaya Coulumb dan diberikan hukum oleh Coulumb :

F k

q1q2 (dalam vakum) r2

(2.1)

Keterangan : F

= Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak (Newton = N)

k

9 2 2 = Konstanta (8,988x10 N .m / C )

q1

= Muatan satu (Coulumb = C)

q2

= Muatan dua (Coulumb = C)

r

= Jarak antar kedua muatan (Meter = m)

Dalam sistem SI, jarak-jarak diukur dalam meter, dan gaya-gaya dalam Newton. Satuan SI untuk muatan listrik q adalah Coulumb (C). Konstanta k pada hukum Coulumb mempunyai nilai :

k  8,988x109 N .m2 / C 2 Sering kdiganti dengan lambang k

1

(2.2)

4 0

 0  8,85x1012 C 2 / N .m2

Dengan ε0adalah permitivitas vakum. Maka hukum Coulumb mengambil bentuk : F

q1q2 (dalam vakum) 4 0 r 2 1


(2.3)

Apabila medium disekelilingnya bukan vakum, maka gaya-gaya yang disebabkan muatan imbas dalam zat akan melemahkan gaya antara kedua muatan q1 dan q2itu. Jika zat itu memiliki konstanta dielektrik K, maka tetapan ε0 harus diganti dengan K.ε0 = ε , dimana ε adalah permitivitas zat tersebut. Maka : F

q1q2 k q1q2  4 0 r 2 K r2 1

(2.4)

Dalam vakum K= 1 ; dalam udara K = 1,0006

Gaya yang ditimbulkan oleh gaya Coulumb termasuk kedalam satuan vektor, karena merupakan gaya yang menghasilkan arah.

F

q1q2  r 2 r

(2.5)

Menurut persamaan ini, gaya pada salah satu titik muatan berbanding lurus dengan besar muatannya. Medan listrik didefinisikan sebagai suatu konstan perbandingan antara muatan dan gaya :

F  qE

E

(2.6)

1

q  r 4 0 r 2

(2.7)

Maka, medan listrik bergantung pada posisi. Suatu medan, merupakan sebuah vektor yang bergantung pada vektor lainnya. Medan listrik dapat dianggap sebagai gradien dari potensial listrik. Jika beberapa muatan yang disebarkan menghasilkan potensial listrik, gradien potensial listrik dapat ditentukan.


Gambar 2.16. Garis-garis Ekuipotensial

Potensial listrik adalah usaha yang dilakukan oleh suatu satuan muatan listrik apabila muatan tersebut dibiarkan bergerak menuju muatan dari jauh tak terhingga. Potensial listrik merupakan kuat medan energi potensial yang merupakan potensial skalar. Permukaan yang memiliki potensial sama disebut dengan permukaan ekuipotensial. Permukaan/garis ekuipotensial ditimbulkan dari interaksi antar muatan yang menimbulkan medan listrik dan mempunyai medan potensial listrik. Karena sifat keping isolator menyerupai kapasitor dimana dua buah logam dipisahkan oleh sebuah dielektrik membentuk susunan logam-dielektrik-logam, maka isolator memiliki sifat menyimpan energi listrik dalam bentuk medan listrik. Pada suatu untaian isolator yang panjang, tegangan tidak terdistribusikan secara merata, hal ini disebabkan karena pengaruh kapasitansi isolator dengan menara


transmisi atau bumi dan kapasitansi antara sambungan isolator dengan konduktor tegangan tinggi. Nilai kapasitansi sendiri dari isolator disesuaikan berdasarkan tingkat tegangan. Isolator yang memikul tegangan yang paling besar yaitu isolator paling dekat dengan konduktor phasa, maka isolator yang digunakan adalah isolator yang memiliki nilai kapasitansi sangat kecil. Dan isolator yang memikul tegangan paling kecil, maka digunakan isolator yang memiliki nilai kapasitansi yang besar. Dengan demikian tegangan di setiap unit isolator akan sama. Penggunaan isolator yang sama menyebabkan kapasitansi yang berbeda di setiap isolator dan menyebabkan distribusi tegangan menjadi tidak rata. Hal ini menyebabkan munculnya gradien tegangan yang tinggi. Gradien tegangan adalah besarnya beda potensial dari ujung sisi isolator yang terdekat dengan konduktor dengan ujung sisi isolator yang terpasang pada bodi tower. Gradien tegangan yang tinggi berpotensi menimbulkan korona dan peristiwa lewat-denyar (flashover).

2.4.2. Kerapatan Muatan E

A

Perangkat tester non kontak

Gambar 2.17. Gambar interaksi perangkat pengukuran nonkontak dengan isolator


Interaksi bagian isolator dengan perangkat tester dapat dianggap seperti interaksi kuat medan listrik pada dua keeping konduktor sejajar. Misalkan luasan permukaan isolator dan perangkat tester dianggap bermuatan sama

tetapi

berlawanan jenis +q dan –q, medan listrik dinyatakan oleh banyaknya garis-garis gaya, sedangkan garis-garis gaya dinyatakan sebagai jumlah muatan yang menimbulkan garis gaya tersebut (Hukum Gauss). Muatan listrik tiap satuan luas keping penghantar didefinisikan sebagai rapat muatan permukaan (σ) yang diukur dalam C/m2. Sehingga persamaannya dapat dihitung dengan



q A

(2.8)

atau dengan persamaan



N A

(2.9)

Karena N=ε0.E.A, maka dapat disubtitusikan menjadi



 0 .E. A

A Yang kemudian disederhanakan menjadi

   0 .E

(2.10)

(2.11)

2.4.3. Distribusi Tegangan Di Seluruh Renceng Isolator Suspensi Gambar gambar di bawah menampilkan distribusi tegangan sepanjang permukaan piringan tunggal isolator bersih (dikenal sebagai unit isolator cap-pin) yang biasanya digunakan pada kolom isolator suspensi. Perlu sangat diketahui bahwa gradien tegangan tertinggi bertempat dekat dengan cap dan pin (yang


terbuat dari logam), sebaliknya gradien tegangan yang lebih rendah bertempat pada sisa permukaan yang lain. Sisi bawah (permukaan bagian bawah) telah diberi bentuk sebagaimana ditunjukkan dalam gambar di bawah, untuk meminimalkan efek lembab dan kontaminasi serta juga memberi jalan yang sepanjang mungkinuntuk arus bocor yang mungkin akan mengalir pada permukaan isolator. Di dalam gambar, jatuh tegangan antara cap dan pin telah dianggap 100% dari total tegangan. Karena itu, kira-kira 24% dari tegangan ini terdistribusikan sepanjang permukaan isolator dari cap ke titik 1 dan hanya 6% dari titik 1 ke point 9. Sebaliknya sisa 70% dari tegangan ini terdistribusikan antara titik 9 dan pin. [15]

Grafik 2.5. Grafik distribusi tegangan sepanjang permukaan isolator tunggal yang bersih dalam satu renceng isolator suspensi


Permasalahan utama pada renceng piringan isolator dalam satu renceng dengan isolator yang identik/serupa adalah distribusi tegangan yang tidak seragam ke seluruh keping. Masing-masing keping isolator adalah sebuah hardware (cap dan pin) yang menggantikan sebuah kapasitor. Hardware tersebut berfungsi seperti sebuah pelat atau elektroda dan porselain atau gelas berfungsi sebagai sebuah dielektrik.

Grafik 2.6.Grafik distribusi tegangan pada permukaan tiga unit isolator suspensi cap-pin yang bersih dalam susunan seri

Grafik 2.1 menampilkan distribusi tegangan pada permukaan tiga unit isolator cap-pin yang bersih yang terhubung secara seri. Gambar tersebut secara jelas mengilustrasikan bahwa ketika beberapa unit terhubung secara seri : a. Tegangan pada masing-masing isolator dalam satu renceng tidaklah sama http://digilib.unimus.ac.id

b. Lokasi unit isolator dalam rencengan isolator menentukan distribusi tegangan c. Gradien tegangan terbesar berada pada unit isolator yang terdekat dengan konduktor jaringan listrik yang disangganya.

Gambar 2.18. (a) Kapasitansi pada susunan seri unit isolator, (b) Grafik yang menunjukkan distribusi tegangan yang berkurang.

Sebagaimana digambarkan pada gambar 2.20 (a), ketika beberapa unit isolator ditempatkan secara seri, dua set kapasitansi mengambil tempat;


kapasitansi seri C1 (kapasitansi masing-masing unit isolator) dan kapasitansi shunt ke ground, C2. Perlu dicatat bahwa semua arus bermuatan I untuk susunan seri dan kapasitansi shunt mengalir melalui yang pertama (berkenaan dengan konduktor) dari kapasitansi seri C1. Bagian I1dari arus ini mengalir melalui kapasitansi shunt C2 yang pertama, meninggalkan yang tersisa bagian I-I1 dari arus untuk mengalir melalui kapasitansi seri yang kedua, dan seterusnya. Karena itu, arus yang berkurang ini mengalir melalui kapasitansi seri C1 mengakibatkan sebuah distribusi tegangan yang berkurang (drop tegangan) yang melewati isolator dari ujung konduktor ke ujung ground, sebagaimana diilustrasikan dalam gambar 2.20(b). Dengan demikian, V5> V4> V3> V2> V1

Secara ringkas, distribusi tegangan pada satu renceng unit isolator suspensi yang identik tidaklah sama karena terbentuknya kapasitansi di celah udara antara masing-masing sambungan cap/pin dengan tower yang diketanahkan.Walaupun demikian, kapasitansi udara lainnya ada antar bagian logam pada potensial yang berbeda. Sebagai contoh, ada kapasitansi udara antar sambungan cap-pin dari masing-masing unit dan konduktor jaringan. Diperlihatkan pada gambar 2.21, menampilkan gambaran yang ekuivalen untuk distribusi tegangan sepanjang renceng dari delapan isolator bersih. Distribusi tegangan pada renceng tersebut dapat dituliskan dengan :


Vk 

 C2  Vn C3 C3  sinh  k  sinh  (k  n)  sinh  n   sinh  n  C1 C1 C1 

(2.12)

2

Dimana : Vk

= tegangan yang melintasi unit k dari ujung ground

Vn

= tegangan yang melintasi semua unit n (tegangan line – ground dalam volt)

𝛽 = 𝑠𝑒𝑏𝑢𝑎𝑕𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎 =

𝐶2 +𝐶3 1/2

(2.13)

2

C1

= kapasitansi antara cap dan pin dari masing-masing unit isolator

C2

= kapasitansi dari satu unit isolator ke ground

C3

= kapasitansi dari satu unit ke konduktor jaringan

Walaupun demikian, kapasitansi C3 biasanya sangat kecil, sehingga pengaruhnya pada distribusi tegangan dapat diabaikan.Oleh karena itu, persamaan 2.12 dapat dituliskan kembali dengan :

 sinh  k  Vk  Vn    sinh  n 

(2.14)

Dimana 𝛼 = 𝑠𝑒𝑏𝑢𝑎𝑕 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎 =

𝐶2 1/2 𝐶1


(2.15)

Gambar 2.19. Rangkaian ekuivalen untuk distribusi tegangan sepanjang renceng delapan unit isolator yang bersih

Perlu dicatat bahwa metode penghitungan distribusi tegangan ini berdasarkan asumsi bahwa unit isolator dalam keadaan bersih dan kering sehingga dalam keadaan yang bersifat kapasitif murni. Dalam kenyataannya, mungkin saja isolator tidak berada dalam keadaan yang seideal ini. Dalam gambaran yang ekuivalen

dengan

sebuah

renceng

isolator,

masing-masing


kapasitansi

C1dikontakkan

dengan

resistansi

R

untuk

merepresentasikan

resistansi

bocor.Resistansi tersebut tergantung dari adanya kontaminasi (seperti polusi dan lain sebagainya) pada permukaan isolator dan perubahan lainnya karena faktor tambahan lain seperti hujan dan kabut. Apabila satu unit telah sangat terkontaminasi, kebocoran arus dapat lebih besar dari arus kapasitansi dan perluasan kontaminasi yang dapat berubah-ubah dari setipa unit isolator menyebabkan distribusi tegangan yang tidak dapat diprediksi. Juga menarik untuk dicatat bahwa jika unit isolator yang terdekat dengan konduktor jaringan tertekan secara elektrikal kepada nilai aman operasinya, kemudian semua unit lainnya juga secara elektrikal dibawah tekanan dan karenanya, renceng isolator secara keseluruhan menjadi tidak efisien digunakan. Karena itu, efisiensi renceng isolator (per unitnya) untuk sebuah renceng isolator yang terdiri dari n unit seri dapat didefinisikan dengan

𝐸𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 =

𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛𝑦𝑎𝑛𝑔𝑚𝑒𝑙𝑖𝑛𝑡𝑎𝑠𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 𝑛 (𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛𝑢𝑛𝑖𝑡𝑦𝑎𝑛𝑔𝑑𝑒𝑘𝑎𝑡𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑡𝑜𝑟𝑗𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔𝑎𝑛)

Apabila unit yang berdekatan ke konduktor jaringan mengalami flashover (lewat denyar), kemudian seluruh unit isolator dalam renceng juga mengalami flashover. Karena itu, efisiensi renceng isolator dapat dinyatakan lagi dengan

𝐸𝑓𝑒𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 =

𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑓𝑙𝑎𝑠𝑕𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 𝑛 (𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑓𝑙𝑎𝑠𝑕𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑠𝑎𝑡𝑢 𝑢𝑛𝑖𝑡 𝑖𝑠𝑜𝑙𝑎𝑡𝑜𝑟)


Perlu diketahui juga bahwa efisiensi string isolator menurun sebagaimana bertambahnya jumlah unit isolator dalam string. Kapasitansi

Isolator

(C1)

dimungkinkan

diketahui

dengan

cara

menghitungnya dengan rumus kapasitor pelat (keping) paralel, yaitu :

C  K 0

A d

(2.16)

dimana K (tidak berdimensi) adalah konstanta dielektrik zat yang mengisi antara dua pelat dan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/N.m2 = 8,85 x 10-12 F/m. Untuk vakum K = 1, sehingga kapasitor yang berisi zat dielektrik kapasitansinya adalah K kali lebih besar daripada kapasitor yang bersisi vakum. Hasil ini berlaku juga untuk kapasitor lain apapun bentuknya. Sedangkan untuk nilai konstanta dielektrik gelas antara 4,9 – 7,5. Kapasitansi C2 dapat dihitung dengan perhitungan kapasitansi line-netral jaringan tiga fasa.

Cn 

0.0388  F / mil log10 ( D / r )

(2.17)

2.4.4. Tegangan Permukaan Dan Kuat Medan Listrik Pada Isolator Neils Jonassen, seorang pakar ilmuwan dalam hal keelektrostatisan menuliskan sebuah artikel mengenai tegangan permukaan dan kuat medan listrik yang pengertian bahwa sesungguhnya isolator tidak memiliki tegangan. Hal tersebut dijelaskan dengan dimulai dengan review dari banyak fitur penting untuk konduktor bertegangan dan bagaimana fitur ini berbeda untuk sebuah isolator dalam jaringan bertegangan. [14] http://digilib.unimus.ac.id

2.4.3.1. Konduktor Bermuatan Pada gambar dibawah, ditampilkan sebuah konduktor ”A” yang berisolasi yang memiliki sebuah muatan q.

Gambar 2.20. Konduktor bertegangan

Muatan-muatan tersebut akan secara otomatis terdistribusi dengan sendirinya pada permukaan konduktor dengan sedemikian rupa sehingga medan di dalam interior konduktor menjadi nol, medan listrik akan muncul tegak lurus pada permukaan. Integral dari kuat medan listrik E dari setiap titik P di dalam atau pada permukaan konduktor ke titik ground G adalah konstan dandapat diberikan sebagai G

V   E.da

(2.18)

P

Dimana V adalah tegangan atau potensial dari konduktor.

Besar tegangan V dan muatan q selalu proporsional, dan muatan q biasanya ditulis dalam http://digilib.unimus.ac.id

q  C.V

(2.19)

C adalah kapasitansi dari konduktor berisolasi dan besarnya tergantung dari ukuran dan bentuk konduktor, serta posisi penempatannya yang relatif ke konduktor lain dan ground. Sistem muatan menyimpan energi eletrostatik sebesar W

1 1 q2 1 CV 2   qV 2 2C 2

(2.20)

Keterangan : W

= Energi potensial dalam kapasitor

(Joule = J)

C

= Besar kapasitansi

(Farad = F)

V

= Besar tegangan

(Volt = V)

q

= Besar muatan

(Coulumb = C)

2.4.3.2. Isolator Pada Jaringan Listrik Bertegangan Gambar dibawah ini menujukkan sebuah piringan isolator pada jaringan bertegangan.

Gambar 2.21. Piringan isolator pada jaringan bertegangan


Keadaan dari medan listrik disini sangat berbeda dari yang ada pada konduktor berbeban. Polaritas dari muatan mungkin berbeda dari titik ke titik, besar medan listrik di dalam interior isolator mungkin tidak sama dengan nol. Medan listrik mungkin tidak muncul tegak lurus dengan permukaan dan integral dari kuat medan listrik dari setiap titik di permukaan atau di dalam isolator ke ground biasanya berbeda dari titik ke titik. Integral dari kuat medan listrik P1 dan P2 adalah G

Vp1   E.da  o dan

G

Vp2   E.da  o

P1

(2.21)

P2

Masing-masing Vp1 dan Vp2 adalah tegangan permukaan (atau potensial permukaan) dari dua titik. Secara umum, tegangan permukaan dari sebuah isolator akan bervariasi dari titik ke titik, sama juga dengan tegangan dari semua titik di dalam interior isolator. Hal itu dikarenakan tidak ada kemungkinan untuk mencirikan sebuah isolator bermuatan dengan sebuah tegangan tunggal. Dengan kata lain, sebuah isolator tidak memiliki tegangan.

Gambar 2.22. Muatan permukaan yang seragam, isolator bulat


Ada beberapa kasus dimana pada permukaan dari Sebuah isolator memiliki tegangan permukaan yang konstan. Tapi selain dari kasus tersebut, hanya ada satusituasi dimana semua titik di dalam dan pada permukaan sebuah isolator dapat dianggap berasal dari tegangan yang terdefinisikan dengan baik (tetapi tidak dapat diukur). Jika sebuah isolator bola dengan jari-jari R dan muatan q yang seragam (lihat gambar diatas) ditempatkan sangat jauh (sebuah jarak yang lebih besar dari jari-jari R)dari konduktor, lingkaran bola akan memiliki tegangan V

q 4 0 R

(2.22)

Namun, situasi ini masih bersifat teoritis yang merupakan satu-satunya kasus yang memberi kesan yang tepat untuk membicarakan tentang masalah tegangan pada sebuah isolator. Demikian pula, konsep dari kapasitansi isolator tidaklah berarti. Meskipun memungkin

untuk

memperoleh

sebuah

discharge

darisebuah

isulator

bertegagangan, discharge itu akan selalu bersifat parsial, dan energi yang hilang tidak dapat dihubungkan dengan total muatan ataupun dihubungkan dengan jenis tegangan. Dengan kata lain, tegangan dan kapasitansi adalah kuantitas dari konduktor, bukan isolator. Jadi, muncul suatu pertanyaan : pengukuran apa yang dapat diambil dari isolator dalam jaringan listrik bertegangan? Jawaban yang sederhana adalah pengukuran yang dilakukan diambil dari besarnya efek medan dari muatan dan kadangkala dari total muatannya. Penelitian yang dilakukan ini memfokuskan pada efek langsung dari medan tersebut. Sebagaimana dengan konduktor, perangkat yang digunakan untuk mengukur http://digilib.unimus.ac.id

adalah meter medan dan voltmeter non-kontak. Kedua jenis perangkat akan mendistorsikan bidang yang akan diukur kecuali yang benar-benar diperiksa. Sheet insulatif bebas bermuatan seragam dan sheet insulatif bermuatan seragam dengan konduktor yang diketanahkan dibelakangnya adalah dua kasus yang memungkinkan untuk membuat pengukuran kuantitatif yang meyakinkan untuk pengukuran isolator dalam jaringan listrik bertegangan.

2.4.3.2.1. Sheet Bermuatan Seragam Gambar dibawah menampilkan sebuah sheet isolasi bermuatan seragam.

Gambar 2.23. Pengukuran statik pada sheet bebas tegangan


Apabila kuat medan listrik diindikasikan pada alat ukur sebagai E, kerapatan muatan s pada bagian dari isolator di depan perangkat ukur menjadi :

  0E

(2.23)

Apabila sebuah voltmeter non-kontak ditempatkan pada jarak d dari lembaran tersebut, maka tegangan permukaan Vs diindikasikan pada alat ukur dapat ditulis dengan : Vs  E.d 

 .d 0

(2.24)

Grafik 2.7 menampilkan kuat medan E dari lembaran plastik bebas dengan total muatan q @ 0,5.10-7 C. Luas permukaan dari lembaran tersebut adalah 21 x 29 cm2, yang memberikan kerapatan muatan sebesar

 rata rata 

0,5.107  0,82.106 C.m2 21.29.104

Grafik 2.7. Grafikkuat medan dan tegangan permukaan dari sheet plastik


Gambar grafik tersebut menunjukkan bahwa kuat medan E relatif konstan kira-kira 88 kV. m-1 pada jarak sekitar 5-6 cm. Menurut persamaan 2.23, kesesuaiannya dengan kerapatan muatan s = 8,85.10-12x88.103 = 0.78.10-6 C.m-2. Mengingat ketidakpastian pengukuran dari total muatan dan kuat medan listrik, kesepakatan antara nilai kerapatan muatan yang berasal perhitungan dan pengukuran (s = 0,82.106 C.m-2 berbanding dengan versi s= 0,78.10-6 C.m-2) terlihat cukup memuaskan.

Gambar 2.24. Piringan isolator bermuatan seragam, dipasangkan dibelakangnya konduktor yang diketanahkan

Karena itu tampaknya pengukuran kuat medan listrik pada posisi yang dekat dengan sebuah lembaran bermuatan bebas, mengarahkan ke informasi tentang kerapatan muatan dan distribusi muatan pada permukaan. Dalam area dimana sifat medan adalah homogen, tegangan permukaan sheetsebanding dengan jarak dari sheet tersebut dan diukur dengan menggunakan persamaan 2.24, dengan perangkat voltmeter non-kontak. Pengukuran ini mengarahkan ke kerapatan muatan permukaan, mengingat bahwa jarak pengukuran dapat diperkirakan


dengan cukup akurat. Namun, harus ditekankan lagi bahwa pengukuran tegangan permukaan tidak memberikan informasi yang lebih baik lagi ataupun apapun lagi mengenai kondisi muatan dari sheetisolasi dibandingkan hasil yang telah diberikan melalui pengukuran kuat medan permukaan pada jarak yang cukup dekat.

2.4.3.2.2. Piringan Isolator

Gambar 2.25. Piringan isolator bermuatan seragam antaraelektroda belakang yang diketanahkan dan elektroda yang diketanahkan bebas

Gambar 2.24menampilkan sebuah piringan isolator dengan permitivitas ε dan ketebalan t. Piringan isolator tersebut diletakkan pada sebuah bidang yang diketanahkan dan mempunyai muatan positif dengan kerapatan muatan s (C.m-2). Apabila piringan tersebut berada jauh dari konduktor yang lain, medan listrik di dalam material diberikan sebagai E1=s/ε , dan masing-masing titik pada permukaannya kemudian akan memiliki tegangan sebesar http://digilib.unimus.ac.id

Vs  Ei .t 

 .t 

(2.25)

Perlu untuk ditekankan bahwa Vs itu bukanlah tegangan dari piringan isolator, tetapi hanyalah pada permukaannya (Vs = Surface Voltage). Titik-titik di dalam isolator memiliki sebuah perbedaan, yaitu tegangan yang tidak dapat diukur (unmeasurable voltage). Situasi yang ditampilkan pada gambar 2.24,dengan piringan yang jauh dari konduktor dibandingkan sisi ground, adalah dari kepentingan praktek yang kecil karena tidak mengikutsertakan kehadiran alat meter. Situasi yang lebihumum ditampilkan pada gambar 2.25 dimana elektroda yang diketanahkan (A) diparalelkan dengan piringan isolator bermuatan pada jarak d. Kuat medan listrik pada ruang antara piringan bermuatan dan A, diberikan dalam bentuk E

 .t  .d   0 .t

(2.26)

Bidang yang diketanahkanA biasanya mungkin tempat dimana sebuah alat meter lapangan atau noncontacting voltmeter ditempatkan, dengan jarak d yang jauh lebih besar dibandingkan ketebalan t. Dengan kondisi ini, persamaan 2.27 dapat ditulis dengan :

E

 t .  d

(2.27)

Tegangan permukaan, yang hampir sama dengan nilai yang tidak terganggu, dapat ditulis dengan

V

 .t 

(2.28)


Terlihat dalam kondisi ini, memungkinkan untuk memperkirakan kerapatan muatan dengan mengukur kuat medan listrik ataupun tegangan permukaan dari piringan isolator yang bermuatan, dengan asumsi permitivitas dan ketebalan dari piringan isolator tersebut telah diketahui.

2.4.3.2.3. Sheet Dengan Konduktor Yang Diketanahkan

Gambar 2.26. Isolator bermuatan seragam yang dipasangkan dibelakangnya konduktor yang diketanahkan

Gambar 2.26 menunjukkan sebuah settingan eksperimen berhubungan dengan kondisi yang dijelaskan pada gambar 2.25. Isolator yang digunakan adalah piringan setebal 1 mm dengan dimensi 0,21 x 0,29 m2. Permitivitas relatif (konstanta dielektrik) dari material adalah εr>> 2 (e = 1,77.10-11F.m-1). Total


muatan pada permukaan isolator adalah q>> 2,7.10-7 C, mengarahkan ke sebuah hasil kerapatan muatan permukaan yaitu s >> 4,4.10-6 C.m-2. Tanpa perangkat ukur medan (dan objek diketanahkan lainnya, tidak termasuk piringan belakang), potensial permukaan dari masing-masing titik dapat dihitung dengan persamaan 2.23, 4, 4.106 Vs  .103  250V . 11 1, 77.10

Ketika alat ukur medan ditempatkan didepan sebuah piringan bertegangan, fluks listrik dari muatan terbagi antara alat ukur medan dan piringan yang membelakangi. Konsekuensinya, medan internal dan tegangan permukaan akan berkurang, tergantung seberapa jauh alat ukur ditempatkan. Disitu juga akan ada sebuah medan Ed di jarak antara piringan bertegangan dan alat ukur medan. Medan ini hanyalah kuantitas medan yang dapat dihitung dari piringan bertegangan. Grafik 2.8 menunjukkan kuat medan dan tegangan permukaan dari piringan yang ditampilkan dari gambar 2.26. Pada jarak 5 cm, kuat medan dan potensial permukaan yang terukur E5 >> 4.6 kV.m-1 dan Vs >> 235 V. Menurut persamaan 2.27, hubungannya dengan kerapatan muatan



 .d .E

 t 1, 77.1011.5.102.4, 6.103  4,1.106 C.m 2 3 10


Grafik 2.8. Grafik Kuat medan dan tegangan permukaan dari sebuah sheet plastik bermuatan seragam dengan dipasangkan dibelakangnya konduktor yang diketanahkan

Dengan membandingkan hasil ini dengan nilai yang telah dihitung dari s=4,4.10-6C.m-2 dan mempertimbangan ketidakpastian dalam kuantitas nilai yang terlibat, khususnya keseragaman dari muatan permukaan dan jarak efektif ke alat ukur, kesepakatan antara nilai yang berasal dari perhitungan dan pengukuran sangatlah cukup memuaskan : 4,4.10-6C.m-2 dan 4,1.10-6C.m-2, masing-masingnya. Kesimpulannya, sangat

mudah untuk menentukan apakah isolator

bermuatan. Hanya perlu sebuah alat ukur yang sesuai dan mengambil pembacaan pengukurannya. Apabila pengukuran dilakukan denga hati-hati, memungkinkan hasil pembacaan hasil ukur akan memberikan informasi tentang seberapa banyak muatan yang terletak di satuan luas permukaan yang diukur (misalnya kepadatan muatan permukaan, C.m-2), demikian juga polaritas muatan.


Namun, masalahnya adalah tidak ada alat ukur yang dikalibrasi untuk unit pengukuran ini. Alat ukur yang paling mendekati adalah alat ukur lapangan dengan skala dalam volt per meter (V.m-1). Untungnya, pengukuran volt per meter dapat dikalikan dengan ε0 (8,85.10-12 F.m-1) untuk sampai pada nilai kerapatan muatan. Namun,sebagian besar alat ukur memiliki skala dalam Volt. Pada semua kasus, alat ukur ini telah dikalibrasikan secara relatif ke konduktor, dimana konsep dari tegangan memberi kesan. Digunakan dalam kaitannya dengan isolator, membaca pengukuran mungkin menjadi cara terbaik sebuah pendekatan menemukan besar dari tegangan permukaan, yang mencirikan hanya sebagian dari permukaan isolator, bukan keseluruhan bagian isolator. Dalam kasus ini, pengukuran dalam hasil volt, ketika dikalikan dengan ε0 dan dibagi dengan jarak pengukuran, dapat juga mengarah ke hasil kerapatan muatan permukaan. Perlu ditekankan dalam pemahaman teori ini bahwa tegangan dari sebuah isolator tidaklah berarti apa-apa. Semua itu dapat ditemukan dengan pengukuran tanpa kontak (noncontacting measurement) pada isolator bermuatan, yaitu polaritas dari muatan dan apabila pengukuran dilakukan dengan hati-hati, pengukuran tersebut akan mengarahkan ke informasi kerapatan muatan permukaannya.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan Umum Metode Pengukuran Isolator

Recommend Documents