BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Isolator Pada sistem tenaga listrik, mulai dari pembangkit, saluran transmisi sampai dengan saluran distribusi ke konsumen, dibutuhkan suatu sistem yang aman untuk mengalirkan aliran listrik. Sistem yang aman untuk mengalirkan aliran listrik dan untuk dapat mengurangi rugi-rugi daya pada saluran transmisi digunakanlah suatu sistem tegangan tinggi. Penggunaan sistem tegangan tinggi ini membutuhkan suatu perlatan yang disebut isolator. Isolator ini berfungsi untuk mengisolir konduktor

dengan konduktor, maupun mengisolir konduktor dengan bagian peralatan yang terhubung secara listrik dengan tanah. Pada saluran transmisi dan distribusi, salah satu komponen yang harus lebih diperhatikan adalah isolasi, karena tegangan yang digunakan pada saluran cukup tinggi. Langkah yang perlu diambil untuk menghindarkan terjadinya kerusakan terhadap peralatan listrik akibat tegangan lebih dan loncatan bunga api, ialah dengan menentukan pemakaian isolator berdasarkankekuatan daya isolasi (dielectric strength) dan kekuatan mekanis (mechanical strength) bahan-bahan isolator yang dipakai. Karena sifat suatu isolator di tentukan oleh bahan yang digunakan [1]. Beberapa persyaratan penting yang harus dimiliki suatu isolator adalah: a. Isolator harus mempunyai kekuatan mekanik yang tinggi. b. Memiliki kekuatan dielektrik yang tinggi. c. Mempunyai

nilai resistivitas

yang tinggi

untuk memperkecil arus

bocor yang terjadi. d. Tidak mudah keropos dan tahan terhadap masuknya gas-gas ataupun cairancairan ke dalam bahan isolator. e. Tidak dipengaruhi oleh perubahan suhu.

5 Universitas Sumatera Utara

Menurut fungsinya, isolator dapat ditinjau dari dua segi yaitu: a. Fungsi dari segi elektris : Untuk menyekat / mengisolasi antara kawat fasa dengan tanah dan kawat fasa lainnya. b. Fungsi dari segi mekanis : Menahan berat dari konduktor / kawat penghantar, mengatur jarak dan sudut antar konduktor / kawat penghantar serta menahan adanya perubahan pada kawat penghantar akibat temperatur dan angin. Pada menara saluran transmisi, isolator yang sering digunakan adalah isolator rantai yang terdiri dari beberapa isolator piring yang diserikan. Pada jaringan distribusi hantaran udara tegangan menengah, isolator yang banyak digunakan adalah isolator pin, dan isolator pin-post.

Gambar 2.1 Isolator piring yang diserikan pada tiang transmisi sistem tenaga listrik. Karena isolator dipasang diruang terbuka, tiupan angin akan mempengaruhi proses menempelnya polutan pada isolator. Tiupan angin merupakan sarana untuk membawa zat pengotor atau polutan ke permukaan isolator porselensehingga permukaan isolator akan dilapisi polutan-polutan yang dapat mengurangi kemampuan isolator tersebut.


2.2 Jenis Isolator Isolator adalah bahan yang tidak bisa atau sulit melakukan perpindahan muatan listrik yang berfungsi untuk memisahkan konduktor bertegangan dengan kerangka penyangga yang dibumikan. Dilihat dari lokasi pemasangan, isolator terdiri dari isolator pasangan dalam (indoor) dan isolator pasangan luar (outdoor) [2]. Bentuk isolator pasangan luar dibuat bersirip untuk memperpanjang lintasan arus bocor dan mencegah terbentuknya jembatan air jika isolator dibasahi oleh air hujan. Berdasarkan bahan pembuatnya isolator terdiri dari isolator keramik dan isolator polimer. seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2. Berikut penjelasan dari dua kelompok bahan isolator.

Isolator Tegangan Tinggi Isolator Keramik Kaca 1. Isolator Pin 2. Isolator Piring

Isolator Polimer Porselen

1. Isolator Pin 2. Isolator Piring 3. Isolator Pin-post 4. Isolator Pos 5. Bushing

Isolator komposit ; Batang fiberglass dengan sirip polimer

Isolator cycloliphatic epoxy resin

Gambar 2.2 Jenis Isolator Tegangan Tinggi

1.

Isolator keramik Isolator keramik pertama kali digunakan sebagai salah satu komponen

dijaringan telegraf pada tahun 1800 [3]. Keramik merupakan bahan yang pertama kali digunakan sebagai material pembentuk isolator. Isolator keramik berdasarkan bahan pembuatannya terdiri dari dua jenis yaitu isolator porselen dan isolator


kaca. Bahan porselen digunakan dalam pembuatan isolator piring, isolator tipe post dengan inti padat maupun berongga, isolator tipe pin, isolator pin-post dan bushing yang bentuknya dapat dilihat pada Gambar 2.3. Isolator porselin dibuat dari bahan campuran tanah porselin, kwarts, dan veld spaat, yang bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori. Dengan lapisan glazuur ini permukaan isolator menjadi licin dan berkilat,sehingga tidak dapat mengisap air. Oleh sebab itu isolator porselin ini dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka.

Gambar 2.3 Bentuk-bentuk isolator keramik. (a) Tipe Post (b) Tipe Pin (c) Tipe Piring (d) Isolator Pin-Post Isolator kaca pada umumnya terbuat dari bahan campuran antara pasir silikat, dolomit, dan phospat. Komposisi dari bahan-bahan tersebut dan cara pengolahannya dapat menentukan sifat atau karakteristik dari isolator kaca ini. Isolator kaca memiliki sifat mengkondensir (mengembun) kelembaban udara, sehingga lebih mudah debu melekat dipermukaan isolator tersebut. Makin tinggi tegangan sistem makin mudah pula terjadi peristiwa kebocoran arus listrik (leakage current) lewat isolator tersebut,yang berarti mengurangi fungsi isolasinya. Oleh karena itu isolator gelas ini lebih banyak dijumpai pemakaiannya pada jaringan distribusi sekunder.

Bahan porselen dan kaca memiliki permukaan yang bersifat lembam, sehingga dengan sifat tersebut, bahan porselen dan kaca ini mempunyai ketahanan yang tinggijika pada permukaannya terjadi busur api. Bahan porselen dan kaca juga memiliki ketahanan yang tinggi terhadap tekanan.


2.

Isolator Polimer Isolator berbahan keramik yaitu porselen dan kaca memiliki kelebihan dan

kelemahan. Kelebihannya isolator berbahan ini memiliki karakteristik elektrik yang baik tetapi memiliki kelemahan yaitu berat, mudah pecah, dan kemampuan menahan

tegangan

berkurang

karena

polutan

yang

menempel

pada

permukaannya. Untuk mengatasi kelemahan isolator keramik, dikembangkan isolator berbahan polimer. Isolator polimer atau isolator non-keramik pertama kali diperkenalkan pada tahun 1959. Bahan utama pembuatan isolator polimer adalah epoksi. Isolator polimer yang dipasang di luar ruangan rentan terhadap masalah kerusakan akibat sinar ultraviolet dan erosi. Kerusakan yang terjadi pada isolator polimer umumnya berhubungan dengan penggunaan material yang tidak tepat, teknik produksi, kualitas batang serat fiber yang rendah, serta penyegelan antara batang, kerangka dan ujung logam yang tidak bagus. Penyebab kerusakan isolator polimer dapat juga berupa pengapuran, krasing (patah inti polimer), dan penetrasi air. Selain itu, material polimer umumnya rentan terhadap pengaruh lingkungan dan polusi yang tinggi. Keuntungan dari isolator polimer adalah berat dari isolator yang 90% lebih ringan dibanding dengan isolator keramik. Isolator polimer juga mempunyai sifat hidrofobik, sifat termal dan dielektrik yang lebih baik. Selain itu, isolator polimer juga memiliki kekuatan mekanik yang lebih baik dibandingkan dengan isolator keramik dan gelas[3]. Dilihat dari fungsinya isolator terdiri dari isolator pendukung dan isolator gantung (suspension). Isolator pendukung terbagi atas tiga jenis, yaitu : isolator pin, isolator post dan isolator pin-post yang diperlihatkan pada Gambar 2.4.


Gambar 2.4 Jenis-jenis isolator pendukung Dilihat dari bentuknya, isolator gantung terdiri dari dua jenis, yaitu isolator piring dan isolator batang tonggak.Untuk transmisi tegangan tinggi, isolator piring dirangkai berbentuk rantai, seperti pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Isolator rantai Isolator piring digunakan juga untuk jaringan hantaran udara tegangan menengah. Pada jaringan menengah isolator piring digunakan pada tiang akhir dan tiang sambungan seperti diperlihatkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Isolator Piring Pada Tiang Penyambung


2.3 Isolator Piring Konstruksi dasar isolator piring adalah bahan isolasi, perekat berupa semen, jepitan logam dan tonggak logamyang ditunjukkan pada Gambar 2.7. Semen berfungsi untuk merekat bahan isolasi dengan tonggak logam dan merekat bahan isolasi dengan jepitan logam.

Gambar 2.7 Konstruksi Isolator Piring Adapun ukuran isolator piring bervariasi dari diameter (D) 25 cm sampai 40 cm dan jarak spasi nominal (P) dari 127 mm sampai 240 mm. Bahan isolasi yang digunakan pada isolator piring ini adalah keramik yang dibagi menjadi dua yaitu porselin dan kaca. Isolator porselin memiliki kekuatan dielektrik sekitar 60 kV/cm sedangkan kekuatan dielektrik isolator kaca 140 kV/cm. Isolator kaca juga memiliki kekuatan mekanik yang lebih besar dari pada isolator porselin, tetapi isolator kaca lebih rapuh. Isolator piring yang terbuat dari kaca tidak digunakan pada sistem dengan tegangan DC karena tegangan DC menimbulkan proses elektrolisis pada bahan kaca yaitu perpindahan ion positif ke katoda sehingga dapat menyebabkan perubahan fisik isolator [4]. Umumnya dielektrik isolator terbuat dari bahan porselen, gelas, dan bahan komposit. Kap dan fitting terbuat dari besi tuang atau baja ; dan untuk arus tinggi digunakan besi tuang non-magnetik atau logam putih agar tidak terjadi pemanasan yang berlebihan pada jepitan akibat magnetisasi. Konstruksi kap (jepitan logam)dan fitting (tonggak logam), dan cara merekatnya ke bahan dielektrik, akan


menentukan kekuatan mekanis isolator. Bahan perekat yang umumnya digunakan adalah semen. Dilihat dari konstruksinya, isolator gantung ini dikenal dalam dua jenis, yaitu jenis clevis dan jenis ball and socket [1].

(b)

(a)

Gambar 2.8 Isolator gantung (a) jenis clevis dan (b) jenis ball and socket. Jenis clevis ini memiliki bentuk tutup (cap) dan pasaknya (pin) berbentuk pipih

dengan

lubang

ditengahnya,

yang

digunakan

untuk

keperluan

penggandengan dari beberapa isolator gantung dengan mengikatnya dengan mur baut sehingga bisa lebih kuat penggandengannya. Jenis ball and socket memiliki bentuk tutup (cap) berlubang (socket) untuk menyangkutkan pasak (pin) yang berbentuk bulat (ball), sehingga penggandengan dari bebarapa isolator gantung tidak menggunakan baut (bolt) lagi. Kedua jenis ini yang paling banyak dipakai adalah jenis clevis, karena dibandingkan dengan jenis ball and socket maka jenis clevis ini lebih kokoh dan kuat serta tidak ada kemungkinan lepas [1]. Persyaratan umum yang harus dipenuhi dalam merancang isolator, antara lain adalah [2]: a. Setiap lubang pada bahan isolasi, harus memiliki sumbu yang sejajar dengan sumbu memanjang atau sumbu tegak isolator. Lubang dibuat pada temperatur penempatan isolator. b. Tidak memiliki lekukan yang runcing agar pada isolator terjadi medan elektrik yang tinggi. c. Permukaan isolator harus licin dan bebas dari partikel – partikel runcing. d. Untuk menghindari terjadinya peluahan sebagian, maka isolator tidak boleh mengandung rongga udara. 12 Universitas Sumatera Utara

e. Tidak ada resiko meledak dan pecah. f. Dimensi sirip dan jarak rambat diatur sedemikian sehingga isolator mudah dibersihkan. Pembersihan dimaksud adalah pembersihan secara alami oleh hujan atau pembersihan rutin. Kedua pembersihan tersebut adalah dalam rangka membuang bahan polutan yang menempel pada permukaan isolator. g. Jarak rambat isolator harus diperbesar, jika isolator dipasang pada kawasan yang dihuni banyak burung. h. Bahan perekat harus memiliki kekuatan adhesi yang tinggi. Keuntungan-keuntungan dari isolator piring atau isolator gantung adalah : 1. Setiap unit dirancang untuk tegangan 11 kV sehingga dengan menghubungkan beberapa buah isolator secara seri, maka sederetan isolator tersebut dapat digunakan untuk setiap tegangan yang diinginkan. 2. Bila didalam deretan isolator yang telah dihubungkan tersebut salah satu isolator rusak, maka proses penggantiannya lebih mudah dan harganya relatif lebih murah. 3. Tekanan mekanis pada rangkaian isolator akan berkurang karena tempat pengikat kawat penghantarnya fleksibel. 4. Apabila deretan isolator tersebut digantungkan pada menara yang terbuat dari baja maka konduktor tegangan tinggi hanya sedikit berpengaruh terhadap sambaran kilat, karena penghantar kawat tersebut posisinya lebih rendah dari pada lengan menara yang ditanahkan dan mempunyai sifat sebagai penangkal petir. 5. Jika beban yang diberikan pada transmisi bertambah, maka potensial jaringan yang ada dapat diperbesar lagi dengan menambahkan sejumlah deretan atau rangkaian isolator.


Dilihat dari bentuknya, isolator piring dibagi menjadi 3 jenis seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5

Gambar 2.9 Jenis isolator piring berdasarkan bentuknya : (a) Isolator Piring Standar, (b) Isolator Piring Anti-kabut, (c) Isolator Piring Aerodinamis

1.

Isolator piring Standar Isolator ini digunakan di daerah dengan bobot polusi rendah.

2.

Isolator piring Anti-fog Isolator ini dirancang memiliki lekukan yang lebih dalam yang berfungsi memperpanjang jarak rambat arus, digunakan di daerah dengan bobot polusi tinggi.

3.

Isolator piring Aerodinamis Isolator ini dirancang memiliki permukaan yang licin sehingga polutan sulit untuk menempel pada permukaannya. Biasanya isolator ini digunakan pada daerah gurun.


2.4 Isolator Terpolusi Setelah melalui waktu yang cukup lama, isolator – isolator pasangan luar akan dicemari oleh polutan yang dibawa oleh udara. Polutan ini dapat mempengaruhi konduktivitas permukaan dari isolator tersebut sehingga dapat menyebabkan kegagalan isolasi. Beberapa jenis polutan yang sangat berpengaruh terhadap tahanan permukaan isolator adalah: 1. Garam. 2. Petrokimia, yaitu sisa pembakaran dari industri seperti karbon dioksida, klorin, dan sulfur dioksida dan sebagainya. 3. Pasir didaerah gurun Kondisi cuaca akan mempengaruhi polutan pada permukaan isolator. Kontaminan berupa kotoran umum akan terkikis dan hilang dikarenakan tercuci oleh hujan yang lebat sedangkan kontaminasi berupa debu akan melekat misalnya semen, abu batu bara, petrokimia tidak akan terkikis dan hilang . Sedangkan gerimis, kelembaban yang tinggi, dan kabut akan membuat lapisan polutan menjadi basah sehingga dapat membuat permukaan isolator semakin konduktif.

2.5 Pembersihan Isolator Terpolusi Polutan yang menempel pada isolator dapat dibersihkan oleh hujan yang mengikis polutan yang menempel pada isolator. Namun, tidak semua polutan dapat dihilangkan atau dikikis oleh hujan. Karena itu, polutan yang menempel pada permukaan isolator harus dibersihkan secara berkala dengan metode pembersihan khusus. Beberapa metode dalam mengurangi dan mengeleminasi polutan yang menempel pada isolator diantaranya sebagai berikut: 1. Perpanjangan sirip 2. Pelapisan minyak 3. Pencucian berkala 4. PelapisanRTV 5. Pelapisan kaca 6. Penggunaan isolator komposit [5]


2.5.1 Perpanjangan Sirip Sirip isolator diperpanjang dengan bahan polimer. Perpanjangan sirip ini dipasang pada sirip isolator dengan menggunakan perekat dan tidak boleh ada celah udara di antara sirip porselin dengan sirip tambahan karena akan menyebabkan peluahan sebagian pada celah udara ini yang akan merusak polimer dan isolator. Selain memperpanjang jarak rambat, perpanjangan sirip ini memudahkan air yang membawa polutan akibat hujan atau embun untuk mengalir dari permukaan isolator.

2.5.2 Pelapisan Minyak Salah satu metode untuk mencegah kegagalan isolasi pada isolator adalah dengan melapisi permukaan isolator dengan lapisan minyak [4]. Pelapisan ini akan menghasilkan sifat hidrofobik, yaitu sifat bahan yang membuat permukaannya tetap kering karena air sulit menempel pada permukaannya, sehingga polutan akan terperangkap dan terkumpul dan mencegah polutan tersebut menjadi basah akibat embun maupun kabut. Minyak yang digunakan pada metode ini terbuat dari silikon atau hidrokarbon. Metode ini merupakan metode utama dan pengaplikasiannya dapat dilakukan secara teratur. Pelapisan berkala dapat dilakukan dengan menghilangkan lapisan yang lama dan melapisi isolator dengan lapisan minyak yang baru.

2.5.3 Pencucian Berkala Isolator pada gardu induk dapat dicuci dalam keadaan tidak bertegangan maupun saat bertegangan. Pencucian dapat dilakukan secara otomatis dan manual seperti dengan menggunakan helikopter dan pembersihan polutan dengan menggunakan air bertekanan tinggi. Penggunaan metode ini cukup banyak digunakan dan efektif dalam pembersihan polutan yang sulit dihilangkan seperti semen. Ada 2 syarat yang harus diperhatikan untuk mencuci isolator dalam keadaan bertegangan, yaitu: 1. Air yang digunakan ialah air murni tanpa mineral dan memiliki tahanan jenis lebih besar dari 50.000 Ω cm.


2. Urutan pencucian harus dimulai dari bawah ke atas untuk mencegah terkumpulnya polutan.

2.5.4 Pelapisan RTV( Room Temprature Vulcanizing) Pelapisan dengan silikon RTV hanya dapat diterapkan dengan menaikkan frekuensi dari gardu ke phasa isolator [5]. Pelapisan RTV ini dapat dilakukan tanpa mengganggu sistem ataupunjaringan.Pelapisan ini dilakukan pada isolator porselen untuk menghasilkan bagian permukaan yang hidrofobik. Pelapisan ini sangat terkenal untuk menjadi solusi dalam menangkal polutan dalam jangka waktu yang panjang.

2.5.5 Pelapisan Kaca Didaerah yang tingkat polusinya tinggi, penggunaan pelapisan kaca sering digunakan untuk memperkecil kegagalan isolasi. Pelapisan ini menggunakan kaca yang semi konduktif.

2.5.6 Penggunaan Isolator Komposit Penggunaan isolator non-keramik adalah solusi dalam meminimalkan kegagalan isolasi karena kontaminasi. Penggunaan isolator keramik dengan tujuan dan berbagai bentuk sudah dapat diberikan dari bahan non-keramik.


2.6 Pengukuran Tingkat Polusi Menurut standar IEC 815, ayat 2, ada 3 metode untuk menentukan tingkat bobot polusi isolator di suatu kawasan, yaitu [2]: a. Berdasarkan analisa kualitatif kondisi lingkungan. No Tingkat Bobot .

Ciri Lingkungan Berdasarkan Analisa

ESDD

Kualitatif

(mg/cm2)

Polusi

 Kawasan tanpa industri dan pemukiman yang dilengkapi sarana pembakaran dengan kepadatan rumah rendah  Kawasan dengan kepadatan industri rendah atau pemukiman, tetapi sering 1.

Ringan

terkena angin dan/atau hujan

0,06

 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.  Kawasan industri, khususnya yang tidak menghasilkan asap polusi dan/atau pemukiman yang dilengkapi sarana pembakran dengan kepadatan rumah sedang

2.

Sedang

 Kawasan dengan kepadatan rumah tinggi, tetapi sering terkena angin

0,20

dan/atau hujan  Kawasan terbuka bagi angin laut tetapi tidak terlalu dekat dengan pantai (paling sedikit berjarak beberapa kilometer dari pantai) 3.

Berat

 Kawasan dengan kepadatan industri tinggi dan pinggiran kota besar dengan

0,60


kepadatan sarana pembakaran yang tinggi dan menghasilkan polusi  Kawasan dekat laut atau kawasan yang senantiasa terbuka bagi hembusan angin laut yang relatif kencang Sangat Berat  Kawasan yang umumnya cukup luas,

4.

terkena debu konduktif dan asap industri yang khususnya menghasilkan endapan konduktif tebal  Kawasan yang umumnya cukup luas sangat dekat dengan pantai dan terbuka bagi semburan air laut atau hembusan angin laut ayng sangat kencang dan

>0,60

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

b. Berdasarkan evaluasi terhadap pengalaman lapangan tentang perilaku isolator yang sudah terpasang di kawasan tersebut. c. Berdasarkan pengukuran polutan isolator yang sudah terpasang/sudah beroperasi.


Menurut standar IEC 815, penentuan tingkat bobot polusi menurut metode (c) di atas dapat dilakukan dengan salah satu cara di bawah ini [2]: 1. Mengukur konduktivitas volume bahan polutan yang dikumpulkan dari lapangan dengan alat ukur direksional. 2. Mengukur deposit garam ekuivalen dari polutan yang menempel di permukaan isolator atau metode “ Equivalent Salt Deposit Density” (ESDD). 3. Mengevaluasi jumlah lewat denyar yang terjadi pada berbagai rentengan isolator yang berbeda ukuran panjangnya. 4. Mengukur konduktivitas permukaan isolator-isolator sampel. 5. Mengukur arus bocor isolator pada tegangan operasi sistem (nilai arus tertinggi selama beberapa kurun waktu tertentu yang berurutan).

2.7 Tahanan Isolator Tahanan permukaan isolator dapat bervariasi, bergantung pada material yang menempel pada permukaan isolator. Selain jenis polutan atau material, keadaan iklim, daerah pemasangan isolator dan kelembaban udara juga menjadi faktor yang mempengaruhi besar dari tahanan permukaan isolator. Penurunan kerapatan udara akibat ketinggian suatu daerah dari permukaan air laut akan menurunkan kemampuan suatu isolator secara perlahan. Larutan seperti air, kabut, dan senyawa kecil lainnya pada permukaan isolator sangat mempengaruhi sifat-sifat isolasi tersebut, karena akan menurunkan tahanan permukaan isolator yang mengakibatkan naiknya arus bocor yang mengalir pada permukaan isolasi tersebut. Jika suatu isolator diberi tegangan searah, maka arus akan mengalir melalui permukaan dan bagian dalam isolator. Arus yang melalui permukaan disebut arus permukaan. Sedangkan hambatan yang dialami arus ini disebut tahanan permukaan. Arus yang melalui bagian dalam isolator disebut arus volume dan hambatan yang dialami arus tersebut disebut tahanan volume. Besarnya tahanan volume dipengaruhi oleh bahan isolator yang digunakan. Sedangkan besarnya tahanan permukaan dipengaruhi oleh kondisi dari permukaan isolator. Jumlah arus volume dan arus permukaan inilah yang disebut arus bocor.


Sifat suatu bahan isolasi yang menentukan nilai kedua resistansi tersebut masing-masing adalah resistivitas volume dan resistivitas permukaan. Karena resistansi permukaan adalah resistansi bidang batas antara permukaan bahan isolasi dengan udara, resistansi permukaan ini dipengaruhi oleh kelembaban udara di sekitar permukaan bahan isolasi. Karena itu, resistivitas permukaan suatu bahan isolasi dipengaruhi oleh kelembaban udara di sekitar permukaan bahan isolasi. Jika tegangan yang dipikul isolator adalah tegangan AC, maka selain kedua jenis arus tersebut, pada isolator juga mengalir arus kapasitif. Arus kapasitif terjadi karena adanya kapasitansi yang dibentuk isolator dengan elektroda [3]. Pada Gambar 2.10 ditunjukkan arus permukaan, arus volume dan arus kapasitif yang mengalir pada suatu isolator.

Gambar 2.10 Arus Bocor pada Permukaan Isolator Rangkaian listrik ekivalen suatu isolator ditunjukkan pada Gambar 2.11.


Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Arus Bocor Menurut Gambar 2.11, arus bocor yang mengalir melalui suatu isolator adalah : IB Dimana

= IP +

IC

+

IV…………2.1

: IB = Arus Bocor (Ampere) IP = Arus Permukaan (Ampere) IC = Arus Kapasitif (Ampere) IV = Arus Volume (Ampere)

Karena tahanan volume relatif besar dibandingkan dengan tahanan permukaan, maka arus volume dapat diabaikan. Sehingga, arus bocor total menjadi : IB = IP + IC............................................2.2

Dengan demikian, tahanan ekivalen isolator menjadi seperti pada Gambar 2.12


Gambar 2.12 Rangkaian Ekivalen Arus Bocor pada Isolator Pada tugas akhir ini, karena yang ingin diperoleh adalah nilai arus yang mengalir di permukaan isolator, maka nilai Ic diabaikan. Sehingga didapat persamaan : IB = IP......................................................................2.3 Dimana : IB = Arus Bocor (Ampere) IP = Arus Permukaan (Ampere)

2.8 Abu Vulkanik Abu vulkanik merupakan mineral batuan vulkanik termasuk material glass yang memiliki ukuran sebesar pasir dan kerikil dengan diameter kurang lebih 2 mm yang merupakan hasil erupsi gunung berapi. Partikel abu sangat kecil tersebut dapat memiliki penampang lebih kecil dari 0,001 mm (1/25,000th of an inch). Abu vulkanik bukan merupakan produk pembakaran seperti abu terbang yang lunak dan halus seperti hasil pembakaran kayu, daun atau kertas. Abu vulkanik memiliki sifat sangat keras dan tidak larut didalam air sehingga seringkali sangat abrasif dan sedikit korosif serta mampu menghantarkan listrik ketika dalam keadaan basah [6].


Abu vulkanik terdiri dari batuan berukuran besar sampai halus, yang berukuran besar biasanya jatuh di sekitar kawah sampai radius 5-7 km, sedangkan yang halus dapat jatuh pada jarak mencapai ratusan bahkan ribuan kilometer disebabkan oleh adanya hembusan angin [7]. Dalam geologis, abu vulkanik adalah material batuan vulkanik yang berasal dari magma panas dan cair yang membeku secara cepat. Batuan beku sejatinya merupakan kumpulan mineral yang membeku dan mengkristal dari magma cair. Karena membeku cepat maka magma ini tidak sempat mengkristal dengan baik. Dalam geologi magma yang tidak mengkristal dengan baik ini disebut gelas [8]. Unsur yang paling berlimpah yang ditemukan dalam magma adalah silika (SiO2) dan oksigen. Letusan basal energi rendah (basal : batuan beku berwarna gelap, berbutir halus, yg umumnya merupakan pembekuan lava dr gunung api) menghasilkan abu berwarna gelap khas yang mengandung 45 – 55 % silika yang umumnya kaya akan zat besi (Fe) dan magnesium (Mg). Letusan riolit paling eksplosif menghasilkan abu felsic yang tinggi silika ( > 69 % ), sedangkan jenis lain dari abu dengan komposisi menengah ( misalnya , andesit atau dasit ) memiliki kandungan silika antara 55-69 %. Debu vulkanik gunung Sinabung mengandung logam berat seperti : Tembaga (Cu) 46,35 ppm, Seng (Zn) 0,02%, Besi (Fe) 4,37%, Merkury < 0,001 ppm dan logam berat Timbal (Pb) dan Kadmium (Cd) lebih kecil dari limit of detection (LoD) sedangkan logam berat Arsen (As) tidak terdeteksi [9]. Struktur kristal padat pada abu vulkanik lebih berperan sebagai insulator dari konduktor. Namun, bila kandungan abu vulkanik yang dilarutkan ke dalam larutan dengan sumber air (misalnya : kabut , uap, hujan ringan dan lain-lain), abu dapat menjadi korosif dan konduktif secara elektrik.


2.9 Pengaruh Kelembaban Udara terhadap Arus Bocor Isolator Terpolusi Kelembaban adalah konsentrasi uap air di udara. Kelembaban yang dipengaruhi oleh perubahan cuaca disekitar isolator akan sangat mempengaruhi kinerja suatu isolator yang dipasang di ruang terbuka.Pada musim hujan atau pada cuaca dingin, akan terjadi proses pembasahan kontaminan secara alami. Dimana saat cuaca dingin, kelembaban akan meningkat. Itu artinya konsentrasi uap air di udara meningkat sehingga lapisan kontaminan akan menyerap uap air dari udara, akibatnya lapisan kontaminan akan basah. Lapisan kontaminan yang basah ini membuat konduktivitas lapisan kontaminan akan berubah. Adapun hal ini dapat terlihat dari persamaan berikut: V = ∂ Vs ………………………………..2.4 Dimana, V adalah tegangan lewat denyar isolator pada sembarang keadaan udara; Vs adalah tegangan lewat denyar isolator pada keadaan standar; dan ∂ adalah faktor koreksi udara. Adapun untuk menentukan faktor koreksi udara adalah dengan persamaan berikut: 𝜕=

0,386 𝑏 273+ 𝜓

………………………………2.5

Dimana , b adalah tekanan udara (mmHg); ψadalah temperature udara (oC). Jika Vs adalah tegangan lewat denyar isolator pada keadaan udara standard dan kelembaban 11 g/m3, maka tegangan lewat denyar isolator pada sembarang temperatur, tekanan dan kelembaban udara dapat ditentukan sebagai berikut : V=

∂Vs 𝑘ℎ

……………………………….2.6

Dalam hal ini, khadalah faktor koreksi kelembaban udara.Untuk mengetahui hubungan tegangan flashover terhadap arus bocor digunakan rumus: V = IB. R ……………………………......2.7 Dimana IB adalah arus bocor (dalam hal ini IB = Ip, sehingga IB = arus yang mengalir di permukaan isolator); R adalah Tahanan permukaan isolator.


Sehingga dari seluruh persamaan diatas, untuk mengetahui hubungan antara kelembaban dengan arus bocor isolator bias didapat dengan cara mensubstitusi Persamaan 2.7 ke Persamaan 2.6 maka diperoleh persamaan sebagai berikut: IB.R =

∂Vs kh

..............................................2.8

Dapat disederhakan sebagai berikut: R=

∂Vs IB .kh

..............................................2.9

Dari persamaan diatas terlihat hubungan antara kelembaban dengan arus bocor. Bila nilai Vs dan IB tetap, maka R berbanding terbalik dengan kh. sedangkan pada Persamaan 2.7, bila V tetap maka terlihat bahwa R berbanding terbalik dengan IB. Jadi dari Persamaan 2.9 dan 2.7 tersebut didapat hubungan antara kelembaban, tahanan permukaan, dan arus bocor sebagai berikut : Bila nilai kelembaban meningkat maka tahanan permukaan akan menurun. Dengan menurunnya tahanan permukaan maka arus bocor akan semakin meningkat. Demikian sebaliknya, bila nilai kelembaban semakin menurun maka tahan permukaan akan semakin meningkat. Dengan meningkatnya tahanan permukaan maka arus bocor akan semakin menurun.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents