ISOLATOR
Pada sistem penyaluran daya listrik dari pembangkit listrik ke konsumen, perlu digunakan tegangan tinggi untuk mengurangi rugi-rugi daya di sepanjang saluran. Pada saluran transmisi dan distribusi, masalah isolasi harus lebih diperhatikan karena tegangan yang digunakan cukup tinggi. Isolator yang sering digunakan pada menara transmisi adalah isolator rantai yang terdiri dari beberapa isolator piring yang diserikan. Pada jaringan distribusi, isolator piring juga banyak digunakan. Karena terpasang di ruang terbuka, permukaan isolator akan dilapisi polutan-polutan yang dapat mengurangi kemampuan isolator tersebut. Polutan ini juga dipengaruhi oleh kondisi udara sekitar seperti kelembaban dan hujan yang membuat polutan menjadi basah. Dalam bab ini akan dijelaskan tentang jenis-jenis isolator piring, penyebab polusi pada isolator, dan penentuan tingkat bobot polusi pada isolator.
2.1 ISOLATOR PIRING Jenis isolator dilihat dari konstruksi dan bahannya dibagi seperti diagram pada Gambar 2.1.
Universitas Sumatera Utara
Isolator Tegangan Tinggi
Bahan Isolator keramik
Isolator polimer
kaca
porselin
Isolator komposit: Tegangan BatangTinggi fiberglass dengan sirip polimer (tipe pos atau gantung)
Isolator cycloaliphatic epoxy resin (pos, bushing atau isolator gantung)
Konstruksi Isolator piring
Isolator pin
Isolator pos
bushing
Isolator longrod Karet EPDM
Karet silikon
Gambar 2.1 Jenis Isolator Tegangan Tinggi[9] Yang menjadi objek dalam penelitian ini adalah isolator jenis piring. Oleh karena itu, penjelasan berikut ditujukan hanya untuk isolator piring. Konstruksi dasar isolator piring ditunjukkan pada Gambar 2.2. Bagian utama dari suatu isolator piring adalah bahan isolasi, semen, kap dan tonggak pin. Semen berfungsi untuk merekat bahan isolasi dengan tonggak pin dan merekat bahan isolasi dengan kap. kap Perekat Semen Bahan Isolasi Tonggak Pin
p
D Gambar 2.2 Konstruksi Isolator Piring[3]
Universitas Sumatera Utara
Di mana D merupakan diameter isolator piring, dan p merupakan jarak spasi nominal antara pin dan kap isolator piring. Ukuran isolator piring bervariasi dengan diameter 25 cm sampai 40 cm dan jarak spasi nominal dari 127 mm sampai 240 mm. Bahan isolasi yang digunakan pada isolator piring ini adalah keramik. Menurut J. P. Holtzhausen, bahan keramik 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 daripada 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. Dilihat dari bentuknya, isolator piring dibagi menjadi 3 jenis seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3. a
b
c
Gambar 2.3 Jenis Isolator Piring Berdasarkan Bentuknya: a Isolator Piring Standar[3] b Isolator Piring Anti-fog[3] c Isolator Piring Aerodinamis[6]
Universitas Sumatera Utara
Isolator piring dengan desain standar (Gambar 2.3a). Isolator ini digunakan pada daerah dengan bobot polusi rendah seperti di daerah yang kerapatan penduduknya dan tidak ada industri.
Isolator piring dengan desain anti-fog (Gambar 2.3b). Isolator ini dirancang memiliki lekukan yang lebih dalam untuk memperpanjang jarak rambat arus, digunakan pada daerah dengan bobot polusi tinggi seperti di daerah industri berat.
Isolator piring dengan desain aerodinamis (Gambar 2.3c). Isolator ini dirancang memiliki permukaan yang licin sehingga polutan lebih sulit menempel pada permukaannya. Isolator ini biasa digunakan pada daerah gurun.
Untuk jaringan hantaran udara bertegangan menengah dan tinggi, beberapa isolator piring disambung satu dengan yang lainnya sehingga berbentuk rentengan. Kemudian rentengan ini digantungkan pada lengan menara transmisi. Dilihat dari bentuk sambungannya, isolator piring dibagi dua, yaitu isolator dengan kopling bola-sendi dan isolator dengan kopling clevis-tongue. Isolator piring dengan kopling bola-sendi dapat dilihat pada Gambar 2.3a dan isolator piring dengan kopling clevis-tongue dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Isolator Piring dengan Kopling Clevis-Tongue[10]
Universitas Sumatera Utara
2. 2 ISOLATOR TERPOLUSI Isolator baik yang terpasang di ruang terbuka maupun tertutup, akan dilapisi oleh polutan yang terkandung di 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:
Garam. Garam ini dapat berasal dari udara yang berhembus dari laut dan yang berasal dari zat kimia di jalanan yang menguap.
Limbah pabrik dalam bentuk gas seperti karbon dioksida, klorin dan sulfur oksida dari pabrik kimia dan sebagainya.
Kotoran burung.
Pasir di daerah gurun. Kondisi cuaca akan mempengaruhi polusi pada permukaan isolator ini.
Angin dapat membawa garam dan pasir sampai ke permukaan isolator. Hujan deras dapat membersihkan polutan terutama di bagian atas permukaan isolator sedangkan gerimis, kelembaban yang tinggi, dan kabut akan membuat lapisan polutan menjadi basah. Untuk mengurangi polusi pada permukaan isolator, dilakukan beberapa usaha sebagai berikut:
Pencucian Isolator pada saluran maupun pada gardu induk dapat dicuci dalam keadaan tidak bertegangan maupun saat bertegangan. Pencucian dapat dilakukan secara otomatis dan manual seperti dengan menggunakan
helikopter.
Untuk
pencucian
dalam
keadaan
bertegangan, ada 2 syarat yang harus diperhatikan yaitu:
Universitas Sumatera Utara
1.
Air yang digunakan adalah 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.
Pelapisan (greasing/coating) Salah satu metode untuk mencegah kegagalan isolasi pada isolator adalah dengan melapisi permukaan isolator dengan lapisan minyak. Keuntungan dari metode ini adalah mendapatkan sifat hidrofobik, yaitu sifat bahan yang membuat permukaannya tetap kering karena air sulit untuk menempel pada permukaannya. Bahan yang bersifat hidrofobik yaitu minyak dan lilin. Keuntungan lainnya dari metode ini adalah terperangkapnya atau terikatnya polutan oleh minyak dan mencegah polutan ini basah akibat embun. Minyak yang digunakan terbuat dari silikon atau hidrokarbon. Kekurangan metode ini adalah harus mengganti minyak yang telah lama digunakan, biasanya dilakukan setiap tahun.
Perpanjangan sirip (extender shed) Sirip isolator diperpanjang dengan bahan polimer seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5. Perpanjangan sirip ini dipasangkan pada sirip isolator dengan menggunakan perekat dan tidak boleh ada celah udara di antara sirip porselin dengan sirip tambahan karena akan menyebabkan peluahan sebagian pada celah udara ini yang akan merusak polimer dan isolator. Selain memperpanjang jarak rambat, perpanjangan sirip ini memudahkan air yang membawa polutan akibat hujan atau embun untuk mengalir dari permukaan isolator.
Universitas Sumatera Utara
Tambahan polimer Sirip porselin Gambar 2.5 Perpanjangan Sirip yang Terpasang pada Isolator Porselin[6]
2.3 PENGUKURAN TINGKAT POLUSI Berdasarkan standar IEC 815, bobot polusi isolator ditetapkan 4 tingkat, yaitu ringan, sedang, berat, dan sangat berat. Ada banyak metode untuk menentukan bobot polusi isolator. Metode yang umum digunakan adalah metode ESDD (equivalent salt density deposit) dan tinjauan lapangan. Metode ESDD dilakukan dengan mengukur konduktivitas polutan kemudian disetarakan dengan bobot garam dalam larutan air yang konduktivitasnya sama dengan konduktivitas polutan tersebut. Penentuan tingkat bobot polusi isolator dengan metode tinjauan lapangan ditunjukkan pada Tabel 2.1 berikut: Tabel 2.1 Tingkat Polusi Dilihat dari Lingkungannya Berdasarkan IEC 815[3] Tingkat Polusi
Contoh Lingkungan daerah dengan sedikit industri dan rumah penduduk dengan sarana pembakaran rendah. daerah pertanian (penggunaan pupuk dapat meningkatkan bobot polusi) dan pegunungan.
Ringan
daerah dengan jarak 10km atau lebih dari laut dan tidak ada angin laut yang berhembus . Cat: daerah-daerah di atas terletak kira-kira 10 sampai 20 km dari laut dan tidak terpapar angin laut secara langsung.
Universitas Sumatera Utara
Tingkat
Contoh Lingkungan
Polusi daerah dengan industri yang tidak menghasilkan polusi gas. daerah banyak industri dan/atau perumahan yang sering Sedang
hujan dan/atau berangin. daerah yang tidak terlalu dekat dengan pantai kira-kira beberapa kilometer. daerah banyak industri dan perkotaan dengan sarana
Berat
pembakaran yang tinggi. daerah dekat dengan laut dan terpapar angin laut secara langsung.
Sangat Berat
daerah dekat pantai dan terkena air laut. daerah padang pasir
Penentuan tingkat bobot polusi isolator dengan metode ESDD berdasarkan IEC 815 seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Tingkat Polusi Berdasarkan Nilai Maksimum ESDD Berdasarkan IEC 815[8] Tingkat Polusi Ringan Sedang Berat Sangat Berat
ESDD Maksimum ( mg/cm2 ) 0.06 0.20 0.60 >0.60
Universitas Sumatera Utara
2.4 PARAMETER ISOLATOR PIRING Isolator piring memiliki parameter sebagai berikut: a. Kekuatan Mekanik. b. Jarak Rambat Spesifik atau Gradien Permukaan. c. Jarak Rambat.
a. Kekuatan Mekanik Isolator piring digantungkan pada lengan menara transmisi ataupun pada tiang distribusi. Oleh karena itu isolator piring menerima gaya tarik yang diakibatkan oleh berat konduktor. Isolator piring harus mampu menahan gaya tarik tersebut. Kemampuan menahan gaya tarik suatu isolator disebut kekuatan mekanik. Kekuatan mekanik dari isolator piring dirancang mulai dari 70kN sampai lebih dari 500kN. b. Jarak Rambat Spesifik atau Gradien Permukaan Jarak rambat spesifik adalah pedoman untuk menentukan jarak rambat isolator yang akan digunakan tergantung dari tingkat bobot polusi daerah di mana isolator akan dipasang. Jarak rambat spesifik merupakan perbandingan dari jarak rambat dalam satuan mm dengan tegangan line to line sistem dalam satuan kV. Gradien permukaan yang direkomendasikan oleh IEC 815 pada setiap tingkat bobot polusi dapat dilihat pada Tabel 2.3. Tabel 2.3 Gradien Permukaan pada Setiap Tingkat Polusi[8]
Tingkat Polusi Gradien Permukaan (mm/kV)
Ringan
Sedang
Berat
Sangat Berat
16
20
25
>31
Universitas Sumatera Utara
c. Jarak Rambat Jarak rambat adalah jarak terpendek antara konduktor pada kap dan pin melalui permukaan isolator. Pada Gambar 2.6 terlihat bahwa jarak rambat Ls merupakan panjang dari titik A ke titik B. Jarak rambat pada isolator piring berkisaran antara 295 sampai 600 mm. Jarak rambat isolator yang akan digunakan tergantung pada jarak rambat spesifik dan tegangan nominal sistem di mana isolator akan dipasang.
Perekat Semen
Gambar 2.6 Jarak Rambat Ls pada Isolator Piring[3]
Universitas Sumatera Utara
