PENGARUH ELEKTRODA CINCIN PERATA TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN ISOLATOR RANTAI JENIS PORSELEN Doly Damanik, Syahrawardi Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail:
[email protected],
[email protected]
ABSTRAK Rangkaian pengganti dari sebuah isolator rantai yang terpasang pada menara merupakan susunan dari beberapa kapasitor yang besarnya tidak selalu sama, ketika dialiri arus bolak-balik maka distribusi tegangan pada isolator tersebut tidak merata, hal ini dapat mengakibatkan isolator paling dekat ke konduktor fasa akan memikul tegangan yang besar. Pada paper ini akan dilihat pengaruh penambahan elektroda cincin perata terhadap distribusi tegangan. Elektroda cincin perata yang digunakan terbuat dari besi padat dengan ukuran diameter penampang 12 mm dan diameter lingkaran 45 cm dan 60 cm. Dengan isolator yang digunakan adalah jenis porselen dan jumlah piringan tujuh sampai sepuluh buah. Dari percobaan didapat terjadi perubahan distribusi tegangan yang semakin merata pada isolator rantai setelah penambahan elektroda cincin perata. Perubahan terbesar terjadi pada isolator rantai dengan jumlah sepuluh piringan dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 60 cm yaitu sebesar 15,6 %.
Kata Kunci : Distribusi tegangan, Elektroda cincin perata. 1. Pendahuluan Manfaat dari penulisan paper ini adalah untuk merancang susunan isolator rantai yang memiliki distribusi tegangan yang lebih merata. Penelitian dilakukan pada isolator piring jenis porselen, tipe KORAN 150000 LBS, M-E buatan Jepang, yang ada di laboratorium Tegangan Tinggi Universitas Sumatera Utara.
Isolator memiliki peran yang sangat penting pada transmisi daya listrik. Salah satu isolator yang digunakan pada instalasi listrik adalah isolator rantai yaitu gabungan dari beberapa isolator piring. Setiap unit isolator rantai dianggap sebagai sebuah kapasitor. Dan pada isolator rantai akan dijumpai beberapa kapasitansi. Rangkaian ekivalen dari isolator rantai ini akan membentuk kapasitor yang tersusun seri maupun paralel dan bila dialiri oleh arus bolak-balik maka distirbusi tegangan disepanjang isolator rantai tidak merata. Hal ini membahayakan isolator-isolator yang berdekatan dengan konduktor daya karena dapat melebihi tegangan nominal tersebut. Agar lebih merata, maka dilakukan dengan menggunakan elektroda perata, dalam hal ini digunakan adalah shield ring (cincin perisai/perata). Tujuan dari penulisan paper ini adalah untuk mengetahui pengaruh elektroda cincin perata terhadap distribusi tegangan pada isolator rantai dengan jumlah piringan yang berbeda.
2. Isolator Pada Saluran Transmisi Isolator untuk saluran transmisi diklasifikasikan menurut penggunaan dan konstruksinya menjadi isolator pendukung dan isolator gantung (suspension). Isolator pendukung terdiri dari tiga jenis yaitu : isolator post, isolator pin dan isolator pin-post. Isolator gantung dilihat dari bentuknya terdiri dari isolator slinder atau batang panjang dan isolator piring[1]. Bahan isolator yang biasa dipergunakan pada isolator saluran udara yang dioperasikan pada tegangan tingggi (diatas 1 kV) adalah
-55-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 2 NO. 2/Mei 2013
bahan porselen, bahan gelas serta bahan polymer (composite).[2] Isolator pin digunakan pada jaringan distribusi hantaran udara tegangan menegah, dipasang pada tiang tanpa bebab tekuk maupun dengan beban tekuk. Isolator post digunakan untuk instalasi ruangan antara lain sebagi rel daya panel tegangan menengah. Isolator pin-post digunakan untuk jaringan distribusi hantaran udara tegangan menengah, dipasang pada daerah yang membutuhkan keandalan yang tinggi. Isolator batang panjang terbuat dari porselin dengan kerutan-kerutan dan ujung-ujungnya diperkuat dengan dua tutup logam yang disemenkan. Isolator ini digunakan pada daerahdaerah yang berpolusi karena pemukaannya mudah dicuci oleh hujan. Isolator piring digunakan pada tegangan menengah maupun transmisi tegangan tinggi. Jumlah piringan yang digunakan tergantung pada tingkat tegangan yang dipakai[3]. Isolator piring dikenal dua jenis, yakni clevis type dan ball-and-socket type yang masing-masing tebuat dari bahan poselin dengan tutup (cap) dari besi tempahan (malleable iron). Konstruksi dari sebuah isolator piring ditunjukkan oleh Gambar 1.
Gambar 2. Rangkaian pengganti isolator rantai Karena itu jika isolator dialiri oleh arus bolak-balik tegangan pada setiap elemen tidak sama dan pada umumnya tegangan paling besar dipikul oleh isolator yang paling dekat dengan konduktor daya. Untuk mengatasi hal ini dilakukan perataan tegangan disetiap unit isolator[4,6]. Ada beberapa metode didalam perataan tegangan disetiap unit isolator, yaitu : 1). Dengan memperkecil besar nilai kapasitansi sambungan isolator terhadap bumi (Ce) Kapasitansi Ce diupayakan sekecil mungkin, dengan demikian arus bocor yang menuju struktur menara (bumi) akan sangat kecil dan memungkinkan untuk diabaikan. Di dalam mendapatkan nilai kapasitansi Ce yang sangat kecil adalah dengan mengatur jarak antara sambungan isolator terhadap menara pendukung (bumi), dimana jarak berbanding terbalik dengan nilai kapasitansi yang dihasilkan, oleh sebab itu jika jarak antara menara dan sambungan isolator diperbesar akan diperoleh nilai kapasitansi Ce yang sangat kecil sehingga distribusi tegangan lebih merata. 2). Dengan grading tiap isolator Nilai kapasitansi sendiri (self capacitance) dari isolator disesuaikan berdasarkan tingkat tegangan. Piring isolator yang memikul tegangan terbesar adalah piring isolator paling dekat dengan konduktor fasa, karena itu isolator yang digunakan adalah isolator yang memiliki nilai kapasitansi yang besar. Untuk isolator yang memikul tegangan paling kecil, maka digunakan isolator yang memiliki nilai kapasitansi yang kecil. Dengan demikian tegangan di setiap unit isolator akan sama. 3). Dengan menggunakan Guard Ring Tegangan di setiap unit isolator dapat dibuat sama dengan cara menggunakan Guard Ring. Ada beberapa bentuk yang umum dijumpai, antara lain : Ring, 8-shaped, horn shaped.
Gambar 1. Konstruksi isolator piring Isolator piring dapat dianggap sebagai sebuah kapsitor . Apabila isolator rantai terpasang pada suatu saluran transmisi maka akan terdapat tiga buah kapasitansi yaitu : a. Kapasitansi elemen tersebut (C). b. Kapasitansi antara sambungan isolator dengan menara atau bumi (Ce). c. Kapasitansi antara sambungan isolator dengan konduktor tegangan tinggi (Ch)[4,5]. Maka isolator rantai dapat dianggap sebagai susunan dari beberapa unit kapasitor yang besar kapsitansinya berbeda dan tersusun seri dan paralel. Untuk empat buah isolator piring memilki rangkaian pengganti seperti Gambar 2 dibawah. -56-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 2 NO. 2/Mei 2013
Metode perataan dengan menggunakan horn shaped, sering disebut dengan bentuk busur tanduk[4].
3. Pengukuran Pengukuran ini dilakukan di Laboratorium Tegangan Tinggi, Departemen Teknik elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam pengukuran ini, alat dan bahan yang digunakan adalah : a. 1 unit trafo uji (TU) 220/100 kV, 50 Hz,3 KVA b. 1 unit Auto Trafo. c. Tahan peredam (Rp). d. 2 buah elektroda bola standard (EB) diameter 5 cm. e. 10 buah isolator piring. f. 1 buah Barometer. g. 1 buah multimeter. h. Tiang pondasi penopang elektroda cincin perata. i. 2 buah elektroda cincin perata dengan diameter penampang 12 mm dan lingkaran 45 cm dan 60 cm yang terbuat dari besi pejal.
Gambar 4. Rangkaian pengukuran distribusi tegangan pada isolator rantai[6] Keterangan : AT = Auto Trafo S1 = Saklar 1 TU = Trafo Uji Vin = Tegangan Input AT Vi = Tegangan Ouput Trafo Uji
4. Hasil Pengukuran Pengukuran dilakukan tanpa menggunakan elektroda cincin perata dan dengan menggunakan cincin perata. Pengukuran dilakukan dengan jumlah isolator piring 7, 8, 9, dan 10 buah. Hasil pengukuran untuk isolator sepuluh buah dapat dilihat pada Tabel 1.
Adapun bentuk elektroda cincin perata yang digunakan pada percobaan ini ditunjukkan pada Gambar 3.
Tabel 1. Persentase tegangan untuk sepuluh Isolator
No
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Gambar 3. Elektroda Cincin Perata Adapun rangkaian pengukuran distribusi tegangan pada isolator rantai ditunjukkan pada Gambar 4 dibawah :
Persentase Tegangan Dengan Elektroda Tanpa Cincin Perata Cincin Diameter Diameter Perata 45 cm 60 cm 10,7813 24,22 23,5307 2,0214 6,9555 9,2353 1,7153 8,5428 8,7007 3,3055 2,4006 5,3614 1,4103 2,4488 3,2946 4,666 1,1155 2,4545 5,1579 3,3298 3,5359 10,8442 6,7702 4,0458 19,1073 8,5046 4,4692 40,9008 35,7121 35,372
Berdasarkan Tabel 1 dapat dibuat kurva yang menggambarkan persentase tiap-tiap isolator untuk sepuluh isolator seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
-57-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 2 NO. 2/Mei 2013
Gambar 5. Pesentase tegangan untuk sepuluh isolator
Gambar 6. Pesentase tegangan untuk sembilan isolator
Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa: 1. Persentase tegangan dengan menggunakan elektroda cincin perata untuk sepuluh buah isolator, lebih tinggi daripada tanpa menggunakan elektroda cincin perata. 2. Persentase tegangan dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 45 cm dan 60 cm, untuk isolator sepuluh buah tidak jauh berbeda. 3. Faktor kerataan yang paling baik adalah dengan menggunkan elektroda cincin perata diameter 60 cm yaitu 33,3098 %.
Gambar 6 menunjukkan bahwa: 1. Persentase tegangan dengan menggunakan elektroda cincin perata untuk sembilan buah isolator, lebih tinggi daripada tanpa menggunakan elektroda cincin perata. 2. Persentase tegangan dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 45 cm dan 60 cm, untuk isolator sembilan buah tidak jauh berbeda. 3. Faktor kerataan yang paling baik adalah dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 60 cm yaitu 30,9129%.
Hasil Pengukuran untuk sembilan isolator ditunjukkan oleh Tabel 2.
Hasil Pengukuran untuk ditunjukkan oleh Tabel 3.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
isolator
Tabel 3. Persentase tegangan untuk delapan isolator
Tabel 2. Persentase tegangan untuk sembilan isolator
No
delapan
Persentase Tegangan Dengan Elektroda Tanpa Cincin Perata Cincin Diameter Diameter Perata 45 cm 60 cm 11,9054 24,4611 23,7014 3,3782 7,6866 7,721 3,1064 9,1638 9,9067 3,2052 6,0544 4,3556 4,9708 3,1193 4,164 7,2066 2,0138 2,3969 11,6247 4,8085 6,4302 15,3734 9,0695 8,0143 39,2295 33,623 33,3098
No
1 2 3 4 5 6 7 8
Persentase Tegangan Dengan Elektroda Tanpa Cincin Perata Cincin Diameter Diameter Perata 45 cm 60 cm 12,9951 24,8513 24,08 4,7509 8,1044 8,2627 5,1188 8,5618 6,1969 4,8689 5,6112 7,497 7,2724 4,7349 5,04 11,6738 4,8547 5,7081 19,7185 10,8633 11,3479 33,6017 32,4213 31,8675
Berdasarkan Tabel 3 dapat dibuat kuva yang menggambarkan persentase tiap-tiap isolator untuk delapan isolator seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.
Berdasarkan Tabel 2 dapat dibuat kurva yang menggambarkan persentase tiap-tiap isolator untuk sembilan isolator sepeti yang ditunjukkan oleh Gambar 6. -58-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 2 NO. 2/Mei 2013
Gambar 7. Pesentase tegangan untuk delapan isolator
Gambar 8. Pesentase tegangan untuk tujuh isolator
Dari Gambar 7 dapat dilihat bahwa: 1. Persentase tegangan dengan menggunakan elektroda cincin perata untuk delapan buah isolator, lebih tinggi daripada tanpa menggunakan elektroda cincin perata. 2. Persentase tegangan dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 45 cm dan 60 cm, untuk isolator delapan buah tidak jauh berbeda. 3. Faktor kerataan yang paling baik adalah dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 60 cm yaitu 26,8275%.
Gambar 8 menunjukkan bahwa: 1. Persentase tegangan dengan menggunakan elektroda cincin perata untuk tujuh buah isolator, lebih tinggi daripada tanpa menggunakan elektroda cincin perata. 2. Persentase tegangan dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 45 cm dan 60 cm, untuk isolator tujuh buah tidak jauh berbeda. 3. Faktor kerataan yang paling baik adalah dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 60 cm yaitu 20,6499%.
Hasil Pengukuran untuk ditunjukkan oleh Tabel 4.
Dari persentase distribusi tegangan dapat dihitung faktor kerataan (AF) dengan cara mencari selisih antara persentase distribusi tegangan tertinggi dan persentase distribusi tegangan terendah. Faktor kerataan untuk tiap jumlah isolator dapat dilihat pada Tabel 5.
tujuh
isolator
Tabel 4. Persentase tegangan untuk tujuh isolator
No
1 2 3 4 5 6 7
Persentase Tegangan Dengan Elektroda Tanpa Cincin Perata Cincin Diameter Diameter Perata 45 cm 60 cm 15,0104 26,0573 25,8235 6,3953 15,4039 18,5451 4,9523 9,4052 6,2999 6,68 5,2985 6,5128 12,4917 6,8134 10,475 27,0062 10,9001 5,8469 27,464 26,1215 26,4968
Tabel 5 Faktor Kerataan
Faktor Kerataan (AF)
Berdasarkan Tabel 4 dapat dibuat kurva yang menggambarkan persentase tiap-tiap isolator untuk tujuh isolator seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.
Jumlah Isolator
Tanpa Elektroda Perata
7 8 9 10
22,5177 28,8508 36,1231 39,4905
Dengan Elektroda Cincin Perata Diameter Diameter 45 cm 60 cm 20,823 20,6499 27,6864 26,8275 31,6092 30,9129 34,5966 33,3098
Dari Tabel 5 dapat dibuat kurva yang menggambarkan hubungan antara jumlah iolator dengan faktor kerataan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9. -59-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 2 NO. 2/Mei 2013 rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan dukungan selama pembuatan paper ini.
7. Daftar Pustaka [1] Hutauruk,T.S. 1985. Transmisi Daya Listrik. Jakarta : Erlangga, Edisi Pertama. [2] Tobing, Bonggas. L. 2003. Peralatan Tegangan Tinggi. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama, Edisi Pertama. [3] Rusli, Muhammad Idris. 2007. Pengaruh Diameter Penampang Elektroda Cincin Perata Terhadap Distribusi Tegangan Pada Isolator Rantai. diunduh dari Resipository USU.ac.id. [4] Kadir, Abdul. 1998. Transmisi Tenaga Listrik. Jakarta : UI Press. [5] Zhang, Bo, Jinliang He dan Xidong Liang,2010, “Voltage distribution along a long ceramic insulator string in a high-voltage tower window”, IEEE Trans Power Delivery, Vol 29 No. 3, pp. 811823. [6] Tobing, Bonggas. L. 2003. Dasar Pengujian Tegangan Tinggi. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama, Edisi Pertama.
Gambar 9. Hubungan Jumlah Piring Isolator dengan Faktor kerataan Dari Gambar 9 dapat dilihat bahwa adanya perubahan distribusi tegangan dengan menambahkan elektroda cincin perata. Hal ini dapat dilihat dari perubahan besar faktor kerataan untuk tiap jumlah isolator. Perubahan terbesar terjadi pada saat menggunakan cincin perata dengan diameter 60 cm untuk jumlah isolator sepuluh buah yaitu sekitar 15,6 % dan distribusi tegangan dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 60 cm lebih merata dibandingkan dengan diameter 45 cm.
5. Kesimpulan Adapun kesimpulan yang diperoleh setelah melakukan pengukuran adalah: 1. Penggunaan elektroda cincin perata membuat distribusi tegangan semakin rata, hal ini terlihat dari hasil pada kurva persentase tegangan dan kurva faktor kerataan. 2. Elektroda cincin perata dengan diameter 45 cm dan 60 cm menghasilkan faktor kerataan yang tidak jauh berbeda. 3. Perubahan distribusi tegangan terbesar terjadi pada saat menggunakan cincin perata dengan diameter 60 cm untuk jumlah isolator sepuluh buah yaitu sekitar 15,6 %.
6. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ir. Syahrawardi selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan motivasi selama penulisan paper ini. Syiska Yana, ST, MT, Ir. A. Rachman Hasibuan, MT dan Ir. Hendra Zulkarnaen selaku dosen penguji yang sudah memberi koreksi dan masukan berharga, serta
-60-
copyright @ DTE FT USU
