SKRIPSI HADI versi 3.2

Pengaruh Polutan Terhadap Tegangan Flashover
Pada Isolator Porselin, Gelas dan Polimer
Disusun dalam rangka memenuhi salah satu persyaratan untuk
Menyelesaikan Program Strata Satu Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Disusun Oleh :
HADI KURNIAWAN SYAM
D411 15 524
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HASANUDDIN
2020
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH POLUTAN TERHADAP TEGANGAN FLASHOVER PADA
ISOLATOR POLIMER
Disusun Oleh:
HADI KURNIAWAN SYAM
D411 15 524
Disusun dalam rangka memenuhi salah satu persyaratan untuk menyelesaikan
program Strata Satu Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Hasanuddin
Makassar
Disahkan Oleh:
Pembimbing I
Pembimbing II
Prof. Dr. Ir.H. Salama Manjang, M.T.
Dr. Ikhlas Kitta, S.T., M.T.
NIP. 19621231 199003 1 024
NIP. 19760914 200801 1 006
Mengetahui,
Ketua Departemen Teknik Elektro
Prof. Dr. Ir. H. Salama Manjang, M.T.
NIP. 19621231 199003 1 024
ii
ABSTRAK
Salah satu faktor penyebab turunnya kinerja isolator adalah menempelnya polutan
pada permukaan isolator. Menempelnya polutan tersebut akan mempengaruhi
kekuatan dielektrik pada isolator sehingga permukaan isolator lebih konduktif.
Semakin konduktif permukaan isolator maka akan mudah flashover. Flashover
merupakan kegagalan isolasi yang disebabkan pembebanan medan listrik pada
permukaan isolator melebihi ketahanan elektriknya. Flashover ini dapat
menimbulkan pemanasan dan dapat merusak isolator. Penelitian ini untuk
mengetahui tentang bagaimana pengaruh polutan terhadap kinerja suatu isolator
dalam hal ini melihat parameter nilai tegangan flashover yang terjadi. Polutan yang
digunakan adalah polutan buatan seperti NaCl, CaCO3 dan Carbon dengan masingmasing tiga tingkat kosentrasi. Sebagai material uji pada penelitian ini adalah
isolator polimer epoxy resin jenis post, isolator porselin dan isolator kaca dengan
jenis suspension. Pengujian flashover ini mengacu pada standar IEC 60060 dan
untuk menentukan tingkatan polutan yang berada pada permukaan isolator
mengacu pada standar IEC 60815. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai
tegangan flashover akan semakin menurun seiring bertambah besarnya nilai ESDD.
Hasil perbandingan berupa besarnya tegangan flashover antara isolator porselin,
kaca dan polimer dalam kondisi bersih dan terpolusi, telah memberikan hasil bahwa
isolator porselin dan isolator gelas sangat rentan terpengaruh terhadap polutan
dengan persentase terbesarnya 31,58% dan 35,26% sedangkan pada isolator
polimer persentase terbesarnya 7,46%, hal ini dipengaruhi karena isolator polimer
memiliki sifat hydrophobic (menolak air) yang baik dan dapat memindahkan sifat
hydrophobic ke lapisan terpolusi sehingga sulit terbentuk lapisan air yang kontinu.
Kata Kunci : Isolator, polutan, tegangan flashover, ESDD
.
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan
rahmat dan hidayah-Nya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. Penyelesaian
skripsi ini merupakan upaya penulis dalam memenuhi salah satu syarat guna
memeroleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Hasanuddin. Penulis persembahkan skripsi ini agar menjadi sebuah
kebanggaan bagi kedua orang tua. Kedua orang tua Penulis yang dengan setulus
hati, keikhlasan jiwa, butiran doa dan keringat jerih payahnya dalam membesarkan
dan mendidik ananda.
Skripsi ini berjudul “Pengaruh Polutan Terhadap Tegangan flashover pada
Isolator Porselin, Gelas dan Polimer”, penulis menyadari bahwa dalam penyusunan
skripsi ini mengalami berbagai kesulitan. Namun, berkat ketekunan dan usaha yang
disertai doa, penulisan skripsi ini akhirnya dapat terselesaikan. Penyusunan skripsi
ini juga tidak terlepas dari bantuan, dorongan, semangat, serta bimbingan dari
berbagai
pihak.
Sehubungan
dengan
hal
tersebut,
penulis
sewajarnya
menyampaikan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua, ayahanda tercinta Drs. Syamsuddin, M.Si. dan ibunda
tersayang Dra. Hj. Intang yang telah memberikan dukungan baik moril
maupun materil serta doa yang tiada henti-hentinya kepada penulis.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. H. Salama Manjang, M.T. selaku pembimbing I dan
Bapak Dr. Ikhlas Kitta, S.T., M.T. selaku Pembimbing II, terima kasih telah
meluangkan waktu dan memberikan bimbingan, gagasan, serta ide-ide
dalam penyelesaian skripsi ini.
iv
3. Bapak Dr. Ir. Yustinus Upa Sombolayuk, M.T. selaku penguji I dan Bapak
Ir. H. Gassing, M.T. selaku penguji II yang juga telah banyak memberi
masukan serta kritikan yang sangat membangun dalam perbaikan penulisan
skripsi ini.
4. Seluruh dosen dan staf pengajar, serta pegawai Departemen Teknik Elektro
atas segala ilmu, bantuan, dan kemudahan yang diberikan selama kami
menempuh proses perkuliahan.
5. Bapak Prof. Dr. Ir. H. Salama Manjang, M.T. selaku Ketua Departemen
Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.
6. Ibu Prof. Dr. Dwia Aries Tina Pulubuhu, MA. selaku Rektor Universitas
Hasanuddin dan Bapak Prof. Dr. Ir. Muhammad Arsyad Thaha, M.T. selaku
Dekan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
7. Kepada Saudara-Saudara seperjuangan “THYRISTOR” yang telah
berjuang bersama-sama untuk mengarungi kehidupan kampus hingga
penulis mampu untuk menulis skripsi ini sebagai tanda akan menyelesaikan
masa studinya di kampus ini.
8. Kepada teman-teman Lab. Research Group Teknik Tegangan Tinggi dan
Infrastruktur.
9. Seluruh pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu-persatu yang telah
membantu dan mendukung kami dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang terdapat dalam
skripsi ini, oleh karena itu saran dan kritik dari semua pihak diharapkan untuk
kesempurnaan skripsi ini. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat diterima
v
sebagai sumbangan pikiran Penulis yang mendatangkan manfaat baik bagi penulis
maupun pembacanya.
Makassar, 24 Juli 2020
Penulis
vi
DAFTAR ISI
ABSTRAK ....................................................................................................................... iii
KATA PENGANTAR ..................................................................................................... iv
DAFTAR ISI .................................................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ............................................................................................................ x
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................1
1.1 Latar Belakang.......................................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................................2
1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................................2
1.4 Batasan Masalah ....................................................................................................3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................................3
I.6 Sistematika Penulisan ............................................................................................3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................5
2.1 Isolator ....................................................................................................................5
2.2 Bahan Dielektrik Isolator ......................................................................................6
2.2.1 Isolator Porselen .............................................................................................7
2.2.2 Isolator Gelas/Kaca ........................................................................................8
2.2.3 Isolator Polimer ..............................................................................................9
2.3 Resin Epoksi .........................................................................................................12
2.4 Karakteristik Isolator ..........................................................................................14
2.4.1 Karakteristik Elektrik .................................................................................14
2.4.2 Karakteristik Mekanis .................................................................................15
2.5 Tegangan Lewat Denyar (Flashover) .................................................................15
2.5.1 Umum ............................................................................................................15
2.5.2 Mekanisme Flashover pada Isolator Terpolusi ..........................................16
2.5.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Flashover ...........................................18
2.6 Pengukuran Bobot Polusi ....................................................................................20
BAB III METODE PENELITIAN................................................................................25
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................................25
3.1.1 Tempat Penelitian ........................................................................................25
3.1.2 Waktu Penelitian ..........................................................................................25
vii
3.2 Alat dan Bahan ....................................................................................................25
3.2.1 Alat ................................................................................................................25
3.2.2 Bahan ............................................................................................................26
3.3 Jenis Pengambilan Data ......................................................................................26
3.4 Variasi Pengujian .................................................................................................27
3.5 Prosedur Pengujian .............................................................................................27
3.6 Alur Penelitian .....................................................................................................30
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................31
4.1 Jenis Isolator Uji ..................................................................................................31
4.2 Hasil Pengujian Tegangan Flashover Pada Isolator Tanpa Polutan ................32
4.3 Hasil Pengujian Tegangan Flashover Isolator berpolutan 100 g ......................33
4.4 Hasil Pengujian Tegangan Flashover Isolator berpolutan 200 g ......................36
4.5 Hasil Pengujian Tegangan Flashover Isolator Berpolutan 300 gram ..............39
4.6 Perhitungan Nilai ESDD .....................................................................................41
4.6.1 Nilai ESDD untuk Polutan NaCl .................................................................41
4.6.2 Nilai ESDD untuk Polutan CaCO3 .............................................................42
4.6.3 Nilai ESDD untuk Polutan Carbon .............................................................43
4.7 Analisa Pengaruh Polutan terhadap Nilai Tegangan Flashover Isolator........43
4.7.1 Tegangan Flashover Isolator Porselin Kondisi Berpolutan.......................43
4.7.2 Tegangan Flashover Isolator Gelas Kondisi Berpolutan ...........................46
4.7.3 Tegangan Flashover Isolator Resin Epoksi Kondisi Berpolutan ..............48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................................50
5.1 Kesimpulan...........................................................................................................50
5.2 Saran .....................................................................................................................51
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................................52
LAMPIRAN ...................................................................................................................55
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Isolator Porselin ......................................................................... 18
Gambar 2.2 Isolator Kaca .............................................................................. 19
Gambar 2.3 Isolator Polimer (Epoxy Resin) ................................................. 11
Gambar 2.4 Struktur Ikatan Kimia Polyethylene .......................................... 11
Gambar 2.5 Struktur Modul Dasar Bisphenol A ........................................... 13
Gambar 2.6 Pembentukan DGEBA ............................................................... 13
Gambar 2.7 Lapisan kering dan elektrolit pada permukaan isolator ............. 17
Gambar 2.8 Jarak Rambat Ls Pada Isolator Piring ........................................ 19
Gambar 2.9 Nilai Faktor Koreksi Suhu ......................................................... 21
Gambar 3.1 Rangkaian Pengujian Tegangan Flashover ............................... 27
Gambar 4.1 Isolator Uji (a)Porselin (b)Kaca (c) Polimer ............................. 30
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Tegangan flashover pada Isolator Berpolutan
(100g) .............................................................................................................. 34
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Tegangan flashover pada Isolator Berpolutan
(200g) .............................................................................................................. 37
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Tegangan flashover pada Isolator Berpolutan
(300g) .............................................................................................................. 39
Gambar 4.5 Grafik Tegangan Flashover Isolator Porselin Terpolusi ............ 43
Gambar 4.6 Grafik Tegangan Flashover Isolator Kaca Terpolusi ................. 45
Gambar 4.7 Grafik Tegangan Flashover Isolator Polimer Terpolusi ............ 47
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Penggolongan Bobot Polusi Berdasarkan IEC 60815 .................... 20
Tabel 2.1 Tingkat polusi dilihat dari kondisi lingkungan .............................. 20
Tabel 4.1 Data Teknis Isolator ....................................................................... 32
Tabel 4.2 Data Tegangan Flashover pada Isolator Bersih .............................. 33
Tabel 4.3 Data Tegangan Flashover Isolator Berpolutan NaCl 100g ............ 34
Tabel 4.4 Data Tegangan Flashover Isolator Berpolutan CaCO3 100g ......... 34
Tabel 4.5 Data Tegangan Flashover Isolator Berpolutan Carbon 100g ......... 34
Tabel 4.6 Data Tegangan Flashover Isolator Berpolutan NaCl 200g ............ 36
Tabel 4.7 Data Tegangan Flashover Isolator Berpolutan CaCO3 200g ......... 37
Tabel 4.8 Data Tegangan Flashover Isolator Berpolutan Carbon 200g ......... 37
Tabel 4.9 Data Tegangan Flashover Isolator Berpolutan NaCl 300g ............ 39
Tabel 4.10 Data Tegangan Flashover Isolator Berpolutan CaCO3 300g ....... 39
Tabel 4.11 Data Tegangan Flashover Isolator Berpolutan Carbon 300g ....... 40
Tabel 4.12 Hasil Pengukuran ESDD Polutan NaCl ....................................... 42
Tabel 4.13 Hasil Pengukuran ESDD Polutan CaCO3 .................................... 42
Tabel 4.14 Hasil Pengukuran ESDD Polutan Carbon .................................... 43
x
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu alat proteksi yang digunakan dalam sistem tenaga listrik adalah
Isolator. Isolator adalah alat listrik yang digunakan untuk memisahkan secara
elektris dua buah atau lebih pengantar yang berdekatan sehingga tidak terjadinya
kebocoran arus atau dalam hal gradien tinggi, lompatan api. Isolasi adalah salah
satu dari beberapa persoalan yang penting dalam teknik listrik khususnya pada
pengoperasian tegangan tinggi. Apabila isolator gagal menjalankan fungsinya maka
akan terjadi kegagalan tegangan dan hal ini tidak diinginkan.
Masalah utama dalam pendistribusian energi listrik sering terjadinya kegagalan
dalam saluran transmisi maupun distribusi yang diakibatkan oleh flashover yang
terjadi dikarenakan pengotoran permukaan isolator maupun keretakan mekanis
pada isolator (Irfangi 2016). Material isolator yang umum dan banyak digunakan di
Indonesia adalah porselen, gelas dan polimer dengan beberapa kekurangan dan
kelebihannya. Pada kasus pengotoran permukaan isolator, umumnya disebabkan
karena adanya bahan polutan yang menempel pada permukaan isolator seperti
bahan polutan debu, abu terbang, polusi industri, pasir, dan garam. Flashover
sendiri merupakan suatu kegagalan isolasi yang terjadi karena adanya pembebanan
medan listrik pada permukaan isolator melebihi kapasitas ketahanan elektriknya.
Flashover ini dapat menimbulkan pemanasan dan dapat merusak isolator. Penyebab
terjadinya flashover diantaranya yaitu karena pengotoran permukaan isolator, surja
hubung dan surja petir (Wardhani, 2011).
1
Sedangkan sisa dari aktivitas makhluk hidup seperti sisa pembakaran, polusi
kendaraan bermotor dan lainnya juga berpotensi mengakibatkan terbentuknya
lapisan pengotor pada isolator (Milan, 2016). Konduktivitas polutan ini akan
menyebabkan turunnya tahanan permukaan isolator. Nilai konduktivitas polutan
pada permukaan isolator akan meningkat apabila permukaan isolator dalam
keadaan basah akibat udara yang lembab atau kabut (Syahrawardi, 2015)
Maka dari itu akan dilakukan penelitian pengaruh dari berbagai polutan
terhadap kekuatan dielektrik suatu isolator.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian pada latar belakang maka dapat dirumuskan masalah yang
menjadi kajian dalam penelitian ini, yaitu :
1. Bagaimana pengaruh masing-masing polutan terhadap pengujian tegangan
flashover pada isolator porselin, isolator gelas dan isolator polimer
2. Bagaimana perbandingan tegangan flashover pada isolator terpolusi seperti
isolator porselin, isolator gelas dan isolator polimer.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui pengaruh masing-masing polutan terhadap tegangan
flashover pada isolator
2. Untuk membandingkan dan mengetahui tegangan flashover pada isolator
terpolusi seperti isolator porselin, isolator gelas, dan isolator polimer.
2
1.4 Batasan Masalah
Faktor yang berhubungan dengan penelitian ini sangat banyak. Oleh karena
diberikan batasan-batasan dengan tujuan agar pembahasan masalah menjadi
terfokus dan tidak meluas. Batasan-batasan yang digunakan adalah :
1. Polutan yang digunakan ialah polutan buatan antara lain NaCl sebagai
garam-garaman, CaCO3 sebagai debu dan Carbon sebagai pengganti asap
pembuangan bahan bakar
2. Isolator yang digunakan adalah isolator polimer epoxy resin jenis post
sedangkan untuk isolator porselin dan isolator gelas berjenis suspension
yang berada di lab. Teknik Tegangan Tinggi FT-UH.
3. Penelitian ini tidak membahas tentang reaksi kimia yang terjadi pada
polutan
4. Tegangan tinggi yang digunakan adalah tegangan tinggi AC
5. Penelitian dilakukan di Lab.Teknik Tegangan Tinggi FT-UH
1.5 Manfaat Penelitian
1. Sebagai referensi ataupun literatur mengenai kinerja isolator polimer.
2. Mengetahui pengaruh polutan terhadap isolator pada jaringan kelistrikan
3. Mengetahui kenggulan dan kelemahan jenis isolator yang ada.
I.6 Sistematika Penulisan
Adapun Sistematika penulisan dalam penyusunan seminar usulan proposal
penelitian ini adalah sebagai berikut :
3
BAB I PENDAHULUAN
Bagian dari pendahuluan yang berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan
masalah, tujuan penelitian, manfaat peneliatan, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Berisi tentang teori penunjang yang relevan untuk bahan penelitian yang diperoleh
dari sumber refrensi untuk menyusun kerangka teori dan konseptual.
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
Berisi tentang waktu dan tempat penelitian, metode pengambilan data,analisa data,
dan langkah-langkah penelitian.
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini memuat hasil pengujian dan analisis terhadap hasil pengujian yang
diberikan dalam bentuk data ataupun grafik.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian dan saran-saran untuk
pengembangan lebih lanjut.
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Isolator
Isolator adalah alat yang berfungsi sebagai isolasi dan pemegang mekanis dari
perlengkapan atau penghantar yang dikenai beda potensial. Jika isolator gagal
dalam kegunaannya sebagai pemisah antara saluran maupun saluran dengan
pentanahan maka penyaluran energi tersebut akan gagal atau tidak optimal.
Pengaruh keadaaan udara sekitar dan polutan yang menempel pada permukaan
yang menyebabkan permukaan isolator bersifat konduktif. Dalam menetukan
sebuah isolator yang akan dibuat serta bagaimana unjuk kerjanya dalam melayani
suatu sistem tenaga listrik ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dan
dipertimbangkan yaitu, sifat-sifat kandungan material dengan bahan dasar untuk
membuat isolator kemampuannya pada cuaca buruk, keadaan saat terkontaminasi
serta pertimbangan masalah biaya produksi (Arismunandar, 2001)
Isolasi adalah sifat bahan yang berfungsi dapat memisahkan secara elektris
dua atau lebih penghantar listrik bertegangan yang berdekatan, sehingga tidak
terjadi kebocoran arus, tidak terjadi lompatan api atau lewat denyar(flashover),
ataupun percikan api (sparkover). Sedangkan isolator adalah alat yang dipakai
untuk mengisolasi. Kemampuan bahan isolasi untuk menahan tegangan disebut
kekuatan dielektrik. Kekuatan dielektrik dari bahan isolasi sangat penting dalam hal
menentukan kualitas isolator yang nantinya akan mendukung keseluruhan sistem
tenaga listrik. Semakin tinggi kekuatan dielektrik bahan isolasi semakin baik
dipakai, terutama pada peralatan listrik tegangan tinggi.
5
Isolator dapat ditemui pada setiap bagian sistem tenaga listrik. Selain pada
transmisi, isolator juga dapat ditemui pada jaringan distribusi hantaran udara, gardu
induk dan panel pembagi daya. Pada jaringan distribusi hantaran udara isolator
digunakan sebagai penggantung atau penopang konduktor. Pada gardu induk
isolator digunakan sebagai pendukung sakelar pemisah, pendukung konduktor
penghubung dan penggantung rel dengan kerangka pendukung pemisah (Surdia et
al., 1995).
2.2 Bahan Dielektrik Isolator
Bahan dielektrik padat yang baik harus mempunyai rugi-rugi dielektrikum
yang rendah, kekuatan mekanis yang tinggi, bebas dari kemungkinan pembentukan
gas dan debu, dan tahan terhadap perubahan temperatur dan pengaruh kimia. Isolasi
padat mempunyai kekuatan tegangan tembus yang tinggi dibandingkan dengan
isolasi cair dan gas. Studi yang paling penting dalam teknik isolasi adalah studi
tegangan tembus (breakdown) dan flashover dari dielektrikum padat. Jika terjadi
tembus, maka isolasi padat akan rusak secara permanen sedangkan pada isolasi gas
akan kembali ke sifatnya semula dan pada isolasi cair sebagian akan kembali ke
sifatnya semula dan sebagian lainnya tidak Salah satu bagian utama suatu isolator
adalah bahan dielektrik (Markis. 2012).
Karakteristik dari suatu isolator baik mekanis maupun elektriknya dipengaruhi
oleh konstruksi dan bahan yang digunakan. Dimana pada suatu isolator bahan yang
paling utama adalah bahan dielektriknya. Bahan dielektrik dari suatu isolator harus
memiliki kekuatan dielektrik yang tinggi serta tidak dipengaruhi oleh kondisi udara
6
sekitarnya (Tobing, 2003). Ada tiga jenis bahan isolator yang paling sering
digunakan pada isolator yaitu berbahan porselen/keramik, gelas/kaca dan polimer.
2.2.1 Isolator Porselen
Bahan porselen atau keramik terbuat dari tanah liat china (china clay) yang
mengandung aluminium silikat. Aluminium silikat ini dicampur dengan plastic
kaolin, feldspar dan kuarsa. Campuran ini dipanaskan pada tempat pembakaran
dengan suhu yang dapat diatur. Bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazur agar
bahan isolator tersebut tidak berpori-pori. Dengan lapisan glazur ini permukaan
isolator menjadi licin dan mengkilat, sehingga tidak dapat menghisap air (Baptist,
2016). Beberapa kelebihan dari isolator porselin / keramik yaitu
1. Stabil. Ikatan ionik yang kuat antar atom yang menyusun keramik,
membuatnya strukturnya sangat stabil dan biasanya tidak mengalami
degradasi karena pengaruh lingkungan. Ini berarti bahwa isolator keramik
tidak akan rusak oleh pengaruh UV, kelembaban.
2. Mempunyai kekuatan mekanik yang baik
3. Harganya relatif murah
4. Tahan lama
Di samping kelebihan-kelebihan di atas, isolator porselin mempunyai beberapa
kekurangan, yaitu mudah pecah, berat, berlubang akibat pembuatan kurang
sempurna dan permukaan porselin bersifat hidrophilik, yang berarti bahwa
permukaan porselin mudah untuk menangkap air, sehingga pada kondisi
7
lingkungan yang berpolusi mudah untuk terbentuk lapisan konduktif di
permukaannya. Akan tetapi, pada isolator porselin jenis suspension memiliki
kekuatan
mekanis yang baik dan tidak mengalami degradasi sehingga
penerapannya sangat cocok pada tiang distribusi ataupun transmisi. Adapun bentuk
dari isolator porselen yang digunakan di lapangan adalah seperti pada Gambar 2.1
Gambar 2.1 Isolator Porselen
2.2.2 Isolator Gelas/Kaca
Isolator berbahan gelas terbuat dari pencampuran pasir silikat, dolomit dan
phosphat. Didalam gelas terdapat kandungan alkali yang akan menambah sifat
higroskopis permukaan isolator sehingga konduktivitas permukaan isolator
semakin besar. Akibatnya, sifat elektrik isolator gelas alkali tinggi lebih buruk
daripada gelas alkali rendah.
Bahan gelas memiliki kekuatan dielektrik sekitar 17.9 Kv/mm untuk gelas
alkali tinggi dan 48 Kv/mm untuk gelas alkali rendah (Waluyo, 2010). Dilihat dari
proses pembuatannya isolator gelas terdiri dari dua jenis, yaitu gelas yang dikuatkan
(annealead glass) dan gelas yang dikeraskan (hardened glass). Dari kedua jenis
isolator gelas tersebut, isolator gelas yang dikeraskan lebih baik daripada isolator
gelas yang dikuatkan (Waluyo, 2010). Pada isolator gelas khususnya jenis
suspension memiliki kekuatan dielektrik yang sangat tinggi ketimbang isolator
8
porselin dan tentunya tidak mengalami degradasi sehingga isolator ini sangat baik
diterapkan pada saluran udara tegangan tinggi dan ekstra tinggi. Adapun gambar
untuk isolator gelas jenis suspension piring dapat dilihat pada Gambar 2.2
Gambar 2.2 Isolator Kaca/Gelas
2.2.3 Isolator 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.
Isolator polimer adalah bahan penyusun isolator yang masih terbilang baru.
Pada beberapa dekade terakhir penggunaan isolator polimer semakin banyak
digunakan sebagai pengganti isolator bahan porselin dan gelas. Hal ini dikarenakan
isolator polimer memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan bahan porselin
dan gelas. Kelebihan isolator polimer antara lain :
1. Memiliki sifat hidrofobik yang sangat baik.
2. Memiliki massa jenis yang lebih kecil dibandingkan isolator berbahan
porselin dan gelas.
9
3. Memiliki sifat dielektrik dan termal yang lebih tinggi.
4. Tahan terhadap polusi sehingga kotoran sukar menempel pada permukaan.
5. Tidak terdapat lubang karena bahan yang digunakan sangat rapat.
Adapun kekurangan yang dimiliki isolator polimer adalah
1. Ketidakcocokan bahan antar muka yang digunakan daapat menimbulkan
korosi atau keretakan.
2. Rentan terhadap perubahan cuaca yang ekstrim.
3. Penuaan/degradasi pada permukaan dan stress yang disebabkan oleh
korona, radiasi UV, atau zat kimia dapat mengakibatka reaksi kimia pada
permukaan isolator polimer. Sehingga dapat mempercepat penuaan yang
dapat menghilangkan sifat hidrofobiknya.
Isolasi polimer mempunyai struktur kimia terdiri atas molekul makro rantai
panjang dengan ulangan unit monomer yang biasanya diberi nama awalan poly
pada muka monomer. Ada banyak bahan polimer yang dapat digunakan sebagai
bahan dasar pembuatan isolator antara lain yakni : Silicone Rubber, ethylene
propylene Rubber (EPR), Epoxy Resins (Gorur et al., 1999). Berdasarkan dari
kelemahan dari isolator polimer, isolator ini akan mengalami degradasi apabila
dipasang luar dan sangat tidak cocok bila dipasangkan pada tiang transmisi karana
memiliki kekuatan mekanik yang sangat rendah, akan tetapi isolator ini memiliki
massa berat yang sangat ringan dan memiliki sifat dielektrik yang baik sehingga
isolator ini diterapkan pada gardu induk switchgear (dalam ruangan) ataupun
10
isolator pada kubikel. Berikut bentuk isolator polimer jenis epoxy resin pada
Gambar 2.3
Gambar 2.3 Isolator Polimer (Epoxy Resin)
Isolasi polimer mempunyai struktur kimia terdiri atas molekul makro rantai
panjang dengan ulangan unit monomer atau mer yang biasanya diberi nama awalan
poly pada muka monomer, contoh monomer ethylene adalah monomer ulangan pada
polyethylene seperti rumus kimia pada Gambar 2.4
Gambar 2.4 Struktur ikatan kimia polyethylene
Isolasi polimer secara umum dapat dibagi kedalam dua kelompok :
1. Polimer Termoplastik
Berstruktur molekul linear dan dapat diinjeksikan ke dalam cetakan selagi panas
oleh karena polimer termoplastik menjadi lunak pada suhu yang tinggi. Bahan
11
polimer termoplastik harus didinginkan terlebih dahulu sebelum dilepas ke dalam
cetakan. Pada proses pembentukan tidak terjadi polimerisasi lagi.
2. Polimer Termoset
Struktur yang bersifat 3 dimensi, akibatnya polimer ini tidak menjadi lunak bila
dipanaskan dan tetap kaku. Agar dapat mencetak polimer thermoset ini, perlu mulai
dengan campuran terpolimerisasi sebagian dan pengubah bentuk dibawah pengaruh
tekanan. Bila didiamkan pada suhu 2000C-3000C polimerisasi sempurna dan
terbentuklah struktur 3 dimensi yang lebih kaku. Halini disebut endapan setting
thermal. Sekali terbentuk, produk dapat dikeluarkan dari cetakan tanpa menunggu
pendingin lebih lanjut dan tidak dapat kembali cair. Epoxy resin termasuk dalam
polimer jenis ini.
2.3
Resin Epoksi
Resin Epoksi sebagai salah satu bahan polimer. Cairan resin epoksi merupakan
cairan yang memiiki sifat kekentalan yang rendah sehingga mudah bercampur
(masuk tahap termoset) didalam pembuatannya. Cairan resin yang lain diantaranya
:phenolic, polyester, acrylics dibuat dalam proses yang sama, tetapi resin epoksi
mempunyai kombinasi antara lain : Sifat kekentalan rendah, mudah dibentuk,
penyusutan rendah, kerekatan tinggi, sifat mekanis tinggi, isolasi listrik yang tinggi,
ketahanan kimia baik (Prasojo, 2009).
Resin Epoksi adalah bahan kimia yang merupakan salah satu jenis resin yang
diperoleh dari proses polimerisasi. Umumnya dikenal sebagai bahan pengeras atau
hardener. Resin epoksi merupakan polimer yang mengandung atom oksigen
12
dengan atom carbon sehingga terbentuk ethylene oxide (I), trimethylene oxide (II),
dan tetrahydrofuran (III), seperti pada Gambar 2.5
Gambar 2.5 Struktur Modul Dasar Bisphenol A
Bahan dasar resin epoksi yang sering digunakan adalah bisphenol A, dan bahan
ini mudah didapatkan di toko-toko bahan kimia. Bisphenol A adalah bahan isolasi
polimer sebagai bahan dasar epoksi resin yang dihasilkan dari reaksi phenol dan
acetone. Pada perkembanganya bisphenol A diganti dengan isolasi polimer jenis
epoksi sikloalifatik dengan bahan dasar dari diglycidly ether of bisphenol A
(DGEBA). Resin epoksi ini adalah kombinasi dari bisphenol A dan epichlorohydrin
yang mempunyai formasi dari ikatan polimer, yang mengandung dua kelompok
reaktif epoxide dan hydroxyl (Berahim, 2005). Reaksi pembentukan dan model
atom bahan dasar DGEBA ditunjukkan pada Gambar 2.6
Gambar 2.6 Pembentukan DGEBA
13
DGEBA dijual secara komersial dalam bentuk cairan yang bening, dapat
diubah menjadi produk termoset bila direaksikan dengan suatu agen pematangan,
dengan vulkanisasi suhu ruangan ( room temperature vulkanized = RTV ). Agen
pematangan ini disebut bahan pengeras ( hardener ). Secara fungsi, pematangan
pada resin epoksi dibedakan menjadi tiga group utama, yaitu grup Hidroxil (R –
OH), grup Amine, dan grup Acid Anhydried. Masing – masing kelompok juga
memiliki banyak jenis, setiap jenis memiliki kadar yang berbeda dalam proses
pencampuran. Reaksi pematangan terjadi melalui ikatan epoksi dari bahan dasar
dan ikatan reaktif dari bahan pengeras. Reaksi antara bahan dasar resin epoksi
dengan agen pematangan kelompok asam anhidrida merupakan reaksi yang lebih
komplek dibandingkan dengan agen pematangan kelompok amine. Pengujian ini
menggunakan agen pematangan dari grup amine yaitu Metaphenyelene-diamine (
MPDA ) karena MPDA ini termasuk yang paling sering digunakan sebagai agen
pematangan resin epoksi (Henry, 1957).
2.4
Karakteristik Isolator
2.4.1 Karakteristik Elektrik
Karakteristik elektrik dari isolator yang dimaksud adalah kemampuan menahan
flashover dan arus bocor. Isolator yang terpasang pada jaringan udara (terutama
jaringan outdoor) sangat mudah dipengaruhi oleh perubahan kondisi lingkungan
udara sekitar. Perubahan-perubahan tersebut dapat mempengaruhi kinerja dari
isolator, yaitu kemampuan isolator menahan tegangan. Apabila di permukaan
isolator terbentuk lapisan polutan akan mempengaruhi kinerja dari isolator tersebut.
14
Kinerja isolator juga akan berbeda apabila permukaan isolator dalam kondisi basah
dan dalam kondisi kering (Setiaji, 2012).
2.4.2 Karakteristik Mekanis
Karakteristik mekanis suatu 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 suatu
isolator dinyatakan dalam tiga keadaan beban, yaitu kekuatan mekanis tarik,
kekuatan mekanis tekan dan kekuatan mekanis tekuk (Tobing, 2003)
2.5
Tegangan Lewat Denyar (Flashover)
2.5.1 Umum
Flashover adalah gangguan eksternal yang terjadi pada permukaan isolator
atau proses flashover pada permukaan suatu isolator yang disebabkan oleh berbagai
factor, diantaranya suhu, kelembaban, dan lingkungan sekitarnya (debu, asap
pabrik, dan polutan garam). Flashover yang terjadi pada permukaan isolator padat
disebabkan oleh tegangan yang harus ditahan oleh permukaan isolator melebihi
kemampuannya (Setiaji, 2012). Tegangan Flashover adalah nilai atau ukuran
tegangan yang dapat ditahan isolator sampai terjadinya flashover atau loncatan
busur api. Tegangan flashover disebabkan polusi berbeda-beda terutama tergantung
pada solubilitas material, dapat larut dalam air walaupun jumlah materialnya pada
permukaan isolator adalah sama. Solubilitas ini tergantung pada jenis komponen
dapat larut (Amali, 2012).
15
Peristiwa lewat denyar berawal dari terbentuknya pita kering (dry band).
Terbentuknya lapisan konduktif dipermukaan isolator diakibatkan oleh adanya
polutan yang menempel. Lapisan yang terbentuk dipermukaan isolator ini
menyebabkan mengalirnya arus bocor (leakage current). Dengan mengalirnya arus
bocor, terjadinya pemanasan dilapisan tersebut. Lapisan ini dapat membentuk pita
kering (dry band) akibat dialiri arus bocor secara terus-menerus. Pada tegangan
tertentu, kondisi ini dapat menyebabkan pelepasan muatan melintasi pita kering.
Pelepasan muatan dapat memanjang sehingga terbentuk busur api (arc) dan terjadi
flashover yang melalui seluruh permukaan isolator (Purba, 2016).
2.5.2 Mekanisme Flashover pada Isolator Terpolusi
Permukaan isolator pasangan luar akan dilapisi oleh polutan. Ketika polutan
dalam keadaan kering, polutan masih bersifat tidak konduktif. Tetapi bila polutan
basah dikarenakan gerimis atau kabut, lapisan polutan akan larut dan membentuk
larutan elektrolit yang konduktif. Akibatnya tahanan permukaan akan turun dan
arus bocor naik dalam orde beberapa miliampere. Arus bocor ini akan memanaskan
larutan elektrolit pada permukaan isolator sehingga terbentuk lapisan kering. Pada
lapisan kering ini, medan listrik cukup besar sehingga udara di sekitarnya dapat
mengalami ionisasi. Kemudian udara akan tembus dan arus mengalir melalui busur
api pada lapisan kering akan mengeringkan larutan elektrolit selanjutnya dan
memperpanjang lapisan kering. Proses ionisasi akan terjadi lagi dan menyebabkan
perpanjangan busur api dan proses di atas terjadi terus sampai lapisan kering
menjembatani anoda dan katoda dari isolator dan peristiwa lewat denyar (flashover)
16
terjadi (Purba , 2016). Rangkaian ekivalen dari lapisan kering dan elektrolit pada
permukaan isolator dapat dilihat pada Gambar 2.7 berikut:
Gambar 2.7 Lapisan kering dan elektrolit pada permukaan isolator
Berhubung tegangan lewat denyar (Flashover) dipengaruhi oleh kondisi udara
sekitar, maka data pengujian harus dikoreksi dengan kondisi udara standar, yang
mengacu pada standar IEC 60060 (2010) dengan persamaan 2.1 dan 2.2 :
Vb = δ x Vs
(2.1)
Dimana :
Vs = tegangan lewat denyar dalam keadaan standar (kV)
Vb = tegangan lewat denyar yang diukur pada keadaan sebenarnnya (kV)
δ = kepadatan relatif udara
𝛿=
0,386 𝑝
273 + 𝑇
(2.2)
P = tekanan udara (mmHg)
T = suhu udara (℃)
17
2.5.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Flashover
Karena peristiwa flashover disebabkan karena tembusnya udara disekitar
permukaan isolator, jadi faktor-faktor yang mempengaruhi flashover adalah
kondisi udara di sekitar permukaan isolator tersebut, yaitu:
1. Temperatur udara. Temperatur udara yang tinggi akan meningkatkan
jumlah proses ionisasi termis dan emisi termis.
2. Tekanan udara. Bila tekanan udara besar, jumlah molekuul di dalam udara
semakin banyak yang berarti proses ionisasi dapat terjadi lebih banyak.
Tetapi bila tekanan terlalu tinggi, gerakan muatan dari proses ionisasi akan
terhambat sehingga proses ionisasi berikutnya akan berkurang. Bila tekanan
udara terlalu rendah, jumllah molekul yang sedikit akan menyebabkan
proses ionisasi sangat sedikit.
3. Kelembaban udara. Bila kelembaban tinggi, kandungan air dalam udara
meningkat sehingga mudah terjadi ionisasi karena air memiliki energi ikat
yang lebih rendah dari kandungan lain dalam udara. Bila kandungan air
semakin banyak maka udara akan lebih mudah terionisasi dan menyebabkan
kekuatan dielektrik udara turun. Semakin banyak kandungan air dalam
udara menyebabkan udara semakin mudah terionisasi. Hal ini menyebabkan
turunnya tegangan yang diperlukan untuk membuat udara tersebut tembus
listrik.
4. Jarak rambat adalah jarak terpendek antara konduktor pada kap dan pin
melalui permukaan isolator. Terlihat bahwa jarak rambat Ls merupakan
panjang dari titik A ke titik B. Jarak rambat pada isolator piring berkisaran
18
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.
Semakin
jauh
jarak
rambat
akan
berpengaruhterhadap semakin tingginya tegangan flashover (Kuffel, dkk.
2000). Jarak rambat pada permukaan isolator ditujukkan pada Gambar 2.8
berikut:
Gambar 2.8 Jarak Rambat Ls pada Isolator Piring
5. Polutan. Polutan yang menempel pada permukaan isolator akan
meningkatkan konduktifitas di permukaan isolator, sehingga berpengaruh
kepada tegangan flashover.
6. Bahan isolator. Bahan isolator seperti kaca atau porselin memiliki kekuatan
elektris yang berbeda. Kekuatan elektris bahan kaca bias mencapai 2 kali
kekuatan elektris porselin.
19
2.6
Pengukuran Bobot Polusi
Isolator yang terpasang pada saluran udara akan ditempeli oleh polutan pada
permukaannya dan bobot dari polutan yang menempel pada permukaan isolator
berbeda-beda. Oleh karena itu, untuk mengukur bobot dari polutan yang menempel
pada permukaan isolator, dibutuhkan suatu pengukuran bobot polusi. Berdasarkan
IEC 60815 (2008) salah satu cara yang digunakan adalah metode ESDD
(Equivalent Salt Deposit Density ). Metode ESDD dilakukan dengan mengukur
konduktivitas polutan kemudian disetarakan dengan bobot garam dalam larutan air
yang konduktivitasnya sama dengan konduktivitas polutan tersebut (SPLN 10-3B).
Tabel 2.1 Penggolongan Bobot Polusi Berdasarkan IEC 60815
Tingkat Polusi
ESDD (mg/cm2)
Sangat Ringan
0 - 0,03
Ringan
0,03 - 0,06
Sedang
0,06 - 0,1
Berat
>0,1
Adapun penentuan tingkat bobot polusi isolator dengan metode tinjauan lapangan
ditunjukkan pada Tabel 2.2
Tabel 2.2 Tingkat polusi dilihat dari kondisi lingkungan
Tingkat
Polusi
Contoh Lingkungan
ESDD (mg/cm2)
Ringan
- Wilayah dengan sedikit industri dan rumah
penduduk dengan sarana pembakaran rendah.
- Wilayah pertanian (penggunaan pupuk dapat
meningkatkan bobot polusi) dan pegunungan.
- Wilayah dengan jarak 10km atau lebih dari laut
dan tidak ada angin laut yang berhembus.
Cat : Semua kawasan terletak paling sedikit 10 –
20 km dari laut dan bukan kawasan terbuka bagi
hembusan angin langsung dari laut.
0,03 - 0,06
20
Sedang
Berat
- Wilayah dengan industri yang tidak
menghasilkan polusi gas.
- Wilayah dengan kepadatan tinggi dan/atau
kawasan industri kepadatan tinggi yang sering
hujan dan/atau berangin.
- Wilayah yang tidak terlalu dekat dengan pantai
kira kira beberapa kilometer.
- Wilayah banyak industri dan perkotaan dengan
sarana pembakaran yang tinggi.
- Wilayah dekat laut atau senantiasa terbuka bagi
hembusan angin laut yang kencang.
0,06 - 0,1
> 0,1
Langkah-langkah untuk menentukan nilai ESDD polutan pada suatu isolator adalah
sebagai berikut :
1. Dimulai dengan pembuatan larutan pencuci yang dimasukkan dalam suatu
wadah.
2. Diukur konduktivitas dari larutan pencuci dan dihitung nilai konduktivitas
larutan pencuci isolator pada suhu 20 ˚C dengan menggunakan Persamaan
2.3
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)
(2.3)
Dalam hal ini :
θ = suhu larutan ( ºC )
σ20 = konduktivitas larutan pada suhu 20 ºC ( S/m )
σθ = konduktivitas larutan pada suhu θ ºC ( S/m )
b = faktor koreksi suhu pada suhu θ ºC
21
Untuk menentukan nilai faktor koreksi (b) yaitu berdasarkan pada suhu
sekitar saat pengujian berlangsung. Menurut IEC 60815 (2008), nilai dari b dapat
dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.9 Nilai Faktor Koreksi Suhu
Adapun nilai tersebut sesuai dengan IEC 60815 (2008) didapatkan menggunakan
Persamaan 2.4
b = (-3,200 x 10-8 x θ3) + (1,032 x 10-5x θ2) - (8,272 x 10-4 x θ) + (3,544 x 10-2)
(2.4)
3. Dihitung salinitas dari larutan dengan menggunakan Persamaan 2.5
D= (5,7 x σ20)1.03
(2.5)
Dalam hal ini :
D = salinitas ( mg/cm3)
Misalkan hasil yang diperoleh adalah D1.
4. Polutan yang menempel pada isolator dilarutkan ke dalam larutan pencuci.
22
5. Diukur konduktivitas larutan pencuci yang telah bercampur dengan polutan.
Kemudian dihitung salinitasnya dengan cara seperti di atas. Misalkan
hasilnya adalah D2.
6. Dihitung nilai dari ESDD dengan menggunakan persamaan 2.6
ESDD = V
D2−D1
S
(2.6)
Keterangan :
ESDD = Equivalent Salt Deposit Density ( mg/cm2)
2.7
V
= Volume air pencuci ( mL )
D1
= Salinitas larutan pencuci tanpa polutan ( mg/cm 3)
D2
= Salinitas larutan pencuci yang terpolusi ( mg/cm 3)
S
= Luas Permukaan isolator (cm2)
Penelitian Terkait
Dalam penyusunan skripsi ini, penulis sedikit banyak terinspirasi dan
mereferensi dari penelitian sebelumnya yang berkaitan dengan latar belakang
masalah pada skripsi ini. Adapun penelitian yang berhubungan dengan skripsi ini
yaitu :
Penelitian yang dilakukan oleh Sihombing, Alex T. (2016) yang berjudul
“Pengaruh Polutan Terhadap Tegangan Flashover AC pada Berbagai Jenis
Isolator”. Penelitian ini membahas mengenai pengaruh polutan terhadap tegangan
flashover pada isolator porselin dengan jenis piring dan post, serta isolator gelas
23
dengan jenis piring. Polutan yang digunakan adalah polutan buatan seperti NaCl,
CaCO3 dan Carbon.
Penelitian yang dilakukan oleh Tarigan, Yosephine. (2018) yang berjudul
“Pengaruh Polutan pada Isolator Piring Kondisi Kering dan Basah Terhadap Arus
Bocor dan Tegangan Lewat Denyar”. Pada penelitian ini menggunakan senyawa
seperti KCL, KNO3, ZnSO4 sebagai polutan buatan dengan 2 perlakuan kondisi
basah dan kering pada isolator piring.
24
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknik Tegangan Tingi
Departemen Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, pada Laboratorium
ini terdapat peralatan pengujian tegangan tinggi yang sangat memadai dengan APD
yang lengkap.
3.1.2
Waktu Penelitian
Waktu penelitian ini dilaksanakan kurang lebih selama dua bulan, dari bulan
Juni sampai Juli 2020.
3.2
Alat dan Bahan
Adapun peralatan serta bahan yang digunakan pada penelitian yang terdapat
pada Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro
Universitas Hasanuddin sebagai berikut :
3.2.1
Alat
1. Trafo Uji (HV Test Transformer)
2. Control Desk
3. Measuring Capacitor
4. Floor Pedestal, Connecting Cup
5. Kabel Feeder
25
6. Tangga
7. APD (Sepatu Safety, Helm Safety, Kaos Tangan)
8. Termometer Suhu dan Kelembaban
9. Timbangan
10. Gelas Ukur
11. Konduktivitas Meter
Alat yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran 5 dan
Lampiran 6
3.2.2 Bahan
1. Isolator berbahan Porselen
2. Isolator berbahan Gelas
3. Isolator berbahan Polimer (Resin Epoxy)
4. Natrium Klorida
5. Kalsium Carbonat
6. Kaolin
7. Air
Bahan yang digunakan pada penelitan ini dapat dilihat pada Lampiran 3 dan
Lampiran 4
3.3
Jenis Pengambilan Data
Jenis data pada penelitian ini ada 2 (dua) macam, yaitu data primer dan data
sekunder.
26
1. Data Primer merupakan data yang diperoleh dari hasil studi dan pengamatan
langsung terhadap objek penelitian di Laboratorium Tegangan Tinggi dan
Infrastruktur Ketenagalistrikan, Fakultas Teknik Unhas, berupa pengujian
Flashover menggunakan peralatan uji.
2. Data Sekunder merupakan data yang tidak didapatkan secara langsung oleh
peneliti, data di sini bisa berupa dokumen atau arsip-arsip yang dimiliki oleh
lembaga atau seseorang yang menjadi objek penelitian, dalam hal ini jurnaljurnal yang berkaitan dengan isolator polimer.
3.4 Variasi Pengujian
Pada penelitian ini ada beberapa variasi pengujian untuk menganalasis
karakteristik tegangan flashover pada keadaan:
1. Isolator kondisi bersih (sebelum diberi polutan)
2. Isolator diberi polutan, bahan yang digunakan sebagai polutan ada 3 jenis
yaitu NaCl sebagai garam-garaman, Carbon sebagai pembuangan asap
pembakaran dan CaCO3 sebagai debu dengan masing-masing kosentrasi
100 g, 200 g dan 300 g
3.5 Prosedur Pengujian
Untuk menentukan kinerja suatu isolator terlebih dahulu mengalami beberapa
perlakuan, yaitu isolator dalam keadaan bersih atau tanpa polutan dan isolator
dalam keadaan berpolutan dengan variasi yang sudah ditentukan. Pengujian
tegangan flashover ini dilakukan dengan memberikan tegangan AC yang dinaikkan
27
secara terus-menerus sampai terjadi
flashover. Tujuan pengukuran tegangan
flashover ini adalah untuk mengetahui
kekuatan dielektrik isolator terhadap
tegangan tinggi dan selanjutnya dapat dianalisis pengaruh polusi yang diberikan
terhadap kinerja isolator.
Pada pengujian tegangan flashover menggunakan
pembangkit tegangan tinggi AC, peralatan pengujian dapat dilihat pada bagian
Lampiran 5 dan rangkaian penguji dapat dilihat pada Gambar 3.1
Gambar 3.1 Rangkaian Pengujian Tegangan flashover
Adapun pengujian Flashover pada penelitian ini dilakukan sesuai standar IEC
60060 serta penentuan bobot polusi dengan metode ESDD (Equivalent Salt Deposit
Density) berdasarkan standar IEC 60815 (2008) dengan langkah-langkah sebagai
berikut :
Tahapan awal pengujian adalah mempersiapkan isolator yang akan diuji dan
pemberian polutan pada isolator tersebut:
1. Mempersiapkan isolator uji.
2. Membersihkan isolator uji terlebih dahulu. Kemudian isolator dikeringkan
secara alami didalam ruangan tertutup.
28
3. Melakukan pengujian Flashover pada isolator sesuai rangkaian pengujian
gambar 3.1 dengan kondisi bersih (tanpa polutan) dengan memberikan
tegangan secara terus menerus sampai terjadi Flashover pada isolator.
4. Menghitung nilai tegangan flashover dengan melakukan pengujian
sebanyak 3x sehingga didapatkan nilai rata-ratanya.
5. Membuat larutan pengotor yang telah dicampurkan dengan air dan kaolin.
6. Isolator dicelupkan kedalam larutan pengotor dan dibiarkan selama 5 menit.
Setelah itu isolator diangkat dan dikeringkan selama ± 24 jam dalam
ruangan tertutup.
7. Melakukan pengujian Flashover pada isolator dengan kondisi berpolutan
dengan memberikan tegangan secara terus menerus sampai terjadi
Flashover pada isolator.
8. Pengambilan data dilakukan dengan melakukan pengulangan sebanyak tiga
kali, kemudian diambil rata-ratanya.
9. Mengukur konduktivitas larutan polutan dengan Konduktivitimeter.
10. Hitung tingkat pengotoran dengan metode ESDD pada suatu isolator
11. Percobaan selesai.
29
3.6 Alur Penelitian
Mulai
Alat dan Bahan dipersiapkan
Membersihkan dan Mencuci Isolator
Mengeringkan Isolator ±24 jam
Tidak
Isolator diberi
Polutan?
Ya
Pemberian Polutan dengan
Bobot yang ditentukan
Pengujian Tegangan flashover AC
Hasil Pengujian
Menghitung ESDD
Pengolahan Data dan
Analisis
Dokumen Skripsi
Selesai
30
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam bab ini akan menjelaskan bagaimana pengaruh polutan buatan berupa
NaCl, CaCo3 dan C dengan variasi polutan yang berbeda-beda terhadap nilai
tegangan flashover pada isolator Polimer serta membandingkan nilai tegangan
flashover pada isolator lain dalam kondisi berpolutan. Tidak hanya itu kita akan
menentuan bobot polusi dengan metode ESDD (Equivalent Salt Deposit Density)
berdasarkan standar IEC 60815 (2008).
4.1
Jenis Isolator Uji
Pada penelitian ini sampel yang digunakan untuk isolator uji adalah Isolator
Resin Epoxy jenis post, Isolator Porselin dan Isolator Gelas dengan jenis suspension
yang tersedia di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Departemen Elektro
Universitas Hasanuddin.
(a)
(b)
(c)
Gambar 4.1 Isolator Uji (a) Porselen (b) Kaca (c) Epoxy Resin
31
Tabel 4. 1 Data Teknis Isolator
Spesifikasi
IEC class
Minimum mechanical failing load
Diameter (D)
Spacing (S)
Creepage distance
Power frequency dry withstand Voltage
Power frequency Wet withstand Voltage
Dry lightning impulse withstand volt.
Approx. net weight
Kn
Mm
Mm
Mm
kV
kV
kV
Kg
Spesifikasi
Isolator
Glass
U120BP
120
255
146
390
72
42
110
4,3
Isolator
Porselen
U100BL
100
255
146
320
70
40
100
5.3
Isolator Epoxy Resin
Class IEC 60815
classe A
Max. Operating voltage
kV
24
Lightning impulse voltage withstand
kV
125
Power frequency voltage withstand
kV
55
Ultimate bending stress
kN
4
H
Mm
210
Dmax
Mm
80
Creepage distance
Mm
>360
Weight (kg)
Kg
1,1
4.2
Hasil Pengujian Tegangan Flashover Pada Isolator Tanpa Polutan
Pada saat isolator dalam keadaan bersih atau tanpa polutan dilakukan pengujian
3x untuk mendapatkan nilai rata-rata tegangan flashover yang dapat dilihat pada
Table 4.2 dibawah ini:
32
Tabel 4.2 Data tegangan flashover pada isolator keadaan bersih
No.
Jenis Isolator
Suhu
(°C)
Koreksi
Udara (δ)
Vb (kV)
Vs (kV)
1
Porselen
31
0,98786
68,7
69,5
2
Glass
32
0,98462
77,7
78,9
3
Epoxy Resin
32
0,98462
99,1
100,6
Berdasarkan pada Tabel 4.2, diperoleh data pada saat pengujian berupa nilai
suhu, kelembaban, dan tegangan flashover dari tiap-tiap isolator keadaan bersih
atau tanpa polutan. Dalam hal ini parameter suhu hanya untuk mengetahui kondisi
ruangan saat pengujian tegangan tinggi. Dari tabel terlihat bahwa Vb adalah nilai
tegangan flashover yang diukur pada saat pengujian dan Vs adalah nilai tegangan
flashover dalam keadaan standar berdasarkan IEC 60060. Untuk melihat hasil
perhitungan koreksi udara dapat dilihat pada lampiran 1. Adapun data pada isolator
porselin 68,7 kV, kemudian isolator gelas 77,7 kV, dan nilai tegangan flashover
pada Isolator porselin sebesar 99,1 kV.
4.3
Hasil Pengujian Tegangan Flashover Isolator berpolutan 100 g
Pada pengujian ini untuk mengetahui pengaruh nilai tegangan flashover pada
masing-masing isolator ketika diberi 3 jenis polutan yaitu NaCl, CaCO3 dan
Carbon dengan tingkat kosentrasi 100 g, 200 g dan 300 g. Pada saat pengujian nilai
dari suhu, kelembaban dan tekanan udara diambil untuk mengetahui kondisi
ruangan pada saat itu. Dan dilakukan 3x pengujian pada tiap isolator untuk
mendapatkan nilai rata-rata dari tegangan flashover pada Isolator tersebut. Dimana
33
Vb adalah nilai tegangan flashover yang diukur pada saat pengujian dan Vs adalah
nilai tegangan flashover keadaan standar berdasarkan IEC 60060.
Tabel 4.3 Data tegangan flashover Isolator berpolutan NaCl 100g
No.
Bahan Isolator
Suhu
(°C)
Koreksi
Udara (δ)
Vb
(kV)
Vs
(kV)
1
Porselin
31,2
0,98721
59
59,8
2
Gelas
31,3
0,98688
70,7
71,6
3
Epoxy Resin
31,7
0,98559
95,7
97,1
Tabel 4.4 Data tegangan flashover Isolator berpolutan CaCO3 100g
No.
Bahan Isolator
Suhu
(°C)
Koreksi
Udara (δ)
Vb
(kV)
Vs
(kV)
1
2
3
Porselin
Gelas
Epoxy Resin
31,6
31,7
32,7
0,98591
0,98559
0,98236
66,7
74,7
98
67,6
75,8
99,8
Tabel 4.5 Data tegangan flashover Isolator berpolutan Carbon 100g
No.
Bahan Isolator
Suhu
(°C)
Koreksi
Udara (δ)
Vb
(kV)
Vs
(kV)
1
2
3
Porselin
Gelas
Epoxy Resin
32
32,5
31,3
0,98462
0,98300
0,98688
59,3
69,3
97,3
60,3
70,5
98,6
Berdasarkan Tabel 4.3, 4.4, dan 4.5 diatas maka dapat dilihat perbandingan
nilai tegangan flashover (Vb) terhadap pengaruh polutan NaCl, CaCO3 dan Carbon
34
dengan kadar 100 gram pada masing-masing jenis isolator uji yang ditunjukkan
pada Gambar 4.2
Isolator dengan Kosentrasi Polutan 100 g
120,0
99,1
Tegangan Flashover (kV)
100,0
80,0
60,0
77,7
68,7
70,7
66,7
59,0
74,7
95,7 98,0 97,3
69,3
59,3
40,0
20,0
0,0
PORSELIN
GELAS
EPOXY RESIN
Bahan Isolator
Bersih
NaCl
CaCO3
Carbon
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan flashover pada Isolator Berpolutan (100g)
Berdasarkan Gambar 4.2 diatas menunjukan bahwa pengaruh tegangan
flashover pada masing-masing isolator mempunyai grafik yang berbeda-beda.
Terlihat ketika Isolator dari kondisi bersih kemudian diberi polutan dengan
kosentrasi 100 gram maka akan mempengaruhi kekuatan dielektrik dari isolator
tersebut yang dimana dalam hal ini terjadi penurunan nilai tegangan flashover.
Akan tetapi nilai penurunan tegangan flashover bervariasi tergantung jenis
polutannya. Pada grafik tersebut memperlihatkan Isolator Porselin penurunan nilai
tegangan flashover terbesar dipengaruhi oleh polutan NaCl dengan nilai 59 kV,
sedangkan untuk penurunan nilai tegangan flashover terkecil dipengaruhi oleh
35
polutan CaCO3 dengan nilai 66,7 kV. Pada Isolator Gelas penurunan nilai tegangan
terbesar dipengaruhi oleh polutan Carbon dengan nilai 70,7 kV sedangkan pengaruh
terkecilnya pada polutan CaCO3 dengan nilai 74,7. Pada Isolator Epoxy Resin nilai
penurunan tegangan flashover terbesar didapatkan pada polutan NaCl dengan nilai
95,7 kV dan untuk nilai penurunan tegangan flashover terkecil dipengaruhi polutan
CaCO3 dengan nilai 98 kV.
4.4
Hasil Pengujian Tegangan Flashover Isolator berpolutan 200 g
Pada pengujian ini untuk mengetahui pengaruh nilai tegangan flashover pada
masing-masing isolator ketika diberi 3 jenis polutan yaitu NaCl, CaCO3 dan
Carbon dengan tingkat kosentrasi 200 gram. Pada saat pengujian nilai dari suhu,
kelembaban dan tekanan udara diambil untuk mengetahui kondisi ruangan pada
saat itu. Dan dilakukan 3x pengujian pada tiap isolator untuk mendapatkan nilai
rata-rata dari tegangan flashover pada Isolator tersebut. Dimana Vb adalah nilai
tegangan flashover yang diukur pada saat pengujian dan Vs adalah nilai tegangan
flashover keadaan standar berdasarkan IEC 60060.
Tabel 4.6 Data tegangan flashover Isolator berpolutan NaCl 200g
No.
Bahan Isolator
Suhu
(°C)
Koreksi
Udara (δ)
Vb
(kV)
Vs
(kV)
1
2
3
Porselin
Gelas
Epoxy Resin
30,4
30,4
32,5
0,98981
0,98981
0,98300
55,3
65
94
55,9
65,7
95,6
36
Tabel 4.7 Data tegangan flashover Isolator berpolutan CaCO3 200g
No.
Bahan Isolator
Suhu
(°C)
Koreksi
Udara (δ)
Vb
(kV)
Vs
(kV)
1
2
3
Porselin
Gelas
Epoxy Resin
30,5
30
32,5
0,98948
0,99112
0,98300
65,3
74,7
97,7
66
75,3
99,4
Tabel 4.8 Data tegangan flashover Isolator berpolutan Carbon 200g
No.
Bahan Isolator
Suhu
(°C)
Koreksi
Udara (δ)
Vb
(kV)
Vs
(kV)
1
2
3
Porselin
Gelas
Epoxy Resin
31,3
31,2
32
0,98688
0,98721
0,98462
49,3
57
96,3
50
57,7
97,8
Berdasarkan Tabel 4.6, 4.7, dan 4.8 diatas maka dapat dilihat perbandingan
nilai tegangan flashover (Vb) terhadap pengaruh polutan NaCl, CaCO3 dan Carbon
dengan kadar 200 gram pada masing-masing jenis isolator uji yang ditunjukkan
pada Gambar 4.3
37
Isolator dengan Kosentrasi Polutan 200 g
Tegangan Flashover (kV)
120,0
99,1
100,0
80,0
60,0
77,7
68,7
65,3
94,0
97,7 96,3
74,7
65,0
57,0
55,3
49,3
40,0
20,0
0,0
PORSELIN
GELAS
EPOXY RESIN
Bahan Isolator
Bersih
NaCl
CaCO3
Carbon
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan flashover pada Isolator Berpolutan (200g)
Berdasarkan Gambar 4.3 diatas menunjukan bahwa pengaruh tegangan
flashover pada masing-masing isolator mempunyai grafik yang berbeda-beda.
Terlihat ketika Isolator diberi penambahan kosentrasi polutan hingga 200 gram
maka akan mempengaruhi kinerja dari isolator tersebut yang dimana dalam hal ini
nilai tegangan flashover pada isolator semakin turun. Akan tetapi nilai penurunan
tegangan flashover bervariasi tergantung jenis polutannya. Pada grafik tersebut
memperlihatkan Isolator Porselin penurunan nilai tegangan flashover terbesar
dipengaruhi oleh polutan Carbon dengan nilai 49,3 kV, sedangkan untuk penurunan
nilai tegangan flashover terkecil dipengaruhi oleh polutan CaCO3 dengan nilai 65,3
kV. Pada Isolator Gelas penurunan nilai tegangan flashover terbesar dipengaruhi
oleh polutan Carbon dengan nilai 57 kV sedangkan pengaruh terkecilnya pada
38
polutan CaCO3 dengan nilai 74,7 kV. Pada Isolator Epoxy Resin penurunan nilai
tegangan flashover terbesar didapatkan pada polutan NaCl dengan nilai 94 kV dan
untuk nilai penurunan tegangan flashover terkecil dipengaruhi polutan CaCO3
dengan nilai 97,7 kV.
4.5
Hasil Pengujian Tegangan Flashover Isolator Berpolutan 300 gram
Pada pengujian ini untuk mengetahui pengaruh nilai tegangan flashover pada
masing-masing isolator ketika diberi 3 jenis polutan yaitu NaCl, CaCO3 dan
Carbon dengan tingkat kosentrasi 300 gram. Pada saat pengujian nilai dari suhu dan
kelembaban ruangan diambil untuk mengetahui kondisi ruangan pada saat itu. Dan
dilakukan 3x pengujian pada tiap isolator untuk mendapatkan nilai rata-rata dari
tegangan flashover pada Isolator tersebut. nilai suhu dan kelembaban sebagai
kondisi ruangan saat pengujian.
Tabel 4.9 Data tegangan flashover Isolator berpolutan NaCl 300g
No.
Bahan Isolator
Suhu
(°C)
Koreksi
Udara (δ)
Vb
(kV)
Vs
(kV)
1
2
3
Porselin
Gelas
Epoxy Resin
30,9
31,3
32,7
0,98818
0,98688
0,98236
51
61,7
91,7
51,6
62,5
93,3
Tabel 4.10 Data tegangan flashover Isolator berpolutan CaCO3 300g
No.
Bahan Isolator
Suhu
(°C)
Koreksi
Udara (δ)
Vb
(kV)
Vs
(kV)
1
2
3
Porselin
Gelas
Epoxy Resin
31,3
32,5
32,2
0,98688
0,98300
0,98397
65,7
74,3
97,7
66,5
75,6
99,3
39
Tabel 4.11 Data tegangan flashover Isolator berpolutan Carbon 300g
No.
Bahan Isolator
Suhu
(°C)
Koreksi
Udara (δ)
Vb
(kV)
Vs
(kV)
1
2
3
Porselin
Gelas
Epoxy Resin
31,1
32
32,5
0,98753
0,98462
0,98300
47
50,3
95,3
47,6
51,1
97
Berdasarkan Tabel 4.9, 4.10, dan 4.11 diatas maka dapat dilihat perbandingan
nilai tegangan flashover (Vb) terhadap pengaruh polutan NaCl, CaCO3 dan Carbon
dengan kadar 300 gram pada masing-masing jenis isolator uji yang ditunjukkan
pada Gambar 4.4
Isolator dengan Kosentrasi Polutan 300 g
Tegangan Flashover (kV)
120,0
99,1
100,0
80,0
60,0
91,7
77,7
68,7
65,7
51,0
97,7 95,3
74,3
61,7
50,3
47,0
40,0
20,0
0,0
PORSELIN
GELAS
EPOXY RESIN
Bahan Isolator
Bersih
NaCl
CaCO3
Carbon
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Flashover pada Isolator Berpolutan (300g)
40
Berdasarkan Gambar 4.3 diatas menunjukan bahwa pengaruh tegangan
flashover pada masing-masing isolator mempunyai grafik yang berbeda-beda.
Terlihat ketika Isolator diberi polutan dengan kosentrasi 300 gram maka akan
mempengaruhi kinerja dari isolator tersebut yang dimana dalam hal ini terjadi
penurunan nilai tegangan flashover. Akan tetapi nilai penurunan tegangan flashover
bervariasi tergantung jenis polutannya.
Pada grafik tersebut memperlihatkan
Isolator Porselin penurunan nilai tegangan flashover terbesar dipengaruhi oleh
polutan Carbon dengan nilai 47 kV, sedangkan untuk penurunan nilai tegangan
terkecil dipengaruhi oleh polutan CaCO3 dengan nilai 65,7 kV. Pada Isolator Gelas
penurunan nilai tegangan flashover terbesar dipengaruhi oleh polutan Carbon
dengan nilai 50,3 kV sedangkan pengaruh terkecilnya pada polutan CaCO3 dengan
nilai 74,3 kV. Pada isolator resin epoksi penurunan nilai tegangan flashover terbesar
didapatkan pada polutan NaCl dengan nilai 91,7 kV dan untuk penurunan nilai
tegangan flashover terkecil dipengaruhi polutan CaCO3 dengan nilai 97,7 kV.
4.6 Perhitungan Nilai ESDD
Data hasil pengukuran konduktivitas larutan dibawah ini digunakan untuk
menghitung nilai ESDD dengan menggunakan Persamaan 2.13 sehingga dapat
menentukan tingkat polutan berdasarkan IEC 60815. Hasil pengukuran
konduktivitas larutan dapat dilihat pada lampiran. Hasil yang diperoleh dapat
dilihat pada table dibawah.
4.6.1
Nilai ESDD untuk Polutan NaCl
41
Tabel 4.12 Hasil Pengukuran ESDD Polutan NaCl
Bahan
Isolator
Porselin
Gelas
Epoxy
Resin
Kosentrasi
Polutan (g)
Konduktivitas
ESDD
(S/m)
(mg/cm2)
Tingkat
Polutan
100
0,0230
0,1065
Berat
200
0,0238
0,1247
Berat
300
0,0284
0,2319
Berat
100
0,0229
0,0688
Sedang
200
0,0237
0,0810
Sedang
300
0,0281
0,1516
Berat
100
0,0228
0,1963
Berat
200
0,0235
0,2279
Berat
300
0,0279
0,4294
Berat
4.6.2 Nilai ESDD untuk Polutan CaCO3
Tabel 4.13 Hasil Pengukuran ESDD Polutan CaCO3
Bahan
Isolator
Porselin
Gelas
Epoxy
Resin
Kosentrasi
Polutan (g)
Konduktivitas
ESDD
(S/m)
(mg/cm2)
Tingkat
Polutan
100
0,0198
0,0301
Ringan
200
0,0199
0,0321
Ringan
300
0,0199
0,0321
Ringan
100
0,0199
0,0215
S. Ringan
200
0,0199
0,0215
S. Ringan
300
0,0198
0,0202
S. Ringan
100
0,0197
0,0548
Ringan
200
0,0197
0,0548
Ringan
300
0,0198
0,0588
Ringan
42
4.6.3 Nilai ESDD untuk Polutan Carbon
Tabel 4.14 Hasil Pengukuran ESDD Polutan Carbon
Bahan
Isolator
Porselin
Gelas
Epoxy
Resin
4.7
Kosentrasi
Polutan (g)
Konduktivitas
ESDD
(S/m)
(mg/cm2)
Tingkat
Polutan
100
0,0204
0,0441
Ringan
200
0,0206
0,0482
Ringan
300
0,0211
0,0602
Sedang
100
0,0205
0,0310
Ringan
200
0,0206
0,0337
Ringan
300
0,0208
0,0364
Ringan
100
0,0202
0,0784
Sedang
200
0,0205
0,0902
Sedang
300
0,0207
0,1019
Berat
Analisa Pengaruh Polutan terhadap Nilai Tegangan Flashover Isolator
4.7.1 Tegangan Flashover Isolator Porselin Kondisi Berpolutan
43
Pengaruh Polutan Terhadap Isolator Porselin
Tegangan Flashover (kV)
75,0
70,0
68,7
66,7
65,3
65,7
65,0
59,0
60,0
55,3
59,3
55,0
49,3
50,0
51,0
47,0
45,0
40,0
0 gram
100 gram
200 gram
300 gram
Berat Polutan (g)
NaCl
CaCO3
Carbon
Gambar 4.5 Grafik Tegangan Flashover Isolator Porselin Berpolutan
Berdasarkan dari Gambar 4.5 diatas dapat dilihat bahwa terjadi penurunan
nilai tegangan flashover pada Isolator Porselin ketika diberi polutan. Hanya saja
pengaruh tiap polutan terhadap tegangan flashover isolator porselin berbeda-beda.
Terlihat bahwa penurunan tegangan flashover pada polutan NaCl sebesar 14,11%
ketika diberi kosentrasi 100 gram, 19,5% ketika diberi kosentrasi polutan 200 gram,
dan 25,76% ketika diberi kosentrasi polutan 300 gram. Pada Polutan CaCO3
penurunan nilai tegangan flashover sebesar 2,9% ketika diberi kosentrasi 100 gram,
4,94% ketika diberi kosentrasi 200 gram, dan 4,36% ketika diberi kosentrasi 300
gram. Pada Polutan Carbon penurunan tegangan sebesar 13,68% ketika diberi
kosentrasi 100 gram, 28,23% ketika diberi kosentrasi 200 gram, dan 31,58% ketika
diberi kosentrasi 300 gram. Dapat dilihat bahwa pengaruh terbesar terhadap
44
tegangan flashover isolator porselin ialah polutan jenis Carbon dan pengaruh
terkecil ialah polutan jenis CaCO3. Sekalipun nlai konduktifitas NaCl lebih besar
jika dibandingkan dengan polutan Carbon, akan tetapi polutan Carbon yang
merekat pada isolator porselin mempunyai pengaruh yang sangat besar. Hal ini
dikarenakan isolator dengan material porselin memiliki sifat hidrophilik, yang
berarti bahwa permukaan porselin mudah untuk menangkap air, sehingga pada
kondisi lingkungan yang berpolusi mudah untuk terbentuk lapisan konduktif di
permukaannya. Dan kita ketahui karakteristik dari Carbon ialah memiliki sifat
adsorpsi (penyerapan) yang tinggi dan tidak dapat larut dalam air. Sehingga
membuat polutan Carbon memiliki sifat higroskopis yang besar (kemampuan suatu
zat untuk menyerap air) yang membuat isolator porselin akan sangat mudah terjadi
flashover ketika diberi polutan Carbon. Sedangkan pada isolator berpolutan CaCO3
terlihat bahwa dengan penambahan kosentrasi polutan lebih lanjut nilai
konduktivitasnya cenderung sama sehingga tidak mengalami penurunan yang
linear terhadap tegangan flashover nya.
45
4.7.2 Tegangan Flashover Isolator Gelas Kondisi Berpolutan
Pengaruh Polutan Terhadap Isolator Gelas
80,0
77,7
Tegangan Flashover (kV)
74,7
74,7
74,3
75,0
70,7
70,0
65,0
69,3
65,0
61,7
60,0
57,0
55,0
50,3
50,0
45,0
0 gram
100 gram
200 gram
300 gram
Berat Polutan (g)
NaCl
CaCO3
Carbon
Gambar 4.6 Grafik Flashover Isolator Gelas Berpolutan
Berdasarkan dari Gambar 4.6 diatas dapat dilihat bahwa terjadi penurunan
nilai tegangan flashover pada Isolator Gelas ketika diberi polutan. Hanya saja
pengaruh tiap polutan terhadap tegangan flashover isolator Gelas berbeda-beda.
Terlihat bahwa penurunan tegangan flashover pada polutan NaCl sebesar 9%
ketika diberi kosentrasi 100 gram, 16,34% ketika diberi kosentrasi polutan 200
gram, dan 20,59% ketika diberi kosentrasi polutan 300 gram. Pada Polutan CaCO3
penurunan nilai tegangan flashover sebesar 3,86% ketika diberi kosentrasi 100
gram, 3,86% ketika diberi kosentrasi 200 gram, dan 4,37% ketika diberi kosentrasi
300 gram. Pada Polutan Carbon penurunan tegangan sebesar 10,81% ketika diberi
kosentrasi 100 gram, 26,64% ketika diberi kosentrasi 200 gram, dan 35,26% ketika
46
diberi kosentrasi 300 gram. Sama halnya dengan isolator porselin pengaruh terbesar
terhadap tegangan flashover pada isolator gelas ialah polutan jenis Carbon dan
pengaruh terkecil ialah polutan jenis CaCO3. Karena isolator dengan material gelas
atau kaca mempunyai sifat mengkondensir kelembaban udara artinya uap air mudah
mengembun pada permukaan kaca sehingga polutan akan lebih mudah mengumpul
pada permukaan isolator, dan Carbon memiliki sifat higroskopis yang besar
ketimbang polutan lainnya sehingga sangat mudah terbentuk lapisan konduktif pada
permukaan isolator gelas. Sekalipun kita ketahui bahwa NaCl memiliki nilai
konduktivitas lebih besar jika dibandingkan dengan polutan Carbon akan tetapi
senyawa NaCl sangat mudah larut dalam air sehingga jumlah polutan yang merekat
di permukaan isolator jauh lebih sedikit ketimbang polutan Carbon yang memiliki
karakteristik antara lain adsorpsi yang tinggi dan tidak larut dalam air. Sedangkan
pada isolator berpolutan CaCO3 terlihat bahwa dengan penambahan kosentrasi
polutan lebih lanjut nilai konduktivitasnya cenderung sama sehingga tidak
mengalami penurunan yang signifikan terhadap tegangan flashover nya dalam hal
ini mengalami kejenuhan.
47
4.7.3 Tegangan Flashover Isolator Resin Epoksi Kondisi Berpolutan
Pengaruh Polutan Terhadap Isolator Epoxy Resin
Tegangan Flashover (kV)
105,0
100,0
99,1
98,0
97,7
97,3
96,3
95,0
95,7
97,7
95,3
94,0
90,0
91,7
85,0
80,0
75,0
70,0
0 gram
100 gram
200 gram
300 gram
Berat Polutan (g)
NaCl
CaCO3
Carbon
Gambar 4.7 Grafik Tegangan Flashover Isolator Resin Epoksi Berpolutan
Berdasarkan dari Gambar 4.7 diatas dapat dilihat bahwa terjadi penurunan nilai
tegangan flashover pada Isolator resin epoksi ketika diberi polutan. Hanya saja
pengaruh tiap polutan terhadap tegangan flashover isolator resin epoksi berbedabeda. Terlihat bahwa penurunan tegangan flashover pada polutan NaCl sebesar
3,43% ketika diberi kosentrasi 100 gram, 5,14% ketika diberi kosentrasi polutan
200 gram, dan 7,46% ketika diberi kosentrasi polutan 300 gram. Pada Polutan
CaCO3 penurunan nilai tegangan flashover sebesar 1,10% ketika diberi kosentrasi
100 gram, 1,41% ketika diberi kosentrasi 200 gram, dan 1,41% ketika diberi
kosentrasi 300 gram. Pada Polutan Carbon penurunan tegangan sebesar 1,81%
ketika diberi kosentrasi 100 gram, 2,82% ketika diberi kosentrasi 200 gram, dan
3,83% ketika diberi kosentrasi 300 gram. Dapat dilihat bahwa pengaruh terbesar
48
terhadap tegangan flashover pada isolator resin epoksi ialah polutan jenis NaCl dan
pengaruh terkecil ialah polutan jenis CaCO3. Berbeda dengan isolator sebelumnya,
isolator epoxy resin salah satu jenis material polimer yang mempunyai sifat
hydrophobic (menolak air) yang baik dan memindahkan sifat hidrofobiknya ke
lapisan polusi menyebabkan lapisan polusi ikut bersifat hidrofobik. Sifat tersebut
salah satu kelebihan dari isolator berbahan polimer karena dalam kondisi lembab
ataupun basah akan sulit terbentuknya lapisan air yang kontinu pada permukaan
isolator yang membuat persentase penurunan kinerja isolator polimer kondisi
terpolusi lebih kecil dibandingkan isolator porselin ataupun gelas. Pengaruh
terbesar terhadap tegangan flashover pada isolator polimer ialah pada polutan NaCl
karena polutan tersebut salah satu senyawa elektrolit kuat sehingga memiliki sifat
konduktif dan nilai konduktivitas dari NaCl yang lebih tinggi ketimbang Carbon
ataupun CaCO3, sehingga semakin cepat terjadi peristiwa flashover. Sedangkan
pada isolator berpolutan CaCO3 terlihat bahwa terjadi pelapisan polutan lebih
banyak ketimbang NaCl dikarenakan CaCO3 sangat sulit larut dalam air, hanya saja
pengaruhnya sangat kecil terhadap kekuatan dielektrik pada permukaan isolator
polimer, bahkan dengan penambahan kosentrasi polutan CaCO3 lebih lanjut nilai
konduktivitasnya cenderung sama sehingga tidak mengalami penurunan yang
signifikan terhadap tegangan flashover.
49
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan Analisa yang telah dilakukan pada Tugas Akhir ini, dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Ketika Isolator terpolusi garam-garaman, maka akan menurunkan kekuatan
dielektrik dari suatu bahan isolator. Hal ini disebabkan karena garam salah
satu senyawa elektrolit kuat yang dapat menghantarkan listrik sehingga
lebih mudah terjadi flashover. Pada isolator terpolusi asap industry atau asap
dari pembakaran maka akan
membuat kekuatan dielektrik isolator
menurun, hal ini disebabkan karena asap sisa pembakaran mengandung
Carbon yang memiliki sifat adsorpsi dan absorpsi sehingga dapat
membentuk lapisan konduktif pada permukaan isolator. Sedangkan ketika
isolator terpolusi debu, dengan penambahan polutan lebih lanjut hanya akan
mengalami kejenuhan dan memiliki persentase perubahan yang sangat kecil
pada tegangan flashover hal ini disebabkan karna nilai konduktivitasnya
yang rendah.
2. Penurunan nilai tegangan flashover terbesar pada isolator porselin ialah 47
kV atau 31,58% ketika terpolusi Carbon, pada isolator gelas mengalami
penurunan tegangan flashover hingga 50,3 kV atau 35,26% ketika terpolusi
50
Carbon, sedangkan pada isolator resin epoksi penurunan terbesarnya 91,7
kV atau 7,46% ketika terpolusi NaCl.
3. Besarnya nilai penurunan tegangan flashover sangat dipengaruhi oleh sifat
polutan, kosentrasi polutan, nilai konduktivitas polutan dan karakteristik
dari jenis material isolator tersebut.
5.2 Saran
Adapun saran yang dapat penulis berikan dalam Tugas Akhir ini antara lain
sebagai berikut :
1. Studi lebih lanjut bisa dilakukan dengan mengukur tegangan flashover
kondisi basah dan kering pada isolator terpolusi
2. Studi lebih lanjut bisa dilakukan dengan mengukur arus bocor pada isolator
terpolusi
51
DAFTAR PUSTAKA
Amali, Lanto, M. L. 2012. Analisis Pengujian Arus Bocor Line Post Insulator 70
kV yang Terkontaminasi Polutan Industri. Gorontalo: Teknik Elektro Fak.
Teknik Universitas Negeri Gorontalo
Arismunandar. 2001. Teknik Tegangan Tinggi. Jakarta: PT Pradnya Paramita.
Bangun Yoshua Baptist. 2016. Pengaruh Benang Layangan Terhadap Tegangan
Flashover Pada Berbagai Jenis Isolator Distribusi 20 kV Terpolusi. Skripsi.
Medan: Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara.
Berahim, Hamzah., 2005, “Metodologi Untuk Mengkaji Kinerja Isolasi Polimer
Resin Epoksi Silane Sebagai Material Isolator Tegangan Tinggi di Daerah
Tropis”, Disertasi Fakultas Ilmu Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas
Gadjah Mada.
Gorur, R.S., Cherney,E.A., Burnham, J.T. 1999. Outdoor Insulators, Ravi S Gorur
Inc. Phoenix, Arizona, USA.
Irfangi Mokhamad, “Pengaruh Polutan Garam Terhadap Tegangan Flashover
Pada Isolator Berbahan Keramik Dan Polimer Menggunakan Metode Slow
Rate Of Rise Test,” Skripsi. Universitas Jember. 2016.
Kuffel, E., dkk. 2000. High Voltage Engineering: Fundamentals. Edisi kedua.
Oxford: Butterworth-Heinemann.
Lee Henry, Kris Neville, 1957, ”Epoxy Resins Their Application And Technology”,
McGraw-Hill Book Company, INC, New York Toronto London.
52
Markis, Lince. 2012. Pengaruh Bahan Dielektrik Dalam Unjuk Kerja Waveguide.
Jurnal Ilmu Fisika Teknik Elektro Vol 4 No 1
Milan Jones, “Analisis Pengaruh Polutan Pada Isolator Kaca Terhadap Distribusi
Tegangan Isolator Rantai,” Jurnal Singuda Ensikom Vol.14 No.40, Maret
2016.
Prasojo, Winarko Ari, Abdul Syakur, dan Yuningtyastuti, Analisis Partial
Discharge pada Material Polimer Resin Epoksi dengan Menggunakan
Elektroda Jarum Bidang, Tugas Akhir, Universitas Diponegoro, Semarang,
2009.
Purba, Daniel Yus Triandi, “Pengaruh Temperatur Terhadap Tegangan Lewat
Denyar AC Pada Isolator Piring Terkontaminasi Polutan”. Skripsi.
Universitas Sumatera Utara. 2016.
Salama Manjang, Mustamin, 2010, Kajian Karakteristik Isolator Polimer
Tegangan Tinggi Oleh Penuaan Berbagai Tekanan Buatan Pada Daerah
Tropis, Proc, National Conference on Industrial Electrical and Electronic ,
UNTIRTA, Cilegon, Indonesia, 15-16 Desember 2010.
Setiaji, Muhammad, E. D., Yuningtyastuti., Syakur, Abdul. 2012. Pengujian
Tegangan Flashover dan Arus Bocor pada Isolator 20 KV Berbahan Epoksi
Silane Silika Kondisi Basah dan Kering. Semarang: Fakultas Teknik
Universitas Diponegoro
Sihombing, Alex T. 2016, “Pengaruh Polutan Terhadap Tegangan Flashover AC
pada Berbagai Jenis Isolator” Skripsi. Universitas Sumatera Utara. 2016.
53
Syahrawardi, “Pengaruh Hujan Terhadap Tegangan Lewat Denyar Isolator Piring
Terpolusi,” Jurnal Singuda Ensikom Vol.10 No.28, Maret 2015.
SPLN 10-3B, “Tingkat Intensitas Polusi Sehubungan dengan Pedoman Pemilihan
Isolator”, Perusahaan Listrik Negara, 1993.
Surdia,T., Saito,S., 1995, Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya Paramita,
Jakarta.
Tarigan, Yosephine. (2018) “Pengaruh Polutan pada Isolator Piring Kondisi Kering
dan Basah Terhadap Arus Bocor dan Tegangan Lewat Denyar” Skripsi.
Universitas Sumatera Utara. 2018
Tobing, Bonggas L., Peralatan Tegangan Tinggi, PT. Gramedia Pustaka Utama,
Jakarta, 2003.
Waluyo, Pengaruh Komposisi Bahan Isolasi Resin Epoksi dengan Bahan Pengisi
Rice Husk Ash (RHA) terhadap Arus Bocor dengan Metode IEC 587,
Penelitian,Universitas Bengkulu, 2010.
Wardhani, Arfianti Kusuma. 2011. Analisis Perbandingan Pengaruh Debu Semen
Antara Isolator Pos Pin dan Isolator Gantung Terhadap Flashover
Menggunakan Metode Short Time Test. Jember: Teknik Elektro Fak. Teknik
Universitas Jember
54
LAMPIRAN
Lampiran 1 : Hasil pengujian flashover pada isolator terpolusi
Isolator terpolusi NaCl
Tekanan Udara saat Pengujian = 778 mmHg
No
1
2
3
Jenis
Isolator
Porselin
Gelas
Resin
Epoksi
Kadar
Polutan
(g)
Suhu
(°C)
Kelem Koreksi
-baban Udara
(%)
(δ)
100 g
31,2
65%
0,98721
57 59 61
59
59,8
200 g
30,4
75%
0,98981
55 56 55
55,3
55,9
300 g
30,9
66%
0,98818
50 52 51
51
51,6
100 g
31,3
62%
0,98688
70 72 70
70,7
71,6
200 g
30,4
76%
0,98981
63 66 66
65
65,7
300 g
31,3
64%
0,98688
60 63 62
61,7
62,5
100 g
31,7
67%
0,98559
96 95 96
95,7
97,1
200 g
32,5
74%
0,98300
94 95 93
94
95,6
300 g
32,7
61%
0,98236
90 93 92
91,7
93,3
Vb (kV)
1
2
3
Vb
Vs
(kV) (kV)
Isolator terpolusi CaCO3
Tekanan Udara saat Pengujian = 778 mmHg
No
1
2
3
Jenis
Isolator
Porselin
Gelas
Resin
Epoksi
Kadar
Polutan
(g)
Suhu
(°C)
Kelem- Koreksi
baban Udara
(%)
(δ)
100 g
31,6
62%
0,98591
67 66 67
66,7
67,6
200 g
30,5
73%
0,98948
67 65 64
65,3
66,0
300 g
31,3
64%
0,98688
66 65 66
65,7
66,5
100 g
31,7
63%
0,98559
74 75 75
74,7
75,8
200 g
30
75%
0,99112
75 75 74
74,7
75,3
300 g
32,5
66%
0,98300
74 76 73
74,3
75,6
100 g
32,7
69%
0,98236
98 98 98
98
99,8
200 g
32,5
70%
0,98300
98 97 98
97,7
99,4
300 g
32,2
57%
0,98397
98 98 97
97,7
99,3
Vb (kV)
1
2
3
Vb
Vs
(kV) (kV)
55
Isolator terpolusi Carbon
Tekanan Udara saat Pengujian = 778 mmHg
No
1
2
3
▪
Jenis
Isolator
Porselin
Gelas
Resin
Epoksi
Kadar
Polutan
(g)
Suhu
(°C)
Kelem- Koreksi
baban Udara
(%)
(δ)
100 g
32
65%
0,98462
59 60 59
59,3
60,3
200 g
31,3
69%
0,98688
48 50 50
49,3
50,0
300 g
31,1
64%
0,98753
45 48 48
47
47,6
100 g
32,5
61%
0,98300
70 68 70
69,3
70,5
200 g
31,2
71%
0,98721
56 58 57
57
57,7
300 g
32
65%
0,98462
50 51 50
50,3
51,1
100 g
31,3
69%
0,98688
97 97 98
97,3
98,6
200 g
32
70%
0,98462
96 97 96
96,3
97,8
300 g
32,5
61%
0,98300
96 95 95
95,3
97,0
Vb (kV)
1
2
3
Vb
Vs
(kV) (kV)
Perhitungan Vs (Isolator Porselin terpolusi Carbon 100g)
Tekanan udara saat pengujian (p) = 778 mmHg
Tegangan keadaan standar (Vs)
Tegangan saat pengujian (Vb)
Suhu saat pengujian (T)
Vs = Vb/δ
𝛿 = (0,386 𝑝) / (273 + 𝑇)
δ = (0,386 x 778) / (273 + 32)
= 0,98462
Vs = 59,3 / 0,98462
= 60,3 kV
56
Lampiran 2 : Perhitungan kosentrasi garam dan ESDD pada Isolator terpolusi
▪
Isolator Porselin, Kosentrasi NaCl 100g
- Menghitung Salinitas Larutan Pencuci
σθ = 0,0215 S/m pada t = 27oC
Konduktivitas Larutan Pada temperature 20 oC
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
Dengan menggunakan Persamaan 2.4 didapatkan nilai faktor koreksi :
b = 0,02000
Maka, didapat :
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
σ20 = 0,0215 [1 − 0,02000 (27 − 20)]
σ20 = 0,0185 S/m
Nilai Salinitas dari larutan pencuci :
D = (5,7 x σ20)1.03
D1 = 0,0985 mg/cm3
- Menghitung Salinitas Larutan Terpolusi
σθ = 0,0268 S/m pada t = 27oC
Konduktivitas Larutan Pada temperature 20 oC
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
Dengan menggunakan Persamaan 2.4 didapatkan nilai faktor koreksi :
b = 0,02000
Maka, didapat :
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
σ20 = 0,0268 [1 − 0,02000 (27 − 20)]
σ20 = 0,0230 S/m
Nilai Salinitas dari larutan pencuci :
D = (5,7 x σ20)1.03
D2 = 0,1236 mg/cm3
57
- Nilai dari ESDD :
Volume air pencuci = 6000 mL, Luas Permukaan isolator 1413,71 cm2
ESDD = V
D2 − D1
S
ESDD = V
0,1236 − 0,0985
1413,71
ESDD = 0,1065 mg/cm2 (Tergolong pada tingkat polusi berat)
▪
Isolator Kaca, Kosentrasi CaCO3 200g
- Menghitung Salinitas Larutan Pencuci
σθ = 0,0215 S/m pada t = 27oC
Konduktivitas Larutan Pada temperature 20 oC
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
Dengan menggunakan Persamaan 2.4 didapatkan nilai faktor koreksi :
b = 0,02000
Maka, didapat :
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
σ20 = 0,0215 [1 − 0,02000 (27 − 20)]
σ20 = 0,0185 S/m
Nilai Salinitas dari larutan pencuci :
D = (5,7 x σ20)1.03
D1 = 0,0985 mg/cm3
- Menghitung Salinitas Larutan Terpolusi
σθ = 0,0231 S/m pada t = 27oC
Konduktivitas Larutan Pada temperature 20 oC
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
Dengan menggunakan Persamaan 2.4 didapatkan nilai faktor koreksi :
b = 0,02000
58
Maka, didapat :
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
σ20 = 0,0231 [1 − 0,02000 (27 − 20)]
σ20 = 0,0199 S/m
Nilai Salinitas dari larutan pencuci :
D = (5,7 x σ20)1.03
D2 = 0,1061 mg/cm3
- Nilai dari ESDD :
Volume air pencuci = 6000 mL, Luas Permukaan isolator 2106,21 cm2
ESDD = V
D2 − D1
S
ESDD = V
0,1061 − 0,0985
2106,21
ESDD = 0,0215 mg/cm2 (Tergolong pada tingkat polusi sangat ringan)
▪
Isolator Polimer, Kosentrasi Carbon 300g
- Menghitung Salinitas Larutan Pencuci
σθ = 0,0215 S/m pada t = 27oC
Konduktivitas Larutan Pada temperature 20 oC
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
Dengan menggunakan Persamaan 2.4 didapatkan nilai faktor koreksi :
b = 0,02000
Maka, didapat :
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
σ20 = 0,0215 [1 − 0,02000 (27 − 20)]
σ20 = 0,0185 S/m
Nilai Salinitas dari larutan pencuci :
D = (5,7 x σ20)1.03
59
D1 = 0,0985 mg/cm3
- Menghitung Salinitas Larutan Terpolusi
σθ = 0,0241 S/m pada t = 27oC
Konduktivitas Larutan Pada temperature 20 oC
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
Dengan menggunakan Persamaan 2.4 didapatkan nilai faktor koreksi :
b = 0,02000
Maka, didapat :
σ20 = σθ [1 − b (θ − 20)]
σ20 = 0,0241 [1 − 0,02000 (27 − 20)]
σ20 = 0,0207 S/m
Nilai Salinitas dari larutan pencuci :
D = (5,7 x σ20)1.03
D2 = 0,1108 mg/cm3
- Nilai dari ESDD :
Volume air pencuci = 6000 mL, Luas Permukaan isolator 723,5 cm2
ESDD = V
D2 − D1
S
ESDD = V
0,1108 − 0,0985
723,5
ESDD = 0,1019 mg/cm2 (Tergolong pada tingkat polusi berat)
60
Lampiran 3 : Persiapan Bahan Isolator
Isolator Porselin
Isolator Porselin
Isolator Epoxy
Resin
Lampiran 4 : Bahan Polutan
NaCl ; CaCO3 ; Carbon ; Kaolin
61
Lampiran 5 :
Alat Pengujian Tegangan Tinggi AC
Connecting cup, Connecting rod,
Floor Pedestal
Capacitor Measurement 100 pF
Transformator Uji
Control Desk
62
Lampiran 6 : Alat Pendukung
Gelas Ukur
Termometer Air Raksa
Konduktivitas Meter
Timbangan
Termometer Suhu dan Kelembaban
63
Kabel Feeder
Tangga
APD (Alat Pelindung Diri)
64
Lampiran 7 :
Perendaman Isolator Pada Larutan Terpolusi
Pengukuran Konduktivitas pada Isolator Berpolutan
65
Lampiran 8 :
Isolator Porselin Terpolusi
Terpolusi NaCl
Terpolusi Carbon
Terpolusi CaCO3
66
Lampiran 9 :
Isolator Gelas Terpolusi
Terpolusi NaCl
Terpolusi Carbon
Terpolusi CaCO3
67
Lampiran 10 :
Isolator Resin Epoksi Terpolusi
Terpolusi NaCl
Terpolusi Carbon
Terpolusi CaCO3
68
Lampiran 11 :
Penginjekkan Tegangan Tinggi AC
69
Lampiran 12 :
Pengujian Flashover pada Isolator Porselin
Pengujian Flashover pada Isolator Gelas
70
Pengujian Flashover pada Isolator Resin Epoksi
71