APPLICATION OF EXPERT SYSTEM

SEMINAR NASIONAL TEKNIK KETENAGALISTRIKAN 2005
Teknik Elektro Fak. Teknik – Universitas Diponegoro
KAJIAN AWAL TENTANG KARAKTERISTIK POLUTAN
PADA DAERAH PANTAI, KAWASAN INDUSTRI DAN PANAS BUMI,
DAN KEMUNGKINAN PENGARUHNYA PADA ISOLATOR PASANGAN LUAR
Waluyo*), Parouli M. Pakpahan**), Suwarno**)
*)
Mahasiswa Program Doktor, Departemen Teknik Elektro, ITB
Staf Akademik, Jurusan Teknik Elektro, Itenas, Bandung
e-mail : [email protected]
**)
Staf Akademik, Departemen Teknik Elektro
Institut Teknologi Bandung, Bandung
Abstract
Overhead transmission and distribution lines are
predominantly used to dispatch electric power
from generation station to distribution points.
The lines, especially those in Java Island, spread
out through some electrically severe areas, such
as coastal, industrial and geothermal zones.
Those areas might produce different typical
pollutants.
This paper presents a comparison of some
pollution severities in coastal, industrial and
geothermal zones based on literature reviews
and possibility of their effects on outdoor
insulators of high or medium voltage
transmission/distribution lines.
As preliminary results, it reveals that in coastal
zones, the most pollutant is NaCl which becomes
conductive when humidity increases. Whilst for
industrial areas, it will depend on pollutants
produced by the industries. For example, in a
cement industrial area, the most pollutant is Si
element. Such element, if hit by rain and
simultaneously under high voltage condition, it
will not be so conductive. While in geothermal
areas, the most pollutant is H2S where if hit by
rain and under high voltage it will be
conductive. As addition, H2S gas has a corrosive
property and in fact even it will be sulphate acid
if hit by rain. Beside above pollutants, there are
some other pollutants which play an important
role too on the performance of outdoor
insulators.
Keywords : coastal zones, industrial areas,
geothermal zones, natrium chloride, silicone,
hydrogen sulfide.
1. Pendahuluan
Saluran udara transmisi dan distribusi sangat
banyak digunakan dalam sistem daya listrik saat
ini untuk menyalurkan dan mendistribusikan
Semarang, 24 -25 Nopember 2005
daya atau energi listrik dari pusat-pusat
pembangkit ke konsumen. Saluran-saluran
tersebut, sebagai contoh untuk pulau Jawa,
membentang melalui beberapa daerah padat
polusi yang bersifat kimiawi, seperti daerah
pantai, industri dan panas bumi. Sebagaimana
telah banyak diketahui, pulau Jawa merupakan
pulau yang terbesar dalam menghasilkan dan
mengkonsumsi energi listrik di Indonesia.
Sementara daerah-daerah tersebut menghasilkan
beberapa jenis polutan, yang akan berpengaruh
terhadap kinerja isolator transmisi dan distribusi.
2. Daerah Polusi
a. Daerah Pantai
Menurut Vosloo [7], yang telah melakukan
penelitian di daerah empat titik, dimana di
dalamnya termasuk daerah pantai, secara ratarata diperoleh unsur-unsur kimia seperti berikut
Tabel 1.
Tabel 1 Unsur kimia polusi pada umumnya
menurut Vosloo
Unsur
Na
Mg
Al
Si
S
Cl
K
Ca
Ti
Fe
Prosentase (%)
2,85
1,16
1,2
29,74
9,77
46,41
1,63
6,22
0,43
0,59
A-55
SEMINAR NASIONAL TEKNIK KETENAGALISTRIKAN 2005
Teknik Elektro Fak. Teknik – Universitas Diponegoro
Sedangkan di daerah pantai sendiri, umumnya
terdiri dari polusi dengan senyawa seperti Tabel
2 sebagai berikut.
Tabel 2. Senyawa polutan pada daerah pantai
(Na+)
(Mg2+)
(K+)
3+)
4+)
(Al
(Si
(Ca2+)
NaCl
MgCl2 AlCl3 SiO2 K2SO4 CaCl2
Na2SO4 MgSO4
KCl
Penelitian tersebut menggunakan directional
dust
deposit
gauge
(DDG),
untuk
mengumpulkan partikel polusi di atmosfer. Alat
tersebut mempunyai 4 (empat) arah utama, yaitu
Selatan, Barat, Utara dan Timur. Dimana arah
Barat menghadap ke lautan dan arah Timur
menghadap ke daratan. Alat dipasang tiga meter
di atas tanah.
b. Daerah Industri
Menurut Salama M. et al [4], dari analisis
komposisi unsur menggunakan Spectrophoto
Meter Model 340 dengan merek Sequoia –
Tunner, didapatkan komposisi unsur dari polutan
Gardu Distribusi PT Pabrik Semen Tonasa II.
Tabel 3 Polutan Gardu Distribusi PT Pabrik
Semen Tonasa II
Unsur polutan
Tingkat kandungan
(ppm)
Sulfur (S)
0,007
Seng (Zn)
0,200
Natrium (Na)
0,650
Fosfor (P)
0,309
Aluminium (Al)
3,620
Besi (Fe)
0,005
Kalsium (Ca)
10,420
Silicon (Si)
0,102
Pada gardu distribusi. PT. Pabrik Semen Tonasa
II berasal dari debu dan industri sekitarnya,
komposisi silikon (Si) 0,102 ppm. Selain dari
limbah polusi udara PT. Pabrik Semen Tonasa,
juga berasal dari tetes–tetes air peralatan Cooling
Water PT.Pabrik Semen Tonasa. Dengan adanya
Silikon (Si) yang di alam biasanya berbentuk
senyawa – senyawa silikat akan membuat
polutan bisa mengeras seperti efek dari semen.
Nilai kandungan komposisi Natrium (Na) 0,65
ppm dimungkinkan karena lokasi gardu
distribusi. PT. Pabrik Semen Tonasa cukup jauh
dari laut sekitar ±55 km dari pantai. Komposisi
Besi (Fe) 0,005 ppm, Kalsium (Ca) 10,41 ppm,
Fosfor (P) 0,309 ppm, Zeng (Zn) 0,20 ppm,
Sulfur (S) 0,007 ppm dan Aluminium (Al) 3,62
ppm merupakan komposisi unsur yang berasal
Semarang, 24 -25 Nopember 2005
dari debu–debu terbang yang bersumber dari
pabrik semen.
Larutan yang terbentuk merupakan suspensi, zat
pelarut (air aqua) dan zat yang dilarutkan
(polutan gardu distribusi PT.Pabrik Semen
Tonasa) tidak dapat bercampur. Partikel dari zat
dilarutkan hanya menyebar dan akan mengendap
bila didiamkan. Konduktivitas larutan naik
dengan bertambahnya konsentrasi polutan.
Fenomena tersebut menunjukkan sebagai
perbandingan bahwa untuk konsentrasi polutan
yang sama larutan polutan gardu distribusi
PT.Pabrik Semen Tonasa ± 4,1 kali lebih
konduktif dari pada larutan Kaolin.
Silikon dalam bentuk oksidanya (SiO2 atau
Quartz) bukanlah senyawa yang dapat larut
dalam air. Besi dalam bentuk oksidanya (Fe2O3
atau Hematite) dalam air tidak bisa larut. Untuk
almunium dalam oksidanya (Al2O3 atau
Corundum) juga bukanlah suatu senyawa yang
bisa larut dalam air. Prosentase yang besar dari
ketiga unsur di atas ialah (Si, Al, dan Fe) bukan
penyumbang komponen konduktif polutan gardu
distribusi PT. Pabrik Semen Tonasa.
Natrium (Na) sangat mungkin berbentuk NaCl,
merupakan penyumbang konduktivitas polutan
gardu distribusi PT Pabrik Semen Tonasa.
Sedangkan menurut Vosloo [7], umumnya
daerah industri mempunyai senyawa polutan
H2SO4, SOx, HCl, CaSO4, FeCl2, Fe2O3, FeSO4,
COx, NOx dan HNO3.
Sementara menurut Zhiyi Su [8] isolator yang
dipasang pada gardu induk Guojiagang berjarak
sekitar 0,5 km dari pabrik semen mempunyai
90% kandungan Kalsium.
c. Daerah Panas Bumi
Menurut Jorn Larsen-Basse et al [3] penelitian
pada panas bumi dilakukan selama perioda
Agustus 1981 sampai November 1982. Tempat
uji spesimen dalam kolam pengendapan dan
dalam uap untuk berbagai perioda waktu. Cairan
mempunyai laju kecepatan 400 l/min., suhu
76oC, pH 7,15 dan kandungan berikut garam dan
gas terlarut dalam ppm
Tabel 4 Kandungan kimia pada lingkungan
panas bumi
Jenis garam / gas
ppm
H 2S
20
Cl
7230
Na
3750
K
120
Ca
150
SiO2
650
O2
1,6
A-56
SEMINAR NASIONAL TEKNIK KETENAGALISTRIKAN 2005
Teknik Elektro Fak. Teknik – Universitas Diponegoro
Uap yang terkena angin terdiri sekitar 20%
udara, dengan pH berkisar 4-4,5, dan
mengandung 100 ppm CO2 dan 80 ppm H2S.
Uap yang tidak terkena angin pada pH yang
sama, hanya mempunyai sedikit CO2, dan 100
ppm H2S. Gas-gas yang termasuk sedikit dalam
uap (<3 ppm) adalah He, CO, metana, dan tidak
seperti sistem geothermal lain, tidak ditemukan
gas amonia. Suhu pada pengujian berkisar 100oC
dan uap mengalir pada laju. 75 l/min.
Pada bagian lain disebutkan bahwa kandungan
H2S di lokasi Matsukawa sebesar 1500 ppm,
Cerro Prieto sebesar 1500 ppm dan
Ahnachapan sebesar 130 ppm.
Menurut Sharma [5] pada RH (relative
humidity) rendah, reaksi H2S dengan tembaga
terbuka (bare copper) berlangsung pada laju
lebih rendah dan bersifat linier. Pada sampel
sebelum oksidasi, tidak timbul film bercak atau
noda secara signifikan yang terjadi pada
kelembaban relatif rendah. Karena ketebalan
oksida pada sampel sebelum oksidasi cukup
lebih besar dari ketebalan oksida yang ada
(~60A) pada suhu kamar, dan Cu2O secara
termodinamik lebih stabil dari pada Cu2S atau
CuS, film oksida terlindung terhadap serangan
selanjutnya pada kelembaban relatif rendah.
Tembaga bereaksi dengan H2S kering (0%RH),
begitu juga pada kelembaban relatif yang tinggi.
Laju reaksi H2S dengan tembaga terbuka pada
0% RH lebih kecil daripada pada RH tinggi. Cu
dapat bereaksi dengan H2S menurut salah satu
skema berikut.
Tabel 5 Skema reaksi kimia Cu dan H2S
Reaksi Kimia
∆G (cal/mole)
2Cu+H2SCu2S+H2
-10 900-1.72T
(298-376K)
Cu+H2SCuS+H2
-5400+5,35T
(298-376K)
Cu2S+H2S2CuS+H2
150+12,43T
(298-376K)
Pada kelembaban relatif yang tinggi, Cu2O
bereaksi dengan H2S. Laju reaksi dengan Cu
terbuka juga jauh lebih besar. Oksidasi H2S
terhadap sulfur dalam cairan pelarut, dengan
reaksi
[H2S]aq + [O2]aq  S + H2O
Pada kondisi tertentu kedua gas tersebut bereaksi
menjadi
H2S +2O2  H2SO4 (asam sulfat)
Semarang, 24 -25 Nopember 2005
Dengan adanya medan listrik yang tinggi,
senyawa tersebut dapat terurai
H2SO4  2H+ + SO42Dengan unsur besi, ion tersebut bereaksi menjadi
2Fe3+ +3 SO42-  Fe2(SO4)3
Sedangkan menurut Bacci et al [1], di sekitar
pusat listrik panas bumi di gunung Amiata
(Italia), gas CO menempati bagian 94-98%,
sekitar 1% gas H2S atau 20-40 µg/m3, dan
mercury 10-20 ng/m3. Di sisi lain, disebutkan
bahwa selang laju emisi mercury 300-400 g/h
atau 3-4 g/h per MW kapasitas listrik terpasang,
dimana emisi tersebut menyatu dengan
pelepasan 7-8 kg/(h.MW) H2S. Merkuri
merupakan pelepasan senyawa gas HgO dan
mencapai atmosfer bersama gas berat lainnya.
Menurut Dai Jianjun et al [2] dan Tourreil et al
[6] asam sulfuric, termasuk H2SO4, berasal dari
hujan asam yang akan menyebabkan retak-rapuh
(brittle-fractured) pada isolator komposit.
3. Diskusi
Di
daerah
pantai
(coastal)
umumnya
mengandung garam dengan jenis senyawa
Natrium, Magnesium dan Calsium. Senyawa
dapat larut dalam air dan berhamburan di udara
dalam kondisi kering sebagai polutan.
Sebagaimana kita ketahui, bahwa garam-garam
tersebut dalam larutan air akan bersifat konduktif
dan bilamana menempel pada permukaan
isolator tegangan tinggi pasangan luar, maka
akan meningkatkan konduktifitas permukaan
tersebut. Besar konduktifitas tersebut sangat
bergantung pada jenis dan besar kandungan
garam-garam tersebut dan tingkat kandungan air
atau kelembaban.
Saluran udara tegangan tinggi dan ekstra tinggi
di pulau Jawa sebagian besar membentang pada
daerah pesisir utara. Tentu saja membutuhkan
isolator pasangan luar, dimana kinerjanya akan
sangat dipengaruhi oleh daerah pantai yang
berpolusi tersebut.
Sedangkan di lingkungan industri semen,
umumnya polusi terdiri dari senyawa dengan
unsur silikon, ferrum, kalsium dan aluminium.
Unsur-unsur tersebut tidak larut dalam air,
sehingga
ketiganya
bukan
penyumbang
komponen kondukftif polutan.
Akan tetapi dengan ketebalan tertentu akan
berpengaruh terhadap hidrofobisitas atau
penolakan terhadap air, sementara air akan
meningkatkan arus bocor dan/atau medan listrik
pada permukaan isolator.
A-57
SEMINAR NASIONAL TEKNIK KETENAGALISTRIKAN 2005
Teknik Elektro Fak. Teknik – Universitas Diponegoro
Sedangkan di lingkungan panas bumi atau
geothermal, terdapat gas-gas CO, H2S dan HgO.
Kedua gas pertama apabila terkena air hujan
akan menyebabkan hujan asam dan medan listrik
yang tinggi dimungkinkan menjadi asam
karbonat dan asam sulfat, dimana pada tingkat
tertentu menjadi bersifat konduktif. Sedangkan
menurut beberapa literatur asam tersebut
menyebabkan retak-rapuh (brittle-fractured)
pada isolator.
Selain itu gas H2S akan merusak logam tembaga
atau aluminium (yang pada umumnya sebagai
live part atau bagian bertegangan untuk
peralatan tegangan tinggi seperti bushing,
konduktor, dll) berupa korosi. Akibat korosi
tersebut, memungkinkan untuk meninggalkan
bekas pada isolator di sekitarnya, yang mana
tentu saja akan meningkatkan konduktifitas
permukaan isolator. Bahkan dimungkinkan
isolator mengalami pelepasan dari bagian
penghantar yang bertegangan dan
bagian
grounding.
Sedangkan senyawa HgO (senyawa merkuri)
sudah jelas bersifat konduktif, yang akan
meningkatkan konduktifitas permukaan isolator
pasangan luar.
Daerah pantai umumnya mengandung polutan
garam yang terlarut pada air. Dengan demikian
dapat dievaluasi dengan ESDD (Equivalent Salt
Deposit Density). Sedangkan kawasan industri
semen sebagian besar mengandung polutan tak
larut. Oleh karena itu perlu dievaluasi dengan
NSDD (Non Soluble Deposit Density).
Sedangkan untuk daerah panas bumi dapat
dievaluasi dengan beberapa cairan asam (sulfuric
dan nitric), sebagaimana representasi hujan
asam.
4. Kesimpulan
Kawasan pantai dan industri merupakan daerah
dengan polutan yang tinggi dan sangat
berpengaruh terhadap kinerja isolator tegangan
tinggi pasangan luar. Di daerah pantai polutan
akan meningkatkan konduktifitas permukaan
isolator, sedangkan di daerah industri semen
belum terbukti meningkatkan konduktifitas
permukaan isolator pasangan luar. Namun
bergabung dengan air dan zat konduktif lainnya
Sedangkan di daerah panas bumi, yang
umumnya mengandung gas H2S dan HgO,
dimana apabila terkena hujan diduga akan
bersifat konduktif.
Daftar Pustaka
[1] Bacci E., Gaggic, Lanzillotti E., Ferrozzis,
Valli L., Geothermal Power Plant at Mt.
Amiata (Tuscany-Italy): Mercury and
Hydrogen Sulphide Deposition Revealed by
Vegetation, Dipartimento di Biologia
Ambientale, Universita Degli Studi di Siena,
Italy.
[2] Dai Jianjun, Liang Xidong, Study on the
Acid Sources of Field Brittle Fractured 500
kV Composite Insulator, Proceedings of the
XIVth International Symposium on High
Voltage Engineering, Tsinghua University,
Beijing, China, August 25-29, 2005.
[3] Jorn Larsen-Basse, Kam-Fai Lam,
Corrosion Test in Hawaiian Geothermal
Fluids, National Association of Corrosion
Engineer, 1985.
[4] Salama M., Herman, Unjuk Kerja Isolator
20 kV akibat Pengaruh Polutan Tak Larut
(Studi Kasus Gardu Distribusi PT Semen
Tonasa II), Prosiding Seminar Nasional
Teknik Tenaga Listrik 2004, ITB Bandung,
2004.
[5] Sharma, SP., Reaction of Copper and
Copper Oxide with H2S, Journal of
Electrochemical Society, Electrochemical
Science and Technology, January 1980.
[6] Tourreil, C. de, Thevenet, G. Brocard, E.,
Siampiringue,
N.,
Pichon,
N.,
Determination of the Brittle Fracture
Process of Field Failed HV Insulators,
Proceedings of the XIVth International
Symposium on High Voltage Engineering,
Tsinghua University, Beijing, China, August
25-29, 2005.
[7] Vosloo, WL., A Comparison of the
Performance of High Voltage Insulator
Materials in a Severity Polluted Coastal
Environment, PhD Dissertation, Department
of Electrical and Electronic Engineering,
University of Stellenbosch, South Africa,
2002.
[8] Zhiyi Su, Weimin Ma, Urban Astrom,
Greger Karlsson, Measurement of Site
Pollution Severity under DC Voltage by
Means of A Portable Test Station,
Proceedings of the XIVth International
Symposium on High Voltage Engineering,
Tsinghua University, Beijing, China, August
25-29, 2005.
5. Saran
Untuk memastikan polusi yang dimaksud perlu
dilakukan penelitian secara intensif pada ketiga
daerah tersebut.
Semarang, 24 -25 Nopember 2005
A-58