bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tegangan tinggi merupakan suatu bagian dari Sistem Tenaga Listrik yang
memiliki peranan penting. Dalam proses penyaluran daya, tegangan yang
dibangkitkan oleh sebuah sistem pembangkit perlu mengalami peningkatan nilai
tegangan. Hal ini dilakukan karena proses pengiriman daya memiliki jarak yang
cukup jauh, yakni dari pembangkit, sistem transmisi, hingga ke distribusi, sehingga
untuk mengurangi losses atau rugi-rugi akibat jarak yang cukup jauh, maka
tegangan yang dibangkitkan oleh sebuah pembangkit perlu dinaikkan. Hal inilah
yang merupakan cakupan tegangan tinggi.
Dalam proses penyalurannya, tegangan tinggi memiliki beberapa persoalanpersoalan. Salah satu persoalannya adalah breakdown voltage
atau tegangan
tembus. Persoalan ini erat kaitannya dengan persoalan kegagalan isolasi, timbulnya
breakdown voltage atau tegangan tembus pada isolator, dan persoalan kekuatan
dielektrik udara. Pemilihan dan penggunaan isolator harus dilakukan dengan tepat,
agar dapat menghasilkan nilai kehandalan sekaligus nilai ekonomi yang tinggi bagi
suatu sistem tenaga listrik.
Udara merupakan salah satu bahan isolasi yang banyak digunakan untuk
mengisolasi peralatan listrik tegangan tinggi. Adapun contoh aplikasi udara sebagai
isolator pada peralatan listrik tegangan tinggi adalah arrester sela batang (Rod Gap
Arrester) yang terpasang di saluran transmisi, juga sebagai media
1
2
peredam busur api pada pemutus udara hembus (Air Blast Circuit Breaker). Isolasi
dimaksudkan untuk memisahkan dua atau lebih pengantar listrik yang bertegangan,
sehingga antara penghantar-penghantar yang bertegangan tidak terjadi flashover
(lompatan listrik) dan sparkover (percikan listrik). Semakin tinggi nilai
tegangannya diperlukan bahan isolasi yang mempunyai kekuatan isolasi yang
semakin tinggi pula. Ketika tegangan yang diaplikasikan sudah mencapai batas atau
tingkat ketinggian tertentu, maka bahan isolasi tersebut akan mengalami peluahan
muatan (lucutan) atau discharge yang merupakan suatu bentuk kegagalan listrik.
Kegagalan ini menyebabkan arus mengalir dalam bahan isolasi. Persoalan ini
berkesinambungan dalam proses penyaluran daya listrik mulai dari sisi
pembangkitan, sistem transmisi, hingga ke distribusi. Maka perlu dilakukan upayaupaya untuk mencegah terjadinya gangguan yang mempengaruhi kinerja sistem
tenaga listrik.
Dalam upaya mencegah gangguan yang mempengaruhi kinerja sistem tenaga
listrik, maka di dalam teknik tegangan tinggi dilakukan pengujian, yaitu pengujian
tegangan tinggi. Pengujian tegangan tinggi ini dilakukan untuk mengetahui
karakteristik breakdown voltage atau tegangan tembus dan mengetahui
karakteristik tiap-tiap elektroda.
Pada penelitian ini, hal yang akan dibahas lebih khusus adalah pengaruh
perubahan suhu terhadap kekuatan dielektrik udara. Tegangan tembus merupakan
salah satu indikator penting dalam menentukan baik buruknya kualitas isolasi
sebuah isolator. Karakteristik tegangan tembus tiap-tiap isolasi berbeda-beda untuk
tiap jenisnya. Hal-hal yang mempengaruhi besarnya nilai tegangan tembus
3
seperti temperatur udara, tekanan udara dan tingkat kelembaban udara. Namun pada
penelitian ini, lebih menekankan pada pengaruh perubahan suhu, karena tekanan
udara dan kelembaban udara saat pengujian memiliki nilai yang relatif konstan.
Udara merupakan isolasi yang banyak digunakan untuk mengisolasi peralatanperalatan tegangan tinggi. Maka dari itu, perlu untuk diketahui karakteristikkarakteristik udara yang mempengaruhi karakteristik atau besarnya nilai
breakdown voltage atau tegangan tembus yang pada akhirnya mengacu pada
seberapa besar pengaruh suhu terhadap kekuatan dielektrik udara.
Penelitian ini akan membahas lebih khusus tentang pengaruh suhu terhadap
kekuatan dielektrik udara yang dilakukan dengan melakukan pengujian breakdown
voltage atau tegangan tembus antara dua buah elektroda yang diletakkan di antara
sela udara, dengan melakukan pengubahan jarak elektroda tertentu. Sela bola dapat
digunakan sebagai standar pengujian tegangan tinggi, karena dalam suatu keadaan
tertentu, jarak elektroda sela bola dan diameter bola tertentu memiliki breakdown
voltage atau tegangan tembus yang tertentu pula.
Berangkat dari hal tersebut, maka akan dilakukan pengujian tegangan tinggi
pada keadaan suhu udara yang dirubah-rubah dengan rentang suhu di mulai dari
15oC, 20oC, 25oC, 30oC, 35oC, 40oC, 45oC, dan 50oC dan mengamati perubahannya
terhadap karakteristik tegangan tembus dan kekuatan dielektrik udara. Dalam
penelitian ini akan dilakukan penelitian yang mengamati perubahan tegangan
tembus pada tiap-tiap perubahan suhu yang dilakukan dan kemudian lebih mengacu
kepada seberapa besar pengaruh suhu terhadap kekuatan dielektrik udara.
4
Dalam penelitian ini akan diamati nilai breakdown voltage atau tegangan
tembus, pada keadaan udara pada suhu yang dirubah-rubah, dari keadaan suhu
rendah hingga keadaan suhu tinggi, yakni pada suhu 15oC, 20oC, 25oC, 30oC, 35oC,
40oC, 45oC, dan 50oC. Nilai tegangan tembus yang sudah diamati, kemudian
diperhatikan nilainya mengalami peningkatan atau penurunan dan dihitung nilai
kekuatan bahan dielektrik udara terhadap tegangan tembus atau breakdown voltage.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian pada latar belakang, maka dapat dirumuskan masalah
yang menjadi kajian dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Karakteristik tegangan tembus atau breakdown voltage saat keadaan
udara bersuhu rendah.
2.
Karakteristik tegangan tembus atau breakdown voltage saat keadaan
udara bersuhu tinggi.
3.
Perubahan nilai kekuatan dielektrik udara pada saat dilakukan
perubahan suhu tertentu.
1.3 Manfaat dan Tujuan Penelitian
1.3.1 Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut:
-
Mengetahui pengaruh perubahan temperatur udara terhadap kekuatan
dielektrik udara yang terdapat diantara dua buah batang konduktor yang
terpisah (dianalogikan pada peralatan-peralatan tegangan tinggi).
-
Mengetahui mekanisme kegagalan pada media isolasi udara.
-
Mengetahui pengaruh perubahan suhu udara, terhadap karakteristik
breakdown voltage atau tegangan tembus pada dua buah batang
5
konduktor yang terpisah antar udara (dianalogikan pada peralatanperalatan tegangan tinggi).
1.3.2 Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
-
Mempelajari karakteristik dan mekanisme breakdown voltage atau
tegangan tembus pada media isolasi udara.
-
Mempelajari dan mengamati seberapa penting pengaruh suhu udara
terhadap kekuatan dielektrik udara.
-
Mempelajari dan mengamati bagaimana cara mengatur suhu mulai dari
15oC, 20oC, 25oC, 30oC, 35oC, 40oC, 45oC, dan 50oC.
1.4 Batasan Masalah
1.
Elektroda yang digunakan adalah elektroda bola.
2.
Diameter elektroda bola berukuran 50mm sesuai dengan standar baku
(IEC-Publication 52 tahun 1960).
3.
Jarak elektroda antar elektroda adalah 5mm, 10mm, 15mm, 20mm,
25mm, dan 30mm.
4.
Isolasi gas yang digunakan adalah udara.
5.
Variasi suhu yang digunakan pada pengujian adalah 15oC, 20oC, 25oC,
30oC, 35oC, 40oC, 45oC, dan 50oC.
6.
Suhu diturunkan menggunakan es batu dan kipas angin agar suhu
merata diseluruh permukaan.
7.
Suhu ditinggikan menggunakan 8 buah lampu pijar yang masingmasing lampu memiliki daya listrik sebesar 200W dan dihubungkan
6
kepada voltage regulator untuk dirubah-rubah tegangannya untuk
mencapai suhu tinggi yang diinginkan.
8.
Tekanan udara dan kelembaban udara pada saat pengujian bernilai
tetap, sehingga pengaruh tekanan udara dan kelembaban udara tidak
dibahas di dalam penelitian ini.
9.
Penempatan elektroda adalah vertikal dan tegak lurus terhadap lampu
pijar pada ruang uji.
10.
Alat uji (elektroda) di letakkan pada ruang kaca atau chamber.
1.5 Pendekatan Masalah
Dalam pelaksanaan penelitian ini, dilakukan beberapa hal di bawah ini:
1.5.1 Studi Literatur
Studi literatur dilakukan dengan membaca buku, artikel ilmiah, skripsi, paper
dan melakukan browsing internet mengenai pengaruh udara sekitar terhadap
besarnya nilai breakdown voltage atau tegangan tembus dan hal-hal lain yang saling
berkaitan dan menunjang penulisan skripsi ini.
1.5.2 Metode Konsultasi
Metode konsultasi dilakukan dengan mengadakan konsultasi rutin dengan
Dosen Pembimbing, baik Dosen Pembimbing I maupun Dosen Pembimbing II.
Metode konsultasi juga dilakukan dengan laboran di Laboratorium Teknik
Tegangan Tinggi serta bertukar pikiran dengan teman-teman dan narasumber lain
untuk menyelesaikan masalah dalam proses penyelesaian skripsi ini.
7
1.5.3 Pengujian Laboratorium
Untuk memenuhi pengambilan data dalam proses penyelesaian skripsi ini
maka dibutuhkan serangkaian pengujian. Pengujian akan dilakukan di
Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi dan menggunakan tegangan tinggi AC 50
Hz, menggunakan ruang kaca untuk mensimulasikan keadaan udara pada suhu
15oC, 20oC, 25oC, 30oC, 35oC, 40oC, 45oC, dan 50oC, serta menggunakan peralatanperalatan lain yang akan mendukung dalam pelaksanaan pengujian tersebut. Suhu
diatur dengan menggunakan dua metode, yang pertama adalah dengan
menggunakan 8 buah lampu pijar dan yang kedua adalah dengan menggunakan es
batu. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tegangan tembus serta
menghitung nilai kekuatan dielektrik udara.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan skripsi yang digunakan dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut:
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, rumusan masalah,
manfaat dan tujuan penelitian, metode penelitian dan sistematika
penulisan skripsi.
BAB II
DASAR TEORI
Bab ini merupakan hasil studi literatur yang mendukung pelaksanaan
penelitian, mulai dari isolasi udara, proses ionisasi, pengujian tegangan
tinggi, pengukuran tegangan tinggi, dan jenis-jenis tegangan tinggi.
8
BAB III
METODE PENELITIAN
Bab
ini membahas
secara detail mengenai
langkah-langkah
maupun skenario yang diambil dalam penelitian ini. Selain itu, jenis
standar yang digunakan sebagai acuan dalam penelitian ini juga
dijelaskan di dalam bab ini.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini akan membahas tentang hasil pengujian laboratorium mulai
dari pengujian tegangan tembus celah bola pada keadaan udara yang
diatur suhunya yakni pada suhu 15oC, 20oC, 25oC, 30oC, 35oC, 40oC,
45oC, dan 50oC. Pada bab ini juga akan diamati perubahan nilai
kekuatan dielektrik yang dipengaruhi oleh perubahan suhu udara
sekitar.
BAB V
PENUTUP
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari seluruh hasil penelitian dan
pembahasan serta memberikan saran-saran yang dapat bermanfaat
untuk penelitian selanjutnya.