B A B II I S O L A T O R P E N D U K U N G H A N T A R A N UDARA

BAB II
ISOLATOR PENDUKUNG HANTARAN UDARA
Isolator memegang peranan penting dalam penyaluran daya listrik dari
gardu induk ke gardu distribusi. Isolator merupakan suatu peralatan listrik yang
berfungsi untuk memisahkan secara elektris dua buah penghantar atau lebih yang
berdekatan sehingga tidak terjadi aliran arus dari satu penghantar ke penghantar
yang lain.
Dalam bab ini, akan dijelaskan konstruksi, bahan dielektrik isolator
hantaran udara dan karakteristik elektrik dan mekanik isolator.
II.1
KONSTRUKSI ISOLATOR HANTARAN UDARA
Bagian utama suatu isolator hantaran udara terdiri dari konduktor logam,
bahan dielektrik, bahan perekat dan tonggak logam seperti yang terlihat pada
Gambar 2.1.
Konduktor
logam (cap)
Perekat
semen
Bahan
dielektrik
Perekat
semen
Tonggak
logam (pin)
Gambar 2.1 Bagian Utama Isolator Hantaran Udara
Universitas Sumatera Utara
Semen digunakan untuk merekat tonggak logam dengan bahan dielektrik dan
merekat konduktor logam dengan bahan dielektrik. Umumnya dielektrik isolator
terbuat dari bahan porselin, gelas dan karet-silikon (silicon rubber).
Dilihat dari konstruksinya isolator terdiri dari isolator pendukung dan
isolator gantung (suspension). Isolator pendukung terdiri dari tiga jenis, yaitu :
isolator pin, isolator post dan isolator pin-post. Konstruksi dari ketiga jenis
isolator pendukung dapat dilihat pada Gambar 2.2[5].
a. isolator pin
b. isolator post
c. isolator pin-post
Gambar 2.2 Jenis Isolator Pendukung
Ada dua parameter isolator hantaran udara yang penting diketahui, yaitu
jarak rambat (Lr) dan jarak percik (Lp) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Jarak rambat adalah jarak antar konduktor melalui bahan isolasi. Jarak percik
adalah jarak antar konduktor melalui udara. Dilihat dari perbandingan jarak
rambat dengan jarak percik
) isolator hantaran udara dibagi atas dua kelas,
yaitu sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara

Kelas A, dimana

Kelas B, dimana
Elektroda
Lr
Lp
Elektroda
Gambar 2.3 Jarak rambat dan Jarak Percik pada Isolator
Berikut ini akan dijelaskan secara umum mengenai penggunaan bahan dan
sifat ketiga jenis isolator pendukung tersebut diatas.
a) Isolator pin
Isolator jenis pin merupakan isolator yang pertama kali dirancang
sebagai penopang penghantar saluran. Isolator pin ini banyak digunakan pada
jaringan distribusi tegangan menengah sebagai penyangga konduktor. Isolator
jenis pin ini digunakan pada tiang pendukung jaringan distribusi hantaran
udara. Isolator pin terdiri dari satu atau beberapa lapisan petticoats (rain shed)
yang disemen, dipasang pada poros crossarm pada tiang pendukung. Isolator
pin dilengkapi dengan lapisan-lapisan (rain shed) yang cukup panjang untuk
memperpanjang jarak rambat isolator sehingga lewat denyar (flashover) tidak
mudah untuk terjadi. Lapisan petticoats dirancang sedemikian rupa agar air
hujan yang membasahi permukaan isolator tidak menempel pada isolator.
Universitas Sumatera Utara
Beberapa kelebihan dari isolator pin adalah sebagai berikut :
 Berdasarkan perbandingan jarak rambat (creepage distance) dengan jarak
percik (arching distance), isolator pin termasuk dalam kategori isolator
kelas B.
 isolator pin dirancang dengan profil yang sedemikian sehingga pada saat
hujan membasahi permukaan isolator, maka air hujan dapat diteteskan dari
permukaannya agar tidak terjadi penimbunan polusi pada permukaan
isolator.
 Isolator pin hanya dapat digunakan pada beban tekan. Artinya isolator pin
ini didesain agar dapat menahan beban konduktor yang terpasang pada
saluran udara tegangan menegah.
b) Isolator post
Sama halnya dengan isolator pin, isolator post juga digunakan pada
tegangan tinggi, khususnya pada jaringan distribusi tegangan menengah.
Isolator jenis post digunakan pada tiang-tiang pendukung dan tiang sudut
distribusi hantaran udara. Isolator post terdiri atas bahan isolator berbentuk
silinder padat dengan sisi berlekukan untuk memperpanjang jarak rambat
permukaan isolator. Semakin tinggi tegangan isolasinya makin banyak
lekukan-lekukan tersebut.
Untuk pengoperasian tegangan yang lebih tinggi lebih cocok
digunakan isolator post karena harganya lebih murah jika dibandingkan
dengan menggunakan isolator pin.
Beberapa kelebihan dari isolator post adalah sebagai berikut:
 Memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi dibandingkan dengan
isolator pin
 Isolator post termasuk dalam kategori isolator kelas. Artinya tegangan
lewat denyar isolator post lebih tinggi dari tegangan lewat denyar isolator
pin.
Universitas Sumatera Utara
 Isolator post dapat digunakan untuk menahan beban tarik dan beban tekuk.
c) Isolator pin post
Isolator pin post digunakan pada jaringan distribusi hantaran udara
tegangan menengah, dipasang pada tiang yang mengalami gaya tekuk.
Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh isolator pin post, antara lain:
1. Bebas dari cacat, karena semen dan tangkai besi (metal flange) dipasang di
sisi luar bahan isolasi, sehingga tidak menyebabkan pemuaian.
2. Mempunyai sifat antikontaminasi yang baik dibandingkan dengan isolator
jenis lain, karena :

Mempunyai jarak rambat (creepage distance) yang besar (1.5 kali dari
jarak percik) sehingga diklasifikasikan sebagai isolator kelas A.

Profil sedemikian rupa sehingga hujan dapat membersihkan isolator
dari kontaminan.

Mempunyai jarak celah udara (air gap) yang besar antara bagian
dalam sirip dengan permukaan isolator, sehingga air hujan tidak
membentuk jembatan air antara satu sirip dengan sirip yang lain.
3. Pada saat terjadi lewat denyar (flashover) tidak mudah terbentuk jejak
karbon atau tracking.
II.2 Bahan Dielektrik Isolator Hantaran Udara
Bahan dielektrik yang umum digunakan sebagai bahan dasar isolator
pasangan luar (outdoor insulator) adalah porselin (keramik) dan gelas. Berikut
akan dijelaskan bahan dasar, kelebihan dan kekurangan isolator porselin dan gelas.
a) Bahan porselin (keramik)
Porselin terbuat dari tanah liat china (china clay) yang mengandung
aluminium silikat. Aluminium silikat ini dicampur dengan plastik kaolin,
feldspar dan kuarsa. Campuran ini dipanaskan pada tempat pembakaran
dengan suhu yang dapat diatur. Bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazur
Universitas Sumatera Utara
agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori. Dengan lapisan glazur ini
permukaan isolator menjadi licin dan mengkilat, sehingga tidak dapat
menghisap air.
Kelebihan dari isolator porselin antara lain :
1. Tahan terhadap berbagai kondisi lingkungan sehingga tidak mudah
mengalami degradasi dan tahan lama.
2. Mempunyai kekuatan dielektrik dan mekanik yang baik.
3. Biaya pembuatan lebih murah.
4. Dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka.
Disamping kelebihannya, isolator porselin mempunyai beberapa kekurangan,
yaitu :
1. Mudah pecah, sehingga perlu hati-hati ketika membawa dan memasangnya.
2. Berat, oleh karena itu biaya yang dikeluarkan untuk pengiriman dan
instalasi lebih besar.
3. Berpori-pori akibat pembuatan yang kurang sempurna. Pada pori-pori ini
dapat terjadi tembus internal (internal dielectric breakdown) atau peluahan
parsial.
4. Mudah terpolusi.
Permukaan porselin bersifat hidrophilik sehingga permukaan porselin
mudah untuk menangkap air. Pada lingkungan yang berpolusi, polutan
mudah melekat pada permukaan isolator. Untuk membersihkannya perlu
dilakukan pembersihan isolator secara berkala.
b) Bahan gelas
Selain bahan porselin, bahan gelas juga banyak digunakan sebagai
isolator pasangan luar (outdoor insulator) atau isolator saluran udara
Universitas Sumatera Utara
(overhead insulator). Pada umumnya isolator gelas terbuat dari campuran
SiO2, B2O3, Al2O3, PbO, BaO dan CaO.
Bahan gelas mempunyai kelebihan-kelebihan antara lain :
1. Kekuatan dielektriknya tinggi.
2. Koefisien muainya rendah.
3. Mudah dibentuk.
4. Kuat tekannya lebih besar daripada bahan porselin.
5. Karena sifatnya yang tembus pandang, maka jika ada keretakan,
ketidakmurnian bahan dan gelembung udara, hal-hal tersebut mudah
diketahui.
6. Bahan menyebar merata (homogen) sehingga tidak berpori-pori.
7. Harga isolator gelas lebih murah daripada isolator porselin.
Disamping
kelebihan-kelebihannya,
isolator
gelas
juga
mempunyai
kekurangan-kekurangan sebagai berikut :
1. Isolator gelas memiliki sifat kondensasi (mengembun) sehingga debu dan
kotoran mudah melekat di permukaan isolator tersebut. Kotoran basah ini
dapat membuat permukaan isolator menjadi semakin konduktif sehingga
arus bocor yang mengalir melalu permukaan isolator semakin besar. Hal
ini dapat mengakibatkan terjadinya lewat denyar pada isolator tersebut.
2. Memiliki tegangan tembus yang rendah, dan kekuatan dielektriknya
berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan suhu.
3. Isolator gelas mudah dipengaruhi oleh perubahan suhu disekelilingnya
sehingga dapat menyebabkan pemuaian pada gelas. Pemuaian ini dapat
menyebabkan isolator gelas rentan pecah.
II.3
KARAKTERISTIK ELEKTRIK
Suatu isolator dapat melaksanakan fungsinya dengan baik apabila
memiliki karakteristik elektrik sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara

Tahanan isolasi besar.

Kekuatan dielektrik tinggi.

Permitivitas relative tinggi.

Tahan terhadap busur api.

Faktor disipasi atau rugi-rugi dielektrik rendah.

Konduktivitas thermal tinggi.

Bebas dari pori yang berisi gas sehingga pada isolator tidak terjadi
peluahan parsial.
Suatu isolator dirancang sedemikian rupa sehingga tegangan tembusnya
jauh lebih tinggi daripada tegangan lewat denyarnya. Dengan demikian, kekuatan
dielektrik suatu isolator ditentukan oleh tegangan lewat denyarnya. Kekuatan
dielektrik dan nilai tegangan yang dapat dipikul isolator tanpa terjadi lewat denyar
dapat diperkirakan dari tiga karakteristik dasar isolator, yaitu : tegangan lewat
denyar bolak-balik pada keadaan kering, tegangan lewat denyar bolak-balik pada
keadaan basah dan karakteristik tegangan-waktu yang diperoleh dari tegangan
surja standar.
a) Tegangan lewat denyar bolak-balik kering
Tegangan lewat denyar bolak-balik kering merupakan karaktersitik
utama dari isolator yang dipasang pada ruangan tertutup. Tegangan lewat
denyar ditentukan pada keadaan permukaan isolator kering dan bersih.
Tegangan lewat-denyar dinyatakan pada keadaan standar, yaitu pada saat suhu
udara 20 ºC dan tekanannya 760 mmHg. Tegangan lewat denyar kering pada
sembarang suhu dan tekanan udara dapat ditentukan dengan persamaan di
bawah ini :
V = δ Vs
2.1
Di mana :
V = Tegangan lewat denyar isolator pada sembarang keadaan udara.
Universitas Sumatera Utara
Vs = Tegangan lewat denyar isolator pada keadaan udara standar.
δ = Faktor koreksi udara.
δ =
T = Suhu udara (ºC).
P = Tekanan udara (mmHg).
Persamaan 2.1 di atas merupakan persamaan umum dalam
perhitungan faktor koreksi udara untuk menghitung tegangan lewat denyar
standar ataupun tegangan lewat denyar pada suhu dan tekanan sembarang.
Tegangan lewat denyar bolak-balik isolator juga dipengaruhi oleh
kondisi kelembaban udara. Jika Vs adalah tegangan lewat denyar isolator
pada keadaan udara standar dan kelembaban 11 gr/m3, tegangan lewat denyar
isolator pada sembarang suhu, tekanan dan kelembaban udara adalah :
V=δ
2.2
Di mana Kh adalah faktor koreksi yang tergantung kepada kelembaban udara.
b) Tegangan lewat denyar bolak-balik basah
Tegangan lewat denyar bolak-balik basah suatu isolator merupakan
gambaran kekuatan dielektrik isolator tersebut pada saat basah karena air
hujan. Sifat air hujan yang membasahi suatu isolator dicirikan atas tiga hal,
yaitu intensitas, arah dan konduktivitas air yang membasahi isolator tersebut.
Oleh karena itu dalam pengujian tegangan lewat denyar bolak-balik basah
suatu isolator, air yang membasahi isolator perlu distandarisasi. Menurut IEC,
ciri air yang membasahi isolator saat pengujian adalah sebagai berikut:
intensitas penyiraman 3 mm/menit, resistivitas air (r) = 10.000 ohm-cm dan
arah penyiraman air membentuk sudut 45º dengan sumbu tegak isolator.
Universitas Sumatera Utara
Tegangan lewat denyar bolak-balik basah suatu isolator juga tegantung
pada kondisi udara. Jika lewat denyar terjadi pada suatu isolator basah, maka
peluahan melintasi permukaan isolator yang basah dan celah udara. Oleh
karena itu, kenaikan tegangan lewat denyar bolak-balik basah akibat kenaikan
tekanan udara terhadap tegangan lewat denyar basah semakin besar.
Umumnya setengah dari lintasan peluahan merupakan celah udara. Dengan
anggapan ini, tegangan lewat denyar basah pada sembarang tekanan udara
dapat ditentukan sebagai berikut :
V = 0.5 VS (
2.3
Di mana VS adalah tegangan lewat denyar basah pada tekanan udara
standar.
c) Karakteristik tegangan-waktu
Karakteristik
tegangan-waktu
digunakan
untuk
memperkirakan
kekuatan dielektrik isolator jika memikul tegangan lebih surja akibat sambaran
petir pada jaringan. Karakteristik tegangan-waktu ditentukan hanya pada
keadaan isolator kering dan permukaannya bersih, karena penurunan kekuatan
dielektrik isolator akibat air dapat diabaikan, hanya sekitar 2 - 3%.
Karakteristik tegangan-waktu diperoleh melalui pengujian isolator dengan
tegangan impuls standar baik polaritas positif maupun polaritas negatif.
Tegangan lewat denyar impuls pada sembarang suhu dan tekanan udara
dihitung dengan persamaan 2.1.
II.4
KARAKTERISTIK MEKANIK
Suatu isolator dapat melaksanakan fungsinya dengan baik apabila
memiliki karakteristik mekanik sebagai berikut :

Kekuatan mekanis tinggi.
Universitas Sumatera Utara

Bahan isolator harus bebas dari bahan kotoran, tidak retak dan tidak
berpori.

Material isolator tidak mudah terbentuk jejak karbon atau disebut juga
tracking.

Penyebaran panas rendah.

Tahan terhadap panas.

Tidak mudah terjadi korosi pada isolator.
Karakteristik mekanis suatu isolator ditandai dengan kekuatan mekanisnya,
yaitu beban mekanis terendah yang dapat mengakibatkan isolator tersebut
rusak/pecah. Suatu isolator harus memiliki kekuatan mekanis yang tinggi agar
mampu memikul konduktor. Kekuatan mekanis dari suatu isolator dinyatakan
dalam tiga keadaan beban, yaitu kekuatan mekanis tarik, kekuatan mekanis tekan
dan kekuatan mekanis tekuk.
Isolator porselin mempunyai kekuatan mekanis yang lebih baik
dibandingkan dengan isolator gelas. Kekuatan mekanis porselin standar
berdiameter 2-3 cm adalah 4.500 kg/cm2 untuk beban tekan, 700 kg/cm2 untuk
beban tekuk dan 300 kg/cm2 untuk beban tarik.
Pada Tabel 2.1 akan diperlihatkan perbandingan sifat mekanik dan elektrik
dari isolator porselin dan gelas.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Karakteristik Elektrik dan Mekanis Bahan Dielektrik Isolator
Dielektrik
Gelas
Karakteristik
Porselin
Alkali
Alkali
rendah
tinggi
Tegangan tembus sampel uji (kVrms/mm)
22 - 28
48
17.9
Permeabilitas (e)
5.5 - 7
5.5
10
2-4
2-3
6-7
3 x 1013
4 x 1014
1.5 x 1012
1013
4.5 x 1014
4 x 1012
4 x 10-6
5 x 10-6
9 x 10-6
4500
7000
7000
Tg δ pada suhu 22 ºC (%)
Tahanan permukaan pada kelembaban 65%
(ohm)
Tahanan volume pada suhu 20 ºC (ohm-cm)
Koefisien pemuaian
Kekuatan mekanis tekan (kg/cm2)
6500
Kekuatan mekanis tekuk (kg/cm2)
700
(pengerasan 2500)
-
Kekuatan mekanis tarik (kg/cm2)
300
600
500
Universitas Sumatera Utara