BAB 3DASAR TEORI

3.1. PERALATAN JARINGAN TRANSMISI DAN DISTRIBUSISistem transmisi berfungsi menyalurkan tenaga listrik dari pusat pembangkit ke pusat beban melalui saluran transmisi. Karena ada kalanya pembangkit tenaga listrik dibangun di tempat yang jauh dari pusat-pusat beban. Sedangkan, sistem distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar (Bulk Power Source) sampai ke konsumen. Sistem tenaga listrik adalah beberapa unsur perangkat peralatan yang terdiri dari pembangkitan, transmisi, dan distribusi yang berhubungan dan saling bekerja sama sehingga menghasilkan tenaga listrik. Peralatan sistem jaringan transmisi dan distribusi sebelum digunakan harus melewati proses pengujian terlebih dahulu agar diketahui layak atau tidaknya peralatan tersebut. Jika peralatan tersebut lolos dalam pengujian, maka peralatan itu diijinkan untuk digunakan pada sistem transmisi dan distribusi negara. Menurut sifat bahannya, peralatan sistem jaringan transmisi dan distribusi terbagi menjadi tiga (3), yaitu konduktor, isolator, dan semikonduktor.

3.2. KABEL3.2.1. PENGERTIAN KABELKabel merupakan suatu komponen elektronika yang sangat penting pada bidang kelistrikan. Kabel berguna sebagai media untuk menyalurkan arus listrik. Pada umumnya, kabel terbuat dari bahan isolasi dan konduktor. Karena bahan-bahan isolasi yang masih terus berkembang sampai saat ini, akibatnya jenis kabel semakin bertambah. Pengertian dari kabel ini sendiri adalah penghantar listrik dengan dua atau lebih penghantar yang masing-masing terbungkus oleh bahan isolasi yang terpisah satu sama lainnya. Kemudian bersama-sama terbungkus lagi di dalam isolasi yang lainnya.Setiap kabel pasti mempunyai suatu hambatan yang terdapat di dalamnya akibat dari sifat bahan dari kabel itu sendiri. Hal ini membuat drop tegangan sepanjang kabel dan akan menimbulkan suatu kerugian karena daya yang disalurkan menjadi berkurang akibat adanya tegangan drop tersebut. Dengan demikian, dalam proses pembuatan maupun pemilihan jenis kabel diperlukan bahan yang tepat agar tegangan drop ini menjadi sekecil mungkin. Selain bahan dari kabel, ukuran dan kegunaan kabel menjadi alasan utama banyaknya jenis kabel yang diproduksi oleh perusahaan.3.2.2. BAHAN PENGHANTAR KABELPenghantar kabel biasanya terbuat dari bahan tembaga, baja, dan alumunium. Selain berguna sebagai media distribusi daya, pada beberapa kabel juga terdapat penghantar yang berfungsi sebagai kawat netral sebagai pengaman (ground). Penghantar ini akan dilindungi oleh isolasi seperti Polyvinyl Chloride (PVC) untuk melindungi dari keadaan faktor eksternal dari lingkungan seperti korosi.Dalam pemasangan instalasi listrik umumnya menggunakan penghantar dari bahan tembaga (Cu) maupun aluminium (Al), baik yang murni maupun yang campuran. Tahanan jenis tembaga lunak atau penghantar listrik telah dibakukan secara internasional dan tidak boleh melebihi 0,017241 ohm mm2/m dalam suhu 20C. Sedangkan aluminium tidak boleh melebihi 0,028264 ohm mm2/m.Perbandingan berat penghantar listrik antara aluminium dan tembaga pada suhu 20C adalah 2,7 dan 8,9. Oleh karena itu, konstruksi jaringan dengan menggunakan penghantar tembaga harus lebih kokoh. Namun, diameter aluminium sebagai penghantar lebih besar 28% dibandingkan dengan tembaga. Hal ini membuat penyambungan dengan aluminium lebih sulit dibandingkan dengan tembaga. Dari beberapa pertimbangan ini, untuk kabel saluran udara akan lebih menguntungkan menggunakan penghantar aluminium jika melihat pada konstruksi jaringan yang lebih mudah dan biaya yang lebih sedikit.

Gambar 3.1. Jenis Bentuk Penghantar Pada Kabel(A) Solid Conductor (B) Stranded Conductor3.2.3. BAHAN ISOLASI KABELTerdapat beberapa parameter atau sifat yang menentukan kualitas dari isolasi kabel. Dari segi dielektris, sifat yang penting untuk bahan isolasi sebuah kabel adalah tahanan isolasi dan kekuatan dielektris. Sedangkan untuk sifat mekanis isolasi yang baik adalah tidak bereaksi terhadap asam maupun basa serta mempunyai kekuatan mekanis yang baik seperti kelenturan dan ketahanan terhadap tekanan.Bahan isolasi yang paling banyak digunakan adalah Polyvinyl Chloride (PVC). Bahan isolasi ini digunakan untuk melapisi kawat penghantar. Agar PVC ini menjadi lebih fleksibel biasanya dicampur dengan bahan pelunak. Isolasi penghantar dengan bahan PVC akan tahan terhadap suhu hingga 70C secara terus menerus. Bahkan dengan cara khusus dapat dibuat sebuah kabel yang tahan hingga suhu 105C.Isolasi tidak hanya berfungsi sebagai pengaman (penyekat) pada suatu kabel. Tetapi isolasi bisa juga berfungsi sebagai pelengkap atau pendukung kerja transmisi tenaga listrik. Misalnya pada kabel tanah. Isolasi kabel tanah umumnya terdiri dari jenis isolasi kertas karena dapat menyerap minyak dan campuran zat lainnya. Biasanya digunakan pada kabel minyak isolasi sintesis dan isolasi mineral.Kabel tanah berisolasi kertas dapat digunakan untuk tegangan tinggi hingga 400 kV, baik untuk kabel minyak bertekanan rendah yang terpadu dalam satu kabel dan kabel berisolaso kertas yang dimasukkan ke dalam pipa lalu diisi dengan minyak bertekanan tinggi. Kertas sebagai isolasi dapat berupa kertas kering maupun kertas yang diresapi minyak. Peresapan kertas dengan minyak pada kabel tegangan tinggi dimaksudkan untuk menghindari pecahnya serat-serat kertas karena terbentuknya kantong-kantong udara atau gas dalam kertas isolasi yang dapat berkembang dan mengkerut menjadi bagian-bagian yang tidak sama.Bahan isolasi kabel lain yang sering digunakan adalah XLPE. Bahan ini mempunyai beberapa keunggulan, seperti:1. Ketahanan temperatur tinggi2. Kekuatan mekanis besar3. Umur relatif bisa lebih lama4. Bersifat elastis5. Tidak mudah retak6. Kerapatan jenis kecil7. Tahan terhadap air, minyak, dan zat-zat kimia yang sering terdapat di alam.

Selain isolasi, pada kabel terdapat juga selubung. Selubung terletak di bagian luar kabel. Selubung membungkus beberapa penghantar yang telah dibungkus oleh suatu isolasi kabel. Terdapat berbagai jenis selubung yang biasa digunakan dalam pembuatan kabel, antara lain:1. Selubung PlastikSalah satu selubung plastik yang sering digunakan adalah PVC. Selubung plastik ini digunakan pada kabel-kabel untuk instalasi tetap (rumah tangga) dan yang cukup lunak atau plastik yang fleksibel dengan kekuatan tarik yang ringan dan sedang.2. Selubung Polyamide dan PolyurethanePolyamide dibuat dengan cara polycondensation yang terbuat dari asam karbon dan diamine atau asam amine. Sedangkan, Polyurethane terbuat dari bahan socyanates atau polysocyanates dan alkohol atau polyalcohol. Isolasi kabel ini berada di bagian luar, sehingga dapat melindungi bagian kabel dari tekanan mekanis, pengaruh kimia, minyak, atau lainnya yang dapat merusak kabel3. Selubung KaretKaret digunakan untuk kabel fleksibel dan juga digunakan pada instalasi kapal. Selubung ini mempunyai variasi yang cukup banyak sesuai dengan kebutuhannya. Contohnya untuk lapisan tahan minyak pada Nitril Butadiene (NER). Untuk lapisan tahan panas digunakan campuran silikon pada karet yang mempunyai isolasi tinggi, tahan lama, dan tahan terhadap cuaca yang cukup ekstrim.4. Selubung LogamBahan isolasi yang peka terhadap air biasanya dilindungi oleh selubung logam. Selubung ini terbuat dari timah hitam yang kemudian dilapisi oleh PVC di bagian luar. Selubung ini biasanya diaplikasikan pada kabel instalasi pompa bensin dan di tempat yang mempunyai resiko letusan.5. Selubung AluminiumKabel dengan selubung aluminium atau seng biasanya digunakan di daerah yang terdapat getaran yang kuat. Contohnya seperti di jembatan atau di sepanjang jalur kereta api. Untuk melindungi selubung dari korosi biasanya menggunakan PVC atau kertas berlapis aspal untuk melapisinya.6. AmourAmour melindungi kabel dari tekanan mekanis yang tinggi dan biasanya terdiri dari kawat baja yang berbentuk plat. Amour adalah salah satu kabel yang di-ground-kan untuk menghindari adanya tegangan sentuh yang tinggi jika terdapat kebocoran isolasi pada kabel atau terjadi kerusakan mekanik.3.2.4. JENIS KABEL DAN STANDARISASIKabel mempunyai berbagai macam jenis sesuai dengan kegunaan dan bahan yang digunakan untuk membuat kabel tersebut. Selain itu, ukuran dimensi maupun ukuran elektris dapat juga mempengaruhi jenis kabel tersebut. Pemilihan kabel yang tepat akan memastikan kelancaran penyaluran energi listrik dari sumber ke beban. Sebagai contoh, ketika terjadi gangguan maka kabel tidak akan terbakar. Akan tetapi, gangguan tersebut terbaca terlebih dahulu oleh rangkaian pemutus (circuit breaker). Semua penghantar yang digunakan harus dibuat dari bahan yang memenuhi syarat sesuai dengan tujuan penggunaannya serta telah diperiksa dan diuji menurut standar pengujian penghantar yang dikeluarkan atau diakui oleh instansi yang berwenang.Salah satu parameter yang membedakan jenis kabel adalah ukuran penghantar. Ukuran penghantar dinyatakan dalam ukuran luas penampang penghantar intinya dan satuannya dinyatakan dalam mm2. Kemampuan hantar arus dalam sebuah kabel ditentukan oleh KHA (Kemampuan Hantar Arus) yang dimilikinya serta dalam satuan Ampere (A). KHA ditentukan oleh luas penampang konduktor yang berada dalam inti kabel. Sedangkan, tegangan listrik dinyatakan dalam satuan Volt (V). Besar daya yang diterima dinyatakan dalam satuan Watt (W). Contohnya, pada tegangan 220 Volt dan KHA 10 Ampere, sebuah kabel listrik dapat menyalurkan daya sebesar 220V x 10A = 2200 Watt.Saluran Udara Tegangan Rendah menggunakan penghantar jenis kabel twisted atau kabel pilin (NFA2X-T). Kabel pilin udara atau NFA2X-T memiliki luas penampang yang berukuran 35 mm2, 50 mm2, dan 70 mm2 serta penghantar tak berisolasi All Aluminium Conductor (AAC) dan All Aluminium Alloy Conductor (AAAC) dengan luas penampang yang berukuran 25 mm2, 35 mm2, dan 50 mm2.Kabel Pilin Udara (Twisted Cable) atau NFA2X-T yang ditinjau pada laporan ini adalah kabel berinti tunggal dengan bentuk konduktor dipilin bulat. Instalasi pada kabel ini sedemikian rupa sehingga hantaran kabel membentuk kabel pilin dimana beberapa kabel berinti tunggal saling dililitkan sehingga saling membentuk suatu kelompok kabel. Kabel ini digabungkan dengan tujuan untuk mengurangi atau meniadakan gangguan elektromagnetik dari faktor luar seperti radiasi elektromagnetik dari kabel pasangan berpilin tak terlindung dan wicara silang. NFA2X-T atau unshield cable adalah kabel tanpa foil pelindung luar. Konfigurasi jaringan secara umum adalah radial. Hanya saja pada beberapa kasus khusus dipergunakan sistem tertutup (close loop).

Kabel twisted atau NFA2X-T mempunyai keuntungan, antara lain:1. Tidak memerlukan banyak peralatan2. Penghantar tidak terpisah-pisah sehingga menjadi satu bagian3. Keamanan lebih terjamin sehingga sulit untuk disadap4. Pelaksanaan pemasangan lebih sederhana dan relatif mudah5. Aman terhadap cuaca6. Aman terhadap gangguan ranting-ranting pohon7. Isolasi menggunakan bahan XLPE yang merupakan material yang sangat kuat.

Gambar 3.2. Konstruksi Kabel NFA2X-T

3.2.5. PENGUJIAN KABEL DAN STANDARISASIKabel sebelum dapat dipasarkan dan digunakan pada sistem jaringan transmisi dan distribusi negara harus memenuhi suatu persyaratan atau standar khusus. Terdapat berbagai macam standar yang digunakan sebagai pedoman pembuatan dan pengujian kabel, antara lain SPLN, SNI, dan IEC. SPLN adalah Standar Perusahaan Listrik Negara, yaitu standar yang dikeluarkan oleh PT PLN (Persero) sebagai dasar atau pedoman pembuatan dan produksi kabel. Sedangkan, SNI adalah standar khusus dari Indonesia. Dan biasanya, SNI ini akan mengacu pada SPLN maupun pada IEC yang merupakan standar internasional. Untuk mengetahui apakah suatu kabel yang diproduksi oleh suatu perusahaan kabel memenuhi persyaratan dan standar atau tidak, maka diperlukan suatu pengujian yang dilakukan oleh badan berwenang, dalam hal ini adalah PLN PUSLITBANG.

Secara umum, pengujian kabel dapat digolongkan menjadi 4 kelompok besar, yaitu:1. Uji JenisUji jenis adalah pengujian yang lengkap untuk menentukan apakah hasil produksi telah memenuhi persyaratan-persyaratan yang ditentukan dalam standar ini.2. Uji ContohUji contoh adalah pengujian yang dilakukan terhadap contoh-contoh yang diambil dari satu kelompok untuk menentukan apakah kelompok tersebut mempunyai sifat-sifat yang sama dengan jenis kabel tersebut seperti yang ditentukan dalam standar.3. Uji RutinUji rutin adalah pengujian yang dilakukan secara rutin yang sudah ditentukan dalam standar ini pada setiap hasil produksi oleh suatu perusahaan kabel.4. Uji KhususUji khusus ialah pengujian yang dilakukan secara khusus terhadap setiap panjang produksi kabel tertentu untuk memeriksa kabel yang diproduksi mempunyai mutu yang sama dengan hasil uji jenis.

Kabel NFA2X-T yang ditinjau pada laporan ini juga memiliki standarisasi khusus yang mengacu pada beberapa standar. Kabel ini harus sesuai dengan standar yang sudah ditentukan sebelum mendapat sertifikat lolos uji untuk dipasarkan dan digunakan pada sistem jaringan transmisi dan distribusi negara. Standar dari kabel ini adalah sebagai berikut:

1. Penandaan Kode PengenalPenandaan kode pengenal untuk kabel twisted NFA2X-T dilengkapi dengan jumlah inti, luas penampang penghantar, dan tegangan pengenal.

Kode HurufKomponen

NFAKabel Pilin Udara jenis standar dengan aluminium sebagai penghantar

NFKabel Pilin Udara jenis standar dengan tembaga sebagai penghantar

2XIsolasi XLPE

-TPenggantung

RmPenghantar dipilin bulat

Tabel 3.1. Kode Pengenal Kabel NFA2X-T

2. Tanda Pengenal IntiIsolasi dari semua inti harus berwarna hitam dan pada permukaannya diberi tanda sebagai berikut:

IntiTanda

Inti Fase 1Sebuah garis menonjol sepanjang inti

Inti Fase 2Dua buah garis menonjol sepanjang inti

Inti Fase 3Tiga buah garis menonjol sepanjang inti

Inti Netral/PenggantungPolos

Tabel 3.2. Tanda Pengenal Inti Kabel NFA2X-T

Tanda fase dengan garis menonjol tersebut harus dibuat dengan tinggi maksimum 0,5 mm, lebar kira-kira 1 mm, dan jarak antara 2 garis menonjol kira-kira 1 mm.

3. Penandaan Pada KabelPada permukaan isolasi sepanjang kabel dari salah satu inti fase harus diberi tanda pengenal dengan cetak tinta atau cetak timbul yang jelas dan tidak mudah terhapus dengan jarak antara tidak melebihi 50 cm. Penandaan pada kabel twisted NFA2X-T sekurang-kurangnya sebagai berikut: Tanda standar SPLN 42-10 Tanda pengenal produsen Kode pengenal jenis kabel Jumlah inti dan luas penampang dalam satuan mm2 Tegangan pengenal Tanda pengenal badan penguji apabila telah mengadakan perjanjian dengan badan penguji mengenai pengawasan mutu.

4. Penandaan Pada KemasanPada setiap kemasan harus tercantum keterangan yang jelas, mudah dibaca, dan tidak mudah terhapus. Keterangan sekurang-kurangnya sebagai berikut: Tanda standar SPLN 42-10 Tanda pengenal produsen Kode pengenal jenis kabel Jumlah inti dan luas penampang kabel dalam satuan mm2 Tegangan pengenal Panjang kabel dalam meter Arah gulungan dengan tanda anak panah Berat bersih dan kotor sebagai informasi untuk transportasi.

5. Ketentuan TeganganTegangan pengenal yang ditentukan untuk kabel dinyatakan dengan perbandingan Uo/U dan untuk kabel NFA2X-T yang termasuk dalam standar ini adalah 0,6/1 kV.

6. Konstruksi Kabel Konstruksi penghantar untuk kabel pilin udara dengan netral yang berfungsi sebagai penggantung. Konstruksi penghantar untuk inti fase dan inti saluran penerangan jalan harus dipilin bulat sesuai SPLN 41-1. Dalam hal ini, inti fase dianggap sebagai kabel biasa dimensi kawat tidak diukur Konstruksi untuk penghantar netral/penggantung harus dipilin bulat sesuai pada Tabel 1.A. pada SPLN 41-1. Sambungan pada kawat penghantar yang terdiri dari tujuh (7) kawat tidak diperkenankan adanya sambungan di setiap kawat, kecuali sambungan yang dibuat pada batang dasar atau pada kawat sebelum proses penarikan akhir. Sambungan pada kawat penghantar yang terdiri lebih dari tujuh (7) kawat, masing-masing kawat diizinkan adanya sambungan asalkan jarak terdekat antara dua (2) sambungan tidak kurang dari 15 meter. Konstruksi penghantar pada kabel pilin udara dengan netral bukan sebagai penggantung harus dipilin bulat sesuai pada Tabel 1.B. pada SPLN 41-1 dan di setiap kawat pada penghantar aluminium ataupun tembaga jenis setengah keras tidak diperkenakan adanya sambungan, kecuali sambungan yang dibuat pada batang dasar atau pada kawat sebelum proses penarikan akhir. Arah pilinan terluar pada kawat penghantar harus ke kanan dan lapisan pilin dibawahnya harus berlawanan.

7. IsolasiIsolasi harus dari bahan XLPE sesuai SPLN 41-9. Sedangkan, nilai rata-rata tebal isolasi yang diukur harus sesuai dengan SPLN 39 dan tidak boleh kurang dari nilai spesifikasi yang tercantum pada Tabel 2.A. kolom 2, 6, atau 10 atau pada Tabel 2.B. kolom 2 atau 3. Walaupun demikian, nilai-nilai pada setiap titik pengukuran boleh kurang sebanyak maksimum 0,1 mm + 10% dari nilai spesifikasi yang tercantum pada Tabel 2.A. kolom 2, 6, atau 10 atau pada Tabel 2.B. kolom 2 atau 3.

8. Penghantar Penghantar untuk kabel pilin udara dengan netral sebagai penggantung. Penghantar untuk inti fase dan inti saluran penerangan jalan harus dari bahan aluminium murni sesuai SPLN 41-1. Penghantar untuk inti netral/penggantung harus dari aluminium paduan sesuai SPLN 41-8 atau yang mempunyai karakteristik sebagai berikut: Kuat tarik kawat aluminium paduan sebelum dan sesudah pemilinan tidak boleh kurang dari 294 N/mm2. Pemuluran kawat aluminium paduan sebelum dan sesudah pemilinan tidak boleh kurang dari 4%. Tahanan jenis arus searah pada suhu 20C memiliki nilai maksimum 0,0328 Ohm.mm/m. Penghantar kabel pilin udara dengan netral bukan sebagai penggantung harus dari bahan aluminium murni. Penghantar dengan bahan aluminium murni harus mempunyai karakteristik sebagai berikut: Kuat tarik kawat aluminium tidak boleh kurang dari 171 N/mm2. Tahanan jenis arus searah tidak melebihi 0,028624 Ohm.mm/m. Penghantar dengan bahan tembaga polos setengah keras harus mempunyai karakteristik sebagai berikut: Kuat tarik kawat tembaga polos setengah keras sebelum pemilinan tidak boleh kurang dari 350 N/mm2. Pemuluran kawat tembaga polos setengah keras sebelum pemilinan tidak boleh kurang dari 0,92%. Tahanan jenis arus searah pada suhu 20C memiliki nilai maksimum 0,01784 Ohm.mm/m.

9. Pemilinan Inti Pemilinan inti kabel pilinan udara dengan netral sebagai penggantung harus dipilin ke arah kanan dan memenuhi persyaratan sesuai pada Tabel 2.A. kolom 14 dan 15. Pemilinan inti kabel pilin udara dengan netral bukan sebagai penggantung harus dipilin ke arah kanan dan memenuhi persyaratan sesuai pada Tabel 2.B. kolom 5 dan 6.

3.3. ISOLATOR3.3.1. PENGERTIAN ISOLATORIsolator merupakan peralatan yang digunakan untuk mengisolasi secara listrik dan menautkan secara mekanis perlengkapan atau penghantar yang mengalami beda potensial. Isolator jaringan tenaga listrik merupakan alat tempat menopang kawat penghantar jaringan pada tiang-tiang listrik yang digunakan untuk memisahkan secara elektris dua buah kawat atau lebih agar tidak terjadi kebocoran arus (leakage current) atau loncatan bunga api (flash over) yang dapat mengakibatkan terjadinya kerusakan pada sistem jaringan tenaga listrik.Langkah untuk menghindari terjadinya kerusakan peralatan listrik akibat tegangan lebih dan loncatan bunga api adalah dengan menentukan pemakaian isolator berdasarkan sifat kekuatan daya isolasi (dielectric strenght) dan kekuatan mekanis (mechanic strenght) bahan-bahan isolator yang dipakai. Karena sifat suatu isolator ditentukan oleh bahan yang digunakan. Isolator sebelum digunakan untuk keperluan kelistrikan harus terlebih dahulu melewati beberapa pengujian untuk mengetahui kelayakan isolator tersebut.

3.3.2. JENIS-JENIS ISOLATORIsolator memiliki arti lain yaitu gawai yang berfungsi sebagai isolasi listrik dan pemegang mekanik dari perlengkapan atau penghantar yang dikenai beda potensial (SPLN 10-4, 1994, Pasal 2). Isolator untuk sistem tenaga listrik negara berdasarkan fungsi dan konstruksinya dapat dibedakan menjadi empat (4) macam yang digunakan untuk jaringan distribusi primer maupun sekunder sebagai berikut:

1. Isolator Jenis Pasak (Pin Type Insulator)Isolator jenis pasak atau pin type insulator digunakan pada tiang-tiang lurus (tangent pole) dan tiang-tiang sudut (angle pole) untuk sudut 5 sampai 30. Isolator jenis ini biasanya terbuat dari bahan porselin maupun bahan gelas yang dibentuk dalam bentuk kepingan dan bagian bawahnya diberi suatu pasak (pin) yang terbuat dari bahan besi atau baja tempaan. Tiap kepingan diikatkan oleh suatu bahan semen yang berkualitas baik.Bentuk kepingan dibuat mengembang ke arah bawah seperti payung untuk menghindari air hujan yang akan menimpa permukaan kepingan secara mudah. Banyaknya kepingan tergantung pada kekuatan elektris bahan kepingan. Biasanya banyak kepingan ini berjumlah maksimum lima (5) buah.Isolator jenis pasak yang mempunyai satu keping biasanya digunakan untuk jaringan distribusi sekunder pada tegangan kurang dari 6 kV yang terbuat dari bahan gelas atau porselin. Untuk jaringan distribusi primer biasanya terdiri dari dua keping yang terbuat dari bahan porselin.Isolator jenis pasak banyak digunakan pada tiang-tiang lurus (tangent pole) dengan kekuatan tarikan sudut atau angle tensile strenght mencapai 10. Untuk kawat penghantar jaringan diletakkan di bagian atas untuk posisi jaringan lurus. Sedangkan untuk jaringan dengan sudut di bawah 10, kawat penghantarnya diikatkan pada bagian samping agar dapat memikul tarikan kawat.

Gambar 3.3. Konstruksi Isolator Jenis Pasak (Pin Type Insulator)

Isolator jenis pasak banyak digunakan karena memiliki keunggulan sebagai berikut: Lebih banyak jaringan yang dibuat lurus Sudut saluran dibuat kurang dari 15 Isolator jenis gantung lebih mahal daripada isolator jenis pasak Konstruksi tiang dibuat dengan cross-arm (traverse) yang lebih menonjolkan ke luar sudut.2. Isolator Jenis Pos (Post Type Insulator)Isolator jenis pos atau post type insulator digunakan pada tiang-tiang lurus (tangent pole) dan tiang-tiang sudut (angle pole) untuk sudut 5 sampai 15. Jika dibandingkan dengan isolator jenis pasak, isolator jenis pos ini lebih sederhana tata perencanaannya. Panjang diameternya lebih kecil dan tidak menggunakan kepingan-kepingan seperti isolator jenis pasak. Isolator jenis pos ini terdapat lekukan-lekukan pada permukaannya untuk mengurangi hantaran yang terjadi pada isolator. Semakin tinggi tegangan isolasinya maka semakin banyak lekukan-lekukan tersebut.Isolator jenis pos ini pada bagian atasnya diberi tutup (cap) dan bagian bawah diberi pasak yang terbuat dari bahan besi atau baja tempaan. Bahan yang digunakan untuk isolator jenis pos terbuat dari bahan porselin basah yang murah harganya.

Gambar 3.4. Konstruksi Isolator Jenis Pos (Post Type Insulator)

Kekuatan mekanis isolator jenis ini lebih tinggi dibandingkan isolator jenis pasak dan penggunaannya hanya pada jaringan distribusi primer untuk tiang-tiang lurus (tangent pole) pada sudut 5 sampai 15. Isolator jenis pos yang digunakan untuk jaringan distribusi 20 kV memiliki tegangan tembus sebesar 35 kV dengan kekuatan tarik (tensile strenght) sebesar 5000 pon.

3. Isolator Jenis Kap dan Pin atau Gantung (Suspension Type Insulator)Isolator jenis gantung atau suspension type insulator digunakan pada tiang-tiang sudut (angle pole) untuk sudut 30 sampai 90, tiang belokan tajam, dan tiang ujung (dead-end pole). Isolator jenis gantung ini lebih banyak digunakan karena lebih kokoh dan kuat dalam penggandengannya serta tidak ada kemungkinan lepas dari gandengannya karena pada ujungnya digunakan mur baut untuk mengikatnya.Isolator jenis gantung ini terdiri dari sebuah piringan yang terbuat dari bahan porselin dengan tutup (cap) dari bahan besi tempaan (melleable iron) dan pasaknya terbuat dari bahan baja yang diikatkan dengan semen yang berkualitas tinggi sehingga membentuk satu unit isolator yang berkualitas tinggi. Jika dibandingkan dengan isolator jenis pasak, isolator gantung ini hanya mempunyai satu piringan yang terbuat dari bahan porselin atau bahan gelas biru kelabu (blue gray glaze). Dengan menggunakan bahan gelas biru kelabu ini harga isolator dapat ditekan lebih murah dan dapat digunakan untuk beberapa gandengan.Pada umumnya, isolator gantung dengan bahan gelas ini digunakan untuk jaringan distribusi primer. Sedangkan isolator gantung dari bahan porselin banyak digunakan untuk gandengan-gandengan pada jaringan transmisi tegangan tinggi.

Gambar 3.5. Konstruksi Isolator Jenis Kap dan Pin atau Gantung(Suspension Type Insulator)

Dilihat dari konstruksinya, isolator gantung ini dikenal dalam dua jenis yaitu jenis clevis dan jenis ball and socket. Jenis clevis ini memiliki bentuk tutup (cap) dan pasaknya (pin) berbentuk pipih dengan lubang di tengah yang digunakan untuk keperluan penggandengan dari beberapa isolator gantung dengan cara pengikatan menggunakan mur baut sehingga bisa lebih kuat penggandengannya. Sedangkan, jenis ball and socket memiliki bentuk tutup (cap) yang berlubang (socket) untuk menyangkutkan pasak (pin) yang berbentuk bulat (ball) sehingga penggandengan dari bebarapa isolator gantung tidak menggunakan mur baut lagi. Dari kedua jenis ini yang paling banyak digunakan adalah jenis clevis. Karena jika dibandingkan dengan jenis ball and socket maka jenis clevis ini lebih kokoh dan kuat serta tidak ada kemungkinan lepas antara gandengan isolatornya.Isolator jenis gantung mempunyai kualitas tegangan isolasi tidak begitu tinggi dibandingkan dengan isolator jenis pasak karena isolator jenis gantung hanya memiliki satu piringan untuk setiap unit isolator. Oleh sebab itu untuk memenuhi kebutuhannya, maka isolator gantung ini digandeng-gandengkan satu unit dengan unit yang lainnya agar memdapatkan kualitas tegangan isolasi yang tinggi. Karena apabila isolator digandengkan, isolator gandeng mempunyai kualitas yang lebih tinggi dari isolator jenis pasak. Semakin banyak gandengannya maka semakin tinggi kualitas tegangan isolasinya.Saluran transmisi banyak sekali yang menggunakan isolator jenis gantung ini. Karena kekuatan mekanis isolator gantung ini lebih tinggi bila digandengkan. Maka banyak digunakan untuk menahan besarnya tarikan atau tegangan kawat pada tiang-tiang sudut (angle pole), tiang belokan tajam, dan tiang ujung (dead-end pole).

4. Isolator Jenis Cincin (Spool Type Insulator)Isolator jenis cincin (spool type insulator) digunakan pada tiang-tiang lurus (tangent pole) dengan sudut 0 sampai 10 yang dipasang secara horizontal maupun vertikal. Isolator cincin ini memiliki bentuk bulat berlubang yang di tengahnya seperti cincin yang hanya terdapat satu atau dua lekukan saja. Isolator jenis cincin ini terbuat dari bahan porselin.

Gambar 3.6. Konstruksi Isolator Jenis Cincin (Spool Type Insulator)Isolator jenis cincin tidak menggunakan pasak (pin) sehingga isolator jenis cincin memiliki kualitas tegangannya lebih rendah. Biasanya tidak lebih dari 3 kV. Isolator cincin ini besarnya tidak lebih dari 7,5 cm dari tinggi maupun diameternya. Isolator ini dipasangkan pada jaringan distribusi sekunder serta saluran pelayanan ke rumah tangga. Isolator ini dipasang pada sebuah clamp (pengapit). Pemasangan secara horizontal digunakan untuk jaringan lurus (tangent line) dengan sudut antara 0 sampai 10. Untuk jaringan sudut (angle line) dengan sudut lebih dari 10 harus dipasang pada kedudukan vertikal. Isolator jenis ini dipasang pada tiang penyangga dengan jarak satu meter dari tiang atau 60 cm dari palang kayu (cross-arm).

3.3.3. FUNGSI DAN SIFAT ISOLATORKemampuan suatu bahan untuk mengisolir atau menahan tegangan yang mengenainya tanpa mengakibatkan kecacatan atau kerusakan tergantung pada kekuatan dielektriknya sehingga fungsi utama isolator sebagai berikut:1. Untuk menyekat atau mengisolasi tegangan antara penghantar dengan tanah dan antara penghantar dengan penghantar2. Untuk memikul beban mekanis yang disebabkan oleh berat penghantar tetap atau tidak berubah3. Untuk menjaga jarak antara penghantar tetap atau tidak berubah.

Sesuai fungsi isolator dan penempatannya berada di ruang terbuka, maka suatu isolator harus mempunyai sifat sebagai berikut:1. Mempunyai tahanan jenis yang tinggi2. Mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi3. Tidak berubah terhadap perubahan suhu, siraman air, kelembaban, intensitas sinar matahari, dan polaritas listrik4. Bila mengalami loncatan listrik (flash over) tidak akan meninggalkan jejak.

3.3.4. BAHAN-BAHAN ISOLATOR JARINGANBahan-bahan yang baik untuk isolator adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Walaupun ada yang sanggup menghantarkan arus listrik tetapi relatif sangat kecil sehingga bisa diabaikan terhadap maksud penggunaan atau pemakaiannya. Pemakaian bahan isolasi ini diharapkan seekonomis mungkin tanpa mengurangi kemampuan dan kekuatannya sebagai isolator. Sebab apabila semakin berat dan semakin besar ukuran dari isolator tersebut, maka akan mempengaruhi beban penyangga pada sebuah tiang listrik.Bahan-bahan isolasi yang dipakai untuk isolator jaringan kebanyakan terbuat dari bahan padat, seperti bahan porselin, gelas, mika, ebonit, keramik, parafin, kuarts, dan veld spaat. Persyaratan-persyaratan bahan isolator sebagai berikut:1. Bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik2. Bahan isolasi yang ekonomis tanpa mengurangi kemampuannya sebagai isolator3. Bahan yang terbuat dari bahan padat, seperti porselin, gelas, mika, ebonit, keramik, parafin, kuarts, dan veld spaat.

3.3.5. SIFAT TAMPAK ISOLATOR1. Bagian KeramikBagian keramik setiap urut isolator renteng jenis kap dan pin harus bebas dari lubang atau cacat dan harus diglasur. Glasur harus berwarna coklat serta warna yang lebih tua atau lebih muda boleh diizinkan. Hal ini juga berlaku untuk daerah dimana glasur lebih tipis dan lebih terang. Sebagai contoh pada bagian tepi dengan radius kecil. Daerah yang diglasur harus dilingkupi glasur halus dan mengkilat serta bebas dari retak dan cacat lain. Cacat glasur antara lain seperti bercak tanpa glasur, ada bahan lain di dalam glasur, atau ada bintik lubang.

Luas total cacat glasur setiap unit tidak melebihi:

Luas setiap cacat glasur tunggal tidak melebihi:

Dimana D adalah diameter terbesar isolator dalam mm, dan F adalah jarak rambat isolator dalam mm.

Pada SPLN l0-38 memberikan penjelasan rinci mengenai parameter penting profil sirip isolator anti polusi. Akumulasi benda yang masuk (sebagai contoh butir-butir pasir) dapat dianggap sebagai cacat glasur tunggal. Bintik sangat kecil dengan panjang diameter kurang dari 1 mm (sebagai contoh disebabkan oleh partikel debu selama pengglasuran) tidak dimasukkan dalam luas total cacat glasur. Dalam setiap luas 50 mm x l0 mm, jumlah bintik tidak boleh melebihi l5.

Jumlah total bintik pada unit isolator tidak boleh melebihi:

2. Bagian GelasBagian gelas harus bebas dari lubang atau cacat termasuk adanya gelembung dalam gelas. Bahan gelas harus berwarna hijau serta warna yang lebih tua atau lebih muda boleh diizinkan. Isolator gelas pada umumnya terbuat dari bahan campuran antara pasir silikat, dolomit, dan phospat. Komposisi dari bahan-bahan tersebut dan cara pengolahannya dapat menentukan sifat dari isolator gelas ini. Isolator gelas memiliki sifat mengkondensir atau mengembun kelembaban udara, sehingga debu lebih mudah melekat di permukaan isolator tersebut. Semakin tinggi tegangan sistem maka semakin mudah pula terjadi peristiwa kebocoran arus listrik (leakage current) yang melewati isolator tersebut yang berarti mengurangi fungsi isolasinya. Oleh karena itu, isolator dari bahan gelas ini lebih banyak dijumpai pemakaiannya pada jaringan distribusi sekunder.Kelemahan dari isolator gelas adalah memiliki kualitas tegangan tembus yang rendah dan kekuatannya berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan temperatur. Oleh sebab itu, bila terjadi kenaikan dan penurunan suhu secara tiba-tiba, maka isolator gelas ini akan mudah retak pada permukaannya. Berarti isolator gelas ini bersifat mudah dipengaruhi oleh perubahan suhu di sekelilingnya. Akan tetapi, bila isolator gelas ini mengandung campuran dari bahan lain, maka pengaruh terhadap perubahan suhunya akan turun. Selain itu, isolator dari bahan gelas harganya relatif lebih murah bila dibandingkan dengan isolator porselin.

3. Bagian PorselinIsolator porselin dibuat dari dari bahan campuran tanah porselin, kwarts, dan veld spaat dimana bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori. Dengan lapisan glazuur ini permukaan isolator menjadi licin dan berkilat sehingga tidak dapat menghisap air. Oleh karena itu, isolator porselin ini dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka.Isolator porselin memiliki sifat tidak menghantarkan (non-conducting) arus listrik yang tinggi dan memiliki kekuatan mekanis yang besar. Isolator ini dapat menahan beban yang menekan serta tahan terhadap perubahan suhu. Akan tetapi, isolator porselin ini tidak tahan terhadap kekuatan yang menumbuk atau memukul. Ukuran isolator porselin ini tidak dapat dibuat lebih besar karena pada saat pembuatannya terjadi penyusutan bahan. Walaupun ada yang berukuran lebih besar namun tidak seluruhnya dari bahan porselin. Akan tetapi dibuat rongga-rongga di dalamnya yang kemudian akan diisi dengan bahan besi atau baja tempaan sehingga ketahanan dan kekuatan isolator porselin bertambah. Cara yang demikian ini akan menghemat bahan yang digunakan.Dikarenakan kualitas isolator dari bahan porselin ini lebih tinggi dan tegangan tembusnya (voltage gradient) lebih besar maka banyak disukai pemakaiannya untuk jaringan distribusi primer. Walaupun harganya lebih mahal tetapi lebih memenuhi persyaratan yang diinginkan. Kadang-kadang dijumpai juga isolator bahan porselin ini pada jaringan distribusi sekunder tetapi ukurannya lebih kecil.

4. Lapisan SengBagian logam digalvanis celup panas. Pelapisan seng pada logam (galvanisasi) harus kontinu serta merata dan sehalus mungkin agar tidak melukai tangan saat dipegang dan juga bebas dari segala sesuatu yang merusak benda yang dilapisi. Bercak-bercak kecil yang tak terlapisi boleh diizinkan. Luas maksimum satu bercak tak terlapisi kurang lebih 4 mm2 tetapi seluruh permukaan yang tak terlapisi tidak melebihi 0,5% dari permukaan total bagian logam dengan besar maksimum 20 mm2. Pelapisan harus memiliki daya tahan tinggi terhadap penggunaan normal barang tersebut tanpa mengelupas atau menyerpih.

Massa lapisan seng harus sesuai spesifikasi sebagai berikut: Untuk besi dan baja tuang atau tempa minimum 500 g/m2; rata-rata 600 g/m2 Untuk baut, mur, dan ring minimum 30 g/m2; rata-rata 375 g/m2

3.3.6. KRITERIA BAHAN ISOLATORKriteria bahan yang baik digunakan sebagai isolator untuk jaringan distribusi sebagai berikut:1. Bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik2. Mempunyai tahanan jenis yang tinggi3. Memiliki kekuatan mekanis yang tinggi4. Bahan isolasi yang ekonomis tanpa mengurangi kemampuannya sebagai isolator5. Bahan yang terbuat dari bahan padat seperti porselin, gelas, mika, ebonit, keramik, parafin, kuarts, dan veld spaat6. Memiliki sifat-sifat yang tidak dapat berubah terhadap perubahan suhu, siraman air, kelembaban, intensitas sinar matahari, dan polaritas listrik7. Bila mengalami loncatan listrik (flash over) tidak akan meninggalkan jejak (cacat).

3.3.7. KARAKTERISTIK ELEKTRIS ISOLATORIsolator memiliki dua (2) elektroda yang masing-masing terbuat dari bahan logam berupa besi atau baja campuran sebagai tutup (cap) dan pasak (pin) yang dipisahkan oleh bahan isolasi. Dimana setiap bahan isolasi mempunyai kemampuan untuk menahan tegangan yang mengenainya tanpa membuat kerusakan yang disebut dengan kekuatan dielektrikum.Apabila tegangan diterapkan pada isolator yang ideal di kedua elektroda tersebut, maka dalam waktu singkat arus yang mengalir terhenti dan di dalam bahan isolasi timbul suatu muatan listrik (Q). Hal ini menunjukkan adanya perbedaan beda potensial (V) di antara kedua elektroda tersebut.

Besarnya muatan dapat ditunjukkan melalui persamaan sebagai berikut:

Dimana nilai kapasitas (C) tergantung pada nilai konstanta dielektrik dari suatu bahan yang terdapat di antara kedua elektroda tersebut.

Untuk isolasi dari bahan porselin dan gelas, nilai konstanta dielektriknya lebih tinggi dibandingkan dengan bahan-bahan isolasi yang lain. Perbandingan nilai konstanta dielektrik bahan-bahan isolasi ditunjukkan oleh tabel di bawah ini.

Tabel 3.3. Nilai Konstanta Dielektrik Bahan IsolasiSelain nilai konstanta dielektrik () yang mempengaruhi nilai kapasitansi, luas dan tebal suatu bahan juga mempengaruhi nilai kapasitansi tersebut. Semakin besar volume suatu bahan maka semakin bertambah tinggi muatannya dan semakin besar nilai kapasitansinya. Besarnya kapasitansi terhadap pengaruh luas ditentukan oleh persamaan di bawah ini.

Keterangan:C : kapasitansi suatu bahan (Farad) : konstanta dielektrikumA : luas permukaan bahan (m2)d : diameter atau tebal bahan (m)

Nilai kapasitansi ini akan diperbesar lagi dikarenakan adanya faktor eksternal seperti kelembaban udara, debu, panas udara, kerusakan mekanis, proses kimia, serta tegangan lebih yang mempengaruhi permukaan pada bahan isolasi tersebut. Oleh karena itu, pendistribusian tegangan pada bahan isolasi tidaklah seragam dan akan lebih besar pada bagian yang terkena tegangan. Hal ini disebabkan karena terjadinya arus kebocoran (leakage current) yang melalui permukaan bahan tersebut. Besar arus kebocoran (leakage current) ini terbilang kecil jika dibandingkan dengan arus yang mengalir pada bahan isolasi tersebut dimana besarnya dapat ditentukan oleh persamaan di bawah ini.

Keterangan:Ii = arus kebocoran (Ampere)V = tegangan yang melaluinya (Volt)Ri = tahanan isolasi ()

Hal di atas akan membuat isolator menjadi tidak ideal yang seharusnya arus mengalir berhenti dalam waktu yang singkat akan tetapi turun secara perlahan-lahan. Akan tidak ideal lagi jika isolator itu diberikan tegangan yang diterapkan di antara kedua elektroda isolator yang kemudian mengalami tegangan loncatan api (flash over voltage) atau tegangan tembus pada isolator tersebut.Pada sistem tenaga listrik, tegangan loncatan api ini biasa dikatakan sebagai tegangan lebih (over voltage) yang ditimbulkan dari dua sumber. Sumber pertama berasal dari sistem itu sendiri yang berupa hubungan singkat (short circuit). Sedangkan, sumber yang kedua dari luar sistem atau biasa disebut gangguan sambaran petir. Tegangan tembus menjadi salah satu yang menentukan kemampuan suatu isolator sebagai penyekat dan menunjukkan kekuatan dielektrik dari isolator yang besarnya untuk setiap isolator berbeda-beda.Dengan demikian, isolator terdiri dari sejumlah kapasitansi. Kapasitansi diperbesar oleh terjadinya lapisan yang menghantarkan listrik dikarenakan kelembaban udara, debu, dan bahan lainnya pada permukaan isolator tersebut. Karena kapasitansi ini, maka distribusi tegangan pada saluran gandengan isolator tidak seragam. Beda potensial pada bagian yang terkena tegangan (ujung saluran) adalah paling besar dengan memasang tanduk busur api (arcing horn) sehingga distribusi tegangan perlu diperbaiki. Tegangan lompatan api (flash over voltage) pada isolator terdiri atas tegangan lompatan api frekuensi rendah, tegangan lompatan api impuls, dan tegangan tembus frekuensi rendah.

1. Tegangan Lompatan Api Frekuensi Rendah KeringTegangan lompatan api frekuensi rendah kering adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan diterapkan di antara kedua elektroda isolator yang bersih dan kering di permukaannya.

2. Tegangan Lompatan Api Frekuensi Rendah BasahTegangan lompatan api frekuensi rendah basah adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan diterapkan di antara kedua elektroda isolator yang basah di permukaannya akibat hujan.

3. Tegangan Lompatan Api ImpulsTegangan lompatan api impuls adalah tegangan lompatan api yang terjadi apabila tegangan impuls dengan gelombang standar diterapkan. Karakteristik impuls terbagi atas polaritas positif dan polaritas negatif. Biasanya tegangan dengan polaritas positif (yang memberikan nilai loncatan api yang rendah) yang digunakan. Untuk polaritas positif, tegangan loncatan api basah dan kering akan sama.

4. Tegangan Tembus Frekuensi RendahTegangan tembus (puncture) frekuensi rendah menunjukkan kekuatan dielektrik pada suatu isolator dan terjadi bila tegangan frekuensi rendah diterapkan di antara kedua elektroda isolator yang dicelupkan pada minyak sampai menembus isolator. Untuk isolator dalam keadaan baik, tegangan tembus ini lebih tinggi dari tegangan loncatan api frekuensi rendah dan nilainya kira-kira 140 kV untuk isolator gantung 250 mm.3.3.8. KARAKTERISTIK MEKANIS ISOLATORIsolator juga harus memiliki kekuatan mekanis yang berguna memikul beban mekanis penghantar yang diisolasikannya. Porselin sebagai bagian utama isolator mempunyai sifat sebagai besi cor dengan tekanan-tekanan yang besar dan kuat tarik yang lebih kecil. Kuat tarik biasanya mencapai 400 kg/cm2 sampai 900 kg/cm2. Sedangkan, untuk kuat tekanannya mencapai 10 kali lebih besar.Porselin harus bebas dari lubang-lubang, goresan, retakan, tumbukan dari luar, serta mempunyai ketahanan terhadap perubahan suhu yang mendadak muncul. Gaya tarik isolator yang telah dipasang relatif besar sehingga kekuatan porselin dan bagian yang disemenkan padanya harus dibuat lebih besar dari kekuatan bagian logamnya.Kekuatan mekanis pada isolator gantung dan isolator batang panjang harus diuji untuk mengetahui kemampuan mekanis dan keseragamannya. Kekuatan untuk jenis ini ditentukan oleh kekuatan pasaknya (pin) terhadap moment lekukan (bending momen) oleh penghantar. Pengkajian kekuatan mekanisnya dilakukan dengan cara memberikan beban kawat secara lateral terhadap pasak (pin).Dalam perencanaan saluran transmisi udara, tegangan lebih pada isolator merupakan salah satu faktor yang sangat penting. Di tempat dimana pengotoran udara tidak terlalu mengkhawatirkan, switching surge merupakan faktor yang penting dalam penentuan jumlah isolator dan jarak isolator.15