Dasar Teori Praktikum Teknik Tegangan Tinggi

8/18/2019 Dasar Teori Praktikum Teknik Tegangan Tinggi

1/40

PERCOBAAN I

PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI AC DAN DC

1.

Pembangkitan Tegangan Tinggi AC

1.1.

Pengertian Tegangan Tinggi AC

Sejauh ini level tegangan tinggi sekitar 10 kVrms sampai dengan kurang lebih 1.5 MV r.m.s.Sebagai pengembangan dari tegangan transmisisampai sekitar 1200 kV telah berjalan selamabertahun-bertahun. Dari pengujian rutin, tingkat-

tingkat tegangan untuk frekuensi-daya diuji selaluberhubungan dengan r.m.s. tertinggi tegangan fasa-ke-fasa V m dari sistem transmisi daya. Dalam hal ini V t adalah berbeda untuk peralatan dan berbeda yangdigunakan di dalam sistem transmisi dan jugatergantung pada jenis koordinasi isolai yangdigunakan. Untuk V m < 300 kV, rasio V t/V m sekitar 1.9dan mungkin berkurang dengan nilai lebih tinggi dari

V m. Bagaimanapun lebih besar tegangan nominal

untuk pengujian peralatan a.c yang perkirakan,kebutuhan untuk penentuan faktor keamanan yangpaling bertanggung jawab atas fakta ini.

1.2.

Pembangkitan dan pengukuran tegangan AC

Secara umum, semua tes tegangan AC dibuatfrekuensi daya nominal dari objek tes. Disesuaikandengan bahan objek yang dites. Semua tergantungpada jenis peralatan yang digunakan, metode-metodeuntuk pembangkitan tegangan bermacam-macam

frekuensi mungkin mahal. Meskipun sistem transmisisering menggunakan tiga fasa, tegangan pengujianbiasanya menggunakan tegangan satu fasa ke tanah.Gelombang harus mendekati sinusoidal murni dengandiantara separuh cycle yang mirip, dan sesuai denganrekomendasi dari sinusoid jika rasio dari puncak-ke-

r.m.s. nilai sama dengan √ 2 + 5 %, persyaratan yangdiasumsikan dipenuhi jika nilai r.m.s. dari harmonisa


2/40

tidak melebihi 5 persen dari r.m.s. nilai fundamental.Nilai V r.m.s. untuk cycle dari T :

1.3.

Paramater-parameter tegangan tinggi AC

Nilai V r.m.s. untuk cycle dari T :

(...) = 1∫ ().0

Pn=kV 2nωCtYang mana faktor k>1Untuk arus nominal

In= Pn / V n

1.4.

Rangkaian trafo uji

Salah satu rangkaian trafo uji adalahrangkaian satu tingkat, trafo memiliki fluks utamabersama yang artinya hanya terdiri dari sebuah intibesi. Trafo memiliki belitan transfer yang memilikijumlah belitan yang sama dengan belitan primer. Intibesi diketanahkan, belitan primer diletakkan antara intidan belitan sekunder. Belitan transfer terletak pada

potensial sekunder yang tidak diperlukan jika trafo ujidioperasikan pada rangkaian satu tingkat tetapi akandipergunakan pada rangkaian bertingkat.

1.5.

Konstruksi trafo uji

Kosntruksi trafo uji ada yang menggunakanbushing dan ada yang tidak. Yang menggunakanbushing berarti mempunyai permukaan lebih luas danini mengakibatkan disipasi panas yang lebih baik,akantetapi dengan tambahan bushing tersebut

diperlukan ruang yang lebih tinggi yang secaraekonomi akan lebih mahal. Yang tidak menggunakanbushing membutuhkan ruangan tidak terlalu tinggiakan tetapi disipasi panasnya kurang baik karenaterisolasi mantel. Untuk daya besar dimungkinkanmenggunakan pendingin seperti sirip pendingin.

1.6.

Kinerja trafo uji

Trafo uji mempunyai kinerja tidak dapatdengan sempurna digambarkan dengan rangkaian


3/40

ekivalen trafo yang biasa/trafo daya karena pengaruhkapasitansi sendiri Ci dari belitan tegangan tinggi dan

kapasitansi obejek uji Ca ( kebanyakan berupa bebankapasitif ). Pada pihak lain arus magnetisasi dapatdiabaikan selama inti besi masih belum jenuh. Trafo uji(terutama bentuk kaskade) dapat mewakili suatujaringan yang dapat berosilasi. Harmonisa padategangan priemer dan arus maknetisasi dapatmenimbulkan osilasi pada berbagai frekuensi yangmengakibatkan distorsi pada tegangan sekunder.

Trafo uji memiliki harmonisa tegangan tinggisangat bergantung pada besar beban dan teganganyang diterapkan, makas ewaktu pengujian harusdijaga agar penyimpangan tegangan tinggi dari kurvasinus ( untuk frekuensi dasar yang sama ) tidak lebihdari 5% nilai maksimum. Untuk mengukur itu makapuncak sinusoidal dipilih sedimikian hinggapenyimpangan bentuk tegangan terhadap kurva sinusmenjadi minimum.

1.7.

Pembangkitan tegangan tinggi AC menggunakan

rangkaian resonansi

Trafo uji dapat dibentuk denganmemanfaatkan rangkaian resonansi, baik paralelmaupun seri. Resonansi seri pada trafo uji denganbeban kapasitif dapat meningkatkan tegangan padasisi sekunder. Proses tersebut dapat digunakan untukmembangkitakan tegangan uji bolak balik, untuk

memperbesar rentang penalaan maka induktansihubung singkat dari trafo uji diperbesar dengan suatuindikator tegangan tinggi. Resonansi seri antarainduktansi dan kapasitansi beban dapat dieksitasidengan tegangan sekunder trafo yang rendah,rangkaian resonansi sangat sesuai terutama untukbeban kapasitif yang besar, misalnya kabel tegangantinggi. Kelebihan rangkaian resonansi seri yang utamaadalah tegangan keluaran yang hampir sinusoidal


4/40

serta kompensasi daya reaktif untuk objek uji dapatterpenuhi.

2.

Pembangkitan Tegangan Tinggi DC

2.1.

Pengertian Tegangan Tinggi DC

Dibidang teknik elektro tegangan tinggi dcumumnya digunakan untuk pengujian peralatan ataukomponen-komponen transmisi tegangan tinggi dc.Tegangan dc umumnya dibangkitkan denganmenggunakan rangkaian penyearah (diode) apabiladiperlukan arus yang besar (~10mA).

2.2.

Besaran-besaran tegangan tinggi dc

Besaran-besaran tegangan tinggi dc yangperlu diperhatikan agar sesuai dengan standarttegangan uji dc adalah sebagai berikut

1.

Polaritas2.

Amplitudo

= 1

∫ ()

0

3.

Ripple = − 2 4.

Sesuai dengan IEC 60, saat pengujianripple tidak melebihi 3%.

2.3.

Penyearah setengah gelombang

Penyearah setengah gelombang adalahrangkaian yang paling banyak dipergunakan untukmembangkitkan tegangan tinggi dc.

2.4.

Penyearah gelombang penuh

Rangkaian penyearah gelombang penuhmemiliki dua rangkaian yaitu rangkaian titik tengahpenyearah gelombang penuh dan rangkian jembatanpenyearah gelombang penuh.Memiliki ripple tegangan

2 = 2.


5/40

Kelebihan:Ripple, setengah dari penyearah setengah gelombang

dan penggunaan trafo lebih efektif karena terbebanipada kedua setengah gelombang.Kekurangan:

Tegangan blocking pada diode √ 2. . Trafo harusdiketanahkan tepat pada titik tengahnya

2.5.

Rangkaian Delon

Secara prinsip rangkaian delon sama sepertirangkaian penyearah setengah gelombang akan tetapipada rangkaian ini tegangan tidak diambil padakapasitor penyearah tetapi pada diode. Denganrangkaian ini akan diperoleh tegangan sesaat yangtinggi dengan tegangan maksimal sebesar

V omaks=2.√ 2. . Tetapi rangkaiana ini memiliki rippleyang sangat tinggi 2.δ V/v=200%. Rangkaian ini seringdigunakan untuk electropecipator dan electrostaticpainting.

2.6.

Rangkaian Delon Ganda

Rangkaian ini menggunakan dua buah diodedan dua buah kapasitor penyearah. Tegangan tinggidc diperoleh dari selisih tegangan pada sisi positif dansisi negatif. Tegangan dc yang diperoleh adalah

V omaks=2.√ 2. .2.7.

Rangkaian Villard

Rangkaian Villard terdiri dari sebuahkondensator dan dioda. Walaupun sirkuit ini sangatsederhana, kerut keluarannya sangat buruk. Padadasarnya, sirkuit ini adalah sirkuit penggenggamdioda. Kondensator diisi hingga tegangan puncak AC(V peak) pada siklus paruh negatif. Setelah beberapasiklus, semua gelombang AC tersuperimposekan padakeluaran tegangan DC di kondensator. Lembah negatif

AC digenggam pada 0V (sebenarnya −V F, yaitutegangan panjar maju dioda), sehingga puncak positifkeluaran adalah 2V peak. Kerut puncak-ke-puncak


6/40

adalah bentuk gelombang AC 2V peak dan tidak dapatdiperhalus tanpa mengubahnya menjadi bentuk lain.

Tegangan output: = 2. √ 2. Ripple dari rangkaian ini:

2 = . Tegangan blocking diode adalah V block=2√ 2.

2.8.

Kaskade Greinacher

Rangkaian kaskade Greinacher memberikanbanyak perbaikan dari sirkuit Villard hanya denganmenambahkan sedikit komponen. Kerut keluaransangat dikurangi, bahkan nol pada rangkaian tanpabeban, tetapi saat dibebani, kerut bergantung padaresistansi beban dan kapasitansi kondensator yangdigunakan. Sirkuit ini bekerja dengan menambahkandetektor puncak di belakang sirkuit Villard. Detektorpuncak mengurangi kerut selain menjaga tegangan

puncak pada keluaran. Sirkuit ini ditemukan olehHeinrich Greinacher pada tahun 1913 (diumumkantahun 1914) dalam rangka memberikan tegangan200–300 V yang dibutuhkannya untuk ionometer yangbaru ditemukannya, tegangan AC 110V yang dicatustasiun daya Zurich pada saat itu tidak mencukupi.Pada tahun 1920 menyempurnakan idenya ini denganmenyambung banyak pengganda. Aliran selGreinacher sering disalahartikan sebagai aliran Villard

cascade. Ini juga sering disebut sebagai generatorCockcroft-Walton yaitu peranti yang digunakan padapemercepat partikel yang dibangun oleh JohnCockcroft dan Ernest Walton, yang secara terpisahmenemukan kembali sirkuit ini pada tahun 1932.

Tegangan yang dihasilkan adalah V AO=n.2.√ 2.


7/40

2.9.

Generator Elektrostatik

Prinsip dari pembangkitan tegangan tinggi dc

dengan generator elektrosatic adalah pemisahanmuatan baik positif atau negatif dan dikumpulkan padasebuah elektrode. Tegangan dc yang dibangkitkan olehelektrostatik tidak memiliki ripple.

2.10.

Generator Van de Graaff

Prinsip generator ini adalah melalui peluahankorona pada elektrode jarum-plat akan terbentuk ionpositif atau negatif tergantung dari polaritas sumbertegangan dc untuk membangkitkan korona. Muatanin bergerak pada pita berputar dan terkumpul padaelektrode tegangan tinggi, sehingga elektrodategangan tinggi termuati secara elektrosatis.

2.11.

Trommel Generator Felici

Prinsip generator ini sama dengan prinsipgenerator van de graaff. Trommel termuati secaraelektrosatis melalui korona pada jarum-plat. Muatanakan bergerak dan memuati kapasitor sikat.


8/40

Halaman ini sengaja dikosongkan


9/40

PERCOBAAN II

PENGUJIAN BAHAN ISOLASI GAS UDARA)

1.

Pengertian Isolasi

Isolasi adalah bahan yang sifatnya tidak menghantarkan.Dalam bidang kelistrikan isolasi berarti bahan yang tidakmenghantarkan arus maupun tegangan. Isolasi memilikiperanan yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik. Isolasisangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebihpenghantar listrik yang bertegangan sehingga antarapenghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrikatau percikan. Bahan isolasi akan mengalami pelepasanmuatan yang merupakan bentuk kegagalan listrik apabilategangan yang diterapkan melampaui kekuatan isolasinya.Penelitian mengenai isolasi sangatlah penting karenapengetahuan mengenai isolasai akan menentukan sistem kerjadari rangkaian listrik. Sehingga dikembangkan penelitian-penelitian mengenai bahan isolasi.2.

Dasar Kegagalan Pada Isolasi Gas

a.

Proses Dasar Ionisasi

Ion merupakan atom atau gabungan atom yangmemiliki muatan listrik, ion terbentuk apabila padaperistiwa kimia suatu atom unsur menangkap ataumelepaskan elektron. Proses terbentuknya ion dinamaidengan ionisasi. Jika diantara dua elektroda yangdimasukkandalam media gas diterapkan tegangan V makaakan timbul suatu medan listrik E yang mempunyai besardan arah tertentu yang akan mengakibatkan electron

bebas mendapatkan energi yang cukup kuat menujukearah anoda sehingga dapat merangsang timbulnyaproses ionisasi .b. Ionisasi Karena Benturan

Jika gradien tegangan yang ada cukup tinggi makajumlah elektron yang diionisasikan akan lebih banyakdibandingkan dengan jumlah ion yang ditangkap molekuloksigen. Tiap-tiap elektron ini kemudian akan berjalanmenuju anoda secara kontinu sambil membuat benturan-


10/40

benturan yang akan membebaskan electron lebih banyaklagi. Ionisasi karena benturan ini merupakan proses dasar

yang penting dalam kegagalan udara atau gas.3.

Mekanisme Kegagalan Gas

Kegagalan bisa terjadi di berbagai bentuk baik padatan(solid, cair maupun gas. Dan semua Teori Kegagalan Isolasimengacu pada kegagalan gas. Karena hal ini telah ditelitisecara spesifik dan inilah sebabnya teori kegagalan gas jadiacuan untuk teori kegagalan yang lain. Proses kegagalandalam gas ditandai dengan adanya percikan secara tiba-tiba,percikan ini dapat terjadi karena adanya pelepasan yangterjadi pada gas tersebut. Mekanisme kegagalan gas yangdisebut percikan adalah peralihan dari pelepasan tak bertahansendiri ke berbagai pelepasan yang bertahan sendiri. Prosesdasar yang paling penting dalam kegagalan gas adalah prosesionisasi karena benturan, tetapi proses ini tidak cukup untukmenghasilkan kegagalan. Proses lain yang terjadi dalamkegagalan gas adalah proses atau mekanisme primer danproses atau mekanisme sekunder. Proses yang terpenting

dalam mekanisme primer adalah proses katoda, pada prosesini diawali dengan pelepasan elektron oleh suatu elektrodayang diuji, peristiwa ini akan mengawali terjadinya kegagalanpercikan ( spark breakdown). Elektroda yang memiliki potensialrendah (katoda) akan menjadi elektroda yang melepaskanelektron. Elektron awal yang dibebaskan (dilepaskan) olehkatoda akan memulai terjadinya banjiran elektron daripermukaan katoda. Jika jumlah elektron yang dibebaskanmakin lama makin banyak atau terjadinya peningkatan

banjiran maka arus akan bertambah dengan cepat sampaiterjadi perubahan pelepasan dan peralihan pelepasan ini akanmenimbulkan percikan (kegagalan) dalam gas.

Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalam sistemtenaga listrik.Isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan duaatau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antarapenghantarpenghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrikatau percikan. Bahan isolasi akan mengalami pelepasanmuatan yang merupakan bentuk kegagalan listrik apabila


11/40

tegangan yang diterapkan melampaui kekuatan isolasinya.Kegagalan yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi

bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinuitas sistemterganggu. Udara merupakan bahan isolasi yang banyakdigunakan pada peralatan tegangan tinggi misalnya padaarrester sela batang yang terpasang di saluran transmisi, selainitu udara juga digunakan sebagai media peredam busur apipada pemutus tenaga (CB = Circuit Breaker). Sementara bahanisolasi cair banyak digunakan sebagai isolasi dan pendinginpada trafo karena memiliki kekuatan isolasi lebih tinggi.Hasilpengujian menunjukkan bahwa nilai tegangan tembus yangterjadi pada media isolasi udara dan minyak cenderungmeningkat seiring pertambahan jarak sela.Selain itu jugadilakukan pengujian pada minyak bekas dan minyak baru.Hasil pengujian menunjukkan tegangan tembus pada minyakbaru lebih tinggi daripada minyak bekas dan tegangan tembusisolasi udara lebih kecil daripada tegangan tembusminyak.Partial discharge (peluahan parsial) adalah peristiwapelepasan/loncatan bunga api listrik yang terjadi pada suatu

bagian isolasi (pada rongga dalam atau pada permukaan)sebagai akibat adanya beda potensial yang tinggi dalam isolasitersebut Partial discharge dapat terjadi pada bahan isolasipadat, bahan isolasi cair maupun bahan isolasi gas.Mekanisme kegagalan pada bahan isolasi padat meliputikegagalan asasi (intrinsik), elektro mekanik, streamer, thermaldan kegagalan erosi.Kegagalan pada bahan isolasi cairdisebabkan oleh adanya kavitasi, adanya butiran pada zat cairdan tercampurnya bahan isolasi cair. Pada bahan isolasi gas

mekanisme townsend dan mekanisme streamer merupakanpenyebab kegagalan. Dari uraian di atas menunjukkan bahwakegagalan isolasi ini berkaitan dengan adanya partialdischarge.

Pengukuran partial discharge pada peralatan tegangantinggi merupakan hal yang sangat penting karena dari datadata yang diperoleh dan interpretasinya dapat ditentukanreability suatu peralatan yang disebabkan oleh penuaan(agging) dan resiko kegagalan dapat dianalisa. Spesifikasi


12/40

pengujian partial discharge tergantung pada tipe peralatan tesdan bahan isolasi yang digunakan pada proses konstruksi suatu

peralatan. Adanya partial discharge di dalam bahan isolasi dapat

ditentukan dengan tiga metode yaitu : dengan pengukurantegangan pada objek, dengan pengukuran arus di dalamrangkain luar dan mengukur intensitas radiasi gelombangelektromagnetik yang disebabkan karena adanya partialdischarge.

Udara merupakan bahan isolasi gas yang banyakdigunakan pada peralatan tegangan tinggi misalnya padaarrester sela batang yang terpasang di saluran transmisi, selainitu udara juga digunakan sebagai media peredam busur apipada pemutus tenaga (CB = Circuit Breaker).

Tegangan tembus pada isolasi udara cenderung meningkatseiring pertambahan jarak sela elektroda, semakin besar jaraksela elektroda maka tegangan tembusnya akan semakin besarjuga. Tegangan tembus pada isolasi udara pada jarak selayang sama lebih kecil dibandingkan tegangan tembus pada

isolasi minyak.Tipe Voltage stressesTemporary Overvoltages : gangguan frekuensi tenaga dalamdurasi yang relative lamaDisebabkan karena :

- Kesalahan (Ketidakseimbangan)- Perubahan tiba-tiba saat loading (biasanya load

rejection)- Underloaded saluran panjang

- Resonansi linear

- Ferroresonance- Induksi elektromagnetik dan elektrostatis- Resonansi elektromekanik dengan generator

Transient Overvoltages : pergantian transien dan hasil transiendari pengubahan operasi yang ditetapkan. Osilasi frekuensitinggi dapat menghasilkan transien dalam mikrisekon.Lightning Transients: sangat cepat, seratus nanosekon


13/40

4.

Jenis-senis Isolator Gas.

Pada umumnya isolator gas digunakan sebagai media

isolasi dan penghantar panas.Beberapa hal yang perludiperhatikan pada isolator gas ini adalah ketidakstabilantemperatur, ketidaknormalan sifat kedielektrikan pada tekananyang tinggi dan resiko ledakan dari gas yang digunakan.

Berdasarkan kekuatan dielektrik, rugi-rugi dielektrik,stabilitas kimia, korosi, dll, isolator gas dapat diklasifikasikanmenjadi :

1. Gas sederhana, contohnya :a. Udarab. Nitrogenc. Heliumd. Hidrogen , dan lain-lain

2. Gas Oksida, contohnya :a. Gas karbondioksidab. Gas Sulphur dioksida

3. Gas Hidrokarbon, contohnya :a. Methana

b. Ethanac. Propana dan lain-lain4. Gas Elektronegatif, contohnya :

a. Gas Sulphur hexafloridab. CH2Cl2

Dalam pemilihan jenis isolator gas yang dipergunakan,perlu diperhatikan sifat dari kedielektrikan gas yang digunakanpada temperatur dan tekanan dimana gas tersebutakandigunakan sebagai media isolasi. Beberapa sifat dari

isolator gas sebagai media isolasi yang perlu diperhatikanantara lain yaitu :

1. Sifat Kelistrikan, yang mencakup antara lain :a. Tahanan isolasib. Kekuatan Dielektrikc. Faktor Dayad. Konstanta Dielektrike. Rugi-rugi dielektrik

2. Temperatur,


14/40

3. Sifat Kimia, dan4. Sifat Mekanis

a. kerapatan volumeb. viskositasc. absorpsi kelembamand. tekanan permukaan,dll

Mekanisme Kegagalan Isolasi Gas

Dalam mekanisme tembus listrik bahan isolasi,adabeberapa peristiwa/proses yang berperan di dalamnya, antaralain :

a. Ionisasi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari ikatanatom netral sehingga menghasilkan satu elektron bebasdan ion positif

b. Deionisasi, yaitu peristiwa dimana satu ion positifmenangkap elektron bebas sehingga ion positif tersebutmenjasi atom netral

c. Emisi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron daripermukaan logam menjasi elektron bebas

Proses dasar dalam kegagalan isolasi gas adalah ionisasibenturan oleh elektron. Ada dua jenis proses dasar yaitu :• Proses primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran

elektron• Proses sekunder, yang memungkinkan terjadinya

peningkatan banjiran elektronSaat ini dikenal dua mekanisme kegagalan gas yaitu :• Mekanisme Townsend• Mekanisme Streamer

4.1.

Mekanisme Kegagalan Townsend

Pada proses primer, elektron yang dibebaskanbergerak cepat sehingga timbul energi yang cukup kuatuntuk menimbulkan banjiran elektron.

Jumlah elektron Ne pada lintasan sejauh dx akan

bertambah dengan dNe, sehingga elektron bebastambahan yang terjadi dalam lapisan dx adalah dNe =Ne.dx . Ternyata jumlah elektron bebas dNe yangbertambah akibat proses ionisasi sama besarnya dengan


15/40


16/40

3.

Untuk N>108 terjadi gangguan medan dimana E>E0 yang berarti α> α0 pada bagian depan dan belakang

muka luruhan4.

Anak luruhan akan terjadi muka luruhan dan ekeorluruhan

5.

Bertemunya streamer pada electrode membentukgelombang ionisasi baru. Streamer masih memilikitahanan yang cukup tinggi, sehingga tegangan tidakjatuh. Proses-proses yang terjadi pada electrode adalahsebagai berikut:Katode: Ion positif streamer katode yang bertemudengan katode menghasilkan jumlah electron mulayang sangat banyak, sehingga gelombang ionisasiarus kuat (luruhan paralel) dapat bergerak ke anode

Anode: Jika Elektron diserap oleh anode, muatanruang positif akan bertahan didepan anode sehinggaanode seolah terdapat pada ruang medan (seolah-olah bertambah panjang)

6.

Gelombang ionisasi berlipat bergerak ke sana ke mari

dan memanaskan kanal streamer, tahanannyamenjadi rendah dan akhirnya menyebabkan terjadinyakegagalan.

5.

Isolator Udara Udara merupakan bahan isolasi yang mudah

didapatkan, mempunyai tegangan tembus yang cukupbesar yaitu sekitar 30 kV/cm. kalau dua buah elektrodayang dipisahkan dengan udara mempunyai beda potensial

yang tinggi yaitu tegangan yang melebihi tegangantembus, maka akan timbul loncatan bunga api. Bilategangan itu dinaikkan lagi, maka akan terjadi busur api.Besarnya tegangan tembus dipengaruhi oleh tekananudara. Secara umum,makin besar tekanannya, main besarpula tegangan tembusnya. Tetapi pada keadaanpakemjustru tegangan tembus akan menjadi lebih besar.Keadaan yang demikian inilah yang justru digunakan atauditerapkan pada peralatan listrik.


17/40

Sulphur Hexa FluoridaSulphur Hexa Fluorida (SF6) merupakan suatu gas

bentukan antara unsur sulphur dengan fluor dengan reaksieksotermis

S + 3 F2 SF6 + 262 kilo kaloriSampai saat ini SF6 merupakan gas terberat yang

mempunyai massa jenis 6.139 kg/m3 yaitu sekitar 5 kaliberat udara pada suhu 00 celcius dan tekanan 1 atmosfir.

Sifat dari SF6 sebagai media pemadam busur api danrelevansinya pada sakelar pemutus beban adalah :

a. Hanya memerlukan energi yang rendah untukmengoperasikan mekanismenya. Pada prinsipnya,SF6 sebagai pemadam busur api adalah tanpamemerlukan energi untuk mengkompresikannya,namun semata-mata karena pengaruh panas busurapi yang terjadi.

b.Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupunsebagai pengisolasi dapat dengan mudah dideteksi

c. Penguraian pada waktu memadamkan busur api

maupun pembentukannya kembali setelahpemadaman adalah menyeluruhd. Relatif mudah terionisasi sehingga plasmanya pada

CB konduktivitas tetap rendah dibandingkan padakeadaan dingin. Hal ini mengurangi kemungkinanbusur api tidak stabil dengan demikian adapemotongan arus dan menimbulkan teganganantar kontak.

e. Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga

penguraiannya menjadikan dielektriknya naiksecara bertahap.

f. Transien frekuensi yang tinggi akan naik selamaoperasi pemutusan dan dengan adanya hal inibusur api akan dipadamkan pada saat nilai arusnyarendah.


18/40

Halaman ini sengaja dikosongkan


19/40

PERCOBAAN III

PENGUJIAN BAHAN ISOLASI PADAT

1.1

Peranan Isolasi Tegangan Tinggi

Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalamsistem tenaga listrik. Isolasi sangat diperlukan untukmemisahkan dua atau lebih penghantar listrik yangbertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebuttidak terjadi lompatan listrik atau percikan. Bahan isolasi akanmengalami pelepasan muatan yang merupakan bentukkegagalan listrik apabila tegangan yang diterapkan melampauikekuatan isolasinya. Kegagalan yang terjadi pada saatperalatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alatsehingga kontinuitas sistem terganggu.

1.2

Kesalahan pada sistem elektrik Arti dari electrical breakdown yang paling umum

berhubungan dengan mobil dan merupakan gangguan padajaringan listrik yang berakibat pada hilangnya fungsi

kendaraan. Permasalahan yang umum terjadi bisa berupapengosongan baterai, kegagagalan alternator, kabel yangrusak, ledakan sekering, dan kerusakan pada pompa bahanbakar.

1.3

Kegagalan isolator elektrik Arti electrical breakdown yang kedua merujuk pada

kegagalan isolatornya sebuah kabel listrik atau komponenlistrik yang lain. Kegagalan seperti ini biasanya mengakibatkan

hubungan pendek atau sekering yang meledak. Ini terjadi padategangan dadal. Kegagalan isolator yang sesungguhnya seringterjadi dalam penerapan tegangan tinggi yang kadang-kadangmenyebabkan pembukaan sebuah pemutus sirkuit pelindung.Electrical breakdown sering pula diasosiasikan dengankegagalannya bahan isolasi padat atau cair yang digunakandalam kondensator maupun transformator tegangan tinggi dikabel distribusi listrik. Electrical breakdown juga bisa terjadi disepanjang sejumlah dawai isolator yang dipasang pada


20/40

saluran listrik, di dalam kabel listrik bawah tanah, atau kabelyang membusur pada cabang pohon terdekat. Dalam tekanan

listrik yang cukup kuat, electrical breakdown bisa berlangsungdi dalam zat padat, cair, atau gas. Namun, mekanismekegagalan yang spesifik sangat berbeda di setiap fasedielektrik. Kesemua ini menyebabkan kerusakan instrumenyang membahayakan.

1.4

Piranti disruptif Piranti disruptif merupakan piranti berdielektrik, lalu

mendapat tekanan melebihi kuat dielektriknya, yang memilikielectrical breakdown. Hal ini berakibat pada perubahan tiba-tiba pada bagian bahan dielektrik yang semula bersifatmenghambat listrik menjadi bersifat konduktif. Adapun ciri dariperubahan ini adalah terbentuknya bunga api listrik, dan bisajuga busur elektrik melalui bahan tadi. Jika hal ini terjadi didalam perubahan kimiawi, fisik, dan dielektrik padat disepanjang jalur lucutan/pengosongan maka kuat dieletriknyabahan akan berkurang secara signifikan.

1.5

Definisi Pengujian Isolasi Padat Pada Peralatan Listrik

Resistansi isolasi dari suatu isolasi didefinisikan sebagairesistansi (dalam megohm) yang ditimbulkan oleh isolasikarena diterapkan tegangan DC. Arus yang dihasilkan disebutarus isolasi dan terdiri dari dua komponen yang utama.

a.

arus yang mengalir di dalam isolasi, terdiri atas:1)

Arus kapasitansi2)

Arus dielektrik absorpsi

3)

Arus konduksi tetapb. arus yang mengalir diatas permukaan isolasi, dan

disebut arus bocor.

1.6

Teori Pengukuran Resistansi Isolasi dan Absorpsi Dielektrik

Ketika suatu tegangan dc dari suatu tegangan tinggi,instrumen test dc isolasi tiba-tiba diterapkan pada isolasi, arusisolasi akan mulai pada suatu nilai yang tinggi, secaraberangsur – angsur berkurang, dan akhirnya mencapai level off


21/40

kenilai yang stabil. Resistansi isolasi awal yang rendahdisebabkan oleh arus kapasitansi charging awal yang tinggi.

Arus kapasitansi ini dengan cepat berkurang ke suatu nilai yangdapat diabaikan ( pada umumnya 15 detik.).

Resistansi isolasi awal yang rendah sebagiandisebabkan oleh arus Absorpsi dielektrik awal yang tinggi. Arusini juga berkurang berdasarkan waktu, tetapi lebih secaraberangsur-angsur, membutuhkan dari 10 menit sampaibeberapa jam untuk mencapai nilai yang dapat diabaikan.Resistansi isolasi bervariasi seperti halnya ketebalan dankebalikannya sebagai area isolasi yang diuji. Suatu kurva yangdiplot antara arus isolasi dan waktu ( atau resistansi isolasi danwaktu ) dikenal sebagai kurva dielektrik absorsi.

1.7

Yang Dibutuhkan dalam Pengukuran Resistansi Isolasi dan

Absorpsi Dielektrik

Masing - masing faktor error yang besar padapengukuran resistansi isolasi dan error ini tidak boleh ditujukankarena ketidakakuratan instrumen pengukuran. Diskusi ini

menerapkan test pada isolasi lilitan stator generator, tetapi jugamenerapkan secara umum pada semua isolasi dari semuamesin listrik, kabel, trafo, dan peralatan lain kecuali isolatorporselin, dan arrester.

Lilitan medan isolasi tegangan rendah seharusnya diujidengan suatu sumber tegangan tidak lebih tinggi dari 500 volt,untuk menghindari kerusakan isolasi. Sebelum rotor medandiuji, sikat harus diangkat dan isolasi slip-ring secara hati-hatidibersihkan. Resistansi isolasi medan rotor sama pentingnya

seperti resistansi isolasi stator.Efek Injeksi Sebelumnya

Satu faktor yang mempengaruhi pengukuran isolasidan dielektrik absorsi adalah injeksi sebelumnya pada isolasi.Injeksi mungkin berasal dari operasi normal dari suatugenerator dengan netral tidak digroundkan, atau dari suatupengukuran resistansi isolasi sebelumnya. Ini akan aman jikalilitan generator tetap digroundkan selama test pada lilitandilakukan.


22/40

Efek Suhu/Temperatur Resistansi isolasi bervariasi berkebalikan dengan

temperatur untuk material yang terisolasi.Efek Kelembaban

Efek dari kelembaban yang dapat masuk isolasi suatulilitan motor atau generator dari udara basah/uap atau dapatmasuk lilitan suatu trafo yang disebabkan minyak, akanmembuat suatu perbedaan besar pada resistansi isolasi.Efek Penuaan

Isolasi dengan semisolid, seperti mika-aspal,mengalami suatu proses penurunan berapa lama kemudian.Proses penurunan ini meningkatkan arus dielektrik absorpsiyang diterapkan pada isolasi, dan kemudian insulationresistance meter atau tegangan tinggi, pengukuran dc testmenunjukkan suatu penurunan resistansi isolasi denganbertambahnya umur. Efek penuaan semakin nyata pada arusbocor utamanya peningkatan keretakan atau kontaminasi.Index Polarisasi

Kecuraman kurva absorpsi dielektrik menunjukkan

temperatur yang mengindikasikan kekeringan relatif dariisolasi. Kecuraman ini dinyatakan dalam "index polarisasi" .Index polarisasi = R10/R1 = I1/I10 ( jika tegangan

adalah tetap)di mana:R10 = resistansi isolasi pada menit ke-10 (megohm).R1 = resistansi isolasi pada menit ke 1 (megohm)I1 = arus isolasi pada menit ke-1I10 = arus isolasi pada menit ke-10

Indikasikan perbedaan index polarisasi antara isolasikering dan lembab lebih menunjukkan pada temperatur yanglebih tinggi dan oleh karena itu, test kering/panas lebih sensitif.

Kondisi Isolasi Suhu (°C) IP

Lembab 36 1,88

Lembab 75 2,50

Kering 75 3,11

Kering 36 2,16


23/40

IEEE Standard No. 43 mengindikasikan nilaiIP minimumyang direkomendasikan untuk mesin ac:

Isolasi klas A = 1,5

Isolasi klas B = 2,0

Isolasi klas C = 2,0

1.8

Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian untuk test dielektrik absorsi adalah:a.

Hot resistance testMematikan operasi mulai dari beban penuh sedikitnya4 jam, atau sampai temperatur distabilkan:

1)

Memutuskan peralatan yang akan diuji dari peralatanlainnya dengan membuka breaker/pemutus tenaga.Memutus trafo tenaga atau peralatan lain yangmenyambung antara fasa dan ground atau netral danground.

2)

Melepas hubungan ground, sambungkan ke resistansiisolasi tester, dan mulai pembacaan absorpsi dielektrik.Berikan pembacaan pada interval 1 menit untuk 10

menit. Lakukan test antara lilitan stator dan ground danantara lilitan medan dan ground.3)

Catat temperatur dari peralatan yang diuji. Gunakanrata-rata dari semua indikasi detektor temperaturresistansi, jika tersedia, atau menggunakan rata-ratapembacaan dari beberapa thermometer yangditempatkan agar supaya diperoleh rata-rata terbaikdari temperatur isolasi.

4)

Groundingkan lilitan lagi sedikitnya 10 menit.

b.

Cold resistance test.Empat sampai delapan jam setelah hot resis-tance test,

ketika peralatan telah didinginkan sekitar suhu lingkungan,lakukan pengujian seperti prosedur hot resistance test.

1.9

Faktor Koreksi Temperatur pada Resistansi Isolasi


24/40

Berdasarkan metoda yang mungkin digunakan untukmengoreksi resistansi isolasi pada temperatur berapapun pada

resistansi isolasi pada temperatur dasar yang dipilih, jika initidak mungkin melakukan test resistansi isolasi pada duatemperatur yang sangat berbeda. Metoda hanya pendekatan,sebab koefisen suhu resistansi isolasi sangat bervariasi dengankondisi dan bahan yang berbeda dan tidak selalu konsistenuntuk material yang sama. Nilai resistansi isolasi pada menit ke10 dari kurva dielektrik absorpsi harus digunakan.Uraian masing masing jenis kegagalan pada bahan isolasipadat adalah :

Kegagalan asasi (intrinsik) adalah kegagalan yangdisebabkan oleh jenis dan suhu bahan ( denganmenghilangkan pengaruh luar seperti tekanan, bahanelektroda, ketidakmurnian, kantong kantong udara.Kegagalan ini terjadi jika tegangan yang dikenakanpada bahan dinaikkan sehingga tekanan listriknyamencapai nilai tertentu yaitu 106 volt/cm dalam waktuyang sangat singkat yaitu 10-8 detik

Kegagalan elektromekanik adalah kegagalan yangdisebabkan oleh adanya perbedaan polaritas antaraelektroda yang mengapit zat isolasi padat sehinggatimbul tekanan listrik pada bahan tersebut. Tekananlistrik yang terjadi menimbulkan tekanan mekanik yangmenyebabkan timbulnya tarik menarik antara keduaelektroda tersebut. Pada tegangan 106 volt/cmmenimbulkan tekanan mekanik 2 s.d 6 kg/cm2.Tekanan atau tarikan mekanis ini berupa gaya yang

bekerja pada zat padat berhubungan dengan Modulus

YoungDengan rumus Stark dan

GartonJika kekuatan asasi (intrinsik) tidak tercapai


25/40

pada , maka zat isolasi akan gagal bilategangan V dinaikkan lagi. Jadi kekuatan listrik

maksimumnya adalah .Dimana :F :gaya yang bekerja pada zat padat, D L:pertambahan panjang zat padat L:panjang zat padat,

A:pertambahan zat yang dikenai gaya, d0:tebal zatpadat sebelum dikenai tegangan V, d:tebal setelahdikenai tegangan V dan e 0e r:permitivitas

Kegagalan streamer adalah kegagalan yang terjadisesudah suatu banjiran (avalance). Sebuah elektronyang memasuki band conduction di katoda akanbergerak menuju anoda dibawah pengaruh medanmemperoleh energi antara benturan dan kehilanganenergi pada waktu membentur. Jika lintasan bebas

cukup panjang maka tambahan energi yang diperolehmelebihi pengionisasi latis (latice). Akibatnya dihasilkantambahan elektron pada saat terjadi benturan. Jikasuatu tegangan V dikenakan terhadap elektroda bola,maka pada media yang berdekatan (gas atau udara)timbul tegangan. Karena gas mempunyai permitivitaslebih rendah dari zat padat sehingga gas akanmengalami tekanan listrik yang besar. Akibatnya gastersebut akan mengalami kegagalan sebelum zat

padat mencapai kekuatan asasinya. Karean kegagalantersebut maka akan jatuh sebuah muatan padapermukaan zat padat sehingga medan yang tadinyaseragam akan terganggu. Bentuk muatan pada ujungpelepasan ini dalam keadaan tertentu dapatmenimbulkan medan lokal yang cukup tinggi (sekitar10 MV/cm). Karena medan ini melebihi kekuatanintrinsik maka akan terjadi kegagalan pada zat padat.


26/40

Proses kegagalan ini terjadi sedikit demi sedikit yangdapat menyebabkan kegagalan total.

Kegagalan termal, adalah kegagalan yang terjadi jikakecepatan pembangkitan panas di suatu titik dalambahan melebihi laju kecepatan pembuangan panaskeluar. Akibatnya terjadi keadaan tidak stabil sehinggapada suatu saat bahan mengalami kegagalan


27/40

PERCOBAAN IV

PENGUJIAN BAHAN ISOLASI CAIR

A.

Sekilas tentang pengujian bahan isolasi cair

Dalam sistem tenaga listrik isolasi berfungsi untukmemisahkan dua atau lebih penghantar listrik yangbertegangan, sehingga antara penghantar-penghantar yangbertegangan tidak terjadi lompatan listrik atau percikan.Minyak merupakan bahan isolasi yang banyak digunakanuntuk mengisolasi dan mendinginkan peralatan listrik tegangantinggi. Isolator minyak sebagian besar berasal dari minyakbumi atau minyak mentah yang diolah secara khusus sehinggamempunyai sifat-sifat sebagai isolator, tetapi perkembangandunia sekarang ini menuntut suatu produk yang aman danramah lingkungan untuk mengurangi efek pemanasan global.Keadaan ini membuka peluang penggunaan bahan energiterbarukan yang berasal dari minyak nabati. Pengujiantegangan tembus bahan isolasi cair minyak jarak padaberbagai konfigurasi elektroda dengan menggunakan minyak

trafo gulf sebagai pembanding, bertujuan untuk mempelajarikekuatan isolasi minyak jarak terhadap tegangan tembus,dengan variasi temperatur dan jarak sela.

Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan,antara lain yang pertama adalah isolasi cair memiliki kerapatan1000 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas,sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menuruthukum Paschen. Kedua isolasi cair akan mengisi celah atauruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses

konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi.Ketiga isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri(self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge). Namunkekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi.Beberapa macam faktor yang diperkirakan mempengaruhiketembusan minyak transformator seperti luas daerahelektroda, jarak celah (gap spacing), pendinginan, perawatansebelum pemakaian (elektroda dan minyak ), pengaruhkekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta


28/40

kondisi pengujian atau minyak transformator itu sendiri jugamempengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator.

Ketembusan isolasi (insulation breakdown, insulation failure)disebabkan karena beberapa hal antara lain isolasi tersebutsudah lama dipakai, berkurangnya kekuatan dielektrik dankarena isolasi tersebut dikenakan tegangan lebih. Padaprinsipnya tegangan pada isolator merupakan suatu tarikanatau tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya dalamisolator itu sendiri agar supaya isolator tidak tembus. Dalamstruktur molekul material isolasi, elektronelektron terikat eratpada molekulnya, dan ikatan ini mengadakan perlawananterhadap tekanan yang disebabkan oleh adanya tegangan. Bilaikatan ini putus pada suatu tempat maka sifat isolasi padatempat itu hilang. Bila pada bahan isolasi tersebut diberikantegangan akan terjadi perpindahan elektron-elektron dari suatumolekul ke molekul lainnya sehingga timbul arus konduksi atauarus bocor. Karakteristik isolator akan berubah bila materialtersebut kemasukan suatu ketidakmurnian (impurity) sepertiadanya arang atau kelembaban dalam isolasi yang dapat

menurunkan tegangan tembus

B.

Pembangkitan Tegangan Tinggi AC Sebenarnya untuk membangkitkan tegangan tinggi AC

pada pengujian laboratorium diperlukan trafo uji yangberfungsi untuk mengubah tegangan rendah menjadi tegangantinggi. Trafo uji biasanya berupa trafo satu fasa karenapengujian biasanya dilakukan untuk setiap fasa dan setiap kaliyang diuji hanyalah satu fasa yang diperlukan.

C. Kekuatan Dielektrik

Setiap dielektrik mempunyai batas kekuatan untuk memikulterpaan listrik. Jika terpaan listrik yang dipikulnya melebihibatas tersebut dan terpaan berlangsung lama, maka dielektrikakan menghantar arus atau gagal melaksanakan fungsinyasebagai isolator. Dalam hal ini dielektrik mengalami tembuslistrik atau atau seringkali disebut kondisi “breakdown”.Sehingga bisa disimpulkan bahwa kekuatan dielektrik adalah


29/40

terpaan listrik tertinggi yang dapat dipikul suatu dielektrik tanpamenimbulkan dielektrik tersebut tembus listrik. Sedangkan

tegangan tembus adalah besarnya tegangan yangmenimbulkan terpaan listrik pada dielektrik sama dengan ataulebih besar daripada kekuatan dielektriknya.

D.

Jenis Minyak Isolasi Cair

Ada berbagai jenis isolasi cair diantaranya adalah sebagaiberikut:a. Minyak OrganikKelompok minyak organik meliputi minyak sayur, minyakdamar, dan ester. Jenis minyak ini mulai banyak dipakaisebagai bahan isolasi pada akhir abad ke-19, terlebih dengansemakin menipisnya cadangan mineral tak terbaharukan danmasih kecilnya pemakaian minyak sintetik membuat minyakorganik mendapatkan perhatian lebih.b. Minyak MineralMinyak mineral diketahui berisi berbagai jenis molekul dansecara luas dapat digolongkan kedalam jenis yang

mengandung malam ( paraffin) dengan rumus kimianyaCnH 2n+2, naphthenic (CnH 2n), aromatis (CnHn ) ataukelompok molekul tingkat menengah lainnya.c. Minyak SintetisMinyak jenis ini merupakan hasil pengembangan pada bidangindustri kimia. Kelebihan utamanya adalah bersifat tidakmudah terbakar. Contoh minyak sintetis diantaranya adalahaskarel dan silikon.E.

Teori Kegagalan Isolasi Cair

Teori kegagalan isolasi cair dapat digolongkan dalam empatjenis sebagai berikut:1. Teori kegagalan zat murni atau elektronik

Menganggap proses kegagalan dalam zat cair serupa denganyang terjadi dalam gas, sehingga diperlukan elektron awalyang akan memulai proses kegagalan.2. Teori kegagalan gelembung gas

Kegagalan ini disebabkan oleh adanya gelembunggelembunggas didalam isolasi cair yang bisa terbentuk diantaranya karena


30/40

permukaan elektroda tidak rata, sehingga terdapat kantong-kantong udara pada permukaannya ataupun karena adanya

tabrakan elektron saat terjadi tegangan tembus, sehinggamuncul produk-produk baru berupa gelembung gas. Karenapengaruh medan yang kuat diantaraelektroda maka gelembung-gelembung gas yang terbentuktersebut akan saling sambung-menyambungmembentuk jembatan yang akan mengawali terjadinyakegagalan.3. Teori kegagalan bola cair

Air dan uap air terdapat pada minyak, terutama pada minyakyang telah lama digunakan. Jika terdapatmedan listrik, maka molekul uap air terpolarisasi membentuksuatu dipol. Jika jumlah molekul molekuluap air ini banyak, maka akan tersusun semacam jembatanbertahanan lebih rendah dibanding isolasicair itu sendiri sehingga terbentuk suatu kanal peluahan. Kanalini akan merambat dan memanjang sampai menghasilkantembusan listrik.

4. Teori kegagalan tak murnian padatPartikel debu atau serat selulosa yang ada seringkali ikuttercampur dengan minyak, selain itu partikel padat ini pundapat terbentuk ketika terjadi tegangan tembus. Pada saatdiberi medan listrik, partikel–partikel ini akan terpolarisasi danmembentuk jembatan yang menyebabkan terjadinyakegagalan.

F.

Langkah Pengujian Bahan Isolasi Cair

Pengujian tegangan tembus dilakukan dengan beberapavariasi meliputi variasi jarak sela, diameter elektroda, bentukmedan pada elektroda, dan variasi posisi elektroda. Langkah-langkah yang dilakukan dalam melakukan pengujian tegangantembus adalah :1. Peralatan

a.

High Voltage Transformer, 80 kV rms, 5kVAb.

Divider 80 kV rms, 400 kV impulse, 500 pF, respon timeTime 10 0 .


31/40


32/40

Adanya tabrakan elektron saat terjadi tegangan tembus,sehingga muncul produk-produk baru berupa gelembung

gas atau arang.

Adanya penguapan cairan karena lucutan padabagianbagian elektroda yang tajam dan tak teratur

Zat cair dikenai perubahan suhu dan tekanan


33/40

PERCOBAAN V

PENGUJIAN BAHAN ISOLASI DENGAN TEGANGAN AC

1.1

Pengujian Tegangan AC

Dalam hal penerapan tegangan AC pada suatu isolasi,arus yang besar akan mengalir yang tinggal konstan sebagaiarus bolak-balik mengisi dan membuang pada isolasi.Pengaruh dari arus absorpsi dielektrik tetap tinggi karenamedan dielektrik tidak pernah menjadi penuh sehubungandengan polaritas dari arus yang terbalik pada setiap setengah

siklus. Bilaman suatu tegangan AC diterapkan ke suatu isolasi,arus yang ditarik oleh isolasi adalah berhubungan denganpengisian kapasitansi, absorpsi dielektrik, arus bocor kontinyu,dan korona yang akan dibahas dibawah.

a.

Arus Pengisian Kapasitansi.Didalam hal tegangan AC, arus ini adalah

konstan dan merupakan fungsi tegangan, konstantadielektrik dari bahan isolasi, dan geometri dari isolasi.

b.

Arus Absorpsi Dielektrik.

Bilamana medan listrik ditempatkanmemotong suatu isolasi, molekul-molekul dipoleberusaha untuk membuat segaris sesuai medan.Karena molekul-molekul pada medan AC secarakontnyu berbalik dan tidak pernah benar-benarsegaris, energy yang diperlukan merupakan funsi daribahan, kontaminasi, (seperti air), dan frkwensi listrik.Dan tidak tergantung pada waktu.

c.

Arus Bocor (Konduktivitas).

Semua bahan-bahan isolasi akanmenghantar arus. Jika tegangan dinaikan di atastingkat tertentu, elektron akan memukul elektron yangmenyebabkan arus lewat melalui isolasi. Kondisi inimerupakan fungsi dari bahan, kontaminasi (khususnyaair), dan temperatur. Kelebihan konduktivitas akanmembangkitkan panas yang menyebabkan isolasigagal secara bertahap.

d.

Korona (Arus ionisasi).


34/40

Korona adalah proses di mana molekul-molekul netral udara terlepas membentuk muatan ion-

ion positif dan negatif. Hal ini terjadi sehubungandengan adanya stress yang berlebihan dari void udaradidalam isolasi. Udara kosong pada isolasi minyakatau isolasi padat kemungkinan karena kerusakanakibat panas atau stress fisik, proses pembuatan yangkurang baik, kesalahan instalasi, atau pengoperasianyang tidak benar. Korona membentuk udara menjadiozon, jikas bercampur dengan air akan membentuk“nitrous acid”. Udara terionisasi akan membombardir

sekeliling isolasi dan menyebabkan panas. Kombinasidari keadaan ini menghasilkan penurunan isolasi danlintasan karbon. Rugi-rugi korona meningkat secaraexponensial dengan naiknya tegangan.Dalam melakukan pengujian terhadap isolator

tegangan tinggi, mengacu kepada standar yang telahdikeluarkan oleh International Electrotechnical Committee IECmelalui Komisi Teknis (Technical Committee) yang dikeluarkan

dalam publikasi-publikasinya. Standar pengujian yang telahdikeluarkan oleh IEC antara lain IEC Publikasi 60 tahun 1962tentang Teknik Pengujian Tegangan Tinggi, IEC Publikasi 60tahun 1989 tentang Teknik Pengujian Tegangan Tinggi sertaIEC Publikasi 507 tahun 1991 tentang Teknik PengujianTegangan Tinggi.

1.2

Ruang Lingkup

Standar pengujian ini dapat diterapkan pada:

tes dielektrik dengan tegangan searah

tes dielektrik dengan tegangan bolak-balik

tes dielektrik dengan tegangan impuls

tes dengan arus impuls

tes yang merupakan gabungan tes-tes di atasStandar ini hanya berlaku untuk peralatan tegangan

tinggi yang mempunyai tegangan di atas 1 kV. Standar ini tidakberlaku untuk pengujian sifat elektromagnetik baik padaperalatan elektrik maupun elektronik.


35/40

1.3

Tujuan Penstandaran

Adapun tujuan adanya penstandaran adalah:

untuk mendapatkan karakteristik umum danspesifik dari bahan pengujian

untuk memberikan gambaran umum peralatanyang dibutuhkan dalam pengujian dan prosedurtes

untuk menggambarkan metode pembangkitan danpengukuran tegangan dan arus tes

untuk menjelaskan prosedur tes

untuk menjelaskan metode dalam mengevaluasihasil pengujian dan memberikan kriteria hasilpengujian dapat diterima atau ditolak

Prosedur tes alternatif dapat dilakukan untukmendapatkan hasil yang berarti. Alternatif prosedur tes yangdibuat harus relevan dengan yang dibuat Komisi Teknis IEC.

1.4

Klasifikasi Isolasi dalam Pengujian

Pada peralatan tegangan tinggi, menurut

sifatnya isolasi dapat dibedakan menjadi isolasi yang dapatkembali ke semula ( self-restoring insulation) dan isolasi yangtidak dapat kembali semula (non-self-restoring insulation),sedangkan berdasarkan penggunaannya terdiri dari isolasi luar(external) dan/atau isolasi dalam (internal).

Isolasi Luar (External Insulation)Isolasi luar merupakan isolasi di uadara terbuka yangberbentuk isolasi padat, dimana tekanan dielektriknya

dipengaruhi oleh kondisi atmosfer dan keadaanlingkungan seperti polusi, kelembaban dan hewanperusak.

Isolasi Dalam (Internal Insulation)Isolasi dalam dapat berupa padat, cair maupun gasyang terlindung dari pengaruh keadaan atmosferdan kondisi luar lainnya seperti polusi, kelembabandan hewan perusak.


36/40

Isolasi yang dapat kembali semula ( Self-restoring

Insulation)Isolasi yang dapat kembali semula adalah isolasi yangdapat kembali ke sifat asalnya setelah terjadi tembuslistrik (disruptive discharge) yang disebabkan oleh stresstegangan yang bekerja padanya.

Isolasi yang tidak dapat kembali semula (Non-self-restoring insulation)Isolasi yang tidak dapat kembali semula merupakanisolasi yang telah kehilangan sifat isolasinya atau tidakdapat kembali ke sifat semula setelah terjadi tembuslistrik (disruptive discharge) akibat stress tegangan.

1.5

Persyaratan Umum dalam Pengujian

Syarat pengujianDalam melakukan prosedur pengujian, faktor-faktorpenting yang harus diperhatikan adalah:

akurasi/ketepatan dalam hasil pengujian

karakteristik fenomena kondisi alam danpengaruh polaritas harus diperhi-tungkan

kemungkinan terjadinya perbedaan dalammenerapkan tegangan uji

Syarat isolator ujiPada saat melakukan pengujian, harus

diketahui secara detail dari isolator uji, dan untuksetiap pengujian pada spesimen yang sama harusdilakukan dengan prosedur yang sama.

Karakteristik lewat-denyar dapat dipengaruhioleh susunan isolator (misalnya jarak terhadapground, struktur grounding), oleh karenanyapenyusunan isolator uji harus relevan dengan KomisiTeknis. Jarak aman pengujian tidak lebih kecil daripanjang lintasan lewat-denyar isolator. Pada saat tesbasah atau polusi, distribusi tegangan sepanjangisolator uji dan medan listrik di sekitarnya tidakdipengaruhi oleh faktor luar.Pada kasus tegangan


37/40

bolak-balik atau tegangan impuls positif di atas 750kV (puncak) pengaruh struktur luar pengujian biasanya

diabaikan apabila jarak elektroda tegangan tinggitidak lebih kecil dari tinggi elektroda tersebut daritanah/ground.

1.6

Tegangan Uji

Tes dengan Tegangan SearahHarga tegangan searah dinyatakan dalam

nilai rata-rata aritmatikanya. Tegangan uji hendaknyatidak melebihi faktor ripplr sebesar 3%. Ripplemerupakan nilai simpangan/deviasi periodik daritegangan rata-ratanya. Sedangkan amplitudo rippledidefinisikan sebagai setengah dari perbedaan antaraharga maksimum dan minimum tegangan. Faktorripple sendiri merupakan perbandingan antaraamplitudo ripple dengan nilai rata-rata tegangan.

Untuk tes yang tidak melebihi 60 detik, hargategangan uji hendaknya dijaga agar jangan melebihibatas toleransi 61% pada saat pengujian beradapada level tegangan tersebut. Untuk tes yang melebihi60 detik, harga tegangan searah tidak di luar batastoleransi 63% pada level tegangan tersebut.

Pembangkitan tegangan searah biasanyadihasilkan dari rangkaian penyearah (rectifier) ataukadang-kadang dari generator searah. Kebutuhan

jenis tegangan ini bergantung pada tipe peralatanyang akan diuji dan kondisi pengujian.

Tes dengan Tegangan Bolak-balikPada saat pengujian, harga tegangan yang

diberikan merupakan harga tegangan phasa (line-to-earth) sistem di mana isolator digunakan. Frekuensisumber tegangan sebaiknya antara 45 Hz dan 65Hz. Sesuai dengan IEC Publikasi 60 (1962) hargategangan dinyatakan oleh harga puncak dibagi


38/40

dengan . Harga tegangan uji hendaknya berada padatoleransi sebesar 61%. Untuk lama pengujian melebihi

60 detik tegangan tersebut dijaga agar tidak melebihibatas toleransi 63%.

Tegangan uji umumnya dihasilkan daritransformator step-up, sedangkan sebagai alternatifdapat digunakan rangkaian resonansi seri. Teganganpada rangkaian uji sebaiknya stabil dan tidakdipengaruhi oleh adanya arus bocor. Pada saatsebelum terjadinya lewat-denyar besar tegangan ujitidak berubah, sedangkan pada saat terjadinya lewat-denyar besar tegangan uji ini akan dipengaruhi.

Pada saat tes ketahanan tegangan, hargategangan puncak jangan sampai melebihi 5% dariharga periodiknya, dan tegangan jatuh sesaat tidakmelebihi 20% dari tegangan puncaknya. Karakteristikrangkaian uji bergantung tipe tes (kering, basah, dsb),level tegangan dan perilaku obyek tes.

Arus hubung singkat minimum pada saat

pengujian pada tegangan uji bergantung padaperbandingan resistansi dah reaktansi (R/X) denganharga yang ditunjukkan dalam tabel 4.1.

Tabel 1 Perbandingan R/X pada metods tespolusi

R/X Isc min (rms)

Metode kabutgaram

Metode lapisan garam A


39/40

Pada rangkaian resonansi seri terdiri dariinduktor yang diserikan dengan kapasitor, obyek tes

atau beban dihubungkan dengan sumber teganganmenengah. Sebagai alternatif rangkaian dapat berupakapasitor yang diseri dengan obyek tes induktif.Dengan cara mengubah parameter rangkaian ataufrekuensi sumber, rangkaian dapat distel sampaiterjadinya resonansi, ketika diinginkan meningkatkantegangan uji yang lebih besar dari tegangan sumberdengan tetap mempertahankan bentuk sinuoidalnya.

Kestabilan rangkaian resonansi dan teganganuji bergantung pada frekuensi sumber dan karakteristikrangkaian uji. Ketika terjadi lewat-denyar, arus sumberrelatif kecil yang tidak menyebabkan kerusakan padadielektrik obyek tes. Rangkai resonansi seri cocok untukmenguji peralatan seperti kabel, kapasitor, atau SistemBerisolasi Gas (gas insulated systems - GIS) di manaarus bocor pada isolasi luarnya sangat kecil jikadibandingkan dengan arus kapasitif yang melalui

obyek tes atau energi yang dihasilkan lewat-denyarkecil. Rangkaian resonansi seri juga berguna untukmenguji suatu reaktor. Rangkaian resonansi ini tidakcocok untuk menguji isolasi luar pada kondisi basahatau berpolusi, di mana pada pengujian ini teganganberasal dari transformator.

1.7

Tes Kering

Isolator yang akan diuji harus dalam keadaan kering

dan bersih. Pengujian yang dilakukan harus berada padatemperatur ambient dan prosedur pemberian tegangan harussesuai dengan Komisi Teknis IEC.

1.8

Tes Basah

Tes basah bertujuan untuk mensimulasikan pengaruhhujan pada isolasi luar. Tes ini berlaku nntuk semua pengujiantipe tegangan maupun tipe peralatan nya. Namun alternatif tes


40/40

lain dijinkan dalam keadaan khusus selama masih relevandengan standar IEC.

Prosedur tes basah sederhana, diterangkan dalam sub, tidak ditujukan untuk mensimulasikan hujan alam. namun tesini sudah dilakukan selama beberapa tahun dengan teganganbolak-balik yang mempunyai tegangan puncak Um sampai420 kV dan beberapa hasil pengujian masih digunakan metodeini.

Untuk peralatan tegangan tinggi bolak-balik yangmempunyai Um lebih besar dari 800 kV,

Dasar Teori Praktikum Teknik Tegangan Tinggi

Documents

Transcript of Dasar Teori Praktikum Teknik Tegangan Tinggi