Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf

7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 1/33

MAKALAH TEKNIK TEGANGAN TINGGI

ISOLATOR

DISUSUN OLEH:

Nama : Alan Nuari

Stambuk : 342 12 027

Kelas : 2B

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KONVERSI ENERGI

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

2013



KATA PENGANTAR

Alhamdulillah segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat TuhanYang

Maha Esa karena atas rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyusun makalah

tentang Bahan Isolasi. Penulis menyadari dalam penulisan makalah inimasih banyak

terdapat kekurangan dan kesalahan. Akan tetapi sebagai manusia biasa, penulis tidak

luput dari kesalahan dan kekeliruan.Penulis juga menyadari bahwa tanpa adanya

dukungan dan bantuan dari berbagai pihak, makalah ini tidak dapat diselesaikan.

Untuk itu pada kesempatanini penulis menyampaikan terima kasih pada semua pihak

yang telah membantu sehingga makalah ini dapat diselesaikan.

Makassar, 16 Desember 2013

Alan Nuari



DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……………………………………………………………….. i

KATA PENGANTAR ……………………………………………………………... ii

DAFTAR ISI ……………………………………………………………………… iii

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ……………………………………………………………... 1B. Rumusan Masalah ………………………………………………………..… 2

C. Tujuan Penulisan …………………………………………………………… 2

D. Manfaat Penulisan ………………………………………………………….. 2

BAB II PEMBAHASAN

A. Isolator Padat …………………………………………………………….… 3

B. Isolator Cair ……………………………………………………………...… 8

C. Isolator Gas ……………………………………………………………….. 14

D. Koordinasi Isolator ………………………………………………………... 23

BAB III PENUTUP

A. Kesimpulan ……………………………………………………………..… 29

B. Saran ……………………………………………………………………… 29

DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………….. 30



BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Besarnya arus dan tegangan yang muncul dalam sistem tenaga listrik

secara tiba-tiba dan melonjak tinggi, baik itu yang berasal dari dalam sistem

maupun dari luar lingkungan, menuntut sistem pengamanan lebih terhadap alat

listrik, maupun bahan isolasi itu sendiri. Hal ini sulit untuk dihentikan sebab

tingginya lonjakan tegangan yang muncul secara tiba-tiba dan hanya dalam

hitungan milisekon. Untuk melindungi alat, diperlukan isolasi yang mampu

memisahkan antara dua bagian yang bertegangan umumnya dengan bahan-bahan

dielektrik. Namun, secara harafiah, point utama dari isolasi adalah sebagai

pemisah antarbagian yang bertegangan, sehingga tidak menyebabkan terjadinya

loncatan bunga api yang berujung pada kerusakan alat maupun bahan isolasi.

Peran utama dari tujuan pembuatan suatu isolasi adalah mampu

mencegah loncatan energi dan melindungi alat listrik maupun bahan isolasi itusendiri, sehingga mampu menekan biaya pengeluaran akibat dari kerusakan alat,

baik pada sistem tenaga listrik itu sendiri maupun peralatan rumah tangga.

Sebab, seperti yang kita ketahui alat pada sistem tenaga listrik sangat mahal dan

biaya yang dibutuhkan untuk membangkitkan suatu tenaga listrik bisa mencapai

miliaran rupiah. Untuk itu, diperlukan upaya-upaya yang dapat meminimkan

biaya yang begitu besar. Di samping itu juga merugikan rakyat apabila

terjadinya lonjakan tegangan atau swiching setelah mati lampu, sebab dapat

merusak alat-alat rumah tangga.

B. RUMUSAN MASALAH

Beberapa pertanyaan atau rumusan masalah yang akan muncul dalam

makalah ini adalah:

1. Apa itu isolator padat dan peranannya dalam sistem kelistrikan?

2. Apa itu isolator cair dan peranannya dalam sistem kelistrikan?



3. Apa itu isolator gas dan peranannya dalam sistem kelistrikan?

4. Apa itu koordinasi isolasi dan peranannya dalam sistem kelistrikan?

C. TUJUAN PENULISAN

Adapun tujuan dari makalah ini adalah:

1. Untuk mengetahui tentang isolator padat dan peranannya dalam sistem

kelistrikan

2. Untuk mengetahui tentang isolator cair dan peranannya dalam sistem

kelistrikan

3. Untuk mengetahui tentang isolator gas dan peranannya dalam sistemkelistrikan

4. Untuk mengetahui tentang koordinasi isolator dan peranannya dalam

sistem kelistrikan

D. MANFAAT PENULISAN

Adapun manfaat dari makalah ini adalah:

1. Agar kita dapat mengetahui tentang isolator padan dan peranannya dalamsistem kelistrikan

2. Agar kita dapat mengetahui tentang isolator padan dan peranannya dalam

sistem kelistrikan


sistem kelistrikan


sistem kelistrikan



BAB II

PEMBAHASAN

A. ISOLASI

Isolasi adalah salah satu bentuk peralatan tegangan tinggi yang berfungsi

sebagai tahanan atau pelindung agar tidak terjadi tembus yang tidak diinginkan.

Secara umum isolasi dibagi menjadi 3 (tiga) macam yaitu isolasi padat, cair dan

gas. Kemampuan isolasi dalam menahan tegangan mempunyai batas-batastertentu sesuai dengan material penyusun dan lingkungan sekitarnya. Apabila

tegangan yang diterapkan melebihi kuat medan isolasi maka akan terjadi tembus

atau breakdown yang menyebabkan terjadinya aliran arus antara peralatan

tegangan tinggi. Kekuatan isolasi gas dipengaruhi beberapa hal antara lain

temperatur, kelembaban, angin, tingkat kontaminasi udara dan besar tegangan

yang diterapkan. Adanya kondisi hujan asam, hujan basa, hujan garam, serta

hujan di pegunungan akan mempengaruhi kekuatan isolasi dalam mencegah

terjadinya tembus antar dua peralatan tegangan tinggi yang diisolasi. Pemodelan

peralatan tegangan tinggi dengan elektroda jarum homogen dan elektroda bola

homogen digunakan untuk mengetahui tegangan tembus gas antara keduanya

jika terjadi perubahan terhadap lingkungan sekitar, selama pengujian isolasi di

laboratorium tegangan tinggi. Contoh penggunaan peralatan tegangan tinggi

yang menyerupai elektroda jarum adalah arcing horn (busur api) yang dipasang

di tiap ujung renteng isolator. Teknik analisis data menggunakan cara analisis

data kualitatif interpretatif dan analisis statistik secara elementer. Kedua metode

ini digunakan sejak awal penelitian dimulai, diantaranya dalam memilih obyek,

sample, mengklasifikasikan simbol hingga kesimpulan akhir penelitian. Analisis

data secara statistik digunakan untuk menaksir prosentase tembus yang terjadi.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa tegangan tembus udara berbanding lurus

dengan tekanan, prosentase karbondioksida dan kelembaban udara tetapi

berbanding terbalik dengan kenaikan temperatur.



B. ISOLATOR PADAT

1. Pengertian Isolator Padat

Isolator padat yang digunakan dalam peralatan sistem tenaga listrik

adalah bahan organis, anorganis dan polimer sintetis. Contoh bahan organis

adalah kertas, kayu, dan karet, sedang bahan anorganis adalah keramik dan

mika. Contoh polimer sintetis adalah polyvinyl chloride dan resin epoksi.

Bahan isolasi padat yang banyak digunakan adalah mika, keramik, dan gelas.

Kemampuan isolator sangat dipengaruhi oleh sifat bahan isolator dan besar

polutan yang menempel pada permukaan bahan isolator. Polutan akanmenyebabkan permukaan lebih konduktif. Konduktifitas yang lebih besar ini

akan menyebabkan aliran arus apabila diberi tegangan. Besar arus yang

mengalir tergantung pada besar polutan, nilai arus yang mengalir pada

permukaan isolator mempengaruhi nilai Tegangan Flashover, semakin besar

nilai arus yang mengalir maka semakin kecil nilai Tegangan Flashover .

Dalam hal ini intensitas polusi dinyatakan dalam ESDD (Equivalent Salt

Deposit Density).

2. Bahan Isolator Padat

Ada beberapa bahan isolasi bentuk padat yang dikenal dalam bidang

kelistrikan. Bahan-bahan tersebut antara lain:

a. Kaca

Kaca adalah substansi yang dibuat dengan pendinginan bahan-bahan yang dilelehkan, tidak berbentuk kristal tetapi tetap pada kondisi

berongga. Kaca pada umumnya terdiri dari campuran silikat dan

beberapa senyawa antara lain : borat, pospat. Kaca dibuat dengan cara

melelehkan beberapa senyawa silikat (pasir), alkali (Na dan K) dengan

bahan lain (kapur, oksida timah hitam). Karena itu sifat dari kaca

tergantung dari komposisi bahan-bahan pembentuknya tersebut. Massa



jenis kaca berkisar antara 2 hingga 8,1 g/cm2, kekuatan tekannya 6000

hingga 21000 kg/cm2 , kekuatan tariknya 100 hingga 300 kg/cm2.

Karena kekuatan tariknya relatif kecil, maka kaca adalah bahan yang

regas. Walaupun kaca merupakan substansi berongga, tetapi tidak

mempunyai titik leleh yang tegas, karena pelelehannya adalah perlahan

– lahan ketika suhu pemanasan di naikkan. Titik pelelehan kaca berkisar

antara 500 hingga 17000 C. Makin sedikit kandungan S1O2 nya makin

rendah titik pelembekan suatu kaca. Demikian pula halnya dengan muai

panjangnya, makin banyak kadar S1O2 yang dikandungnya akan makin

kecil ? nya. Muai panjang untuk kaca berkisar antara 5,5-10-7 hingga150. 10-7 per derajat celcius.

b. Sitol

Sitol mempunyai bahan dasar kaca yang merupakan

pengembangan baru. Pemakaian sitol adalah sangat luas, struktur dan

sifat-sifatnya adalah diantara kaca dan keramik. Sitol juga disebut

keramik-kaca atau kaca kristal. Yang banyak dijumpai dipasaran antara

lain : pyroceram, vitoceram. Sitol mempunyai struktur kristal yang

halus (hal ini yang membedakannya dengan kaca biasa) tetapi

berongga. Tidak seperti halnya keramik biasa, sitol tidak dibuat dengan

pembakaran tetapi cenderung dengan fusi dari bahan-bahan mentahnya

dengan menjadikannya meleleh dan kemudian kristalisasi.

c. Porselin

Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangatpenting dan luas penggunaannya. Istilah bahan -bahan keramik adalah

digunakan untuk semua bahan anorganik yang dibakar dengan

pembakaran pada suhu tinggi dan bahan asal berubah substansinya.

Bahan dasar dari porselin adalah tanah liat. Ini berarti bahan dasar

tersebut mudah dibentuk pada waktu basah, tetapi menjadi tahan

terhadap air dan kekuatan mekaniknya naik setelah dibakar.



Penggunaan isolator dari porselin antara lain : isolator tarik, isolator

penyangga, rol isolator seperti dapat dilihat pada gambar.

3. Mekanisme Kegagalan Bahan Isolator Padat

Mekanisme kegagalan bahan isolasi padat terdiri dari beberapa jenis

sesuai fungsi waktu penerapan tegangannya. Hal ini dapat dilihat sebagai

berikut :

Grafik kegagalan isolasi padat

Uraian masing masing jenis kegagalan pada bahan isolasi padat adalah

sebagai berikut:

a. Kegagalan asasi (intrinsik) adalah kegagalan yang disebabkan oleh jenis

dan suhu bahan ( dengan menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan,

bahan elektroda, ketidakmurnian, kantong kantong udara. Kegagalan initerjadi jika tegangan yang dikenakan pada bahan dinaikkan sehingga

tekanan listriknya mencapai nilai tertentu yaitu 106 volt/cm dalam waktu

yang sangat singkat yaitu 10-8 detik

b. Kegagalan elektromekanik adalah kegagalan yang disebabkan oleh

adanya perbedaan polaritas antara elektroda yang mengapit zat isolasi

padat sehingga timbul tekanan listrik pada bahan tersebut. Tekanan listrik



yang terjadi menimbulkan tekanan mekanik yang menyebabkan

timbulnya tarik menarik antara kedua elektroda tersebut. Pada tegangan

106 volt/cm menimbulkan tekanan mekanik 2 s.d 6 kg/cm2.

c. Kegagalan streamer adalah kegagalan yang terjadi sesudah suatu banjiran

(avalance). Sebuah elektron yang memasuki band conduction di katoda

akan bergerak menuju anoda dibawah pengaruh medan memperoleh

energi antara benturan dan kehilangan energi pada waktu membentur.

Jika lintasan bebas cukup panjang maka tambahan energi yang diperoleh

melebihi pengionisasi latis (latice). Akibatnya dihasilkan tambahan

elektron pada saat terjadi benturan. Jika suatu tegangan V dikenakan

terhadap elektroda bola, maka pada media yang berdekatan (gas atau

udara) timbul tegangan. Karena gas mempunyai permitivitas lebih rendah

dari zat padat sehingga gas akan mengalami tekanan listrik yang

besar.Akibatnya gas tersebut akan mengalami kegagalan sebelum zat

padat mencapai kekuatan asasinya. Karean kegagalan tersebut maka akan

jatuh sebuah muatan pada permukaan zat padat sehingga medan yang

tadinya seragam akan terganggu. Bentuk muatan pada ujung pelepasan

ini dalam keadaan tertentu dapat menimbulkan medan lokal yang cukup

tinggi (sekitar 10 MV/cm). Karena medan ini melebihi kekuatan intrinsik

maka akan terjadi kegagalan pada zat padat. Proses kegagalan ini terjadi

sedikit demi sedikit yang dapat menyebabkan kegagalan total.

d. Kegagalan termal, adalah kegagalan yang terjadi jika kecepatan

pembangkitan panas di suatu titik dalam bahan melebihi laju kecepatan

pembuangan panas keluar. Akibatnya terjadi keadaan tidak stabil

sehingga pada suatu saat bahan mengalami kegagalan.

e. Kegagalan Erosi, adalah kegagalan yang disebabkan zat isolasi pada

tidak sempurna, karena adanya lubang lubang atau rongga dalam bahan

isolasi padat tersebut. Lubang/rongga akan terisi oleh gas atau cairan

yang kekuatan gagalnya lebih kecil dari kekuatan zat padat.



C. ISOLATOR CAIR

1. Pengertian Isolator Cair

Bahan isolasi cair ini biasanya digunakan pada peralatan seperti

transformator, pemutus beban, rheostat. Bahan isolasi cair memiliki dua

fungsi yaitu sebagai pemisah antara bagian yang bertegang an atau

pengisolasi dan juga sebagai pendingin. Persyaratan agar bahan cair

dapat digunakan sebagai bahan isolasi adalah mempunyai tegangan tembus

dan daya hantar panas yang tinggi . Beberapa alasan digunakannya bahan

isolasi cair adalah sebagai berikut:

• I s o l a s i ca i r memi l i k i ke r apa t an 1000 ka l i a t au l eb i h

d ib and i ngk a n de ngan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan

dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen.

• Isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara

serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul

akibat ru gi en er gi .

• Isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing ) jika

terjadi pe le pa sa n mu at an (discharge). Namun kekurangan

utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi.

2. Penerapan Isolasi Cair

a. Minyak Transformator

Minyak transformator adalah minyak mineral yang

diperoleh dengan pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya,

minyak ini karena pengaruh panas dari rugi-rugi di dalam transformator

akan timbul hidrokarbon. Selain berasal dari minyak mineral, minyak

transformator dapat pula yang dapat dibuat dari bahan organik,

misalnya minyak t rafo pi ranol, si li con. Sebagai bahan



isolasi,minyak transformator harus mempunyai tegangan tembus yang

tinggi. Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya

direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang

berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media

pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya

tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan

isolasi.

Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sebagai

berikut:

• Kekuatan isolasi tinggi.

• Penyalur panas yang baik m emiliki berat jenis yang kecil,

sehingga part ikel - partikel dalam minyak dapat mengendap

dengan cepat.

• Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan

kemampuan pendinginan menjadi lebih baik.

• Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat

membahayakan.

• Tidak merusak bahan isolasi padat.

• Si fa t ki mi a ya ng st ab il . Sebagai bahan isolasi, minyak

transfomator harus mempunyai tegangan tembus yang tinggi.

Pengujian tegangan tembus minyak transformator dapatdilakukan

dengan mengunakan peralatan seperti ditunjukanpada gambar di

bawah ini.



Berdasarkan standar yang dikeluarkan oleh ASTM yakni dalam

standar D-877 disebutkan bahwa suatu bahan isolasi harus

memiliki tegangan tembus sebesar kurang lebih 30 kV untuk

lebar s ela elektroda 1 mm, dengan kata lain kekuatan dielektrik

bahan isolasikurang lebih 30 kV/mm. Sedangkan menurut standar

ASTM D-1816 suatu bahan isolasi harus mampu menahan

tegangan sebesar 28 V untuk suatu lebar sela elektroda sebesar

1,2 mm. Standar ini merupakan standar yang diterima secara

internasional dan harus dipenuhi oleh suatu bahan yang

dikategorikan sebagai suatu bahan isolasi.

Kegunaan minyak trafo adalah selain untuk bahan isolasi juga

sebagai media pendingin antara kumparan kawat atau inti besi dengan

sirip pendingin. Untuk minyak isolasi pakai berlaku untuk transformator

berkapasitas > 1 MVA atau bertegangan >30 kV.

Minyak Transformator

b. Minyak Kabel

Minyak kabel juga merupakan salah satu hasil pemurnian minyak

bumi. Minyak kabel digunakan untuk memadatkan penyekat kertas pada

kabel tenaga ,kabel tanah, dan terutama kabel tegangan tinggi, kecuali

untuk menguatkan baik daya sekat mekanisnya, penyekat kertas, juga



untuk menjaga atau menahan air supaya tidak meresap. sekaligus sebagai

elektrikum .

Pada dasarnya penyekat bentuk cair digunakan sebagai bahan

pembersih pada alat-alat listrik misalnya pada reustak. Hal ini banyak

difungsikan sebagai pengisolasi atau bahan pengisi seperti pada minyak

trafo yang merupakan pemurni bahan- bahan mineral. Oleh karena itu

bahan isolasi bentuk cair banyak digunakan karena memiliki daya tembus

tinggi dan daya hantar yang kuat. Adapun kendala – kendala yang biasa

menghambat kerja yaitu misalnya pada minyak trapo biasa terdapat air

dan asam.

c. Cairan Sintesis

Di samping bahan – bahan tersebut di atas terdapat pula isolasi cair

sintesis yang juga digunakan pada teknik listrik. Isolasi cair sintesis yang

sering digunakan pada teknik listrik adalah cairan yang berisi chloor

(hidrokarbon) seperti difenil (CH) dimana 3 sampai 5. Atom hydrogen

diganti dengan atom chloor .Bahan – bahan ini diantaranya adalah sovol,askarel, araclor, pyralen, shibanol.

Sovol adalah bahan cair yang agak kental ,tidak berwarna, massa

jenisnya. Lebih besar dari minyak trafo. dan tegangan tembusnya hampir

sama dengan minyak trafo dan permiabilitasnya lebih tinggi .

Sovol yang dicampur dengan sedikit trichlobenzena (CHCL)untuk

mengurangi kekentalannya sehingga diperoleh bahan baru yang disebut

sovtol. Karena sovol dan sovtol tidak terbakar bila dengan udara dan

tidak menyebabkan ledakan. Maka itu trafo yang diisi sovtol tidak

berisiko kebakaran dan ledakan sehingga sovtol tidak digunakan pada

isolasi pada pemutus dan juga bahan ini beracun sehingga penggunaanya

harus hati – hati



3. Mekanisme Kegagalan Isolator Cair

Teori mengenai kegagalan dalam zat cair kurang banyak diketahuidibandingkan dengan teori kegagalan gas atau zat padat. Hal tersebut

disebabkan karena sampai saat ini belum didapatkan teori yang dapat

menjelaskan proses kegagalan dalam zat cair yang benar-benar sesuai antara

keadaan secara teoritis dengan keadaan sebenarnya. Teori kegagalan zat

isolasi cair dapat dibagi menjadi empat jenis sebagai berikut:

a. Teori Kegagalan Elektronik

Teori ini merupakan perluasan teori kegagalan dalam gas, artinya

proses kegagalan yang terjadi dalam zat cair dianggap serupa dengan

yang terjadi dalam gas. Oleh karena itu supaya terjadi kegagalan

diperlukan elektron awal yang dimasukkan kedalam zat cair. Elektron

awal inilah yang akan memulai proses kegagalan.

b. Teori Kegagalan Gelembung

Kegagalan gelembung atau kavitasi merupakan bentuk kegagalanzat cair yang disebabkan oleh adanya gelembung-gelembung gas di

dalamnya.

c. Teori Kegagalan Bola Cair

Jika suatu zat isolasi mengandung sebuah bola cair dari jenis cairan

lain, maka dapat terjadi kegagalan akibat ketakstabilan bola cair tersebut

dalam medan listrik. Medan listrik akan menyebabkan tetesan bola cair

yang tertahan didalam minyak yang memanjang searah medan dan padamedan yang kritis tetesan inimenjadi tidak stabil. Kanal kegagalan akan

menjalar dari ujung tetesan yang memanjang sehingga menghasilkan

kegagalan total.

d. Teori Kegagalan Tak Murnian Padat



Kegagalan tak murnian padat adalah jenis kegagalan yang

disebabkan oleh adanya butiran zat padat (partikel) didalam isolasi cair

yang akan memulai terjadi kegagalan.

D. ISOLATOR GAS

1. Pengertian Isolator Gas

Pada umumnya isolator gas digunakan sebagai media isolasi dan

penghantar panas. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada isolator gas ini

adalah ketidakstabilan temperatur, ketidaknormalan sifat kedielektrikan pada

tekanan yang tinggi dan resiko ledakan dari gas yang digunakan.

2. Klasifikasi Isolator Gas

Berdasarkan kekuatan dielektrik, rugi-rugi dielektrik, stabilitas kimia,

korosi, dll, isolator gas dapat diklasifikasikan menjadi :

a. Gas sederhana, contohnya :

• Udara

• Nitrogen

• Helium

• Hidrogen

b. Gas Oksida, contohnya :

•

Gas karbondioksida• Gas Sulphur dioksida

c. Gas Hidrokarbon, contohnya :

• Methana

• Ethana

• Propana

d. Gas Elektronegatif, contohnya :



• Gas Sulphur hexaflorida

• CH2Cl2

Bahan isolasi gas adalah digunakan sebagai pengisolasi dan sekaligus

sebagai media penyalur panas. Bahan isolasi gas yang dibahas dalam makalah

ini adalah: udara, sulphur hexa fluorida (SF6) sebagai titik berat di damping

gas-gas lain yang lazim digunakan di dalam teknik listrik.

a. Udara

Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan,

mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30 kV/ cm. Contoh

yang mudah dijumpai antara lain : pada JTR, JTM, dan JTT antara

hantara yang satu dengan yang lain dipisahkan dengan udara. Hubungan

antara tegangan tembus dan jarak untuk udara tidak linier seperti

ditunjukkan pada gambar berikut:

Vt = f (celah udara) pada p = 1 atm, F = 50 Hz

b. Sulphur Hexa Fluorida

Sulphur Hexa Fluorida (SF+) merupakan suatu gas bentukan antara

unsur sulphur dengan fluor dengan reaksi eksotermis:



S + 3 F2 ---------------- SF6 + 262 kilo kalori

Molekul sulphur hexa fluorida

Terlihat pada gambar bahwa molekul SF6 mempunyai 6 atom Fluor

yang mengelilingi sebuah atom Sulphur, di sini masing-masing atom

Fluo mengikat 1buah elektron terluar atom Sulphur. Dengan demikian

maka SF6 menjadi gas yang inert atau stabil seperti halnya gas mulia.

Sampai saat ini SF6 merupakan gas terberat yang mempunyai massa jenis

6,139 kg/m3 yaitu sekitar 5 kali berat udara pada suhu 00 celsius dan

tekanan 1 atmosfir. Sifat lainnya adalah : tidak terbakar, tidak larut pada

air, tidak beracun, tidak berwarna dan tidak berbau. SF6 juga merupakan

bahan isolasi yang baik yaitu 2,5 kali kemampuan isolasi udara.

Perbandingan SF6 dengan beberapa gas lain seperti tercantum pada tabel:



Sifat beberapa Gas

Seperti telah disebutkan di atas, bahwa untuk pembentukan SF6

timbulpanas, ini berarti bahwa pada pemisahan SF6 menjadi Sulphur dan

Fluor memerlukan panas dari sekelilingnya sebesar 262 k . kalori/

molekul. Hal ini tepat sekali digunakan untuk bahan pendinginan pada

peralatan listrik yang menimbulkan panas atau bunga api pada waktu

bekerja, misalnya : sakelar pemutus beban. Sifat dari SF6 sebagai mediapemadam busur api dan relevansinya pada sakelar pemutus beban adalah:

• Hanya memerlukan energi yang rendah untuk mengoperasikan

mekanismenya. Pada prinsipnya SF6 sebagai pemadam busur api

adalah tanpa memerlukan energi untuk mengkompresikannya,

namun semata-mata karena pengaruh panas busur api yang terjadi.

• Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupun sebagai

pengisolasi dapat dengan mudah dideteksi.• Penguraian pada waktu memadamkan busur api maupun

pembentukannya kembali setelah pemadaman adalah menyeluruh

(tidak ada sisa unsure pembentuknya)

• Relatif mudah terionisasi sehingga plasmanya pada CB

konduktivitasnya tetap rendah dibandingkan pada keadaan dingin.

Hal ini mengurangi kemungkinan busur api tidak stabil dengan



demikian ada pemotongan arus dan menimbulkan tegangan antar

kontak.

• Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga

penguraiannya menjadikan dielektriknya naik secara bertahap.

• Transien frekuensi yang tinggi akan naik selama operasi pemutusan

dan dengan adanya hal ini busur api akan dipadamkan pada saat

nilai arusnya rendah.

c. Gas-gas lain

Gas bentukan fluoro organic misalnya C7F14, C7F8, C14, F24

mempunyai tegangan tembus yang tinggi, berkisar antara 6 – 10 kali

tegangan tembus udara. Pemakaian gas ini cocok untuk bahan isolasi

pada alat-alat pemutus.

Gas karbon dioksoda (CO2) dapat digunakan sebagai gas residu

pada bahan dielektrik cair (minyak) pada alat-alat tegangan tinggi, antara

lain: kabel dan trafo.

Gas neon adalah salah satu gas mulia yang banyak digunakan

sebagai bahan pengisi lampu-lampu tabung.

3. Penerapan Isolator Gas Pada Sistem Kelistrikan

Berikut ini adalah beberapa penerapan penggunaan isolator gas pada

sistem kelistrikan

a. Pada gardu induk Konvensional

Mengacu pada arti dasar isolasi sebenarnya yaitu pemisah antara

bagian bertegangan yang satu dan bertegangan yang lainnya, berarti

gardu induk konvensional ( gardu induk dengan isolasi udara ) adalah

gardu induk di mana antar gardu induk tersebut terpisah oleh udara

sebagai isolasinya sehingga diperlukan tempat pembangunan gardu yang



luas. Udara yang dimaksud di sini adalah udara biasa di mana tempat kita

bernapas menghirup.

b. Gas Insulated Substation / Gas Insulated Switchgear ( GIS )

Gardu induk ini menggunakan sebagai bahan isolatornya yang

diletakkan di antara kedua substrat yang bertegangan, maupun antara

substrat yang bertegangan satu dengan yang tidak bertegangan. Perlu

diketahui bahwa kriteria gas ini tidak berbau, tidak berwarna, tidak

beracun, tidak terakar, tidak larut dalam air, dan merupakan bahan

isolator yang baik yang mampu mengisolasi 8,9 . Pembangunan gardu ini

juga tidak memerlukan area yang luas.c. Circuit Breaker

Pada CB, masih menggunakan karena gas tersebut mampu

memadamkan busur api yang menjadi pemicu kerusakan komponen

listrik, seperti terbakar, meledak, dan lain sebagainya. Berikut alasan

mengapa menggunakan :

• Energi yang diperlukan sedikit;

•

Tekanan gas mudah terdeteksi;• Tidak mengubah struktur zat, karena ketika terjadi proses

pembentukan dan penguraian akan sama seperti semula;

• Mudah terionisasi sehingga konduktivitasnya tetap rendah;

• Akibat keelektronegatifan , menjadikan dielektriknya naik secara

bertahap ketika terjadi penguraian;

• Busur api mudah dipadamkan.

d. Mesin-Mesin Listrik Besar

Misalnya pada generator turbo dan kondensator sinkron. Mereka

menggunakan gas sebagai isolatornya. Hidrogen mampu bertindak

sebagai pendingin sebab memiliki konduktvitas termal yang relatif tinggi

sehingga dapat mengurangi rugi-rugi pada belitannya. Kemudian,

kebisingan dapat diminimalisir sebab kepekatan hidrogen lebih rendah

dibanding udara. Namun, hati-hati dengan reaksi antara hidrogen dan

udara karena pada perbandingan tertentu, dapat mengakibatkan letusan.



e. Perangkat Tegangan Tinggi seperti Kabel dan Transformator

Pada kabel dan transforator, mereka menggunakan gas sebagai

isolator sebab tegangan tembusnya rendah yaitu 157 , sebagai gas residu

pada bahan dielektrik cair, dan tahan tehadap suhu tinggi 6880 ˚C / W/ .

f. Bahan Dielektrik Kondensator

Menggunakan sebagai pendingin dengan resistivitas termal 10400

˚C / W/ pada suhu 30 ˚C dan tegangan tembus 358 V ⁄cm.

g. Lampu Tabung

Menggunakan gas Ne dengan tegangan tembusnya sekitar 100

V/cm, resistivitas termalnya 2150 ˚C/Wh. Komponen yang Diisi Gas

Komponen yang diisi gas seperti yang terdapat pada Live Tank CB

dan Dead Tank CB. Pada Live Tank CB, ketika kontaktor terbuka, maka

gas yang mengisolasi akan keluar melalui nozzle sehingga busur api

dapat dipadamkan. Sedangkan pada Dead Tank CB, saat kontaktor

terbuka maka katup gas ikut terbuka menurunkan tekanan yang

semulanya tinggi, maka gas akan masuk ke pipa dan nozzle pada tangkiutama sehingga tekanan di tangki utama akan sedikit naik tapi tekanan

akan menurunkan dengan memompa gas masuk ke reservoir bertekanan

tinggi.

i. Current Transformer dan Busbar

Berikut gas-gas yang sering dipakai pada alat ini adalah:



4. Mekanisme Kegagalan Isolator Gas

Mekanisme Kegagalan Isolasi Gas Dalam mekanisme tembus listrik

bahan isolasi, ada beberapa peristiwa/proses yang berperan di dalamnya,

antara lain:

• Ionisasi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari ikatan atom netral

sehingga menghasilkan satu elektron bebas dan ion positif

• Deionisasi, yaitu peristiwa dimana satu ion positif menangkap elektron

bebas sehingga ion positif tersebut menjasi atom netral

• Emisi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam

menjasi elektron bebas Proses dasar dalam kegagalan isolasi gas adalahionisasi benturan oleh elektron.

Ada dua jenis proses dasar yaitu :

• Proses primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran electron

• Proses sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran

elektron



Saat ini dikenal dua mekanisme kegagalan gas yaitu :

a. Mekanisme Kegagalan Townsend

Pada proses primer, elektron yang dibebaskan bergerak cepat

sehingga timbul energi yang cukup kuat untuk menimbulkan banjiran

elektron. Jumlah elektron Ne pada lintasan sejauh dx akan bertambah

dengan dNe, sehingga elektron bebas tambahan yang terjadi Ne.dx .

Ternyata jumlah elektron bebas α dalam lapisan dx adalah dNe = dNe

yang bertambah akibat proses ionisasi sama besarnya dengan jumlah

Ne.(t).dt; α ion positif dN+ baru yang dihasilkan, sehingga dNe = dN+ =dimana :

koefisien ionisasi Townsend

jumlah ion positif baru yang dihasilkan Ne : jumlah total electron

kecepatan luncur elektron

konstan,Ne = N0, x = α Pada medan uniform,x α ε Ο sehinggaNe =

NO Jumlah elektron yang menumbuk anoda per ε detik sejauh d dari

katoda sama dengan jumlah ion positif yaitu N+ = N0 x α.

Arus ini akan naik terus sampai terjadi peralihan menjadi pelepasan

yang bertahan sendiri. Peralihan ini adalah percikan dan dα ε diikuti oleh

perubahan arus dengan cepat dimana karena >> d secara teoritis menjadi

tak terhingga, tetapi α ε O À1 maka dalam praktek hal ini dibatasi oleh

impedansi rangkaian yang menunjukkan mulainya percikan.

b. Mekanisme Kegagalan Streamer

Ciri utama kegagalan streamer adalah postulasi sejumlah besar

foto ionisasi molekul gas dalam ruang di depan streamer dan pembesaran

medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada ujung streamer.

Muatan ruang ini menimbulkan distorsi medan dalam sela. Ion positif

dapat dianggap stasioner dibandingkan elektron-elektron yang begerak



cepat dan banjiran elektron terjadi dalam sela dalam awan elektron yang

membelakangi muatan ruang ion positif. Medan Er yang dihasilkan oleh

muatan ruang ini pada jari jari R adalah :

Pada jarak dx, jumlah pasangan x dx sehingga : α ε α elektron

yang dihasilkan adalah R adalah √jari jari banjiran setelah menempuh

jarak x, dengan rumus diffusi R= (2Dt). Dimana t = x/V sehingga,

dimana :

N : kerapatan ion per cm2,

e : muatan elektron ( C ),

ε : permitivitas ruang bebas

R : jari jari (cm),

V : kecepatan banjiran

D : koefisien diffusi.

E. KOORDINASI ISOLATOR

1. Pengertian Koordinasi Isolator

Koordinasi isolasi dapat didefenisikan sebagai korelasi antara daya

isolasi alat-alat dan sirkuit listrik di satu pihak dan karakteristik alat-alat

pelindungnya di lain pihak, sehingga isolasi tersebut terlindung dari bahaya-

bahaya tegangan lebih secara ekonomis. Koordinasi isolasi dinyatakan dalam

bentuk langkah-langkah yang diambil untuk menghindarkan kerusakan

terhadap alat-alat listrik karena tegangan lebih dan membatasi lompatan

sehingga tak menimbulkan kerusakan terhadap alat-alat listrik dan

karakteristik alat-alat pelindung terhadap tegangan lebih, yang masing-

masing ditentukan oleh tingkat ketahanan impuls dan tingkat perlindungan

impulsnya. Koordinasi isolasi mempunyai dua tujuan :



• Perlindungan terhadap peralatan

• Penghematan (ekonomi)

Oleh karena perlindungan bertujuan ekonomi pula, maka kedua tujuan

tersebut disatukan menjadi satu tujuan : ekonomi, hal ini berlaku untuk semua

masalah dalam bidang perlindungan. Dalam hal koordinasi isolasi, yang

dituju ialah sebuah sistem tenaga listrik yang bagian-bagiannya, masing-

masing dan satu sama lain, mempunyai daya isolasi yang diatur sedemikian

rupa, sehingga dalam setiap kondisi operasi, kwalitas pelayanan (penyediaan)

dicapai dengan biaya seminimum mungkin. Biaya peralatan yang dimaksudterdiri dari biaya pertama peralatan (first cost), biaya kerusakan, biaya

pelayanan berhenti (outages),biaya penurunan dan penaikan kwalitas

pelayanan.

2. Karakteristik Koordinasi Isolator

Karakteristik koordinasi isolator adalah sebagai berikut:

• Dalam hal kemampuan isolasi untuk menghadapi surja hubung dan

surja petir maka yang berperan adalah kemampuan isolasi terhadap

kenaikan tegangan yang dikenakan padanya.

• Dalam pengoperasian normal isolasi peralatan sistem tenaga ditentukan

sesuai dengan tegangan kerja (kelas tegangan) dimana peralatan itu

beroperasi.

• Pengaman petir dan dan surja hubung memerlukan penetapan dari level

tegangan yang disebut level tegangan shunt, yaitu perangkat pengaman

seperti arrester.

• Batas ketahanan impuls petir yang disebut sebagai Basic Impulse Level

(BIL) adalah ketentuan untuk setiap sistem tegangan nominal dari

berbagai peralatan.



• Semua peralatan dan komponen-komponennya harus mempunyai BIL

di atas level sistem proteksi, sesuai margin. Nilai batas ini biasanya

ditentukan berdasarkan isolasi udara dengan metoda statistik.

• Untuk peralatan yang bukan isolasi seperti trafo isolasi, batas margin

batas margin ditetapkan berdasarkan metoda konvensional.

3. Prinsip Koordinasi Isolasi

Rasionalisasi dari pada daya isolasi suatu sistem dan implementasidari pada koordinasi isolasi menyangkut prinsip-prinsip tertentu yang di

dalam prakteknya berupa aturan-aturan sebagai berikut :

a. Arrester petir (lightning arrester) dipakai sebagai alat pelindung pokok.

b. Tegangan sistem mempunyai tiga harga :

• Tegangan nominal

• Tegangan dasar (rated)

• Tegangan maksimum.

c. Ada dua macam sistem : yang netralnya diisolasikan (isolated neutral

system) dan yang dibumikan secara efektif (effectively grounded

system). Pada kedua sistem ini tegangan-transmisi maksimumnya dapat

mencapai 105% dari tegangan dasar.

d. Tegangan dasar (rating) yang dipakai pada arrester adalah teganganmaksimum frekuensi rendah (50 c/s) di mana arrester tersebut bekerja

dengan baik. Pada sistem terisolasi, arrester harus mempunyai tegangan

dasar maksimum tidak melebihi tegangan dasar penuh atau arrester

100%. Pada sistem yang dibumikan, tegangan dasar maksimum dari pada

arrester dapat diturunkan menjadi 80% dari tegangan sistem maksimum.

Cara dan aplikasi khusus memungkinkan pemakaian arrester 75-80%.



kemampuan isolasi dan pengaman sistem ditentukan dengan Basic

Insulation Level (BIL).

4. Karakteristik Alat Pelindung

Alat pelindung berfungsi melindungi peralatan tenaga listrik dengan

cara membatasi surja (surge) tegangan lebih yang datang dan mengalirkannya

ke tanah. Berhubungan dengan fungsinya itu ia harus dapat menahan

tegangan sistem 50 c/s untuk waktu yang tak terbatas, dan harus dapat

melakukan surja arus dengan tak merusaknya. Kecuali itu sebuah alat

pelindung yang baik mempunyai ”protekctive-ratio” yang tinggi, yaitu

perbandingan antara tegangan surja maksimum yang diperbolehkan pada

waktu pelepasan dan tegangan sistem 50 c/s maksimum yang dapat ditahan

sesudah pelepasan (discharge) terjadi.

Gelombang surja merupakan suatu gelombang impuls tegangan yang

melonjak dan merambat dari titik sumbernya berarah radial sepanjang

penghantar.

Gelombang surja pada instalasi listrik

Titik A merupakan besar amplitude gelombang surja yang dapat

ditahan oleh isolator dan titik B untuk tanduk busur apinya. Fungsi dari



tanduk busur api adalah melindungi isolator dari tegangan tembus yang

disebabkan oleh gelombang surja.

Bila amplitude tegangan telah mencapai titik B, maka terjadi

pelepasan muatan listrik (discharge) dari tanduk yang terhubung ke

penghantar ke tanduk yang terhubunga ke bumi (grounding) yang

menimbulkan loncatan api.



BAB III

PENUTUP

A. KESIMPULAN

Berdasarkan pembahasan yang telah dipaparkan pada BAB II, maka

dapat ditarik kesimpulan bahwa:

• Isolasi adalah suatu peralatan yang berfungsi sebagai tahanan atau

pelindung agar tidak terjadi tembus yang tidak diinginkan.

• Isolator terbagi atas tiga jenis, yaitu isolator padat, isolator cair, dan

isolator gas

B. SARAN

Diharapkan adanya kritik dan saran atas hasil penulisan makalah ini

agar pada penulisan selanjutnya dapat mengurangi kesalahan.



DAFTAR PUSTAKA

http://faizalnizbah.blogspot.com/2013/06/bahan-isolasi-bentuk-padat.html

http://nhoeelektronika.blogspot.com/2013/02/bahan-isolator.html

http://irwanrinaldielektro.blogspot.com/2012/06/isolasi-tegangan-tinggi.html

http://faizalnizbah.blogspot.com/2013/06/isolator-bentuk-cair.html

http://ancharyu.wordpress.com/2010/02/27/isolator-cair/

http://adykhulu.blogspot.com/2008/12/isolator-gas.html

http://ancharyu.wordpress.com/2010/03/17/98/

http://mysterimanedin.blogspot.com/2012/04/pendahuluan-persoalanisolasi-

adalah.html

http://bagusyogohutomo.blogspot.com/2012/11/24-kordinasi-isolasi.html

Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf

Documents

Transcript of Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf