isolasi ref

8/7/2019 isolasi ref

http://slidepdf.com/reader/full/isolasi-ref 1/8



Tinjauan Pustaka

Penelitian tentang kabel tanah untuk distribusi 15

kV berisolasi XLPE telah dilakukan oleh Bruce, S.,

Bernstein dan kawan-kawan (1992), ternyata kekuatan

dielektrik isolasi tersebut menurunkarena pengaruh

tegangan lebih arus bolak-balik yang diterapkan.

Penelitian ini sarna dengan penelitian tersebut,

akan tetapi tegangan yang diterapkan adalah teganganimpuls standar 1 x 40 us sampai isolasi rusak atau

rembus. dibandingkan dengan tegangan lebih arus

bolak-balik. Demikian pula kabel yang diteliti adalah

kabel tanah yang dijual di pasaran di Yogyakarta,

yakni kabel tanah NYY: 4 x 10 mm' 0,611kV dan

kabel tanah NYFGbY: 4 x 10 mm'' 0,61IkV, merek

VOKSEKABEL

Landasan Teori

Isolasi padat terdiri atas molekul, setiap molekulterdiri atas atom dan setiap atom terdiri atas elektron,

proton dan neutron. Jika pada isolasi padat tersebut

diterapkan medan listrik E, maka elektron akan

mengalami tekanan listrik (electric-stress). Tekanan

listrik adalah gaya yang bekerja pada suatu elektron

yang mempunyai muatan 1 coulomb sehingga dapat

dirumuskan (Arismunandar, 1975):

F = e E

F = gaya yang bekerja pada muatan, Newton

e = muatan elektron, Coulomb

E = kuat medan listrik, kV1m

apabila e = 1 maka F =E

Dari persamaan (2) dapat dikatakan bahwa untuk

e = 1 tekanan yang bekerja pada isolasi padat sarna

dengan kuat medan listrik yang diterapkan. Gaya yang

bekerja pada elektron akan menimbulkan suatu kerja

(work). Akibat gaya tersebut elektron akan bergerak

sejauh dx, besamya usaha untuk satu satuan muatan

adalah :

w = JEdx joule

Dari persamaan (3) dapat dinyatakan bahwa

untuk memindahkan satu satuan muatan sejauh dx

dalam bahan isolasi padat diperlukan usaha sebesar W.Jika beda potensial antara dua titik misalnya titik A

d~ titik B pada bahan isolasi padat adalah VAB, dapat

dlkatakan bahwa besamya usaha yang diperlukan

untuk memindahkan elektron dari A ke B adalah:

A

JE dx = - VAB ( 4 )

B

sehingga besar kuat medan atau tekanan listrik yang

diterapkan adalah:

avE=

a x(5)

(1)

Dalam bahan isolasi padat elektron pada tiap

atomnya mempunyai ikatan yang kuat, sehingga

dikatakan bahwa isolasi padat terse but mempunyai

kekuatan dielektrik yakni tekanan listrik maksimum

yang dapat ditahan oleh suatu bahan isolasi. Jika

kekuatan dielektrik bahan isolasi lebih keeil daripada

tekanan listrik yang diterapkan maka akan terjadi

kegagalan bahan isolasi terse but. Tekanan listrik yang

diterapkan dipengaruhi oleh suhu, jenis bahan

elektrode, konfigurasi medan listrik, jenis tegangan

yang diterapkan, umur bahan isolasi, ketidak-mumian

bahan isolasi, dan adanya kantong-kantong udara pada

bahan isolasi padat terse but.

Jika diterapkan tegangan impuls pada bahan

isolasi padat akan dapat terjadi saluran kegagalan

yang berbentuk eabang-eabang pohon. Mekanisme

kegagalan bahan isolasi padat dengan penerapan

tegangan impuls juga dipengaruhi oleh panas yang

disalurkan keluar melalui elektrode ke medium

sekitarnya, sehingga disebut kegagalan impuls termal

yang mengikuti persamaan (Arismunandar, 1975) :

2 T m ( S k )V impuls = f - dt

To d(6)

(2)

dengan:

To = suhu pada permukaan bahan isolasi

(suhu keliling), oK

Tm = suhu kritis saat bahan isolasi gagal, oK

d=tebal bahan isolasi atau jarak elektrode, em

k = konduktivitas termal, watt/em oK

untuk nilai d yang kecil, tegangan gagal impulsnya

(3)

V = 'dimpuls vU (7)

Persamaan (7) menyatakan bahwa tegangan gagal

impuls berkorelasi dengan tebal isolasi.

Bila diterapkan tegangan bolak-balik pada

bahan isolasi padat, ketidak-sempurnaan bahan isolasi

yang berupa rongga akan mengakibatkan tegangan

gagal bolak-baliknya akan rendah, tegangan gagal

MEDIA TEKNIK No.2 Tahun XIX Edisi Mei 1997 No. ISSN 0216 - 3012 59



pada rongga tersebut mengikuti persamaan (Naidu,

1987) :

dengan:

Vabb= tegangan bolak -balik yang diterapkan, volt

d, = diameter rongga, cmd = tebal isolasi, ern

e, = permitivitas relatif zat isoalsi padat,

Farad/meter

untuk d]« d dan V I-cukup kecil maka tegangan

gagal arus bolak-balik:

Vabb""d

Persamaan (9) menyatakan bahwa tegangan gagal arus

bolak-balik ada korelasi dengan tebal isolasi.

CARA PENELITIAN

Bahan

Bahan utama penelitian in i adalah kabel tanah

untuk distribusi yang ada di pasaran lokal. Ada 2

macam kebel yang diteliti:

1. Kabel tanah NYY: 4 x 10 rum

20,6/1

kV dengandata sebagai berikut

a. Data fisik : banyaknya inti 4, luas penampang

per inti 10 mm'' , tebal isolasi per inti 1,0 mm,

isolasi pembungkus keempat inti yang

masing-masing berisolasi, tebalnya 0,8 rum,

isolasi paling luar tebalnya 1,8 rum, diameter

penampang keseluruhan 18,7 rum, berat 750

kglkm.

(8)

b. Data listrik : kapasitas membawa arus, dalam

tanah pada suhu 30° C 69 Amper, dalam

udara pada suhu 30° C 60 Amp, resistans de

pada 20° C 1,81ohmlkm.

Kabel tanah NYFGbY: 4 x 10 mm2

0,611 kV

dengan data berikut

a. Data fisik: banyaknya inti 4, luas penampang

per inti 25 mm", tebal isolasi per inti 1,0 mrn,

isoJasi pembungkus keempat inti yang

berisolasi termasuk kawat dan plat baja yang

digalvanisir sebagai pelindung, tebaJnya 1,8

mm, diameter penampang 21 mm, berat 1026

kg/km.

b. Data listrik : kapasitas membawa arus, dalam

tanah pada suhu 30° C 69 Amp, dalam udara

padasuhu 30° C 60 Amp, resistans dc pada

20° C 1,81 ohm/krn.

2.

(9)

Alat

Peralatan yang diperlukan dalam penelitian ini,

semuanya berada di Laboratorium Teknik Tegangan

Tinggi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Gadjah Mada, yakni pembangkit tegangan

tinggi arus bolak-balik, searah, dan impuls, serta

perJengkapannya yang dipakai adalah buatan Jepang

sehingga standar tegangan impulsnya yang

dipergunakan adalah 1 x 40 us.

Jalan Penelitian

A. Penelitian tentang kekuatan dielektrik terhadap

tegangan lebih bolak-balik

Tegangan lebih yang dimaksud dalam penelitian

ini berupa tegangan bolak-balik frekuensi daya yang

diterapkan pada rangkaian alat dan kabel sebagai

berikut.

60 MEDIA TEKNIKNo.2 Tahun XIX Edisi Mei 1997 No. ISSN 0216 - 3012



PS

r1

VR SS

PS = primary switch V = voltmeter

SS = secondary switch A = amperemeter

VR = voltage regulator C = kapasitor

V[ = tegangan tembus R, = resistans peredam

SM = pengukur tegangan bolak-balik frekuensi rendah

1,2,3 = isolasi

TEO = trafo penguji

V s = tegangan sumber

KT = kabel tanah 4 urat

Gambar 1. Rangkaian alat dan bahan penelitian

Berdasarkan rangkaian pada gambar 1

penelitian dijalankan sebagai berikut.

1) Contoh kabel yang akan diteliti dipersiapkan

dengan panjang 0,5 m sampai 2 m, dikupas

seperti gambar, untuk kabel yang berperisai

logam, kulitnya dikupas agak panjang, perisai

logam harus dibumikan untuk mencegah bungaapi yang timbu!'

2) Tegangan lebih adalah tegangan bolak balik yang

diterapkan an tara kawat dan isolasi, dalam udara

sebagai berikut :

(a). isolasi 1 adalah isolasi satu urat,

(b). isolasi 2 adalah isolasi pembungkus keempat

kawat,

(c). isolasi 3 adalah isolasi paling luar

3) Setelah butir 2 selesai tegangan lebih diterapkan

antara kawat dalam udara dengan isolasi sebagai

berikut:

(a). isolasi 1 adalah isolasi antara dua urat,

(b). isolasi 2 adalah isolasi an tara satu urat

dengan dua urat lainnya,

(c). isolasi 3 adalah isolasi satu urat dengan tiga

urat lainnya.

4) Tegangan yang diterapkan mulai dari nol sampai

terjadi tegangan tembus isolasi.

5) Setiap penelitian isolasi berikutnya menggunakan

sampel kabel tanah yang barn sebab isolasi kabel

sebelumnya telah tembus

6) Catat data yang diperlukan yakni:

(a) isolasi 1, atau 2, atau 3

(b) tegangan tembus rata-rata isolasi.

B. Penelitian tentang kekuatan dielektrik terhadap

tegangan impuls

Rangkaian alat dan bahan untuk penelitian

kekuatan dielektrik terhadap pengaruh teganganimpuls, sarna seperti gambar 1, hanya ditambah

dengan rangkaian penyearah dan kapasitor untuk

menghasilkan tegangan impuls dan voltmeter

pengukur tegangan impuis. Jalan penelitian sarna

seperti pada item A butir I sampai dengan 6.

Analisis HasH

A. Cara menganalisis kekuatan dielektrik terhadap

tegangan lebih bolak-balik

1. Antara kawat dengan isolasi

(a) Isolasi 1; tegangan diterapkan antara kawat

dengan isolasi per urat kawat, karena ada 4

urat maka terjadi 4 kombinasi penerapan

tegangan tembus isolasi.

(b) Isolasi 2; tegangan diterapkan antara kawat

dan isolasi pembungkus keempat isolasi

urat, karen a ada 4 urat maka terjadi 4

kombinasi tegangan tembus isolasi.

(c) Isolasi 3; tegangan diterapkan antara uratkawat dengan isolasi paling luar, karena ada

4 urat maka terjadi 4 kombinasi penerapan

tegangan tembus isolasi




Data tegangan tembus bolak-balik yang

didapatkan hams dikoreksi terhadap

kelernbaban (RH) dan suhu ruangan (OC) ,

memakai persamaan berikut.

Vlerbaca pada meIer X . , J 2(10)

8

8 = O,386b

273 + t

dengan b = tekanan dalam mmHg

t = suhu ruangan dalam °C

Dari pengolahan data dapat digambarkan kurvatcgangan tembus atau kekuatan dielektrik bahan

isolasi versus isolasi.

2. Antara kawat dengan kawat

(a) Isolasi 1; tegangan diterapkan antara urat

satu dengan urat lain, karena ada 4 urat

maka terjadi 12 kombinasi penerapan

tegangan tembus isolasi.

(b) Isolasi 2; tegangan diterapkan antara satu

urat dengan dua urat yang lain dihubung

menjadi satu, karena ada 4 urat maka terjadi

8 kombinasi penerapan tegangan sampai

tembus isolasi.

(c) Isolasi 3; tegangan diterapkan an tara satu

urat dengan tiga urat yang lain dihubung

menjadi satu, karena ada 4 urat maka teljadi

4 kombinasi penerapan tegangan sampai

tembus isolasi, kemudian dikoreksi dengan

RH dan suhu ruangan seperti di atas.

Dari pengolahan data dapat digambarkan kurva

tegangan tembus atau kekuatan dielektrik bahan

isolasi versus isolasi.

B. Cara menganalisis kekuatan dielektrik

terhadap tegangan impuls

Analisis tegangan impuls pada isolasi kabel tanah

ini sarna dengan analisis untuk tegangan lebih bolak-

balik.

Dalam penelitian ini tegangan tembus impuls

dihitung dengan mernpergunakan grafik yang tersedia,sebelum diadakan koreksi terhadap tegangan searah

yang terbaca pada meter, mernakai persamaan:

V = Vdc pada meIer

de 8(11)

sedangkan (5 dihitung terhadap RH dan suhu ruangan

seperti di atas.

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Hasil pengolahan data ditampilkan pada tabel

dan 2 untuk kabel NYY, dan tabel 3 dan 4 untuk kabel

NYFGb Y serta gambar 2 dan 3.

Tabel 1. Hasil penelitian untuk kabel NYY, 4 x 10 mm'; 0,6/1 kV

Tegangan diterapkan an tara kawat dan isolasi

Iso1asi Tegangan tembus bolak-balik rata- Tegangan tembus impuls rata-rata

rata (kV) CkV)

1 ]5,5 17,0

2 22,0 25,0

3 28,5 34,0

Tabel2. Hasil penelitian untuk kabel NYY, 4 x 10 mrn"; 0,6/1 kV

Tegangan diterapkan antara kawat dan kawat

Isolasi Tegangan tembus bolak-balik rata- Tegangan tembus impuls rata-rata

rata (kV) (kV)1 18,0 20,0

2 24,5 28,0

3 32,0 37,0

62 MEDIA TEKNIK No.2 Tahun XIX Edisi Mei 1997 No. ISSN 0216 - 3012



2 3

Isolasi

Gambar 2. Kekuatan dielektrik isolasi kabel NYY; 4 x 10 mm"; 0,611 kV

Pembahasan hasil penelitian untuk kabel NYY,

1 . Semakin tebal isolasi maka tegangan tembus

isolasi baik tegangan tembus bolak-balik maupun

tegangan tembus impuls semakin tinggi berarti

kekuatan dielektrik kabel juga semakin tinggi, hal

ini sesuai dengan persamaan (7) dan (9) di atas

2. Tegangan tembus isolasi baik tegangan tembus

bolak-balik maupun tegangan tembus impulsantara kawat satu dengan kawat lain, dua kawat

lain, dan tiga kawat lain juga semakin tinggi, hal

ini sesuai dengan persamaan (7) dan (9) di atas

3. Tegangan tembus impulsnya lebih tinggi sedikit

dari tegangan tembus bolak-balik, hal ini juga

sesuai dengan persamaan (7) dan (9) di atas

4. Kekuatan dielektrik kabel ini dapat mencapai ]5

kali tegangan nominal, terhadap tegangan surja

hubung lebih tinggi 15% dibanding dengantegangan bolak-balik.

Tabel3. Hasil penelitian untuk kabel NYFGbY, 4 x 10 mm"; 0,611 kV

Tegangan diterapkan antara kawat dan isolasi


rata (kV) (kV)

1 20,0 23,0

2 27,0 32,0

3 35,0 41,0

Tabel4. Hasil penelitian untuk kabel NYFGbY, 4 x 10 mm"; 0,611 kV

Tegangan diterapkan antara kawat dengan kawat


rata (kV) (kV)

1 24,0 28,0

2 32,0 38,0

3 37,0 45,0

MEDIA TEKNIKNo.2 Tahun XIX Edisi Mei 1997 No. ISSN 0216 - 3012 63



45I

40 + .

.--~--~-----I

3

35

30 ~ : : : : : : ~ = = = : : : : : =25 ~

20 ........--

15 I.Tegangan tembus bolak-balik antara kawat dan isolasi

2.Tegangan tembus impuls antara kawat dan isolasi

10 3.Tegangan tembus bolak-balik an tara kawat dengan kawat

5 4.Tegangan tembus irnpuls antara kawat dengan kawat

o

2

Is0 las i

Gambar 3. Kekuatan dielektrik isolasi kabel NYFGbY; 4 x 10 mrn"; 0,611 kV

Pembahasan hasil penelitian untuk kabel NYFGb Y,

1. Semakin tebal isolasi maka tegangan tembus

isolasi baik tegangan tembus bolak-balik maupun

tegangan tembus impuls semakin tinggi berarti

kekuatan dielektrik kabel juga semakin tinggi, hal

ini sesuai dengan persamaan (7) dan (9) di atas.

2. Tegangan tembus isolasi baik tegangan tembus

bolak-balik maupun tegangan tembus impuls

antara kawat satu dengan kawat lain, dua kawat

Jain, dan tiga kawat lain akan memberikan

kekuatan dielektrik isolasi kabel semakin tinggi,

hal ini sesuai dengan persamaan (7) dan (9) diatas.

3. Tegangan tembus impulsnya lebih tinggi sedikit

dari tegangan tembus bolak-balik, sesuai dengan

persamaan (7) dan (9) diatas.

4. Kekuatan dielektrik kabel ini dapat mencapai 20

kali tegangan nominal, terhadap tegangan surja

hubung lebih tinggi 15% dibanding dengan

tegangan bolak-balik.

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan

bahwa:

1. Kabel tanah NYY 4 x 10 mm': 0,611 kV

mempunyai kekuatan dielektrik isolasi satu

terhadap kawat lain maupun isolasi antara kawatdengan luar cukup tinggi, sekitar 15 kali tegangan

nominal, sehingga kabel ini cukup aman terhadap

tegangan lebih yang terjadi karen a gangguan.

2. Kabel tanah NYY 4 x 10 mm"; 0,611 kV,

mempunyai kekuatan dielektrik isolasi antara

kawat satu terhadap yang lain maupun isolasi

antara kawat dengan luar yang cukup tinggi

terhadap tegangan impuls, lebih tinggi IW

dibandingkan dengan tegangan bolak-balik

sehingga kabel ini cukup aman terhadap tegangan

impuls yang disebabkan oleh surja hubung.

3. Kabel tanah NYFGbY 4 x 10 mm": 0,6/1 kV.

mempunyai kekuatan dielektrik isolasi antara

kawat satu terhadap yang lain maupun isolasi

antara kawat dengan luar kawat (isolasi) cukup

tinggi, yaitu sekitar 20 kali tegangan nominal

kabel tanah NYY.

4. Kekuatan dielektrik bahan isolasi kabel tanah

NYFGbY 4 x 10 mm"; 0,6/1 kV antara kawat satu

terhadap yang lain maupun isolasi antara kawat

dengan luar kawat (isolasi) yang cukup tinggi

terhadap tegangan impuls disebabkan oleh surja

hubung, lebih tinggi 15 % dibandingkan dengan

tegangan bolak-balik

Saran

1. Penelitian ini masih dapat dilanjutkan dengan

menerapkan tegangan tinggi arus searah pada

bahan.

2. Penelitian ini masih dapat diteruskan untuk kabel

tanah jenis lain dengan sampel yang cukup

banyak.

64 MEDIA TEKNIK No.2 Tahun XIX Edisi Mei 1997 No. ISSN 0216 - 3012



DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, A., 1975, Teknik Tegangan Tinggi,

Cetakan ke tiga, Pradnya Paramita, Jakarta.

Arismunandar, A., 1975, Teknik Tegangan Tinggi

SupLemen, Cetakan pertama, Ghalia Indonesia,

Jakarta.

Bernstein, B.S., dkk., 1992, Accelerated Aging ofExtruded Dielectric Power Cables Part II Live

Testing of 15 KV XLPE-Insulated Cables,

IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 7,

No.2, pp. 603-608.

Kind. D., 1978, An Introduction to High-Voltage

Experimental Techniques, Wiley Easterns

Limited. New Delhi.

J(ruesi, R., dkk., 1978, IEEE Standard Techniques for

High- Voltage Testing, The Institute of

Electrical an Electronics Engineers Inc.

Mizutami, T. and Ieda, M., 1986, Electrical

Conduction in Solid Dielectrics, IEEE

Transaction on Electrical Insulation, Vol. EI-

21, No.6, pp. 83.

Naidu, M.S., 1987, High-Voltage Engineering, Tata

McGraw-Hill Publishing Company Limited,

New Delhi.

Pabla, A.S., 1981, Electric Power Distribution

Systems, Tata McGrawHill Company Limited,

New Delhi.

Panitia Penyempurnaan PUlL, 1987, Peraturan Umum

Instalasi Listrik Indonesia, LIPI, Jakarta.

Seth, S.P. &Gupta, P.V., 1981, A Course in Electrical

Engineering Materials, Dhanpat Rai & Sons,

New Delhi.


isolasi ref

Documents

Transcript of isolasi ref