MAKALAHBAHAN ISOLASI GAS

DISUSUN OLEH :FEBRI ANTONIG1D012011

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS BENGKULU2014

DAFTAR ISIHalaman Judul iKata Pengantar iiDaftar Isi iii BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah 11.2 Rumusan Masalah 11.3 Tujuan 21.4 Manfaat 21.5 Batasan Masalah 2

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA2.1 Isolasi 32.1.2 Isolasi Udara 32.1.3 Sulphur hexa Fluorida (SF6) 42.1.4 Gas-gas Lain Gas 62.1.5 Tingkat Ketahanan Isolasi .7BAB III PENGGUNAAN ISOLASI GAS PADA PEMUTUS (CB) TEGANGAN TINGGI

3.1 Pengertian 93.2 Jenis CB 103.3 Peralatan yang diisi gas 10BAB IV PENUTUP4.1 Kesimpulan 114.2 Saran 11Daftar PustakaKATA PENGANTARPuji syukur kami panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat-Nyalah kami dapat menyelesaikan Makalah dengan judul BAHAN ISOLASI GAS tepat pada waktunya. Adapun tujuan dari penulisan ini adalah untuk memenuhi tugas mata kuliah Teknik Isolasi Tenaga LIstrik pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Bengkulu.Tak lupa kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Ibu Yuli Rodiah S.T.,M.T. yang telah membimbing kami dari awal perkuliahan hingga pertengahan semester ini sehingga kami dapat menyelesaikan Makalah ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini.Penulis mengakui bahwa makalah ini jauh dari sempurna mengingat terbatasnya kemampuan serta sulitnya mencari buku-buku yang dipakai sebagai acuan atau referensi. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca demi sempurnanya makalah ini. Akhir kata penulis berharap semoga laporan ini dapat berguna bagi pembaca dan dapat memenuhi fungsinya.

Bengkulu, Oktober 2014

( Penulis )iii

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Pada kemajuan teknologi tegangan tinggi , isolasi listrik memegang peranan yang sangat penting dalam teknik tegangan tinggi. Isolasi listrik sangat diperlukan untuk menunjang keandalan didalam penyaluran tegangan listrik. Isolasi listrikdiperlukan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan pada suatupenghantar jaringan tegangan tinggi, sehingga dapat memberikan keamanan dan kenyamanan pada masyarakat yang ada pada areal yang terkena tegangan tinggi.Isolasilistrik pada sistem transmisi tenaga listrik dalam mengisolasi atau mengamankan konduktor dari tegangan membutuhkan suatu koordinasi isolasi.Koordinasi isolasi yang merupakan korelasi kekuatan isolasi peralatan sistem tenaga listrik, di satu pihak dengan alat-alat proteksinya dilain pihak, sehinggaperalatan sistem tenaga listrik terlindungi dari bahaya-bahaya tegangan lebih secara ekonomis. Koordinasi isolasi didalam teknik tegangan tinggi mempunyai tujuan untuk perlindungan terhadap peralatan dan penghematan.Jenis-jenis isolasi yang digunakan dalam teknik tegangan tinggi antara lain :isolasi udara (gas), isolasi padat, isolasi cair. Dalam hal ini lebih diberatkan pada isolasi udara (gas). Isolasi udara (gas) aplikasinya lebih banyak digunakan pada isolasi saluran transmisi udara dan pada GIL (Gas Insulated Transmission Lines),pada CB dan sakelar pemisah. Dalam pemilihan bahan isolasi lebih diberatkanpada keandalan dari bahan isolasi itu sendiri maupu biaya operasional dari isolasi itu sendiri. Salah satu cara yang ditempuh adalah dengan memilih bahan isolasi yang cocok digunakan pada suatu peralatan tegangan tinggi dengan memperhitungkan keandalan dan keserhanaan dari isolasi itu sendiri.

1.2 Rumusan MasalahMelihat masalah yang timbul dari latar belakang laporan di atas maka timbul suatu permasalahan yaitu : 1. Bagaimana cara isolasi udara (gas) dalam mengisolasi atau mengamankan peralatan tegangan tinggi ?2. Bagaimana aplikasi dari isolasi gas pada peralatan pengaman maupunpada sakelar pemisah ?1.3 Tujuan PembuatanAdapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah :1. Untuk mengetahui fungsi dari isolasi udara (gas).2. Untuk mengetahui kemampuan dari isolasi udara pada saluran transmisiudara dengan isolasi gas pada CB dan pada GIL.

1.4 ManfaatPembuatanAdapun manfaat dari penulisan laporan ini adalah untuk mengetahui sejauhmana fungsi dan kemampuan dari isolasi udara (gas) dalam mengisolasi danmengamankan konduktor dari tegangan lebih.

1.5 Ruang Lingkup dan Batasan MasalahDengan melihat permasalahan yang ada dan menghindari terjadinya perluasanmasalah, maka perlu adanya pembatasan dimana pada penulisan makalah ini akanmembahas mengenai :1. Isolasi udara pada saluran udara tegangan tinggi2. Isolasi gas pada GIL (Gas Insulated Transmission Lines) dan pada CB

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 IsolasiIsolasi merupakan suatu peralatan yangyang digunakan sebagai pembatas danpengaman pada peralatan listrik yang mempunyai kekuatan listrik yang cukup untuk menjamin faktor keselamatan yang diperlukan pada saat peralatan listriktersebut beroperasi maupun tidak beroperasi.bahan isolasi yang digunakan dalam teknik tegangan tinggi dibedakan menjadi : bahan isolasi gas, bahan isolasi padat,bahan isolasi cair. Dalam pembahasan kali ini lebih diberatkan pada jenis bahan isolasi gas.bahan isolasi gas digunakan sebagai pengisolasi dan sekaligus sebagai media penyalur panas. Bahan isolasi gas dapat berupa udara, sulphur hexafluorida (SF6) dan gas-gas lainnya yang lazim digunakan di dalam teknik listrik.

2.1.1 Isolasi UdaraUdara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan, mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30 kV / cm. Contoh yang mudah dapat dijumpaipada JTR, JTM, dan JTT antara hantaran yang satu dengan yang lain dipisahkan dengan udara.Hubungan antara tegangan tembus dan jarak untuk udara tidak linier seperti ditunjukkan pada gambar 2.1

Kalau dua buah elektroda yang dipisahkan dengan udara mempunyai bedategangan yang cukup tinggi yaitu tegangan yang melebihi tegangan tembus, makaakan timbul loncatan bunga api. Bila tegangan tersebut dinaikkan lagi, maka akanterjadi busur api.Jika terdapat dua buah elektroda berbentuk bulat dipisahkan dengan udarayang jaraknya cukup besar untuk harga tegangan dan memungkinkan terjadinyaionisasi pada udara sekitarnya maka terbentuklah ozon. Pada sekitar elektrodatersebut akan timbul sinar terang kebiru-biruan yang disebut korona.Besarnya tegangan tembus pada udara dipengaruhi oleh besarnya tekananudara. Secara umum, makin besar tekanannya, makin besar juga tegangantembusnya. Tetapi untuk keadaan pakem justru tegangan tembus akan menjadilebih besar. Keadaan yang demikian inilah yang digunakan atau diterapkan padabeberapa peralatan listrik.2.1.2 Sulphur hexa Fluorida (SF6)Sulphur hexa Fluorida (SF6) merupakan suatu gas bentukan antara unsursulphur dengan fluor dengan reaksi eksotermis:S + 3 F2 SF2 + 262 kilo kalori. Molekul SF6 seperti ditunjukkan pada gambar 2.2 :

Terlihat pada gambar 2.2 bahwa molekul SF6 mempunyai 6 atom fluor yang mengelilingi sebuah atom sulphur, di sini masing-masing atom fluor mengikat 1buah elektron terluar atom sulphur. Dengan demikian maka SF6 menjadi gas yanginert atau stabil seperti halnya gas mulia.Gas SF6 dipilih sebagai media isolasi karena beberapa pertimbangan, antara lain :1. Pemutus dari gas SF6 mempunyai dimensi yang lebih kecil jika dibandingkan dengan Air Blast Breaker.2. SF6 dapat digunakan berkali kali, tidak beracun dan tidak mudah terbakar.3. Gas SF6 saat ini masih menjadi yang terbaik sebagai media isolasi (peredam busur api)Sampai saat ini SF6 merupakan gas terberat yang mempunyai massa jenis6,139 kg / m3 yaitu sekitar 5 kali berat udara pada suhu nol derajat celsius dantekanan 1 atmosfir.Sifat lainnya adalah : tidak terbakar, tidak larut dalam air, tidak beracun, tidakberwarna dan tidak berbau. SF6 juga merupakan bahan isolasi yang baik yaitu2,5 kali kemampuan isolasi udara. Perbandingan SF6 dengan beberapa gas lain seperti tercantum pada tabel : 2.1Table 2.1 Sifat Beberapa Gas

Seperti telah disebutkan di atas, bahwa untuk pembentukan SF6 menjadi Sulphur dan Fluor memerlukan panas dari sekelilingnya sebesar 262k. Kalori /molekul.Hal ini tepat sekali digunakan untuk bahan pendinginan pada peralatan listrikyang menimbulkan panas atau bunga api pada waktu bekerja , misalnya: sakelarpemutus beban.Sifat dari SF6 sebagai media pemadam busur api dan relevansinya padasakelar pemutus beban adalah :a. Hanya memerlukan energi yang rendah untuk mengoperasikan mekanismenya. Pada prinsipnya, SF6 sebagai pemadam busur api adalah tampa memerlukan energi untuk mengkompresikannya, namun semata-mata karena pengaruh panas busur api yang terjadi. b. Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupun sebagai pengisolasi dapat dengan mudah dideteksi. c. Penguraian pada waktu pemadaman busur api maupun pembentukannya kembali setelah pemadaman adalah menyeluruh (tidak ada sisa unsur pembentuknya).d. 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. e. Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga penguraiannya menjadikan dielektriknya naik secara bertahap. f. Transien frekuensi yang tinggi akan naik selama operasi pemutusan dan dengan adanya hal ini busur api akan dipadamkan pada saat nilai arusnya rendah.2.1.3 Gas-gas Lain Gas Bentukan fluoro organik misalnya C7F14, C7F8, C14 F24 mempunyaitegangan tembus yang tinggi, berkisar antara 6 sampai 10 kali tegangan tembus udara. Ini berarti gas-gas tersebut baik sekali untuk bahan isolasi misalnya: pada alat-alat pemutus. Tampak pada tabel 2.1 bahwa hidrogen merupakan gas yang ringan walaupun tegangan tembusnya tidak terlalu tinggi tetapi bagus untuk pendinginan karena konduktivitas termalnya tinggi. Pada mesin-mesin listrik yang besar, penggunaan hidrogen sebagai pendingin (misalnya : pada generator turbo, kondensor sinkron) dapat mengurangi rugi-rugi pada belitannya. Dengan demikian daya guna mesin dapat naik. Di samping itu kebisingan dapat dikurangi karena kepekatan hidrogen lebih rendah dibandingkan dengan udara.Tetapi pemakaian hidrogen sebagai pendingin harus disekat dengan sempurna, karena pencampuran hidrogen dengan udara dengan perbandingan tertentu dapat menyebabkan letusan. Gas karbon dioksida (CO2) dapat digunakan sebagai gas residu pada bahan dielektrik cair (minyak) pada alat-alat tegangan tinggi antara lain : kabel, transformator. Sifat-sifatnya antara lain : resistivitas termal 6880 C / W /cm3 , tegangan tembusnya rendah yaitu 157 V/ cm , permitivitas relatif pada suhu 0C adalah 1.000985. Gas freon12 ( CCl2F2) yang umumnya digunakan pada teknik pendinginan juga dapat digunakan sebagai bahan dielektrik pada konndensator(kadang-kadang dicampur dengan gas nitrogen). 2.1.4 Tingkat Ketahanan Isolasi (Basic Impuls Insulation Level/BIL) Basic Impuls Insulation Level/BIL adalah suatu referensi level yang dinyatakan dalam impuls crest voltage dengan standar bentuk gelombang dari 1,5 mikro sekon ( di USA), sehingga isolasi dari peralatan-peralatan listrik harus mempunyai karakteristik ketahanan impuls sama atau lebih tinggi dari BIL tersebut. Pemikiran tentang tingkat isolasi suatu sistem tenaga listrik pertama-tama adalah penyusunan suatu level umum isolasi pada atau diatas level tertentu, dimana hal ini akan membatasi persoalan pada tiga kebutuhan yang fundamental, yaitu : 1. Pemilihan Level Isolasi yang Sesuai. 2. Jaminan bahwa break down dan flash over dari semua peralatan yang di isolasi / isolator akan sama atyau melebihi level yang telah dipilih. Penggunaan peralatan pengaman yang akan memberikan suatu perlindungan pada peralatan-peralatan sistem tenaga listrik dengan baik dan ekonomis.Suatu isolasi peralatan harus disesuaikan dengan tingkat ketahanan impuls sebesar tidak kurang dari BIL. Dengan sendirinya peralatan harus mampu terhadap tegangan spesifikasi baik impuls positif maupun negatif.

Tabel 2.2 Tabel BIL untuk beberapa kelas referensi1Kelas referensi

( KV )

BIL ( KV )

80%BIL ( KV )

1,23024

1,87560

129576

23150120

34,5200160

46250200

69350280

92450360

115550440

138650520

161750600

180825660

196900720

2301050840

2601175940

28713001040

34515501240

BAB III PENGGUNAAN ISOLASI GAS PADA PEMUTUS (CB) TEGANGAN TINGGI

3.1 PengertianPada dasarnya konstruksi CB adalah adanya kontaktor yang dapat dipisah (diputus) dengan suatu media isolasi. CB ini dibuat dalam rumah logam yang tertutup dengan menggunakan dua buah bushing atau dalam rumah isolasi dimana kedua ujungnya dibuat dari metal atau penghantar.Cukup banyak bahan isolasi yang dapat dipakai untuk memadamkan busur api pada saat kontaktor memutus arus dan bahan isolasi ini tergantung dari rating CB tersebut. Bahan isolasi ini tergantung dari rating CB tersebut. Bahan isolasi yang banyak dipakai adalah : udara (pada tekanan atmosfer); udara dengan tekanan tinggi; minyak (yang menghasilkan hydrogen untuk memadamkan busur api); vacuum dan sulfur hexafluoride (SF6).Untuk bahan isolasi dimana tidak terdapat busur api misalnya untuk bahan pengisi/isolasi trafo arus, trafo tegangan dan lain-lain ini lebih banyak bahan isolasi yang dapat dipakai misalnya Arcton 12 (difluoro dichloromethane) ini dipakai untuk bahan isolasi dari busbar tegangan tinggi hanay bahan ini tidak cocok untuk memadamkan busur api karena bila ada busur api dalam media isolasi ini akan terbentuk carbon dan chlorine. Kedua bahan ini lambat laun akan menurunkan sifat isolasi bahan sehingga bahan akan tembus dengan mudah.

3.2 Jenis CBSecara umum CB dapat dikelompokkan menurut media isolasi yang dipakai :Sampai 11 kV biasanya dipakai udara pada tekanan atmosfer sebagai media isolasi atau juga jenis CB minyak. Dari 11 kV sampai 66 kV kebanyakan dipakai CB minyak. 132 dan 375 kV ini biasanya Oil CB atau Gas Blast CB (CB dengan tekanan gas) Untuk system 400-700 kV ini semua memakai Gas Blast CB. Untuk CB Tegangan Ekstra Tinggi gas ditekan sampai 1000lb/in2 untuk dapat memadamkan busur api pada saat CB memutus arus. Akhir-akhir ini Suphur Hexefluoride (SF6) juga dipakai pada Gas Blast CB dan SF6 ini diberi tekanan sampai 200 lb/in2. dalam praktek, selain ada isolasi gas tentu diperlukan isolasi padat yaitu untuk mengisolasi tempat CB.

3.3 Peralatan yang diisi gas 3.3.1 live tank circuit-breakersuntuk sistem tegangan sangat tinggi biasanya beberapa kontaktor dipasang secara seri. Ada 12 kontaktor ini untuk tegangan 400 kV dan sampai 24 kontaktor untuk tegangan 750 kV. Tangki diisi dengan gas dan pada saat kontaktor dibuka gas akan keluar melalui nozzle ke udara luar. Karena gas keluar melalui kontaktor yang berfungsi sebagai nozzle maka busur api akan terpadamkan dalam waktu yang singkat sehingga pada saat arus atau tegangan mencapai titik nol akan putus sama sekali.Masalah yang sering dihadapi adalah isolator untuk mensupport live-tank, ini sering terpengaruh oleh polusi dan tegangan tembus permukaan menjadi tirun biasanya diperlukan panjang permukaan sekitar 2,5 3,5 cm/kV dari tegangan line. Untuk beberapa kontaktor yang dipasang seri, distribusi tergangan tergantung dari harga relative dari kapasitance antara kontaktor-kontaktor dan bumi.Untuk live-tank CB, transformator arus yang diperlukan untuk pengukuran dan pengamanan biasanya adalah dari jenis post type seperti gambar 3.4. CT ini terpisah dari CB kecuali bila CB dimasukkan dalam satu ruangan tertutup dimana dapat dipakai CT jenis ring dan dimasukkan pada bushing pada tembok.

BAB IV PENUTUP

4.1 KesimpulanUnit panel dengan gas SF6 sebagai isolasi adalah bebas rawat, dengan keselamatan operasi, reliability dan availability yang tinggi.Unit panel berisolasi gas SF6 ini sesuai untuk tegangan menengah dan tinggi dengan penyesuaian seperlunya mengingat proses pembuatannya yang khusus, kesalahan dalam panel kecil karena selubung phasa tunggal dari komponennya (luar RMU) dan komponen berselubung gas SF6 (dalam RMU) dan tidak akan terjadi arus bocor ke tanah.Urutan pemindahan saklar 3 posisi tidak akan salah karena susunan logiknya, dan saklar ini memberikan proteksi pentanahan hubung singkat pada feeder dan panel. Tingkat proteksi panel adalah dalam ruang/ruang bawah tanah.

SF6 mempunyai kemampuan listrik dan mematikasa busur api yang lebih baik dari udara tetapi gas ini mempunyai kerugian yaitu tidak dapat dioperasikan pada tekanan yang tinggi.

4.2 SaranAdapun saran yang dapat diberikan yaitu dalam pemilihan isolasi hendaknya disesuaikan dengan kemampuan dari tingkat BIL isolasi itu sendiri sehingga tidak terjadi kegagalan isolasi.

11

DAFTAR PUSTAKA

B.Belmadani, J Cassanova, R Grob, J Mathieu. SF6 Decomposition Under Power Arc. IEEE Transactions on Electrical Insulation Vol. 26 No. 6. April 1991.Sander Meijer. Partial Discharge Diagnosis of High Voltage Gas Insulated System. DELFT TU Netherland, 2001.Krivda,A. Recognition of Discharges, Discrimination and Classification DELFT TU Netherland, 1995.Dieter Kind, Pengantar Teknik Tegangan Tinggi, Penerbit ITB Bandung, 1993.CIGRE 150. Report On The Second International Survey On High Voltage Gas Insulated Substation Service Expected. February 2000CIGRE 286, Instrumentation and Measurement for In Service Monitoring of High Voltage Insulation.December 2005.