Makalah MPI
-
Upload
muhammadfadlikahar -
Category
Documents
-
view
69 -
download
2
description
Transcript of Makalah MPI
Makalah MPI - BAB II
BAB II
Pembahasan
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 itu sendiri, 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.
Untuk menghasilkan suatu isolator yang memiliki ketahanan isolasi yang baik, ada
beberapa kriteria mendasar yang harus dipenuhi dan tentunya terdapat / terkandung dalam setiap
isolator pada sistem pembangkitan tenaga listrik untuk spesifikasi tegangan tinggi ( High
Voltage ). Ketentuan mendasar itu adalah sebagai berikut :
1. Terbuat dari bahan non konduktor
Sudah pasti suatu bahan isolator harus terbuat dari bahan yang bukan konduktor, sebab bahan
konduktor mampu mengalirkan arus listrik yang dapat menghasilkan beda tegangan. Pada
isolator, kita membutuhkan bahan yang mampu menghambat aliran arus listrik dan mencegah
adanya arus bocor. Semua itu merujuk pada satu tujuan yaitu agar tidak terdapat beda tegangan.
Itulah tujuan utama isolator.
2. Cepat kering
Isolator yang kita pakai pada pembangkit tentunya berhubungan erat dengan cuaca luar yang
suhunya tidak konstan dan tidak bisa si atur sesuai yang kita mau. Seperti hujan contohnya.
Seperti yang kita ketahui, air merupakan konduktor. Untuk itu, diperlukan isolator yang cepat
kering untuk menghindari konduktor yang berasal dari air hujan.
3. Menahan kabel saluran pada tempatnya
Kabel saluran harus dijaga agar tetap pada tempatnya sebab jarak antar kabel juga sudah diatur
sesuai standarnya agar tidak saling menyentuh antarkabel yang bisa berakibat short circuit.
Untuk itu, kabel saluran harus tetap dijaga jaraknya. Selain itu juga untuk alasan keamanan
manusia agar tidak mudah dijangkau mengingat dampaknya terhadap nyawa manusia sangat
membahayakan.
Berdasarkan bahan yang digunakan pada isolator, terdapat tiga jenis bahan yang
digunakan, yaitu padat, cair, dan gas. Masing-masing jenis dari bahan tersebut memiliki tingkat
kemampuan mengisolasi yang berbeda-beda. Makin tinggi kemampuan mengisolasi untuk tiap
satuan luas, makin baik dan maksimal pula kinerja isolator tersebut. Untuk menghasilkan kinerja
isolator yang maksimal, perlu dilakukan beberapa pertimbangan. Pertama, pertimbangan
terhadap sifat kelistrikan. Kedua, perlu mempertimbangkan sifat-sifat lainnya, seperti sifat
thermal, sifat mekanis, dan sifat kimia.
Sifat kelistrikan tersebut mencakup :
1. Resistivitas
Penyekat membutuhkan bahan yang mempunyai resistivitas yang besar agar arus yang bocor
sekecil mungkinsehingga dapat diabaikan. Yang perlu diperhatikan di sini adalah bahwa bahan
isolasi yang higroskopis hendaknya dipertimbangkan penggunaannya pada tempat-tempat yang
lembab karena resistivitasnya akan turun. Resistivitas juga akan turun jika tegangan yang
diberikan naik.
MaterialTemperature Resistivity,
( Ωm )
Coefficient,
( )
Silver 1.59 x 8 0.0061
Copper 1.68 x 8 0.0068
Aluminum 2.65 x 8 0.00429
Tungsten 5.6 x 8 0.0045
Iron 9.71 x 8 0.00651
Platinum 10.6 x 8 0.003927
Mercury 98 x 8 0.0009
Carbon (graphite) (3-60 ) x -0,0005
Germanium (1-500 ) x -0,05
Silicon 0,1 - 60 -0,07
Glass - -
Hard rubber - -
Keterangan :
Konduktor, Semikonduktor, Insulator
2. Permitivitas
Besarnya kapasitansi bahan isolasi yang berfungsi sebagai dielektrik ditentukan oleh
permitivitasnya, di samping jarak dan luas permukaannya. Besarnya permitivitas udara adalah
1,00059, sedangakan untuk zat padat dan zat cair selalu lebih besar dari itu.
3. Kerugian Dielektrik
Apabila bahan isolasi diberi tegangan bolak-balik maka akan terdapat energi yang diserap oleh
bahan tersebut. Besarnya kerugian energi yang diserap bahan isolasi tersebut berbanding lurus
dengan tegangan, frekuensi, kapasitansi, dan sudut kerugian dielektrik. Sudut tersebut terletak antara arus kapasitif dan arus total ( ).
Sifat-sifat lainnya seperti sifat thermal, mekanis, dan kimia mencakup hal-hal berikut ini :
1. Suhu
Suhu berpengaruh terhadap kekuatan mekanis, kekerasan, viskositas, ketahanan terhadap
pengaruh kimia dan sebagainya. Bahan isolasi dapat rusak diakibatkan oleh panas pada kurun
waktu tertentu. Waktu tersebut disebut umur panas bahan isolasi. Sedangakan kemampuan bahan
menahan suhu tertentu tanpa terjadi kerusakan disebut ketahanan panas. Menurut IEC
(International Electrotechnical Commission) didasarkan atas batas suhu kerja bahan, bahan
isolasi yang digunakan pada suhu di bawah nol (missal pada pesawat terbang, pegunungan) perlu
juga diperhitungkan karena pada suhu di bawah nol bahan isolasi akan menjadi keras dan regas.
Pada mesin-mesin listrik, kenaikan suhu pada penghantar dipengaruhi oleh resistansi panas
bahan isolasi. Bahan isolasi tersebut hendaknya mampu meneruskan panas yang didesipasikan
oleh penghantar atau rangkaian magnetik ke udara sekelilingnya.
2. Kelarutan
Kemampuan larut bahan isolasi, resistansi kimia, higroskopis, permeabilitas uap, pengaruh
tropis, dan resistansi radio aktif perlu dipertimbangkan pada penggunaan tertentu. Kemampuan
larut diperlukan dalam menentukan macam bahan pelarut untuk suatu bahan dan dalam menguji
kemampuan bahan isolasi terhadap cairan tertentu selama diimpregnasi atau dalam pemakaian.
Kemampuan larut bahan padat dapat dihitung berdasarkan banyaknya bagian permukaan bahan
yang dapat larut setiap satuan waktu jika diberi bahan pelarut. Umumnya kemampuan larut
bahan akan bertambah jika suhu dinaikkan.
3. Ketahanan korosi
Ketahanan terhadap korosi akibat gas, air, asam, basa, dan garam bahan isolasi juga nervariasi
antara satu pemakaian bahan isolasi di daerah yang konsentrasi kimianya aktif, instalasi tegangan
tinggi, dan suhu di atas normal. Uap air dapat memperkecil daya isolasi bahan. Karena bahan
isolasi juga mempunyai sifat higroskopis maka selama penyimpanan atau pemakaian diusahakan
agar tidak terjadi penyerapan uap air oleh bahan isolasi, dengan memberikan bahan penyerap uap
air, yaitu senyawa atau . Bahan yang molekulnya berisi kelompok hidroksil (OH)
higrokopisitasnya relative besar dibanding bahan parafin dan polietilin yang tidak dapat
menyerap uap air.
4. Permeabilitas Uap
Bahan isolasi hendaknya juga mempunyai permeabilitas uap (kemampuan untuk dilewati uap)
yang besar, khususnya bagi bahan yang digunakan untuk isolasi kabel dan rumah kapasitor.
5. Kondisi Geografis
Di daerah tropis basah dimungkinkan tumbuhnya jamur dan serangga. Suhu yang tinggi disertai
kelembaban dalam waktu lama dapat menyebabkan turunnya kemampuan isolasi. Oleh karena
bahan isolasi hendaknya dipisi bahan anti jamur (paranitro phenol, dan pentha chloro phenol).
6. Pengaruh lain
Pemakaian bahan isolasi sering dipengaruhi bermacam-macam energi radiasi yang dapat
berpengaruh dan mengubah sifat bahan isolasi. Radiasi sinar matahari mempengaruhi umur
bahan, khususnya jika bersinggungan dengan oksigen. Sinar ultra violet dapat merusak beberapa
bahan organic. T yaitu kekuatan mekanik elastisitas. Sinar X sinar-sinar dari reactor nuklir,
partikel-partikel radio isotop juga mempengaruhi kemampuan bahan isolasi. Sifat mekanis bahan
yang meliputi kekuatan tarik, modulus elastisitas, dan derajat kekerasan bahan isolasi juga
menjadi pertimbangan dalam memilih suatu jenis bahan isolasi.
Dari hal di atas, diketahui bahwa suhu membawa pengaruh besar terhadap ketahanan suatu
isolasi yang nantinya berdampak pada efiensi kerja dan masa pakai suatu isolator, sehingga hal
ini perlu mendapat perhatian serius. Berdasarkan suhu kerja maksimum isolator, terdapat 7
pembagian kelas, yaitu :
1. Kelas Y, suhu kerja maksimum 90°C
Yang termasuk dalam kelas ini adalah bahan berserat organis (seperti Katun, sutera alam, wol
sintetis, rayon serat poliamid, kertas, prespan, kayu, poliakrilat, polietilen, polivinil, karet, dan
sebagainya) yang tidak dicelup dalam bahan pernis atau bahan pencelup lainnya. Termasuk juga
bahan termoplastik yang dapat lunak pada suhu rendah.
2. Kelas A, suhu kerja maksimum 150°C
Yaitu bahan berserat dari kelas Y yang telah dicelup dalam pernis aspal atau kompon, minyak
trafo, email yang dicampur dengan vernis dan poliamil atau yang terendam dalam cairan
dielektrikum (seperti penyekat fiber pada transformator yang terendam minyak). Bahan -bahan
ini adalah katun, sutera, dan kertas yang telah dicelup, termasuk kawat email (enamel) yang
terlapis damar-oleo dan damar-polyamide.
3. Kelas E, suhu kerja maksimum 120°C
Yaitu bahan penyekat kawat enamel yang memakai bahan pengikat polyvinylformal,
polyurethene dan damar epoxy dan bahan pengikat lain sejenis dengan bahan selulosa, pertinaks
dan tekstolit, film triacetate, film dan serat polyethylene terephthalate.
4. Kelas B, suhu kerja maksimum 130°C
Yaitu Yaitu bahan non-organik (seperti : mika, gelas, fiber, asbes) yang dicelup atau direkat
menjadi satu dengan pernis atau kompon, dan biasanya tahan panas (dengan dasar minyak
pengering, bitumin sirlak, bakelit, dan sebagainya).
5. Kelas F, suhu kerja maksimum 155°C
Bahan bukan organik dicelup atau direkat menjadi satu dengan epoksi, poliurethan, atau vernis
yang tahan panas tinggi.
6. Kelas H, suhu kerja maksimum 180°C
Semua bahan komposisi dengan bahan dasar mika, asbes dan gelas fiber yang dicelup dalam
silikon tanpa campuran bahan berserat (kertas, katun, dan sebagainya). Dalam kelas ini termasuk
juga karet silikon dan email kawat poliamid murni.
7. Kelas C, suhu kerja di atas 180°C
Bahan anorganik yang tidak dicelup dan tidak terikat dengan substansi organik, misalnya mika,
mikanit yang tahan panas (menggunakan bahan pengikat anorganik), mikaleks, gelas, dan bahan
keramik. Hanya satu bahan organik saja yang termasuk kelas C yaitu politetra
fluoroetilen (Teflon).
( Hage. 2009. P. 1-3 )
A. Contoh dan Aplikasi Sistem Pengisolasian
a. Isolasi 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 akan menyebabkan 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). Langkah-langkah
perhitungan ESDD adalah sebagai berikut:
1. Konduktivitas
= suhu larutan
= konduktivitas pada suhu 20°C
= konduktivitas pada suhu θ
b = faktor yang tergantung pada suhu θ
2. Dengan nilai konduktivitas pada suhu 20˚C tersebut dapat ditentukan konduktifitas NaCl dalam
% menggunakan persamaan:
D = konsentrasi garam NaCl (%)
= konduktivitas garam (μS/cm) pada suhu 20°C
3. Setelah mendapatkan nilai konsentrasi garam NaCl, selanjutnya didapatkan nilai ESDD dengan
menggunakan persamaan:
ESDD : Equivalent Salt Deposit Density (mg/cm2)
V = volume air pencuci (ml)
D1= ekivalen konsentrasi garam dari air bersama kapas sebelum ada polutan (%)
D2 = ekivalen konsentrasi garam dari air bekas cucian bersama kapas dan polutan (%), S: luas
seluruh permukaan isolator (cm2).
( Muhaimin. 1991. P. 5-7 )
Porselin
Porselin terbuat dari 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 gambar berikut :
Kawat Berioslasi PVC
Kawat Berisolasi Pvc Tegangan Pengenal 450/750 Volt (Nya)
Standar Nasional Indonesia Kawat Berisolasi PVC tegangan pengenal 450/750 Volt (NYA)
merupakan revisi (SNI 04-2698-1992), disusun dengan perimbangan kebutuhan di dalam
perdagangan untuk jenis dan spesifikasi terhadap produk ini terus berkembang.
Ruang Lingkup
1. Standar ini meliputi ruang lingkup, acuan, definisi, ketentuan tegangan, syarat bahan baku,
syarat konstruksi, syarat mutu, cara uji, syarat lulus uji, syarat penandaan dan pengemasan kawat
berisolasi PVC tegangan pengenal 450/750 volt (NYA).
2. Penghantar terdiri dari kawat padat bulat atau kawat dipilin bulat dari tembaga polos yang
dipijarkan. Kawat berisolasiini dimaksudkan untuk dipergunakan dalam ruangan yang kering,
untuk instalasi tetap dalam pipa atau direntangkan diantara isolator-isolator dan sebagai kawat-
kawat hubung dalam lemari distribusi menurut instalasi yang berlaku.
Syarat bahan baku
1. Penghantar harus terbuat dari bahan penghantar tembaga polos yang dipijarkan dan tahanan
jenisnya tidak melebihi 17,241 mm2/km pada suhu 200C, sesuai SNI 04-3580-1994.
2. Isolasi harus terbuat dari bahan termoplastik PVC jenis YJ-C sesuai SNI 04- 1713-1989.
Isolasi
Isolasi PVC harus diekstrusikan sepanjang penghantar dengan ketebalan yang merata. Nilai rata-
rata dari tebal isolasi yang diukur sesuai dengan SNI 04- 3893-1995, tidak boleh kurang dari
nilai nominal yang tercantum pada tabel 1. Walaupun demikian tebal isolasi pada setiap titik
tidak boleh kurang dari nilai yang tercantum dalam tabel 1 kolom 4 maksimum 0,1 mm + 10%
dari nilai tersebut.
Tahanan penghantar
Tahanan penghantar kawat berisolasi yang diukur sesuai dengan SNI 04- 3893-1995. Nilai
tahanan penghantar tidak boleh melebihi maksimum sebagaimana tercantum dalam tabel 1
kolom 3.
Tahanan isolasi
Pengukuran tahanan isolasi dilaksanakan sesuai SNI 04-3893-1995. Nilai tahanan isolasi
hasilnya harus memenuhi tabel 1 kolom 5 dan atau kolom 7. Apabila suhu pengukuran selain 200
C dikalikan dengan faktor koreksi sesuai tabel 1.
Uji tegangan
Uji tegangan dilakukan dengan cara merendam dalam air dengan suhu 25 - 50C selama
minimum 1 jam, kemudian dikenakan tegangan arus bolak-balik 2500 volt selama minimum 5
menit dan tidak boleh terjadi tembus tegangan.
( Ariawan, Putu Rusdi. 2010. p. 4-8 )
Kayu
Pada tahun-tahun yang silam, kayu banyak digunakan sebagai isolasi sejak perkembangan
teknik listrik misalnya untuk tiang listrik, karena terdapat dimana-mana dan harganya murah.
Sekarang kayu banyak terdesak oleh besi, beton, dan bahan s i n t e t i s . Ke l eb ihan
kayu ada l ah kekua t an mekan i snya cukup t i ngg i tergantung dari macam dan
kerasnya kayu dan tidak terlalu berat. Kekuatan tariknya berkisar antara 700 hingga 1300
kg/cm, massa jenisnya berkisar antara 0,5 hingga 1 gr/cm, tetapi kelemahannya adalah
menyerap air, dapat rusak karena hama dan penyakit serangga sehingga mudah rapuh. Supaya
daya tahan lama, maka kayu harus diawetkan atau diimpregnansi lebih dahulu. Cara
mengimpregnansi kayu sebagai berikut :
- Bahan untuk mengimpregnansi antara lain minyak cat, minyak vernis yang dipanaskan hingga
120˚Chingga 130˚C denga kayu yang diimpregnansi dimasukkan kedalamnya. Selanjutnya
didinginkan hingga suhu 60˚C dan kayu dikeluarkan dari minyak.
- Kayu yang sudah dikeluarkan dari minyak selanjutnya dikeringkan dalam oven dengan suhu
110˚C hingga 130˚C. Jika dilakukan dengan cat, impregnansi tanpa dilakukan pemanasan selama
5 hingga 8 jam pada suhu135˚C.
- Kayu yang telah diimpregnansi bertambah beratnya 70 hingga 80% disamping kekuatannya
bertambah. Jika yang digunakan mengimpregnansi adalahvernis bakelit dengan kandungan
alkohol 50%, benda yang sudah diimpregnansi harus dikeringkan pada suku 110˚C hingga
130˚C, kemudian dicelupkan lagi kedalam bahan pengimpregnansi dan selanjutnya dikeringkan
lagi dengan suhu 130˚C hingga 135˚C. Kayu yang akan digunakan sebagai isolator selain
diimpregnansi juga perlu diberi antiseptik agar tahan terhadap peluruhan dan dilapisi dengan
antipirin agar tidak mudah terbakar.
Kertas
Kertas atau karton merupakan bahan berserat yang seratnya pendek, kertas dan karton pada
dasarnya adalah selulosa ( ) atau asetat, dimana bahan ini adalah zat sel tumbuh-
tumbuhan yang terdapat antara kulit dan batangnya. Selulosa ini berserat, fleksibel, lunak
dan menyerap air, sedangkan bahan pembuat kertasnya diambil dari kayu, merang, rami,
majun (sisa bahan tekstil), dan lain-lain. Kertas yang terlalu kering atau lembab,
kekuatan isolasinya berkurang karena kertas sangat menyerap cairan, sehingga
untuk mengatasinya kertas dilapisi lak isolasi. Penggunaan kertas untuk isolasi selain sebagai
pembalut lilitan kawat dan kumparan, juga ntuk isolasi kabel dan kondensator kertas. Untuk
memenui tebal yang diharapkan kertas dibuat berlapis-lapis. Kertas yang digunakan untuk bahan
isolasi selulosa digodok dengan senyawa alkali. Sifat dari selulosa alkali dibanding dengan
kertas biasa adalah secara mekanis lebih kuat dan lebih tahan terhadap panas. Pemakaian kertas
atau karton untuk bahan isolasi listrik antara lain sebagai bahan isolasi kabel; kertas telepon;
penyaring minyak transformator; kertas kapasitor ( dielektrik ).
Prespan
Prespan juga sebetulnya kertas, karena bahan dasarnya sama hanya berbeda sifat-sifatnya saja.
Dibandingkan dengan kertas, prespan lebih padat sehingga kurang menyerap air. Padat karena
pembuatannya ditekan dengan tegangan tinggi sehingga lebih keras dan lebih kuat, tetapi dapat
dibengkokan dengan tidak retak-retak sehingga baik sekali untuk penyekat alur stator atau rotor
mes in listrik, juga pada transformator sebagai penyekat lilitan dan kawatnya. Prespan
ini di pasaran berbentuk lembaran atau gulungan dengan ukuran tebal antara 0,1 sampai 5
mm, warnanya kekuning-kuningan, coklat muda atau abu. Karena daya menyerap air masih ada,
maka dalam pelaksanaannya selalu masih perlu dilapisi lak penyekat.
Benang
Dalam bidang kelistrikan banyak digununakan sebagai penyekat kawat. Pemakaian beang
banyak dipakai untuk penyekat kawat halus yang digunakan dalam pembuatan pesawat-pesawat
cermat seperti pengukuran listrik. Sekarang banyak digunakan benang sintetis dari bahan plastik,
gelas, dansebagainya karena lebih kuat dan tahan panas.
( Muhaimin. 1993. p.7-10 )
a. Isolasi Cair
Sebagai protektor, isolasi cair memiliki dua fungsi, yaitu sebagai pemisah dua bagian
bertegangan dan sebagai pendingin. Contoh aplikasinya pada transformator. Isolatornya berupa
minyak transformator.Sebagian besar dari transformator tenaga memiliki kumparan-kumparan
yang intinya direndam dalam minyak transformator, terutama pada transformator-transformator
tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak transformator mempunyai sifat sebagai media
pemindah panas (disirkulasi) dan juga berfungsi pula sebagai isolasi (memiliki daya tegangan
tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.
Minyak transformator harus memenuhi persyaratan, yaitu:
kekuatan isolasi tinggi
penyalur panas yang baik, berat jenis yang kecil, sehingga partikel-partikel dalam minyak
dapat mengendap dengan cepat
viskositas yang rendah, agar lebih mudah bersirkulasi dan memiliki kemampuan
pendinginan menjadi lebih baik
titik nyala yang tinggi dan tidak mudah menguap yang dapat menimbulkan baha
tidak merusak bahan isolasi padat
sifat kimia yang stabil
Minyak transformator baru harus memiliki spesifikasi seperti tampak pada Tabel 1 di bawah
ini.
Untuk minyak isolasi pakai berlaku untuk transformator berkapasitas > 1 MVA atau
bertegangan > 30 kV sifatnya seperti ditunjukkan pada Tabel 2.
Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi
tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak
isolasi transformator, maka untuk mengurangi adanya kenaikan suhu yang berlebihan tersebut
pada transformator perlu juga dilengkapi dengan sistem pendingin yang berfungsi untuk
menyalurkan panas keluar transformator. Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat
berupa udara, gas, minyak dan air.
( Team. 2011. p. 3-4 )
Di samping itu terdapat pula bahan isolasi kabel yang diimpregnasi dengan minyak yang
kekentalannya rendah dengan pemurnian yang tinggi yaitu kabel untuk tegangan ekstra tinggi
yang diisi minyak. Kapasitor-kapasitor kertas diisi dengan minyak yang sangat kental yaitu
vaselin yang mempunyai titik pemadaman di antara 30˚C hingga 50˚C, permitivitas relatif 2,2
dan tan pada 1 kHz tidak lebih dari 0,0002. Di samping bahan-bahan tersebut diatas, didapat
pula isolasi cair sintesis yang juga digunakan pada teknik listrik. Isolasi cair sintetis yang
banyak digunakan adalah cairan yang berisi Chloor ( hidrokarbon seperti difenil ) dimana 3
sampai 5 atom Hidrogen diganti dengan atom Chloor. Bahan-bahan inidiantaranya adalah:
Sovol, Askarel, Araclor, Pyralen, Shibanol.Sovol adalah cairan yang agak kental, tidak berwarna.
Massa jenisnya jauhlebih besar dari minyak transformator yaitu 1,5 . Tegangan tembus Sovol
kurang lebih sama dengan minyak transformator yaitu ± 20 kV/cm, sedangkan permitivitasnya
lebih tinggi. Bahan Sovol ditambahkan sedikit dengan Trichlorobenzena ( ) untuk
mengurangi kekentalannya diperoleh bahan baru dengan nama Sovtol. Salah satu manfaat
penggunaan Sovol dan Sovtol adalah karena percampuran uapnya dengan udara tidak terbakar
dan tidak menyebabkanledakan. Karena itu transformator yang diisi dengan Sovtol tidak
mempunyai resiko kebakaran dan dapat dipasang di dalam ruangan jika transformator
minyak biasa tidak memungkinkan dipasang.Sovol dan Sovtol tidak dapat digunakan pada
bahan solasi pemutus, karenaakibat adanya busur api pada waktu terjadinya pemutusan akan
menghasilkankarbon. Kekurangan yang lain, bahan ini adalah beracun, karena itu
jika menggunakan bahan ini harus diimbangi dengan ventilasi yang baik. Bahan lain adalah
minyak Silikon. Bahan ini harganya lebih mahal dari pada minyak transformator. Tetapi
mempunyai kelebihan antara lain sudut kerugian dielektrik kecil, higroskopisnya dapat diabaikan
dan resistivitas panasnya relatif tinggi. Massa jenisnya ± 1 , permitivitas relatifnya 2,5 tan 0,0002
pada1000 Hz, titik nyala tidak kurang dari 145˚C, titik beku lebih rendah dari -60˚C.
( Cooper, William David. 1991. P.126 )
b. Isolasi Gas
1. 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 .
2. 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.
3. 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 :
a. Energi yang diperlukan sedikit;
b. Tekanan gas mudah terdeteksi;
c. Tidak mengubah struktur zat, karena ketika terjadi proses pembentukan dan penguraian akan
sama seperti semula;
d. Mudah terionisasi sehingga konduktivitasnya tetap rendah;
e. Akibat keelektronegatifan , menjadikan dielektriknya naik secara bertahap ketika terjadi
penguraian;
f. Busur api mudah dipadamkan.
4. 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.
5. 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/ .
6. Bahan Dielektrik Kondensator
Menggunakan sebagai pendingin dengan resistivitas termal 10400 ˚C / W/ pada suhu 30 ˚C dan
tegangan tembus 358 V⁄cm.
7. Lampu Tabung
Menggunakan gas Ne dengan tegangan tembusnya sekitar 100 V / cm, resistivitas termalnya
2150 ˚C/ W / .
8. 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 tangki utama sehingga tekanan di tangki utama akan sedikit naik tapi
tekanan akan menurunkan dengan memompa gas masuk ke reservoir bertekanan tinggi.
9. Current Transformer dan Busbar
Berikut gas-gas yang sering dipakai pada alat ini adalah , , , , , ,
Properties of gases at 20° C, 1 atm
GasBreakdown Field Strength,
[kV/mm]
Hidrogen 1,9
Helium 1
Neon 0,29
Nitrogen 3,3
Air 3,2
Oksigen 2,9
Argon 0,65
Karbon Dioksida 2,9
Kr 0,8
8,9
( Nindya, Afma. 2010. P. 2-3 )
b. Kegagalan Isolasi pada Benda Padat, Cair, dan Gas
Isolasi Padat
Kegagalan isolasi padat terdiri dari :
A. Kegagalan asasi (intrinsik) terjadi jika diterapkan tegangan tinggi pada lapisan dielektrik yang
tipis. Hal ini terjadi pada waktu yang singkat dan disebabkan karena medan listrik yang tinggi di
mana elektron mendapat energi dari tegangan luar sehingga melintasi celah yang terlarang
sampai ke lapisan konduksi. Sifat kegagaln ini adalah :
- Terjadi pada suhu yang rendah, suhu kamar atau lebih rendah. Kekuatan kegagalan tidak
bergantung pada bentuk gelombang dari tegangan yang diterapkan dan terjadi pada waktu yang
singkat.
- Kegagalan bergantung pada bentuk, besar dari spesimen dan bentuk dari kegagalan.
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. Tekanan atau tarikan mekanis ini berupa gaya
yang bekerja pada zat padat berhubungan dengan Modulus Young.
C. Kegagalan Streamer
Untuk mendapatkan kegagalan streamer, ujung katoda haru dimasukkan dalam isolasi yang akan
diuji. Bila elektroda ditempatkan pada permukaan bahan isolasi maka elektron dari katoda akan
menembus ke anoda melewati dua medium, yaitu medium udara diperbatasan dan langsung
melewati dielektrik. Karena permitivitas udara lebih kecil dari elektrik, kegagalan ini terjadi
lebih awal daripada dielektrik. Kegagalan dielektrik tidak berbentuk discharge tunggal tapi
berbentuk pohon yang bercabang yang dinamakan “linchtenberger tree” di mana proses
terjadinya sangat singkat ( detik hingga beberapa menit ).
D. Kegagalan Termal
Umumnya terjadi karena panas disebabkan kerugian dielektrik. Panas sebagaian dipakai untuk
menaikkkan suhu dari bahan dielekrik dan sebagian hilang di udara. Kenaikan suhu
menyebabkan konduktivitas naik. Kriterianya adalah sebgai berikut:
- Terjadi pada suhu tinggi
- Kekuatan medan pada waktu terjadinya kegagalan tergantung pada bentuk dan besarnya isolasi
- Waktu yang diperlukan untuk kegagalan adalah dalam milidetik
- Pada medan bolak balik harga tegangan gagal lebih kecil dari medan yang tetap karena kerugian
daya bertambah
Pada medan bolak-balik, panas yang terjadi adalah
Pada medan arus searah, panas yang terjadi adalah
E. Kegagalan Erosi
Pada pembuatan suatu isolasi dari kabel bawah tanah dan alat lainnya kadang-kadang tidak
sempurna, sehingga sering terdapat rongga dalam isolasi. Rongga ini berisi udara atau benda
lain, yang mempunyai kekuatan medan atau kekuatan dielektrik yang berbeda dengan kekuatan
dielektrik dari bahan isolasi. Bila rongga berisi udara maka akan terdapat konsentrasi medan
listrik. Karena itu, pada nilai tegangan normal kekuatan medan pada rongga dapat bernilai
melebihi kekuatan kegagalan, sehingga dapat menyebabkan terjadinya kegagalan. Kekuatan
medan dalam reongga ditentukan oleh perbandingan dari permitivitas dan bentuk rongga. Pada
setiap pelepasan muatan terjadilah panas, dan lama kelamaan muka dari rongga akan terjadi
karbonisasi dan dapat merusak susunan kimia isolasi dan terjadinya
erosi. Mason dan Krueger melakukan percobaan pada suatu spesimen berbentuk persegi panjang.
Benda dibagi menjadi dua bagian, yaitu bagian yang terdapat rongga dan bagian yang tidak
rongga.
( Pawiloi, Asrul. 2010. P. 6-9 )
Kegagalan yang terjadi pada praktek :
1. Kegagalan Kimia dan Elektro Kimia
Kehadiran udara dan gas lainnya menyebabkan bahan isolasi padat mangalami perubahan
struktur secara kimiawi yang dapat berlanjut pada tekanan listrik secara terus menerus yang pada
akhirnya menyebabkan kegagalan isolasi. Beberapa reaksi kimia penting yang terjadi adalah :
Oksidasi : Kehadiran udara atau oksigen, pada material padat seperti karet dan polyethilene
mengalami oksidasi yang dapat meyebabkan keretakan pada permukaan isolator.
Hidrolisis : Ketika uap air dan embun muncul di atas permukaan suatu material padat, maka
hidrolisis akan terjadi dan material tersebut dan menyebabkan material akan kehilangan atau
berkurang sifat listrik maupun sifat mekanisnya. Hidrolisis biasanya terjadi pada material padat
seperti kertas, kain dan beberapa material seluler akan mengalami perubahan sifat kimiawi yang
sangat cepat. Perubahan kimia (hidrolisis) juga terjadi pada material padat lainnya seperti plastik
(polyethilene) yang menyebabkan penurunan umur pakai dari material tersebut (aging).
Aksi Kimiawi. Meskipun tidak terdapat medan listrik yang tinggi, namun peningkatan penurunan
sifat kimia pada material isolasi dapat menyebabkan terjadinya berbagai proses material isolasi
dapat menyebabkan terjadinya berbagai proses ketidakstabilan kimiawi karena adanya
temperatur yang tinggi, oksidasi maupun terbentuknya ozon. Meskipun material isolasi padat
digunakan pada berbagai kepentingan penggunaan dan kondisi yang berbeda, reaksi kimia akan
terjadi pada berbagai material yang dapat mandorong terjadinya penurunan sifat listrik maupun
sifat mekanis yang pada akhirnya dapat menyebabkan terjadinya kegagalan isolasi.
Efek elektro-kimia dan penurunan sifat kimia material dapat diperkecil dengan cara mengkaji
lebih mendalam dan melakukan pengujian material secara lebih berhati-hati. Isolatornya yang
terbuat dari bahan glass (campuran sodium) harus dihindarkan dari keadaan udara lembab dan
basah, sebab sodium dapat menyebabkan keadaan menjadi tidak stabil, sehingga soda yang
dilepaskan ke permukaan akan menimbulkan pembentukan suatu alkali kuat yang akan
menyebabkan penurunan sifat material secara menyeluruh.
2. Kegagalan Tracking dan Treeing
Jika suatu bahan isolasi padat diterapkan tekanan listrik dalam jangka waktu yang lama
maka akan mengalami kegagalan. Secara umum, terdapat dua gejala yang dapat diamati
pada material tersebut, yaitu: (a) Adanya bagian konduksi pada permukaan isolator. (b)
Suatu mekanisme yang bekerja yang menyebabkan arus bocor melalui bagian konduksi
yang pada akhirnya mendorong ke arah pembentukan suatu percikan (discharge). Percikan
yang terjadi akan menyebar selama proses penjejakan karbon (tracking) dan membentuk
cabang-cabang yang menyerupai pohon (pepohonan) yang dikenal dengan istilah
“treeting”.
Fenomena pepohonan listrik (treeing) dapat dijelaskan dengan menggunakan sebuah
spesimen (conducting film) yang diletakkan di antara dua elektroda. Dalam prakteknya,
spesimen tersebut diberikan suatu cairan pelembab kemudian diterapkan tegangan, dan
dalam waktu tertentu pada permukaan spesimen akan mengalami kekeringan. Pada saat
yang sama terjadi percikan yang dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan material.
Pada material padat seperti kertas, akan terbentuk karbonisasi di daerah terjadinya
percikan api, dan selanjutnya karbonisasi yang terbentuk akan bertindak sebagai saluran
konduksi permanen yang kemudiannya dapat meningkatkan tekanan yang berlebihan.
Proses ini adalah merupakan proses kumulatif, dan isolator mengalami kegagalan akibat
terjadinya jembatan karbon diantara elektroda. Fenomena ini dikenal dengan istilah
“tracking”.
Pada sisi yang lain, treeing terjadi karena erosi dari material pada ujung percikan. Erosi
mengakibatkan permukaan menjadi kasar, dan oleh sebab itu dapat menjadi sumber
pengotoran dan pencemaran. Kejadian ini akan meningkatkan konduktivitas, dan pada sisi
yang lain akan membentuk jembatan antara bagian konduksi tadi dengan elektroda yang
selanjutnya mengakibatkan kegagalan mekanik (keretakan ) pada bahan isolator.
Umumnya, tracking terjadi pada tegangan yang rendah yaitu sekitar 100 V,
sedang treeing terjadi pada tegangan tinggi. Treeing dapat dicegah melalui usaha
membersihkan permukaan material, menciptakan keadaan kering, dan pada permukaan
yang halus (yang tidak terjadi kekasaran permukaan). Oleh karena itu pemilihan material
harus didasarkan pada material yang mempunyai resistansi yang tinggi terhadap fenomena
“treeing”.
( Tadjudin. 1998. P. 1-3 )
Isolasi Cair Teori Kegagalan Gelembung
Kegagalan gelembung atau kavitasi merupakan bentuk kegagalan zat cair yang
disebabkan oleh adanya gelembung-gelembung gas di dalamnya. Penyebabnya adalah :
a. Geembung gas yang menempel pada permukaan elektroda
b. Tekanan repulsif elektrostatis di tengah ruang yang bermuatan yang kemungkinan cukup kuat
untuk mengatasi tegangan permukaan
c. Terbentuknya benda gas yang disebabkan oleh disosiasi molekul cairan karena tabrakan elektron
d. Peristiwa penguapan benda cair yang disebabkan oleh pelepasan muatan tipe korona pad titik
elektroda yang tajam dan oleh ketidakteraturan permukaan elektroda tersebut.
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 ke dalam zat cair.
Elektron awal inilah yang akan memulai proses kegagalan.
Teori Kegagalan Tak Murnian Padat
Kegagalan tak murnian padat adalah jenis kegagalan yang disebabkan oleh adanya butiran zat
padat (partikel) di dalam isolasi cair yang akan memulai terjadi kegagalan.
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 di dalam minyak yang memanjang searah medan
dan pada medan yang kritis tetesan ini menjadi tidak stabil. Kanal kegagalan akan
menjalar dari ujung tetesan yang memanjang sehingga menghasilkan kegagalan total.
Medan kritisnya :
= permitivitas cairan
= tekanan permukaan pada gelembung ( dyne / cm )
( Syamsir, Abduh. 2003. P 87-94 )
Isolasi Gas
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 dalam lapisan dx adalah
dNe = a Ne.dx . Ternyata jumlah elektron bebas dNe yang bertambah akibat proses ionisasi sama
besarnya dengan jumlah ion positif dN+ baru yang dihasilkan, sehingga dNe = dN+ = a Ne.(t).dt;
dimana :
a = koefisien ionisasi Townsend
dN+ = junlah ion positif baru yang dihasilkan
Ne = jumlah total elektron
Vd = kecepatan luncur elektron
Pada medan uniform, a konstan, Ne = N0, x = 0 sehingga :
Ne = N0
Jumlah elektron yang menumbuk anoda per detik sejauh d dari katoda sama dengan
jumlah ion positif yaitu N+ = N0 Arus akan naik terus sampai terjadi peralihan menjadi
pelepasan yang bertahan sendiri. Peralihan ini adalah percikan dan diikuti oleh perubahan
arus dengan cepatsecara teoritis menjadi tak terhingga, tetapi dalam praktek hal ini dibatasi
oleh impedansi rangkaian yang menunjukkan mulainya percikan.
b. 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.
( Sakirah. 2009. P. 4-5 )
C. Kelebihan dan Kekurangan Bahan Isolasi
Kelebihan
Isolasi Padat
Isolasi padat memiliki ketahanan isolasi yang lebih baik dibanding dengan isolasi cair dan isolasi
gas.
Isolasi Cair
Beberapa alasan digunakannya bahan isolasi cairadalah sebagai berikut:
1. Isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga
memiliki kekuatan dielktrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen.
2. Isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses
konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi.
3. Isolasi cair senderung dapat memperbaiki sendiri ( self healing ) jika terjadi pelepasan muatan
(discharge ).
( Luhur. 2011. P. 11 )
Isolasi Gas
Ketika terjadi kebocoran, isolasi gas dapat diperbaiki dan kembali seperti semula dengan waktu
yang singkat. Hal yang dapat dilakukan yaitu dengan pengisian ulang isolasi gas, kecuali gas
vacuum yang tidak dapat diperbaiki. Sebab sulit sekali untuk menciptakan kondisi vacuum di
bumi ini karena udara kita mengandung berbagai kandungan gas-gas.
Keuntungan Current Transformator yang diisi gas Pembuatan CT mudah dan cepat (relatif )
Gelembung udara dapat dengan mudah ditiadakan juga dielektrik loss bisa diperkecil.
Bahaya kebakaran lebih kecil, ini untuk peralatan dalam gedung.
Berat peralatan dapat dikurangi cukup banyak.
Komduktor primer yang lurus bisa membawa arus s/c yang lebih besar
( Ariawan, Putu Rusdi. 2010. P. 19 )
Keuntungan gas : 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.
( Muhaimin. 1991. P. 13 )
Kekurangan
Isolasi Padat
- Umumnya pada isolator berwujud padat, jika sudah rusak tidak dapat dipakai kembali karena
struktur yang sudah rusak tidak dapat diperbaiki lagi seperti isolator cair maupun isolator gas.
Inilah kelemahan utama isolator padat.
- Tidak ekonomis, sebab sistem pemakaian pada isolator padat yang sudah rusak tidak bisa
digunakan lagi. Seperti yang kita tahu, harga isolator padat tidaklah murah. Untuk itu perlu
pemeliharaan yang lebih efektif.
- Di daerah pantai dan industri, keramik cenderung lebih cepat terjadi kontaminasi yang akan
meningkatkan arus bocor dan terjadinya flashover (loncatan api).
( Cooper, William David. 1991. P. 257 )
Isolasi Cair
- Mudah terkontaminasi
- Adanya pengotoran. Bentuk dari pengotoran dapat bermacam-macam yaitu meleleh dan
mencairnya bahan-bahan yang digunakan di dalam transformator, partikel-partikel yang
mengapung pada minyak, partikel-partikel yang mengendap di dasar tangki, pada belitan atau
pada intinya. Dengan adanya pengotoran maka tegangan tembus minyak akan menurun dan ini
berarti mengurangi atau menurunnya umur pemakaian minyak.
( Syamsir, Abduh. 2003. P. 94 )
Isolasi Gas
Apabila terjadi kebocoran pada isolasi menggunakan gas vacuum, hal tersebut tidak dapat
diperbaiki seperti halnya yang dapat diisi ulang.
Kerugiaan Current Transformator diisi gas : Sealing gas sulit
Isolator porselen harus kuat menahan tekanan gas.
Voltage grading pada isolator
D. Pemeliharaan
Isolasi Padat
- Breakdown Maintenance. Pemeliharaan dilakukan dapat berupa me-monitoring dan
dilakukan oleh petugas operator, misalnya pada GITO ( Gardu Induk Tanpa Operator ).
- Preventive Maintenance (Time Base Maintenance). Pemeliharaan dapat berupa
pembersihan maupun pengukuran terhadap isolator, misalnya pembersihan dari debu. Seperti
yang kita tahu bahwa debu juga tergolong dalam konduktor yang berdampak tidak baik terhadap
ketahanan isolator.
- Pemeliharaan berdasarkan waktu ( Time Base Maintenance ) dilakukan secara berkala dengan
berpedoman pada Instruction Manual dari pabrik, standar-standar yang ada ( IEC,CIGRE, dll )
dan pengalaman operasi di lapangan.
( Ariawan, Putu Rusdi. 2009. P. 15-16 )
Isolasi Cair
Pemurnian Minyak Transformator
Minyak transformator dapat dikotori oleh uap air, fiber (misalnya : kertas, kayu, tekstil), damar
dan yang lainnya. Hal ini dapat mempengaruhi kemurnian minyak transformator. Bentuk dari
pengotoran dapat bermacam-macam yaitu meleleh dan mencairnya bahan-bahan yang digunakan
di dalam transformator, partikel-partikel yang mengapung pada minyak, partikel-partikel yang
mengendap di dasar tangki, pada belitan atau pada intinya. Dengan adanya pengotoran maka
tegangan tembus minyak akan menurun dan ini berarti mengurangi atau menurunnya umur
pemakaian minyak. Akhir-akhir ini usaha memperlambat terjadinya penurunan dengan tegangan
tembus minyak transformator untuk pemakaian pada transformator yang bertegangan kerja
tinggi dan dayanya besar, ruangan yang terdapat di atas permukaan minyak diisi dengan gas
murni (biasanya nitrogen). Cara lain untuk memperpanjang umur minyak transformator adalah
dengan mencampurkan senyawa tertentu antara lain paraoksi diphenilamin. Senyawa tersebut
dimasukkan ke dalam minyak transformator yang telah dipanasi 80˚C hingga 85˚C. Campuran
tersebut kosentrasinya dibuat 0,1% dan selanjutnya didinginkan. Minyak transformator yang
sudah diberi senyawa paraoksi diphenilamin akan berwarna kemerah-merahan.
Pemanasan
Pada cara ini minyak transformator dipanasi hingga titik didih air pada perangkat khusus yang
disebut penggodok minyak ( oil boiler ). Air yang ada dalam minyak akan menguap karena titik
didih minyak lebih tinggi dari pada titik didih air. Cara ini dianggap sebagai cara yang paling
sederhana dalam hal pemurnian minyak transformator. Dengan cara ini bahan-bahan pencemar
padat, misalnya: fiber, jelaga akan tetapi tinggal di dalam minyak. Apabila pemanasan tersebut
mendekati titik penguapan minyak, akan menyebabkan umur minyak berkurang. Namun hal ini
dapat diatasi dengan cara memanaskan minyak di tempat yang pakematau boiler minyak
hampa udara ( vacum oil boiler ), sehingga air akan menguap pada suhu yang relatif
rendah. Alat ini dipakai dengan minyak yangdipanaskan dalam bejana udara sempit ( air
tight vessel ) dimana udara dipindahkan bersama dengan air yang menguap dari minyak. Air
mendidih pada suhu rendah dalam ruang hampa oleh sebab itu menguap lebih cepat ketika
minyak dididihkan dalam alat ini pada suhu yang relatif rendah. Namun demikian pencemar
selain air akan tetap tinggal di dalam minyak. Sebagai pengembangannya pemurnian minyak
dengan udara pakem seperti gambar berikut.
Penyaringan
Pada metode ini digunakan kertas khusus untuk menyaring minyak yang tercemar. Untuk
mempercepat waktu penyaringan, digunakan tekanan. Air yang terkandung dalam minyak
transformator diserap dengan kertas higroskopis. Dengan cara ini baik air maupun patikel-
partikel tercemar lainnya akan tersaring sekaligus. Filter ini sangat efesien memindahkan
pengotor padat dan uap dari minyak yang merupakan kelebihan dari pada alat sentrifugal.
Walaupun cara ini sederhana dan lebih mudah untuk dilakukan, keluaran yang dihasilkan lebih
sedikit jika dibandingkan dengan alat sentrifugal yang menggunakan kapasitas motor penggerak
yang sama. Filter press ini cocok digunakan untuk memisahkan minyak dalam circuit breaker
(CB), yang biasanya tercemari oleh partikel jelaga ( arang ) yang kecil dan sulit dipisahkan
dengan menggunakan alat sentrifugal. Untuk menambah output mesin penaring, minyak dipanasi
40˚C hingga 45˚C sehingga viskositas minyak menurun dan dengan demikian makin
memudahkan penyaringan. Normalnya, minyak yang akan disaring dimasukkan ke filter atau
penyaring dengan tekanan 3 hingga 5 atmosfir. Biasanya penyaring dilakukanselama 4 jam,
tetapi bila minyaknya sangat kotor, penggantiannya dilakukan setiap 0,5 hingga 1 jam.
Pemusingan
Pencemaran minyak transformator misalnya fiber, karbon maupun lumpur adalah lebih berat
daripada minyak transformator sehingga kotoran-kotoran tersebut suatu saat mengendap dan
mudah dipisahkan secara kasar. Untuk mempercepat proses pemisahan, maka minyak
dipanaskan 45˚C hingga 55˚C didalam suatu tabung dan kemudian diputar atau dipusing dengan
cepat. Karena gaya sentrifugal, maka substansi yang lebih berat akan berada di bagian
pinggir bejana dan minyaknya sendiri yang relatif lebih ringan akan berada di tengah bejana.
Bagian utama dari pemutar (sentrifuge) adalah sebuah silinder yang memiliki lempengan-
lempengan (hingga 50 buah jumlahnya), lempengan-lempengan tersebut dipasang pada poros
tegak dan pemutar tersebut berputar bersama-sama dengan poros. Jarak antara lempengan-
lempengan kira-kira 0,1 mm. Lempengan-lempengan ini menyebabkan minyak dapat terbawa ke
atas seperti terlihat pada Gambar 3. sedangkan bagian-bagian yang berat akan terlempar ke arah
pinggir.
Silinder sentrifugal dapat diatur dengan 2 cara yaitu:
1. Untuk pemisahan, yaitu jika diinginkan untuk memisahkan pencemar misalnya
karbon, fiber dan lumpur yang biasanya kuantitasnya kecil. Pencemar yang telah terpisahkan
akan terkumpul dikotak-lumpur (mud-box) pada silinder. Karena itu pengoperasian silinder
sentrifugal harus dihentikan pada saat-saat tertentu untuk membersihkan kotak tersebut.
2. Untuk pemurnian, yaitu jika diperlukan untuk memisahkan pencemar minyak dalam
jumlah besar, khususnya air. Dalam hal ini air akan dikeluarkan secara terus melalui pipa khusus.
Dari 2 cara tersebut di atas, output proses pemisahan ternyata lebih besar yaitu kurang-lebih 25%
dari output pemurnian.
Regenerasi
Cara ini menggunakan absorben untuk regenerasi minyak transformator. Dalam praktek, cara ini
banyak digunakan pada pembangkit- pembangkit tenaga listrik dan gardu-gardu induk. Absorben
adalah substansi yang siap menyerap produk yang diakibatkan oleh pemakaian dan kelembaban
pada minyak transformator. Regenerasi dengan absorben dapat lebih baik hasilnya jika dilakukan
setelah minyak ditambah dengan . Selanjutnya jika terjadi kelebihan asam dapat dinetralisir
dengan kalium hidroksida (KOH) dan kemudian minyaknya dicuci dengan air yang dialirkan,
ditambah dengan absorben dan kemudian disaring. Terdapat 2 cara untuk menambahkan
absorben ke dalam minyak transformator, yaitu:
1. Minyak dipanaskan dan dicampur dengan absorben yang didapatkan dan kemudian disaring.
Cara atau metode ini disebut Metode Sentuhan ( Contact Method ).
2. Minyak yang telah dipanasi dialirkan melalui lapisan tipis dari absorben yang disebut Metode
Filtrasi.
Filtrasi penyerap untuk regenerasi minyak transformator terdiri dari sebuah silinder yang dilas
dengan sebuah kawat kasa di dasarnya, di sini penyerap dimasukkan ke dalam minyak yang
kemudian dialirkan melalui kawat kasa tersebut. Lama-kelamaan kawat kasa akan tersumbat
partikel-partikel halus dari absorben. Untuk membersihkan absorben yang tersaring dan sisa-sisa
minyak, silinder dapat dibalikkan atau diputar 180. Instalasi ini akan lebih efisien jika 10%
sampai 20% absorben dibuang dari dasar absorber dan ditambahkan absorben baru. Dapat
digunakan 2 absorber yang dikopel secara seri sehingga minyak mengalir pada awal melalui
absorber yang masih baru, kemudian minyak dialirkan ke absorber yang berikutnya. Absorber
yang digunakan untuk regenerasi kebanyakan produk buatan misalnya: silikagel, alumina atau
tanah liat khusus. Tanah liat dalam hal ini dapat digunakan secara natural atau diaktifkan terlebih
dahulu dengan asam sulfat, dengan pencucian yang seksama. Sebelum digunakan tanah liat yang
sudah disenyawakan dengan asam sulfat tersebut. dikeringkan terlebih dahulu. Absorben yang
lebih mahal misalnya: silikagel dan alumina memungkinkan digunakan untuk beberapa kali
regenerasi. Penggunaan kembali absorben tanah liat yang diaktifkan tersebut adalah dengan
dipanaskan untuk menghilangkan minyak yang diserap dan produk-produk lain yang terjadi
selama pemakaian. Tetapi hal ini tidak banyak dilakukan karena harga tanah liat baru jauh
lebih rendah dibandingkan kalau mengaktifkan kembali (reactivation).
Regenerasi minyak transformator dapat dilakukan secara terus-menerus pada waktu
transformator sedang bekerja yaitu menggunakan thermal siphon filter yang dihubungkan pada
tangki transformator seperti ditunjukkan pada gambar 4.
Gambar 4.4 Thermal siphon filter yang terhubung pada tangki transformator
Penyaringannya diisi dengan absorben yang jumlahnya ± 1% dari beratminyak di dalam tangki.
Dengan demiikian maka kapasitas filter tersebut tergantung pada ukuran tangki. Karena
perbedaan suhu pada bagian atas dan bawah transformator, maka terjadilah sirkulasi minyak
transformator secara alami. Dengan demikian maka proses regenerasi minyak berlangsung terus-
menerus sehingga kualitas minyak dapat selalu dipertahankan.
( Muhaimin, 1993. P. 11-16 )
Isolasi Gas
- Pada CB, akan ada satu bagian yang bergerak dan satunya lagi tidak. Hal ini memungkinkan
udara menyelinap dan terjadinya kebocoran. Untuk mengatasi masalah ni dipasanglah sealing
sebagai upaya peminimalisasian. Kemudian, nantinya akan ada pengukur tekanan gas yang
memonitori untuk mewaspadai terjadinya kebocoran. Namun, kalaupun ternyata terjadi
kebocoran hal ini bisa diatasi melalui pengisian kembali gas menggunakan Gas Fill
Adaptor ( GFA ) dan silinder ukuran D standar.
- Untuk gas vakum, kebocoran sangat tidak diinginkan sebab tidak bisa dilakukan pengisian
seperti halnya gas . Maka untuk mengantisipasi kebocoran, dipasanglah semacam logam yang
fleksibel terhadap pergerakan dua bagian yang satunya statis dan satunya bergerak. Akibat
pergerakan itu, ditakutkan akan menimbulkan celah celah udara. Jika pada
gas dipasang sealing untuk menghindari celah udara, maka pada gas vacuum dipasang logam
fleksibel berbentuk gelombang yang dapat diperpanjang dan diperpendek.
- Corrective Maintenance adalah pemeliharaan yang dilakukan dengan berencana pada
waktu-waktu tertentu ketika peralatan listrik mengalami kelainan atau unjuk kerja rendah
pada saat menjalankan fungsinya dengan tujuan untuk mengembalikan pada kondisi
semula disertai perbaikan dan penyempurnaan. Gangguan yang ada bisa berupa Trouble
Shooting atau penggantian bagian yang rusak atau kurang berfungsi yang dilaksanakan
dengan terencana.