BAB IPENDAHULUAN

Kegagalan yang terjadi pada alat tegangan tinggi yangsedang dipakai dalam operasi sehari-hari disebabkan karenaisolasinya memburuk atau terjadi karena kegagalan pada bagian-bagiannya.

Kualitas suatu isolasi dapat ditentukan dari suatu hasilpengukuran tahanan isolasi, pengukuran faktor rugi-rugidielektri dan pengukuran peluahan parsial. Semua pengukuranini termasuk pengujian tidak merusak.

Dalam prakteknya, kuailitas isolasi makin buruk setelahisolasi digunakan dalam waktu yang lama. Hal ini terjadikarena:

1. kenaikan temperature isolasi setelah beroperasi 2. kelembaban udara disekitar isolasi3. beban mekanisme yang dipikul isolasi4. korona pada bagian peralatan yang runcing yang berdekatan

dengan isolasi5. korosi kimiawi, dan6. tegangan lebih yang menerpa isolasi.

Memburuknya kualitas isolasi dapat ditandai dengan tan δyang semakin besar dan tahanan isolasi yang semakin kecil.Oleh karena itu, pengukuran tahanan isolasi dan pengukuran tanδ perlu dilakukan secara rutin agar pemburukan dapat segeradilakukan sebelum terjadi kerusakan yang fatal. Dengandemikian kerusakan yang besar dapat dihindarkan. Pengujianyang dilakukan sebelum kegagalan ini terjadi tidak merusakkanspecimen yang diuji dan pada pokoknya terdiri dari 3 macam,yaitu:

1. pengujian kehilangan daya dielektri2. pengujian factor daya dielektri3. pengujian tahanan isolasiDalam penjelasan ini akan dijelaskan prinsip pengukuran

factor rugi-rugi dielektri, tahanan isolasi dan peluahanparsial.

1

Tujuan : 1. Untuk menjamin peralatan dapat bekerja pada keadaan

tegangan normal. 2. Untuk menguji ketahanan isolasi pada peralatan (untuk

melihat kemampuannya memikul tegangan lebih atau karna adanya sambaran petir ).

2

BAB IIPEMBAHASAN

1. PENGUJIAN ISOLASI TIDAK MERUSAK

1.1 Pengukuran Faktor Rugi-Rugi Dielektri (Tan δ)Jika dielektri dikenai medan elektrik, maka elektro-

elektron akan mengalami gaya yang arahnya berlawanan dengan arah medan elekrik sedang inti atom yang bermuatan positif akan mengalami gaya searah dengan arah medan elektrik. Gaya ini akan menindahkan elektron dari posisinya semula, sehingga molekul-molekul berubah menjadi dipol-dipol yang letaknya sejajar dengan medan elektrik. Jika medan elektrik berubah arah membuat dipol berputar 1800.

Ketika molekul yang terpolarisasi ini berubah posisi, maka terjadilah gesekan antara molekul akan berulang-ulang. Gesekan yang berulang-ulang ini akan menimbulkan panas pada dielektri dan panas inilah yang disebut rugi-rugi dielektri.

Rugi-rugi dielektri hanya terjadi pada medan dielektri yang terjadi pada medan elektrik bolak-balik, yaitu medan yangditimbulkan oleh tegangan bolak-balik, sehingga frekuensi gesekan akan meningkat. Akibat rugi-rugi dielektrik yang dihasilkan semakin besar. Namun frekuensi yang sangat tinggi, maka perubahan posisi dipol hanya sedikit, karena molekul harus kembali ke posisi semula.

Ketika suatu tegangan diterapkan pada suatu dielektrik akan ditimbulkan tiga komponen arus, yaitu arus pengisian, arus absorpsi dan arus konduksi. Rangkaian pendekatan pendeteksian rugi-rugi dielektrik ini harus dapat menampilkan ketiga komponen tersebut.

Alat untuk mengukur Tan δ adalah Jembatan Scheringseperti pada gambar dibawah.

Keterangan gambar:Benda uji coba sebagairesistor RX yangparallel dengan CX.Prinsip keranya samadengan jembatan

3

Wheatston, hanya sumber tegangannya bukan baterai teteapitegangan tinggi AC agar pengukurannya lebih teliti, makaresistor yang digunakan pada alat ini tidak mengandunginduktansi.

Tahanan resistor R1 antara 0,01 s/d 104 ohm. Kapasitansike tanah dari cabang yang bertegangan tinggi yaitu titik b dand harus dihindarkan, supaya tidak ada kapasitansi laindisamping kapasitansi yang ada pada alat ukur. Sehingga bagianbertegangan rendah dilindungi dengan tabir logam (t) yangditanahkan. CS adalah condensator standar(50-500μF) denganrugi-rugi dielektri yang dapat diabaikan.

Impedansi komponen (R1, R2, CV)dibuat sedemikian rupasehingga tegangan Vbc dan Vcd tidak melebihi 20 V. Bila benda ujitembus listrik, maka tegangan terminal b dan d naik dan akanmerusak komponen R1, R2, CV. Untuk menghindari hal tersebut makadipasang sela protector G,

R1 dan CV diatur sehingga dicapai kondisi seimbang, dimanagalvanometer G menunjuk angka nol. Pada kondisi ini berlaku:

Dimana:

Jika kedua persamaan disubsitusi, maka diperoleh:

4

Dalam prakteknya, bila frekuensi tegangan sumber 50 Hz,tahanan resistor R2 dibuat 1000 π Ohm. Jika CV dinyatakan dalamsatuan microfarad maka diperoleh tan δ menjadi:

Saat ini jembatan Schering sudah diproduksi secaraotomatis sehingga kondisi seimbang diatur secara otomatis.Tanpa melakukan perhitungan hasil pengukuran Tg δ dan CX dapatditampilkan dan di cetak.

Pengukuran Tg δ dilakukan dalam dua keadaan yaitu:1. Mengukur Tg delta sebagai fungsi tegangan pengujian pada

temperatur konstan.

2. Mengukur tg delta sebagai fungsi temperatur pada teganganyang konstan.

Kedua pengukuran tersebut akan menghasilkan kurva sepertiGambar di bawah ini.

Gambar kurva pengukuran Tg δ

5

Tg δ = 0.1

1.2. Pengukuran Tahanan Isolasi

Pengukuran tahanan isolasi terdiri dari: 1.2.1. Metode Pengukuran Langsung

Pengukuran tahanan dielektri meliputi pengukuran tahananpermukaan dan tahanan volume. Jika suatu dielektri ditempatkandiantara dua elektroda ukur yang diberi tegangan, maka arusyang diberikan sumber tegangan merupakan ju,lah arus permukaandengan jumlah arus volume. Sehingga tahanan isolasinya ditulisdengan rumus :

Jika IV dibuat sama dengan nol, maka tahanan yang terukuradalah tahanan permukaan yaitu :

Dan jika IP dibuat sama dengan nol maka tahanan yang terukuradalah tahanan volume yaitu:

Pengukuran tahanan isolasi membutuhkan dua elektrodapiring masing-masing berukuran antara 5-10 cm dan satuelektroda cincin. Lebar cincin sekurang-kurangnya dua kalitebal dielektrik yang diuji. Tebal dielektrik uji umumnyaantara 3-12 mm. susunan elektroda dan rangjkaian pengukurantahanan permukaan ditunjukka pada gambar dibawah. Dalampengukuran, arus volume diusahakan sama dengan nol, hal inidilakukan dengan menyamkan kedua tegangan keduan electron P1

dan P2.

6

Tahanan permukaan dapat juga diukur dengan: 1. menggunakan elektroda bermata pisau yang panjangnya

10 cm. 2. Jarak

antara kedua elektroda dibuat 1 cm.

3. Rangkaian pengukuran ditunjukan seperti pada gambar

4. Tahanan permukaan dapat dihitung berdasarkan hasil pengukuran tegangan dan arus.

Sedangkan susunan elektroda dan rangkaian pengukuran tahanan volume ditunjukkan pada gambar disamping.Dalam hal ini arus permukaan diusahakan sama dengan nol yang dilakukan

7

dengan menyamakan tegangan elektroda P1 dengan elektroda cincin.

1.2.2. Pengukuran Tidak Langsung.Karena arus yang mengalir pada suatu isolasi sangat

kecil, maka pengukuran tahanan dengan menggunakan ammeter seperti metode diatas sulit dilaksanakan. Oleh kerena arus diukur dengan galvanometer seperti gambar dibawah ini. Elektroda pengukuran pengukuran sama halnya dalam pegukuran langsung.

B adalah sumber tegangan dc yang stabil dan dapatmembangkitkan tegangan antara 500-1000V. Mula-mulagalvanometer G harus mempunyai sensitifitas yang tinggi dandiparalelkan dengan suatu resistor shunt (Rsh). Resistorstandar (Rs) terbuat dari bahan manganin, 106 ohm, denganketelitian ±10%. Kemudian Galvanometer G dikalibrasi denganresistor standard RS, yaitu dengan memindahkan saklar S2 padaposisi 1 dan mencatat penyimpangan pada galvanometer. Misalnyapenyimpangan galvanometer adalah DS. kemudian saklar S2

dipindahkan ke posisi 2 dan dicatat penimpangan galvanometer.

Misalkan hasil yang diperoleh pada keadan ini adalah DX.setelah selesai pengukuran, saklar S1 dibumikan untuk membuangmuatan dari benda uji ke tanah. Tahanan isolasi dihitungdengan rumus dibawah ini :

8

RX = DSDX RS

Sedangkan radius efektif elektroda pengukuran tanah adalah:

r=r1 + g2 –τ

dimana:

τ=2dπ ln cosh πd4dr= radius elektroda P1

g= jarak sela elektroda P1 dengan elektroda cincind= tebal dielektri

setelah RX diketahui, tahanan jenis dielektri dapat dihitungdengan rumus:

tahanan jenis volume : ρ=Rxπr2

t

tahanan jenis permukaan : ρp=π(2r1+g)

g Rx

Jenis elektroda lain yang dapat digunakan untukpengukuran dielektrik cair adalah elektroda silinder sepertiditunjukkan pada Gambar. Contoh ukuran elektroda standarmenurut JIS C 2101, yang digunakan untuk pengukurankonduktivitas dielektrik cair ditunjukkan pada Gambar.

Sebelum pengukur dimulai, elektroda harus dicuci bersih.Tahanan udara diantara elektroda pada keadaan kosong danbersih harus lebih besar dari tahananisolasi sampel uji (>1014 Ohm). Jika ukuran tahanan isolasi sampel tidak diketahui,maka elektroda harus dibersihkan sehingga untuk mengukurtahanan udara diantara kedua elektroda menunjukkan nilai

9

maksimum. Setelah elektroda dibersihkan, elektroda di bilasdengan sampel uji 2 atau 3 kali. Selanjutnya elektroda diisidengan 25 cc sampel dielektri cair yang akan diukur. Kemudianbejana uji ditutup rapat. Pengukuran dilakukandenganmenghubungkan terminal elektroda sesuai dengan gambarrangkaian.

Resistivitas volume jika menggunakan elektroda silinder sbb :

Dimana,l = Panjang efektif elektroda ukur (m) d1= Diameter luar elektroda ukur (m) d2= Diameter dalam elektroda utama (m)

Bia kapasitansi elektroda tanpa dielektrik cair diketahui adalah C, maka resistivitas volume :

Jika C belum diketahui, maka pengukuran C dilakukandengan menggunakan alat ukur faktor rugi-rugi dielektrik(Jembatan Schering).

1.3 Pengukuran Peluahan ParsialPengukuran peluahan sebagian umumnya dilakukan dengan

mendeteksi pulsa listrik dalam rangkaian tegangan tinggi.Sensitifitas pengukuran mengalami keterbatasan dengan adanyaderu (noise), maka pengukuran peluahan sebagian harus mampumembedakan deru yang terjadi dan deru yang datang dari sumberlain.

Tujuannya untuk mengukur nilai tegangan yang membuatbenda uji mengalami peluahan, inilah yang disebut teganganmulai peluahan sebagian (partial discharge inception voltage). Setelahpeluahan terjadi beberapa saat, tegangan diturunkan dan diukurpada tegangan peluahan itu padam (partial discharge exception voltage).

10

11

1.3.1. Pengukuran LangsungDetektor peluahan parsial pengukuran lansung ditunjukkan

pada Gambar di bawah ini.

Untuk mencegah masuknya signyal peluahan parsial yangterjadi pada trafo uji, dipasang filter F. bila pada benda ujiterjadi peluahan parsial, maka arus pulsa akan mengalir padaimpedansi Zm, sehingga menimbulkan beda potensial sangat kecilyang menjadi sinyal pada detector. Melalui filter BPF sinyalditeruskan ke penguat A sehingga teramato pada osilosop.Filter BPF menepis sinyal yang mengakibatkan arus berfrekuensirendah yang bukan berasal dari peluahan parsial, tetapimeneruskan sinyal berfrekuensi tinggi yang menimbulkan aruspulsa peluahan parsial.

1.3.2. Pengukuran Tidak LangsungDetektor peluahan parsial pengukuran tidak langsung

ditunjukkan pada gambar.

Bila pada benda uji terjadi peluahan parsial, maka akanterjadi arus pulsa berfrekuensi tinggi. Arus ini menimbulkanmedan elektromagnet yang diradiasikan ke sekitar benda uji.

12

Medan elektromagnetik ini menginduksi gaya gerak listrik padakumparan K Gaya gerak listrik ini sebagai sinyal detektor.Melalui filter BPF sinyal diteruskan ke penguat A sehinggateramati pada osiloskop OCR. Filter BPF melapisi sinyal yangdiakibatkan arus berfrekuensi rendah yang berasal daripeluahan parsial, tetapi meneruskan sinyal yang ditimbulkanarus pulsa peluahan parsial.

BAB IIIPENUTUP

B. KESIMPULAN Kegagalan yang terjadi pada alat tegangan tinggi yang

sedang dipakai dalam operasi sehari-hari disebabkan karenaisolasinya memburuk atau terjadi karena kegagalan pada bagian-bagiannya.

Kualitas suatu isolasi dapat ditentukan dari suatu hasilpengukuran tahanan isolasi, pengukuran faktor rugi-rugidielektri dan pengukuran peluahan parsial. Semua pengukuranini termasuk pengujian tidak merusak.

Dalam prakteknya, kuailitas isolasi makin buruk setelahisolasi digunakan dalam waktu yang lama. Hal ini terjadikarena:

1. kenaikan temperature isolasi setelah beroperasi 2. kelembaban udara disekitar isolasi3. beban mekanisme yang dipikul isolasi4. korona pada bagian peralatan yang runcing yang berdekatan

dengan isolasi5. korosi kimiawi, dan6. tegangan lebih yang menerpa isolasi.

Alat untuk mengukur Tg δ adalah jembatan schering sepertiditunjukkan pada pengukuran tahanan isolasi terdiri dari:

1. Metode pengukuran langsung2. Pengukuran tidak langsung

13

B. SaranSetelah membahas permasalahan tentang pengujian isolasi

yang tak menrusak mahasiswa diharapkan dapat memahami apa yangdimaksud dengan isolasi yang tidak merusak.

14

DAFTAR PUSTAKA

A.Arismunandar, Teknik Tegangan Tinggi(Suplemen), Ghalia,Indonesia, 1982

K.T.Sirait, Joko Darwanto, Teknik Tegangan Tinggi, BagianI, ITB, 1981

http//: www.dunialistrik.blogspot.com

http//:www.isomath.com

http//:www.google.com

http//:www.wikipedia.com

15