final teknik tegangan tinggi.pdf
TRANSCRIPT
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 1/33
MAKALAH TEKNIK TEGANGAN TINGGI
ISOLATOR
DISUSUN OLEH:
Nama : Alan Nuari
Stambuk : 342 12 027
Kelas : 2B
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KONVERSI ENERGI
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG
2013
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 2/33
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat TuhanYang
Maha Esa karena atas rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyusun makalah
tentang Bahan Isolasi. Penulis menyadari dalam penulisan makalah inimasih banyak
terdapat kekurangan dan kesalahan. Akan tetapi sebagai manusia biasa, penulis tidak
luput dari kesalahan dan kekeliruan.Penulis juga menyadari bahwa tanpa adanya
dukungan dan bantuan dari berbagai pihak, makalah ini tidak dapat diselesaikan.
Untuk itu pada kesempatanini penulis menyampaikan terima kasih pada semua pihak
yang telah membantu sehingga makalah ini dapat diselesaikan.
Makassar, 16 Desember 2013
Alan Nuari
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 3/33
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ……………………………………………………………….. i
KATA PENGANTAR ……………………………………………………………... ii
DAFTAR ISI ……………………………………………………………………… iii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ……………………………………………………………... 1B. Rumusan Masalah ………………………………………………………..… 2
C. Tujuan Penulisan …………………………………………………………… 2
D. Manfaat Penulisan ………………………………………………………….. 2
BAB II PEMBAHASAN
A. Isolator Padat …………………………………………………………….… 3
B. Isolator Cair ……………………………………………………………...… 8
C. Isolator Gas ……………………………………………………………….. 14
D. Koordinasi Isolator ………………………………………………………... 23
BAB III PENUTUP
A. Kesimpulan ……………………………………………………………..… 29
B. Saran ……………………………………………………………………… 29
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………….. 30
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 4/33
BAB I
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Besarnya arus dan tegangan yang muncul dalam sistem tenaga listrik
secara tiba-tiba dan melonjak tinggi, baik itu yang berasal dari dalam sistem
maupun dari luar lingkungan, menuntut sistem pengamanan lebih terhadap alat
listrik, maupun bahan isolasi itu sendiri. Hal ini sulit untuk dihentikan sebab
tingginya lonjakan tegangan yang muncul secara tiba-tiba dan hanya dalam
hitungan milisekon. Untuk melindungi alat, diperlukan isolasi yang mampu
memisahkan antara dua bagian yang bertegangan umumnya dengan bahan-bahan
dielektrik. Namun, secara harafiah, point utama dari isolasi adalah sebagai
pemisah antarbagian yang bertegangan, sehingga tidak menyebabkan terjadinya
loncatan bunga api yang berujung pada kerusakan alat maupun bahan isolasi.
Peran utama dari tujuan pembuatan suatu isolasi adalah mampu
mencegah loncatan energi dan melindungi alat listrik maupun bahan isolasi itusendiri, sehingga mampu menekan biaya pengeluaran akibat dari kerusakan alat,
baik pada sistem tenaga listrik itu sendiri maupun peralatan rumah tangga.
Sebab, seperti yang kita ketahui alat pada sistem tenaga listrik sangat mahal dan
biaya yang dibutuhkan untuk membangkitkan suatu tenaga listrik bisa mencapai
miliaran rupiah. Untuk itu, diperlukan upaya-upaya yang dapat meminimkan
biaya yang begitu besar. Di samping itu juga merugikan rakyat apabila
terjadinya lonjakan tegangan atau swiching setelah mati lampu, sebab dapat
merusak alat-alat rumah tangga.
B. RUMUSAN MASALAH
Beberapa pertanyaan atau rumusan masalah yang akan muncul dalam
makalah ini adalah:
1. Apa itu isolator padat dan peranannya dalam sistem kelistrikan?
2. Apa itu isolator cair dan peranannya dalam sistem kelistrikan?
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 5/33
3. Apa itu isolator gas dan peranannya dalam sistem kelistrikan?
4. Apa itu koordinasi isolasi dan peranannya dalam sistem kelistrikan?
C. TUJUAN PENULISAN
Adapun tujuan dari makalah ini adalah:
1. Untuk mengetahui tentang isolator padat dan peranannya dalam sistem
kelistrikan
2. Untuk mengetahui tentang isolator cair dan peranannya dalam sistem
kelistrikan
3. Untuk mengetahui tentang isolator gas dan peranannya dalam sistemkelistrikan
4. Untuk mengetahui tentang koordinasi isolator dan peranannya dalam
sistem kelistrikan
D. MANFAAT PENULISAN
Adapun manfaat dari makalah ini adalah:
1. Agar kita dapat mengetahui tentang isolator padan dan peranannya dalamsistem kelistrikan
2. Agar kita dapat mengetahui tentang isolator padan dan peranannya dalam
sistem kelistrikan
3. Agar kita dapat mengetahui tentang isolator padan dan peranannya dalam
sistem kelistrikan
4. Agar kita dapat mengetahui tentang isolator padan dan peranannya dalam
sistem kelistrikan
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 6/33
BAB II
PEMBAHASAN
A. ISOLASI
Isolasi adalah salah satu bentuk peralatan tegangan tinggi yang berfungsi
sebagai tahanan atau pelindung agar tidak terjadi tembus yang tidak diinginkan.
Secara umum isolasi dibagi menjadi 3 (tiga) macam yaitu isolasi padat, cair dan
gas. Kemampuan isolasi dalam menahan tegangan mempunyai batas-batastertentu sesuai dengan material penyusun dan lingkungan sekitarnya. Apabila
tegangan yang diterapkan melebihi kuat medan isolasi maka akan terjadi tembus
atau breakdown yang menyebabkan terjadinya aliran arus antara peralatan
tegangan tinggi. Kekuatan isolasi gas dipengaruhi beberapa hal antara lain
temperatur, kelembaban, angin, tingkat kontaminasi udara dan besar tegangan
yang diterapkan. Adanya kondisi hujan asam, hujan basa, hujan garam, serta
hujan di pegunungan akan mempengaruhi kekuatan isolasi dalam mencegah
terjadinya tembus antar dua peralatan tegangan tinggi yang diisolasi. Pemodelan
peralatan tegangan tinggi dengan elektroda jarum homogen dan elektroda bola
homogen digunakan untuk mengetahui tegangan tembus gas antara keduanya
jika terjadi perubahan terhadap lingkungan sekitar, selama pengujian isolasi di
laboratorium tegangan tinggi. Contoh penggunaan peralatan tegangan tinggi
yang menyerupai elektroda jarum adalah arcing horn (busur api) yang dipasang
di tiap ujung renteng isolator. Teknik analisis data menggunakan cara analisis
data kualitatif interpretatif dan analisis statistik secara elementer. Kedua metode
ini digunakan sejak awal penelitian dimulai, diantaranya dalam memilih obyek,
sample, mengklasifikasikan simbol hingga kesimpulan akhir penelitian. Analisis
data secara statistik digunakan untuk menaksir prosentase tembus yang terjadi.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa tegangan tembus udara berbanding lurus
dengan tekanan, prosentase karbondioksida dan kelembaban udara tetapi
berbanding terbalik dengan kenaikan temperatur.
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 7/33
B. ISOLATOR PADAT
1. Pengertian Isolator Padat
Isolator padat yang digunakan dalam peralatan sistem tenaga listrik
adalah bahan organis, anorganis dan polimer sintetis. Contoh bahan organis
adalah kertas, kayu, dan karet, sedang bahan anorganis adalah keramik dan
mika. Contoh polimer sintetis adalah polyvinyl chloride dan resin epoksi.
Bahan isolasi padat yang banyak digunakan adalah mika, keramik, dan gelas.
Kemampuan isolator sangat dipengaruhi oleh sifat bahan isolator dan besar
polutan yang menempel pada permukaan bahan isolator. Polutan akanmenyebabkan permukaan lebih konduktif. Konduktifitas yang lebih besar ini
akan menyebabkan aliran arus apabila diberi tegangan. Besar arus yang
mengalir tergantung pada besar polutan, nilai arus yang mengalir pada
permukaan isolator mempengaruhi nilai Tegangan Flashover, semakin besar
nilai arus yang mengalir maka semakin kecil nilai Tegangan Flashover .
Dalam hal ini intensitas polusi dinyatakan dalam ESDD (Equivalent Salt
Deposit Density).
2. Bahan Isolator Padat
Ada beberapa bahan isolasi bentuk padat yang dikenal dalam bidang
kelistrikan. Bahan-bahan tersebut antara lain:
a. Kaca
Kaca adalah substansi yang dibuat dengan pendinginan bahan-bahan yang dilelehkan, tidak berbentuk kristal tetapi tetap pada kondisi
berongga. Kaca pada umumnya terdiri dari campuran silikat dan
beberapa senyawa antara lain : borat, pospat. Kaca dibuat dengan cara
melelehkan beberapa senyawa silikat (pasir), alkali (Na dan K) dengan
bahan lain (kapur, oksida timah hitam). Karena itu sifat dari kaca
tergantung dari komposisi bahan-bahan pembentuknya tersebut. Massa
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 8/33
jenis kaca berkisar antara 2 hingga 8,1 g/cm2, kekuatan tekannya 6000
hingga 21000 kg/cm2 , kekuatan tariknya 100 hingga 300 kg/cm2.
Karena kekuatan tariknya relatif kecil, maka kaca adalah bahan yang
regas. Walaupun kaca merupakan substansi berongga, tetapi tidak
mempunyai titik leleh yang tegas, karena pelelehannya adalah perlahan
– lahan ketika suhu pemanasan di naikkan. Titik pelelehan kaca berkisar
antara 500 hingga 17000 C. Makin sedikit kandungan S1O2 nya makin
rendah titik pelembekan suatu kaca. Demikian pula halnya dengan muai
panjangnya, makin banyak kadar S1O2 yang dikandungnya akan makin
kecil ? nya. Muai panjang untuk kaca berkisar antara 5,5-10-7 hingga150. 10-7 per derajat celcius.
b. Sitol
Sitol mempunyai bahan dasar kaca yang merupakan
pengembangan baru. Pemakaian sitol adalah sangat luas, struktur dan
sifat-sifatnya adalah diantara kaca dan keramik. Sitol juga disebut
keramik-kaca atau kaca kristal. Yang banyak dijumpai dipasaran antara
lain : pyroceram, vitoceram. Sitol mempunyai struktur kristal yang
halus (hal ini yang membedakannya dengan kaca biasa) tetapi
berongga. Tidak seperti halnya keramik biasa, sitol tidak dibuat dengan
pembakaran tetapi cenderung dengan fusi dari bahan-bahan mentahnya
dengan menjadikannya meleleh dan kemudian kristalisasi.
c. Porselin
Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangatpenting dan luas penggunaannya. Istilah bahan -bahan keramik adalah
digunakan untuk semua bahan anorganik yang dibakar dengan
pembakaran pada suhu tinggi dan bahan asal berubah substansinya.
Bahan dasar dari porselin adalah tanah liat. Ini berarti bahan dasar
tersebut mudah dibentuk pada waktu basah, tetapi menjadi tahan
terhadap air dan kekuatan mekaniknya naik setelah dibakar.
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 9/33
Penggunaan isolator dari porselin antara lain : isolator tarik, isolator
penyangga, rol isolator seperti dapat dilihat pada gambar.
3. Mekanisme Kegagalan Bahan Isolator Padat
Mekanisme kegagalan bahan isolasi padat terdiri dari beberapa jenis
sesuai fungsi waktu penerapan tegangannya. Hal ini dapat dilihat sebagai
berikut :
Grafik kegagalan isolasi padat
Uraian masing masing jenis kegagalan pada bahan isolasi padat adalah
sebagai berikut:
a. Kegagalan asasi (intrinsik) adalah kegagalan yang disebabkan oleh jenis
dan suhu bahan ( dengan menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan,
bahan elektroda, ketidakmurnian, kantong kantong udara. Kegagalan initerjadi jika tegangan yang dikenakan pada bahan dinaikkan sehingga
tekanan listriknya mencapai nilai tertentu yaitu 106 volt/cm dalam waktu
yang sangat singkat yaitu 10-8 detik
b. Kegagalan elektromekanik adalah kegagalan yang disebabkan oleh
adanya perbedaan polaritas antara elektroda yang mengapit zat isolasi
padat sehingga timbul tekanan listrik pada bahan tersebut. Tekanan listrik
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 10/33
yang terjadi menimbulkan tekanan mekanik yang menyebabkan
timbulnya tarik menarik antara kedua elektroda tersebut. Pada tegangan
106 volt/cm menimbulkan tekanan mekanik 2 s.d 6 kg/cm2.
c. Kegagalan streamer adalah kegagalan yang terjadi sesudah suatu banjiran
(avalance). Sebuah elektron yang memasuki band conduction di katoda
akan bergerak menuju anoda dibawah pengaruh medan memperoleh
energi antara benturan dan kehilangan energi pada waktu membentur.
Jika lintasan bebas cukup panjang maka tambahan energi yang diperoleh
melebihi pengionisasi latis (latice). Akibatnya dihasilkan tambahan
elektron pada saat terjadi benturan. Jika suatu tegangan V dikenakan
terhadap elektroda bola, maka pada media yang berdekatan (gas atau
udara) timbul tegangan. Karena gas mempunyai permitivitas lebih rendah
dari zat padat sehingga gas akan mengalami tekanan listrik yang
besar.Akibatnya gas tersebut akan mengalami kegagalan sebelum zat
padat mencapai kekuatan asasinya. Karean kegagalan tersebut maka akan
jatuh sebuah muatan pada permukaan zat padat sehingga medan yang
tadinya seragam akan terganggu. Bentuk muatan pada ujung pelepasan
ini dalam keadaan tertentu dapat menimbulkan medan lokal yang cukup
tinggi (sekitar 10 MV/cm). Karena medan ini melebihi kekuatan intrinsik
maka akan terjadi kegagalan pada zat padat. Proses kegagalan ini terjadi
sedikit demi sedikit yang dapat menyebabkan kegagalan total.
d. Kegagalan termal, adalah kegagalan yang terjadi jika kecepatan
pembangkitan panas di suatu titik dalam bahan melebihi laju kecepatan
pembuangan panas keluar. Akibatnya terjadi keadaan tidak stabil
sehingga pada suatu saat bahan mengalami kegagalan.
e. Kegagalan Erosi, adalah kegagalan yang disebabkan zat isolasi pada
tidak sempurna, karena adanya lubang lubang atau rongga dalam bahan
isolasi padat tersebut. Lubang/rongga akan terisi oleh gas atau cairan
yang kekuatan gagalnya lebih kecil dari kekuatan zat padat.
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 11/33
C. ISOLATOR CAIR
1. Pengertian Isolator Cair
Bahan isolasi cair ini biasanya digunakan pada peralatan seperti
transformator, pemutus beban, rheostat. Bahan isolasi cair memiliki dua
fungsi yaitu sebagai pemisah antara bagian yang bertegang an atau
pengisolasi dan juga sebagai pendingin. Persyaratan agar bahan cair
dapat digunakan sebagai bahan isolasi adalah mempunyai tegangan tembus
dan daya hantar panas yang tinggi . Beberapa alasan digunakannya bahan
isolasi cair adalah sebagai berikut:
• I s o l a s i ca i r memi l i k i ke r apa t an 1000 ka l i a t au l eb i h
d ib and i ngk a n de ngan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan
dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen.
• Isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara
serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul
akibat ru gi en er gi .
• Isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing ) jika
terjadi pe le pa sa n mu at an (discharge). Namun kekurangan
utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi.
2. Penerapan Isolasi Cair
a. Minyak Transformator
Minyak transformator adalah minyak mineral yang
diperoleh dengan pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya,
minyak ini karena pengaruh panas dari rugi-rugi di dalam transformator
akan timbul hidrokarbon. Selain berasal dari minyak mineral, minyak
transformator dapat pula yang dapat dibuat dari bahan organik,
misalnya minyak t rafo pi ranol, si li con. Sebagai bahan
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 12/33
isolasi,minyak transformator harus mempunyai tegangan tembus yang
tinggi. Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya
direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang
berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media
pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya
tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan
isolasi.
Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sebagai
berikut:
• Kekuatan isolasi tinggi.
• Penyalur panas yang baik m emiliki berat jenis yang kecil,
sehingga part ikel - partikel dalam minyak dapat mengendap
dengan cepat.
• Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan
kemampuan pendinginan menjadi lebih baik.
• Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat
membahayakan.
• Tidak merusak bahan isolasi padat.
• Si fa t ki mi a ya ng st ab il . Sebagai bahan isolasi, minyak
transfomator harus mempunyai tegangan tembus yang tinggi.
Pengujian tegangan tembus minyak transformator dapatdilakukan
dengan mengunakan peralatan seperti ditunjukanpada gambar di
bawah ini.
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 13/33
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 14/33
Berdasarkan standar yang dikeluarkan oleh ASTM yakni dalam
standar D-877 disebutkan bahwa suatu bahan isolasi harus
memiliki tegangan tembus sebesar kurang lebih 30 kV untuk
lebar s ela elektroda 1 mm, dengan kata lain kekuatan dielektrik
bahan isolasikurang lebih 30 kV/mm. Sedangkan menurut standar
ASTM D-1816 suatu bahan isolasi harus mampu menahan
tegangan sebesar 28 V untuk suatu lebar sela elektroda sebesar
1,2 mm. Standar ini merupakan standar yang diterima secara
internasional dan harus dipenuhi oleh suatu bahan yang
dikategorikan sebagai suatu bahan isolasi.
Kegunaan minyak trafo adalah selain untuk bahan isolasi juga
sebagai media pendingin antara kumparan kawat atau inti besi dengan
sirip pendingin. Untuk minyak isolasi pakai berlaku untuk transformator
berkapasitas > 1 MVA atau bertegangan >30 kV.
Minyak Transformator
b. Minyak Kabel
Minyak kabel juga merupakan salah satu hasil pemurnian minyak
bumi. Minyak kabel digunakan untuk memadatkan penyekat kertas pada
kabel tenaga ,kabel tanah, dan terutama kabel tegangan tinggi, kecuali
untuk menguatkan baik daya sekat mekanisnya, penyekat kertas, juga
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 15/33
untuk menjaga atau menahan air supaya tidak meresap. sekaligus sebagai
elektrikum .
Pada dasarnya penyekat bentuk cair digunakan sebagai bahan
pembersih pada alat-alat listrik misalnya pada reustak. Hal ini banyak
difungsikan sebagai pengisolasi atau bahan pengisi seperti pada minyak
trafo yang merupakan pemurni bahan- bahan mineral. Oleh karena itu
bahan isolasi bentuk cair banyak digunakan karena memiliki daya tembus
tinggi dan daya hantar yang kuat. Adapun kendala – kendala yang biasa
menghambat kerja yaitu misalnya pada minyak trapo biasa terdapat air
dan asam.
c. Cairan Sintesis
Di samping bahan – bahan tersebut di atas terdapat pula isolasi cair
sintesis yang juga digunakan pada teknik listrik. Isolasi cair sintesis yang
sering digunakan pada teknik listrik adalah cairan yang berisi chloor
(hidrokarbon) seperti difenil (CH) dimana 3 sampai 5. Atom hydrogen
diganti dengan atom chloor .Bahan – bahan ini diantaranya adalah sovol,askarel, araclor, pyralen, shibanol.
Sovol adalah bahan cair yang agak kental ,tidak berwarna, massa
jenisnya. Lebih besar dari minyak trafo. dan tegangan tembusnya hampir
sama dengan minyak trafo dan permiabilitasnya lebih tinggi .
Sovol yang dicampur dengan sedikit trichlobenzena (CHCL)untuk
mengurangi kekentalannya sehingga diperoleh bahan baru yang disebut
sovtol. Karena sovol dan sovtol tidak terbakar bila dengan udara dan
tidak menyebabkan ledakan. Maka itu trafo yang diisi sovtol tidak
berisiko kebakaran dan ledakan sehingga sovtol tidak digunakan pada
isolasi pada pemutus dan juga bahan ini beracun sehingga penggunaanya
harus hati – hati
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 16/33
3. Mekanisme Kegagalan Isolator Cair
Teori mengenai kegagalan dalam zat cair kurang banyak diketahuidibandingkan dengan teori kegagalan gas atau zat padat. Hal tersebut
disebabkan karena sampai saat ini belum didapatkan teori yang dapat
menjelaskan proses kegagalan dalam zat cair yang benar-benar sesuai antara
keadaan secara teoritis dengan keadaan sebenarnya. Teori kegagalan zat
isolasi cair dapat dibagi menjadi empat jenis sebagai berikut:
a. Teori Kegagalan Elektronik
Teori ini merupakan perluasan teori kegagalan dalam gas, artinya
proses kegagalan yang terjadi dalam zat cair dianggap serupa dengan
yang terjadi dalam gas. Oleh karena itu supaya terjadi kegagalan
diperlukan elektron awal yang dimasukkan kedalam zat cair. Elektron
awal inilah yang akan memulai proses kegagalan.
b. Teori Kegagalan Gelembung
Kegagalan gelembung atau kavitasi merupakan bentuk kegagalanzat cair yang disebabkan oleh adanya gelembung-gelembung gas di
dalamnya.
c. Teori Kegagalan Bola Cair
Jika suatu zat isolasi mengandung sebuah bola cair dari jenis cairan
lain, maka dapat terjadi kegagalan akibat ketakstabilan bola cair tersebut
dalam medan listrik. Medan listrik akan menyebabkan tetesan bola cair
yang tertahan didalam minyak yang memanjang searah medan dan padamedan yang kritis tetesan inimenjadi tidak stabil. Kanal kegagalan akan
menjalar dari ujung tetesan yang memanjang sehingga menghasilkan
kegagalan total.
d. Teori Kegagalan Tak Murnian Padat
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 17/33
Kegagalan tak murnian padat adalah jenis kegagalan yang
disebabkan oleh adanya butiran zat padat (partikel) didalam isolasi cair
yang akan memulai terjadi kegagalan.
D. ISOLATOR GAS
1. Pengertian Isolator Gas
Pada umumnya isolator gas digunakan sebagai media isolasi dan
penghantar panas. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada isolator gas ini
adalah ketidakstabilan temperatur, ketidaknormalan sifat kedielektrikan pada
tekanan yang tinggi dan resiko ledakan dari gas yang digunakan.
2. Klasifikasi Isolator Gas
Berdasarkan kekuatan dielektrik, rugi-rugi dielektrik, stabilitas kimia,
korosi, dll, isolator gas dapat diklasifikasikan menjadi :
a. Gas sederhana, contohnya :
• Udara
• Nitrogen
• Helium
• Hidrogen
b. Gas Oksida, contohnya :
•
Gas karbondioksida• Gas Sulphur dioksida
c. Gas Hidrokarbon, contohnya :
• Methana
• Ethana
• Propana
d. Gas Elektronegatif, contohnya :
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 18/33
• Gas Sulphur hexaflorida
• CH2Cl2
Bahan isolasi gas adalah digunakan sebagai pengisolasi dan sekaligus
sebagai media penyalur panas. Bahan isolasi gas yang dibahas dalam makalah
ini adalah: udara, sulphur hexa fluorida (SF6) sebagai titik berat di damping
gas-gas lain yang lazim digunakan di dalam teknik listrik.
a. Udara
Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan,
mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30 kV/ cm. Contoh
yang mudah dijumpai antara lain : pada JTR, JTM, dan JTT antara
hantara yang satu dengan yang lain dipisahkan dengan udara. Hubungan
antara tegangan tembus dan jarak untuk udara tidak linier seperti
ditunjukkan pada gambar berikut:
Vt = f (celah udara) pada p = 1 atm, F = 50 Hz
b. Sulphur Hexa Fluorida
Sulphur Hexa Fluorida (SF+) merupakan suatu gas bentukan antara
unsur sulphur dengan fluor dengan reaksi eksotermis:
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 19/33
S + 3 F2 ---------------- SF6 + 262 kilo kalori
Molekul sulphur hexa fluorida
Terlihat pada gambar bahwa molekul SF6 mempunyai 6 atom Fluor
yang mengelilingi sebuah atom Sulphur, di sini masing-masing atom
Fluo mengikat 1buah elektron terluar atom Sulphur. Dengan demikian
maka SF6 menjadi gas yang inert atau stabil seperti halnya gas mulia.
Sampai saat ini SF6 merupakan gas terberat yang mempunyai massa jenis
6,139 kg/m3 yaitu sekitar 5 kali berat udara pada suhu 00 celsius dan
tekanan 1 atmosfir. Sifat lainnya adalah : tidak terbakar, tidak larut pada
air, tidak beracun, tidak berwarna dan tidak berbau. SF6 juga merupakan
bahan isolasi yang baik yaitu 2,5 kali kemampuan isolasi udara.
Perbandingan SF6 dengan beberapa gas lain seperti tercantum pada tabel:
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 20/33
Sifat beberapa Gas
Seperti telah disebutkan di atas, bahwa untuk pembentukan SF6
timbulpanas, ini berarti bahwa pada pemisahan SF6 menjadi Sulphur dan
Fluor memerlukan panas dari sekelilingnya sebesar 262 k . kalori/
molekul. Hal ini tepat sekali digunakan untuk bahan pendinginan pada
peralatan listrik yang menimbulkan panas atau bunga api pada waktu
bekerja, misalnya : sakelar pemutus beban. Sifat dari SF6 sebagai mediapemadam busur api dan relevansinya pada sakelar pemutus beban adalah:
• Hanya memerlukan energi yang rendah untuk mengoperasikan
mekanismenya. Pada prinsipnya SF6 sebagai pemadam busur api
adalah tanpa memerlukan energi untuk mengkompresikannya,
namun semata-mata karena pengaruh panas busur api yang terjadi.
• Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupun sebagai
pengisolasi dapat dengan mudah dideteksi.• Penguraian pada waktu memadamkan busur api maupun
pembentukannya kembali setelah pemadaman adalah menyeluruh
(tidak ada sisa unsure pembentuknya)
• Relatif mudah terionisasi sehingga plasmanya pada CB
konduktivitasnya tetap rendah dibandingkan pada keadaan dingin.
Hal ini mengurangi kemungkinan busur api tidak stabil dengan
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 21/33
demikian ada pemotongan arus dan menimbulkan tegangan antar
kontak.
• Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga
penguraiannya menjadikan dielektriknya naik secara bertahap.
• Transien frekuensi yang tinggi akan naik selama operasi pemutusan
dan dengan adanya hal ini busur api akan dipadamkan pada saat
nilai arusnya rendah.
c. Gas-gas lain
Gas bentukan fluoro organic misalnya C7F14, C7F8, C14, F24
mempunyai tegangan tembus yang tinggi, berkisar antara 6 – 10 kali
tegangan tembus udara. Pemakaian gas ini cocok untuk bahan isolasi
pada alat-alat pemutus.
Gas karbon dioksoda (CO2) dapat digunakan sebagai gas residu
pada bahan dielektrik cair (minyak) pada alat-alat tegangan tinggi, antara
lain: kabel dan trafo.
Gas neon adalah salah satu gas mulia yang banyak digunakan
sebagai bahan pengisi lampu-lampu tabung.
3. Penerapan Isolator Gas Pada Sistem Kelistrikan
Berikut ini adalah beberapa penerapan penggunaan isolator gas pada
sistem kelistrikan
a. Pada gardu induk Konvensional
Mengacu pada arti dasar isolasi sebenarnya yaitu pemisah antara
bagian bertegangan yang satu dan bertegangan yang lainnya, berarti
gardu induk konvensional ( gardu induk dengan isolasi udara ) adalah
gardu induk di mana antar gardu induk tersebut terpisah oleh udara
sebagai isolasinya sehingga diperlukan tempat pembangunan gardu yang
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 22/33
luas. Udara yang dimaksud di sini adalah udara biasa di mana tempat kita
bernapas menghirup.
b. Gas Insulated Substation / Gas Insulated Switchgear ( GIS )
Gardu induk ini menggunakan sebagai bahan isolatornya yang
diletakkan di antara kedua substrat yang bertegangan, maupun antara
substrat yang bertegangan satu dengan yang tidak bertegangan. Perlu
diketahui bahwa kriteria gas ini tidak berbau, tidak berwarna, tidak
beracun, tidak terakar, tidak larut dalam air, dan merupakan bahan
isolator yang baik yang mampu mengisolasi 8,9 . Pembangunan gardu ini
juga tidak memerlukan area yang luas.c. Circuit Breaker
Pada CB, masih menggunakan karena gas tersebut mampu
memadamkan busur api yang menjadi pemicu kerusakan komponen
listrik, seperti terbakar, meledak, dan lain sebagainya. Berikut alasan
mengapa menggunakan :
• Energi yang diperlukan sedikit;
•
Tekanan gas mudah terdeteksi;• Tidak mengubah struktur zat, karena ketika terjadi proses
pembentukan dan penguraian akan sama seperti semula;
• Mudah terionisasi sehingga konduktivitasnya tetap rendah;
• Akibat keelektronegatifan , menjadikan dielektriknya naik secara
bertahap ketika terjadi penguraian;
• Busur api mudah dipadamkan.
d. Mesin-Mesin Listrik Besar
Misalnya pada generator turbo dan kondensator sinkron. Mereka
menggunakan gas sebagai isolatornya. Hidrogen mampu bertindak
sebagai pendingin sebab memiliki konduktvitas termal yang relatif tinggi
sehingga dapat mengurangi rugi-rugi pada belitannya. Kemudian,
kebisingan dapat diminimalisir sebab kepekatan hidrogen lebih rendah
dibanding udara. Namun, hati-hati dengan reaksi antara hidrogen dan
udara karena pada perbandingan tertentu, dapat mengakibatkan letusan.
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 23/33
e. Perangkat Tegangan Tinggi seperti Kabel dan Transformator
Pada kabel dan transforator, mereka menggunakan gas sebagai
isolator sebab tegangan tembusnya rendah yaitu 157 , sebagai gas residu
pada bahan dielektrik cair, dan tahan tehadap suhu tinggi 6880 ˚C / W/ .
f. Bahan Dielektrik Kondensator
Menggunakan sebagai pendingin dengan resistivitas termal 10400
˚C / W/ pada suhu 30 ˚C dan tegangan tembus 358 V ⁄cm.
g. Lampu Tabung
Menggunakan gas Ne dengan tegangan tembusnya sekitar 100
V/cm, resistivitas termalnya 2150 ˚C/Wh. Komponen yang Diisi Gas
Komponen yang diisi gas seperti yang terdapat pada Live Tank CB
dan Dead Tank CB. Pada Live Tank CB, ketika kontaktor terbuka, maka
gas yang mengisolasi akan keluar melalui nozzle sehingga busur api
dapat dipadamkan. Sedangkan pada Dead Tank CB, saat kontaktor
terbuka maka katup gas ikut terbuka menurunkan tekanan yang
semulanya tinggi, maka gas akan masuk ke pipa dan nozzle pada tangkiutama sehingga tekanan di tangki utama akan sedikit naik tapi tekanan
akan menurunkan dengan memompa gas masuk ke reservoir bertekanan
tinggi.
i. Current Transformer dan Busbar
Berikut gas-gas yang sering dipakai pada alat ini adalah:
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 24/33
4. Mekanisme Kegagalan Isolator Gas
Mekanisme Kegagalan Isolasi Gas Dalam mekanisme tembus listrik
bahan isolasi, ada beberapa peristiwa/proses yang berperan di dalamnya,
antara lain:
• Ionisasi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari ikatan atom netral
sehingga menghasilkan satu elektron bebas dan ion positif
• Deionisasi, yaitu peristiwa dimana satu ion positif menangkap elektron
bebas sehingga ion positif tersebut menjasi atom netral
• Emisi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam
menjasi elektron bebas Proses dasar dalam kegagalan isolasi gas adalahionisasi benturan oleh elektron.
Ada dua jenis proses dasar yaitu :
• Proses primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran electron
• Proses sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran
elektron
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 25/33
Saat ini dikenal dua mekanisme kegagalan gas yaitu :
a. Mekanisme Kegagalan Townsend
Pada proses primer, elektron yang dibebaskan bergerak cepat
sehingga timbul energi yang cukup kuat untuk menimbulkan banjiran
elektron. Jumlah elektron Ne pada lintasan sejauh dx akan bertambah
dengan dNe, sehingga elektron bebas tambahan yang terjadi Ne.dx .
Ternyata jumlah elektron bebas α dalam lapisan dx adalah dNe = dNe
yang bertambah akibat proses ionisasi sama besarnya dengan jumlah
Ne.(t).dt; α ion positif dN+ baru yang dihasilkan, sehingga dNe = dN+ =dimana :
koefisien ionisasi Townsend
jumlah ion positif baru yang dihasilkan Ne : jumlah total electron
kecepatan luncur elektron
konstan,Ne = N0, x = α Pada medan uniform,x α ε Ο sehinggaNe =
NO Jumlah elektron yang menumbuk anoda per ε detik sejauh d dari
katoda sama dengan jumlah ion positif yaitu N+ = N0 x α.
Arus ini akan naik terus sampai terjadi peralihan menjadi pelepasan
yang bertahan sendiri. Peralihan ini adalah percikan dan dα ε diikuti oleh
perubahan arus dengan cepat dimana karena >> d secara teoritis menjadi
tak terhingga, tetapi α ε O À1 maka dalam praktek hal ini dibatasi oleh
impedansi rangkaian yang menunjukkan mulainya percikan.
b. Mekanisme Kegagalan Streamer
Ciri utama kegagalan streamer adalah postulasi sejumlah besar
foto ionisasi molekul gas dalam ruang di depan streamer dan pembesaran
medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada ujung streamer.
Muatan ruang ini menimbulkan distorsi medan dalam sela. Ion positif
dapat dianggap stasioner dibandingkan elektron-elektron yang begerak
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 26/33
cepat dan banjiran elektron terjadi dalam sela dalam awan elektron yang
membelakangi muatan ruang ion positif. Medan Er yang dihasilkan oleh
muatan ruang ini pada jari jari R adalah :
Pada jarak dx, jumlah pasangan x dx sehingga : α ε α elektron
yang dihasilkan adalah R adalah √jari jari banjiran setelah menempuh
jarak x, dengan rumus diffusi R= (2Dt). Dimana t = x/V sehingga,
dimana :
N : kerapatan ion per cm2,
e : muatan elektron ( C ),
ε : permitivitas ruang bebas
R : jari jari (cm),
V : kecepatan banjiran
D : koefisien diffusi.
E. KOORDINASI ISOLATOR
1. Pengertian Koordinasi Isolator
Koordinasi isolasi dapat didefenisikan sebagai korelasi antara daya
isolasi alat-alat dan sirkuit listrik di satu pihak dan karakteristik alat-alat
pelindungnya di lain pihak, sehingga isolasi tersebut terlindung dari bahaya-
bahaya tegangan lebih secara ekonomis. Koordinasi isolasi dinyatakan dalam
bentuk langkah-langkah yang diambil untuk menghindarkan kerusakan
terhadap alat-alat listrik karena tegangan lebih dan membatasi lompatan
sehingga tak menimbulkan kerusakan terhadap alat-alat listrik dan
karakteristik alat-alat pelindung terhadap tegangan lebih, yang masing-
masing ditentukan oleh tingkat ketahanan impuls dan tingkat perlindungan
impulsnya. Koordinasi isolasi mempunyai dua tujuan :
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 27/33
• Perlindungan terhadap peralatan
• Penghematan (ekonomi)
Oleh karena perlindungan bertujuan ekonomi pula, maka kedua tujuan
tersebut disatukan menjadi satu tujuan : ekonomi, hal ini berlaku untuk semua
masalah dalam bidang perlindungan. Dalam hal koordinasi isolasi, yang
dituju ialah sebuah sistem tenaga listrik yang bagian-bagiannya, masing-
masing dan satu sama lain, mempunyai daya isolasi yang diatur sedemikian
rupa, sehingga dalam setiap kondisi operasi, kwalitas pelayanan (penyediaan)
dicapai dengan biaya seminimum mungkin. Biaya peralatan yang dimaksudterdiri dari biaya pertama peralatan (first cost), biaya kerusakan, biaya
pelayanan berhenti (outages),biaya penurunan dan penaikan kwalitas
pelayanan.
2. Karakteristik Koordinasi Isolator
Karakteristik koordinasi isolator adalah sebagai berikut:
• Dalam hal kemampuan isolasi untuk menghadapi surja hubung dan
surja petir maka yang berperan adalah kemampuan isolasi terhadap
kenaikan tegangan yang dikenakan padanya.
• Dalam pengoperasian normal isolasi peralatan sistem tenaga ditentukan
sesuai dengan tegangan kerja (kelas tegangan) dimana peralatan itu
beroperasi.
• Pengaman petir dan dan surja hubung memerlukan penetapan dari level
tegangan yang disebut level tegangan shunt, yaitu perangkat pengaman
seperti arrester.
• Batas ketahanan impuls petir yang disebut sebagai Basic Impulse Level
(BIL) adalah ketentuan untuk setiap sistem tegangan nominal dari
berbagai peralatan.
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 28/33
• Semua peralatan dan komponen-komponennya harus mempunyai BIL
di atas level sistem proteksi, sesuai margin. Nilai batas ini biasanya
ditentukan berdasarkan isolasi udara dengan metoda statistik.
• Untuk peralatan yang bukan isolasi seperti trafo isolasi, batas margin
batas margin ditetapkan berdasarkan metoda konvensional.
3. Prinsip Koordinasi Isolasi
Rasionalisasi dari pada daya isolasi suatu sistem dan implementasidari pada koordinasi isolasi menyangkut prinsip-prinsip tertentu yang di
dalam prakteknya berupa aturan-aturan sebagai berikut :
a. Arrester petir (lightning arrester) dipakai sebagai alat pelindung pokok.
b. Tegangan sistem mempunyai tiga harga :
• Tegangan nominal
• Tegangan dasar (rated)
• Tegangan maksimum.
c. Ada dua macam sistem : yang netralnya diisolasikan (isolated neutral
system) dan yang dibumikan secara efektif (effectively grounded
system). Pada kedua sistem ini tegangan-transmisi maksimumnya dapat
mencapai 105% dari tegangan dasar.
d. Tegangan dasar (rating) yang dipakai pada arrester adalah teganganmaksimum frekuensi rendah (50 c/s) di mana arrester tersebut bekerja
dengan baik. Pada sistem terisolasi, arrester harus mempunyai tegangan
dasar maksimum tidak melebihi tegangan dasar penuh atau arrester
100%. Pada sistem yang dibumikan, tegangan dasar maksimum dari pada
arrester dapat diturunkan menjadi 80% dari tegangan sistem maksimum.
Cara dan aplikasi khusus memungkinkan pemakaian arrester 75-80%.
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 29/33
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 30/33
kemampuan isolasi dan pengaman sistem ditentukan dengan Basic
Insulation Level (BIL).
4. Karakteristik Alat Pelindung
Alat pelindung berfungsi melindungi peralatan tenaga listrik dengan
cara membatasi surja (surge) tegangan lebih yang datang dan mengalirkannya
ke tanah. Berhubungan dengan fungsinya itu ia harus dapat menahan
tegangan sistem 50 c/s untuk waktu yang tak terbatas, dan harus dapat
melakukan surja arus dengan tak merusaknya. Kecuali itu sebuah alat
pelindung yang baik mempunyai ”protekctive-ratio” yang tinggi, yaitu
perbandingan antara tegangan surja maksimum yang diperbolehkan pada
waktu pelepasan dan tegangan sistem 50 c/s maksimum yang dapat ditahan
sesudah pelepasan (discharge) terjadi.
Gelombang surja merupakan suatu gelombang impuls tegangan yang
melonjak dan merambat dari titik sumbernya berarah radial sepanjang
penghantar.
Gelombang surja pada instalasi listrik
Titik A merupakan besar amplitude gelombang surja yang dapat
ditahan oleh isolator dan titik B untuk tanduk busur apinya. Fungsi dari
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 31/33
tanduk busur api adalah melindungi isolator dari tegangan tembus yang
disebabkan oleh gelombang surja.
Bila amplitude tegangan telah mencapai titik B, maka terjadi
pelepasan muatan listrik (discharge) dari tanduk yang terhubung ke
penghantar ke tanduk yang terhubunga ke bumi (grounding) yang
menimbulkan loncatan api.
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 32/33
BAB III
PENUTUP
A. KESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan yang telah dipaparkan pada BAB II, maka
dapat ditarik kesimpulan bahwa:
• Isolasi adalah suatu peralatan yang berfungsi sebagai tahanan atau
pelindung agar tidak terjadi tembus yang tidak diinginkan.
• Isolator terbagi atas tiga jenis, yaitu isolator padat, isolator cair, dan
isolator gas
B. SARAN
Diharapkan adanya kritik dan saran atas hasil penulisan makalah ini
agar pada penulisan selanjutnya dapat mengurangi kesalahan.
7/21/2019 Final Teknik Tegangan Tinggi.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/final-teknik-tegangan-tinggipdf 33/33
DAFTAR PUSTAKA
http://faizalnizbah.blogspot.com/2013/06/bahan-isolasi-bentuk-padat.html
http://nhoeelektronika.blogspot.com/2013/02/bahan-isolator.html
http://irwanrinaldielektro.blogspot.com/2012/06/isolasi-tegangan-tinggi.html
http://faizalnizbah.blogspot.com/2013/06/isolator-bentuk-cair.html
http://ancharyu.wordpress.com/2010/02/27/isolator-cair/
http://adykhulu.blogspot.com/2008/12/isolator-gas.html
http://ancharyu.wordpress.com/2010/03/17/98/
http://mysterimanedin.blogspot.com/2012/04/pendahuluan-persoalanisolasi-
adalah.html
http://bagusyogohutomo.blogspot.com/2012/11/24-kordinasi-isolasi.html