04-bahan isolasi

Dosen : Ir.H.Syariffuddin Mahmudsyah,M.Eng.

BAB IV. BAHAN ISOLASI (BAHAN DIELEKTRIK)

4.1. PENGERTIAN BAHAN ISOLASI BAHAN DIELEKTRIK Bahan Isolasi digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan. Untuk itu pemakaian bahan penyekat perlu mempertimbangkan sifat kelistrikanya. Di samping itu juga perlu mempertimbangkan sifat termal, sifat mekanis, dan sifat kimia. Sifat kelistrikan mencakup resistivitas, permitivitas, dan kerugian dielektrik. Penyekat membutuhkan bahan yang mempunyai resistivitas yang besar agar arus yang bocor sekecil mungkin (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. 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. 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 (Ic + Ir). Suhu juga 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. 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. 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

TE.090224-BAHAN LISTRIK D3 TEKNIK ELEKTRO 31


oleh bahan isolasi, dengan memberikan bahan penyerap uap air, yaitu senyawa P2O5 atau CaC12. Bahan yang molekulnya berisi kelompok hidroksil (OH) higrokopisitasnya relative besar dibanding bahan parafin dan polietilin yang tidak dapat menyerap uap air. Bahan isolasi hendaknya juga mempunyai permeabilitas uap (kemampuan untuk dilewati uap) yang besar, khususnya bagi bahan yang digunakan untuk isolasi kabel dan rumah kapasitor. 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). 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. 4.2. PEMBAGIAN KELAS BAHAN ISOLASI 4.2.1. BAHAN ISOLASI BERDASARKAN SUHU KERJA Bahan Isolasi listrik dapat dibagi atas beberapa kelas berdasarkan suhu kerja maksimum, yaitu sebagai berikut: 1. Kelas Y, suhu kerja maksimum 90C 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 150C 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 120C 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 130C 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 155C Bahan bukan organik dicelup atau direkat menjadi satu dengan epoksi, poliurethan, atau vernis yang tahan panas tinggi. 6. Kelas H, suhu kerja maksimum 180C 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 diatas 180C Bahan anorganik yang tidak dicelup dan tidak terikat dengan substansi organic, 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). 4.2.2. MACAM-MACAM BAHAN ISOLASI Bahan penyekat bentuk padat, bahan listrik ini dapat dikelompokkan menjadi beberapa macam, diantaranya yaitu: bahan tambang, bahan berserat, gelas, keramik, plastik, karet, ebonit dan bakelit, dan bahan-bahan lain yang dipadatkan. Bahan penyekat bentuk cair, jenis penyekat ini yang banyak digunakan pada teknik listrik adalah air, minyak transformator, dan minyak kabel. Bahan penyekat bentuk gas, yang sering digunakan untuk keperluan teknik listrik diantaranya : udara, nitrogen, hidrogen, dan karbondioksida.

4.3. SIFAT-SIFAT LISTRIK DIELEKTRIK

Dalam menentukan dimensi suatu sistem isolasi, dibutuhkan pengetahuan yang pasti mengnai jenis, besaran dan durasi tekanan elektrik yang akan dialami bahan isolasi tersebut, dan disamping itu juga perlu untuk mempertimbangkan kondisi sekitar dimana isolasi akan ditempatkan. selain itu, perlu juga untuk mengetahui sifat-sifat dari bahan isolasi sehingga dapat dipilih bahan-bahan yang tepat untuk suatu sistem isolasi, dengan demikian akan dihasilkan suatu rancangan yang paling ekonomis. Fungsi yang penting dari suatu bahan isolasi adalah: 1. Untuk mengisolasi antara suatu penghantar dengan penghantar lainnya. Misalnya

antara konduktor fasa dengan konduktor fasa lainnya, atau konduktor fasa dengan tanah.

2. Untuk menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang diisolasi, 3. Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia. Tekanan yang diakibatkan oleh medan listrik, gaya mekanik, thermal dan reaksi kimia dapat saja terjadi serentak, sehingga perlu diketahui efek bersama dari semua parameter tersebut, dengan kata lain suatu bahan isolasi dinyatakan ekonomis jika bahan tersebut dapat menahan semua tekanan tersebut dalam jangka waktu yang lama. Sifat listrik yang dibutuhkan untuk suatu bahan isolasi adalah sebagai berikut: 1. Mempunyai kekuatan dielektrik (KD) yang tinggi, agar dimensi sistem isolasi

menjadi kecil dan penggunaan bahan semakin sedikit, sehingga harganya pun akan semakin murah.



2. Rugi-rugi dielektriknya rendah, agar suhu bahan isolasi tidak melebihi batas yang ditentukan.

3. Memiliki kekuatan kerak (tracking strength) yang tinggi, agar tidak terjadi erosi karena tekanan listrik permukaan.

4. Memiliki konstanta dielektrik yang tepat dan cocok, sehingga membuat arus pemuatan (charging current) tidak melebihi batas ayang diijinkan.

Bahan isolasi juga sekaligus merupakan bahan konstruksi peralatan, oleh karena itu ia juga memikul beban mekanis, sehingga bahan isolasi harus memenuhi persyaratan mekanis yang dibutuhkan. Sifat mekanis yang dibutuhkan tergantung pada pemakaian, seperti diberikan dibawah ini. - Isolator hantaran udara, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan regangan (tensile

strength) - Isolator pendukung pada gardu, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekuk

(bending strength) - Isolator antenna, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekan (pressure strength) - Pemutus daya (circuit breaker), sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekanan

dadakan (bursting pressure withstand) Karakteristik mekanis, seperti elastisitas, kekenyalan dan lain-lain, mempunyai hubungan yang nyata dengan tekanan dan ketepatan rancangan. Peralatan-peralatan listrik akan mengalami kenaikan suhu selama beroperasi, baik pada tegangan kerja normal maupun dalam kondisi gangguan, sehingga bahan isolasi harus memiliki sifat themal sebagai berikut: - kemampuan untuk menahan panas tinggi (daya tahan panas) - kerentanan terhadap perubahan bentuk pada keadaan panas. - konduktivitas panas tinggi. - koefisien muai panas rendah. - tidak mudah terbakar. - tahan terhadap busur api, dan lain-lain. Bahan isolasi harus dapat menyesuaikan diri terhadap lingkungan dimana bahan itu digunakan. oleh karena itu bahan isolasi harus memiliki kemampuan sebagai berikut: - memiliki daya tahan terhadap minyak dan ozon. - memiliki kekedapan dan kekenyalan higroskopis yang tinggi. - daya serap air rendah. - stabil ketika mengalami radiasi. Bahan isolasi untuk sistem tegangan tinggi sering menetapkan beberapa persyaratan, dan diantaranya ada yang saling bertentangan. Oleh karena itu dalam pemilihan bahan isolasi untuk suatu keperluan khusus sering dilakukan dengan mencari kompromi antara penyimpangan kebutuhan dengansifat yang diinginkan, sehingga pemilihan yang benar-benar memuaskan tidak terpenuhi. Ada enam sifat listrik dielektrik, yaitu:



1. Kekuatan dielektrik 2. Konduktansi 3. Rugi-rugi dielektrik 4. Tahanan isolasi 5. Peluahan parsial (partial discharge) 6. Kekuatan kerak isolasi (tracking strength) Isolasi polimer Resin Epoksi Silane (RES) secara sains, teknologi, dan ekonomi layak digunakan untuk material isolator listrik tegangan tinggi di daerah tropis. "Isolator tersebut berfungsi secara mekanik menarik kawat penghantar, dan secara listrik memisahkan kawat penghantar yang bertegangan dengan menara, agar tidak terjadi percikan," Porselen dan kaca dipakai sebagai bahan isolasi untuk isolator tegangan tinggi pasangan luar, baik di pembangkit, saluran transmisi tegangan tinggi maupun di saluran distribusi. 4.4. ISOLATOR SALURAN UDARA 4.4.1. BAHAN-BAHAN ISOLASI Bahan isolasi yang biasa dipergunakan pada isolator saluran udara yang dioperasikan pada tegangan tinggi (di atas 1 kV) adalah bahan porselin, bahan gelas serta bahan polymer (composite). 4.4.1.1 Bahan Porselin (keramik)

Porselin terbuat dari tanah liat china (china clay) yang terdapat di alam dalam bentuk alumunium silikat. Bahan tersebut dicampur kaolin, felspar dan quarts. Kemudian campuran ini dipanaskan dalam tungku yang suhunya dapat diatur. Bahan porselin dibakar sampai keras, halus mengkilat dan bebas dari lubang-lubang. Untuk mendapatkan sifat-sifat listrik dan sifat mekanis yang baik, harus dipilih suhu pemrosesan bahan isolasi yang sesuai, karena jika bahan isolasi diproses pada suhu yang agak rendah, sifat mekanisnya baik, tetapi bahan tetap berlubang-lubang. Sedangkan jika diproses

pada suhu yang tinggi, lubang-lubangnya berkurang tetapi bahan menjadi rapuh. Isolator porselin yang baik secara mekanis mempunyai kuat dielektrik kira-kira 60 kV/cm, kuat tekan dan kuat tariknya masing-masing 70.000 kg/cm2 dan 500 kg/cm2.

Beberapa kelebihan isolator porselin/keramik antara lain: 1. Stabil, adanya ikatan ionik yang kuat antaratom yang menyusun keramik, seperti

silikon dan oksigen dalam silica dan silicates, membuatnya strukturnya sangat stabil dan biasanya tidak mengalami degradasi karena pengaruh lingkungan. Ini berarti bahwa isolator keramik tidak akan rusak oleh pengaruh UV, kelembaban, aktivitas elektrik, dsb.



2. Mempunyai kekuatan mekanik yang baik, merupakan ciri alami bahwa bahan keramik mempunyai sifat mekanik yang kuat, sehingga pada pemakaian isolator porselin sebagai terminal kabel, bushing, dan arrester surja tidak memerlukan material lain untuk meyokongnya.

3. Harganya relatif murah, penyusun porselin seperti clay, feldspar dan quartz harganya relatif murah dan persediaannya berlimpah.

4. Tahan lama, proses pembuatan porselin yang terdiri dari beberapa proses seperti pencetakan dan pembakaran dalam mengurangi kadar air menyebabkan porselin mempunyai sifat awet.

Di samping kelebihan-kelebihan di atas, isolator porselin mempunyai

beberapa kekurangan, yaitu: 1. Mudah pecah, isolator porselin rentan pecah pada saat dibawa maupunsaat

instalasi. Vandalisme merupakan faktor utama yang yang menyebabkan isolator pecah.

2. Berat, salah satu sifat dari keramik adalah mempunyai massa yang berat. Oleh karenanya, pada isolator porselin berukuran besar dan berat biasanya mahal karena biaya yang dikeluarkan untuk pengiriman dan instalasi.

3. Berlubang akibat pembuatan kurang sempurna, berdasarkan pengalaman isolator porselin yang berlubang dapat meyebabkan terjadinya tembus internal (internal dielectric breakdown).

4. Bentuk geometri kompleks, porselin mempunyai relatif mempunyai karakteristik jarak rayap yang kecil, oleh karenanya untuk memperpanjang jarak rayap tidak dilakukan dengan memperbesar diameter atau memperpanjang isolator melainkan mendesain isolator dengan membuat shed-shed. Hal ini membuat bentuknya menjadi kompleks.

5. Mudah terpolusi, permukaan porselin bersifat hidrophilik, yang berarti bahwa permukaan porselin mudah untuk menangkap air, sehingga pada kondisi lingkungan yang berpolusi mudah untuk terbentuk lapisan konduktif di permukaannya. Hal ini yang dapat menyebabkan kegagalan isolasi yaitu flashover.

1.2 Bahan Gelas Selain bahan porselin, bahan gelas juga banyak digunakan sebagai isolator pasangan luar (outdoor insulator) atau isolator saluran udara (overhead insulator), karena bahan gelas mempunyai kelebihan-kelebihan sebagai berikut: 1. Kuat dielektriknya tinggi, sekitar 140 kV/cm 2. Koefesien muainya rendah 3. Mudah didesain (karena kuat dielektrikanya tinggi) 4. Kuat tekannya lebih besar daripada porselin 5. Karena sifatnya yang tembus pandang, adanya keretakan, ketidakmurnian bahan,

adanya gelembung udara dan pecahnya isolator mudah diketahui 6. Bahan hampir merata (homogen)

Selain keuntungan-keuntungan yang dimilikinya, isolator gelas juga mempunyai kerugian sebagai berikut:

1. Uap air mudah mengembun pada permukaannya. Oleh karena itu debu dan kotoran akan mudah mengumpul pada permukaannya, kejadian ini akan memudahkan mengalirnya arus bocor serta terjadinya flashover

2. Untuk dipergunakan pada sistem tegangan yang tinggi, gelas tidak dapat dicor dalam bentuk yang tidak beraturan, karena pendinginan yang tidak teratur akan menimbulkan tekanan dari dalam.



3. Mudah pecah, sama seperti bahan porselin, bahan gelas mempunyai sifat yang mudah pecah pula. Vandalisme merupakan penyebab utama pecahnya isolator gelas (misal ditembak).

4.4.1.3 Bahan Polimer (Composite) Bahan polimer telah dipakai selama

kurang lebih 50 tahun dan mengalami perkembangan pesat dibanding bahan lainnya. Menurut R. Hacham, pada tahun 1940 telah dipakai bisphenol epoxy resin untuk isolator dalam, cycloaliphatic epoxy untuk isolator luar (1950). Selanjutnya terjadi perkembangan pesar dalam pemakaian polimer untuk bahan isolator dan dibuat untuk skala komersial. Ethylene Propylene Rubber (EPR) dibuat oleh Ceraver, Francis (1975), Ohio Brass, USA (1976), Sedivar, USA (1977), dan Lapp, USA (1980). Silicone Rubber (SIR) dibuat oleh Rosenthal, Jerman (1976) dan Reliable,

USA (1983), serta penggunaan cycloaliphatic epoxy pada jaringan transmisi di United Kingdom (1977). Isolator komposit (composite insulator) telah digunakan di beberapa negara lebih dari tiga dekade sebagai alternatif pengganti isolator porselin dan gelas. Isolator komposit menunjukkan performansi yang bagus pada beberapa kondisi, terutama untuk daerah berpolusi. Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh isolator polimer: 1. Ringan, kepadatan material polimaer lebih rendah dibandingkan keranik maupun

gelas, hal ini menyebabkan isolator polimer ringan, sehingga mudah dalam penanganan maupun instalasi.

2. Bentuk geometri sederhana, karena mempunyai karakteristik jarak rayap yang relatif besar emnyebabkan desain isolator polimer sederhana.

3. Tahan terhadap polusi, karena bahan polimer mempunyai sifat hidrophobik (menolak air) yang baik. Sehingga air atau kotoran lainnya akan sukar menempel pada permukaannya meskipun dioperasikan pada kondisi lingkungan yang berpolusi maka isolator polimer mempunyai ketahanan tegangan lewat-denyar yang baik.

4. Waktu pembuatan lebih singkat dibandingkan dengan isolator porselin, namun tidak mengurangi performansinya.

5. Tidak terdapat lubang karena pembuatan, karena sifat polimer yang berbeda dengan porselin dalam hal pembuatannya. Sehingga memungkinkan tidak terjadinya tembus internal. Sedangkan kekurangan yang dimilki oleh isolator polimer adalah:

1. Penuaan/degradasi pada permukaannya (surface ageing), stress yang disebabkan antara lain karena korona, radiasi UV atau zat kimia dapat menyebabkan reaksi kimia pada permukaan polimer. Sehingga dapat merusak permukaan polimer (penuaan) yang dapat menghilangkan sifat hidrofobiknya,

2. Mahal, bahan penyusun polimer lebih mahal dibandingkan dengan porselin maupun gelas.



3. Kekuatan mekaniknya kecil, isolasi polimer biasanya tidak mampu untuk menyokong dirinya sendiri. Oleh karenanya dalam instalasi dibutuhkan peralatan lain seperti jacket (oversheath) sebagai penyokongnya.

4. Kompabilitas material, produk polimer menpunyai interface lebih dari satu sumbu bergantung pada fungsi dan desainnya. Apabila terdapat banyak interface menyebabkan pengaruh penting pada perekatnya. Oleh karenya harus diketahui dengan jelas sebelum menggunakan isolator polimer, sebab dapat menimbulkan korosi atau retakan apabila formulasinya tidak sesuai.

4.4.2 KLASIFIKASI ISOLATOR SALURAN UDARA

Menurut penggunaan dan konstruksinya, isolator pasangan luar (outdoor insulator) atau isolator saluran udara (overhead insulator) diklasifikasikan menjadi: isolator pasak (pin type insulator), isolator piring (suspension insulator), isolator batang panjang (long rod insulator), isolator pos saluran (line post insulator) dan isolator pos pin (pin post insulator). 4.4.2.1 Isolator Pasak (Pin Type Insulator)

Isolator jenis ini adalah yang pertama kali dirancang untuk menopang penghantar saluran. Desain dari isolator ini ditunjukkan pada gambar 2.1. Garis patah-patah AB menunjukkan jarak rayap isolator. Jarak rayap isolator dapat diperpanjang dengan membuat sebuah atau lebih pelindung hujan (rain shed), pelindung hujan ini disebut juag petticoats atau skirt. Pelindung hujan dibuat sedemikian rupa agar pada waktu isolator basah masih terdapat jarak rayap yang kering. Untuk pemakaian tegangan yang makin tinggi, dibutuhkan bahan isolasi yang makin tebal, akan tetapi dalam praktek tidak dapat dibuat isolator tunggal yang sangat tebal. Oleh karena itu dibuat isolator pasak yang terdiri dari beberapa 7bagian disambungkan satu sama

lain dengan mempergunakan perekat semen. Isolator jenis pasak dapat dipergunakan sampai 80 kV. 4.4.2.2 Isolator Piring (Suspension Insulator)

Untuk tegangan saluran yang tinggi, isolator pasak yang dibutuhkan menjadi lebih berat, desainnya rumit dan harganya mahal. Penggantian isolator yang rusak mahal, oleh karenanya isolator pasak menjadi tidak ekonomis bila digunakan pada sistem tegangan yang tinggi. Pada sistem saluran udara tegangan tinggi, jenis isolator yang banyak dipergunakan adalah isolator piring. Sejumlah isolator piring dihubung-hubungkan secara seri dengan mempergunakan sambungan logam, membentuk satu rentengan.

Sedangkan penghantar saluran dipegang oleh isolator yang terbawah.



Keuntungan-keuntungan mempergunakan isolator piring adalah:

1. Tiap isolator piring dirancang untuk tegangan yang tidak terlalu tinggi, jadi dengan menghubungkan sejumlah isolator, dapat dirancang suatu rentengan isolator sesuai dengan kebutuhan 2. Jika salah satu atau beberapa isolator dalam rentengan rusak, dapat dilakukan penggantian dengan mudah dan biaya murah 3. Rentengan isolator bersifat lentur, hal ini dapat mengurangi pengaruh tarikan mekanis. 4. Jika rentengan isolator dipasang pada menara baja, pengarub petir pada penghantar akan berkurang

karena letak kawat penghantar lebih rendah daripada palang (cross arm) yang diketanahkan

5. Jika beban mekanisnya naik, misalnya karena tegangan saluran transmisi ditinggikan, dapat dipergunakan saluran ganda atau menambah jumlah isolator dalam rentengan

Sebuah isolator piring terdiri dari sebuah pirigan porselin atau gelas yang

bagian bawahnya berlekuk-lekuk untuk memperbesar jarak rayap. Pada bagian atas piringan disemenkan sebuah tutup (cap) yang terbuat dari besi cor yang telah digalvanisasikan, sedangkan pada rongga bagian bawah disemenkan sebuah pasak baja yang telah digalvanisasikan. Isolator piring dapat dibagi menjadi beberapa jenis berdasarkan cara menghubung-hubungkan tiap isolator. Saat ini jenis isolator piring yang banyak dipergunakan adalah jenis Clevis dan jenis Ball and Socket 4.4.2.3 Isolator Batang Panjang (Long-rod Insulator) Isolator jenis ini terdiri atas silinder porselin dengan kerutan-kerutan dan ujung-ujungnya diperkuat dengan dua tutup logam yang disemenkan. Diameter



silinder porselin dipilih menurut kekuatan mekanis yang dibutuhkan, kuat tariknya sekitar 130-140 kg/cm2. Pemakaian isolator batang panjang menghemat logam jika dibandingkan dengan isolator rentengan isolator piring, juga lebih ringan. Oleh karena isolator batang panjang mempunyai rusuk yang sederhana, maka kotoran yang melekat pada permukaan isolator mudah dicuci oleh hujan, sehingga isolator jenis ini sesuai untuk daerah-daerah yang berpolusi. Kekurangan utama dari isolator panjang adalah adanya kemungkinan timbulnya kerusakan yang menyeluruh oleh busur api atau oleh adanya pukulan mekanis dari luar. Dalam kasus seperti ini, isolator piring tidak akan rusak seluruhnya, bahkan adanya keretakan-keretakan pada isolator tidak akan membuat isolator jatuh berkeping-keping, rentengan isolator masih dapat menahan beban mekanis untuk jangka waktu yang agak lama (meskipun isolator sudah rusak secara listrik).

4.4.2.4 Isolator Pos Saluran (Line Post Insulator) Isolator jenis ini terbuat dari porselin yang bagian bawahnya diberi tutup (cap) besi cor yang disemenkan pada porselin serta pasak baja yang disekrupkan padanya. Karena jenis ini dipakai sendiri (tidak dalam gandengan) serta kekuatan mekanisnya rendah, maka isolator pos saluarantidak dibuat dalam ukuran yang besar 4.4.2.5 Isolator Pos Pin (Pin Post Iinsulator) Isolator pos pin digunakan pada daerah yang membutuhkan keandalan yang tinggi. Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh isolator pos pin, antara lain: 1. Bebas dari cacat, karena semen dan tangkai besi (metal flange) dipasang di sisi luar porselin, sehingga tidak menyebabkan pemuaian. 2. Bebas dari kerusakan akibat lewat-denyar (puncture), kuat medan listrik pada isolator pos pin seragam dan lebih rendah dibandingkan dengan isolator pasak (pin type insulator). Oleh karena badan isolatornya tidak bocor, maka

lewat-denyar yang terjadi di luar porselin meskipun terjadi tegangan impuls secara tiba-tiba. Demikian pula pada inti isolator, terbebas dari puncture.. 3. Mempunyai sifat antikontaminasi yang baik, isolator pos pin mempunyai sifat antikontaminasi yang baik dibandingkan isolator jenis lain, karena: mempunyai jarak rayap (creepage distance) yang terlindungi besar hingga 50% dari total jarak rayap.

mempunyai bentuk profil yang baik, karena mampu meneteskan kontaminan dari tubuhnya

memepunyai jarak celah udara (air gap) yang besar antara bagian dalam sirip dengan permukaan isolator, sehingga dapat menghindari terjadinya jembatan air yang terkontaminasi.

4. Tahan terhahap busur api, arus berupa busur api yang mengalir akibat lewat denyar akibat polusi dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan isolator. Isolator pos pin bersifat mampu menahan busur api hingga circuit breaker memutus aliran daya



4.4.3. KARAKTERISTIK ISOLATOR 4.4.3.1 Karakteristik Elektrik Isolator terdiri dari bahan isolasi yang diapit oleh elektroda-elektroda. Dengan demikian, maka isolator terdiri dari sejumlah kapasitansi. Karena kapasitansi ini, maka distribusi tegangan pada sebuah rentengan isolator menjadi tidak seragam. Potensial pada ujung yang terkena tegangan (ujung yang memegang kawat penghantar) adalah paling besar. Karakteristik elektrik suatu isolator dinilai dari tegangan lewat-denyar yang terdiri dari tegangan-tegangan lewat-denyar frekuensi rendah, impuls dan tembus merusak (puncture). Tegangan lewat-denyar frekuensi rendah kering (dry power frequency flashover

voltage) adalah tegangan lewat-denyar yang terjadi bila tegangan diterapkan di antara kedua elektroda isolator yang bersih dan kering permukaannya, nilainya konstan serta merupakan nilai dasar dari karakteristik isolator.

Tegangan lewat-denyar frekuensi rendah basah (wet power frequency flashover voltage) adalah tegangan lewat-denyar yang terjadi bila tegangan diterapkan di antara dua elektroda isolator yang basah karena hujan atau sengaja dibasahi.

Tegangan lewat-denyar impuls (impuls flashover voltage) adalah tegangan lewat-denyar yang terjadi bila tegangan impuls dengan gelombang standar diterapkan. Menurut standar IEC besarnya gelombang impuls standar adalah 1,2 x 50ms. Karakteristik impuls terbagi atas polaritas positif dan negatif. Biasanya, tegangan dengan polaritas positif yang dipakai (memberikan nilai lewat-denyar lebih rendah). Untuk polaritas positif, tegangan lewat-denyar badah dan kering sama.

Tegangan tembus (puncture) merupakan tembus yang menyebabkan perusakan bahan isolasinya. Sedangkan perusakan bagian isolator yang disebabkan oleh pemanasan lebih tidak dikategorikan sebagai puncture.

4.4.3.2 Karakteristik Mekanis Isolator harus memiliki kekuatan mekanis guna memikul beban mekanis penghantar yang diisolasikannya. Bahan isolasi, sebagai bagian utama sebuah isolator, mempunyai sifat sebagai besi cor, dengan kuat tekan (compressive strength) yang besar dan kuat tarik (tensile strength) yang lebih kecil, Untuk porselin, kuat 400-900 kg/cm2, sedangkan kuat tekannya 10 kali lebih besar. Gaya tarik terhadap isolator yang telah dipasang relatif besar, sehingga kekuatan bahan isolasi dan gaian-bagian yang disemenkan padanya harus dibuat lebih besar dari kekuatan bagian-bagian logamnya. 4.4.4 KEGAGALAN ISOLATOR

Secara garis besar isolator tegangan tinggi mempunyai dua fungsi, yaitu fungsi mekanik dan elektrik. Secara mekanik, isolator berfungsi untuk mendukung atau menahan konduktor pada tegangan tinggi, sedangkan secara elektrik isolator berfungsi sebagai pemisah, yaitu untuk mencegah mengalirnya arus dari penghantar ke tanah atau ke menara penopang saluran udara. Pada saluran transimisi atau distribusi kegagalan isolasi dapat disebabkan oleh hal-hal sebagai berikut: Isolator pecah, disebabkan pemuaian yang tidak merata dan konstraksi yang

terjadi di dalam semen, baja, dan bahan porselin. Kegagalan ini juga bisa disebabkan pergantian musim yang mencolok dan pemanasan lebih.



Bahan isolasi berlubang-lubang. Lubang terjadi karena bahan porselin diproses pada suhu rendah hingga mudah menyerap air. Kejadian ini menurunkan kekuatan isolasi dan arus merembes melalui isolator.

Ketidakmurnian bahan isolasi. Di tempat yang mengalami ketidakmurnian bahan isolasi pun akan terjadi kebocoran.

Bahan tidak dapat mengkilap, sehingga air akan tetap tinggal padanya, lalu menyebabkan penimbunan debu dan kotoran membentuk lapisan yang bersifat menghantar dan memperpendek jarak rayap (creepage-distance).

Tekanan secara mekanis, misalnya karena penumpukkan isolator. Jika bahannya kurang kuat dapat menyebabkan isolator pecah.

Tembus dan lewat-denyar (flashover). Lewat-denyar, yaitu pelepasan muatan destruktif (bersifat merusak) yang melintasi pada seluruh bagian permukaan isolator. Pelepasan muatan ini disebabkan pembebanan medan listrik pada permukaan isolator melebihi harga ketahanan elektriknya. Lewat-denyar menimbulkan pemanasan dan ini dapat merusak isolator. Penyebabnya: pengotoran permukaan isolator, surja hubung dan surja petir. Sedangkan tembus (puncture) adalah pelepasan muatan disruptif pada bagian isolasi isolator, khusus terjadi pada isolasi padat saja.

4.4.5 PARAMETER ISOLATOR Parameter isolator merupakan parameter-parameter yang terdapat pada isolator itu sendiri yang mempengaruhi sifat kerjanya, apabila dipasang pada daerah yang berpolusi. Dalam kondisi berpolusi, nilai tahanan permukaan sangat dipengaruhi oleh resistivitas timbunan kotoran yang menempel pada permukaan isolator, sehingga untuk menjaga agar nilai tahanan permukaan tetap tinggi dengan memperpanjang jarak rayap tidak cukup. Bangunan isolator akan mempengaruhi laju penimbunan kotoran, kapasitas penyimpanan air pada permukaan dan mempengaruhi laju pencucian sendiri oleh hujan. IEC Publikasi 36 memberikan saran untuk mempertimbangkan parameter- parameter dalam pemakaian isolator di daerah polusi, sebagai berikut:

Faktor bentuk (Form Factor FF) Faktor profil Perbandingan jarak dua shed berurutan dengan panjang shed bergantung (the

ratio of shed interval to shed overhang), dan Sudut kemiringan shed.

Beberapa peneliti menambahkan sifat kerja isolator yang akan dipasang pada daerah berpolusi, yaitu panjang jarak rayap isolator (creepage distance), diameter isolator dan konfigurasi rentengan isolator. 4.4.5.1 Faktor bentuk 4.4.5.2 Faktor profil 4.4.5.3 Perbandingan jarak dua shed berurutan dengan panjang

shed bergantung 4.4.5.4 Sudut kemiringan shed



4.4.5.5 Panjang jarak rayap isolator Panjang jarak rayap isolator adalah panjang jarak yang diukur dari salah satu elektroda menyusuri bentuk permukaan isolator hingga elektroda yang lain. Dengan demikian jarak rayap yang besar mempunyai tahanan permukaan yang tinggi. 4.4.5.6 Diameter isolator Untuk menyelidiki pengaruh diamater isolator terhadap sifat kerja isolator yang terkena polusi, I. Kimoto melakukan percobaan pada sejumlah isolator dari berbagai tipe. Kimoto juga melakukan percobaan untuk mengetahui hubungan antara jumlah isolator dalam suatu rentengan isolator dengan besarnya tegangan ketahanan. I. Kimoto menyimpulkan bahwa untuk rentegan vertikal, efek pencucian oleh hujan lebih efektif pada isolator dengan diameter lebih kecil. Sedangkan untuk konfigurasi rentengan horisontal, efek pencucian oleh hujan hampir tidak terpengaruh oleh ukuran diameter dan kedalaman ketiak isolator.

4.4.6 Konfigurasi rentengan isolator Rentengan isolator dapat disusun dalam konfigurasi yang umum, yaitu konfigurasi rentengan vertikal (suspension string), konfigurasi rentengan horisontal (tension string) dan konfigurasi rentengan miring/Vee (Vee string). Konfigurasi rentengan isolator ternyata mempengaruhi sifat kerja isolator yang dipasang di daerah berpolusi. Hal ini didasarkan pada pengalaman pada suatu sistem hantaran udara 500 kV, polusi telah menyebabkan terjadinya lewat-denyar lebih dari 75 kali untuk konfigurasi rentengan vertikal, sedangkan untuk konfigurasi rentengan Vee dan horisontal tidak terjadi lewat-denyar. Kejadian ini juga terjadi pada sistem hantaran udara 135 dan 220 kV di lembah Latrobe, Australia, pada saluran-saluran tersebut telah terjadi 25 kali lewat-denyar dalam selang waktu tiga bulan. Semuanya terjadi pada konfigurasi rentengan vertikal. I. Kimoto melakukan pengukuran dalam waktu yang lama, yaitu dengan jalan memasang isolator di udara terbuka dalam waktu yang lama, dengan hasil sebagai berikut:

Rentengan horisontal menghasilkan kepadatan timbunan garam yang lebih kecil daripada rentengan vertikal. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa kepadatan timbunan garam pada rentengan horisontal 6 50% dari kepadatan timbunan garam pada rentengan vertikal.

Kepadatan rentengan Vee 6 80% dari kepadatan timbunan garam rentengan vertikal.

4.5. BAHAN ISOLASI CAIR

Isolasi berfungsi untuk memisahkan bagian bagian yang mempunyai beda tegangan agar supaya diantara bagian bagian tersebut tidak terjadi lompatan listrik (flsh-over) atau percikan (spark-over). Kegagalan isolasi pada peralatan tegangan tinggi yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinyuitas sistem menjadi terganggu. Dari beberapa kasus yang terjadi menunjukkan bahwa kegagalan isolasi ini berkaitan dengan adanya partial discharge. Partial discharge ini dapat terjadi pada material isolasi padat, material ioslasi cair dan juga material isolasi gas. Mekanisme kegagalan pada material isolasi padat meliputi kegagalan asasi (intrinsik), elektro mekanik, streamer, termal dan kegagalan erosi. Pada material isolasi gas kegagalan terutama disebabkan oleh mekanisme Townsend dan mekanisme streamer. Sedangkan kegagalan pada material isolasi cair disebabkan oleh adanya kavitasi, adanya butiran pada zat cair dan tercampurnya material isolasi



cair. Kegagalan material isolasi cair (Minyak Transformator) akan dijelaskan lebih lanjut.

4.5.1. Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan, antara lain yang pertama

adalah isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen. Kedua isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi. Ketiga isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge). Namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi.

Beberapa macam faktor yang diperkirakan mempengaruhi kegagalan minyak transformator seperti luas daerah elektroda, jarak celah (gap spacing), pendinginan, perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak ), pengaruh kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta kondisi pengujian atau minyak transformator itu sendiri juga mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator.

Kegagalan isolasi (insulation breakdown, insulation failure) disebabkan karena beberapa hal antara lain isolasi tersebut sudah lama dipakai, berkurangnya kekuatan dielektrik dan karena isolasi tersebut dikenakan tegangan lebih. Pada perinsipnya tegangan pada isolator merupakan suatu tarikan atau tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya dalam isolator itu sendiri agar supaya isolator tidak gagal. Dalam struktur molekul material isolasi, elektron-elektron terikat erat pada molekulnya, dan ikatan ini mengadakan perlawanan terhadap tekanan yang disebabkan oleh adanya tegangan. Bila ikatan ini putus pada suatu tempat maka sifat isolasi pada tempat itu hilang. Bila pada bahan isolasi tersebut diberikan tegangan akan terjadi perpindahan elektron-elektron dari suatu molekul ke molekul lainnya sehingga timbul arus konduksi atau arus bocor. Karakteristik isolator akan berubah bila material tersebut kemasukan suatu ketidakmurnian (impurity) seperti adanya arang atau kelembaban dalam isolasi yang dapat menurunkan tegangan gagal.

Gradien tegangan dv/dx yang melalui sebuah isolator tidak konstan walaupun elektrodanya adalah pelat pelat sejajar, gradien tegangan paling curam terjadi dekat kepingan-kepingan. Bila dimensinya besar dibandingkan dengan jarak antara kedua pelat maka pada bagian tengah antara kedua pelat gradiennya seragam.

Berikut ini beberapa faktor yang mempengaruhi mekanisme kegagalan yaitu :

Partikel Ketidak murnian memegang peranan penting dalam kegagalan isolasi. Partikel debu atau serat selulosa dari sekeliling dielektrik padat selalu tertinggal dalam cairan. Apabila diberikan suatu medan listrik maka partikal ini akan terpolarisasi. Jika partikel ini memiliki permitivitas e yang2 lebih besar dari permitivitas carian e 1, suatu gaya akan terjadi pada partikel yang mengarahkannya ke daerah yang memiliki tekanan elektris maksimum diantara elektroda elektroda. Untuk partikel berbentuk bola (sphere) dengan jari jari r maka besar gaya F adalah :



Jika partikel tersebut lembab atau basah maka gaya ini makin kuat karena permitivitas air tinggi. Partikel yang lain akan tertarik ke daerah yang bertekanan tinggi hingga partikel partikel tersebut bertautan satu dengan lainnya karena adanya medan. Hal ini menyebabkan terbentuknya jembatan hubung singkat antara elektroda. Arus yang mengalir sepanjang jembatan ini menghasilkan pemanasan lokal dan menyebabkan kegagalan.

Air Air yang dimaksud adalah berbeda dengan partikel yang lembab. Air sendiri akan ada dalam minyak yang sedang beroperasi/dipakai. Namun demikian pada kondisi operasi normal, peralatan cenderung untuk mambatasi kelembaban hingga nilainya kurang dari 10 %. Medan listrik akan menyebabkan tetesan air yang tertahan didalam minyak yang memanjang searah medan dan pada medan yang kritis, tetesan itu menjadi tidak stabil. Kanal kegagalan akan menjalar dari ujung tetesan yang memanjang sehingga menghasilkan kegagalan total.

Gelembung Pada gelembung dapat terbentuk kantung kantung gas yang terdapat dalam lubang atau retakan permukaan elektroda, yang dengan penguraian molekul molekul cairan menghasilkan gas atau dengan penguatan cairan lokal melalui emisi elektron dari ujung tajam katoda. Gaya elektrostatis sepanjang gelembung segera terbentuk dan ketika kekuatan kegagalan gas lebih rendah dari cairan, medan yang ada dalam gelembung melebihi kekuatan uap yang menghasilakn lebih banyak uap dan gelembung sehingga membentuk jembatan pada seluruh celah yang menyebabkan terjadinya pelepasan secara sempurna.

4.5.2. SIFAT-SIFAT LISTRIK CAIRAN ISOLASI Sifat sifat listrik yang menentukan unjuk kerja cairan sebagai isolasi adalah :

Withstand Breakdown kemampuan untuk tidak mengalami kegagalan dalam kondisi tekanan listrik (electric stress ) yang tinggi.

Kapasitansi Listrik per unit volume yang menentukan permitivitas relatifnya.

Minyak petroleum merupakan subtansi nonpolar yang efektif karena meruapakan campuran cairan hidrokarbon. Minyak ini memiliki permitivitas kira-kira 2 atau 2.5 . Ketidak bergantungan permitivitas subtansi nonpolar pada frekuensi membuat bahan ini lebih banyak dipakai dibandingkan dengan bahan yang bersifat polar. Misalnya air memiliki permitivitas 78 untuk frekuensi 50 Hz, namun hanya memiliki permitivitas 5 untuk gelombang mikro.

Faktor daya Faktor dissipasi daya dari minyak dibawah tekanan bolak balik dan tinggi akan menentukan unjuk kerjanya karena dalam kondisi berbeban terdapat sejumlah rugi rugi dielektrik. Faktor dissipasi sebagai ukuran rugi rugi daya



merupakan parameter yang penting bagi kabel dan kapasitor. Minyak transformator murni memiliki faktor dissipasi yang bervariasi antara 10-4 pada 20 o -3 oC dan 10 pada 90 C pada frekuensi 50 Hz.

Resistivitas Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resitivitasnya lebih besar dari 109 W-m. Pada sistem tegangan tinggi resistivitas yang diperlukan untuk material isolasi adalah 1016 W-m atau lebih. (W=ohm)

4.5.3. KEKUATAN DIELEKTRIK Kekuatan dielektrik merupakan ukuran kemampuan suatu material untuk bisa

tahan terhadap tegangan tinggi tanpa berakibat terjadinya kegagalan. Kekuatan dielektrik ini tergantung pada sifat atom dan molekul cairan itu sendiri. Namun demikan dalam prakteknya kekuatan dielektrik tergantung pada material dari elektroda, suhu, jenis tegangan yang diberikan, gas yang terdapat dalam cairan dan sebagainya yang dapat mengubah sifat molekul cairan. Dalam isolasi cairan kekuatan dielektrik setara dengan tegangan kegagalan yang terjadi.

Dalam upaya memberikan gambaran tentang kekuatan dielektrik maka akan lebih memudahkan bila dua dielektrik seri ditinjau. Dalam hal ini medan dianggap seragam, arus bocor diabaikan dan konsentrasi fluks pada pinggiran juga diabaikan.

Oleh karena perpindahan (displacement) netral sama, maka :

En1 En2 Dn1=Dn2

e1En1=e E2 n2

x x1 2 En1=(v /x ) dan E1 1 n2=(v /x2 2)

e1, e adalah permitivitas 2

v , v1 2 adalah tegangan tiap dielektrik



Jika n buah dielektrik dalam hubungan seri maka gradien atau kuat medannya pada titik x adalah :

Jika terdapat lapisan udara, minyak dan padat yang tebalnya 0.5 inci dengan permitivitas masing-masing 1, 2 dan 4; tegangan V=280 kV. Berdasarkan rumus diatas gradien tegangan udara 320 volt/mil, minyak 160 volt/mil dan bahan padat 80 volt/mil. Oleh karena itu udara mulai gagal saat 54 volt/mil, minyak pada saat 200 volt/mil dan bahan padat pada saat 25- - 300 volt/mil.

4.5.4. PENGUJIAN KUALITAS MINYAK TRANSFORMATOR

1. Pengujian kekuatan elektrik minyak Transformator

Kekuatan listrik merupakan karakteristik penting dalam material isolasi. Jika kekuatan listrik rendah minyak transformator dikatakan memiliki mutu yang jelek. Hal ini sering terjadi jika air dan pengotor ada dalam minyak transformator. Pengujian perlu dilakukan untuk mengetahui kegagalan minyak transformator.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam melakukan uji kegagalan ini antara lain:

Jarak elektroda 2.5 mm Bejana dan elektroda harus benar-benar kering dan bersih

setiap sebelum pengujian, elektroda harus dicuci dengan minyak transformator yang akan diuji.

Minyak yang akan diuji harus diambil dengan alat yang benar-benar bersih, minyak pertama yang keluar dibuang supaya kran-kran menjadi bersih. Minyak lama pada waktu pertama alirannya dibuang.

Botol tempat minyak transformator ditutup dengan lilin supaya kotoran dan uap air tidak masuk.

2. Pengujian Viskositas Minyak Transformator

Viskositas minyak adalah suatu hal yang sangat penting karena minyak transformator yang baik akan memiliki viskositas yang rendah, sehingga dapat bersirkulasi dengan baik dan akhirnya pendinginan inti dan belitan trasformator dapat berlangsung dengan baik pula.

3. Titik Nyala (flash point)

Temperatur ini adalah temperatur campuran antara uap dari minyak dan udara yang akan meledak (terbakar) bila didekati dengan bunga api kecil. Untuk



mencegah kemungkinan timbulnya kebakaran dari peralatan dipilih minyak dengan titik nyala yang tinggi. Titik nyala dari minyak yang baru tidak boleh lebih kecil dari 135 oC, sedangkan suhu minyak bekas tidak boleh kurang dari 130 oC. Untuk mengetahui titik nyala minyak transformator dapat ditentukan dengan menggunakan alat Close up tester.

4. Pemurnian Minyak Transformator

Minyak transformator dapat terkontaminasi oleh berbagai macam pengotor seperti kelembaban, serat, resin dan sebagainya. Ketidakmurnian dapat tinggal di dalam minyak karena pemurnian yang tidak sempurna. Pengotoran dapat terjadi saat pengangkutan dan penyimpanan, ketika pemakaian, dan minyak itu sendiri pun dapat membuat pengotoran pada dirinya sendiri.

Beberapa metode pemurnian minyak transformator dijelaskan dalam bagian berikut ini

a). Mendidihkan (boiling)

Minyak dipanaskan hingga titik didih air dalam alat yang disebut Boiler. Air yang ada dalam minyak akan menguap karena titik didih minyak lebih tinggi dari pada titik didih air. Metode ini merupakan metode yang paling sederhana namun memiliki kekurangan. Pertama hanya air yang dipindahkan dari minyak, sedangkan serat, arang dan pengotor lainnya tetap tinggal. Kedua minyak dapat menua dengan cepat karena suhu tinggi dan adanya udara.

Kekurangan yang kedua dapat diatasi dengan sebuah boiler minyak hampa udara (vacum oil boiler). Alat ini dipakai dengan minyak yang dipanaskan 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. Alat ini tidak menghilangkan kotoran pada kendala pertama, sehingga pengotor tetap tinggal.

b). Alat Sentrifugal (Centrifuge reclaiming) Air serat, karbon dan lumpur yang lebih berat dari minyak dapat dipindahkan minyak setelah mengendap. Untuk masalah ini memerlukan waktu lama, sehingga untuk mempercepatnya minyak dipanaskan hingga 45 - 55 oC dan diputar dengan cepat dalam alat sentrifugal. Pengotor akan tertekan ke sisi bejana oleh gaya sentrifugal, sedangkan minyak yang bersih akan tetap berada ditengah bejana. Alat ini mempunyai efesiensi yang tinggi. Alat sentrifugal hampa merupakan pengembangannya.

Bagian utama dari drum adalah drum dengan sejumlah besar piring / pelat (hingga 50) yang dipasang pada poros vertikal dan berputar bersama-sama. Karena piring mempunyai spasi sepersepuluh millimeter, piring piring ini membawa minyak karena gesekan dan pengotor berat ditekan keluar.



c). Penyaringan (Filtering) Dengan metode ini minyak disaring melalui kertas penyaring sehingga pengotor tidak dapat melalui pori-pori penyaring yang kecil, sementara embun atau uap telah diserap oleh kertas yang mempunyai hygroscopicity yang tinggi. Jadi filter press 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.

d). Regenerasi (Regeneration)

Produk-produk penuaan tidak dapat dipindahkan dari minyak dengan cara sebelumnya. Penyaringan hanya baik untuk memindahkan bagian endapan yang masih tersisa dalam minyak. Semua sifat sifat minyak yang tercemar dapat dipindahkan dengan pemurnian menyeluruh yang khusus yang disebut regenerasi.

Dalam dengan menggunakan absorben untuk regenerasi minyak transformator sering dipakai di gardu induk dan pembangkit. Adsorben adalah substansi yang partikel partikelnya dapat menyerap produk produk penuaan dan kelembaban pada permukaannya. Hal yang sama dilakukan adsorben dalam ruang penyaring tabung gas yang menyerap gas beracun dan membiarkan udara bersih mengalir. Regenerasi dengan adsorben dapat dilakukan lebih menyeluruh bila minyak dicampur dengan asam sulfur.

Ada dua cara merawat minyak dengan adsorben yaitu :

Pertama, minyak yang dipanasi dapat dicampur secara menyeluruh dengan adsorben yang dihancurkan dan kemudian disaring.

Kedua, minyak yang dipanaskan dapat dilewatkan melalui lapisan tebal adsorben yang disebut perkolasi.

Adsorben untuk regenerasi minyak transformator terdiri dari selinder yang dilas dengan lubang pada dasarnya dimana adsorber ditempatkan dengan minyak yang dipanaskan (80-100o C) hingga mengalir ke atas melalui adsorber. Ketika minyak mengalir ke atas, filter tersumbat oleh partikel halus adsorber dan udara dibersihkan dari adsorber lebih cepat dan lebih menyeluruh pada awalnya. Adsorber yang digunakan untuk regenerasi minyak transformator kebanyakan yang terbuat silica gel dan alumina atau sejenis tanah liat khusus yang dikenal sebagai pemutih (bleaching earth), lempung cetakan (moulding clay).

Transformator tentunya harus diistirahatkan (deenergized) ketika minyaknya akan dimurnikan atau diregenerasi dengan salah satu metode diatas, walaupun demikian hal di atas dapat dilaksanakan dalam keadaan berbeban jika dilakukan perlakuan khusus. Pengembangan metode regenerasi minyak transformator dalam kedaan berbeban adalah dengan filter pemindah pemanas (thermal siphon filter) yang dihubungkan



dengan tangki minyak transformator. Filter ini diisi dengan adsorben sebanyak 1 % dari berat minyak transformator.

4.5.5. PENGUKURAN KONDUKTIVITAS ARUS SEARAH MINYAK TANSFORMATOR Konduktivitas minyak (k) sangat tergantung pada kuat medan, suhu dan

pengotoran. Nilai konduktivitas diakibatkan oleh pergerakan ion. Pengukuran k dapat menunjukkan tingkat kemurnian minyak transformator. Penguraian pengotor elektrolitik menghasilkan ion positif dan negatif . Untuk satu jenis ion dengan muatan q denmgan rapat ion n1 1 maka kontribusi rapat arus yang ditimbulkan pada kuat medan E yang tidak terlalu tinggi adalah :

S =q1 1n v1 1 S =q1 1n E 1

dimana v dan n1 1 adalah kecepatan dan mobilitas ion. Mobilitas ion akan bernilai konstan hanya jika berlaku hukum Ohm. Jika terdapat kuat medan tertentu dalam medan dielektrik, maka akan berlangsung mekanisme kompensasi yang menyeimbangkan kerapatan berbagai jenis ion hingga tercapai keseimbangan antara penciptaan, rekombinasi serta kebocoran ion terhadap elektroda elektroda. Karena mobilitas ion yang berbeda, maka mekanisme juga berlaku dengan laju yang berbeda pula sehingga nilai k merupakan fungsi waktu. Oleh karena itu dalam mengukur nilai k dianjurkan untuk menunggu beberapa saat misalnya 1 menit hingga mekanisme transien hilang.

Susunan elektroda yang dgunakan dalam mengukur nilai k harus dilengkapi dengan elektroda cincin pengaman untuk menghilangkan pengaruh pada bidang batas dan arus arus permukaan yang dibumikan secara langsung.

Gambar susunan elektroda untuk tegangan searah

1.Elektroda tegangan tinggi 2.Elektroda ukur 3.Elektroda cincin pengaman

Medan elektrik sedapat mungkin dibuat homogen. Disamping elektroda pelat umumnya digunakan elektroda selinder koaksial. Jika diterapkan tegangan U untuk medan homogen seluas A dan besar sel S maka nilai k dapat dihitung dari nilai arus I sebagai berikut

k = (I.S) / U A



Arus yang terukur umumnya berkisar beberapa kiloampere. Untuk itu dapat digunakan galvanometer kumparan putar yang peka ataupun pengukur arus dengan penguat elektronik yang jauh lebih peka.

Pengukuran Faktor Dissipasi Minyak Transformator Rugi dielektrik dari suatu isolasi dengan kapasitansi C pada frekuensi jala jala w dapat dihitung dengan menggunakan faktor disipasi sebagai berikut :

Pdiel = U2w C tan d

Besar rugi dielektrik dapat diukur dengan jembatan Schering

Gambar Jembatan Schering

Rangkaian untuk mengukur Kapasitansi dan faktor dissipasi dengan Jembatan Schering

Kapasitansi Cx dan faktor dissipasi tan d harus diukur sebagai fungsi tegangan uji U dengan menggunakan rangkaian di atas. Tegangan yang dibangkitkan oleh transformator tegangan tinggi T diukur dengan kapasitor CM dan alat ukur tegangan puncak SM. Tabung uji diparalelkan dengan kapasitor standar dengan nilai kapasitansi C =28 pF. 2

Tembus jembatan serat dalam minyak Isolasi Setiap bahan igolasi cair mengandung pengotor makroskopik berupa partikel

partikel serta selulosa, kapas dan lain sebagainya. Jika partikel itu menyerap embun maka akan bekerja gaya yang bergerak menuju daerah dengan kuat medan yang lebih tinggi dan mengarahkannya sesuai dengan arah medan E. Muatan dengan polaritas yang berlawanan akan diinduksikan pada ujung ujungnya sehingga mengarah mengikuti arah medan. Kedaaan ini menciptakan saluran konduktif yang menjadi panas akibat rugi rugi resistif sehingga menguapkan embun yang terkandung dalam partikel. Tembus kemudian terjadi pada tegangan yang relatif rendah yang digambarkan sebagai tembus termal lokal pada bagian yang cacat.



Gambar Jembatan Schering

4.5.6. Prosedur Pengujian Tegangan Gagal Minyak Transformator

dengan Berbagai Macam Elektroda. Berbagai macam elektroda yang digunakan untuk pengetesan ini dimaksudkan

untuk mendapatkan hasil pengujian kegagalan minyak transformator dalam keadan volume minyak tertekan, medan seragam dan tak seragam. a. Pemrosesan Minyak Transformator (Oil processing)

Kekuatan dielektrik dari minyak transformator sangat dipengaruhi oleh pemrosesan dan kondisi pengujian, karean menentukan kualitas dari minyak transformator selama pengujian. Sifat minyak akan hilang melalui uap lembab, gas, ketidakmurnian, dan pengisian kedalam tangki pengujian. Kualitas minyak harus dicek secara periodik dengan oil cup tester, sehingga dapat diperoleh informasi bahwa pengurangan kekuatan elektrik dari minyak transformator diabaikan jika tangki ditutup 4 hari. Jika kekuatan dielektrik minyak menurun dari nilai awal 65 kV/25 mm sampai 55 kV/2.5 mm, atau jika lebih dari 4 hari setelah diisi minyak, maka minyak harus diganti.

b. Penerapan Tegangan Tegangan AC dan tegangan impuls biasanya digunakan dalam pengujian. Pengujian dengan tegangan AC dapat diperoleh dengan Steady voltage raising method dan Withstand voltage method, dengan kenaikan dari 5 sampai 10 % step, mulai 60 % dari ekspektasi breakdown voltage. Impuls voltage dibuat dengan up and down method dari 5 sampai 10 % step dari ekspektasi breakdown voltage. Probablitas pengujian kegagalan dapat diperoleh dalam 2 cara yaitu :

Tegangan AC naik pada kegagalan dengan kecepatan konstan 3 kV/sec. Prosedur ini diulang sampai 500 kali dalam interval 1 menit.

Voltage band antara 0 sampai 100 % breakdown voltage, yang dibagai dalam beberapa level.Tegangan Ac telah diaplikasi selama 1 menit 20 kali tiap level tegangan, sedangkan tegangan impuls telah diaplikasi 20 kali tiap level tegangan.



Analisis Kegagalan Minyak Transformator Beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator antara lain fenomena stabilisasi, perawatan sebelum penggunaan minyak dan elektroda ,pengaruh kecepatan minyak, pengaruh kapasitansi paralel terhadap sel pengujian, dan pengaruh daerah elektroda dan jarak celah.

1. Peralatan Percobaan

Untuk memahami analisis yang dilakukan terlebih dahulu meninjau sekilas tentang prosedur dan alat percobaan yang dipakai dalam kegagalan minyak transformator.

Ada 3 jenis elektroda yang sering digunakan dalam percobaan yaitu Elektroda baja yang ringan dan kecil (berdiameter 10 mm), Elektroda kuningan-Bruce profil dengan luas daerah yang datar dan Elektroda baja selinderis koaksial dengan jarak celah dalam rentang yang lebar.

2. Prosedur pembersihan Persiapan elekroda pertama tama adalah pencucian dengan trichloroethylene, penggosokan permukaan secara standar dengan 1000 grade kertas silikon karbid, kemudian dicuci dalam campuran air panas dan larutan sabun, pengeringan dan pemindahan debu dengan karet busa sintetis, pembilasan dengan air panas dan air suling. Elektroda dikeringkan dalam kabinet berlainan udara yang bersekat-sekat dan akhirnya digosok dengan tissue kain tiras lensa dengan memakai acetone setelah itu memakai trichloroethylene. Sisa sambungan elektroda dicuci dengan air panas dan larutan sabun dan dibilas sesuai dengan prosedur diatas tiap kali setalah pengujian. 3. Pengujian Elektrik Semua pengujian dilakukan dengan gelombvang sinus tegangan Ac dengan frekuensi 50 Hz.Tegangan yang diberian dinaikkan secara seragam dalam semua pengujian dengan hargarata rata 2 kV/detik. Sebuag CB dihubungkan ke sisi primer transformator dengan tujuan untuk memutus arus gangguan, yang jika arus gangguan dibiarkan terlalu lama akan mengakibatkan karbonisasi dan akan melubangi elektroda.



4. Hasil Percobaan Stabilisasi.

Setelah pengujian berturut turut, kekuatan dielektrik rata rata minyak mencapai tingkat yang stabil. Stabiliasi ini dipengaruhi oleh berbagai macam faktor seperti daerah elektroda, jarak celah, kualitas minya, energi yang dilepas dalam celah, elektroda pre treatment dan waktu antara kegagalan. Stabilisasi dipengaruhi oleh daerah elektroda. Untuk jenis elektroda baja selinderis yang besar, nilai stabil setelah kira kira 20 kegagalan, sedang untuk elektroda kuningan dan elektroda baja kecil, nilai menjadi stabil setelah kira kira 10 atau 5 kali kegagalan. Kualitas minyak dalam celah dapat berubah oleh sirkulasi yang kontiyu atau oleh perubahan porositas filter. Dalam banyak hal sirkulasi kontinyu minyak dalam celah selama pengujian dengan kecepatan 3 cm/detik meningkatkan persentase perbedaan antara kegagalan pertama dan tingkat stabil, tanpa merubah jumlah breakdown sebelum mencapai tingkat stabil. Stabilisasi juga dapat dikaitkan dengan pemindahan ketidak teraturan permukaan. Suatu perubahan pada porositas penyaring minyak (dari 6 m m ke 15 m m) hanya merubah persentase perbedaan antara nilai pertama dan nilai stabil (Plateu). Makin kasar permukaan elektroda maka makin lama periode stabilisasi. Dari hasil pengamatan diperoleh bahwa elektroda yang mendapat perlakuan gosokan kertas ampelas kualitas 320 mencapai nilai stabil setelah 15 atau 20 kali kegagalan, dan yang digosok dengan kertas ampelas kualitas terbaik praktis menunjukkan tiadanya stabilisasi. Beberapa stabilisasi dikarenakan terutama oleh pemindahan secara kasar gas yang diserap oleh permukaan elektroda selama perlakuan awal (pretreatment).

Kualitas Minyak

o Ketidak murnian minyak dapat diklasifikasikan kedalam empat (4) kelompok yaitu:

o Partikel debu atau fiber terlah ada dalam cairan. Partikel ini menurunkan kekuatan dielektrik minyak dan partikel partikel ini dapat meloloskan diri dari proses filterasi jika ukurannya sangat kecil

o Partikel yang dihasilkan oleh discharge terdahulu yang biasanya berupa partikel karbon yang dihasilkan dari penguraian minyak atau partikel metalik yang dipindahkan dari permukaan elektroda oleh discharge.

o Air o Bahan tambahan (additive) yang sengaja diberikan kedalam minyak untuk

merubah sifat elektrisnya.



Perilaku ketidak murnian dan atau ketidakmurnian dengan konstanta dielektrik yang lebih tinggi daripada cairan tertarik ke dalam daerah tekanan elektrik tinggi dan bahkan membentuk suatu partikel jembatan yang memungkinkan mengarah ke breakdown. Perubahan porositas filter minyak (dari 6 m m menjadi 15m m) menandai adanya pengurangan kekuatan dielektrik rata rata sekitar 12 % dengan pengujian menggunakan elektroda Bruce dengan jarak celah 1.2 mm dan 4 mm.

Pengaruh Kapasitansi Eksternal. Sumber impedansi yang terlihat pada pengujian lebar celah mencakup kapasitansi sumber tegangan dan kapasitansi dari dari sel pengujian. Kedua komponen ini mempengaruhi bentuk gelombang arus discharge pada saat breakdown. Komponen kedua dapa t dimodifikasi karena sel pengujian tergantung pada daerah elektroda dan lebar celah. Modifikasi dapat dilakukan dengan menambah secara paralel dengan sel pengujian berbagai macam nilai kapasitor.

Pengaruh Lebar Celah dan Daerah Elektroda Hasil pengamatan yang telah dilakukan oleh peneliti menunjukkan bahwa pengaruh celah mendekati 80 kV/cm/dekade perubahan. Variasi rata rata tegangan breakdown dengan logaritma lebar celah dapat dinyatakan dengan hubungan persamaan V = K d n, dimana K adalah konstanta, d adalah lebar celah dan n adalah faktor eksponensial yang bernilai antara 0 dan 1.

Kekuatan dielektrik turun dengan naiknya luasan daerah elektroda, namun pengurangan perdekade tidak akan bernilai yang sama untuk seluruh range daerah elektroda yang diuji. Hubungan yang tidak linier ini terjadi antara kekuatan dilektrik dan logaritma luasan elektroda yang diamati.

Kesimpulan Dari hasil pembahasan dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain:



1. Hasil pengujian kualitas minyak transformator tidak lepas dari sifat sifat listrik yang dimilikinya yaitu : permitivitas, resistivitas, faktor dissipasi daya dan kekuatan dielektrik.

2. Pengujian minyak transformator dilakukan dengan menggunakan berbagai macam elektroda untuk mengetahui lebih rinci tentang kegagalan minyak transformator dalam kondisi tertekan, medan seragam maupun tak seragam.

3. Aliran minyak terlihat penting dan mempengaruhi kegagalan minyak transformator walaupun dalam kecepatan yang hanya beberapa cm/detik.

4. Membesarnya pengaruh lebar celah terhadap kekuatan dielektrik dikarenakan semakin cepatnya akumulasi partikel besar dalam celah yang memasuki volume tertekan melalui daerah medan seragam dan tak seragam pada pangkal elektroda.

5. Percobaan dengan elektroda kuningan dan baja ringan menunjukkan bahwa kekuatan dielektrik tergantung pada beberapa macam faktor seperti stabilisasi, luasan elektroda, lebar celah, kecepatan pengaliran minyak dan kapasitani dari sel uji.

4.5.7. JENIS-JENIS PENGUJIAN YANG DILAKSANAKAN ATAS TRAFO SETELAH DIPERBAIKI SEBAGAI BERIKUT:

Pengujian ketahanan isolasi. Pengujian perbandingan transformasi pada beban kosong. Pengujian tahanan belitan pada sisi primer dan sekunder. Pengujian rugi-rugi besi. Pengujian rugi-rugi tembaga. Pengujian efisiensi trafo. Pengujian tegangan tembus dielectric pada frekuensi 50 Hz, pada sisi primer

dan sekunder. Pengujian tegangan induksi pada 340 Hz. Pengujian polaritas. Pengujian tegangan tembus oli. Pengujian tegangan nominal trafo.

4.6. KEGAGALAN ISOLASI Isolasi berfungsi untuk memisahkan bagian bagian yang mempunyai beda

tegangan agar supaya diantara bagian bagian tersebut tidak terjadi lompatan listrik (flsh-over) atau percikan (spark-over). Kegagalan isolasi pada peralatan tegangan tinggi yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinyuitas sistem menjadi terganggu. Dari beberapa kasus yang terjadi menunjukkan bahwa kegagalan isolasi ini berkaitan dengan adanya partial discharge. Partial discharge ini dapat terjadi pada material isolasi padat, material ioslasi cair dan juga material isolasi gas. Mekanisme kegagalan pada material isolasi padat meliputi kegagalan asasi (intrinsik), elektro mekanik, streamer, termal dan kegagalan erosi. Pada material isolasi gas kegagalan terutama disebabkan oleh mekanisme Townsend dan mekanisme streamer. Sedangkan kegagalan pada material isolasi cair disebabkan oleh adanya kavitasi, adanya butiran pada zat cair dan tercampurnya material isolasi cair.



Dan untuk lebih jelasnya, kegagalan isolasi baik itu isolasi cair, isolasi padat, dan isolasi gas akan dibahas dibawah ini.

4.6.1. KEGAGALAN ISOLASI CAIR

A) MEKANISME KEGAGALAN ISOLASI CAIR

Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan, antara lain yang pertama adalah isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen. Kedua isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi. Ketiga isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge). Namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi.

Beberapa macam faktor yang diperkirakan mempengaruhi kegagalan minyak transformator seperti luas daerah elektroda, jarak celah (gap spacing), pendinginan, perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak ), pengaruh kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta kondisi pengujian atau minyak transformator itu sendiri juga mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator.

Berikut ini beberapa faktor yang mempengaruhi mekanisme kegagalan yaitu :

Partikel Ketidak murnian memegang peranan penting dalam kegagalan isolasi. Partikel debu atau serat selulosa dari sekeliling dielektrik padat selalu tertinggal dalam cairan. Apabila diberikan suatu medan listrik maka partikal ini akan terpolarisasi. Jika partikel ini memiliki permitivitas e yang2 lebih besar dari permitivitas carian e 1, suatu gaya akan terjadi pada partikel yang mengarahkannya ke daerah yang memiliki tekanan elektris maksimum diantara elektroda elektroda. Jika partikel tersebut lembab atau basah maka gaya ini makin kuat karena permitivitas air tinggi. Partikel yang lain akan tertarik ke daerah yang bertekanan tinggi hingga partikel partikel tersebut bertautan satu dengan lainnya karena adanya medan. Hal ini menyebabkan terbentuknya jembatan hubung singkat antara elektroda. Arus yang mengalir sepanjang jembatan ini menghasilkan pemanasan lokal dan menyebabkan kegagalan.

Air Air yang dimaksud adalah berbeda dengan partikel yang lembab. Air sendiri akan ada dalam minyak yang sedang beroperasi/dipakai. Namun demikian pada kondisi operasi normal, peralatan cenderung untuk mambatasi kelembaban hingga nilainya kurang dari 10 %. Medan listrik akan menyebabkan tetesan air yang tertahan didalam minyak yang memanjang searah medan dan pada medan yang kritis, tetesan itu menjadi tidak stabil. Kanal kegagalan akan menjalar dari ujung tetesan yang memanjang sehingga menghasilkan kegagalan total.



Gelembung Pada gelembung dapat terbentuk kantung kantung gas yang terdapat dalam lubang atau retakan permukaan elektroda, yang dengan penguraian molekul molekul cairan menghasilkan gas atau dengan penguatan cairan lokal melalui emisi elektron dari ujung tajam katoda. Gaya elektrostatis sepanjang gelembung segera terbentuk dan ketika kekuatan kegagalan gas lebih rendah dari cairan, medan yang ada dalam gelembung melebihi kekuatan uap yang menghasilakn lebih banyak uap dan gelembung sehingga membentuk jembatan pada seluruh celah yang menyebabkan terjadinya pelepasan secara sempurna.

B) SIFAT-SIFAT LISTRIK CAIRAN ISOLASI

Sifat sifat listrik yang menentukan unjuk kerja cairan sebagai isolasi adalah :

Withstand Breakdown kemampuan untuk tidak mengalami kegagalan dalam kondisi tekanan listrik (electric stress ) yang tinggi.

Kapasitansi Listrik per unit volume yang menentukan permitivitas relatifnya. Minyak petroleum merupakan subtansi nonpolar yang efektif karena meruapakan campuran cairan hidrokarbon. Minyak ini memiliki permitivitas kira-kira 2 atau 2.5 . Ketidak bergantungan permitivitas subtansi nonpolar pada frekuensi membuat bahan ini lebih banyak dipakai dibandingkan dengan bahan yang bersifat polar. Misalnya air memiliki permitivitas 78 untuk frekuensi 50 Hz, namun hanya memiliki permitivitas 5 untuk gelombang mikro.

Faktor daya

Faktor dissipasi daya dari minyak dibawah tekanan bolak balik dan tinggi akan menentukan unjuk kerjanya karena dalam kondisi berbeban terdapat sejumlah rugi rugi dielektrik. Faktor dissipasi sebagai ukuran rugi rugi daya merupakan parameter yang penting bagi kabel dan kapasitor. Minyak transformator murni memiliki faktor dissipasi yang bervariasi antara 10-4 pada 20 o -3C dan 10 pada 90oC pada frekuensi 50 Hz.

Resistivitas Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resitivitasnya lebih besar dari 109 W-m. Pada sistem tegangan tinggi resistivitas yang diperlukan untuk material isolasi adalah 1016 W-m atau lebih. (W=ohm)

C) KEKUATAN DIELEKTRIK

Kekuatan dielektrik merupakan ukuran kemampuan suatu material untuk bisa tahan terhadap tegangan tinggi tanpa berakibat terjadinya kegagalan. Kekuatan dielektrik ini tergantung pada sifat atom dan molekul cairan itu sendiri. Namun demikan dalam prakteknya kekuatan dielektrik tergantung pada material dari elektroda, suhu, jenis tegangan yang diberikan, gas yang terdapat dalam cairan dan sebagainya yang dapat mengubah sifat molekul cairan. Dalam isolasi cairan kekuatan dielektrik setara dengan tegangan kegagalan yang terjadi.



Jika terdapat lapisan udara, minyak dan padat yang tebalnya 0.5 inci dengan permitivitas masing-masing 1, 2 dan 4; tegangan V=280 kV. Berdasarkan rumus diatas gradien tegangan udara 320 volt/mil, minyak 160 volt/mil dan bahan padat 80 volt/mil. Oleh karena itu udara mulai gagal saat 54 volt/mil, minyak pada saat 200 volt/mil dan bahan padat pada saat 25- - 300 volt/mil.

4.6.2. KEGAGALAN ISOLASI PADAT

Mekanisme Kegagalan Bahan Isolasi Padat

Uraian masing masing jenis kegagalan pada bahan isolasi padat adalah :

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 ini terjadi 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

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.

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.

4.6.3. KEGAGALAN ISOLASI GAS

Mekanisme Kegagalan Isolasi Gas

Proses dasar dalam kegagalan isolasi gas adalah ionisasi benturan oleh elektron. Ada dua jenis proses dasar yaitu :



Proses primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran elektron Proses sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran

elektron

Saat ini dikenal dua mekanisme kegagalan gas yaitu :

Mekanisme Townsend Mekanisme Streamer

1. Mekanisme Kegagalan Townsend

Pada proses primer, elektron yang dibebaskan bergerak cepat sehingga timbul energi yang cukup kuat untuk menimbulkan banjiran elektron.

2. 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 cepat dan banjiran elektron terjadi dalam sela dalam awan elektron yang membelakangi muatan ruang ion positif.

Lokasi dan Pengukuran Partial Discharge

Partial discharge yang merupakan peristiwa pelepasan/loncatan bunga api listrik pada suatu bagian dari bahan isolasi padat kemungkinan terjadinya meliputi pada :

o Rongga terhubung langsung pada elektroda o Rongga dalam isolasi o Rongga yang dipisahkan oleh elektroda o Permukaan elektroda o Titik elektroda yang berbentuk kanal o Rongga isolasi yang berbentuk kanal

Kesimpulan

1. Partial discharge merupakan proses atau peristiwa pelepasan/loncatan bunga api listrik yang terjadi pada suatu bagian bahan isolasi yang disebabkan oleh adanya beda potensial yang tinggi dalam bahan isolasi.

2. Partial discharge dapat terjadi pada bahan isolasi padat, bahan isolasi cair maupun bahan isolasi gas.

3. Kegagalan pada bahan isolasi padat meliputi : kegagalan intrinsik, kegagalan elektromekanik, kegagalan streamer, kegagalan termal dan kegagalan erosi.

4. Kegagalan pada bahan isolasi cair meliputi: 1. Kegagalan elektronik pada zat cair 2. Kegagalan gelembung (kavitasi) yang disebabkan oleh permukaan

elektroda yang tidak merata, adanya tabrakan elektron, penguapan cairan dan akibat perubahan suhu dan tekanan

3. Kegagalan bola cair dalam zat cair



4. Kegagalan butiran padat dalam zat cair 5. Mekanisme kegagalan pada bahan isoalsi gas meliputi mekanisme kegagalan

Townsend dan mekanisme kegagalan streamer


4.3. SIFAT-SIFAT LISTRIK DIELEKTRIK Bahan isolasi yang biasa dipergunakan pada isolator saluran udara yang dioperasikan pada tegangan tinggi (di atas 1 kV) adalah bahan porselin, bahan gelas serta bahan polymer (composite).4.4.1.1 Bahan Porselin (keramik)Di samping kelebihan-kelebihan di atas, isolator porselin mempunyai beberapa kekurangan, yaitu:1.2 Bahan Gelas

Isolator komposit (composite insulator) telah digunakan di beberapa negara lebih dari tiga dekade sebagai alternatif pengganti isolator porselin dan gelas. Isolator komposit menunjukkan performansi yang bagus pada beberapa kondisi, terutama untuk daerah berpolusi. Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh isolator polimer:1. Ringan, kepadatan material polimaer lebih rendah dibandingkan keranik maupun gelas, hal ini menyebabkan isolator polimer ringan, sehingga mudah dalam penanganan maupun instalasi. Menurut penggunaan dan konstruksinya, isolator pasangan luar (outdoor insulator) atau isolator saluran udara (overhead insulator) diklasifikasikan menjadi: isolator pasak (pin type insulator), isolator piring (suspension insulator), isolator batang panjang (long rod insulator), isolator pos saluran (line post insulator) dan isolator pos pin (pin post insulator). Isolator jenis pasak dapat dipergunakan sampai 80 kV. Isolator jenis ini terbuat dari porselin yang bagian bawahnya diberi tutup (cap) besi cor yang disemenkan pada porselin serta pasak baja yang disekrupkan padanya. Karena jenis ini dipakai sendiri (tidak dalam gandengan) serta kekuatan mekanisnya rendah, maka isolator pos saluarantidak dibuat dalam ukuran yang besar

4.5.1. Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair4.5.3. KEKUATAN DIELEKTRIK4.5.5. PENGUKURAN KONDUKTIVITAS ARUS SEARAH MINYAK TANSFORMATORPengukuran Faktor Dissipasi Minyak TransformatorTembus jembatan serat dalam minyak Isolasi

Analisis Kegagalan Minyak TransformatorKesimpulanMekanisme Kegagalan Bahan Isolasi PadatMekanisme Kegagalan Isolasi GasLokasi dan Pengukuran Partial Discharge

Kesimpulan

04-bahan isolasi

Documents