Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Geometri Kumparan dan ...
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tinjauan Umum Metode...
Transcript of BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tinjauan Umum Metode...
http://digilib.unimus.ac.id
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tinjauan Umum Metode Pengukuran Isolator
Dengan berkembangnya teknologi dan industri ketenagalistrikan serta
berkembangnya pengetahuan engineeringindustri tenaga listrik, energi listrik telah
dapat dibangun hingga level tegangan yang lebih tinggi sehingga dengan mudah
dapat ditransmisikan untuk jarak yang sangat jauh sekalipun. Perkembangan
peningkatan penggunaan level tegangan sistem tenaga listrik yang lebih tinggi
menambah kemampuan jaringan tenaga listrik menyalurkan energi listrik. Dengan
level tegangan yang lebih tinggi, energi yang tersalurkan akan menjadi lebih besar
dan lebih sedikit losses yang muncul sehingga penyaluran energi listrik untuk
jarak yang jauh dan dengan level tegangan yang lebih tinggi dapat dikatakan
sangat efektif dan efisien. Namun ada beberapa hal yang harus diperhatikan.
Meningkatnya level tegangan memperbesar biaya pembangunan tower penyangga
yang lebih tinggi dan penyediaan sistem isolasi yang lebih besar. Besarnya biaya
pembangunan sistem penyaluran tegangan tinggi dan tegangan ekstra tinggi
didominasi oleh besarnya biaya pengadaan sistem isolasinya. Sistem penyaluran
tegangan tinggi dan ekstra tinggi dikenali dari karakter sistem isolasinya yang
bervolume lebih besar. Dengan penghantar yang semakin besar dan berat yang
mengalirkan arus dan beban yang lebih tinggi, dibutuhkan dimensi isolasi yang
lebih besar, memiliki kekuatan mekanis yang lebih kuat dan lebih tahan terhadap
http://digilib.unimus.ac.id
pejanan energi listrik yang tinggi secara terus menerus sehingga mampu
menyangga dan mengisolasi penghantar dari sisi ground.
Pada jaringan transmisi tegangan tinggi dan ekstra tinggi, isolator yang
paling tepat untuk operasinya dibentuk dari material dielektrik seperti porselen
dan gelas. Bagian-bagiannya disusun menggunakan fitting logam. Dalam kondisi
operasi, perbedaan koefisien linier pemuaian fitting logam dengan dielektriknya
memungkinkan menyebabkan rusaknya dielektrik yaitu retak setelah beberapa
periode waktu. Dalam beberapa kasus, dielektrik mungkin telah memiliki
kerusakan internal yang akan yang akan mulai nampak dengan berjalannya waktu
apabila struktur isolator tidak cukup tebal. Penyerapan akan air dan material yang
bersifat konduktif dapat juga mengurangi atau bahkan menghilangkan fungsi dari
bagian dielektrik. Oleh sebab itu, akan menjadi hal yang sangat dibutuhkan bagi
suatu jaringan tegangan tinggi ataupun tegangan ekstra tinggi yang telah
beroperasi untuk beberapa periode waktu untuk mengganti isolator yang rusak
ataupun bagian-bagiannya. Penggantian material yang cacat sangat berpengaruh
besar pada peningkatan keandalan dari isolator tersebut dan mencegah dari
kegagalan total oleh kebocoran atau lewat denyar (flashover) dari konduktor ke
ground. [1]
Selama beberapa dekade, berbagai macam metode untuk mendeteksi
kerusakan dan kegagalan isolator dalam jaringan dalam kondisi jaringan tanpa
padam telah banyak ditemukan dan digunakan. Hal ini memberikan keuntungan
yaitu pelaksanaan pengawasan dan pengecekan dapat dilakukan tanpa
mengorbankan kualitas penyaluran tenaga listrik. Metode yang digunakan dapat
http://digilib.unimus.ac.id
dibagi menjadi 2 macam yaitu metode aktif dan metode pasif. Sebuah metode
dinyatakan sebagai metode aktif ketika beberapa atau sebuah sumber eksternal
tegangan tinggi diterapkan diseluruh keping isolator untuk benar-benar menguji
isolator hingga ke batas maksimalnya. Sampai sekarang, metode uji aktif lebih
banyak hanya digunakan di laboratorium atau toko penjualan isolator tersebut.
Sedangkan metode pasif dapat dianggap sebagai suatu cara pengujian atau
pengukuran isolator tanpa membutuhkan sumber energi eksternal lagi tetapi
mengukur berdasarkan suatu besaran suatu satuan yang ada pada isolator seperti
besar beda potensial , tahanan, atau medan listrik yang melingkupi isolator
tersebut . [2]
2.1.1. Pengukuran Isolator Dengan Metode Aktif
Salah satu contoh perangkat ukur yang menggunakan metode aktif adalah
perangkat tester pengukur kondisi isolator tegangan tinggi yang dibuat oleh
Arthur O. Austin pada tahun 1930 dan telah dipatenkan pada tahun 1933 (U.S.
Pat. No.1,923,565). Berdasarkan paten ini, sebuah probe berbentuk
garpubercabang diletakkan melintang pada isolator. Tegangan DC dibangkitkan
oleh sebuah generator DC (megger) diberikan pada isolator dan aliran arus yang
melalui isolator yang rusak dideteksi dan ditampilkan pada sebuah indikator arus.
Metode ini digolongkan dalam metode aktif karena menggunakan generator DC
(megger) sebagai sumber tegangan tinggi eksternal. Metode dan peralatan
berdasarkan paten ini memiliki beberapa kelemahan. Jaringan yang akan diukur
isolatornya harus dipadamkan selama pengetesan untuk menghindari
http://digilib.unimus.ac.id
melompatnya listrik ke perangkatukur dan juga untuk meyakinkan keselamatan
bagi personil yang melaksanakan pengetesan. Sebuah sumber energi terpisah
(seperti sebagai contoh, sebuah baterai) harus digunakan, sebagai tambahan dalam
penggunaan megger, untuk membangkitkan energi listrik belitan induksi primer
dari transformator yang juga merupakan bagian dari perangkat tes ini.[1]
(a)
http://digilib.unimus.ac.id
(b)
Gambar 2.1.(a) Sebuah gambar perwujudan desain perangkat ukur isolator yang
dibuat oleh Arthur O. Austin secara keseluruhan (fig1) dan diagram yang menampilkan
sebuah sirkuit koneksi yang dimodifikasi (fig3).
(b) Sebuah gambar yang sama dengan fig 1 dalam bentuk modifikasi yang berbeda
dalam bentuk yang lebih ringkas.
http://digilib.unimus.ac.id
Keterangan :
10 : Keping Isolator
11 : Keping Isolator
12 : Keping Isolator
13 : Keping Isolator
14 : Cross Arm
15 : Konduktor
16 : Tower/tiang
17 : Tongkat Konduktif
18 : Pegangan Berisolasi
19 : Garpu Cabang
20 : Garpu Cabang
21 : Pengisolasi Garpu Cabang
22 : Kabel berisolasi
23 : Kabel berisolasi
24 : Kumparan induksi sekunder
25 : Kumparan induksi primer
26 : Baterai
27 : Saklar
28 : Jangkar magnet
29 : Kondensator
30 : Kondensator
31 : Megger (perangkat ukur)
http://digilib.unimus.ac.id
32 : Kondensator
33 : Resistor
34 : Resistor
35 : Kabel berisolasi
36 : Kondensator
37 : Kondensator
38 : Kabel berisolasi
39 : Kabel berisolasi
40 : Resistor
41 : Kabel berisolasi
42 : Kabel berisolasi
43 : Sebuah gap (celah)
45 : Resistor
46 : Kabel berisolasi
47 : konduktor
Dalam ilustrasi fig 1, satu renceng isolator yang terdiri dari 10, 11, 12 dan
13 dipasang menggantung pada cross arm(14) dan menyangga sebuah
konduktor(15). Cross arm(14) tersebut memanjang dari body tower(16). Konduktor(15)
biasanya diketanahkan selama proses pengukuran dengan sebuah batang logam
konduktif(17) untuk menghindari melompatnya listrik tegangan tinggi pada
perangkat ukur ataupun hal-hal yang dapat membahayakan jaringan. Sehingga
secara umum pengukuran ini dilakukan dalam keadaan jaringan padam (de-
http://digilib.unimus.ac.id
energize). Sebuah garpu ukur dengan pegangan berisolasi(18) dan cabang garpu 19
dan 20 digunakan untuk membuat kontak sentuhan melintasi dua terminal dari
sebuah isolator. Cabang garpu ukur19 dan 20 terisolasi dari tongkat pegangan(18)
dengan sebuah isolasi (21). Kabel timah berisolasi 22 dan 23 dipasangkan ke
cabang garpu 19 dan 20. Kabel timah berisolasi 22 dan 23 dibuat dari bahan yang
tahan terhadap besar tegangan yang dibutuhkan. Kabel(22) dipasangkan pada satu
terminal sekunder dari sebuah kumparan induksi atau transformator yang dapat
membangkitkan tegangan yang cukup tinggi sehingga kerusakan antara dua
elektroda atau bagian metal dari isolator yang diukurditandai dengan keluarnya
percikan api karena sebuah pelepasan muatan. Kumparan induksi yang sisi
sekunder(24) dan primernya(25) mungkin dalam sebuah desain yang tepat. Secara
umum kumparan primernya(25) dibangkitkan dengan sebuah baterai(26) ketika
saklar(27) tertutup. Sebuah Jangkar magnet(28)menyambung dan memutuskan
kontak secara ganti berganti, menutup dan membuka arus primer. Jangkar magnet
penyela ini dioperasikan oleh sebuah magnetic pull.Pemutusan mendadak dari
sirkuit menghasilkan sebuah tegangan tinggi di sisi sekunder sebagaimana dalam
operasi yang biasanya dari kumparan transformator. Selama perangkat penyela
diletakkan pada seluruh kumparan, diketahui bahwa sebaiknya menjadikan ini
sebuah bagian dari rakitan kumparan itu sendiri. Celah(28) pada sisibawah,
dihindarkan dari terbakar dengan dipasangkan kondensator29 dan 30.
Kondensator ini diatur sehingga osilasi di kumparan sekunder secara material
meningkat, sehingga memberikan kecenderungan untuk meningkatkan pelepasan
http://digilib.unimus.ac.id
muatan pada bagian dielektrik isolator yang rusak. Peningkatan pelepasan muatan
ini membuat pendeteksian isolator yang rusak menjadi lebih mudah.
Sebagaimana banyak perangkat yang akan mengukur kebocoran arus pada
isolator yang rusak sangat sulit dikarenakan arus yang muncul sangat kecil, maka
diperlukan suatu perlindungan untuk perangkat ini dari dari besarnya osilasi yang
dibangkitkan oleh kumparan transformator. Semua teratasi dengan alat ini dengan
cara seperti berikut :
Kabel timah berisolasi 22 dan 23 harus menyuplai sebuah tegangan tinggi
ke isolator yang rusak. Agar dapat mengaplikasikan pembangkitan beda potensial
di kumparan sekunder(24) ke isolator rusak tanpa melawan arus yang melewati
megger (perangkat ukur)(31), sebuah kondensator(32) ditempatkan diantara kabel(23)
dan satu terminal dari kumparan sekunder(24). Maka akanterlihatlah sebuah beda
potensial yang tinggi dihasilkan telah melewati kabel 22 dan 23 dan melalui
kondensator(32).Diketahui bahwa kumparan mengeluarkan sebuah frekuensi yang
tinggi. Untuk melindungi perangkat ukur(31) dari tegangan yang mungkin merusak
kumparan bagian indikator, resistansi atau impedansi 33 dan 34 dipasangkan
secara seri dengan kabel 35 dan 23. Saat perangkat ukur menggunakan sebuah
arus searah, kondensator32, 36 dan 37 akan memberikan efek/pengaruh yang kecil
atau tidak ada sama sekali terhadap pengoperasian perangkat ukur tersebut.
Kondensator ini, harus memiliki resistansi yang tinggi, sebaliknya hal ini akan
menyebabkan berkurangnya sensitifitas dari indikator untuk menunjukkan
besarnya kerusakan dari isolator.
http://digilib.unimus.ac.id
Dimana megger digunakan, akan ada sebuah beda potensial antara kabel 38
dan 39. Mengingat kenyataan bahwa megger sangat sensitif dan akan
mengindikasikan sebuah arus yang sangat kecil, resistansi pelindung 33 dan 34
dibuat sangat besar. Jumlah dari resistansi ini akan tergantung pada tingkat
sensitifitas yang diinginkan dan biasanya melebihi seratus megaohm (>100 MΩ)
dan masih memungkinkan pendeteksian isolator yang rusak. Resistansi iniperlu
disetting untuk menemukan kondisi yang tepat.
Dalam operasinya, tegangan tinggi membebani kabel 22 dan 23 melalui
kumparan sekunder(24) menyebabkan mengalirnya arus atau pelepasan muatan
melalui kerusakan pada isolator(11). Percikan yang dihasilkan oleh tegangan tinggi
menurunkan resistansi sehingga perbedaan dalam potensial listrik antara kabel 38
dan 39 dapat menghasilkan sebuah aliran arus. Aliran arus ini hanya ada selama
pelepasan muatan dari kumparan sekunder(24), tetapi dalam banyak kasus
resistansi dari kerusakan terlalu rendah sehingga arus akan terus menerus
mengalir melalui kerusakan itu dengan beda potensial yang relatif rendah yang
telah dibangkitkan oleh megger(31). Jumlah arus yang mengalir pada sisi primer
kumparan diatur dengan resistansi(40). Saklar(27) selalu tertutup hanya selama
periode pengetesan, sehingga membuat awet energi baterai(26). Disaat osilasi tidak
begitu sangat teredam, efek dari polaritas tidak terlalu penting. Apabila ditemukan
disitu kecenderungan untuk pelepasan muatan yang lebih besar dalam satu arah
yang akan mengganggu penunjukan indikator megger(31), baterai atau kumparan
sekunder akan terbalik.
http://digilib.unimus.ac.id
Karena tingginya frekuensi yang digunakan, ada penyerapan elektrostatik
yang terasa karena kapasitansi antara kabel 22 dan 23. Apabila kapasitansi ini
terlalu besar sebagai keluaran kumparan sekunder(24), tidak akan ada tegangan
yang cukup untuk menyeberangi kerusakan pada dielektrik isolator yang rusak(11).
Untuk mengurangi efek ini, kumparan pemicu pada transformator diletakkan
dekat dengan elektroda tes 19 dan 20. Rangkaian ini ditunjukkan pada Fig2.
Dimana kumparan pemicu ditempatkan dekat dengan isolator. Kapasitansi antara
kabel 41 dan 42 tidaklah selalu membutuhkan bantuan sebuah kondensator(32).
Kumparan sekunder disediakan sebuah celah(43). Celah ini digunakan sebagai
pengaman kumparan sekunder atau isolasi dari kabel dan dapat juga digunakan
untuk mengindikasikan ada tidaknya tegangan yang dibangkitkan oleh kumparan.
Penemuan ini terdiri dari sebuah sumber tegangan tinggi digunakan untuk
tegangan tembus awal (initial breakdown) pada kerusakan, bersama dengan
sebuah sirkuit shuntyang didukung dengan impedansi yang tepat dan sebuah
perangkat pengindikasi yang memungkinkan aliran arus dengan tegangan tembus
awal. Jalur shunt dan seri harus dapat membolehkan lewatnya arus tegangan
tinggi untuk menimbulkan tegangan tembus awal (initial breakdown) dan pada
waktu yang sama, membolehkan mengalirnya arus pengukuran dan
pengindikasian pada potensial yang lebih rendah tanpa membiarkan potensial
tegangan tinggi tegangan tembus awal merusak instrumen pengindikasi. Dimana
arus pengukuran mengalir dari instrumen pengindikasi adalah searah, arus
mungkin mengalir lebih dengan mudah melalui kumparan sekunder(24). Dimana
disitu tersedia cukup energi yang tersedia di sisi kumparan sekunder, sebuah
http://digilib.unimus.ac.id
shuntberesistansi tinggi digunakan melintasi terminal(24) untuk lewatnya sebagian
dari arus. Secara umum, walaupun demikian, hal ini tidak terlalu begitu
diperlukan.
Peralatan lain selain baterai(26) digunakan untuk menyuplai energi untuk
lilitan pemicu atau kumparan transformator(25).Satu metode untuk menyuplai arus
pada kumparan transformator adalah meng-energize salah satu atau semua
konduktor(15) sistem transmisi dengan sebuah potensial konstan dari mesin arus
searah atau baterai dimana satu konduktor diberikan energi dan pengukuran
dilanjutkan pada konduktor yang normalnya membawa energi dari fasa yang lain,
susunannya sama dengan yang ditampilkan pada Fig.1 kecuali bahwa energi di
baterai(26) digantikan dengan energi yang diambil konduktor yang disuplai dengan
potensial arus searah, sebagaimana ditampilkan pada Fig.3. Potensial arus searah
ini mungkin antara fasa-phasa atau fasa-ground sesuai dengan yang diinginkan.
Dalam beberapa instalasi, bagaimanapun mungkin diinginkan untuk meng-
energize semua konduktor dalam waktu yang sama. Agar memperoleh energi dari
sirkuit, bagaimanapun, pada tower , kabel ground(17) dirusak dengan memasukkan
sebuah resistansi(45). Kabel shunt yang berjalan dari resistansi ini akan mengganti
baterai(26) yang ditampilkan dalam Fig.1. Bila diinginkan, resistansi mungkin
dapat dihilangkan, sambungan elektrikal dibuat dari konduktor(15) ke sirkuit
melalui kabel(46), dan ke ground pada sisi lain dari konduktor(47); baterai kemudian
dihilangkan. Susunan ini membuatnya tidak diperlukannya mengangkut sebuah
baterai. Apabila diinginkan, sebuah arus searah dibuat melalui sebuah generator
motor set yang akan meng-energizekumparan atau transformator menghasilkan
http://digilib.unimus.ac.id
tegangan tinggi. Dimana sebuah tegangan rendah arus searah digunakan,
hambatan kecil antara konduktor(15) dan ground akan cenderung menghindari
tegangan apapun yang berlebihan atau berbahaya, khususnya dimana celah
pembatas yang sangat kecil ditempatkan melintasi hambatan pada kabel
ground(17).[1]
Tetapi, dalam penelitian ini melakukan penelitiandengan perangkat ukur
yang bekerja mengukur isolator dalam keadaan jaringan bertegangan(energize),
maka tidak akan dilakukan pengetesan menggunakan metode ini.
2.1.2. Pengukuran Isolator Dengan Metode Pasif
Telah banyak varian yang telah dibuat dan dikembangkan untuk metode uji
pasif. Metode jenisini telah banyak digunakan secara luas dan merupakan metode
uji yang paling tepat digunakan dalam praktek langsung di lapangan dengan
efektif karena berbagai macam kemudahan dan konstruksi fisik perangkat yang
lebih ringkas, ringan dan mudah dalam pengangkutannya. Metode Uji pasif dapat
dibagi ke dalam tiga kategori berdasarkan prinsip dasar instrumen pengukuran
bekerja terhadap besaran satuan yang berpengaruh yang digunakan, antara lain:
a. Deteksi atau pengukuran Perbedaan potensial
b. Pengukuran Resistansi
c. Pengukuran Medan Listrik
2.1.2.1. Deteksi atau Pengukuran Perbedaan Potensial
http://digilib.unimus.ac.id
Cara paling sederhana untuk mendeteksi besarnya potensial listrik yang
melalui sebuah isolator adalah dengan menghubungsingkatkannya, asalkan
isolator terenceng banyak dalam satu renceng yang panjang secara seri, dan
mendengarkan suara dengunganyang muncul ketika terjadi kontak. Metode ini
disebut denganbuzz. Metode ini kurang begitu tepat disebut sebagai metode
terbaik tetapi telah terbukti sangat berguna khususnya untuk renceng isolator yang
panjang. Metode buzz bekerja dengan berdasarkan pada prinsip bahwa ketika dua
bagian logam yang berbeda potensial dihubungsingkatkan akan menghasilkan
sebuah percikan listrik. Percikan ini akan menghasilkan suara buzz untuk
menandakan bahwa isolator dalam kondisi yang baik. Perangkat yang digunakan
terdiri dari elektroda metal berbentuk U yang dipasang di ujung tongkat berisolasi.
Namun, dengan semakin besarnya tegangan yang disalurkan pada jaringan
transmisi menyebabkan semakin panjangnya isolator terpasang yang digunakan,
membuat semakin sulitnya metode pendeteksian dilaksanakan dikarenakan
semakin jauh perangkat dari personel operator pengetesan, semakin sulit untuk
mendengar bunyi dengungan yang dihasilkan, terutama jika pelaksanaannya
berada di dekat jalan raya yang ramai. [2]
Di tahun 1925, Claudius E. Bennet mematenkan (U.S. Pat. No.1,542,815)
sejenis voltmeter elektrostatik yang dipasang pada ujung tongkat berisolasi
(insulating stick) yang dapat mengukur potensial listrik yang mengalir melalui
piringan isolator. Alat ini beroperasi berdasarkan pada prinsip bahwa ketika suatu
susunan seri dari dua atau lebih isolator dikenakan beda potensial yang tinggi,
total tegangan yang didistribusikan ke seluruh elemen didasarkan pada besarnya
http://digilib.unimus.ac.id
tahanan isolasi dari elemen-elemen tersebut dan kapasitas elektrostatiknya satu
sama lain dan juga ke ground, akan meninggalkan sebuah unit isolator tanpa
tegangan atau dengan lebih sedikit tegangan dibandingkan dengan nilainya yang
seharusnya ketika disusun pada posisi seri. Inilah yang dimaksudkan dengan
isolator yang telah rusak.Dalam kondisi ini, apabila terminal
perangkattesterpengukuran dikontak dengan bagian elemen logam penghubung
pada sisi yang berlawanan dari unit isolator, perbedaan potensial yang melalui
isolator dan dari isolator tersebut dengan ground menyebabkan indikator
mengambil sebuah posisi penunjukan nilai berhubungan dengan kondisi elemen.
Pengkalibrasian instrumen ini adalah bahwa indikator tidak bergerak apabila
perbedaan potensial lebih sedikit dibandingkan hubungannya dengan tegangan
yang melalui sebuah elemen yang bagus pada posisi yang sama dalam susunan
serinya.[3]
Perbedaan dasar antara perangkat ini bekerja dengan aksi dari dua set bebas
gaya elektrostatik dan perangkat elektrostatik yang telah dibuat sebelumnya untuk
memperlengkapi set tunggal gaya, diilustrasikan dan dibuat jelas dengan
mempertimbangkan perbedaan antara sebuah wattmeter dan sebuah ammeter.
Indikasi dari ammeter disebabkan oleh medan elektromagnet yang terjadi dari
lewatnya arus melalui instrumen dan karena itu sebuah ammeter selalu
memberikan deviasi tertentu untuk arus tertentu. Dalam sebuah wattmeter, justru
sebaliknya karena deviasi disebabkan oleh efek kombinasi tegangan antara
terminal dan medan elektromagnet yang dibuat oleh arus yang melewati sirkuit
dimana instrumen terhubung.
http://digilib.unimus.ac.id
Gambar 2.2. Gambar Desain perangkat dan penggunaan perangkat ukur temuan
Claudius E. Bennet
http://digilib.unimus.ac.id
Keterangan :
Fig.1 : Menampilkan sebuah tiang/tower yang terpasang isolator yang
tersusun secara seri dalam susunan suspensi dalam satu kolom dan
juga menampilkan penggunaan instrumen.
Fig.2 :Bagian muka instrumen temuan C.E Bennet ini.
Fig.3 :Penampakan melintang yang telah dibukakan dari bagian
dalamnya.
1 : Dasaran wadah instrumen
2 : Dinding samping
3 : Tutup transparan
4 dan 14 : Konduktor batang
5 dan 15 : Bushing
6 dan 12 : Plat landasan
7 dan 13 : Poros
8 : Spiral pegas
9 : Batang poros
10 : Baling-baling Indikator (vane)
11 : Pelindung
14 : Terminal kontak
16 : Bagian konduktor batang yang dipasangi konektor elastis
17 : Pegas silindris
18 : Wadah berbentung cangkir tempat perangkat indikator (flange)
19 : Lubang
http://digilib.unimus.ac.id
20 : Tongkat kecil berisolasi
21 : Tongkat besar berisolasi
Elemen penting dari instrumen ini, dua buah konduktor dengan material
yang bersifat isolasi untuk meyakinkan dua buah konduktor ini dapat digunakan
untuk membuat kontak dengan material konduktif pada permukaan dari unit
isolator yang diuji. Sebuah elemen indikator yang dapat bergerak disebabkan aksi
gaya elektrostatik dari dua konduktor tersebut dan didesain untuk bekerja sama
baiknya dalam semua posisi. Sebuah pelindung dari material konduktif digunakan
untuk membuat penyesuaian dari instrumen tetapi dalam keadaan tertentu
pengaruh gaya elektrostatik tersebut dapat ditekan, serta sebuah bingkai atau
casing yang berfungsi untuk mendukung elemen konduktor tersebut dalam posisi
yang relatif benar dan melindungi elemen indikator dari pengaruh luar yang tidak
diinginkan.
Sesuai gambar yang disertakan dari bagian-bagian instrumen ini dan
mengilustrasikan prinsip kerja dari instrumen ini.Fig.1 menampilkan sebuah
tiang/tower yang terpasang isolator yang tersusun secara seri dalam susunan
suspensi dan juga menampilkan penggunaan instrumen. Fig.2 bagian muka
instrumen ini. Fig.3 penampakan melintang yang telah dibukakan dari bagian
dalam instrumen.
Sebuah wadah berbentuk cangkir yang kemudian disebut “A” meliputi
sebuah dasaran 1 yang tebal dan kuat, sebuah dinding samping 2 yang utuh
dengan dasaran bila diinginkan dan sebuah atasan yang transparan 3 dimana disitu
http://digilib.unimus.ac.id
pengamatan dapat dilakukan. Untuk membuat sekuat mungkin kekuatan isolasi
dari instrumen ini dan untuk menjaga kapasitas elektrostatik dari instrumen tetap
rendah, wadahnya dibuat dari suatu material isolasi yang lebih baik yaitu bakelite.
Wadah ini dalam beberapa bentuk, dengan lapisan untuk melindungi elemen
indikator dari pengaruh luar yang tidak diinginkan adalah sebuah kebutuhan dan
karenanya menjadi hal yang sangat pokok sekali.
Dasaran 1 berfungsi memberikan sandaran yang memisahkan dua buah
proyeksi bushing 5 dan 15. Dua bushing tersebutyang terbuat dari material isolasi
yang sesuai dilubangi untuk dapat dimasukkan konduktor 4 dan 14 yang
dibungkus didalamnya. Bushing 5 dilubangi kearah sepanjang bagiannya ke arah
ujung dalam yang menembus ke dalam bushing. Dan terpasang di dasaran 1.
Ujung dari bushing didekatkan sehingga konduktor sepenuhnya terbungkus pada
ujung dalam pada jarak-jarak tertentu di dalam selubung A.
Bushing(15) dimasukkan dari ujung ke ujung dan dipatri di bagian dalam
dasaran 1 sementara konduktor(14) melewati bagian dalam dari selubung A dimana
ulirnya membawa dua landasan 6 dan 12 yang ditahan oleh mur yang mudah
disesuaikan. Pada sisi terluar dari penyangga ini adalah poros tetap 7 dan 13
dimana batang poros(9) dapat bebas berputar. Sumbu untuk poros ini ada pada
sudut kanan dari dasar dan atasan yang transparan. Poros ini membawa baling-
baling(10) yang benar-benar seimbang pada sumbunya, sehingga baling-baling
(vane) indikator tersebut dapat berputar bebas pada sebuah landasan pada sudut
sebelah kanan dari dua konduktor tersebut.
http://digilib.unimus.ac.id
Seluruh permukaan indikator(10) dibuat dari sebuah konduktor. Sebuah efek
yang dapat diperoleh dengan menyusun baling-baling (vane) indikator dari
material konduktif atau dengan menerapkan bagian yang diperlukan beberapa
lembar emas atau media yang sesuai lainnya. Dalam beberapa kasus untuk
penyesuaian yang khusus, lembaran emas dihilangkan dari bagian atau seluruh
bagian dari bagian yang pendek dari baling-baling indikator sedangkan dalam
kasus lainnya, lembaran emas dihilangkan dari bagian yang panjang yang terdekat
dengan poros (9). Sebagaimana ditampilkan pada gambar, bagian konduktif dari
indikator(10) terhubung secara elektrikal ke terminal(14) dengan alat kumparan
poros(9), pegas(8) dan penyangga(12). Tidak diharuskan secara mutlak bahwa
indikator harus secara elektrikal tersambung, sebagaimana kasus tertentu,
peralatan akan memberikan hasil yang baik ketika indikator secara sempurna
terisolasi dari kedua konduktor.
Posisi nol dari baling-baling (vane)indikator dipasang pada sudut kanan ke
sebuah jalur yang menggabungkan dua konduktor. Baling-baling indikator dapat
menjadikan posisinya nol ketika terbebas dari tekanan lain yang berasal dari gaya
pegas murni(8).Efek yang didapat oleh pegas ini dapat diperoleh sama baiknya
dengan variasi peralatan yang lain seperti penggunaan sebuah magnet kecil yang
didudukkan pada poros pada sudut kanan ke baling-baling (vane) dan ditarik oleh
magnet eksternal seperti konduktor(4) yang dalam kasus ini yaitu sebuah baja dan
termagnetisasi, sebuah susunan yang digunakan pada model-model sebelumnya
instrumen ini.
http://digilib.unimus.ac.id
Tersusun untuk membuat kontak dengan konduktor atau terminal(14) adalah
sebuah tirai atau perisai(11) dari pegas kuningan atau material konduktif bengkok
lainnya dengan perkiraan seperti bentuk yang telah ditampilkan. Fungsi dari
perisai ini adalah untuk menimbulkan tolakan pada satu ujung atau baling-baling
lain pada tegangan tinggi dan secara umumnya untuk menentukan bentuk dan
kerapatan medan elektrostatik dimana elemen indikator bergerak berdasarkan efek
yang dihasilkan. Pengaturan utama instrumen ini dilakukan dengan mengganti:
a. Kekuatan pegasnya
b. Porsi elemen indikator
c. Jarak antara konduktor(14) dan poros(9)
d. Sudut antara arah dari landasan 6 dan 12 dan sebuah garis yang
digambarkan melalui tengah-tengah dua konduktor 4 dan 14.
Hasil yang cukup memuaskan diperoleh dalam beberapa kasus sederhana dengan
mengatur elemen ini menghilangkan perisai(11) secara keseluruhan tetapi hal
tersebut menggunakan penyederhanaan pengaturan pada instrumen dan
meningkatkan jangkauan fungsi melampaui apa yang dinyatakan dapat
dipraktekkan.
Untuk melindungi instrumen dari guncangan dan getaran ketika digunakan,
konduktor 4 dan 14 dipasangi dengan potongan kontak elastik. Koneksi elastis
dengan salah satu konduktor secara mekanikal tersambung pada 16 ditampilkan
dalam bentuk pegas tabung yang melingkar erat pada konduktor(17). Pegas atau
http://digilib.unimus.ac.id
konduktor fleksibel ini memperpanjang terminal yang ditempeli olehnya tetapi
tidak menjadi bagian penting dalam pengoperasian instrumen ini.
Dasaran disediakan dengan sebuah flange(18) dengan sayap eksterior
mengarah ke sisi dinding(2)yang dilengkapi dengan dua lubang(19) dimana tongkat
untuk menyokong instrumen dipasangkan. Rangkaian yang paling mudah adalah
dengan menyediakan dua buah tongkat ringan berisolasi(20) menyatu ke sebuah
tongkat berisolasi yang lebih besar(21) dengan posisi instrumen yang seimbang dan
memudahkan untuk penyentuhan terminal instrumen ke unit isolator yang diuji
dengan jarak yang aman bagi operator sebagaimana ditampilkan dalam Fig.1.
Ketika terpasang, instrumen tersebut didekatkan kepada unit isolator yang ingin
diuji, sehingga terminal 4 dan 14 menyentuh material koneksi sebagaimana yang
ditampilkan Fig.1. Apabila isolator yang diuji terpasang pada sebuah jaringan
tegangan tinggi atau tarikan kerja normal, beda potensial yang ada antara terminal
dari peralatan dikombinasikan dengan beda potensial dari peralatan dan isolator
ke ground menyebabkan indikator mengambil posisi untuk mengindikasikan
apakah isolator yang diuji dalam kondisi bagus atau rusak.
Prinsip kerja dan khususnya efek tegangan ke ground dimana hal ini aman,
dapat dimengerti dari pertimbangan sebagai berikut : Dugaan adanya beda
potensial antara terminal 4 dan 14 dan bahwa elemen indikator berada pada posisi
nolnya yang kira-kira berada pada posisi sudut sebelah kanan dari posisi yang
ditampilkan di gambar, kemudian kedua ujung dari indikator(10) tertarik oleh
muatan yang ada pada konduktor(4) dan menghasilkan momen putar adalah
perbedaan daya tarik.Apabila terminal(14) dan indikator(10) berada pada potensial
http://digilib.unimus.ac.id
bumi, dua momen putar ini pada ujung yang berlawanan dari baling-baling (vane)
adalah satu-satunya gaya dari hal penting untuk menghasilkan gerakan dan
instrumen dibawah kondisi khusus ini dioperasikan sebagaimana voltmeter
elektrostatik biasa. Jika, bagaimanapun, perbedaan potensial ada dari
terminal(14)ke ground seperti halnya dalam pengujian semua kecuali satu dari
elemen isolator dari rangkaian, kemudian electrostatik “tubes of force” meluas
tidak hanya dari konduktor(4 dan 14) tetapi juga dari konduktor(14), dari landasan(6 dan
12) dan dari baling-baling(10) ke ground. Timbal balik tolakan dari tubes of force ini
biasanya merujuk sebagaimana tolakan dari tubuh yang dialiri listrik yang sama,
juga menghasilkan sebuah gerakan putar pada baling-baling sehingga defleksi
dapat dihasilkan dengan mengaplikasikan tegangan ke ground meskipun dua
terminal berada pada potensial yang sama dan instrumen sangat terisolasi dari
ground. Berdasarkan kepada pengaturan instrumen, defleksi ini dapat terjadi dua
arah sehingga efek meningkatnya tegangan ke ground dapat menaikkan atau
menurunkan beda potensial antara konduktor(4 dan 14) yang diperlukan untuk
menghasilkan defleksi pada indikator. Ketika instrumen berada pada posisi yang
berlawanan dengan sebuah unit isolator, indikator yang sebagian terlindungi oleh
bermacam-macam bagian dari instrumen masih lebih dipengaruhi oleh medan
elektrostatik dari serangkaian seri isolator ke tanah, sebuah faktor penting tertentu
yang juga harus dipertimbangkan dalam pengaturan instrumen.
Bennet menjelaskan beberapa hal yang menjadi kelebihan instrumen dan
metode pengukuran kondisi isolator temuannya ini dibandingkan peralatan
pengukuran elektrostatik yang telah ditemukan sebelumnya adalah alat ini telah
http://digilib.unimus.ac.id
dapat digunakan untuk melakukan pengukuran kondisi isolator pada setiap
tegangan pada jaringan transmisi.[3]
Pada penelitian ini juga menggunakan salah satu perangkat ukur yang
menggunakan metode ini yaitu Isolometer.
Gambar 2.3. Contoh penggunaan Isolometer pada penghantar tegangan menengah
Isolometer mendeteksi kerusakan dari sebuah renceng isolator pada sistem
jaringan distribusi dan transmisi yang masih bertegangan (energize). Prinsip
kerjanya berdasarkan pengukuran beda potensial yang melalui piringan isolator
yang diukur. Sebuah galvanometer berimpedansi tinggi mengindikasikan beda
potensial tersebut, memungkinkan perbandingan dengan piringan isolator lain
dalam sistem yang sama. Probe bekerja setelah ujung kontak logamnya yang
berbentuk garpu dikontakkan langsung dengan cara disentuhkan/ditempelkan
http://digilib.unimus.ac.id
secara langsung pada masing-masing sisi bagian logam yang berlawanan dari
piringan isolator untuk membangun kontak dengan probe pengukur. Nilai yang
terukur ditunjukkan langsung melalui sistem analog, jarum menunjukkan angka
skala dalam satuan keluaran kV. Penghitungan jumlah isolator yang telah diukur,
pembacaan nilai pengukuran yang ditunjuk oleh indikator skala dan pembuatan
kurva hasil pengukuran untuk pengidentifikasian isolator yang rusak dilakukan
manual oleh operator.
Gambar 2.4. Cara penggunaan probe pengukur beda potensial pada jaringan transmisi
bersusunan isolator V-string
http://digilib.unimus.ac.id
Keterangan :
1. Untuk memungkinkan pergeseran dan pengaturan posisi yang
mudah, insulating stick diposisikan hampir sejajar dengan string
isolator
2. Sudut penempelan batang konduktor probe kontak diatur agar tepat
menempel pada bagian logam isolator
3. Menaikkan dan menurunkan insulating stick agar probe kontak dapat
tertempel satu per satu untuk semua isolator dalam string
4. Operator melihat indikator skala yang ditunjukkan oleh jarum
penunjuk pada indikator,
5. Operator mencatat jumlah isolator yang telah diukur disertai nilai
hasil pengukuran yang diperoleh dari tiap kepingnya,
6. Dari semua hasil pengukuran disusun untuk membentuk suatu kurva.
Isolator yang rusak akan terlihat sebagai titik kurva yang turun
secara signifikan dibandingkan titik yang lain.
http://digilib.unimus.ac.id
Grafik 2.1. Contoh kurva grafik hasil pengukuran 10 keping isolator dalam satu
renceng isolator yang keseluruhan kondisi isolatornya baik
Grafik 2.2. Contoh kurva grafik hasil pengukuran 10 keping isolator dalam satu
renceng isolator yang memiliki isolator yang rusak
Salah satu jurnal yang mempublikasikan perihal monitoring kondisi isolator
dengan mengukur distribusi tegangan yang menggunakan alat yang menyerupai
http://digilib.unimus.ac.id
isolometer ini adalah jurnal yang disusun dan dipublikasikan oleh I.A.D.
Giriantari yang juga berada pada lingkup yang sama dengan penelitian ini.
Dijelaskan bahwa pendeteksian kondisi isolator biasanya dimulai dengan
pendeteksian visual menggunakan corona detector untuk mendeteksi kerusakan
pada isolator yang menyebabkan korona. Apabila disitu terdapat kerusakan atau
kontaminasi polusi pada permukaan isolator, korona biasanya dapat terdeteksi.
Pembersihan akan dapat mengurangi korona apabila hal itu disebabkan oleh
polusi. Ketika kerusakan terjadi dalam bagian internal, pembersihan pada isolator
tersebut tidak akan dapat berefek apapun. Satu-satunya cara adalah dengan
mengganti isolator yang rusak tersebut.
Dituliskan kesimpulan dalam jurnalnyayang menyatakan bahwa pengukuran
distribusi tegangan secara liveline (kondisi jaringan tanpa padam) untuk
memonitor kondisi isolator sangat berguna sekali untuk dilakukan. Walaupun
kesensitifitasan pengukuran rendah, tetapi dapat digunakan sebagai panduan dan
bahan pertimbangan untuk membuat keputusan penggantian isolator. [4]
Charles H. Spanglerdiberi hak paten lain di tahun 1933 (U.S. Pat. No.
1,896,598) untuk sebuah perangkat yang menggunakan bola lampu dalam wadah
pelindung dari kaca untuk mendeteksi potensial listrik sepanjang isolator.
Penemuan ini berkaitan dengan pengembangan dalam keamanan perangkat
pengukuran untuk isolator listrik tegangan tinggi dan lebih khusus lagi untuk
pengembangan perangkat detektor bercabang jamak untuk pengujian isolator
suspensi dalam jaringan.[5]
http://digilib.unimus.ac.id
Keterangan :
A : Bagian metal dari isolator
B : Piringan isolator
5 : Tabung berisikan gas
6 : Selubung penutup
7 : Dinding lubang
8 : carrier tubeujung terbuka
9 : Reflector
10 : Kaca
11 : Selongsong pembawa (carrier sleeve)
12 : Tabung penyangga
13 : Penutup ujung carrier tube
14 : Tongkat penyokong
15 dan 16 : Clamp penahan
17 dan 18 : Sepasang garpu kontak
19 : Elemen konduktor penghubung dari cabang garpu 17
20 : Elemen konduktor penghubung dari cabang garpu 18
Dengan mengkontakkan cabang garpu dengan bagian metal A dari piringan
isolator porselain B, lampu akan berpendar dan cahayanya akan terefleksikan
sepanjang kaca(10). Besarnya perpendaran cahaya akan makin menurun ketika
garpu cabang bergerak menjauh dari konduktor bertegangan yang disangga oleh
isolator. Ketika satu unit isolator berlubang atau memiliki beberapa kerusakan
http://digilib.unimus.ac.id
lain, arus listrik akan mengalir melaluinya ke piringan isolator selanjutnya dan
tidak ada perpendaran cahaya yang akan muncul.
Dalam hak patennya, C.H Spangler (U.S Pat No.1,896,598)
mendeskripsikan penemuannya ini dengan menyatakannya sebagai sebuah
perangkat tester yang aman untuk pengujian isolator suspension pada jaringan
tegangan tinggi, yang terdiri dari sepasang cabang garpu yang terpisah, sebuah ray
detektor refleksi cahaya dan sebuah tongkat berisolasi yang menyokong detektor
cahaya dan untuk garpu cabang kontak yang dimaksud, clamp-clamp yang
melekatkan konduktor yang menghubungkan masing-masing cabang garpu kontak
dengan detektor cahaya pada tiap ujung-ujungnya. [5]
Pada tahun 1941, J.S. Forrest menampilkan sebuah paper dimana dia
memberikan hasil yang diperoleh dengan perangkat mirip dengan milik Bennet.
Kekhasan perangkatnya adalah penggunaan kapasitor koaksial seri variabel yang
berfungsi untuk menyesuaikan sensitivitas pengukuran dan pelindung
elektrostatik yang baik untuk mengurangi kesalahan membaca karena induksi
yang dihasilkan oleh medan listrik. Hasil yang disajikan dalam paper tersebut
menunjukkan bahwa metode ini umumnya praktis dan dapat diandalkan pada
string isolator porselen hingga sistem tegangan 132 kV, dengan ketentuan bahwa
tingkat kelembaban relatif udara dibawah 70%.[6]
2.1.2.2. Pengukuran Resistansi`
Berbeda dengan metode pengukuran potensial listrik, menemukan
kerusakan isolator dengan pengukuran resistansi lebih baik dilakukan ketika
http://digilib.unimus.ac.id
jaringan dalam keadaan de-energize (tidak bertegangan) karena kehadiran
tegangan tinggi AC dapat mengganggu. Pengukuran metode ini biasanya
dilakukan dengan tegangan DC. Hingga 1980, metode ini digunakan untuk
menguji isolator sebelum dipasang pada jaringan, dengan menggunakan
megaohmmeter biasa.
Pada tahun 1981, sebuah paten diberikan kepada Clifford W. Devine (U.S.
Pat. No.4,266,184)untuk perangkat yang benar-benar praktis untuk pertama kali
dari jenis ini yang juga dapat digunakan untuk memeriksa isolator dalam kondisi
energize beroperasi. Perangkat ini terdiri dari dua buah probe kontak, sebuah
kapasitansi, pemblokir resistansi dan sebuah ammeter arus searah yang disusun
seri antara probe untuk membentuk sebuah rangkaian listrik terbuka pada kedua
ujung kontaknya. Perangkat ini menggunakan kapasitor tegangan tinggi sebagai
sumber energi dalam sirkuit pengukurannya. Perangkat ini terdiri dari dua bagian,
yaitu sebuah unit pengisian dan unit meter. Unit meter sangat sederhana dan
didesain dapat terpasang di ujung insulating stick. Unit ukur berupa peralatan
meter arus searah.Perangkat ini dapat diisi dalam waktu 20 detik dengan
menghubungkan ke unit pengisi dan dapat digunakan sendiri setelah itu sampai
kapasitor internal membutuhkan pengisian kembali. Selama mengukur isolator,
nilai resistansi dibaca langsung dari unit meter. Walaupun begitu, perangkat ini
tidak cukup nyaman digunakan untuk string isolator yang panjang yang biasanya
digunakan untuk jaringan 765 kV karena pertimbangan jarak dan akan semakin
sulit untuk melihat skala yang ditunjukkan. Perangkat ini praktis untuk digunakan
untuk jaringan dengan tegangan yang lebih rendah. [7]
http://digilib.unimus.ac.id
Gambar 2.6. Gambar desain perangkat ukurtemuan Clifford W. Devine
Keterangan :
1 : Perangkat ukur secara keseluruhan
2 : Wadah silindris
3 : Piringan penutup wadah silinder belakang
3a : Piringan penutup wadah silinder depan
4 : Dudukan dasar berbentuk V
5 : Penyangga dudukan dasar berbentuk V
6 : Konektor
6a : Mur kupu-kupu
http://digilib.unimus.ac.id
7 : Tongkat berisolasi
8 : Ujung tongkat berisolasi
8a : Mur kupu-kupu
9 : Logam kontak probe
10 : Logam kontak probe
11 : Logam pengencang
12 : Logam pengencang
13 : Mikro ammeter DC
14 : Papan skala
15 : Terminal perangkat meter
16 : Terminal perangkat meter
17 : Terminal untuk pengisian ulang (charging)
18 : Kabel
19 : Kabel
20 : Kapasitor
21 : Resistor
22 : Kabel pengisian ulang
23 : biased diode
24 : bypass diode
25 : bypass diode
26 : Kapasitor
http://digilib.unimus.ac.id
Perangkat tester ini secara umum diindikasikan dengan 1 terdiri dari sebuah
wadah berbentuk silindris 2 yang tertutup pada kedua sisinya oleh piringan 3 dan
3a. Sebuah penyangga berbentuk “V” 4 dipasang pada wadah silindris 2 tersebut.
Wadah silindris 2, tutup piringan 3 dan 3a, serta dudukan dasar4 dibuat dari bahan
yang secara kelistrikan bersifat nonkonduktif. Dipasangkan pada bawah dudukan
dasar(4) V yaitu sebuah penyangga(5) dan sebuah konektor(6) yang porosnya
diamankan ke penyangga dengan cara mengencangkannya dengan mur kupu-
kupu(6a).
Dua buah kontak probe9 dan 10 diposisikan sejajar diluar wadah silinder 2
dekat dengan piringan penutup 3a dengan masing-masing dikencangkan dengan
pengencang dari metal 11 dan 12. Kontak probe dibuat dari baja dengan panjang
yang cukup untuk melintang di isolator. Kontak probe memiliki bentuk yang
berbeda-beda dan memungkinkan untuk membuat penyesuaian yang tepat untuk
isolator yang berbeda tipe dan ukuran. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar
2.5, Kontak probe 9 berbentuk lurus dan kontak probe 10 berbentuk spiral, yang
memberikan sudut yang fleksibel ketika membuat kontak yang melintang pada
isolator untuk meyakinkan sentuhan kontak yang bagus.
Sebuah mikroammeter DC dipasang pada tengah-tengah piringan 3, skala(14)
dari meter(13) dapat menyapu pada permukaan piringan. Meter memiliki dua
terminal 15 dan 16 untuk kabel koneksi. Jarak pengukuran dari meter harus cukup
untuk mengindikasikan arus yang mengalir melalui isolator yang rusak dan
terpilih dengan tepat dengan nilai dan rating dari kapasitansi(20) dan resistansi(21).
http://digilib.unimus.ac.id
Dengan jangkauanpengukuran 0 sampai 200 µA secara umum dirasa telah cukup
memadai.
Sebuah terminal pengisian ulang(17), kemana kabel dari peralatan pengisian
dapat dipasangkan, terpasang pada wadah silinder(2) berlawanan posisi dengan
dasar dudukan(4). Terminal pengisian(17) berfungsi sebagai terminal positif,
sedangkan terminal negatif dari peralatan pengisian ulang dikombinasikan dengan
alat pengencang(12). Peralatan pengisian ulang yang menyediakan pengisian ulang
DC untuk perangkat ukur adalah sebuah sumber daya DC dengan rating tegangan
0,5 sampai 10 kV.
Pada sirkuit elektrikalnya, yang tergambarkan secara skematik, kabel
pertama 18 menghubungkan terminal negatif dan alat pengencang(12) yang
tersambung dengan probe(10) yang terhubung juga dengan terminal(16) dari
meter(13), dan kabel kedua(19) menghubungkan alat pengencang(11) yang
tersambung dengan probe(9) yang terhubung juga dengan terminal(15) dari
meter(13). Kabel(18)berkoneksi dengan sebuah kapasitor(20) dan resistor(21) dalam
susunan seri, resistor(21)terletak paling dekat dengan terminal(16). Kabel
pengisian(22) terhubung dengan terminal pengisian ulang(17) dengan kabel(18) pada
titik antara kapasitansi(20) dan resistansi(21).
Kapasitor(20) adalah sebuah kapasitor minyak tegangan tinggi tunggal atau
terdiri dari sejumlah kapasitor minyak yang disusun secara paralel sehingga
memiliki nilai yang sama dengan kapasitor tunggal. Nilai dari kapasitansi cukup
tinggi sehingga isolator rusak dalam jumlah yang banyak dapat dideteksi sebelum
pengisian ulang kembali perlu dilakukan lagi. Nilai dari kapasitor sekurang-
http://digilib.unimus.ac.id
kurangnya 0,02 µF dan yang lebih baik lagi berada pada kisaran 0,02 sampai 0,20
µF. Rating dari tegangan kapasitansi ini berkisar 1 – 10 kV. Sama dengan halnya
kapasitor, resistor(21) adalah sebuah resistor tunggal atau berasal dari beberapa
isolator yang disusun seri sehingga memberikan total besar nilai yang sama
dengan sebuah resistor tunggal. Akan tetapi lebih disukai jika sejumlah resistor
dihubungkan pada masing-masing ujungnya dalam susunan seri digunakan untuk
membuat sebuah untaian resistor untuk isolasi yang lebih baik dalam sirkuit
tegangan tinggi DC. Nilai dari resistansi sekurang-kurangnyasama dengan aliran
arus hubung singkat antara probe 9 dan 10 sehingga tidak akan menyebabkan
penunjukan skala(14) yang melampaui batas maksimal penunjukan pada meter(13).
Nilai dari resistansi harus tinggi sehingga dapat menghalangi efek yang ada yang
menyebabkan sebuah arus yang rendah yang hanya beberapa mikro ampere
melewati meter arus(13) ketika melakukan pengukuran pada isolator yang rusak
dan menghindari pelepasan muatan yang cepat dari kapasitor(20). Sebagai contoh,
sebuah nilai resistansi yang sedikitnya 2,5 MΩ sudah cukup untuk memperoleh
penunjukan skala(14) pada meter(13) dan pelepasan muatan yang pelan dari
kapasitor(20)untuk sebuah isolator yang rusak. Rating dari resistansi berkisar pada
0,25 hingga 2 W.
Kabel pengisian ulang diposisikan sebuah dioda yang menghadap kearah
depan(23) yang memungkinkan pengisian ulang dari kapasitor(20) tetapi mencegah
kapasitor(20) dari melepaskan muatan. Dioda ini membuat perangkat ini dapat diisi
ulang hanya pada satu arah menjamin polaritas yang benar dan mengurangi
pelepasan muatan dari perangkat ukur (kapasitansinya) karena hubung singkat
http://digilib.unimus.ac.id
pada terminal pengisian ulang(17 dan 12). Kehadiran dioda juga menyederhanakan
prosedur pengisian ulang, sebagai contoh dengan menggunakan sebuah Megger,
membuatnya tidak perlu untuk meneruskan pengisian ulang selama kabel
pengisian ulang dari peralatan pengisian ulang dilepas.
Mikro ammeter(13) adalah sebuah DC meter standar. Meter dilindungi dari
tegangan tinggi bolak balik dari jaringan transmisi dengan sebuah sirkuit
pengaman. Sirkuit pengaman terdiri dari dua dioda 24 dan 25, dan sebuah
kapasitor(26) yang ditempatkan secara paralel melintang pada terminal 15 dan 16
dari meter dan antara kabel 18 dan 19. Dioda 24 berarah berkebalikan dengan
dioda 25 yang memungkinkan arus AC melewati DC meter dengan arus AC
mengalir melalui dioda 24 untuk setengah gelombang AC dan melalui dioda 25
untuk setengah gelombang yang lain. Kapasitansi(26), yang merupakan piringan
kapasitor keramik, memungkinkan sinyal frekuensi tinggi RFmelalui meter.
Sirkuit pengaman adalah sirkuit standar yang secara alternatif dimasukkan ke
dalam meter(13).
Dalam penggunaan perangkat tester ini, tongkat berisolasi(7) dipasangkan
dengan kokoh pada sudut yang tepat pada sebuah penyangga (8) dengan cara
mengencangkan mur kupu-kupu(8a) ke tongkat(7) tersebut dan mengencangkan mur
kupu-kupu(6a) pada konekor(6) diamankan ke penyangga(5). Sebuah generator arus
searah (tidak ditampilkan), yaitu Megger dihubungkan dengan kabel (tidak
ditampilkan) ke terminal pengisian ulang 17 dan 12, meninjau polaritas yang
benar. Kapasitor(20) diisi ulang dengan mengoperasikan generator dan ketika telah
penuh, generator dilepas dengan mencabut kabel dari terminal 17 dan 12.
http://digilib.unimus.ac.id
Perangkat tester ini siap untuk melakukan pengukuran pada isolator. Kontak probe
9 dan 10 ditempelkan melintang pada sebuah isolator pada jangka waktu yang
pendek. Apabila isolator bagus, resistansi dari isolator sangatlah besar, arus yang
mengalir sama dengan nol dan tidak ada pembacaan yang ditunjukkan oleh skala
dari meter. Apabila sebuah isolator tersebut rusak, besarnya resistansi akan
rendah, arus akan mengalir melalui isolator dan skala akan menunjukkan skala
pembacaan. Pembacaan skala akan mengindikasikan tingkat kerusakan dari
isolator tersebut. Dalam perwujudan yang lebih baik dari penemuan ini, menurut
nilai-nilai untuk komponen dari perangkat ukur dan generator memberikan hasil
yang cukup baik dalam mengukur isolator pada jaringan transmisi yang beroperasi
penuh dan memungkinkan untuk mendeteksi hingga 50 isolator rusak sebelum
pengisian ulang kembali dengan perkiraan lama tiap kontak per isolator hanya
sekitar 2 detik.
Potensial DC yang diterapkan oleh perangkat ukur ini tidak memberi
pengaruh apapun pada sirkuit AC pada jaringan tranmisi. Demikian sama juga,
tegangan AC dari jaringan transmisi memberikan efek yang dapat diabaikan.
Semua komponen dihubungkan menjadi satu dengan kabel dengan rating
tegangan kerja 40 kV dan tegangan tembus 110 kV. Semua koneksi dan
sambungan dilapisi dengan material tahan panas. Keandalan yang sama dari
metode dan perangkat berdasarkan penemuan ini diperoleh ketika isolator pada
jaringan tegangan 230 kV dilakukan pengukuran.[7]
http://digilib.unimus.ac.id
2.1.2.3. Pengukuran Medan Listrik
Kelemahan umum yang dimiliki oleh semua metode dijelaskan di atas
adalah bahwa koneksi harus dilakukan disetiap keping isolator, memakan waktu
yang lama dan pemakaiannya kadang-kadang berbahaya. Hal yang
membahayakan dari metode pengukuran dengan kontak langsung disebabkan
karena ketika perangkat ukur disentuhkan/ditempelkan pada satu unit isolator
pada kedua sisi bagian metal yang berlawanan dari isolator tersebut, maka fungsi
isolator sebagai isolasi akan hilang karena isolator tersebut secara elektrikal telah
dihubungsingkatkan oleh perangkat ukur tersebut.Sebuah cara yang lebih disukai
adalah dengan mengukur medan listrik pada jarak yang sangatdekat dari tiap
keping isolator tanpa membuat kontak langsung. Metode ini adalah metode yang
telah disarankan bertahun-tahun dan dilaporkan dalam literatur-literatur.
Kehadiran isolator rusak di dalam suatu renceng isolator menyebabkan
redistribusi dan diskontinuitas medan padanya. Sebuah probe medan listrik
berkonfigurasi khusus di buat untuk mengukur medan listrik ini pada jarak dan
lokasi yang ditentukan. Perpindahan alat disediakan dimana probe digeser
sepanjang sumbu yang secara substansial sejajar dengan kolom isolator yang
diukur untuk secara otomatis memperoleh pengukuran. Perangkat untuk
menganalisis pengukuran tersedia dan memungkinkan untuk mengidentifikasi
isolator rusak yang posisinya berhubungan dengan lokasi diskontinuitas medan
elektrik yang di sekeliling isolator. Kemajuan penting dari metode ini adalah tidak
dibutuhkannya membuat kontak langsung dengan isolator yang diukur.Tahun
1994, Vaillancourt, Bellrive,St-Jean dan Jean mengeluarkan jurnal lanjutannya
http://digilib.unimus.ac.id
yang dipublikasikan melalui IEEE yang berhubungan dengan perangkat
temuannya yang telah dipatenkan pada tahun 1988 (U.S. Pat. No.4,760,343) yang
mengembangkan sebuah peralatan tester baru untuk isolator porselensuspension.
[8]
Perangkat ukur ini terdiri dari sebuah probe yang secara khusus dirancang
untuk mengukur kuat medan listrik. Probe ini dipasang melintang pada semacam
sebuah peluncur plastik yang dapat bergerak sepanjang string/renceng isolator
dengan dipasangkan padainsulating stick. Nilai dari kuat medan listrik yang
terukur akan secara otomatis terekam oleh data logging unit. Pada saat yang
bersamaan, circuitpenghitung akan menghitung jumlah isolator yang diukur
secara otomatis. Interpretasi data dilakukan kemudian, menggunakan komputer.
Isolator yang rusak ditampilkan sebagai grafik yang melenceng jauh dari alur
grafik hasil pengukuran.[2]
Untuk menjelaskan prinsip cara kerja perangkat ini, digambarlah sebuah
alur garis ekuipotensial disekitar string isolator yang baik seperti gambar
2.6.Metode operasi perangkat pengukuran dari penemuan ini berdasarkan pada
prinsip dasar bahwa medan listrik selalu tegak lurus dengan garis equipotential
yang berasal dari renceng isolator dikarenakan tegangan tinggi yang berasal dari
konduktor, memiliki sebuah komponen aksial Ev dan komponen radial Eh. Ketika
ada sebuah isolator telah rusak dalam satu kolom renceng isolator, garis-garis
distribusi medan listrik tegak lurus dengan garis-garis ekuipotensial di area sekitar
isolator yang rusak tersebut.
http://digilib.unimus.ac.id
Gambar 2.7. Perkiraan garis ekuipotensial distribusi medan listrik disekitar sebuah
renceng isolator support untuk konduktor tegangan tinggi
Dapat dilihat bahwa potensial listrik bergerak dari sisi ground ke sisi ujung
bertegangan naik secara bertahap sejak tegangan terdistribusi ke seluruh keping
isolator. Isolator yang terdekat dengan sisi bertegangan memiliki tegangan
tertinggi yang melewatinya.Oleh karena itu, alur potensial listrik berbentuk seperti
buah pir, dan di string yang bagus semua garis potensial listrik miring pada semua
titik terhadap sumbu string dan, dengan demikian arah medan listrik (garis En)
http://digilib.unimus.ac.id
tidak ada yang benar-benar tegak lurus dengan sumbu string. Tapi ketika isolator
rusak (defective insulator) hadir dalam string tersebut, isolator ini dan yang
berikutnya akan berada pada potensial yang sama. Hal ini akan menimbulkan efek
meluruskan garis ekuipotensial terdekat. Bersamaan dengan itu, medan listrik
yang dekat (garis Ed ) menjadi dekat untuk tegak lurus dengan string di daerah ini.
Probe yang didesain secara khusus lebih sensitif ke komponen aksial dari medan
listrik (Ev ) diletakkan dekat dengan string isolator, mampu mencatat perubahan
ini. Probe ini seperti yang ditampilkan pada gambar 2.7diidentifikasikan sebagai
pengukur medan listrik dan unit pencatat.
Gambar 2.8. Bentuk Probe pengukur medan listrik yang telah dibuat oleh pabrikan.
http://digilib.unimus.ac.id
Gambar 2.9. Gambar prinsip kerja dan penggunaan probe serta kurva hasil
pengukuran 30 keping isolator dalam satu renceng.
http://digilib.unimus.ac.id
Gambar 2.11. Gambar konstruksi sirkuit detektor dan sirkuit penerima (receiver)
dari probe
http://digilib.unimus.ac.id
Gambar 2.12. Gambar rangkaian sirkuit penganalisis dan kurva karakteristik hasil
pengkalibrasian probe
http://digilib.unimus.ac.id
Keterangan:
Fig.1 : Penggambaran prinsip kerja probe pengukuran medan listrik
Fig.2A : Penggunaan probe dengan menggunakan tongkat berisolasi
Fig.2B : Penggunaan silinder pemandu untuk pengetesan
Fig.3 : Kurva karakteristik hasil pengukuran satu renceng isolator (30
unit piringan isolator) dengan menggunakan penemuan ini.
Fig.4 : Bentuk probe dalam wadah bingkainya
Fig.5 : Gambaran yang lebih baik tentang penggunaan probe
Fig.6 : Konstruksi sirkuit pendeteksi
Fig.7 : Skema sirkuit penerima (receiver) dan perekam (recording)
Fig.8 : Konstruksi sirkuit penganalisis
Fig.9 : diagram blok sirkuit decoder
Fig.10 : Kurva karakteristik pengkalibrasian probe
1 0 : Kolom renceng isolator
11 : Konduktor listrik
12 : Unit isolator
13 : Piringan porselain
13’ : Sisi keliling isolator
14 : Konektor metal isolator
15 : Garis Ekuipotensial
16 : Komponen aksial garis ekuipotensial
17 : Komponen radial garis ekuipotensial
18 : Probe
http://digilib.unimus.ac.id
19 : Silinder pemandu
20 : Sistem katrol penarik
21 : Tongkat berisolasi
22 : Sirkuit penganalisis
23 : Bingkai/rumah-rumahan probe
24 : Pengencangprobe dengan dudukan papan peluncurnya (sled)
25 : Garpu penyokong papan luncur probe
26 & 27 : Elektroda berbentuk seperti piringan
28 : Dinding atas probe
29 : Dinding bawah probe
30 : Dinding muka depan probe
31 : Lubang keluarnya pancaran cahaya dioda
32 : Lubang masuknya pantulan cahaya dioda
31’ : Lensa yang terpasang pada lubang 31
32’ : Lensa yang terpasang pada lubang 32
33 : Dudukan berbentuk setengah silinder
34 : Sirkuit pendeteksi
35 : Oscilator 10 kHz
37 : Dioda
38 : Sirkuit pendeteksi
39 : Relay saklar
40 : Summator circuit
41 : Sirkuit pemancar (transmitter circuit)
http://digilib.unimus.ac.id
42 : Antena
43 : Amplifier
44 : Detektor puncak (peak detector)
45 : Amplifier pencatat (log amplifier)
46 : Oscilator pengontrol tegangan
47 : Mikrofon nirkabel
48 : Antena
49 : Receiver suara
50 : Output receiver suara
51 : Perekam magnetic
52 : Output
53 : Gate
54 : Antena
55 : Receiver
56 : Detektor 10 kHz
57 : Relay
58 : Koneksi sambungan
59 : Input
60 : Sambungan koneksi
61 :Gate
62 : Klakson, terompet
63 : Mikrokomputer
64 : Perangkat player magnetik dua channel
http://digilib.unimus.ac.id
65 : Decoder
66 : Sirkuit tatap muka (interface circuit)
67 : Speaker
68 : Keluaran suara
68’ : Keyboard
69 : Printer
70 : Tampilan grafik
71 : Low-pass circuit filter
72 : High-pass circuit filter
73 : Amplifier
74 : Perangkat detektor
75 : Sirkuit pembanding (comparator circuit)
75’ : Klakson, terompet
76 : Phase-lock loop circuit
77 : Kurva
78 : Kurva
79 : Nilai isolator rusak dalam kurva
80 : Nilai isolator rusak dalam kurva
81 : Nilai isolator rusak dalam kurva
Perangkat ini adalah sebuah bagian dari metode pengukuran dan
pendeteksian isolator rusak tanpa membuat kontak secara elektrikal. Metode ini
terdiri dari tahap-tahap :
http://digilib.unimus.ac.id
i. Menggeser probe medan elektrik sepanjang sumbu substansial parallel
dengan sumbu longitudinal dari kolom isolator,
ii. Yang mempengaruhi pengukuran medan elektrik yang melingkupi kolom
isolator untuk mendeteksi diskontinuitas pada medan ini yang disebabkan
oleh kehadiran isolator rusak/cacat dalam kolom isolator ini, dan
iii. Menafsirkan nilai pengukuran medan elektrik untuk mengidentifikasi
isolator yang rusak atau cacat dalam kolom isolator.
Berdasarkan gambarFig.1, 2 dan 3, ditampilkan kolom isolator(10) yang
menahan konduktor listrik(11) yang digunakan pada jaringan tegangan tinggi.
Kolom isolator(10) dibentuk dari sebuah susunan jamak isolator yang tersusun
secara seri(12). Masing-masing isolator(12) terdiri dari piringan isolator porselain(13)
dan konektor metal(14).
Metode kerja dari perangkat pendeteksi pada penemuan ini berdasarkan
pada prinsip bahwa medan elektrik tegak lurus dengan garis ekuipotensial(15) yang
berasal dari kolom isolator karena tegangan tinggi yang muncul dari konduktor(11)
memiliki sebuah komponen aksial Ev dan komponen radial Eh, yang masing-
masing digambarkan sebagai vektor 16 dan 17. Ketika sebuah isolator(12) rusak
dalam kolom tersebut, dapat didemonstrasikan bahwa garis distribusi medan
elektris(2) tegak lurus dengan garis ekuipotensial(15) di area atau sekitar isolator
yang rusak(12’) berorientasi menghadap secara substansial tegak lurus datau secara
radial ke garis tegak kolom isolator tersebut. Secara teoritis hal ini
didemonstrasikan pada Fig.1 dimana isolator 12’ rusak. Orientasi medan elektrik
http://digilib.unimus.ac.id
ini dihasilkan oleh kenyataan bahwa support connector(14) secara substansial ada
pada potensial yang sama pada kedua sisinya pada unit isolator 12’ yang rusak
tersebut.
Dengan mengukur komponen aksial dari medan elektrik di depan isolator
12’, diperoleh besarnya medan listrik yang terasa lebih rendah dibandingkan hasil
pengukuran yang diperoleh dari isolator lain yang berada di masing-masing sisi
berlawanan dari isolator yang rusak tersebut. Fig.3 secara jelas mengilustrasikan
hasil ini. Untuk mendeteksi piringan isolator yang rusak, dibutuhkan pengukuran
dengan sebuah probe, komponen aksial medan elektrik masing-masing berdekatan
dengan medan elektrik lain yang piringan isolator yang lain dalam satu kolom
yang sama. Pengukuran ini kemudian menghasilkan kembali sebuah grafik yang
menghasilkan kurva sebagaimana yang ditampilkan pada Fig.3 dan dengan
menganalisis grafik tersebut, isolator rusak yang sesungguhnya dapat
diidentifikasi. Metode ini dapat menggunakan suatu cara semi otomatis dengan
menggunakan penemuan ini sebagaimana yang telah diilustrasikan dalam Fig.2.
Ditampilkan dalam Fig.2, perangkat pendeteksi terdiri dari sebuah probe(18)
yang memiliki sirkuit pendeteksi yang terasosiasi untuk mengukur pada perkiraan
mula lokasi jarak komponen aksial medan elektris yang dibangkitkan sekitar
kolom isolator(10). Probe(18) diasosiasikan atau digabungkan dengan peralatan
yang memungkinkan untuk membuat probe berpindah-pindah sepanjang
kolom(10)secara paralel. Hal ini dapat dilakukan dengan sedikitnya dua peralatan
yang berbeda bergantung pada peralatan khusus pada sistem. Pertama-tama,
sebagaimana yang diilustrasikan pada Fig.2A, probe(18) terpasang tetap pada
http://digilib.unimus.ac.id
sandaran pemandu yang tersusun dari sebuah silinder yang dibuat dari bahan yang
material isolasi yang kokoh, yang dapat diletakkan melebar pada paling sedikit
dua piringan dan lebih baik lagi pada tiga piringan isolator sekaligus. Keliling
garis terluar piringan berhubungan dengan kurva melintang dari bagian silinder.
Probe dipasangkan pada engsel yang diamankan ke tongkat berisolasi(21)dimana
probe dapat dimanipulasikan posisinya oleh operator, ditempatkan pada struktur
pendukung atau pada sebuah kereta dorongan yang diamankan ke ujung dari
sebuah mechanicalboom.
Sebagaimana diilustrasikan di gambar Fig.2B, probe(18) diamankan ke
sebuah mekanisme berpemandu disini tersusun dengan silinder(19) yang berada
pada jarak yang dekat sekitar sisi luar bagian piringan isolator(13) yang tersusun
dalam kolom(10). Silinder pemandu(19) melebar sepanjang sedikitnya tiga isolator
piringan isolator yang berderet-deret(13) sebagai cara yang memungkinkan isolator
dapat bergeser sepanjang sumbu isolator yang secara subtansial paralel dengan
kolom. Sebuah kabel dan sistem tarikan20)dipasangkan untuk menggantikan
silinder supaya dapat menyapu seluruh isolator dalam kolom(10). Sebuah sirkuit
penganalisis(22) menerima sinyal dari sirkuit pendeteksi yang digabungkan dengan
probe(18) dimana untuk menganalisi dan menginterpretasikan sinyal informasi
untuk secara otomatis mencatat dan menganalisis sinyal pengukuran yang
diterima dari sirkuit pendeteksi dari probe.
Berkaitan dengan tambahan Fig.4, Fig.5 dan Fig.6, ditampilkan bentuk
yang lebih baik dari konstruksi perangkat pada penemuan ini. Sebagaimana yang
telah ditunjukkan sebelumnya, probe(18) terdiri dari sebuah bingkai atau rumah-
http://digilib.unimus.ac.id
rumahan konduktif(23) yang didalamnya adalah sirkuit pendeteksi. Pengencang(24)
diamankan ke wadah yang bersifat isolasi dan meluas dari sisi ujung dinding yang
berlawanan daripadanya. Pengencang ini(24) mengamankan bingkai konduktif ke
sebuah garpu(25)yang terpasang pada ujung tongkat berisolasi(21). Probeterdiri dari
dua elektroda yang serupa piring 26 dan 27 dengan posisi paralel satu sama lain
pada sisi yang berlawanan, sisi dinding atas(28) dan sisi dinding bawah(29)pada
bingkai konduktif(23). Elektroda secara elektrikal terisolasi dengan isolator(3).
Bentuk kotak dari probe memberinya lebih banyak arah dibandingkan
jikaprobeberbentuk bulat, yang secara umum diperlengkapkan untuk mengukur
medan elektrik. Rumah-rumahan atau frame konduktif(23) memiliki dinding depan
muka(30) dari material konduktif dan sepasang lubang yang diatur pada jarak yang
terpisah pada dinding muka(30). Lubang-lubang ini(31 dan 32) bentuk bagian dari
posisi detektor yang mendeteksi lokasi pasti dari bagian terdekat dari bagian
terdekat wilayah sekeliling piringan isolator(13).
Ditampilkan pada gambar Fig.5, peralatan pemandu tersusun oleh sebuah
bagian silindris(33), terkonstruksi dari material yang bersifat isolasi dan dimana
tempat probe diamankan. Bagian silindris ini cukup panjang untuk mendukung
dan memandu dirinya sendiri pada bagian terluar keliling dari dua atau tiga
berturut-turut isolator(12) dimana probe(18) mungkin terpandu sepanjang sumbu
substansial paralel dengan sumbu longitudinal kolom.
Pada Fig.6, ditampilkan konstruksi sirkuit deteksi(34) yang dimuat dalam
bingkai konduktif(23). Sirkuit pendeteksi ini(34) terkoneksi ke dua elektroda 26 dan
http://digilib.unimus.ac.id
27 mendeteksi atau merasakan komponen aksial medan elektris sekitar kolom
isolator(12).
Posisi sirkuit detektor terdiri dari sebuah oscilator 10Khz(35) yang
memberikan sinyal frekuensi ke sebuah dioda yang memancarkan sinar
inframerah(36) yang akan memancarkan sinyal cahaya pada jarak yang pendek
melalui lubang(31) untuk mendeteksi wilayah keliling(13’) dari piringan isolator(13).
Sinyal cahaya ini akan terpantulkan kembali ke pendeteksi dioda inframerah(37)
melalui lubang(32) ketika keliling dari piringan isolator(13) diposisikan dekat
dengan lubang untuk memfokuskan sinyal. Dioda 37 dihubungkan ke sebuah
sirkuit detektor(38) dan ketika mendeteksi sebuah piringan isolator(13), dioda(37)
tersebut akan mengaktifkan saklar relay(39) yang menyebabkan summator
circuit(40) memberi masukan sebuah posisi sinyal sepanjang dengan sinyal
pengukuran komponen aksial medan elektrik. Sebuah sirkuit transmitter(41)
mentransmisikan sebuah sinyal frekuensi radio termodulasi lewat sebuah
antena(42) ke sebuah stasiun penerima pada lokasi yang jauh. Sinyal juga dapat
ditransmisikan melalui sebuah jaringan serat optik. Sinyal yang ditransmisikan ini
termodulasi oleh dua sub-carrier dengan satu sub-carrier yang merepresentasikan
nilai logarithmik medan elektrik, dikonversikan ke sebuah sinyal frekuensi yang
dapat bervariasi antara 600 dan 5000 Hertz, dan sub-carrier lainnya yang tetap
pada frekuensi 10000 Hz dan disajikan atau tidaknya tergantung dari penutupan
saklar yang mengindikasikan adanya sebuah sinyal posisi. Sub-carrier kedua ini
hanya tersaji ketika sirkuit detektor(38) mengindikasikan adanya piringan
isolator(13), sebagaimana ditampilkan pada gambar Fig.6, hal tersebut
http://digilib.unimus.ac.id
memungkinkan hubungan sinyal pengukuran relatif dengan posisi piringan
isolator. Kedua ssinyal transmitter(41) atau sinyal serat optik terpengaruh oleh
tegangan tinggi dalam jaringan(11).
Elektroda 26 dan 27 masing-masing terhubung dengan input positif dan
negatif sebuah amplifier(43) yang terhubung ke sebuah peak detector(44), sebuah
pencatat amplifier(45) dan oscilator pengontrol tegangan(46) dimana untuk
menghasilkan sebuah sinyal sinusoidal yang proporsional dengan nilai
logarithmik medan elektrik. Frekuensi dari sinyal ini dapat bervariasi antara 600
dan 5000 Hz, tergantung pada intensitas komponen aksial di medan elektriknya.
Fig.10 menjelaskan korelasi antara nilai medan elektrik yang diaplikasikan ke
elektroda dan kesesuaian sinyal yang diperoleh pada output VCE pada decoder.
Skema rangkaian sirkuit penerima dan pencatat ditampilkan pada Fig.7.
Gambar tersebut juga mengilustrasikan probe(18)beserta pula sebuah mikrofon
wireless(47). Operator yang akan melakukan verifikasi isolator terlebih harus
dahulu menyalakan sirkuit tenaga untuk probe dan mikrofon untuk membangun
tautan diantaranya dengan menggunakan dua frekuensi carrier, 49,83 mHz untuk
probe dan 49,89 mHz untuk mikrofon. Frekuensi-frekuensi carrier ini diterima
oleh receiver 55 dan 49 yang mampu menerima sinyal-sinyal ini. Output 57 dan
52 dari receiver-receiver ini terhubung ke perekam magnetik(51) yang akan
diaktifkan melalui gerbang(53) dan sambungan(60).
Perekam magnetik(51) bekerja perekam magnetik(51) tetap beroperasi selama
kehadiran dua carrier terus ditunjukkan oleh output 57 dan 52 dari dua receiver
dan sepanjang masih cukupnya pita magnetik. Perekam magnetik diperlengkapkan
http://digilib.unimus.ac.id
untuk merekam sinyal pengukuran diterima pada output(58) dari receiver(55)
melalui input(59) dan sinyal vokal diterima pada output(50) dari receiver(49). Sebuah
detektor 10 kHz(56) dihubungkan ke output receiver(55) dan diperlengkapkan untuk
mengaktifkan horn(62) untuk menghasilkan sinyal suara yang dapat didengar, hal
ini dilakukan melalui relay(57). Sinyal suara ini dibangkitkan setiap kali probe
berpindah dari depan sebuah keliling piringan isolator dalam kolom. Sinyal suara
memberikan sebuah sinyal ke operator bahwa sistem telah beroperasi dan
merekam sinyal informasi yang diterima sebagaimana kolom akan disapu oleh
probe. Dalam kasus dimana dua frekuensi carrier tidak tersajikan atau apabila
pita magnetik tidak bergerak, kontak dari relay(57)tetap terbuka dan horn(62) tidak
teraktivasi.
Pada Fig.8, ditampilkan model konstruksi sirkuit penganalisis. Hal itu
menunjukkan bahwa sirkuit penganalisis ini dapat tergabung dengan sirkuit
penerima dari Fig.7 sebagaimana on-site device. Walaupun demikian, karena
penggunaan mikrokomputer(63) didalamnya, lebih baik lagi untuk menganalisis
rekaman informasi yang tersimpan secara magnetik ini di laboratorium dimana
perangkat terpasang pada instalasi permanen dan secara otomatis mengeluarkan
cetakan laporan yang mengidentifikasi masing-masing isolator yang diuji dalam
kolom renceng isolator dan kondisi operasi isolator didalamnya.Langkah-langkah
analisis sinyal terdiri dari :
(a). Mendecode sinyal pengukuran yang terekam,
(b). Mengeluarkan sinyal digital dan analog sinyal relatif dengan sinyal
pengukuran,
http://digilib.unimus.ac.id
(c). Mencetak dan mengeplot pada sebuah grafik hasil sinyal pengukuran dan
sinyal posisi dimana untuk membangun kondisi operasi masing-masing
isolator dalam kolom isolator yang diukur.
Berdasarkan pada gambarFig.8, pada probe tersedia sebuah peralatan player
magnetik 2-channel(64) untuk memainkan kembali medium perekam magnetik
yaitu sebuah pita magnetik, untuk memperkirakan kemungkinan dari sinyal
informasi dan sinyal pengukuran. Decoder(65) mengubah sinyal perekam pada pita
ke dalam dua sinyal tegangan. Sinyal pertama “IEP” normalnya + 5 volt dan
hilang ke nol ketika sinyal detektor posisi 10 kHz tersaji pada medium perekam.
Sinyal keluaran kedua “VCE” adalah proporsional kepada sebuah konstanta K
dikalikan oleh logkomponen aksial medan elektrikal Ev. Dua sinyal ini “IEP” dan
“VCE”, kemudian diberikan ke mikrokomputer(63) melalui sirkuit interface(66).
Program dari mikrokomputer ini(63) adalah tipe “inter-active”, yang akan
menanyakan pertanyaan langsung ke operator yang akan memasukkan informasi
yang disediakan oleh speaker(67) tersambung ke output suara(68) dari peralatan
player magnetik(64) melalui sebuah keyboard(68’)dalam cara yang dikenal oleh
orang yang ahli dibidangnya. Informasi ini mengandung sinyal identifikasi yang
mengidentifikasikan spesifik kolom isolator yang diukur serta permulaan dan
penghentian sinyal pengetesan. Mikrokomputer(63) memiliki bermacam-macam
peralatan perekam informasi yang terhubung kepadanya dan sebuah printer(69)
tersedia untuk mencetak semua sinyal identifikasi dan sinyal pengukuran. Sebuah
http://digilib.unimus.ac.id
grafik ditampikan pada gambar Fig.3 juga ditampilkan dan dicetak dengan sebuah
layar grafik(70)dan peralatan yang terasosiasi.
Fig.9 adalah diagram blok menampilkan konstruksi sirkuit decoder(65).
Berdasarkan gambar tersebut, decoder memiliki dua input filter, yang dinamakan
low-pass filter(71) dan high-pass filter(72) dimana memisahkan posisi pendeteksi
sinyal 10 kHz dari sinyal pengukuran. High-pass filter(72) tersambung dengan
sebuah amplifier(73) yang memberi masukan perangkat detektor(74) untuk
mengkonversikan sinyal ke dalam sebuah sinyal DC 5 Volt, jatuh ke tegangan nol
setiap kali sebuah sinyal pendeteksi posisi 10 kHz terasa. Sebuah horn(75’)
dihubungkan dengan output perangkat detektor(74) untuk dimanfaatkan oleh
operator untuk menganalisis informasi pada pita magnetik. Low-pass filter(71)
tersambung sebuah comparator circuit(75) untuk mengkonversikan sinyal analog
ke sinyal digital yang kemudian memberi masukan phase-lock loop circuit(76)
yang masing-masing disertakan dengan sebuah dioda cahaya 74’ dan 76’ untuk
mengindikasikan adanya sebuah sinyal posisi dan sinyal pengukuran.
Pada gambar Fig.3, ditampilkan semacam kurva karakteristik dari
pengukuran aktual sebuah kolom isolator yang telah diambil oleh peralatan pada
penemuan ini. Kolom isolator yang diukur terdiri dari 30 buah isolator,
digambarkan pada skala horizontal. Waktu yang dibutuhkan untuk memindai
seluruh isolator kira-kira 20 detik. Selama tes laboratorium, besar tegangan fasa-
ground pada konduktor adalah 425 kV yang berhubungan ke sebuah jalur
tegangan 745 kV. Supaya dapat mengkonversikan nilai yang diperoleh dari
probeke dalam nilai medan elektrik yang sesungguhnya, kalibrasi mempengaruhi
http://digilib.unimus.ac.id
hasil yang diilustrasikan oleh kurva karakteristik yang ditampilkan pada gambar
Fig.10. Ditampilkan pada Fig.3, kurva(77) mengilustrasikan kolom isolator
tersebut tidak memiliki unit yang rusak. Kurva(78) mengindikasikan pengukuran
aktual komponen aksial medan elektrik dengan isolator yang rusak. Diketahui,
isolator ke-8, ke-16 dan ke-21 rusak, diindikasikan dengan nilai yang rendah pada
komponen aksial masing-masing yang terukur medan elektriknya pada posisi
79,80 dan 81. Dengan menganalisis kurva tersebut, isolator rusak dapat secara
akurat dideteksi dan diganti. Variasi tes yang lain dilakukan dengan meletakkan
dua isolator yang rusak pada ujung kolom isolator dimana nilai medan elektriknya
lebih lemah dan sistem serta metode yang ditemukan memadai untuk mendeteksi
isolator yang rusak tersebut tanpa memperhatikan posisinya sepanjang kolom
isolator, sepanjang itu adalah medan elektrik yang lemah pada area sekeliling
isolator-isolator ini, masih memungkinkan untuk mendeteksi manakah isolator
yang rusak. [8]
Gambar 2.13. Cara penggunaan probe pengukur medan listrik pada jaringan transmisi
bersusunan isolator V-string
http://digilib.unimus.ac.id
Keterangan langkah kerja penggunaan probe pada gambar 2.13 :
1. Operator memposisikan diri pada tower dan menekan tombol pada
probe dan logger,
2. Meletakkan probe pengukuran pada string sedikit dibawah ujung
ground stringisolator,
3. Menggeser probe tester kembali ke ujung awalan ground dari string
isolator dan menjaganya tetap diam ditempat untuk sedikitnya 10
detik sebelum kemudian keluarlah bunyi beep yang panjang,
4. Menggeser secara sliding probe tester pengukuran hingga ke ujung
konduktor string dan kemudian menggeser sliding kembali ke titik
awalan pengetesan. Suara beep keluar setiap kali pembacaan diambil
dari masing-masing isolator.
5. Memindahkan perangkat ukur dari string isolator dan meyakinkan
diperolehnya keluaran suara yang terus menerus (mengindikasikan
proses pemindaian yang berhasil dilakukan) dan kemudian menekan
tombol untuk menyimpan data.
6. Memasangkan perangkat Bluetooth pada probe pengukuran.
Kemudian operator menyiapkan PDA phone untuk mentransfer data
hasil pengukuran dari probe ke PDA Phone.
7. Operator menekan tombol pada probe untuk mentrasfer data hasil
pengukuran hasil pengukuran ke PDA phone. Grafik hasil
pengukuran kemudian dapat dilihat dari PDA phone tersebut.
http://digilib.unimus.ac.id
Grafik 2.3. Contoh kurva grafik hasil pengukuran string isolator yang keseluruhan
kondisi isolatornya baik
Grafik 2.4. Contoh kurva grafik hasil pengukuran string isolator yang memiliki
isolator yang rusak (isolator ke-15)
http://digilib.unimus.ac.id
Pada tahun 2006, dilakukan studi penelitian oleh Yangchun Cheng dan
timnyauntuk mengetahui tingkat sensitifitas perangkat ukur yang menggunakan
metode pengukuran berdasarkan medan listrik terhadap isolator porselen. Uji coba
dilakukan dengan satu renceng isolator yang terdiri dari 8 keping isolator yang
dipasangkan pada tegangan AC 60 kV. Kemudian salah satu isolator atau
beberapa darinya diganti dengan isolator yang telah dianggap rusak dengan posisi
yang diubah-ubah. Hasil kesimpulan yang diperoleh memberikan kesimpulan
bahwa perangkat ini lebih mudah untuk mendeteksi beberapa isolator rusak
dibandingkan dengan hanya satu isolator yang rusak dalam satu renceng. [9]
2.2. Transmisi Energi Listrik 500 KV
Struktur sistem tenaga listrik sangatlah besar dan komplek. Namun
demikian, setidaknya komponen utama dapat diidentifikasikan dengan sistem
pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Salah satu bagian penting
yang menjadi sistem perantara yang menghubungkan sistem pembangkitan dan
sistem distribusi adalah sistem transmisi. Transmisi AC Tegangan ekstra tinggi
diperkirakan muncul pertama kali pada tahun 1952 ketika jaringan listrik tegangan
380 - 400 kV yang pertama beroperasi ke dalam layanan energi listrikdi Swedia.
Semenjak itu, negara industri di seluruh dunia mulai mengadopsi teknologi ini,
menggunakan besar tegangan yang sama dan level tegangan yang lebih tinggi.
Segera setelah itu ditemukan bahwa dampak dari level tegangan seperti terhadap
lingkungan disekitarnya membutuhkan suatu perhatian lebih karena gradien
tegangan tinggi pada permukaan konduktor membawa masalah gangguan dari
http://digilib.unimus.ac.id
frekuensi tenaga ke frekuensi TV. Medan elektrostatik tersebut disekitar jalur
jaringan, efek corona, rugi-rugi, kebisingan, gangguan operator, interferensi radio
dan TVI (TV Interfence) dikenali sebagai masalah steady stateuntuk pengaturan
desain jalur konduktor, tinggi jaringan, dan jarak antar fasa untuk menjaga jarak
medan interfensi agar sesuai dengan batas yang ditentukan. Arus yang mengisi
jaringan begitu tinggi, sehingga dengan memberikan kondensator sinkron pada
ujung beban perlu dilakukan sebagai langkah pengendalian tegangan pada ujung
pengiriman, dan bus ujung penerima. Kompensasi reaktor shunt untuk pengaturan
tegangan pada saat tidak berbeban, dan beralih mengganti dengan kapasitor pada
kondisi berbeban menjadi sangat diperlukan. Penggunaan kapasitor seri untuk
meningkatkan pengendalian kapasitas tenaga telah membawa masalah tersendiri
seperti bertambahnya kepadatan arus, suhu konduktor yang meningkat,
peningkatan arus hubung singkat dan resonansi subsinkron. Keseluruhan ini masih
menjadi masalah yang steady state.
Satu masalah utama dengan level tegangan Extra High Voltage adalah
tegangan lebih (overvoltage) selama operasi buka-tutup (switching) jaringan,
secara umum disebut tegangan lebih surja hubung (switching surge overvoltages).
Segera setelah diketahui bahwa airgap yang panjang adalah yang terlemah untuk
surja hubung berpolaritas positif. Koordinasi isolasi sekarang harus didasarkan
padaSwitching Impulse Levels (SIL) dan tidak hanya berdasarkan Lightning
Impuls Levels saja.
Sesuai dengan perkembangan penelitian, proyek penelitian di lapangan telah
dibentuk untuk menginvestigasi efek tegangan tinggi dari jalur jaringan Extra
http://digilib.unimus.ac.id
High Voltage (EHV) dan Ultra High Voltage (UHV) untuk menempatkan desain
jaringan-jaringan itu pada dasar ilmiah yang lebih banyak, walaupun semua
variabel dalam hal ini bersifat statistik di alam dan memerlukan observasi jangka
panjang untuk dilanjutkan. Berdasarkan dengan data lapangan, analisis berbagai
masalah dan perhitungan dengan menggunakan komputer digital telah membawa
kemajuan tentang desain-desain jaringan Extra High Voltage ke pencapaian
ilmiah ke tingkat yang lebih tinggi. [10]
2.3. IsolatorPenghantar Tegangan Ekstra Tinggi
2.3.1. Aplikasi Bahan Isolasi
Tidak ada satu pun peralatan listrik yang tidak bergantung pada sistem
isolasi listrik dalam suatu bentuk atau dalam bentuk lainnya untuk menjaga aliran
arus listrik dalam jalur sirkuit listrik yang diinginkan. Apabila karena beberapa
alasan tertentu arus menyimpang dari jalurnya, maka potensial listrik akan turun.
Satu contoh dari peristiwa ini adalah peristiwa hubung singkat (short circuit) dan
hal ini harus selalu dihindari. Isolasi yang baik diterapkan dengan pilihan yang
tepat dan penerapan dari sistem isolasi dimana disitu ada potensi beda potensial
antara konduktor lain yang bersebelahan, yang juga dialiri arus listrik.
Banyak unit dan departemen pemeliharaan tenaga listrik yang secara rutin
memasang dan mengganti isolator pada jalur transmisi overhead dengan
menggunakan prosedur pekerjaan bertegangan. Yang menjadi persyaratan penting
untuk menjamin keselamatan pekerja adalah dengan mengkonfirmasi integritas
listrik dan mekanik dari isolator yang akan dikerjakan sebelum melaksanakan
http://digilib.unimus.ac.id
pekerjaan bertegangan. Isolator mungkin memiliki beberapa kerusakan internal
atau tersembunyi yang disebabkan proses pabrikan atau disebabkan pengaruh
pejanan tekanan elektrik dan lingkungan. Walaupun proses penggantian isolator
telah dapat dilakukan dalam kondisi jaringan tanpa padam, pekerjaan
pemeliharaan dalam keadaan bertegangan memerlukan suatu metode tes
sederhana, tepat dan efektif untuk mendeteksi kerusakan pada isolator. Cacat ini
harus dikategorikan dan dianalisis dalam beberapa hal sesuai dengan
kemungkinan menyebabkan kegagalan selama pelaksanaan pekerjaan
bertegangan. [2]
Jaringan transmisi tegangan tinggi dan ekstra tinggi isolator yang digunakan
secara umum di Indonesia berbahan porselen atau kaca. Setiap bagian dirangkai
dengan cara menggunakan fitting logam. Selama masa kondisi operasi, perbedaan
dalam koefisien linier antara fitting logam dan bahan dielektrik memungkinkan
menyebabkan kerusakan dari bahan dielektrik oleh keretakan setelah beberapa
periode waktu. Kerusakan internal yang terjadi pada isolator akan nampak seiring
waktu apabila strukturnya tidak cukup padat. Penyerapan akan air atau material
bersifat konduktif mengurangi dan menghilangkan kegunaan dari bahan
dielektrik.
Dalam menentukan dimensi dan spesifikasi suatu sistem isolasi yang tepat
digunakan pada jalur penghantar tertentu dengan kontur dan kondisi lingkungan
wilayah tertentu, dibutuhkan pengetahuan yang pasti mengenai jenis, besaran dan
durasi tekanan elektrik yang akan dialami bahan isolasi tersebut, dan disamping
itu juga perlu untuk mempertimbangkan kondisi sekitar dimana isolasi akan
http://digilib.unimus.ac.id
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, termal 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. [11]
2.3.2. Teori Umum Isolator Padat
2.3.2.1. Bahan Isolator Padat
Sistem isolasi yang menggunakan bahan padat yang dapat dikelompokan
dalam tiga kelompok, yaitu :
Bahan organik : kapas, kertas, karet, dll
http://digilib.unimus.ac.id
Bahan anorganik : keramik, kaca, mika. Asbes, dll
Bahan sintetis :
Thermoplasic: polythylena, perspek, dll.
Thermosetting: bakelit, epoy resin. dll.
Bahan organik dihasilkan dari tumbuhan atau hewan dan memiliki
karakteristik yang sama. Bahan organik adalah isolator yang baik dan dapat
dengan mudah digunakan dalam praktek. Namun properti mekanis dan listriknya
selalu cepat memburuk pada suhu 100ºC keatas. Karena itu mereka umunya
dipakai setelah dipernis.
Bahan inorganik tidak seperti bahan organik. Bahan inorganik tidak
memperlihatkan penurunan properti mekanis dan listrik hingga suhu 250ºC.
Bahan inorganik yang paling banyak digunakan adalah keramik dan kaca. Baik
dalam pembuatan isolator, bushing, dan lain-lain, sebab resistansinya terhadap
polutan atmosfer dan performanya sangat baik dalam berbagai kondisi tenperatur
dan tekanan.
Polimer sintetik adalah bahan polimer yang memiliki properti isolasi yang
sangat baik dan dapat dengan mudah diproduksi dan diaplikasikan ke peralatan.
Walaupun memiliki temperatur leleh yang rendah (antara 100 – 120° C), bahan ini
sangat fleksibel dan dapat dicetak atau dibentuk dibawah titik leleh.
2.3.2.2. Penyebab Kegagalan Isolator
Didalam pengoperasian sering ditemukan kegagalan / kerusakan pada
isolator ini disebabkan beberapa hal :
http://digilib.unimus.ac.id
1. Kegagalan mekanik
Berat konduktor
Angin
Getaran
2. Kegagalan disebabkan listrik
Tegangan operasi
Over Voltage
3. Kegagalan disebabkan panas
Perubahan temperatur yang ekstrim
4. Mutu pembuatan rendah
Desain
Mutu bahan
Kerusakan pada saat pembuatan
2.3.2.3. Pengaruh Polutan Terhadap Kinerja Isolator
Partikel yang terkandung diudara dapat menempel pada permukaan isolator
dan berangsur-angsur membentuk lapisan tipis, ini disebut polutan. Unsur polutan
yang sangat tepengaruh terhadap unjuk kerja isolator adalah unsur garam karena
garam yang terbawa angin laut, bersifat konduktif terutama pada kondisi cuaca
lembab, berkabut atau pada saat hujan gerimis.
Jika cuaca seperti ini maka pada isolator akan mengalir arus bocor dari
kawat phasa ke tanah melalui lapisan konduktif yang menempel pada isolator,
adanya arus bocor akan menimbulkan panas yang besarnya sama dengan I2R,
http://digilib.unimus.ac.id
akibat panas tersebut lapisan polutan akan mengering, akibatnya beda tegangan
pada lapisan polutan yang kering semakin besar dan menimbulkan kuat medan
elekrik disekitar naik .
Jika kekuatan medan elektrik melebihi kekuatan dielektrik udara di sekitar
isolator maka terjadi loncatan listrik yang membuat lapisan polutan semakin
besar, bila kondisi ini berulang-ulang terjadi maka polutan di isolator akan
memanjang dan busur api akan membesar dan busur api tersebut menghubungkan
yang bertegangan dengan ground maka terjadilah short circuit pada isolator.
2.3.2.4. Tingkat Kerusakan / Bobot Polusi Pada Isolator
Tingkat kerusakan atau bobot polusi pada isolator dipengaruhi keadaan
lingkungan tempat isolator tersebut terpasang. Hal ini dapat digolongkan menjadi
beberapa tingkatan :
1. Ringan, dengan ciri-ciri :
Kawasan tanpa industri dan pemukiman yang dilengkapi sarana
pembakaran dengan kepadatan rumah rendah
Kawasan dengan kepadatan industri rendah atau pemukiman, tetapi
sering terkena angin / hujan
Kawasan pertanian
Kawasan pegunungan, semua kawasan ini harus terletak paling sedikit 10
– 20 Km dari laut dan bukan kawasan terbuka bagi hembusan angin
langsung dari laut.
2. Sedang, dengan ciri-ciri :
http://digilib.unimus.ac.id
Kawasan industri, khususnya yang tidak menghasilkan asap polusi dan
pemukiman yang dilengkapi sarana pembakaran dengan kepadatan
rumah rendah
Kawasan dengan kepadatan rumah tinggi atau kawasan industri
kepadatan tinggi tetapi sering terkena angin atau hujan
Kawasan terbuka bagi angin laut tetapi tidak terlalu dekat dengan pantai
(10 – 5 km dari pantai)
3. Berat, dengan ciri-ciri :
Kawasan dengan kepadatan industri tinggi dan pinggiran kota besar
dengan kepadatan sarana. Pembakaran yang tinggi dan menghasilkan
polusi.
Kawasan dekat laut atau kawasan yang senantiasa terbuka lagi hembusan
angin laut yang relatif kencang.
4. Sangat Berat, dengan ciri-ciri :
Kawasan yang umumnya luasnya cukupan yaitu daerah yang terkena
debu konduktif dan asap industri yang dapat menimbulkan endapan
konduktif tebal.
Kawasan yang umumnya luasnya cukupan sangat dekat dengan pantai
dan terbuka bagi semburan air laut atau hembusan angin laut yang sangat
kencang dan mengandung polutan.
Kawasan padang pasir yang ditandai dengan tidak adanya hujan untuk
jangka waktu lama, terbuka bagi angin kencang yang membawa pasir dan
garam, serta terkena kondensasi yang tetap.
http://digilib.unimus.ac.id
2.3.3. Karakteristik Isolator
Dijelaskan secara umum karakteristik isolator yang terdiri dari karakteristik
mekanis dan elektris yang keduanya merupakan bagian penting dari spesifikasi
isolator untuk dapat tepat digunakan pada jaringan listrik tegangan menengah,
tegangan tinggi dan tegangan ekstra tinggi [11] :
2.3.3.1. Karakteristik Mekanis Isolator
Karakteristik mekanis isolator ditandai dengan kekuatan mekanisnya, yaitu
beban mekanis terendah yang mengakibatkan isolator tersebut rusak. Kekuatan
mekanis ini ditentukan dengan membebani isolator dengan beban yang bertambah
secara bertahap hingga isolator terlihat rusak. Kekuatan mekanis isolator
dinyatakan dalam tiga keadaan beban, yaitu kekuatan mekanis tarik, kekuatan
mekanis tekan dan kekuatan mekanis tekuk.
Sifat mekanis yang dibutuhkan tergantung pada pemakaian, seperti
diberikan dibawah ini.
(a) Isolator hantaran udara, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan regangan
(tensile strength)
(b) Isolator pendukung pada gardu, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan
tekuk (bending strength)
(c) Isolator antenna, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekan (pressure
strength)
(d) Pemutus daya (circuit breaker), sifat mekanis terpentingnya Kekuatan
tekanan dadakan (bursting pressure withstand)
http://digilib.unimus.ac.id
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 termal sebagai berikut:
a. Kemampuan untuk menahan panas tinggi (daya tahan panas)
b. Kerentanan terhadap perubahan bentuk pada keadaan panas.
c. Konduktifitas panas tinggi.
d. Koefisien muai panas rendah.
e. Tidak mudah terbakar.
f. 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:
a. Memiliki daya tahan terhadap minyak dan ozon.
b. Memiliki kekedapan dan kekenyalan higroskopis yang tinggi.
c. Daya serap air rendah.
d. 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
http://digilib.unimus.ac.id
mencari kompromi antara penyimpangan kebutuhan dengansifat yang diinginkan,
sehingga pemilihan yang benar-benar memuaskan tidak terpenuhi. [12]
2.3.3.2. Karakteristik Elektris Isolator
Ditinjau dari segi kelistrikan, isolator dan udara membentuk suatu sistem
isolasi yang berfungsi untuk mengisolir suatu konduktor bertegangan dengan
kerangka penyangga yang dibumikan sehingga tidak ada arus yang mengalir dari
konduktor tersebut ke tanah.
Sifat listrik yang dibutuhkan untuk suatu bahan isolasi adalah sebagai
berikut:
1. Mempunyai kekuatan dielektrik 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 yang diizinkan.
Ada dua kejadian yang menyebabkan sistem isolasi ini gagal menjalankan
fungsinya, yaitu terjadi tegangan tembus listrik pada udara disekitar permukaan
isolator yang disebut peristiwa lewat-denyar (flashover) dan tembus listrik pada
http://digilib.unimus.ac.id
isolator yang menyebabkan isolator pecah. Kegagalan suatu isolator dapat terjadi
karena bahan dielektrik isolator tembus listrik (breakdown) atau karena terjadinya
lewat-denyar (flashover) udara yang terjadi di sepanjang permukaan isolator.
Pada peristiwa breakdown isolator, karakteristik listrik tidak dapat pulih
seperti semula dan sebagian dari isolator mengalami kerusakan mekanis sehingga
tidak dapat digunakan lagi dan harus diganti. Pada peristiwa lewat-denyar
(flashover), kerusakan pada isolator hanya karena panas yang ditimbulkan busur
api pada permukaan isolator. Jika relai proteksi jaringan bekerja, tegangan pada
isolator tidak ada lagi, akibatnya busur api pun padam, dengan demikian isolator
tidak sempat mengalami kerusakan.
2.3.3.3. Bahan Isolator Ditinjau Dari Karakteristik Mekanis dan Elektris
Karakteristik mekanik dan elektrik di suatu isolator tergantung tergantung
konstruksi dan bahan yang digunakan. Bahan dari isolator terdiri dari dielektrik,
jepitan logam dan bahan perekat yang mengikat jepitan logam dengan dielektrik.
Bahan isolator harus memiliki kekuatan dielektrik yang tinggi dan tidak
terpengaruh oleh kondisi di sekitarnya. Bahan dielektrik untuk isolator umumnya
adalah dari porselain, karena kekuatan dielektriknya tinggi dan tidak terpengaruh
oleh kondisi di sekitarnya. Sampel uji porselain yang tebalnya 1,5 mm, dalam
medan elektrik seragam, memiliki kekuatan elektrik sebesar 22 – 28 kVrms/mm.
Jika tebal porselain bertambah, maka kekuatan elektriknya berkurang, karena
medan elektrik di dalam isolator (internal isolator) semakin tidak seragam. Bila
tebal bertambah 10 mm hingga 30 mm, kekuatan elektriknya berkurang dari 80
http://digilib.unimus.ac.id
kVrms/mm menjadi 55 kVrms/mm. Kekuatan dielektrik porselain pada tegangan
impuls 50-70% lebih tinggi daripada kekuatan dielektrik frekuensi daya.
Kekuatan mekanik dari porselain tergantung pada cara pembuatannya.
Porselain sangat baik jika bekerja memikul beban tekan, tetapi sifat mekanisnya
memburuk jika memikul beban tekuk dan semakin memburuk jika memikul beban
tarik. Kekuatan mekanis porselain standar berdiameter 2-3 cm adalah 45000
kg/cm2 untuk beban tekan, 700 kg/cm
2 untuk beban tekuk dan 300 kg/cm
2 untuk
beban tarik. Kekuatan mekanik dari porselain suatu isolator tergantung pada
konstruksi jepitan, cara menghubungkan porselain dengan jepitan, dan luas
penampang porselain. Kekuatan mekanik dari porselain berkurang dengan
penambahan luas penampang porselain dan pengurangan itu lebih besar pada
kekuatan mekanik beban tarik dan beban tekuk.
Saat ini, gelas semakin banyak digunakan sebagai bahan dielektrik isolator
piring dan isolator jenis pin. Isolator gelas lebih murah daripada porselain dan
karakteristik elektrik dan mekaniknya tidak jauh ketinggalan dibandingkan
porselain. Karakteristik elektrik dan mekanik dari gelas tergantung pada
komposisi kimiawi dari gelas, khususnya kandungan alkali yang terdapat yang
terdapat dalam gelas. Adanya larutan alkali dalam komposisi gelas akan
menambah sifat hygrospisitas permukaan isolator sehingga konduktifitas
permukaan isolator semakin besar. Akibatnya, sifat elektrik isolator gelas alkali
tinggi lebih buruk daripada gelas alkali rendah atau porselain. Kekuatan elektrik
gelas alkali tinggi 17,9 kVrms/mm dan gelas alkali rendah 48 kVrms/mm, yakni dua
kali lebih tinggi daripada kekuatan elektrik porselain.
http://digilib.unimus.ac.id
Pada keadaan isolator bertegangan, sifat ion dari konduktivitas elektrik gelas
alkali tinggi cenderung menguraikan gelas. Oleh karena itu, isolator gelas tidak
dapat digunakan pada instalasi tegangan searah. Pada tegangan bolak-balik,
penguraian elektrik secara praktis tidak ada sehingga penuaan isolator akibat
penguraian elektrik berlangsung lebih lambat.
Berdasarkan proses pembuatannya, isolator gelas terdiri dari dua jenis, yaitu
gelas yang dikuatkan (annealed glass) dan gelas yang dikeraskan (hardening
glass). Kekuatan mekanik sampel uji gelas yang dikuatkan lebih besar dari
porselain karena regangan mekanik internal mudah dihilangkan saat proses
penguatan. Pada porelain, regangan internal secara praktis tetap ada dan hal ini
akan mengurangi kekuatan mekanisnya. Gelas alkalin memiliki koefisien
pemuaian yang tinggi, sehingga isolator gelas mudah pecah jika dioperasikan pada
suhu yang berubah dengan tajam. Hal ini membuat gelas dibatasi pemakaian
hanya untuk instalasi pasangan dalam, tidak untuk instalasi yang mengalami
perubahan suhu yang dalam.
Isolator untuk instalasi pasangan luar terbuat dari alkali rendah yang diikuti
dengan penguatan. Gelas alkalin hanya digunakan jika isolator membutuhkan
pengerasan agar diperoleh kekuatan mekanik yang tinggi.
Selama pengerasan, gelas dipanaskan sampai mencapai suhu yang tinggi
(650 C untuk gelas alkalin tinggi dan 780 C untuk gelas alkalin rendah). Setelah
itu, udara dingin ditiupkan ke dalam gelas. Selama peniupan udara berlangsung,
lapisan luar dari gelas menjadi keras dan bagian dalam terus berkurang volumenya
seiring dengan pendinginan. Proses ini bertujuan untuk membuat lapisan luar
http://digilib.unimus.ac.id
gelas beroleh kekuatan tekan dan bagian dalam gelas beroleh kekuatan tarik. Jika
suatu beban tarik diberikan pada sebuah isolator, kerusakan mulai terjadi jika gaya
tekan pada lapisan luar hilang berlebihan. Dengan demikian akan dihasilkan suatu
isolator yang lebih baik, bila dibandingkan dengan isolator yang dikuatkan.
Isolator gelas alkali rendah yang dikeraskan dapat menahan beban dinamis
dengan baik, sehingga masih layak dipakai sekalipun pernahjatuh dari tempat
tinggi. Tetapi ongkos pembuatannya tinggi sehingga hanya digunakan pada kasus-
kasus dimana dibutuhkan kekuatan mekanik yang tinggi dan stabil pada setiap
perubahan suhu. [11]
2.3.3.4. Mekanisme Terjadinya Tegangan Tembus Listrik
Suatu dielektrik tidak mempunyai elektron-elektron bebas, melainkan
elektron-elektron yang terikat pada inti atom unsur yang membentuk dielektrik
tersebut. Setiap dielektrik mempunyai batas kekuatan untuk memikul terpaan
elektrik. Pada gambar 2.13 ditunjukkan suatu bahan dielektrik yang ditempatkan
di antara dua elektroda piring sejajar. Bila elektroda diberi tegangan searah V,
maka timbul medan elektrik (E) di dalam dielektrik. Medan elektrik ini memberi
gaya kepada elektron-elektron agar terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron
bebas. Dengan kata lain, medan elektrik merupakan suatu beban yang menekan
dielektrik agar berubah sifat menjadi konduktor. Jika terpaan elektrik yang
dipikulnya melebihi batas tersebut dan terpaan berlangsung cukup lama, maka
dielektrik akan menghantar arus atau gagal melaksanakan fungsinya sebagai
isolator. Dalam hal ini dielektrik disebut tembus listrik atau “breakdown”.
http://digilib.unimus.ac.id
Terpaan elektrik tertinggi yang dapat dipikul suatu dielektrik tanpa menimbulkan
dielektrik tembus listrik disebut kekuatan dielektrik. Jika suatu dielektrik
mempunyai kekuatan dielektrikEk , maka terpaan elektrik yang dapat dipikulnya
adalah ≤ Ek .
Gambar 2.14. Medan elektrik dalam dielektrik
Jika terpaan elektrik yang dipikul dielektrik melebihiEk, maka di dalam
dielektrik akan terjadi proses ionisasi berantai yang akhirnya dapat membuat
dielektrik mengalami tembus listrik. Proses ini membutuhkan waktu dan lamanya
tidak tentu tetapi bersifat statistik. Waktu yang dibutuhkan sejak mulai terjadi
ionisasi sampai terjadi tembus listrik disebut waktu tunda tembus (time lag). Jadi
tidak selamanya terpaan elektrik dapat menimbulkan tembus listrik, tetapi ada dua
syarat yang harus dipenuhi, yaitu:
1) Terpaan elektrik yang dipikul dielektrik harus lebih besar atau sama
dengan kekuatan dielektriknya dan;
http://digilib.unimus.ac.id
2) Lama terpaan elektrik berlangsung lebih besar atau sama dengan waktu
tunda tembus.
Tegangan yang menyebabkan dielektrik tersebut tembus listrik disebut
tegangan tembus atau breakdown voltage. Tegangan tembus adalah besar
tegangan yang menimbulkan terpaan elektrik pada dielektrik sama dengan atau
lebih besar daripada kekuatan dielektriknya. [11]
2.4. Distribusi Tegangan dan Medan Listrik Pada Jaringan Listrik Tegangan
Ekstra Tinggi
Teori distribusi tegangan yang telah lama diketahui ini, menjadi sebuah teori
dasar perangkat-perangkat ukur isolator bekerja. Dalam penelitian ini, teori ini
menjadi dasar Isolometer bekerja. Sedangkan teori yang medan listrik pada
isolator yang kemudian dikembangkan menjadi dasar Positron Insulator Tester
bekerja.
2.4.1. Teori Medan Listrik
Medan listrik didefinisikan sebagai ruang di sekitar suatu muatan listrik
sumber dimana muatan listrik lainnya dalam ruang ini akan mengalami gaya
Coulumb atau gaya listrik (tarik-menarik atau tolak-menolak) atau dapat juga
didefinisikan sebagai efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik,
seperti elektron, ion, atau proton, dalam ruangan yang ada di sekitarnya. [13]
Menurut hukum Coloumb, medan listrik didefinisikan sebagai gaya antara
dua buah benda titik bermuatan listrikq1 dan q2 dalam ruang hampa yang terpisah
sejauh r, dimana r lebih besar dari ukuran benda bermuatan, berbanding lurus
http://digilib.unimus.ac.id
dengan perkalian kedua muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat
jaraknya.Gaya tersebut tolak menolak bila muatan antar q1 dan q2 sejenis dan tarik
menarik bila muatannya tidak sejenis.
(a)
(b)
Gambar 2.15. Medan listrik pada (a) satu muatan dan (b) pada dua muatan yang berbeda
http://digilib.unimus.ac.id
Gaya yang dialami salah satu muatan akibat muatan yang lain digambarkan
oleh gaya Coulumb dan diberikan hukum oleh Coulumb :
1 2
2
q qF k
r (dalam vakum) (2.1)
Keterangan :
F = Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak (Newton = N)
k = Konstanta 9 2 2(8,988 10 . / )x N m C
q1 = Muatan satu (Coulumb = C)
q2 = Muatan dua (Coulumb = C)
r = Jarak antar kedua muatan (Meter = m)
Dalam sistem SI, jarak-jarak diukur dalam meter, dan gaya-gaya dalam Newton.
Satuan SI untuk muatan listrik q adalah Coulumb (C). Konstanta k pada hukum
Coulumb mempunyai nilai :
9 2 28,988 10 . /k x N m C
Sering kdiganti dengan lambang
0
1
4k
(2.2)
12 2 2
0 8,85 10 / .x C N m
Dengan ε0adalah permitivitas vakum. Maka hukum Coulumb mengambil bentuk :
1 2
2
0
1
4
q qF
r (dalam vakum) (2.3)
http://digilib.unimus.ac.id
Apabila medium disekelilingnya bukan vakum, maka gaya-gaya yang disebabkan
muatan imbas dalam zat akan melemahkan gaya antara kedua muatan q1 dan
q2itu. Jika zat itu memiliki konstanta dielektrik K, maka tetapan ε0 harus diganti
dengan K.ε0 = ε , dimana ε adalah permitivitas zat tersebut. Maka :
1 2 1 2
2 2
0
1
4
q q q qkF
r K r (2.4)
Dalam vakum K= 1 ; dalam udara K = 1,0006
Gaya yang ditimbulkan oleh gaya Coulumb termasuk kedalam satuan vektor,
karena merupakan gaya yang menghasilkan arah.
1 2
2
q qF r
r (2.5)
Menurut persamaan ini, gaya pada salah satu titik muatan berbanding lurus
dengan besar muatannya. Medan listrik didefinisikan sebagai suatu konstan
perbandingan antara muatan dan gaya :
F qE (2.6)
2
0
1
4
qE r
r (2.7)
Maka, medan listrik bergantung pada posisi. Suatu medan, merupakan
sebuah vektor yang bergantung pada vektor lainnya. Medan listrik dapat dianggap
sebagai gradien dari potensial listrik. Jika beberapa muatan yang disebarkan
menghasilkan potensial listrik, gradien potensial listrik dapat ditentukan.
http://digilib.unimus.ac.id
Gambar 2.16. Garis-garis Ekuipotensial
Potensial listrik adalah usaha yang dilakukan oleh suatu satuan muatan
listrik apabila muatan tersebut dibiarkan bergerak menuju muatan dari jauh tak
terhingga. Potensial listrik merupakan kuat medan energi potensial yang
merupakan potensial skalar. Permukaan yang memiliki potensial sama disebut
dengan permukaan ekuipotensial. Permukaan/garis ekuipotensial ditimbulkan dari
interaksi antar muatan yang menimbulkan medan listrik dan mempunyai medan
potensial listrik.
Karena sifat keping isolator menyerupai kapasitor dimana dua buah logam
dipisahkan oleh sebuah dielektrik membentuk susunan logam-dielektrik-logam,
maka isolator memiliki sifat menyimpan energi listrik dalam bentuk medan listrik.
Pada suatu untaian isolator yang panjang, tegangan tidak terdistribusikan secara
merata, hal ini disebabkan karena pengaruh kapasitansi isolator dengan menara
http://digilib.unimus.ac.id
transmisi atau bumi dan kapasitansi antara sambungan isolator dengan konduktor
tegangan tinggi.
Nilai kapasitansi sendiri dari isolator disesuaikan berdasarkan tingkat
tegangan. Isolator yang memikul tegangan yang paling besar yaitu isolator paling
dekat dengan konduktor phasa, maka isolator yang digunakan adalah isolator yang
memiliki nilai kapasitansi sangat kecil. Dan isolator yang memikul tegangan
paling kecil, maka digunakan isolator yang memiliki nilai kapasitansi yang besar.
Dengan demikian tegangan di setiap unit isolator akan sama.
Penggunaan isolator yang sama menyebabkan kapasitansi yang berbeda di
setiap isolator dan menyebabkan distribusi tegangan menjadi tidak rata. Hal ini
menyebabkan munculnya gradien tegangan yang tinggi. Gradien tegangan adalah
besarnya beda potensial dari ujung sisi isolator yang terdekat dengan konduktor
dengan ujung sisi isolator yang terpasang pada bodi tower. Gradien tegangan yang
tinggi berpotensi menimbulkan korona dan peristiwa lewat-denyar (flashover).
2.4.2. Kerapatan Muatan
Gambar 2.17. Gambar interaksi perangkat pengukuran nonkontak dengan isolator
Perangkat tester
non kontak
E A
http://digilib.unimus.ac.id
Interaksi bagian isolator dengan perangkat tester dapat dianggap seperti
interaksi kuat medan listrik pada dua keeping konduktor sejajar. Misalkan luasan
permukaan isolator dan perangkat tester dianggap bermuatan sama tetapi
berlawanan jenis +q dan –q, medan listrik dinyatakan oleh banyaknya garis-garis
gaya, sedangkan garis-garis gaya dinyatakan sebagai jumlah muatan yang
menimbulkan garis gaya tersebut (Hukum Gauss). Muatan listrik tiap satuan luas
keping penghantar didefinisikan sebagai rapat muatan permukaan (σ) yang diukur
dalam C/m2. Sehingga persamaannya dapat dihitung dengan
q
A (2.8)
atau dengan persamaan
N
A (2.9)
Karena N=ε0.E.A, maka dapat disubtitusikan menjadi
0. .E A
A
(2.10) (2.11)
Yang kemudian disederhanakan menjadi
0.E (2.11)
2.4.3. Distribusi Tegangan Di Seluruh Renceng Isolator Suspensi
Gambar gambar di bawah menampilkan distribusi tegangan sepanjang
permukaan piringan tunggal isolator bersih (dikenal sebagai unit isolator cap-pin)
yang biasanya digunakan pada kolom isolator suspensi. Perlu sangat diketahui
bahwa gradien tegangan tertinggi bertempat dekat dengan cap dan pin (yang
http://digilib.unimus.ac.id
terbuat dari logam), sebaliknya gradien tegangan yang lebih rendah bertempat
pada sisa permukaan yang lain. Sisi bawah (permukaan bagian bawah) telah diberi
bentuk sebagaimana ditunjukkan dalam gambar di bawah, untuk meminimalkan
efek lembab dan kontaminasi serta juga memberi jalan yang sepanjang
mungkinuntuk arus bocor yang mungkin akan mengalir pada permukaan isolator.
Di dalam gambar, jatuh tegangan antara cap dan pin telah dianggap 100% dari
total tegangan. Karena itu, kira-kira 24% dari tegangan ini terdistribusikan
sepanjang permukaan isolator dari cap ke titik 1 dan hanya 6% dari titik 1 ke point
9. Sebaliknya sisa 70% dari tegangan ini terdistribusikan antara titik 9 dan pin.
[15]
Grafik 2.5. Grafik distribusi tegangan sepanjang permukaan isolator tunggal yang
bersih dalam satu renceng isolator suspensi
http://digilib.unimus.ac.id
Permasalahan utama pada renceng piringan isolator dalam satu renceng
dengan isolator yang identik/serupa adalah distribusi tegangan yang tidak seragam
ke seluruh keping. Masing-masing keping isolator adalah sebuah hardware (cap
dan pin) yang menggantikan sebuah kapasitor. Hardware tersebut berfungsi
seperti sebuah pelat atau elektroda dan porselain atau gelas berfungsi sebagai
sebuah dielektrik.
Grafik 2.6.Grafik distribusi tegangan pada permukaan tiga unit isolator suspensi
cap-pin yang bersih dalam susunan seri
Grafik 2.1 menampilkan distribusi tegangan pada permukaan tiga unit
isolator cap-pin yang bersih yang terhubung secara seri. Gambar tersebut secara
jelas mengilustrasikan bahwa ketika beberapa unit terhubung secara seri :
a. Tegangan pada masing-masing isolator dalam satu renceng tidaklah
sama
http://digilib.unimus.ac.id
b. Lokasi unit isolator dalam rencengan isolator menentukan distribusi
tegangan
c. Gradien tegangan terbesar berada pada unit isolator yang terdekat
dengan konduktor jaringan listrik yang disangganya.
Gambar 2.18. (a) Kapasitansi pada susunan seri unit isolator,
(b) Grafik yang menunjukkan distribusi tegangan yang berkurang.
Sebagaimana digambarkan pada gambar 2.20 (a), ketika beberapa unit
isolator ditempatkan secara seri, dua set kapasitansi mengambil tempat;
http://digilib.unimus.ac.id
kapasitansi seri C1 (kapasitansi masing-masing unit isolator) dan kapasitansi shunt
ke ground, C2. Perlu dicatat bahwa semua arus bermuatan I untuk susunan seri dan
kapasitansi shunt mengalir melalui yang pertama (berkenaan dengan konduktor)
dari kapasitansi seri C1. Bagian I1dari arus ini mengalir melalui kapasitansi shunt
C2 yang pertama, meninggalkan yang tersisa bagian I-I1 dari arus untuk mengalir
melalui kapasitansi seri yang kedua, dan seterusnya. Karena itu, arus yang
berkurang ini mengalir melalui kapasitansi seri C1 mengakibatkan sebuah
distribusi tegangan yang berkurang (drop tegangan) yang melewati isolator dari
ujung konduktor ke ujung ground, sebagaimana diilustrasikan dalam gambar
2.20(b). Dengan demikian,
V5> V4> V3> V2> V1
Secara ringkas, distribusi tegangan pada satu renceng unit isolator suspensi
yang identik tidaklah sama karena terbentuknya kapasitansi di celah udara antara
masing-masing sambungan cap/pin dengan tower yang diketanahkan.Walaupun
demikian, kapasitansi udara lainnya ada antar bagian logam pada potensial yang
berbeda. Sebagai contoh, ada kapasitansi udara antar sambungan cap-pin dari
masing-masing unit dan konduktor jaringan.
Diperlihatkan pada gambar 2.21, menampilkan gambaran yang ekuivalen
untuk distribusi tegangan sepanjang renceng dari delapan isolator bersih.
Distribusi tegangan pada renceng tersebut dapat dituliskan dengan :
http://digilib.unimus.ac.id
3 32
2
1 1 1
sinh sinh ( ) sinhsinh
nk
V C CCV k k n n
n C C C
(2.12)
Dimana :
Vk = tegangan yang melintasi unit k dari ujung ground
Vn = tegangan yang melintasi semua unit n (tegangan line – ground dalam
volt)
𝛽 = 𝑠𝑒𝑏𝑢𝑎𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎 = 𝐶2+𝐶3
2
1/2
(2.13)
C1 = kapasitansi antara cap dan pin dari masing-masing unit isolator
C2 = kapasitansi dari satu unit isolator ke ground
C3 = kapasitansi dari satu unit ke konduktor jaringan
Walaupun demikian, kapasitansi C3 biasanya sangat kecil, sehingga
pengaruhnya pada distribusi tegangan dapat diabaikan.Oleh karena itu, persamaan
2.12 dapat dituliskan kembali dengan :
sinh
sinhk n
kV V
n
(2.14)
Dimana
𝛼 = 𝑠𝑒𝑏𝑢𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎 = 𝐶2
𝐶1
1/2
(2.15)
http://digilib.unimus.ac.id
Gambar 2.19. Rangkaian ekuivalen untuk distribusi tegangan sepanjang renceng delapan
unit isolator yang bersih
Perlu dicatat bahwa metode penghitungan distribusi tegangan ini
berdasarkan asumsi bahwa unit isolator dalam keadaan bersih dan kering sehingga
dalam keadaan yang bersifat kapasitif murni. Dalam kenyataannya, mungkin saja
isolator tidak berada dalam keadaan yang seideal ini. Dalam gambaran yang
ekuivalen dengan sebuah renceng isolator, masing-masing kapasitansi
http://digilib.unimus.ac.id
C1dikontakkan dengan resistansi R untuk merepresentasikan resistansi
bocor.Resistansi tersebut tergantung dari adanya kontaminasi (seperti polusi dan
lain sebagainya) pada permukaan isolator dan perubahan lainnya karena faktor
tambahan lain seperti hujan dan kabut. Apabila satu unit telah sangat
terkontaminasi, kebocoran arus dapat lebih besar dari arus kapasitansi dan
perluasan kontaminasi yang dapat berubah-ubah dari setipa unit isolator
menyebabkan distribusi tegangan yang tidak dapat diprediksi.
Juga menarik untuk dicatat bahwa jika unit isolator yang terdekat dengan
konduktor jaringan tertekan secara elektrikal kepada nilai aman operasinya,
kemudian semua unit lainnya juga secara elektrikal dibawah tekanan dan
karenanya, renceng isolator secara keseluruhan menjadi tidak efisien digunakan.
Karena itu, efisiensi renceng isolator (per unitnya) untuk sebuah renceng isolator
yang terdiri dari n unit seri dapat didefinisikan dengan
𝐸𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛𝑦𝑎𝑛𝑔𝑚𝑒𝑙𝑖𝑛𝑡𝑎𝑠𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔
𝑛 (𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛𝑢𝑛𝑖𝑡𝑦𝑎𝑛𝑔𝑑𝑒𝑘𝑎𝑡𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑡𝑜𝑟𝑗𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔𝑎𝑛)
Apabila unit yang berdekatan ke konduktor jaringan mengalami flashover
(lewat denyar), kemudian seluruh unit isolator dalam renceng juga mengalami
flashover. Karena itu, efisiensi renceng isolator dapat dinyatakan lagi dengan
𝐸𝑓𝑒𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑓𝑙𝑎𝑠𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔
𝑛 (𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑓𝑙𝑎𝑠𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑠𝑎𝑡𝑢 𝑢𝑛𝑖𝑡 𝑖𝑠𝑜𝑙𝑎𝑡𝑜𝑟)
http://digilib.unimus.ac.id
Perlu diketahui juga bahwa efisiensi string isolator menurun sebagaimana
bertambahnya jumlah unit isolator dalam string.
Kapasitansi Isolator (C1) dimungkinkan diketahui dengan cara
menghitungnya dengan rumus kapasitor pelat (keping) paralel, yaitu :
0
AC K
d (2.16)
dimana K (tidak berdimensi) adalah konstanta dielektrik zat yang mengisi antara
dua pelat dan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/N.m2 = 8,85 x 10-12 F/m. Untuk vakum K =
1, sehingga kapasitor yang berisi zat dielektrik kapasitansinya adalah K kali lebih
besar daripada kapasitor yang bersisi vakum. Hasil ini berlaku juga untuk
kapasitor lain apapun bentuknya. Sedangkan untuk nilai konstanta dielektrik gelas
antara 4,9 – 7,5.
Kapasitansi C2 dapat dihitung dengan perhitungan kapasitansi line-netral jaringan
tiga fasa.
10
0.0388/
log ( / )nC F mil
D r (2.17)
2.4.4. Tegangan Permukaan Dan Kuat Medan Listrik Pada Isolator
Neils Jonassen, seorang pakar ilmuwan dalam hal keelektrostatisan
menuliskan sebuah artikel mengenai tegangan permukaan dan kuat medan listrik
yang pengertian bahwa sesungguhnya isolator tidak memiliki tegangan. Hal
tersebut dijelaskan dengan dimulai dengan review dari banyak fitur penting untuk
konduktor bertegangan dan bagaimana fitur ini berbeda untuk sebuah isolator
dalam jaringan bertegangan. [14]
http://digilib.unimus.ac.id
2.4.3.1. Konduktor Bermuatan
Pada gambar dibawah, ditampilkan sebuah konduktor ”A” yang berisolasi
yang memiliki sebuah muatan q.
Gambar 2.20. Konduktor bertegangan
Muatan-muatan tersebut akan secara otomatis terdistribusi dengan
sendirinya pada permukaan konduktor dengan sedemikian rupa sehingga medan di
dalam interior konduktor menjadi nol, medan listrik akan muncul tegak lurus pada
permukaan. Integral dari kuat medan listrik E dari setiap titik P di dalam atau pada
permukaan konduktor ke titik ground G adalah konstan dandapat diberikan
sebagai
.
G
P
V E da (2.18)
Dimana V adalah tegangan atau potensial dari konduktor.
Besar tegangan V dan muatan q selalu proporsional, dan muatan q biasanya
ditulis dalam
http://digilib.unimus.ac.id
.q CV (2.19)
C adalah kapasitansi dari konduktor berisolasi dan besarnya tergantung dari
ukuran dan bentuk konduktor, serta posisi penempatannya yang relatif ke
konduktor lain dan ground. Sistem muatan menyimpan energi eletrostatik sebesar
221 1 1
2 2 2
qW CV qV
C (2.20)
Keterangan :
W = Energi potensial dalam kapasitor (Joule = J)
C = Besar kapasitansi (Farad = F)
V = Besar tegangan (Volt = V)
q = Besar muatan (Coulumb = C)
2.4.3.2. Isolator Pada Jaringan Listrik Bertegangan
Gambar dibawah ini menujukkan sebuah piringan isolator pada jaringan
bertegangan.
Gambar 2.21. Piringan isolator pada jaringan bertegangan
http://digilib.unimus.ac.id
Keadaan dari medan listrik disini sangat berbeda dari yang ada pada
konduktor berbeban. Polaritas dari muatan mungkin berbeda dari titik ke titik,
besar medan listrik di dalam interior isolator mungkin tidak sama dengan nol.
Medan listrik mungkin tidak muncul tegak lurus dengan permukaan dan integral
dari kuat medan listrik dari setiap titik di permukaan atau di dalam isolator ke
ground biasanya berbeda dari titik ke titik.
Integral dari kuat medan listrik P1 dan P2 adalah
1
1
.
G
p
P
V E da o dan 2
2
.
G
p
P
V E da o (2.21)
Masing-masing Vp1 dan Vp2 adalah tegangan permukaan (atau potensial
permukaan) dari dua titik. Secara umum, tegangan permukaan dari sebuah isolator
akan bervariasi dari titik ke titik, sama juga dengan tegangan dari semua titik di
dalam interior isolator. Hal itu dikarenakan tidak ada kemungkinan untuk
mencirikan sebuah isolator bermuatan dengan sebuah tegangan tunggal. Dengan
kata lain, sebuah isolator tidak memiliki tegangan.
Gambar 2.22. Muatan permukaan yang seragam, isolator bulat
http://digilib.unimus.ac.id
Ada beberapa kasus dimana pada permukaan dari Sebuah isolator memiliki
tegangan permukaan yang konstan. Tapi selain dari kasus tersebut, hanya ada
satusituasi dimana semua titik di dalam dan pada permukaan sebuah isolator dapat
dianggap berasal dari tegangan yang terdefinisikan dengan baik (tetapi tidak dapat
diukur). Jika sebuah isolator bola dengan jari-jari R dan muatan q yang seragam
(lihat gambar diatas) ditempatkan sangat jauh (sebuah jarak yang lebih besar dari
jari-jari R)dari konduktor, lingkaran bola akan memiliki tegangan
04
qV
R
(2.22)
Namun, situasi ini masih bersifat teoritis yang merupakan satu-satunya
kasus yang memberi kesan yang tepat untuk membicarakan tentang masalah
tegangan pada sebuah isolator.
Demikian pula, konsep dari kapasitansi isolator tidaklah berarti. Meskipun
memungkin untuk memperoleh sebuah discharge darisebuah isulator
bertegagangan, discharge itu akan selalu bersifat parsial, dan energi yang hilang
tidak dapat dihubungkan dengan total muatan ataupun dihubungkan dengan jenis
tegangan. Dengan kata lain, tegangan dan kapasitansi adalah kuantitas dari
konduktor, bukan isolator.
Jadi, muncul suatu pertanyaan : pengukuran apa yang dapat diambil dari
isolator dalam jaringan listrik bertegangan?
Jawaban yang sederhana adalah pengukuran yang dilakukan diambil dari
besarnya efek medan dari muatan dan kadangkala dari total muatannya. Penelitian
yang dilakukan ini memfokuskan pada efek langsung dari medan tersebut.
Sebagaimana dengan konduktor, perangkat yang digunakan untuk mengukur
http://digilib.unimus.ac.id
adalah meter medan dan voltmeter non-kontak. Kedua jenis perangkat akan
mendistorsikan bidang yang akan diukur kecuali yang benar-benar diperiksa.
Sheet insulatif bebas bermuatan seragam dan sheet insulatif bermuatan
seragam dengan konduktor yang diketanahkan dibelakangnya adalah dua kasus
yang memungkinkan untuk membuat pengukuran kuantitatif yang meyakinkan
untuk pengukuran isolator dalam jaringan listrik bertegangan.
2.4.3.2.1. Sheet Bermuatan Seragam
Gambar dibawah menampilkan sebuah sheet isolasi bermuatan seragam.
Gambar 2.23. Pengukuran statik pada sheet bebas tegangan
http://digilib.unimus.ac.id
Apabila kuat medan listrik diindikasikan pada alat ukur sebagai E, kerapatan
muatan s pada bagian dari isolator di depan perangkat ukur menjadi :
0E (2.23)
Apabila sebuah voltmeter non-kontak ditempatkan pada jarak d dari
lembaran tersebut, maka tegangan permukaan Vs diindikasikan pada alat ukur
dapat ditulis dengan :
0
. .sV E d d
(2.24)
Grafik 2.7 menampilkan kuat medan E dari lembaran plastik bebas dengan
total muatan q @ 0,5.10-7
C. Luas permukaan dari lembaran tersebut adalah 21 x
29 cm2, yang memberikan kerapatan muatan sebesar
7
6 2
4
0,5.100,82.10 .
21.29.10rata rata C m
Grafik 2.7. Grafikkuat medan dan tegangan permukaan dari sheet plastik
http://digilib.unimus.ac.id
Gambar grafik tersebut menunjukkan bahwa kuat medan E relatif konstan
kira-kira 88 kV. m-1
pada jarak sekitar 5-6 cm. Menurut persamaan 2.23,
kesesuaiannya dengan kerapatan muatan s = 8,85.10-12
x88.103 = 0.78.10-6 C.m
-2.
Mengingat ketidakpastian pengukuran dari total muatan dan kuat medan listrik,
kesepakatan antara nilai kerapatan muatan yang berasal perhitungan dan
pengukuran (s = 0,82.106 C.m
-2 berbanding dengan versi s= 0,78.10
-6 C.m
-2)
terlihat cukup memuaskan.
Gambar 2.24. Piringan isolator bermuatan seragam, dipasangkan dibelakangnya
konduktor yang diketanahkan
Karena itu tampaknya pengukuran kuat medan listrik pada posisi yang dekat
dengan sebuah lembaran bermuatan bebas, mengarahkan ke informasi tentang
kerapatan muatan dan distribusi muatan pada permukaan. Dalam area dimana sifat
medan adalah homogen, tegangan permukaan sheetsebanding dengan jarak dari
sheet tersebut dan diukur dengan menggunakan persamaan 2.24, dengan
perangkat voltmeter non-kontak. Pengukuran ini mengarahkan ke kerapatan
muatan permukaan, mengingat bahwa jarak pengukuran dapat diperkirakan
http://digilib.unimus.ac.id
dengan cukup akurat. Namun, harus ditekankan lagi bahwa pengukuran tegangan
permukaan tidak memberikan informasi yang lebih baik lagi ataupun apapun lagi
mengenai kondisi muatan dari sheetisolasi dibandingkan hasil yang telah
diberikan melalui pengukuran kuat medan permukaan pada jarak yang cukup
dekat.
2.4.3.2.2. Piringan Isolator
Gambar 2.25. Piringan isolator bermuatan seragam antaraelektroda belakang yang
diketanahkan dan elektroda yang diketanahkan bebas
Gambar 2.24menampilkan sebuah piringan isolator dengan permitivitas ε
dan ketebalan t. Piringan isolator tersebut diletakkan pada sebuah bidang yang
diketanahkan dan mempunyai muatan positif dengan kerapatan muatan s (C.m-2
).
Apabila piringan tersebut berada jauh dari konduktor yang lain, medan listrik di
dalam material diberikan sebagai E1=s/ε , dan masing-masing titik pada
permukaannya kemudian akan memiliki tegangan sebesar
http://digilib.unimus.ac.id
. .iVs E t t
(2.25)
Perlu untuk ditekankan bahwa Vs itu bukanlah tegangan dari piringan isolator,
tetapi hanyalah pada permukaannya (Vs = Surface Voltage). Titik-titik di dalam
isolator memiliki sebuah perbedaan, yaitu tegangan yang tidak dapat diukur
(unmeasurable voltage).
Situasi yang ditampilkan pada gambar 2.24,dengan piringan yang jauh dari
konduktor dibandingkan sisi ground, adalah dari kepentingan praktek yang kecil
karena tidak mengikutsertakan kehadiran alat meter. Situasi yang lebihumum
ditampilkan pada gambar 2.25 dimana elektroda yang diketanahkan (A)
diparalelkan dengan piringan isolator bermuatan pada jarak d. Kuat medan listrik
pada ruang antara piringan bermuatan dan A, diberikan dalam bentuk
0
.
. .
tE
d t
(2.26)
Bidang yang diketanahkanA biasanya mungkin tempat dimana sebuah alat meter
lapangan atau noncontacting voltmeter ditempatkan, dengan jarak d yang jauh
lebih besar dibandingkan ketebalan t. Dengan kondisi ini, persamaan 2.27 dapat
ditulis dengan :
.t
Ed
(2.27)
Tegangan permukaan, yang hampir sama dengan nilai yang tidak terganggu, dapat
ditulis dengan
.V t
(2.28)
http://digilib.unimus.ac.id
Terlihat dalam kondisi ini, memungkinkan untuk memperkirakan kerapatan
muatan dengan mengukur kuat medan listrik ataupun tegangan permukaan dari
piringan isolator yang bermuatan, dengan asumsi permitivitas dan ketebalan dari
piringan isolator tersebut telah diketahui.
2.4.3.2.3. Sheet Dengan Konduktor Yang Diketanahkan
Gambar 2.26. Isolator bermuatan seragam yang dipasangkan dibelakangnya konduktor
yang diketanahkan
Gambar 2.26 menunjukkan sebuah settingan eksperimen berhubungan
dengan kondisi yang dijelaskan pada gambar 2.25. Isolator yang digunakan adalah
piringan setebal 1 mm dengan dimensi 0,21 x 0,29 m2. Permitivitas relatif
(konstanta dielektrik) dari material adalah εr>> 2 (e = 1,77.10-11
F.m-1
). Total
http://digilib.unimus.ac.id
muatan pada permukaan isolator adalah q>> 2,7.10-7 C, mengarahkan ke sebuah
hasil kerapatan muatan permukaan yaitu s >> 4,4.10-6 C.m-2
.
Tanpa perangkat ukur medan (dan objek diketanahkan lainnya, tidak
termasuk piringan belakang), potensial permukaan dari masing-masing titik dapat
dihitung dengan persamaan 2.23,
63
11
4,4.10.10 250 .
1,77.10sV V
Ketika alat ukur medan ditempatkan didepan sebuah piringan bertegangan,
fluks listrik dari muatan terbagi antara alat ukur medan dan piringan yang
membelakangi. Konsekuensinya, medan internal dan tegangan permukaan akan
berkurang, tergantung seberapa jauh alat ukur ditempatkan. Disitu juga akan ada
sebuah medan Ed di jarak antara piringan bertegangan dan alat ukur medan.
Medan ini hanyalah kuantitas medan yang dapat dihitung dari piringan
bertegangan.
Grafik 2.8 menunjukkan kuat medan dan tegangan permukaan dari piringan
yang ditampilkan dari gambar 2.26. Pada jarak 5 cm, kuat medan dan potensial
permukaan yang terukur E5 >> 4.6 kV.m-1 dan Vs >> 235 V. Menurut persamaan
2.27, hubungannya dengan kerapatan muatan
11 2 36 2
3
. .
1,77.10 .5.10 .4,6.104,1.10 .
10
d E
t
C m
http://digilib.unimus.ac.id
Grafik 2.8. Grafik Kuat medan dan tegangan permukaan dari sebuah sheet plastik
bermuatan seragam dengan dipasangkan dibelakangnya konduktor yang diketanahkan
Dengan membandingkan hasil ini dengan nilai yang telah dihitung dari
s=4,4.10-6
C.m-2
dan mempertimbangan ketidakpastian dalam kuantitas nilai yang
terlibat, khususnya keseragaman dari muatan permukaan dan jarak efektif ke alat
ukur, kesepakatan antara nilai yang berasal dari perhitungan dan pengukuran
sangatlah cukup memuaskan : 4,4.10-6
C.m-2
dan 4,1.10-6
C.m-2
, masing-masingnya.
Kesimpulannya, sangat mudah untuk menentukan apakah isolator
bermuatan. Hanya perlu sebuah alat ukur yang sesuai dan mengambil pembacaan
pengukurannya. Apabila pengukuran dilakukan denga hati-hati, memungkinkan
hasil pembacaan hasil ukur akan memberikan informasi tentang seberapa banyak
muatan yang terletak di satuan luas permukaan yang diukur (misalnya kepadatan
muatan permukaan, C.m-2
), demikian juga polaritas muatan.
http://digilib.unimus.ac.id
Namun, masalahnya adalah tidak ada alat ukur yang dikalibrasi untuk unit
pengukuran ini. Alat ukur yang paling mendekati adalah alat ukur lapangan
dengan skala dalam volt per meter (V.m-1
). Untungnya, pengukuran volt per meter
dapat dikalikan dengan ε0 (8,85.10-12
F.m-1
) untuk sampai pada nilai kerapatan
muatan.
Namun,sebagian besar alat ukur memiliki skala dalam Volt. Pada semua
kasus, alat ukur ini telah dikalibrasikan secara relatif ke konduktor, dimana
konsep dari tegangan memberi kesan. Digunakan dalam kaitannya dengan
isolator, membaca pengukuran mungkin menjadi cara terbaik sebuah pendekatan
menemukan besar dari tegangan permukaan, yang mencirikan hanya sebagian dari
permukaan isolator, bukan keseluruhan bagian isolator. Dalam kasus ini,
pengukuran dalam hasil volt, ketika dikalikan dengan ε0 dan dibagi dengan jarak
pengukuran, dapat juga mengarah ke hasil kerapatan muatan permukaan. Perlu
ditekankan dalam pemahaman teori ini bahwa tegangan dari sebuah isolator
tidaklah berarti apa-apa. Semua itu dapat ditemukan dengan pengukuran tanpa
kontak (noncontacting measurement) pada isolator bermuatan, yaitu polaritas dari
muatan dan apabila pengukuran dilakukan dengan hati-hati, pengukuran tersebut
akan mengarahkan ke informasi kerapatan muatan permukaannya.