Pengujian Isolator

1.         Pendahuluan

            Isolator  merupakan  salah  satu  komponen  sistem  tenaga lstrik  yang berfungsi  untuk  mengisolasi  konduktor  jaringan bertegangan  dengan  tiang  penyangga  atau  menara  (tower). Bahan  yang  sering  digunakan  untuk  isolator  tegangan  tinggi terbuat dari bahan keramik dan gelas. 
Kelebihan bahan isolasi keramik  dan  gelas  adalah  kapasitas  panas  yang  baik  dan konduktivitas  panas  yang  rendah,  tahan  korosi,  keras  dan kuat.  Namun,  bahan  isolasi  keramik  dan  gelas  memiliki kelemahan  dari  segi  mekanis  yaitu  berat  dan  permukaannya yang  bersifat  menyerap  air  (hygroscopic)  sehingga  lebih mudah  terjadi  arus  bocor  pada  permukaan  yang  akhirnya dapat menyebabkan lewat denyar (flashover).

            Salah  satu  alternative  adalah  menggunakan  (memilih) bahan  isolasi  polimer  sebagai  isolator  tegangan  tinggi. Dibanding  dengan  bahan  keramik  atau  bahan  gelas,  bahan isolasi  polimer  memiliki  keuntungan  antara  lain  :  sifat dielektris,  resistivitas  volume  dan  sifat  termal  lebih  baik, konstruksi relatif lebih ringan (rapat massa rendah), kedap air (hidrophobik),  ketahanan  kimia  yang  baik,  ketahanan  yang tinggi  terhadap  asam,  serta  proses  pembuatan  tidak memerlukan  suhu  yang  tinggi  dan  relatif  lebih  cepat. Sedangkan kekurangannya antara lain : bahan isolator polimer kurang  tahan  terhadap  perubahan  cuaca  sehingga  akan menyebabkan kekuatan mekanis menurun dan kerusakan fisik isolator   

      .

2.         Landasan Teori

ISOLATOR POLIMER

Isolator  polimer  adalah  isolator  yang terbuat  dari  susunan  beberapa  monomer membentuk  suatu  isolator  sesuai  dengan peruntukannya.  Isolator  polimer  yang  kami gunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  isolator polimer  dari  bahan  dasar  rubber  dengan  bahan pengisi (filler)  silicon  dan  alumina trihidrat  yang disebut  Silicon  Insulation  Rubber  disingkat dengan SIR.

Struktur kimia elastomer silikon  terdiri dari tulang  punggung  ikatan  dari  bahan  anorganik (silikon  dan  oksigen)  yang  tahan  terhadap penuaan, namun ikatan samping  yang terdiri  dari bahan  organik  (karbon  dan  hidrogen)  dapat mengalami  degradasi  oleh  terpaan  dari  berbagai faktor iklim seperti temperatur tinggi, kelembaban, hujan  serta  radiasi  ultraviolet  dengan  intensitas tinggi  sebagaimana  yang  dijumpai  di  daerah beriklim tropis seperti di Indonesia. Terpaan iklim tropis  secara  simultan  pada  isolator  polimer  SIR kemungkinan  akan  mengakibatkan  degradasi sifat-sifatnya,  yang  ditandai  dengan  perubahan warna,  perubahan  sifat  dielektrik  dan menghilangnya  sifat  hidrofobik,  serta  munculnya arus  bocor  yang  terus  meningkat  sehingga  pada akhirnya terjadi keretakan (tracking) erosi, treeing yang akan memperpendek umur isolator.

3.         Pengujian

3.1       Pengujian Tegangan DC

            Jika tegangan DC dikenakan pada isolasi, maka akan mengalir arus yang terjadi pada saat awal pencatuan yang akan memberikan energi pengisian (charging); tetapi, arus ini berkurang sampai ke tingkat minimum dengan berlalunya waktu. Arus minimum timbul sehubungan kebocoran atau rugi-rugi watt yang melalu isolator. Energi yang diperlukan untuk mengisi isolator diketahui sebagai penomena absorpsi dielektrik.

Pada praktek sebenarnya, rugi-rugi dari dielektrik absoption (contohnya : arus absorpsi) adalah lebih besar dari rugi-rugi bocor kontinyu. Dalam hal pengujian arus searah, pengaruh dari dielektric absorption menjadi minimum dengan berlalunya waktu dan oleh sebab itu, pengukuran arus bocor kontnyu dapat dilakukan. Rugi-rugi bocor absorpsi dielektrik sangat peka terhadap kandungan moisture dari isolasi yang sama kondisinya terhadap adanya kontaminasi pada isolator. Kenaikan sedikit saja kandungan moisture dari isolasi menyebabkan kenaikan yang besar dari arus absorpsi dielektrik. Fakta bahwa rugi-rugi dielektrik berhubungan dengan absorpsi dielektrik yang menyebabkan rugi-rugi dielektrik, pengujian PF atau DF, pengujian yang sangat peka untuk menditeksi moisture pada isolasi. Bilamana tegangan DC diterapkan pada suatu isolasi, arus total yang ditarik oleh isolasi adalah terdiri dari arus pengisian kapasitansi, arus absorpsi dielektrik, dan arus bocor kontinyu. Arus-arus ini dan sifat-sifatnya dibicarakan lebih detail pada bagian. “Direct Current Voltage Testing of Electrical Equipment”.

3.2       Pengujian Tegangan AC

Dalam hal penerapan tegangan AC pada suatu isolasi, arus yang besar akan mengalir yang tinggal konstan sebagai arus bolak-balik mengisi dan membuang pada isolasi. Pengaruh dari arus absorpsi dielektrik tetap tinggi karena medan dielektrik tidak pernah menjadi penuh sehubungan dengan polaritas dari arus yang terbalik pada setiap setengah siklus. Bilaman suatu tegangan AC diterapkan ke suatu isolasi, arus yang ditarik oleh isolasi adalah berhubungan dengan pengisian kapasitansi, absorpsi dielektrik, arus bocor kontinyu, dan korona yang akan dibahas dibawah.

1.         Arus Pengisian Kapasitansi.

Didalam hal tegangan AC, arus ini adalah konstan dan merupakan fungsi tegangan, konstanta dielektrik dari bahan isolasi, dan geometri dari isolasi.

2.         Arus Absorpsi Dielektrik.

 Bilamana medan listrik ditempatkan memotong suatu isolasi, molekul-molekul dipole berusaha untuk membuat segaris sesuai medan. Karena molekul-molekul pada medan AC secara kontnyu berbalik dan tidak pernah benar-benar segaris, energy yang diperlukan merupakan funsi dari bahan, kontaminasi, (seperti air), dan frkwensi listrik. Dan tidak tergantung pada waktu.

3.         Arus Bocor (Konduktivitas).

            Semua bahan-bahan isolasi akan menghantar arus. Jika tegangan dinaikan di atas tingkat tertentu, elektron akan memukul elektron yang menyebabkan arus lewat melalui isolasi. Kondisi ini merupakan fungsi dari bahan, kontaminasi (khususnya air), dan temperatur. Kelebihan konduktivitas akan membangkitkan panas yang menyebabkan isolasi gagal secara bertahap.

4.         Korona (Arus ionisasi).

            Korona adalah proses di mana molekul-molekul netral udara terlepas membentuk muatan ion-ion positif dan negatif. Hal ini terjadi sehubungan dengan adanya stress yang berlebihan dari void udara didalam isolasi. Udara kosong pada isolasi minyak atau isolasi padat kemungkinan karena kerusakan akibat panas atau stress fisik, proses pembuatan yang kurang baik, kesalahan instalasi, atau pengoperasian yang tidak benar. Korona membentuk udara menjadi ozon, jikas bercampur dengan air akan membentuk “nitrous acid”. Udara terionisasi akan membombardir sekeliling isolasi dan menyebabkan panas. Kombinasi dari keadaan ini menghasilkan penurunan isolasi dan lintasan karbon. Rugi-rugi korona meningkat secara exponensial dengan naiknya tegangan.

3.3       Isolator Uji

Dalam  pengujian  ini,  isolator  yang  digunakan  adalah isolator dengan variasi tiga sirip, yaitu variasi sirip besar besar besar (BBB) dan sirip besar kecil besar (BKB).Berikut adalah bentuk isolator yang diuji.

Gambar 1 Sketsa Isolator 3 Sirip BBB, BKB

Variasi  isolator  BKB  dan  BBB  yang  diuji  masing  –masing  dibedakan  menjadi  BKB  asli  (  belum  dilapisi  )  dan BKB  sesudah  dilapisi  resin  epoksi  silane,  demikian  juga dengan  variasi  BBB  dibedakan  menjadi  BBB  asli  (  belum dilapisi ) dan BBB sesudah dilapisi resin epoksi silane.

3.4       Pengujian tegangan flashover

Pengujian  tegangan  lewat  denyar  dilakukan  dengan memberikan  tegangan  yang  secara  terus-menerus dinaikkan sampai pada akhirnya terjadi flashover. Berikut adalah rangkaian pengujian tegangan flashover:

Gambar 2 Rangkaian pengujian tegangan flashover

3.5       Pengujian arus bocor

Pada pengujian arus bocor ini bertujuan  untuk mengetahui besarnya arus bocor yang terjadi pada isolator saat diberi tegangan  yang  bervariasi.  Variasi  tegangan  yang diterapkan  dalam  pengujian  adalah  4.66  kV,  9.32  kV, 13.98 kV, 18.64 kV, 23,3 kV, 27.96 kV.

Rangkaian  pengujian  arus  bocor  diperlihatkan  pada gambar dibawah ini.

Gambar 3 Rangkaian Pengujian Arus Bocor

3.5.1    Karakteristik Arus Bocor Pada Kondisi Terkontaminasi Kering

Gambar 4 Grafik  hubungan  antara tegangan dan arus bocor isolator pada kondisi terpolusi kering.

3.5.2    Karakteristik Arus Bocor Pada Kondisi Terkontaminasi Basah

Gambar  5  Grafik  hubungan  antara tegangan  dan  arus  bocor isolator  pada  kondisi  terpolusi basah.

Daftar Pustaka

Suyanto, Muhammad. 2010. Pengujian Isolator Pin-Post 20KV Terkontaminasi Garam Mengakibatkan Arus Bocor Flashover pada Permukaan: SNAST periode II

Mustamin., Manjang, Salama. 2010. KARAKTERISTIK ISOLATOR POLIMER TEGANGAN TINGGI DI BAWAH PENUAAN TEKANAN IKLIM TROPIS BUATAN YANG DIPERCEPAT: MEDIA ELEKTRIK, Volume 5, Nomor 2

Amali, Lanto M Kamil. 2012. ANALISIS PENGUJIAN ARUS BOCOR LINE POST INSULATOR 70 kV YANG TERKONTAMINASI POLUTAN INDUSTRI: Jurnal Ilmiah Foristek Vol. 2, No. 1

Setiaji, M Ervan Dwi, Dkk. PENGUJIAN TEGANGAN FLASHOVER DAN ARUS BOCOR PADA ISOLATOR 20 KV BERBAHAN RESIN EPOKSI SILANE KONDISI BASAH DAN KERING: Universitas Diponogoro