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


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


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


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)


(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.


Keterangan :

10 : 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


24 : Kumparan induksi sekunder

25 : Kumparan induksi primer

26 : Baterai

27 : Saklar

28 : Jangkar magnet

29 : Kondensator

30 : Kondensator

31 : Megger (perangkat ukur)


32 : Kondensator

33 : Resistor

34 : Resistor


36 : Kondensator

37 : Kondensator



40 : Resistor



43 : Sebuah gap (celah)

45 : Resistor


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-


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


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.


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.


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


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


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


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


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.


Gambar 2.2. Gambar Desain perangkat dan penggunaan perangkat ukur temuan

Claudius E. Bennet


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


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


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.


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.


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


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


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


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


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


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.


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


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]


Gambar 2.5. Desain gambar penemuan milik C.H. Spangler


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


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


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]


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


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


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).


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-


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


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.


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]


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


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.


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)


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.


Gambar 2.9. Gambar prinsip kerja dan penggunaan probe serta kurva hasil

pengukuran 30 keping isolator dalam satu renceng.


Gambar 2.10. Gambar detail cara penggunaan probe dan bentuk probe


Gambar 2.11. Gambar konstruksi sirkuit detektor dan sirkuit penerima (receiver)

dari probe


Gambar 2.12. Gambar rangkaian sirkuit penganalisis dan kurva karakteristik hasil

pengkalibrasian probe


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


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)


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


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



Perangkat ini adalah sebuah bagian dari metode pengukuran dan

pendeteksian isolator rusak tanpa membuat kontak secara elektrikal. Metode ini

terdiri dari tahap-tahap :


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


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


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-


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


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


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


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,


(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


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


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


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.


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)


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


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


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


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


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


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 :


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,


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 :


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.


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)


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


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


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


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.


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


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”.


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;


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


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


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)


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.


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


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


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


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


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


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;


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 :


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 = 𝑠𝑒𝑏𝑢𝑎𝑕𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎 = 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)


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


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 𝑓𝑙𝑎𝑠𝑕𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔

𝑛 (𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑓𝑙𝑎𝑠𝑕𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑠𝑎𝑡𝑢 𝑢𝑛𝑖𝑡 𝑖𝑠𝑜𝑙𝑎𝑡𝑜𝑟)


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]


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


.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


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


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


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


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


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


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


. .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)


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


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


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.


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.

bab ii tinjauan pustaka 2.1. tinjauan umum metode...

Documents