TUGAS TEKNIK TEGANGAN TINGGICreated By :- Budyanto Jo Salli- (062.14.017 )

ANALISIS KEGAGALAN ISOLASI AKIBAT PARTIAL DISCHARGE PADA KABEL NA2XSEBY 20 KV BERISOLASI XLPE DAN PVC

• Isolasi adalah sifat atau bahan yang dapat memisahkan secara elektris dua buah penghantar atau lebih yang berdekatan sehingga tidak terjadi kebocoran arus atau dalam hal gradien tinggi, lompatan api (flashover). Isolator adalah alat listrik yang dipakai untuk menjalankan tugas mengisolasi. Isolasi atau bahan isolasi sangat penting, khususnya pada tegangan tinggi sehingga pengamatan dalam pemakaiannya mutlak perlu.

• Menurut macam bahan yang dipakai, bahan isolasi dapat dibagi menjadi tiga golongan, yaitu : • Padat• Cair • Gas

Berdasarkan fungsinya maka bahan isolasi dapat dibagi a. Penyangga/penggantung ( solid support ), yang pasti

berbentuk benda padat. Yang sudah diketahui misalnya porselin , kayu , kertas , pernis , dan sebagainya

b. Bahan pnegisi ( filling media ), berupa bahan cairan atau gas, misalnya udara ( paling murah ), minyak, bitumen.

c. Bahan penutup ( covering materials ), yaitu bahan yang biasanya terdapat pada bagian paling luat, berupa bahan padat atau cair, misalkan mika.

Isolasi polimer• Pada umumnya bahan polimer dikenal sebagai plastik. Bahan ini memiliki

sifat yang cocok dipergunakan sebagai isolasi kabel karena ringan, mudah dibentuk, liat dan elastis serta yang terpenting material ini bersifat isolator karena tidak memiliki elektron bebas.

• Polimer dapat digolongkan dalam tiga kelompok umum, yaitu polimer plastik, polimer serat dan polimer elostumor. Struktur dari polimer plastik dapat digolongkan dalam dua jenis, yaitu Molekul panjang dengan susunan yang linier atau bercabang (termoplastik) dan molekul dengan susunan jaringan ruang tiga dimensi (termoset). Pada suhu yang tinggi, polimer linier atau bercabang akan menjadi lunak. Untuk memperoleh bentuk yang diinginkan harus dilakukan pendinginan terlebih dahulu. Berbeda dengan termoplastik, polimer tiga dimensi (termoset) merupakan bahan yang sangat kuat pada berbagai temperatur. Bila dipanaskan polimer ini tidak menjadi lunak, karena struktur tiga dimensi yang bersifat kaku. Agar menjadi lunak, diperlukan usaha untuk memecahkan ikatan kovalennya. Bahan ini terbentuk dari susunan hubungan silang (crosslink).

Isolasi termoplastik• Termasuk dalam jenis ini adalah  Polyethylene (PE) dan

Polyvinyl Chloride (PVC) yang mudah dan murah dalam pembuatannya, sehingga banyak digunakan dalam industri listrik.

• Polyvinyl Chloride banyak digunakan sebagai bahan isolasi kabel, terutama untuk tegangan rendah. Bahan ini relatif murah dan mudah dalam teknik penyambungannya, relatif tahan terhadap api serta tidak rusak pada temperatur yang sangat rendah. Kelemahan bahan ini adalah kecendrungannya untuk terpecah-pecah pada tekanan mekanis yang terus-menerus, serta daya serap terhadap air yang cukup tinggi.

Isolasi termoset 

• Isolasi termoset jauh lebih baik kualitasnya dibandingkan jenis isolasi termoplastik, terutama untuk temperatur kerja yang tinggi. Bahan ini tidak peka terhadap perubahan temperatur yang terjadi dan memberikan stabilitas panas yang lebih baik pada saat terjadi hubung singkat. Isolasi termoset merupakan polimer hubung silang belerang (sulfur). Isolasi yang termasuk jenis ini adalah ethylene Propylene Rubber (EPR) dan Cross-Linked Polyethylene (XLPE).

Isolasi PVC

• Polyvinylkorida atau PVC adalah hasil polimerisasi dari vinilklorida H2C = CHCI. Pada proses polimerisasi, ikatan ganda yang terdapat pada molekul vinilklorida diubah menjadi ikatan tunggal. Ikatan yang menjadi bebas kemudian mengikat molekul-molekul vinilklorida lain, sehingga timbul molekul-molekul makro panjang PVC.

• Pada suhu 270C PVC ini keras dan rapuh. Supaya dapat digunakan sebagai bahan isolasi kabel, PVC harus dicampur dengan bahan pelunak (Plasticiser). Bahan pelunak yang dicampurkan umumnya sebanyak 20% hingga 40%, kadang-kadang bahkan lebih. Campuran ini disebut kompon PVC. Dengan menggunakan bahan pelunak yang tepat dapat diciptakan kompon PVC yang tahan terhadap bahan-bahan kimia tertentu.

• Salah satu kelemahan kompon PVC, sebagai akibat harus digunakannya bahan pelunak, ialah ketahanannya terhadap tekanan. Kalau ditekan cukup kuat dan cukup lama, kompon PVC tidak dapat pulih.

• Isolasi Polimer Isolasi Termoplastik

• Isolasi Termoset Isolasi PVC

Kegagalan Isolasi• Isolasi berfungsi untuk memisahkan bagian bagian yang

mempunyai beda tegangan agar supaya diantara bagian bagian tersebut tidak terjadi lompatan listrik (flsh-over) atau percikan (spark-over). Kegagalan isolasi pada peralatan tegangan tinggi yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinyuitas sistem menjadi terganggu. Dari beberapa kasus yang terjadi menunjukkan bahwa kegagalan isolasi ini berkaitan dengan adanya partial discharge. Partial discharge ini dapat terjadi pada material isolasi padat, material ioslasi cair dan juga material isolasi gas.

Kegagalan listrik

• Istilah kegagalan listrik (Inggris: electrical breakdown), atau tembus listrik atau dadalan elektrik, memiliki sejumlah arti. Istilah ini bisa berarti gangguan pada sebuah sirkuit listrik. Kegagalan listrik bisa pula berarti berkurangnya hambatan dengan amat pesat pada sebuah isolator elektrik yang menyebabkan lompatan bunga api listrik di sekeliling atau di sepanjang isolator. Peristiwa ini bisa hanya bersifat sementara (seperti dalam sebuah pengosongan elektrostatik), atau bisa pula menyebabkan pengosongan busur elektrik yang berlangsung terus-menerus jika peranti pelindung gagal merintangi arus dalam sebuah sirkuit daya tinggi.

Kegagalan isolator elektrik

• Arti electrical breakdown yang kedua merujuk pada kegagalan isolatornya sebuah kabel listrik atau komponen listrik yang lain. Kegagalan seperti ini biasanya mengakibatkan hubungan pendek atau sekering yang meledak. Ini terjadi pada tegangan dadal. Kegagalan isolator yang sesungguhnya sering terjadi dalam penerapan tegangan tinggi yang kadang-kadang menyebabkan pembukaan sebuah pemutus sirkuit pelindung.

• Electrical breakdown sering pula diasosiasikan dengan kegagalannya bahan isolasi padat atau cair yang digunakan dalam kondensator maupun transformator tegangan tinggi di kabel distribusi listrik. Electrical breakdown juga bisa terjadi di sepanjang sejumlah dawai isolator yang dipasang pada saluran listrik, di dalam kabel listrik bawah tanah, atau kabel yang membusur pada cabang pohon terdekat. Dalam tekanan listrik yang cukup kuat, electrical breakdown bisa berlangsung di dalam zat padat, cair, atau gas. Namun, mekanisme kegagalan yang spesifik sangat berbeda di setiap fase dielektrik. Kesemua ini menyebabkan kerusakan instrumen yang membahayakan.

Contoh kegagalan isolator• Kegagalan Isolasi Cair

• Kegagalan Isolasi Padat

• Kegagalan Isolasi Gas

Kegagalan Isolasi Cair• Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair• Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan,

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

Sifat-Sifat Listrik Cairan Isolasi :• Withstand Breakdown• Kapasitansi Listrik• Faktor daya• Resistivitas

Kegagalan Isolasi Gas• Mekanisme Kegagalan Isolasi Gas :• Proses dasar dalam kegagalan isolasi gas adalah ionisasi

benturan oleh elektron.Ada dua jenis proses dasar yaitu : 

• Proses primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran elektron

• Proses sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran elektron

Saat ini dikenal dua mekanisme kegagalan gas yaitu : • Mekanisme Townsend :

• Pada proses primer, elektron yang dibebaskan bergerak cepat sehingga timbul energi yang cukup kuat untuk menimbulkan banjiran elektron. Jumlah elektron Ne pada lintasan sejauh dx akan bertambah dengan dNe, sehingga elektron bebas tambahan yang terjadi dalam lapisan dx adalah dNe = a Ne.dx . Ternyata jumlah elektron bebas dNe yang bertambah akibat proses ionisasi sama besarnya dengan jumlah ion positif dN+ baru yang dihasilkan, sehingga dNe = dN+ = a Ne.

• Mekanisme Streamer :

• Ciri utama kegagalan streamer adalah postulasi sejumlah besar foto ionisasi molekul gas dalam ruang di depan streamer dan pembesaran medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada ujung streamer. Muatan ruang ini menimbulkan distorsi medan dalam sela. Ion positif dapat dianggap stasioner dibandingkan elektron-elektron yang begerak cepat dan banjiran elektron terjadi dalam sela dalam awan elektron yang membelakangi muatan ruang ion positif. 

Kegagalan Isolasi Padat• Mekanisme Kegagalan Bahan Isolasi Padat• Uraian masing masing jenis kegagalan pada bahan isolasi

padat adalah : 

• Kegagalan asasi (intrinsik)• Kegagalan elektromekanik• Kegagalan streamer 

Kegagalan asasi (intrinsik)•  adalah kegagalan yang disebabkan oleh jenis dan suhu bahan

( dengan menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan, bahan elektroda, ketidakmurnian, kantong kantong udara. Kegagalan ini terjadi jika tegangan yang dikenakan pada bahan dinaikkan sehingga tekanan listriknya mencapai nilai tertentu yaitu 106 volt/cm dalam waktu yang sangat singkat yaitu 10-8 detik

Kegagalan elektromekanik• adalah kegagalan yang disebabkan oleh adanya perbedaan polaritas antara

elektroda yang mengapit zat isolasi padat sehingga timbul tekanan listrik pada bahan tersebut. Tekanan listrik yang terjadi menimbulkan tekanan mekanik yang menyebabkan timbulnya tarik menarik antara kedua elektroda tersebut. Pada tegangan 106 volt/cm menimbulkan tekanan mekanik 2 s.d 6 kg/cm2.

Kegagalan streamer• adalah kegagalan yang terjadi sesudah suatu banjiran (avalance). Sebuah elektron

yang memasuki band conduction di katoda akan bergerak menuju anoda dibawah pengaruh medan memperoleh energi antara benturan dan kehilangan energi pada waktu membentur. Jika lintasan bebas cukup panjang maka tambahan energi yang diperoleh melebihi pengionisasi latis (latice). Akibatnya dihasilkan tambahan elektron pada saat terjadi benturan. Jika suatu tegangan V dikenakan terhadap elektroda bola, maka pada media yang berdekatan (gas atau udara) timbul tegangan. Karena gas mempunyai permitivitas lebih rendah dari zat padat sehingga gas akan mengalami tekanan listrik yang besar.

• Akibatnya gas tersebut akan mengalami kegagalan sebelum zat padat mencapai kekuatan asasinya. Karean kegagalan tersebut maka akan jatuh sebuah muatan pada permukaan zat padat sehingga medan yang tadinya seragam akan terganggu. Bentuk muatan pada ujung pelepasan ini dalam keadaan tertentu dapat menimbulkan medan lokal yang cukup tinggi (sekitar 10 MV/cm). Karena medan ini melebihi kekuatan intrinsik maka akan terjadi kegagalan pada zat padat. Proses kegagalan ini terjadi sedikit demi sedikit yang dapat menyebabkan kegagalan total.

Contoh Gambar Isolator Padat

Contoh Gambar Isolator GAS

Daftar Pustaka• Jurnal “Analisis Kegagalan Isolasi Akibat Partial Discharge Pada

Kabel NA2XSEBY 20 Kv Berisolasi XLPE dan PVC “• https://www.google.co.id/url?

sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj4rJXqnM7QAhWEwI8KHS21CDIQFggdMAA&url=http%3A%2F%2Felektro.unm.ac.id%2Fjurnal%2FME%2C%2520Vol.%25205%2C%2520No.2%2520Des%25202010%2FJurnal%2520Mustamin.pdf&usg=AFQjCNHkwZHY5KocfLLPisbP94PRhIpZOQ&sig2=qvnl8HC7A-mtsp0HE_IapQ&bvm=bv.139782543,d.c2I

• https://ejournal.itp.ac.id/index.php/momentum/article/download/203/199

• http://sakirah.blogspot.co.id/2009/06/kegagalan-isolasi.html• https://id.wikipedia.org/wiki/

Kegagalan_listrik#Kegagalan_isolator_elektrik

Thank You