PENGARUH DIAMETER PENAMPANG ELEKTRODA CINCIN PERATA TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN PADA ISOLATOR RANTAI

Transkripsi

1 1 Bahan Sidang Tugas Akhir PENGARUH DIAMETER PENAMPANG ELEKTRODA CINCIN PERATA TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN PADA ISOLATOR RANTAI OLEH : MUHAMMAD IDRIS RUSLI NIM DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007

2 2 PENGARUH DIAMETER PENAMPANG ELEKTRODA CINCIN PERATA TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN PADA ISOLATOR RANTAI Oleh : Muhammad Idris Rusli NIM Disetujui Oleh Pembimbing Ir. Syahrawardi NIP Diketahui Oleh, Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU Prof. Dr. Ir. Usman Baafai NIP DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007

3 3 BAB I PENDAHULUAN I.1. LATAR BELAKANG Pada umumnya, kegagalan alat alat listrik pada waktu bekerja disebabkan karena kegagalan isolasinya. Kegagalan isolasi (insulation failure) ini disebabkan karena beberapa hal antara lain lamanya waktu pemakaian, kerusakan mekanis, berkurangnya kekuatan dielektrik dan karena dikenakan tegangan lebih. Isolator tegangan tinggi seperti pada jaringan transmisi tegangan tinggi terdiri dari beberapa unit piring isolator, tergantung tingkat tegangan yang dipikulnya. Setiap isolator dapat dianggap sebagai sebuah kapasitor, dikarenakan isolator tersebut membentuk susunan konduktor dielektrik konduktor. Dan pada isolator rantai ini akan dijumpai beberapa kapasitansi yaitu kapasitansi sendiri (C 1 ), kapasitansi antara jepitan logam isolator dengan menara (C 2 ), dan kapasitansi antara jepitan logam isolator dengan konduktor tegangan tinggi (C 3 ). Oleh karena itu isolator rantai dapat dianggap susunan dari beberapa kapasitor yang terhubung secara seri maupun paralel. Karena itu bila isolator diberi tegangan arus bolak balik, maka distribusi tegangan di sepanjang isolator rantai tersebut terdistribusi tidak merata. Agar lebih meratakan distribusi tegangan sepanjang isolator rantai ditambahkanlah elektroda cincin perata yang dipasang seporos pada jepit logam salah satu piring isolator.

4 4 Pada tugas akhir ini penulis menggunakan elektroda cincin perata dengan memfareasikan diameter penampang dari elektroda cincin perata, yang diharapkan dapat lebih meratakan distribusi tegangan di sepanjang isolator rantai. I.2. MAKSUD DAN TUJUAN Penulisan tugas akhir ini bertujuan untuk : Mengetahui efektifitas perubahan ketebalan dari penampang elektroda cincin perata terhadap perataan distribusi tegangan pada isolator rantai. Untuk memenuhi persyaratan kelulusan sarjana di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. I.3. BATASAN MASALAH Batasan permsalahan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah hanya membahas mengenai perataan tegangan pada isolator rantai dan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh perubahan diameter penampang elektroda cincin perata terhadap pendistribusian tegangan pada isolator rantai. I.4. METODOLOGI PENULISAN Metodologi penulisan yang dilakukan dalam tugas akhir ini adalah dengan cara : 1. Penelitian Pustaka ( study literature ) Hal ini dilakukan dengan mengumpulan bahan bahan acuan dari berbagai sumber pustaka seta jurnal jurnal referensi yang berhubungan dengan penulisan. 2. Diskusi

5 5 Berupa konsultasi dan bimbingan kepada dosen pembimbing serta kepada asisten laboratorium. 3. Pengujian Langsung Pengujian ini dimaksudkan agar teori yang disajikan akan semakin jelas dengan adanya data data yang diambil dalam pengujian di laboratorium teknik tegangan tinggi. I.5. SISTEMATIKA PENULISAN Materi pembahasan dalam tugas akhir ini diuraikan dalam lima bab adalah sebagai berikut : BAB I : PENDAHULUAN Bab ini merupakan gambaran menyeluruh tentang apa yang diuraikan dalam tugas akhir ini, yaitu pembahasan tentang latar belakang, maksud dan tujuan, batasan masalah, metodologi penulisan dan sistematika penulisan. BAB II : ISOLATOR SALURAN TRANSMISI Bab ini menguraikan tentang peralatan saluran transmisi, jenis jenis dari isolator, karakteristik isolator. BAB III : DISTRIBUSI TEGANGAN PADA ISOLATOR RANTAI Pada bab ini menerangkan tentang kapasitansi isolator, perataan distribusi tegangan isolator rantai, menghitung distribusi tegangan dilengkapi dengan contoh kasus dan usaha perataan tegangan pada isolator rantai, serta contoh faktor kerataan distribusi tegangan pada isolator rantai

6 6 BAB I : PENGUKURAN DISTRIBUSI TEGANGAN PADA ISOLATOR RANTAI Bab 3 ini berisi tentang tujuan pengujian, metode pengukuran, peralatan dan bahan pengujian, rangkaian pengujian, prosedur pengujian dan data hasil pengukuran. BAB : ANALISA HASIL PENGUJIAN Berisikan tentang konversi tegangan tembus sela bola dan faktor kerataan (AF) dari distribusi tegangan pada isolator rantai. BAB I : KESIMPULAN DAN SARAN

7 7 BAB II ISOLATOR SALURAN TRANSMISI II.1. BAGIAN BAGIAN UTAMA SALURAN TRANSMISI Sebagaimana kita ketahui sebuah saluran transmisi adalah berfungsi menyalurkan energi listrik dari pusat pembangkitan menuju tempat konsentrasi beban yang biasanya berjarak sangat jauh. Secara umum penyaluran tenaga listrik dijelaskan pada gambar 2.1 di bawah ini. G SISTEM PEMBANGKITAN 150 k SISTEM TRANSMISI 150 k GI 20 k SISTEM DISTRIBUSI 380/220 volt Gambar 2.1 Bagan Satu Garis Sistem Tenaga Listrik Bagian bagian utama dari saluran transmisi adalah sebagai berikut : 1. Menara transmisi 2. Kawat penghantar (conductor) 3. Kawat tanah (ground wires) 4. Isolator isolator piring II.1.1. Menara Transmisi

8 8 Jenis jenis bangunan penopang saluran transmisi yang dikenal adalah menara menara baja, tiang tiang baja, tiang tiang beton bertulang dan tiang tiang kayu. Menara baja adalah bangunan tinggi terbuat dari baja yang bagian bagian kakinya mempunyai pondasi sendiri sendiri, sedang tiang baja mempunyai satu pondasi untuk semua bagian kakinya. Menara baja untuk saluran transmisi menurut bentuk dan sifat konstruksinya dibagi menjadi menara persegi, menara persegi panjang, menara jenis korset, menara gantry, menara rotasi, menara M. C. dan menara bertali. II.1.2. Kawat Penghantar Kawat penghantar biasanya terbuat dari bahan tembaga, aluminium dan aluminium campuran. Khusus untuk transmisi digunakan aluminium antara : All Aluminium Conductor (AAC), yaitu konsuktor yang seluruhnya terbuat dari aluminium. All Aluminium Alloy Conductor (AAAC), yaitu konduktor yang seluruhnya terbuat dari campuran aluminium. Aluminium Conductor Steel Reinforced (ACSR), yaitu konduktor aluminium yang berinti kawat baja. Aluminium Conductor Alloy Reinforced (ACAR), yaitu konduktor aluminium yang diperkuat dengan logam campuran. Konduktor saluran udara (Overhead Conduktor) yang sering dipakai untuk saluran transmisi adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.2 berikut.

9 9 b. Kawat Pilin c. Konduktor Berongga Gambar 2.2. Konduktor Saluran Transmisi. II.1.3. Kawat Tanah Kawat tanah atau kawat perisai (shielding wire) adalah kawat kawat pada saluran transmisi yang ditempatkan di atas kawat kawat fasa sebagaimana yang diperlihatkan pada gambar 2.3. Gunanya adalah untuk melindungi kawat-kawat penghantar atau kawat phasa baik akibat sambaran petir langsung atau tidak langsung (sambaran induksi). Kawat tanah umumnya dipakai kawat baja yang lebih murah, tetapi tidaklah jarang digunakan kawat ACSR. Kawat Tanah Gambar 2.3 Kawat tanah pada tower transmisi II.1.4. Isolator Isolator berfungsi untuk mengisolir kawat jaringan yang bertegangan dengan tiang atau menara penyangga kawat jaringan agar arus listrik tidak mengalir dari kawat jaringan tersebut ke tanah. Isolator dipasang atau digantung pada travers

10 10 (cross arm) struktur pendukung, sedangkan konduktor daya dipasang pada jepit isolator. isolator perlu memiliki kekuatan mekanik dan elektrik yang baik. Isolator terdiri dari bahan isolasi yang diapit oleh elektroda elektroda. Dengan demikian maka isolator terdiri dari sejumlah kapasitansi. Karena kapasitansi ini, maka distribusi tegangan pada suatu deretan isolator menjadi tidak seragam. Potensial pada ujung yang terkena langsung dengan kawat konduktor adalah yang terbesar. Menurut penggunaan dan konstruksinya, isolator pasang luar (outdoor insulator) atau isolator saluran udara (overhead insulator) diklasifikasikan menjadi isolator pasak (pin type insulato), isolator piring (suspension insulator), isolator batang panjang (long rod insulator), isolator pos saluran (line pos insulator). 1. Isolator Pasak (Pin Type Insulator ) Isolator jenis ini adalah yang pertama kali dirancang untuk menopang penghantar saluran. Desain dari isolator ini ditunjukkan pada gambar 2.4. Gambar 2.4 Gambar Isolator Pasak (Pin Type Insulator ) Untuk pemakaian tegangan yang makin tinggi, dibutuhkan bahan isolasi yang makin tebal, akan tetapi dalam praktek tidak dapat dibuat isolator tunggal yang sangat tebal. Oleh karena itu dibuat isolator pasak yang terdiri dari beberapa bagian

11 11 disambungkan satu sama lain dengan menggunakan perekat semen. isolator jenis pasak dapat dipergunakan sampai 80 k. 2. Isolator Piring Pada sistem saluran udara tegangan tinggi, jenis isolator yang banyak dipergunakan adalah isolator piring. Sejumlah isolator piring dihubung hubungkan secara seri dengan mempergunakan sambungan logam., membentuk satu rentengan. Sedangkan penghantar saluran dipegang oleh isolator yang terbawah. Keuntungan keuntungan mempergunakan isoplator piring : a. Tiap isolator piring dirancang untuk tegangan yang tidak terlalu tinggi, jadi dengan menghubungkan sejumlah isolator, dapat dirancang suatu rentengan isolator sesuai dengan kebutuhan. b. Jika salah satu atau beberapa isolator dalam rentengan rusak, dapat dilakukan penggantian dengan mudah dan dengan biaya yang murah. c. Rentengan isolator beresifat lentur, hal ini dapat mengurangi pengaruh tarikan mekanis. d. Jika rentengan isolator dipasang pada menara baja, pengaruh petir pada penghantar akan berkurang karena letak kawat

12 12 Sebuah isolator piring terdiri dari sebuah piringan porselin atau gelas yang bagian bawahnya berlekuk lekuk untuk memperbesar jarak rayap. Pada bagian atas piringan disemenkan sebuah tutup (cap) yang terbuat dari besi (cor) yang telah digalvanisasikan, sedangkan pada rongga bagian bawah disemenkan sebuah pasak baja yang telah digalvanisasi, visualisasi konstruksi bahan dari isolator piring ini diperlihatkan pada gambar 2.5. Gambar 2.5 Konstruksi sebuah isolator Piring Isolator piring dapat dibagi menjadi beberapa jenis berdasarkan cara penyatuannya dengan isolator lain. Saat ini jenis isolator piring yang banyak dipergunakan adalah jenis clevis dan ball and socket, seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.6 berikut. Jenis Clevis Jenis Ball & Socket Gambar 2.6. Jenis isolator piring 3. Isolator Batang Panjang (Long-rod insulator)

13 13 Isolator batang panjang berbentuk seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.7. isolator jenis ini terdiri atas jenis silinder porselin dengan dengan kerutan kerutan dan ujungnya diperkuat dengan dua tutup logam yang disemenkan. Diameter silinder porselin dipilih menurut kekuatan mekanis yang dibutuhkan, kuat tariknya sekitar kg/cm 2. Pemakaian isolator batang panjang menghemat logam jika dibandingkan dengan isolator rentengan (isolator piring), juga lebih ringan. Oleh karena isolator batang panjang mempunyai rusuk yang sederhana, maka kotoran yang melekat pada permukaan isolator mudah tercuci oleh hujan, sehingga isolator jenis ini sesuai untuk daerah daerah yang intensitas polusinya lebih tinggi. Gambar 2.7 Isolator jenis Batang Panjang ((Long-rod insulator) 4. Isolator Pos Saluran (Line Pos Insulator) Isolator jenis ini terbuat dari porselin yang bagian bawahnya diberi tutp besi yang disemenkan pada porselin serta pasak baja yang disekrupkan padanya. Karena jenis ini dipakai secara tunggal (tidak berkelompok) serta kekuatan mekanisnya rendah, maka isolator pos saluran tidak dibuat besar. Konstruksi isolator pos saluran dapat dilihat pada gambar 2.8 berikut ini :

14 14 Gambar 2.8 Isolator jenis Pos Saluran (Line Pos Insulator) 5. Isolator Jenis Pin Pos Jenis isolator ini sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 2.9 digunakan untuk jaringan distribusi hantaran udara tegangan menengah, dipasang pada tiang yang mengalami gaya tekuk. Dan isolator ini tahan terhadap terpaan busur, arus berupa busur api yang mengalir akibat lewat denyar yang disebabkan oleh polusi dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan isolator. Isolator pos pin bersifat mampu menahan busur api sampai circuir breaker memutus aliran daya. Gambar 2.9 Jenis Isolator Pos Pin (Pin Pos Insulator) II.2. KARAKTERISTIK ISOLATOR II.2.1. Karakteristik Elektrik Isolator Ditinjau dari segi kelistrikan, isolator dan udara membentuk suatu sistem isolasi yang berfungsi untuk mengisolir suatu konduktor bertegangan dengan rangka penyangga yang dibumikan, sehingga tidak ada arus listrik yang mengalir dari konduktor tersebut ke tanah. Kegagalan suatu isolator dapat terjadi karena bahan dielektrik isolator tembus listrik (breakdown) atau karena terjadinya lewat denyar (flashover) udara di sepanjang permukaan isolator. Dalam kasus yang pertama, karakteristik listrik tidak dapat pulih seperti semula dan sebagian dari isolator

15 15 mengalami kerusakan mekanis sehingga tidak dapat digunakan lagi dan harus diganti. Pada peristiwa lewat denyar, kerusakan pada isolator hanya karena panas yang ditimbulkan busur api pada permukaan isolator. Semua isolator dirancang sedemikian sehingga tegangan tembusnya jauh lebih tinggi dari tegangan lewat denyarnya. Dengan demikian kekuatan dielektrik suatu isolator ditentukan oleh tegangan lewat denyarnya. II.2.2. Karakteristik Mekanis Isolator Karakteristik mekanis suatu 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 suatu isolator dinyatakan dalam tiga keadaan beban, yaitu kekuatan mekanis tarik, kekuatan mekanis tekan dan kekuatan mekanis tekuk. Sebelum menetapkan kekuatan mekanis isolator untuk suatu konstruksi, perlu diketahui telebih dahulu beban mekanis yang akan dipikulnya di lapangan. Jika isolator akan digunakan pada jaringan hantaran udara, maka isolator harus mampu memikul berat konduktor dan beban tarik. Berat konduktor tergantung pada luas penampang konduktor, jenis bahannya, jarak gawang, suhu dan kecepatan angin.

16 16 BAB III DISTRIBUSI TEGANGAN PADA ISOLATOR RANTAI III.1. KAPASITANSI ISOLATOR Dua konduktor yang dipisahkan oleh suatu dielektrik atau susunan konduktor dielektrik konduktor merupakan suatu susunan kapasitor. Semua isolator merupakan dua konduktor yang diantarai oleh suatu dielektrik. Pada gambar 3.1 ditunjukkan contoh suatu isolator, yaitu satu unit isolator piring. Isolator tersebut membentuk suatu susunan konduktor dielektrik konduktor, oleh karena itu isolator tersebut dapat dianggap sebagai suatu kapasitor. Gambar 3.1. Ekivalensi suatu isolator piring Jika beberapa isolator piring dirangkai menjadi isolator rantai seperti pada gambar 3.2a, maka akan dijumpai tiga kelompok susunan konduktor-dielektrikkonduktor, masing masing dibentuk oleh : a. Jepitan logam isolator dielektrik isolator jepitan logam di bawahnya. Susunan ini membentuk kapasitansi sendiri isolator ( C 1 ).

17 17 b. Jepitan logam isolator udara menara. Susunan ini membentuk kapasitansi jepitan logam isolator dengan menara yang dibumikan (C 2 ). Kapasitansi ini disebut kapasitansi tegangan rendah. c. Jepitan logam isolator udara konduktor transmisi. Susunan ini dibentuk oleh konduktor tegangan tinggi, maka disebut kapasitansi tegangan tinggi( C 3 ). Oleh karena itu, isolator rantai dapat dianggap sebagai susunan dari beberapa unit kapasitor yang terhubung seperti Gambar 3.2. di bawah : a. susunan konduktor dielektrik konduktor pada isolator rantai b. susunan kapasitansi pada isolator rantai Gambar 3.2. Susunan Konduktor Dielektrik Konduktor pada isolator rantai III.2. PERATAAN DISTRIBUSI TEGANGAN ISOLATOR RANTAI Perataan distribusi tegangan adalah suatu usaha yang bertujuan membuat tegangan pada setiap isolator piring sama. Pada gambar 3.3 terlihat kurva pengaruh kapasitansi C 2 dan C 3 terhadap distribusi tegangan pada setiap piring isolator rantai. Distribusi tegangan pada setiap piring isolator tidak sama meskipun kapasitansi masing masing isolator piring sama.

18 18 n/ memperhitungkan C memperhitungkan C2 dan C3 2 C2 dan C3 tdk diperhitungkan G memperhitungkan C2 100 % n/n Gambar 3.3 Kurva distribusi tegangan isolator rantai Kurva distribusi tegangan yang ideal adalah linier (kurva 1), yaitu jika kapasitansi ke menara C 2 dan kapasitansi tegangan tinggi C 3 tidak ada. Jika hanya ada kapasitansi ke menara, maka kurvanya menurun (kurva 2), dan jika hanya ada kapasitansi tegangan tinggi, maka kurvanya naik (kurva 3). Jika kedua kapasitansi ini (C 2 dan C 3 ) diperhitungkan, maka kurva distribusi tegangan merupakan resultan kurva 2 dan kurva 3 (kurva 4). Distribusi tegangan semakin linier akibat pengaruh adanya kapasitansi tegangan tinggi. Dengan kata lain efek kapasitansi ke menara dapat dikompensasi dengan memperbesar nilai kapasitansi tegangan tinggi. Hal ini dilakukan dengan membuat elektroda cincin perata pada jepitan konduktor seperti ditunjukkan pada gambar 3.4 berikut : Perata tegangan

19 19 Gambar 3.4 Macam Konduktor Perata tegangan Ada beberapa cara dalam usaha meratakan tegangan di setiap unit isolator, yaitu : 1. Dengan mengatur besar harga kapasitansi terhadap bumi (C2) Kapasitansi C2 diupayakan sekecil mungkin, dengan demikian arus bocor yang menuju struktur menara (bumi) akan sangat kecil dan memungkinkan untuk diabaikan. Untuk mendapatkan nilai kapasitansi C2 yang lebih kecil dapat dilakukan dengan mengatur jarak antara isolator rantai terhadap menara pendukung (bumi), dimana jarak berbanding terbalik dengan nilai kapasitansi yang dihasilkan, oleh sebab itu jarak antar menara dan renteng isolator diperbesar agar diperoleh nilai kapasitansi C2 yang sangat kecil. 2. Dengan greading tiap isolator Nilai kapasitansi sendiri (C) dari isolator disesuaikan dengan tingkat tegangan. Isolator yang memikul tegangan paling besar yaitu isolator yang memiliki nilai kapasitansi yang kecil. Dan isolator yang memikul tegangan paling kecil, maka digunakan isolator yang memiliki kapasitansi yang besar. Dengan demikian tegangan di setiap isolator akan sama. 3. Dengan menggunakan guard ring Tegangan di setiap unit isolator dapat dibuat sama dengan cara menggunakan guard ring. Ada beberapa bentuk yang umum dijumpai adalah ring, 8 shaped, horn shaped. Dan metode yang digunakan pada penelitian ini adalah dengan menggunakan ring.

20 20 III.3. MENGHITUNG DISTRIBUSI TEGANGAN Untuk menghitung distribusi tegangan di sepanjang isolator rantai perlu kita fahamkan bahwa sebagaimana yang diperlihatkan pada gambar 3.2. setiap pengaruh kapasitansi yang terdapat di sepanjang isolator rantai tersebut dianggap sebagai elemen kapasitansi, dan kapasitansi ini sangat mempengaruhi distribusi tegangan pada isolator rantai. Perhitungan distribusi tegangan pada isolator rantai dapat dilakukan dengan beberapa cara : a. Distribusi tegangan pada isolator rantai dengan mengabaikan kapasitansi jepitan logam isolator dengan menara (C2) dan kapasitansi tegangan tinggi (C3). b. Distribusi tegangan dengan memperhitungkan kapsitansi C2. c. Distribusi tegangan pada isolator rantai dengan memperhitungkan semua kapasitansi. Agar perhitungan distribusi tegangan pada isolator rantai lebih mudah, maka kita membutuhkan beberapa asumsi, yaitu : a. Semua piringan isolator memilki karakteristik yang sama b. Jarak menara ke isolator sama ( C A = ε ) d c. Isolator adalah ideal, artinya tiap kapasitor dapat dianggap sebagai kapasitansi murni. d. Kapasitansi antar penghubung dan elemen isolator dengan konduktor adalah sama.

21 21 III.3.1. Distribusi Tegangan tanpa kapasitansi C2 dan C3 Karena tanpa memperhitungkan kapasitansi antar logam isolator dengan menara (C2) dan kapasitansi antara logam isolator dengan konduktor tegangan tinggi (C3), maka akan sama dengan jika isolator diberi tegangan searah (dc). Pada tegangan dc, tegangan sepanjang isolator rantai didistribusikan secara merata. Rangkaian kapasitansinya ditunjukkan oleh gambar 3.5 berikut : tower / bumi I I I I C C C I I C n Konduktor Gambar 3.5 Rangkaian ekivalen isolator rantai tanpa pengaruh C2 & C3 Elemen dari isolator rantai adalah sama, sehingga tegangan tiap elemen isolator adalah sama besar 1 = I 1 Z 1 ; 2 = I 2 Z 2 ; n = I n Z n Karena kapasitansi-kapasitansi unit isolator sama, maka Z 1 = Z 2 =.Z n...(3.1) Dengan demikian

22 22 = =... = n n = ( 3.2) v...( 3.3) N Dimana : n N = Tegangan pada elemen ke n dari isolator rantai yang ditinjau = Tegangan total yang dikenakan pada isolator rantai = Jumlah elemen pada suatu isolator rantai III.3.2. Distribusi Tegangan memperhitungkan kapasitansi C2 Dengan mengabaikan kpasitansi antara jepit logam isolator dengan konduktor tegangan tinggi (C3), maka kapasitansi yang ada adalah kapasitansi sendiri (C1) dan kapasitansi antara jepit logam isolator dengan bumi (C2) saja yang mempengaruhi distribusi tegangan di sepanjang isolator rantai.sebagaimana yang diperlihatkan oleh gambar 3.6 berikut yang terdiri dari lima buah elemen isoalator : tower C2 C2 C2 C2 Ia Ib Ic Id A B C D I1 C1 I2 C1 I3 C1 I4 C I5 I C1 5 Konduktor Gambar 3.6. Rangkaian ekivalen isolator rantai dengan memperhitungkan C2

23 23 Dan misalkan : Atau m = m = kapasi tan si ke tan ah kapasi tan si bersama C C 2 1 Diperoleh C 2 = mc1 Jatuh tegangan tiap unit isolator adalah 1, 2, 3, 4, 5,. n, di mana penomoran dimulai dari isolator paling atas. = n (3.4) Besarnya arus listrik yang mengalir pada tiap unit isolator dapat ditentukan. Pada titik A, persamaan arusnya adalah: I 2 = I 1 + I a.....(3.5) I 1 = Arus yang mengalir pada isolator 1 I 2 = Arus yang mengalir pada isolator 2 I 2 = jωc 1 2 I 1 = jωc 1 1 I a = j ωc 2 1 = j ωmc 1 1 Persamaan 3.5 dapat dituliskan menjadi jωc 1 2 = jωc jωmc = 1 (1 + m)...(3.6) Pada titik B, persamaan arus adalah: I 3 = I 2 + I b (3.7)

24 24 I 3 = adalah arus yang mengalir pada isolator 3. I 3 = jωc 1 3 I 2 = jωc 1 2 I b = jωc 2 ( ) = jωmc 1 ( ) Maka, persamaan 3.7 menjadi : jωc 1 3 = jωc jωmc 1 ( ) 3 = 2 + m ( )...(3.8) Maka dengan mensubtitusikan persamaan 3.6 ke dalam persamaan 3.8 : 3 = 1 (1 + m) + m{ (1 + m)} = 1 + m 1 + m( 1 + m ) = 1 + m 1 + m 1 + m m 1 = m 1 + m = 1 (1 + 3m + m 2 )...(3.9) Pada titik C, persamaan arusnya adalah : I 4 = I 3 + I c...(3.10) I 4 = adalah arus yang mengalir pada isolator 4

25 25 I 4 = jωc 1 4 I 3 = jωc 1 3 I c = jωc 2 ( ) = jωmc 1 ( ) Maka dengan demikian persamaan 3.10 menjadi, jωc 1 4 = jωc jωmc 1 ( ) 4 = 3 + m ( )...(3.11) Dan dengan mensubstitusikan persamaan 3.6 dan 3.8 ke persamaan 3.11 : 4 = 1 (1 + 3m + m 2 ) + m { 1 + ( 1 (1 + m)) + 1 (1 + 3m + m 2 )} = 1 + 3m 1 + m m { 1 + 3m 1 + m m ) = 1 + 3m 1 + m m m m 1 + m m 1 = m 1 + 5m m = 1 (1 + 6m + 5m 2 + m 3 )...(3.12) Pada titik D, akan kita lihat persamaan arusnya, I 5 = I 4 + I d...(3.13) I 5 = merupakan arus yang mengalir pada isolator 5. I 5 = jωc 1 5

26 26 I 4 = jωc 1 4 I d = jωc 2 ( ) = jωmc 1 ( ) maka persamaan 3.13 menjadi, jωc 1 5 = jωc jωmc 1 ( ) 5 = 1 (1 + 6m + 5m 2 + m 3 ) + m{ (1 + m) + 1 (1 + 3m + m 2 ) + 1 (1 + 6m + 5m 2 + m 3 )} 5 = 1 + 6m 1 + 5m m m( m m 1 + m m 1 + 5m m 3 1 ) = 1 + 6m 1 + 5m m m 1 + m 1 + m m 1 + 3m m m m m m = 1 (1 + 10m + 15m 2 + 7m 3 + m 4 )...(3.14) Sesuai persamaan 3.4, maka untuk isolator gantung berjumlah 5 unit berlaku persamaan, = (3.15) Maka dengan memasukkan persamaan (3.6), (3.9), (3.12) dan persamaan 3.14 ke dalam persamaan (3.15), maka : = (1 + m) + 1 (1 + 3m + m 2 ) + 1 (1 + 6m + 5m 2 + m 3 ) +

27 27 1 (1 + 10m + 15m 2 + 7m 3 + m 4 ) = m m 1 + m m 1 + 5m m m m m m 4 1 = m m m m 4 1 = 1 (5 + 20m + 21m 2 + 8m 3 + m 4 )...(3.16) 1 = (5 + 20m + 21m 2 + 8m 3 + m 4 )...(3.17) Dan untuk renteng isolator yang lebih banyak lagi, cara yang sama juga dapat dilakukan, yakni untuk jumlah isolator sampai isolator ke-n. III.3.3. Distribusi Tegangan Dengan Memperhitungkan C 1 Dan C 3 Jika yang diperhitungkan hanya kapasitansi sendiri (C 1 ) dengan kapasitansi antar logam isolator dengan konduktor tegangan tinggi (C 3 ), maka persamaan dan bentuk rangkaian ekivalennya akan seperti berikut ini :

28 28 tower A B C D I1 C1 i a I2 C1 i b I3 C1i c I4 C1 i d C3 C3 C3 C3 a' b ' c' d ' I5 I C1 5 Konduktor Gambar 3.7. Rangkaian ekivalen hanya memperhitungkan kapasitansi C 1 dan C 3 Dalam perhitungannya distribusi yang hanya memperhitungkan kapasitansi sendiri (C 1 ) dan kapasitansi antara jepit logam isolator dengan konduktor tegangan tinggi (C 3 ), kita perlu membuat suatu asumsi, dimana : Untuk lebih memudahkan dalam perhitungan, dianggap C 2 = C 3 = mc 1 Jika, 1. Aa = AD (karena a = b = c = 1 ) 2. Bb = BD = Cc = 4 = Dd = 5 = Dx = Da = Db = Dc = Dd Pada titik A persamaan arusnya : I 2 = I 1 i a...(3.18) Dengan I 2 = jωc 1 2

29 29 I 1 = jωc 1 1 I a = jωc 3 Aa = jωmc 1 ( 1 ) Maka : jωc 1 2 = jωc jωmc 1 ( - 1 ) 2 = 1 m ( 1 ) = 1 m + m 1 2 = 1 (1 + m) m...(3.19) Pada titik B persamaan arusnya adalah, I 3 = I 2 - i b...(3.20) Dengan I 3 = jωc 1 3 I 2 = jωc 1 2 i 2 = jωc 2 Bb = jωmc 1 I b = jωc 3 Bb = jωmc 1 ( 2 1 ) Maka, jωc 1 3 = jωc 1 2 jωmc 1 ( 2 1 ) 3 = 2 m( 2 1 )......(3.21) Dengan mensubstitusikan persamaan 3.19 ke dalam persamaan = 1 (1 + 3m + m 2 ) (2m + m 2 )...(3.22) Dan dengan cara yang sama pada titik C diperoleh : I 4 = I 3 i c......(3.23) Dimana, I 4 = jωc 1 4 I 3 = jωc 1 3 i c = jωc 3 Cc = jωmc 1 ( )

30 30 Maka : jωc 1 4 = jωc jωmc 1 ( ) 4 = 3 m ( ))...(3.24) Dengan mensubstitusikan persamaan 3.19 dan persamaan 3.22 kedalam persamaan 3.24, maka : 4 = 1 {1 + 6m + 5m 2 + m 3 ) (3m + 4m 2 + m 3 )...(3.25) Dan dengan cara yang sama pada titik D diperoleh : I 5 = I 4 - i d...(3.26) Dimana, I 5 = jωc 1 5 I 4 = jωc 1 4 i 4 = jωc 2 Dd = jωmc 1 ( ) Maka : jωc 1 5 = jωc 1 4 jωmc 1 ( ) 5 = 4 m( )...(3.27) Dengan mensubstitusikan persamaan (3.19), (3.22) dan persamaan 3.25 ke dalam persamaan 3.27, 5 = 1 (1 + 10m + 12m 2 + 7m 3 + m 4 ) (4m + 10m 2 + 6m 3 + m 4 )...(3.28) Sesuai dengan persamaan (3.15), bahwa, = maka : = (3.29) Dan dengan mensubstitusikan persamaan (3.19), (3.22), (3.25) dan persamaan 3.28 kedalam persamaan 3.29 : = = 1 (5 + 20m + 18m 2 + 8m 3 + m 4 ) (10m + 15m 2 + 7m 3 + m 4 )

31 31 Maka besar harga 1 adalah seperti yang diperlihatkan oleh persamaan 3.30 berikut : 1 = (1+ 10m + 15m (5 + 20m + 18m m + m ) m + m )...(3.30) III.3.4. Distribusi Tegangan Dengan Memperhitungkan C 2 Dan C 3 Jika semua kapasitansi C 1, C 2 dan C 3 diperhitungkan maka rangkaian ekivalen kapasitansi pada isolator rantai ini dapat dilihat pada Gambar 3.8. Tower a b c d x C 2 C 2 C2 C 2 i 1 i 2 i 3 i 4 I 1 C 1 C A i 3 a I 2 C 1 C B i 3 b I 3 C 1 C C i 3 c I 4 C 1 C id 3 D I 5 C 1 E a, b, c, d, Konduktor Gambar 3.8. Rangkaian ekivalen dengan memperhitungkan kapasitansi C 2 dan C 3 Untuk lebih memudahkan dalam perhitungan, dianggap C 2 = C 3 = mc 1 Jika, 6. Aa = AD (karena a = b = c = 1 ) 7. Bb = BD = 2 1

32 32 8. Cc = 4 = Dd = 5 = Dx = Da = Db = Dc = Dd Pada titik A persamaan arusnya : I 2 = I 1 + ( i 1 I a )...(3.31) Dengan I 2 = jωc 1 2 I 1 = jωc 1 1 i 1 = jωc 2 2 Aa = jωmc 1 1 I a = jωc 3 Aa = jωmc 1 ( 1 ) Maka : jωc 1 2 = jωc (jωmc jωmc 1 ( 1 ) 2 = 1 + (m 1 m( 1 )) = 1 + m 1 m m 1 = 1 + m(2 1 ) 2 = 1 (1 + 2m) m...(3.32) Pada titik B persamaan arusnya adalah, I 3 = I 2 + ( i 2 I b )...(3.33) Dengan I 3 = jωc 1 3 I 2 = jωc 1 2 i 2 = jωc 2 Bb = jωmc 1 I b = jωc 3 Bb = jωmc 1 ( 2 1 ) Maka, jωc 1 3 = jωc (jωmc 1 ( 2 1 ) - jωmc 1 (( 2 1 ))

33 33 3 = 2 + m( 2 1 ) m( 2 1 )...(3.34) Dengan mensubstitusikan persamaan 3.32 ke dalam persamaan = ( 1 (1 + 2m) m) + (m( 1 (1 + 2m) m) + 1 ) m( 1 (1 + 2m) m 1 )) = 1 + 6m 1 + 4m 2 2m 2m 2 3 = 1 (1 + 6m + 4m 2 ) (2m + 2m 2 )...(3.35) Dan dengan cara yang sama pada titik C diperoleh : I 4 = I 3 + (i 3 I c )...(3.36) Dimana, I 4 = jωc 1 4 I 3 = jωc 1 3 i 3 = jωc 2 Cc = jωmc 1 ( ) I c = jωc 3 Cc = jωmc 1 ( ) Maka : jωc 1 4 = jωc (jωmc 1 ( ) - jωmc 1 ( )) 4 = 3 + m( ) m ( ))...(3.37) Dengan mensubstitusikan persamaan 3.32 dan persamaan 3.34 ke dalam persamaan 3.37, maka : 4 = { 1 (1 + 6m + 4m 2 ) (2m + 2m 2 )} + m{( 1 (1 + 6m + 4m 2 ) (2m + 2m 2 )} + { 1 (1 + 2m) m) + 1 } m{ { 1 (1 + 6m + 4m 2 ) - (2m + 2m 2 )} { 1 (1 + 2m) m) 1 } 4 = 1 + 6m 1 + 4m m 2m 2 + m 1 + 6m m 3 1 2m 2

34 34 2m 3 + m 1 + 2m 2 1 m 2 + m 1 m +m 1 + 6m m 3 1 2m 2 2m 3 + m 1 + 2m 2 1 m 2 + m 1 4 = 1 {1 + 12m + 20 m 2 + 8m 3 ) (3m + 8m 2 + 4m 3 )...(3.38) Dan dengan cara yang sama pada titik D diperoleh : I 5 = I 4 + (i 4 I d )...(3.39) Dimana, I 5 = jωc 1 5 I 4 = jωc 1 4 i 4 = jωc 2 Dd = jωmc 1 ( ) I d = jωc 3 Dd = jωmc 1 ( ) Maka : jωc 1 5 = jωc (jωmc 1 ( ) - jωmc 1 ( )) 5 = 4 + m( ) m ( ))..(3.40) Dengan mensubstitusikan persamaan (3.32), (3.35) dan persamaan 3.38 ke dalam persamaan 3.40, 5 = [ 1 {1 + 12m + 20 m 2 + 8m 3 ) (3m + 8m 2 + 4m 3 )] + m[{ 1 {1 + 12m + 20 m 2 + 8m 3 ) (3m + 8m 2 + 4m 3 } + { 1 (1 + 6m + 4m 2 ) (2m + 2m 2 )} + { 1 (1 + 2m) m} + 1 ] - m[{} { 1 {1 + 12m + 20 m 2 + 8m 3 ) (3m + 8m 2 + 4m 3 } { 1 (1 + 6m + 4m 2 ) - (2m + 2m 2 )} { 1 (1 + 2m) m} 1 ] 5 = m m m 3 1 3m 8m 2-4m 3 +m 1 + m 1 + 2m 2 1 m 2 + m 1 + 6m m 3 1 2m 2-2m 3 + m m m m 4 1 3m 2 8m 3 4m 4 m + m 1 + m 1 + 2m m 2 + m 1 +

35 35 6m m 3 1 2m 2-2m 3 + m m m m 4 1 3m 2 8m 3 4m 4 5 = m m m m 4 1 4m 20m 2 24m 3 8m 4 = 1 (1 + 20m + 60m m m 4 ) (4m + 20m m 3 +8m 4 )...(3.41) Sesuai dengan persamaan (3.15), bahwa, = maka : = (3.42) Dan dengan mensubstitusikan persamaan (3.32), (3.35), (3.38) dan persamaan 3.41 kedalam persamaan 3.42 : = = m 1 m m 1 + 4m 2 1 2m 2m m m m 3 1 3m 8m 2 4m m 1 +60m m m 4 1 4m 20m 2 24m 3 8m 4 = m m m m 4 10m 30m 28m 3 8m 4 = 1 (5 + 40m + 84m m m 4 ) (10m + 30m m 3 + 8m 4 ) Maka besar harga 1 adalah seperti yang diperlihatkan oleh persamaan 3.42 berikut : 1 = (1+ 10m + 30m + 28m + 8m ) (5 + 40m + 84m + 64m + 16m )...(3.42) III.4. Contoh Perhitungan Faktor Kerataan Distribusi Tegangan Pada Isolator Rantai Untuk melihat pengaruh kapasitansi sendiri isolator (C 1 ), kapasitansi tegangan rendah (C 2 ) dan kapasitansi tegangan tinggi terhadap distribusi tegangan pada isolator rantai, berikut ini akan dibuat contoh perhitungan untuk menghitung distribusi tegangan pada isolator rantai.

36 36 Misalkan suatu transmisi hantaran udara menggunakan isolator rantai yang terdiri atas lima unit isolator piring yang sama, dimana perbandingan kapasitansi ke menara (C 2 ) dengan kapasitansi sendiri (C 1 ) adalah 0.1. Dimisalkan tegangan transmisi ke konduktor transmisi adalah 40 k/50 Hz. Dimana perhitungan distribusi tegangan dilakukan untuk 3 keadaan yaitu : a. Mengabaikan kapasitansi jepitan logam isolator dengan menara (C 2 ) dan kapasitansi tegangan tinggi (C 3 ). Rangkaian ekivalennya adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5 Menurut rumus 3.1, maka tegangan pada setiap unit isolator piring adalah L N 40 n = = = 8 N 5 k 1 = 2 = 3 = 4 = 5 = 8 k Dari hasil perhitungan diperoleh tegangan pada setiap unit isolator sama. Berdasarkan persamaan 3.1, faktor kerataannya adalah (AF) = 8 8 = 0. Dalam hal ini tegangan pada setiap unit isolator terdistibusi merata. b. Memperhitungkan Kapasitansi C1 dan C 2 Rangkaian ekivalen isolator rantai dengan memperhitungkan kapasitansi C 2, adalah seperti yang terlihat pada gambar 3.6. Untuk distribusi tegangan dengan memperhitungkan C 2, sedang kapasitansi (C 3 ) diabaikan, yang ada hanya kapasitansi sendiri (C 1 ) dan kapasitansi tegangan rendah (C 2 ). Tegangan pada 1, berdasarkan persamaan 3.16, yaitu : = 1 ( m + 21 m m 3 + m 4 ), maka : 1 = (5+ 20m + 21m 2 + 8m 3 + m 4 )

37 37 1 = {5 + (20 x 0,1) + (21 x 0,1 ) + (8 x 0,1 ) + (0,1 ) 40 1 = = 5,542k 7,218 Tegangan pada 2, berdasarkan persamaan 3.6, maka 2 2 = ( 1 + m ) = ( 1 + 0,1 ) 5,542 k = 6,096 k Tegangan pada 3, berdasarkan persamaan 3.9, maka 3 3 = ( 1 + 3m + m 2 ) = ( 1 + (3 x 0,1) + (0,1 2 )) 5,542 k = 7,260 k Tegangan pada 4, berdasarkan persamaan 3.12, maka 4 adalah : 4 = (1 + 6m + 5m 2 + m 3 ) = (1 + (6 x 0,1) + (5 x 0,1 2 ) + (0,1 3 ) 5,542 k = 9,150 k Tegangan pada 5, Berdasarkan persamaan 3.14, maka 5 adalah : 5 = ( m + 15 m m 3 + m 4 ) 1 5 = (1 + (10 x 0,1) + (15 x 0,1 2 ) + (7 x 0,1 3 ) + (0,1 4 )) 5,542 k = 11,955 k Dari hasil perhitungan, faktor kerataannya adalah : AF = 11,955 k 5,542 k = 6,413 k c. Memperhitungkan Kapasitansi C 1 dan C 3 Tegangan pada 1, berdasarkan persamaan 3.43, yaitu :

38 38 1 = (1+ 10m + 15m (5 + 20m + 18m m + m ) m + m ) 1 = 86,284 = 12,004 k 7,188 Tegangan pada 2, berdasarkan persamaan 3.19, maka = 1 ( 1 + m ) - m = 9,204 k Tegangan pada 3, berdasarkan persamaan 3.22, maka 3 3 = 1 ( 1 + 3m + m 2 ) (2m + m 2 ) 3 = 7,325 k Tegangan pada 4, berdasarkan persamaan 3.25, maka 4 adalah : 4 = 1 {1 + 6m + 5m 2 + m 3 ) (3m + 4m 2 + m 3 ) 4 = 6,179 k Tegangan pada 5, Berdasarkan persamaan 3.28, maka 5 adalah : 5 = 1 (1 + 10m + 12m 2 + 7m 3 + m 4 ) (4m + 10m 2 + 6m 3 + m 4 ) 5 = 5,290 k Dari hasil perhitungan, faktor kerataannya adalah : AF = 12,004 k 5,290 k = 6,714 k d. Dengan memperhitungkan C 2 dan C 3 Rangkaian ekivalen isolator rantai dengan memperhitungkan semua kapasitansi C 1, C 2 dan C 3 adaalah seperti gambar 3.8. Pada perhitungan ini dimisalkan jarak antara isolator dengan menara adalah sama sehingga C 2 = C 3 = mc, maka tegangan pada unit isolator piring adalah : 1 = (1+ 10m + 30m + 28m + 8m ) (5 + 40m + 84m + 64m + 16m )

39 39 1 = (1+ 10(0,1) + 30(0,1) + 28(0,1) + 8(0,1) ) (5 + 40(0,1) + 84(0,1) + 64(0,1) + 16(0,1) ) 1 = 93,152 = 9,404 k 9, = 1 (1 + 2m) m = (1 + 2 (0.1)) 0.1(40) = k 3 = 1 ( m + 4m 2 ) (2m + 2m 2 ) = (1+ 6(0,1) + 4(0,1) 2 ) ((2(0.1) + 2(0.1) 2 )40 = 6,623 k 4 = 1 ( 1+ 12m+ 20m 2 +8m 3 ) (3m+8m 2 +4m 3 ) = (1+ 12(0.1) + 20(0.1) 2 + 8(0.1) 3 ) ( 3(0.1) + 8(0.1) 2 + 4(0.1) 3 )40 = 7,285 k 5 = 1 ( m + 60m m 3 +16m 4 ) (4m + 20m m 3 + 8m 4 ) = (1+20(0.1) + 60(0.1) (0.1) (0.1) 4 ) - (4(0.1) + 20(0.1) (0.1) 3 + 8(0,1) 4 40 = 9,404 k Sedangkan, faktor kerataan (AF) = 9,404 k k 6,623k = 2,781k Dari keempat hasil perhitungan di atas, diperoleh faktor kerataan untuk perhitungan dengan mengabaikan kapasitansi jepitan logam isolator dengan menara (C 2 ) dan kapasitansi tegangan tinggi (C 3 ) adalah nol, pada perhitungan dengan mengabaikan kapasitansi (C 3 ) dan memperhitungkan kapasitansi (C 2 ) diperoleh faktor kerataan adalah 6,413 k sedangkan pada perhitungan dengan memperhitungkan semua kapasitansi diperoleh faktor kerataan adalah k.

40 40 Dari ketiga nilai faktor kerataan di atas tegangan yang terdistribusi merata adalah pada perhitungan dengan mengabaikan kapasitansi tegangan rendah (C 2 ) dan kapasitansi tegangan tinggi (C 3 ) karena faktor kerataannya adalah nol. Dalam hal ini tegangan di sepanjang isolator rantai terdistribusi merata. BAB I PENGUKURAN DISTRIBUSI TEGANGAN PADA ISOLATOR RANTAI I.1. UMUM Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Pengujian dilakukan terhadap isolator rantai yang terdiri atas 10 piring isolator jenis clevis dengan diameter 254 mm. Pada Gambar 4.1 memperlihatkan isolator rantai yang menjadi objek penelitian. Jepitan logam Dielektrik Batang logam jepitan terminal konduktor

41 41 Gambar 4.1. Isolator rantai objek penelitian Elektroda cincin perata yang digunakan pada pengukuran ini terbuat dari besi padat. Untuk melihat pengaruh elektroda cincin perata terhadap distribusi tegangan pada isolator rantai, dalam penelitian ini dibuat diameter penampang dari elektroda cincin yang berfariasi untuk 10 isolator rantai. Fariasi dari Diameter penampang yang digunakan pada pengukuran ini adalah 8 mm, 12 mm, 16 mm, 20 mm dan 24 mm, dengan diameter elektroda cincin perata tetap pada ukuran 60 cm, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.2. D = 60 cm d = 8 mm d = 12 mm d = 16 mm d = 20 mm d = 24 mm Gambar 4.2. Elektroda Cincin

42 42 Dimana : D = diameter elektroda cincin perata d = diameter penampang elektroda cincin perata Elektroda cincin perata diposisikan seporos dengan isolator rantai. Pada pengukuran ini elektroda cincin perata ditempatkan pada 17 cm dari jarak titik pusat elektroda cincin perata dengan ujung paling bawah batang logam pengikat konduktor. Seutas kawat tipis digunakan untuk menghubungkan elektroda cincin perata dengan batang logam terminal konduktor, seperti diperlihatkan pada gambar cm 7 Cincin Elektroda Kawat penghubung cm Konduktor T.Tinggi Gambar 4.3. Pemasangan elektroda cincin perata seporos dengan isolator rantai Dalam pengukuran ini elektroda cincin perata ditempatkan pada penyangga kayu sesuai dengan posisi elektroda cincin perata pada pengukuran ini, seperti ditunjukkan pada gambar 4.4. Jarak antar penyangga dapat diubah-ubah sesuai dengan ukuran diameter elektroda cincin perata.

43 43 Kayu Elektroda cincin perata Gambar 4.4. Elektroda cincin perata yang ditopang oleh kayu penyangga I.2. METODE PENGUKURAN Dalam pengukuran ini yang akan diukur adalah tegangan pada setiap piring isolator, saat isolator diberi tegangan. Tegangan yang diberikan pada isolator rantai adalah tegangan tinggi sehingga tegangan pada tiap unit piring isolator adalah tegangan tinggi juga. Oleh karena itu, pengukuran tegangan piring isolator tidak dapat dilakukan dengan voltmeter tegangan rendah. Ada beberapa metode pengukuran tegangan tinggi, salah satu diantaranya adalah dengan alat ukur elektroda bola standar. Pengukuran dengan alat ukur elektroda bola standar menggunakan dua buah elektroda bola yang ukurannya sama dan dibuat seporos seperti ditunjukkan pada Gambar 4.5.

44 44 Gambar 4.5. Elektroda bola standard Jarak elektroda bola dapat dibuat bervariasi. Pada jarak tertentu, dan keadaan udara standar, yaitu pada keadaan suhu udara 20 C dan tekanan udara 760 mmhg, sudah diketahui tegangan tembus elektroda tersebut. Tegangan tembus elektroda bola standar untuk berbagai diameter bola dan berbagai jarak sela bola diberikan pada Lampiran 1. Dalam prakteknya, keadaan udara tidak selalu sama dengan keadaan standar. Tembus listrik elektroda bola pada keadaan udara sembarang adalah: = δ s....(4.1) di mana: = Tegangan tembus sela bola pada keadaan sembarang udara s = Tegangan tembus sela bola standar δ = Faktor koreksi udara Faktor koreksi udara tergantung pada suhu dan tekanan udara, besarnya adalah sebagai berikut: δ = 0,386 p 273 +θ.... (4.2) dimana: θ p = Temperature udara ( C) = tekanan udara (mmhg) Oleh karena itu, pada pengukuran ini harus selalu dicatat suhu dan tekanan udara saat pengukuran dilaksanakan. Rangkaian pengukuran tegangan pada isolator rantai dengan menggunakan elektroda bola standar ditunjukkan pada Gambar 4.5. Adapun peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah :

45 45 a. Trafo uji (TU) 220/100 k, 50 Hz, 3 Kva 1 set b. Auto Trafo (AT) 1 set c. Resistor Peredam (Rp) 43 k Ω 1 unit d. Elektroda bola standar diameter 5 cm (jarak sela 2 mm) 1 set e. Isolator rantai (jenis clevis) 10 buah f. Tiang pondasi ( dari kayu ) g. Elektroda cicncin dengan penampang berdiameter D 1 = 8 mm, D 2 = 12 mm, D 3 = 16 mm, D 4 = 20 mm, D 5 = 24 mm. 1 2 B Rp 7 8 S1 S Alat ukur bola standard A 220 volt 1 Auto Trafo Trafo Uji Gambar 4.6. Rangkaian pengukuran distribusi tegangan pada isolator rantai Gambar 4.6 menununjukkan rangkaian pengujian untuk mendapatkan distribusi tegangan pada isolator rantai yang terdiri dari 10 unit isolator. Untuk melihat pengaruh pemasangan elektroda cincin perata terhadap distribusi tegangan

46 46 pada isolator rantai maka pengukuran yang dilakukan ada dua metode yakni dengan dan tanpa menggunakan elektroda cincin perata.. Terminal tegangan tinggi trafo uji "A" dihubungkan pada jepitan isolator no.10, sedang terminal tegangan tinggi elektroda bola "B" dihubungkan pada jepitan isolator no.1. Diameter elektroda bola yang digunakan adalah 5 cm dengan jarak sela dibuat 0,2 cm. Dengan demikian pada keadaan standar elektroda bola ini akan tembus listrik pada tegangan 8 k. Pada keadaan udara tidak standar, akan tembus listrik pada tegangan b = δ x 8 k. Kemudian tegangan keluaran trafo uji dinaikkan secara bertahap dengan kecepatan 1k/detik sampai udara pada sela bola tembus. Pada saat yang bersamaan dicatat tegangan yang dibangkitkan sekunder trafo uji dan misalkan nilainya i. Tegangan ini merupakan tegangan yang dipikul semua isolator. Sedang tegangan yang dipikul elektroda bola-bola sama dengan tegangan yang dipikul isolator no.1. Dengan demikian tegangan pada isolator no.1 adalah b. Setelah tegangan i dicatat, tegangan trafo uji diturunkan sampai dengan nol dan saklar S 2 dibuka. Tegangan pada isolator no.1 dalam persen tegangan isolator rantai adalah: b (%) = 100%....(4.3) 1 x i1 Kemudian terminal tegangan tinggi elektroda bola dipindahkan ke isolator no.2, prosedur seperti di atas diulang kembali sampai elektroda bola tembus listrik. Artinya tegangan pada isolator no.1 dan no.2 adalah b. Tegangan isolator no.1 dan no.2 dalam persen tegangan isolator ( i ) adalah: b ( 1 2 )% = x100%...(4.4) i 1 b = x100% 1 % (4.5) 2 i2

47 47 Demikian seterusnya dilakukan untuk setiap teminal tegangan tinggi elektroda bola dipindahkan pada isolator 3, 4, 5, 6, 7, 8 dan 9. Tegangan dalam persen (%) pada masing-masing piring isolator dapat ditulis sebagai berikut : b = x100% ( 1 + )%...(4.6) 3 % 2 i3 b = x100% ( )%...(.4.7) 4 % 3 i4 b = x100% ( )%...(4.8) 5 % 4 i5 b = x100% ( )%...(4.9) 6 % 5 i6 b = x100% ( )%...(4.10) 7 % 6 i7 b = x100% ( )%.....(4.11) 8 % 7 i8 b = x100% ( )%....(4.12) 9 % 8 i9 Sedangkan persentase tegangan pada isolator no.10 adalah: 10 (%) = 100% - ( )%... (3.13) Setelah pengukuran tanpa menggunakan elektroda cincin perata selesai, pengukuran dilanjutkan dengan menggunakan elektroda cincin perata. Prosedur pengukuran yang dilakukan sama dengan pengukuran tanpa menggunakan elektroda cincin. I.3. HASIL PENGUKURAN

48 48 Semua data hasil pengukuran ditampilkan dalam bentuk tabel. Data data hasil pengukuran diberikan pada Lampiran 2. BAB ANALISIS DATA.1. UMUM Hasil pengukuran yang diperoleh belum secara langsung menggambarkan distribusi tegangan pada isolator. Untuk itu data yang diperoleh perlu diolah lagi hingga diperoleh distribusi tegangan pada setiap piring isolator. Kemudian data ini dianalisa dan ditunjukkan dalam bentuk kurva untuk melihat pengaruh elektroda cincin perata terhadap distribusi tegangan pada isolator rantai. Ada tiga hal yang akan diuraikan dalam bab ini, yaitu: 1. Konvesi tegangan tembus sela bola dari keadaan standar ke keadaan sembarang. 2. Perhitungan persentase tegangan pada setiap piring isolator. 3. Perhitungan faktor kerataan isolator.

49 49 Hal terakhir di atas diuraikan untuk melihat pengaruh elektroda cincin perata terhadap distribusi tegangan isolator rantai..2. KONERSI TEGANGAN TEMBUS SELA BOLA Keadaan udara saat pengukuran tidak selalu sama dengan keadaan standar. Berdasarkan persamaan 5.1, tegangan tembus listrik elektroda bola pada keadaan sembarang adalah: Di mana : S δ = Tegangan Standar sela bola (k) = Tegangan Tembus pada keadaan udara sembarang (k) = Faktor Koreksi Faktor koreksi udara tergantung kepada suhu dan tekanan udara, besarnya adalah sebagai berikut : p δ = θ P = Tekanan Udara (mmhg) θ = Temperatur Udara ( o C) Pada pengukuran ini digunakan elektroda bola dengan diameter 5 cm dengan jarak sela dibuat 0,2 cm. Dengan demikian pada keadaan standar elektroda bola ini akan tembus listrik pada tegangan 8 k (lihat Tabel pada Lampiran 1). Pada keadaan udara tidak standar atau sembarang, akan tembus listrik pada tegangan : = δ x 8 k...(5.1)

50 50 Pengukuran dilakukan pada waktu yang berbeda, sehingga keadaan udara tidak sama selama pengukuran dilakukan. Oleh karena itu, setiap pengukuran harus dicatat tekanan dan suhu udaranya. Oleh karena itu, tegangan tembus sela bola pada setiap pengukuran harus dihitung menurut rumus 5.1. Sebagai contoh diambil hasil pengukuran tegangan isolator no. 1 dengan menggunakan elektroda cincin perata berdiameter 8 mm. Saat pengukuran keadaan udara adalah sebagai berikut: - Temperature saat pengujian, θ = 26.8 C - Tekanan udara saat pengujian, p = mmhg Dengan demikian faktor koreksinya adalah: x726.5 δ = = maka tegangan yang membuat sela bola tembus listrik adalah: = 8 x 0,935 = 7,480 k Perhitungan yang sama seperti di atas dilakukan untuk setiap posisi penjepit terminal tegangan tinggi elektroda bola, pada pengukuran tanpa menggunakan elektroda cincin perata dan juga pada pengukuran dengan menggunakan elektroda cincin perata.

51 51 Lampiran 3. Data tegangan tembus listrik sela bola pada setiap pengukuran diberikan pada.3. FAKTOR KERATAAN (AF) Tegangan setiap piring isolator dalam persen tegangan isolator rantai (tegangan sekunder trafo uji) dihitung dengan menggunakan data pada Lampiran 3. Berikut ini diberikan contoh perhitungan persentase tegangan pada setiap piring isolator rantai dengan menggunakan elektroda cincin perata berdiameter 8 mm. Persen tegangan isolator nomor 1 b 1 (%) = x100% i1 7,480 (%) = x100% = % Persen tegangan isolator nomor 2 ( i2 ) b (%) = x100% 1% 2 i = x100% % = 6.584% Persen tegangan isolator nomor 3 ( i3 ) b (%) = x100% ( )% 3 i3

52 52 7,480 3 = x100% ( )% = 5.127% Persen tegangan isolator nomor 4 ( i4 ) b (%) = x100% ( )% 4 i4 7,504 = x100 % ( ) % = % Persen tegangan isolator nomor 5 ( i5 ) b (%) = x100% ( )% 5 i5 7,504 5 = x100 % ( )% = 1.935% Persen tegangan isolator nomor 6 ( i6 ) b (%) = x100% ( )% 6 i6 7,472 = x100 % ( )% = 1.298% Persen tegangan isolator nomor 7 ( i7 ) b (%) = x100% ( )% 7 i7

53 53 7,472 = x100% ( )% = 7.440% Persen tegangan isolator nomor 8 ( i8 ) b (%) = x100% ( )% 8 i8 7,472 9 = x100% ( )% = 4.289% Persen tegangan isolator nomor 9 ( i9 ) b (%) = x100% ( )% 9 i9 7,472 9 = x100% ( )% = % Persen tegangan isolator nomor 10 ( i10 ) b (%) = x100% ( )% 10 i10 7, = x100% ( )% 7,416 =34.970% 9

54 54 Dan untuk seterusnya hingga diperoleh hasil perhitungan seperti diberikan pada tabel 5.1, dan berdasarkan table 5.1 tersebut dibuatlah kurva karakteristik hasil pengukuran isolator rantai dalam persen yang ditunjukkan pada lampiran 4. Tabel Lampira 5.1 Persen Tegangan Tiap Piring Iolator nomor isolator Persentase Tegangan Tiap Piring Isolator (%) d = 8 mm d = 12 mm d = 16 mm d = 20 mm d = 24 mm Dari perhitungan persentase tegangan sebagaimana yang ditunjukkan pada tabel 5.1 di atas, dihitunglah faktor kerataan, baik tanpa dan dengan menggunakan elektroda cincin perata.

55 55 Berikut ini diberikan contoh perhitungan faktor kerataan, jika isolator rantai dengan elektroda cincin perata berdiameter 8 mm. Persentase tegangan tertinggi dipikul isolator no.10, yaitu : % Dan persentase tegangan terendah dipikul isolator no. 6, yaitu : % Maka diperoleh faktor kerataan AF = % % = % Dengan cara yang sama faktor kerataan dihitung untuk isolator rantai dengan mengguanakan elektroda cincin perata yang lain, yaitu untuk penampang berdiameter, 12 mm, 16 mm, 20 mm, 24 mm dan hasilnya diperlihatkan pada tabel 5.2 berikut ini. Tabel 5.2 Faktor Kerataan (AF) Diameter Penampang Elektrida Cincin (mm) Faktor Kerataan (AF)

56 Dari hasil perhitungan faktor kerataan pada tabel 5.2 dibuat kurva yang menggambarkan hubungan faktor kerataan dengan diameter penampang dari elektroda cincin perata. Kurva tersebut diperlihatkan pada gambar 5.1. Faktor Kerataan Diameter penampang Elektroda Cincin (mm) Gambar 5.1. Kurva Hubungan Faktor Kerataan dengan Diameter Penampang Elektroda Cincin Kurva di atas memperlihatkan bahwa adanya pengaruh perubahan distribusi tegangan pada isolator rantai dengan menambahkan elektroda cincin perata yang