PENGARUH ELEKTRODA CINCIN PERATA TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN ISOLATOR RANTAI JENIS PORSELEN

Transkripsi

1 PENGARUH ELEKTRODA CINCIN PERATA TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN ISOLATOR RANTAI JENIS PORSELEN Doly Damanik, Syahrawardi Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan INDONESIA ABSTRAK Rangkaian pengganti dari sebuah rantai yang terpasang pada menara merupakan susunan dari beberapa kapasitor yang besarnya tidak selalu sama, ketika dialiri arus bolak-balik maka distribusi tegangan pada tersebut tidak merata, hal ini dapat mengakibatkan paling dekat ke konduktor fasa akan memikul tegangan yang besar. Pada paper ini akan dilihat pengaruh penambahan elektroda cincin perata terhadap distribusi tegangan. Elektroda cincin perata yang digunakan terbuat dari besi padat dengan ukuran diameter penampang 12 mm dan diameter lingkaran 45 cm dan 60 cm. Dengan yang digunakan adalah jenis porselen dan jumlah piringan tujuh sampai sepuluh buah. Dari percobaan didapat terjadi perubahan distribusi tegangan yang semakin merata pada rantai setelah penambahan elektroda cincin perata. Perubahan terbesar terjadi pada rantai dengan jumlah sepuluh piringan dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 60 cm yaitu sebesar 15,6 %. Kata Kunci : Distribusi tegangan, Elektroda cincin perata. 1. Pendahuluan Isolator memiliki peran yang sangat penting pada transmisi daya listrik. Salah satu yang digunakan pada instalasi listrik adalah rantai yaitu gabungan dari beberapa piring. Setiap unit rantai dianggap sebagai sebuah kapasitor. Dan pada rantai akan dijumpai beberapa kapasitansi. Rangkaian ekivalen dari rantai ini akan membentuk kapasitor yang tersusun seri maupun paralel dan bila dialiri oleh arus bolak-balik maka distirbusi tegangan disepanjang rantai tidak merata. Hal ini membahayakan - yang berdekatan dengan konduktor daya karena dapat melebihi tegangan nominal tersebut. Agar lebih merata, maka dilakukan dengan menggunakan elektroda perata, dalam hal ini digunakan adalah shield ring (cincin perisai/perata). Tujuan dari penulisan paper ini adalah untuk mengetahui pengaruh elektroda cincin perata terhadap distribusi tegangan pada rantai dengan jumlah piringan yang berbeda. Manfaat dari penulisan paper ini adalah untuk merancang susunan rantai yang memiliki distribusi tegangan yang lebih merata. Penelitian dilakukan pada piring jenis porselen, tipe KORAN LBS, M-E buatan Jepang, yang ada di laboratorium Tegangan Tinggi Universitas Sumatera Utara. 2. Isolator Pada Saluran Transmisi Isolator untuk saluran transmisi diklasifikasikan menurut penggunaan dan konstruksinya menjadi pendukung dan gantung (suspension). Isolator pendukung terdiri dari tiga jenis yaitu : post, pin dan pin-post. Isolator gantung dilihat dari bentuknya terdiri dari slinder atau batang panjang dan piring[1]. Bahan yang biasa dipergunakan pada saluran udara yang dioperasikan pada tegangan tingggi (diatas 1 kv) adalah -55- DTE FT USU

2 bahan porselen, bahan gelas serta bahan polymer (composite).[2] Isolator pin digunakan pada jaringan distribusi hantaran udara tegangan menegah, dipasang pada tiang tanpa bebab tekuk maupun dengan beban tekuk. Isolator post digunakan untuk instalasi ruangan antara lain sebagi rel daya panel tegangan menengah. Isolator pin-post digunakan untuk jaringan distribusi hantaran udara tegangan menengah, dipasang pada daerah yang membutuhkan keandalan yang tinggi. Isolator batang panjang terbuat dari porselin dengan kerutan-kerutan dan ujung-ujungnya diperkuat dengan dua tutup logam yang disemenkan. Isolator ini digunakan pada daerahdaerah yang berpolusi karena pemukaannya mudah dicuci oleh hujan. Isolator piring digunakan pada tegangan menengah maupun transmisi tegangan tinggi. Jumlah piringan yang digunakan tergantung pada tingkat tegangan yang dipakai[3]. Isolator piring dikenal dua jenis, yakni clevis type dan ball-and-socket type yang masing-masing tebuat dari bahan poselin dengan tutup (cap) dari besi tempahan (malleable iron). Konstruksi dari sebuah piring ditunjukkan oleh Gambar 1. Gambar 1. Konstruksi piring Isolator piring dapat dianggap sebagai sebuah kapsitor. Apabila rantai terpasang pada suatu saluran transmisi maka akan terdapat tiga buah kapasitansi yaitu : a. Kapasitansi elemen tersebut (C). b. Kapasitansi antara sambungan dengan menara atau bumi (C e ). c. Kapasitansi antara sambungan dengan konduktor tegangan tinggi (C h )[4,5]. Maka rantai dapat dianggap sebagai susunan dari beberapa unit kapasitor yang besar kapsitansinya berbeda dan tersusun seri dan paralel. Untuk empat buah piring memilki rangkaian pengganti seperti Gambar 2 dibawah. Gambar 2. Rangkaian pengganti rantai Karena itu jika dialiri oleh arus bolak-balik tegangan pada setiap elemen tidak sama dan pada umumnya tegangan paling besar dipikul oleh yang paling dekat dengan konduktor daya. Untuk mengatasi hal ini dilakukan perataan tegangan disetiap unit [4,6]. Ada beberapa metode didalam perataan tegangan disetiap unit, yaitu : 1). Dengan memperkecil besar nilai kapasitansi sambungan terhadap bumi (C e ) Kapasitansi C e diupayakan sekecil mungkin, dengan demikian arus bocor yang menuju struktur menara (bumi) akan sangat kecil dan memungkinkan untuk diabaikan. Di dalam mendapatkan nilai kapasitansi C e yang sangat kecil adalah dengan mengatur jarak antara sambungan terhadap menara pendukung (bumi), dimana jarak berbanding terbalik dengan nilai kapasitansi yang dihasilkan, oleh sebab itu jika jarak antara menara dan sambungan diperbesar akan diperoleh nilai kapasitansi C e yang sangat kecil sehingga distribusi tegangan lebih merata. 2). Dengan grading tiap Nilai kapasitansi sendiri (self capacitance) dari disesuaikan berdasarkan tingkat tegangan. Piring yang memikul tegangan terbesar adalah piring paling dekat dengan konduktor fasa, karena itu yang digunakan adalah yang memiliki nilai kapasitansi yang besar. Untuk yang memikul tegangan paling kecil, maka digunakan yang memiliki nilai kapasitansi yang kecil. Dengan demikian tegangan di setiap unit akan sama. 3). Dengan menggunakan Guard Ring Tegangan di setiap unit dapat dibuat sama dengan cara menggunakan Guard Ring. Ada beberapa bentuk yang umum dijumpai, antara lain : Ring, 8-shaped, horn shaped DTE FT USU

3 Metode perataan dengan menggunakan horn shaped, sering disebut dengan bentuk busur tanduk[4]. 3. Pengukuran Pengukuran ini dilakukan di Laboratorium Tegangan Tinggi, Departemen Teknik elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam pengukuran ini, alat dan bahan yang digunakan adalah : a. 1 unit trafo uji (TU) 220/100 kv, 50 Hz,3 KVA b. 1 unit Auto Trafo. c. Tahan peredam (Rp). d. 2 buah elektroda bola standard (EB) diameter 5 cm. e. 10 buah piring. f. 1 buah Barometer. g. 1 buah multimeter. h. Tiang pondasi penopang elektroda cincin perata. i. 2 buah elektroda cincin perata dengan diameter penampang 12 mm dan lingkaran 45 cm dan 60 cm yang terbuat dari besi pejal. Adapun bentuk elektroda cincin perata yang digunakan pada percobaan ini ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 3. Elektroda Adapun rangkaian pengukuran distribusi tegangan pada rantai ditunjukkan pada Gambar 4 dibawah : Gambar 4. Rangkaian pengukuran distribusi tegangan pada rantai[6] Keterangan : AT = Auto Trafo S1 = Saklar 1 TU = Trafo Uji Vin = Tegangan Input AT Vi = Tegangan Ouput Trafo Uji 4. Hasil Pengukuran Pengukuran dilakukan tanpa menggunakan elektroda cincin perata dan dengan menggunakan cincin perata. Pengukuran dilakukan dengan jumlah piring 7, 8, 9, dan 10 buah. Hasil pengukuran untuk sepuluh buah dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Persentase tegangan untuk sepuluh Isolator 1 10, ,22 23, ,0214 6,9555 9, ,7153 8,5428 8, ,3055 2,4006 5, ,4103 2,4488 3, ,666 1,1155 2, ,1579 3,3298 3, ,8442 6,7702 4, ,1073 8,5046 4, , , ,372 Berdasarkan Tabel 1 dapat dibuat kurva yang menggambarkan persentase tiap-tiap untuk sepuluh seperti yang ditunjukkan pada Gambar DTE FT USU

4 Gambar 5. Pesentase tegangan untuk sepuluh Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa: elektroda cincin perata untuk sepuluh buah, lebih tinggi daripada tanpa 60 cm, untuk sepuluh buah tidak jauh berbeda. dengan menggunkan elektroda cincin perata diameter 60 cm yaitu 33,3098 %. Hasil Pengukuran untuk sembilan ditunjukkan oleh Tabel 2. Tabel 2. Persentase tegangan untuk sembilan 1 11, , , ,3782 7,6866 7, ,1064 9,1638 9, ,2052 6,0544 4, ,9708 3,1193 4, ,2066 2,0138 2, ,6247 4,8085 6, ,3734 9,0695 8, , ,623 33,3098 Berdasarkan Tabel 2 dapat dibuat kurva yang menggambarkan persentase tiap-tiap untuk sembilan sepeti yang ditunjukkan oleh Gambar 6. Gambar 6. Pesentase tegangan untuk sembilan Gambar 6 menunjukkan bahwa: elektroda cincin perata untuk sembilan buah, lebih tinggi daripada tanpa 60 cm, untuk sembilan buah tidak jauh berbeda. dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 60 cm yaitu 30,9129%. Hasil Pengukuran untuk delapan ditunjukkan oleh Tabel 3. Tabel 3. Persentase tegangan untuk delapan 1 12, , ,08 2 4,7509 8,1044 8, ,1188 8,5618 6, ,8689 5,6112 7, ,2724 4,7349 5, ,6738 4,8547 5, , , , , , ,8675 Berdasarkan Tabel 3 dapat dibuat kuva yang menggambarkan persentase tiap-tiap untuk delapan seperti yang ditunjukkan pada Gambar DTE FT USU

5 Gambar 7. Pesentase tegangan untuk delapan Dari Gambar 7 dapat dilihat bahwa: elektroda cincin perata untuk delapan buah, lebih tinggi daripada tanpa 60 cm, untuk delapan buah tidak jauh berbeda. dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 60 cm yaitu 26,8275%. Hasil Pengukuran untuk tujuh ditunjukkan oleh Tabel 4. Tabel 4. Persentase tegangan untuk tujuh 1 15, , , , , , ,9523 9,4052 6, ,68 5,2985 6, ,4917 6, , , ,9001 5, ,464 26, ,4968 Berdasarkan Tabel 4 dapat dibuat kurva yang menggambarkan persentase tiap-tiap untuk tujuh seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Gambar 8. Pesentase tegangan untuk tujuh Gambar 8 menunjukkan bahwa: elektroda cincin perata untuk tujuh buah, lebih tinggi daripada tanpa 60 cm, untuk tujuh buah tidak jauh berbeda. dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 60 cm yaitu 20,6499%. Dari persentase distribusi tegangan dapat dihitung faktor kerataan (AF) dengan cara mencari selisih antara persentase distribusi tegangan tertinggi dan persentase distribusi tegangan terendah. Faktor kerataan untuk tiap jumlah dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Faktor Kerataan Faktor Kerataan (AF) Jumlah Isolator Elektroda 7 22, ,823 20, , , , , , , , , ,3098 Dari Tabel 5 dapat dibuat kurva yang menggambarkan hubungan antara jumlah iolator dengan faktor kerataan seperti yang ditunjukkan pada Gambar DTE FT USU

6 rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan dukungan selama pembuatan paper ini. 7. Daftar Pustaka Gambar 9. Hubungan Jumlah Piring Isolator dengan Faktor kerataan Dari Gambar 9 dapat dilihat bahwa adanya perubahan distribusi tegangan dengan menambahkan elektroda cincin perata. Hal ini dapat dilihat dari perubahan besar faktor kerataan untuk tiap jumlah. Perubahan terbesar terjadi pada saat menggunakan cincin perata dengan diameter 60 cm untuk jumlah sepuluh buah yaitu sekitar 15,6 % dan distribusi tegangan dengan menggunakan elektroda cincin perata diameter 60 cm lebih merata dibandingkan dengan diameter 45 cm. 5. Kesimpulan [1] Hutauruk,T.S Transmisi Daya Listrik. Jakarta : Erlangga, Edisi Pertama. [2] Tobing, Bonggas. L Peralatan Tegangan Tinggi. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama, Edisi Pertama. [3] Rusli, Muhammad Idris Pengaruh Diameter Penampang Elektroda Terhadap Distribusi Tegangan Pada Isolator Rantai. diunduh dari Resipository USU.ac.id. [4] Kadir, Abdul Transmisi Tenaga Listrik. Jakarta : UI Press. [5] Zhang, Bo, Jinliang He dan Xidong Liang,2010, Voltage distribution along a long ceramic insulator string in a high-voltage tower window, IEEE Trans Power Delivery, Vol 29. 3, pp [6] Tobing, Bonggas. L Dasar Pengujian Tegangan Tinggi. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama, Edisi Pertama. Adapun kesimpulan yang diperoleh setelah melakukan pengukuran adalah: 1. Penggunaan elektroda cincin perata membuat distribusi tegangan semakin rata, hal ini terlihat dari hasil pada kurva persentase tegangan dan kurva faktor kerataan. 2. Elektroda cincin perata dengan diameter 45 cm dan 60 cm menghasilkan faktor kerataan yang tidak jauh berbeda. 3. Perubahan distribusi tegangan terbesar terjadi pada saat menggunakan cincin perata dengan diameter 60 cm untuk jumlah sepuluh buah yaitu sekitar 15,6 %. 6. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ir. Syahrawardi selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan motivasi selama penulisan paper ini. Syiska Yana, ST, MT, Ir. A. Rachman Hasibuan, MT dan Ir. Hendra Zulkarnaen selaku dosen penguji yang sudah memberi koreksi dan masukan berharga, serta -60- DTE FT USU