BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tegangan tinggi merupakan suatu bagian dari Sistem Tenaga Listrik yang memiliki peranan penting. Dalam proses penyaluran daya, tegangan yang dibangkitkan oleh sebuah sistem pembangkit perlu mengalami peningkatan nilai tegangan. Hal ini dilakukan karena proses pengiriman daya memiliki jarak yang cukup jauh, yakni dari pembangkit, sistem transmisi, hingga ke distribusi, sehingga untuk mengurangi losses atau rugi-rugi akibat jarak yang cukup jauh, maka tegangan yang dibangkitkan oleh sebuah pembangkit perlu dinaikkan. Hal inilah yang merupakan cakupan tegangan tinggi. Dalam proses penyalurannya, tegangan tinggi memiliki beberapa persoalanpersoalan. Salah satu persoalannya adalah breakdown voltage atau tegangan tembus. Persoalan ini erat kaitannya dengan persoalan kegagalan isolasi, timbulnya breakdown voltage atau tegangan tembus pada isolator, dan persoalan kekuatan dielektrik udara. Pemilihan dan penggunaan isolator harus dilakukan dengan tepat, agar dapat menghasilkan nilai kehandalan sekaligus nilai ekonomi yang tinggi bagi suatu sistem tenaga listrik. Udara merupakan salah satu bahan isolasi yang banyak digunakan untuk mengisolasi peralatan listrik tegangan tinggi. Adapun contoh aplikasi udara sebagai isolator pada peralatan listrik tegangan tinggi adalah arrester sela batang (Rod Gap Arrester) yang terpasang di saluran transmisi, juga sebagai media 1
2 peredam busur api pada pemutus udara hembus (Air Blast Circuit Breaker). Isolasi dimaksudkan untuk memisahkan dua atau lebih pengantar listrik yang bertegangan, sehingga antara penghantar-penghantar yang bertegangan tidak terjadi flashover (lompatan listrik) dan sparkover (percikan listrik). Semakin tinggi nilai tegangannya diperlukan bahan isolasi yang mempunyai kekuatan isolasi yang semakin tinggi pula. Ketika tegangan yang diaplikasikan sudah mencapai batas atau tingkat ketinggian tertentu, maka bahan isolasi tersebut akan mengalami peluahan muatan (lucutan) atau discharge yang merupakan suatu bentuk kegagalan listrik. Kegagalan ini menyebabkan arus mengalir dalam bahan isolasi. Persoalan ini berkesinambungan dalam proses penyaluran daya listrik mulai dari sisi pembangkitan, sistem transmisi, hingga ke distribusi. Maka perlu dilakukan upayaupaya untuk mencegah terjadinya gangguan yang mempengaruhi kinerja sistem tenaga listrik. Dalam upaya mencegah gangguan yang mempengaruhi kinerja sistem tenaga listrik, maka di dalam teknik tegangan tinggi dilakukan pengujian, yaitu pengujian tegangan tinggi. Pengujian tegangan tinggi ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik breakdown voltage atau tegangan tembus dan mengetahui karakteristik tiap-tiap elektroda. Pada penelitian ini, hal yang akan dibahas lebih khusus adalah pengaruh perubahan suhu terhadap kekuatan dielektrik udara. Tegangan tembus merupakan salah satu indikator penting dalam menentukan baik buruknya kualitas isolasi sebuah isolator. Karakteristik tegangan tembus tiap-tiap isolasi berbeda-beda untuk tiap jenisnya. Hal-hal yang mempengaruhi besarnya nilai tegangan tembus
3 seperti temperatur udara, tekanan udara dan tingkat kelembaban udara. Namun pada penelitian ini, lebih menekankan pada pengaruh perubahan suhu, karena tekanan udara dan kelembaban udara saat pengujian memiliki nilai yang relatif konstan. Udara merupakan isolasi yang banyak digunakan untuk mengisolasi peralatanperalatan tegangan tinggi. Maka dari itu, perlu untuk diketahui karakteristikkarakteristik udara yang mempengaruhi karakteristik atau besarnya nilai breakdown voltage atau tegangan tembus yang pada akhirnya mengacu pada seberapa besar pengaruh suhu terhadap kekuatan dielektrik udara. Penelitian ini akan membahas lebih khusus tentang pengaruh suhu terhadap kekuatan dielektrik udara yang dilakukan dengan melakukan pengujian breakdown voltage atau tegangan tembus antara dua buah elektroda yang diletakkan di antara sela udara, dengan melakukan pengubahan jarak elektroda tertentu. Sela bola dapat digunakan sebagai standar pengujian tegangan tinggi, karena dalam suatu keadaan tertentu, jarak elektroda sela bola dan diameter bola tertentu memiliki breakdown voltage atau tegangan tembus yang tertentu pula. Berangkat dari hal tersebut, maka akan dilakukan pengujian tegangan tinggi pada keadaan suhu udara yang dirubah-rubah dengan rentang suhu di mulai dari 15 o C, 20 o C, 25 o C, 30 o C, 35 o C, 40 o C, 45 o C, dan 50 o C dan mengamati perubahannya terhadap karakteristik tegangan tembus dan kekuatan dielektrik udara. Dalam penelitian ini akan dilakukan penelitian yang mengamati perubahan tegangan tembus pada tiap-tiap perubahan suhu yang dilakukan dan kemudian lebih mengacu kepada seberapa besar pengaruh suhu terhadap kekuatan dielektrik udara.
4 Dalam penelitian ini akan diamati nilai breakdown voltage atau tegangan tembus, pada keadaan udara pada suhu yang dirubah-rubah, dari keadaan suhu rendah hingga keadaan suhu tinggi, yakni pada suhu 15 o C, 20 o C, 25 o C, 30 o C, 35 o C, 40 o C, 45 o C, dan 50 o C. Nilai tegangan tembus yang sudah diamati, kemudian diperhatikan nilainya mengalami peningkatan atau penurunan dan dihitung nilai kekuatan bahan dielektrik udara terhadap tegangan tembus atau breakdown voltage. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian pada latar belakang, maka dapat dirumuskan masalah yang menjadi kajian dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Karakteristik tegangan tembus atau breakdown voltage saat keadaan udara bersuhu rendah. 2. Karakteristik tegangan tembus atau breakdown voltage saat keadaan udara bersuhu tinggi. 3. Perubahan nilai kekuatan dielektrik udara pada saat dilakukan perubahan suhu tertentu. 1.3 Manfaat dan Tujuan Penelitian 1.3.1 Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut: - Mengetahui pengaruh perubahan temperatur udara terhadap kekuatan dielektrik udara yang terdapat diantara dua buah batang konduktor yang terpisah (dianalogikan pada peralatan-peralatan tegangan tinggi). - Mengetahui mekanisme kegagalan pada media isolasi udara. - Mengetahui pengaruh perubahan suhu udara, terhadap karakteristik breakdown voltage atau tegangan tembus pada dua buah batang
5 konduktor yang terpisah antar udara (dianalogikan pada peralatanperalatan tegangan tinggi). 1.3.2 Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut: - Mempelajari karakteristik dan mekanisme breakdown voltage atau tegangan tembus pada media isolasi udara. - Mempelajari dan mengamati seberapa penting pengaruh suhu udara terhadap kekuatan dielektrik udara. - Mempelajari dan mengamati bagaimana cara mengatur suhu mulai dari 15 o C, 20 o C, 25 o C, 30 o C, 35 o C, 40 o C, 45 o C, dan 50 o C. 1.4 Batasan Masalah 1. Elektroda yang digunakan adalah elektroda bola. 2. Diameter elektroda bola berukuran 50mm sesuai dengan standar baku (IEC-Publication 52 tahun 1960). 3. Jarak elektroda antar elektroda adalah 5mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, dan 30mm. 4. Isolasi gas yang digunakan adalah udara. 5. Variasi suhu yang digunakan pada pengujian adalah 15 o C, 20 o C, 25 o C, 30 o C, 35 o C, 40 o C, 45 o C, dan 50 o C. 6. Suhu diturunkan menggunakan es batu dan kipas angin agar suhu merata diseluruh permukaan. 7. Suhu ditinggikan menggunakan 8 buah lampu pijar yang masingmasing lampu memiliki daya listrik sebesar 200W dan dihubungkan
6 kepada voltage regulator untuk dirubah-rubah tegangannya untuk mencapai suhu tinggi yang diinginkan. 8. Tekanan udara dan kelembaban udara pada saat pengujian bernilai tetap, sehingga pengaruh tekanan udara dan kelembaban udara tidak dibahas di dalam penelitian ini. 9. Penempatan elektroda adalah vertikal dan tegak lurus terhadap lampu pijar pada ruang uji. 10. Alat uji (elektroda) di letakkan pada ruang kaca atau chamber. 1.5 Pendekatan Masalah Dalam pelaksanaan penelitian ini, dilakukan beberapa hal di bawah ini: 1.5.1 Studi Literatur Studi literatur dilakukan dengan membaca buku, artikel ilmiah, skripsi, paper dan melakukan browsing internet mengenai pengaruh udara sekitar terhadap besarnya nilai breakdown voltage atau tegangan tembus dan hal-hal lain yang saling berkaitan dan menunjang penulisan skripsi ini. 1.5.2 Metode Konsultasi Metode konsultasi dilakukan dengan mengadakan konsultasi rutin dengan Dosen Pembimbing, baik Dosen Pembimbing I maupun Dosen Pembimbing II. Metode konsultasi juga dilakukan dengan laboran di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi serta bertukar pikiran dengan teman-teman dan narasumber lain untuk menyelesaikan masalah dalam proses penyelesaian skripsi ini.
7 1.5.3 Pengujian Laboratorium Untuk memenuhi pengambilan data dalam proses penyelesaian skripsi ini maka dibutuhkan serangkaian pengujian. Pengujian akan dilakukan di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi dan menggunakan tegangan tinggi AC 50 Hz, menggunakan ruang kaca untuk mensimulasikan keadaan udara pada suhu 15 o C, 20 o C, 25 o C, 30 o C, 35 o C, 40 o C, 45 o C, dan 50 o C, serta menggunakan peralatanperalatan lain yang akan mendukung dalam pelaksanaan pengujian tersebut. Suhu diatur dengan menggunakan dua metode, yang pertama adalah dengan menggunakan 8 buah lampu pijar dan yang kedua adalah dengan menggunakan es batu. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tegangan tembus serta menghitung nilai kekuatan dielektrik udara. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan skripsi yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, manfaat dan tujuan penelitian, metode penelitian dan sistematika penulisan skripsi. BAB II DASAR TEORI Bab ini merupakan hasil studi literatur yang mendukung pelaksanaan penelitian, mulai dari isolasi udara, proses ionisasi, pengujian tegangan tinggi, pengukuran tegangan tinggi, dan jenis-jenis tegangan tinggi.
8 BAB III METODE PENELITIAN Bab ini membahas secara detail mengenai langkah-langkah maupun skenario yang diambil dalam penelitian ini. Selain itu, jenis standar yang digunakan sebagai acuan dalam penelitian ini juga dijelaskan di dalam bab ini. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini akan membahas tentang hasil pengujian laboratorium mulai dari pengujian tegangan tembus celah bola pada keadaan udara yang diatur suhunya yakni pada suhu 15 o C, 20 o C, 25 o C, 30 o C, 35 o C, 40 o C, 45 o C, dan 50 o C. Pada bab ini juga akan diamati perubahan nilai kekuatan dielektrik yang dipengaruhi oleh perubahan suhu udara sekitar. BAB V PENUTUP Bab ini berisi tentang kesimpulan dari seluruh hasil penelitian dan pembahasan serta memberikan saran-saran yang dapat bermanfaat untuk penelitian selanjutnya.