Permasalahan Permasalahan yang akan diteliti adalah sampai seberapa jauh kekuatan dielektrik bahan isolasi kabel tanah terhadap tegangan surja hubung yang terjadi pada sistem distribusi dibandingkan dengan tegangan bolak-balik frekuensi daya. Penelitian ini dibatasi oleh hal-hal berikut: 1) Kabel tanah yang di eliti adalah beberapa kabel tanah yang dijual di pasaran di Yogyakarta untuk tegangan 220 volt sampai 30 kV. 2) Tegangan surja hubung yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah tegangan impuls standar Jepang I x 40 u s . KAJIAN KOMPARATIF KEKUATAN DIELEKTRIK BAHAN ISOLASI KABELTANAHTERHADAPTEGANGANIMPULSDAN TEGANGAN LEBIH BOLAK-BALIK Harnzah Berahirn*) ABSTRACT The investigation was carried out by applying the impulse and alternating current voltages to the insulation of NYY and NYFGbY cables. The dimensions of the cables selected were 4 x 10mm 2 for 0.6// kV. The result of the research shows that the dielectric strength of the cable insulation under impulse voltage was /5 % higher than that under alternating current voltage. PENGANTAR Latar Belakang Sistem distribusi tenaga listrik dengan instalasi bawah tanah banyak dipergunakan untuk kepadatan beban cukup tinggi terutama di daerah perkotaan yang mempunyai pabrik dan industri berat. Untuk menjaga kebersihan lingkungan, dipergunakan saluran dengan kabel tanah ang berisolasi padat. Isolasi adalah sifat tau bahan yang berfungsi dapat memisahkan secara elektris dua atau lebih penghantar listrik bertegangan yang be dekatan sehingga antara penghantar terseb tidak terjadi kebocoran arus dan dalam hal gradien tinggi tidak terjadi lompatan listrik (flashover) atau percikan (sparkover). Kemampuan bahan isolasi untuk menahan tegangan disebut kekuatan dielektr k bahan isolasi tersebut. Semakin tinggi kekuatan dielektrik bahan isolasi semakin baik dipakai untuk isolasi peralatan listrik. Pensaklaran beban, gangguan dan resonansi adalah penyebab utama tegangan surja hubung, tegangan tersebut dapat mencapai 3 atau 4 kali tegangan bolak-balik (Pabla, 1981). Berdasarkan IE e Publication 502, kabel tanah sebelum dipasarkan perlu diuji kekuatan isolasinya terhadap tegangan impuls (surja hubung), akan tetapi pada data kabel yang dipasarkan tidak ada keterangan tetang pengujian tersebut. Oleh karen a itu perlu dilakukan penelitian ten tang kekuatan di lektrik bahan isolasi kabel tanah terhadap tegangan surja hu bu ng dibandingkan dengan tegangan bolak-bali k, *) Dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UGM Tujuan Pe ne li ti an Tujuan penelitian terutama untuk mendapatkan informasi tentang kekuatan dielektrik bahan isolasi kabel tanah terhadap tegangan surja hubung dan tegangan bolak-balik frekuensi daya pada jar ngan di st ri busi sekunder Penerapan tegangan impuls standar Ix 40 us pada bahan isolasi kabel tanah terutama ditujukan untuk; 1) 2) memberikan jaminan bahwa isolasi kabel tanah yang diteliti dapat dipakai pada tegangan normalnya untuk waktu yang tak terbatas, memberikan jaminan bahwa isolasi kabel tanah yang diteliti dapat dipakai pada tegangan surja hubung, dan akhimya dapat ditemukan bahwa isolasi kabel tanah yang diteliti mempunyai kualitas cukup tinggi. 3) 58 MEDIA TEKNIK No.2 Tahun XIX Edisi Mei 1997 No. ISSN 0216 - 3012
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
8/7/2019 isolasi ref
http://slidepdf.com/reader/full/isolasi-ref 1/8
8/7/2019 isolasi ref
http://slidepdf.com/reader/full/isolasi-ref 2/8
Tinjauan Pustaka
Penelitian tentang kabel tanah untuk distribusi 15
kV berisolasi XLPE telah dilakukan oleh Bruce, S.,
Bernstein dan kawan-kawan (1992), ternyata kekuatan
dielektrik isolasi tersebut menurunkarena pengaruh
tegangan lebih arus bolak-balik yang diterapkan.
Penelitian ini sarna dengan penelitian tersebut,
akan tetapi tegangan yang diterapkan adalah teganganimpuls standar 1 x 40 us sampai isolasi rusak atau
rembus. dibandingkan dengan tegangan lebih arus
bolak-balik. Demikian pula kabel yang diteliti adalah
kabel tanah yang dijual di pasaran di Yogyakarta,
yakni kabel tanah NYY: 4 x 10 mm' 0,611kV dan
kabel tanah NYFGbY: 4 x 10 mm'' 0,61IkV, merek
VOKSEKABEL
Landasan Teori
Isolasi padat terdiri atas molekul, setiap molekulterdiri atas atom dan setiap atom terdiri atas elektron,
proton dan neutron. Jika pada isolasi padat tersebut
diterapkan medan listrik E, maka elektron akan
mengalami tekanan listrik (electric-stress). Tekanan
listrik adalah gaya yang bekerja pada suatu elektron
yang mempunyai muatan 1 coulomb sehingga dapat
dirumuskan (Arismunandar, 1975):
F = e E
F = gaya yang bekerja pada muatan, Newton
e = muatan elektron, Coulomb
E = kuat medan listrik, kV1m
apabila e = 1 maka F =E
Dari persamaan (2) dapat dikatakan bahwa untuk
e = 1 tekanan yang bekerja pada isolasi padat sarna
dengan kuat medan listrik yang diterapkan. Gaya yang
bekerja pada elektron akan menimbulkan suatu kerja
(work). Akibat gaya tersebut elektron akan bergerak
sejauh dx, besamya usaha untuk satu satuan muatan
adalah :
w = JEdx joule
Dari persamaan (3) dapat dinyatakan bahwa
untuk memindahkan satu satuan muatan sejauh dx
dalam bahan isolasi padat diperlukan usaha sebesar W.Jika beda potensial antara dua titik misalnya titik A
d~ titik B pada bahan isolasi padat adalah VAB, dapat
dlkatakan bahwa besamya usaha yang diperlukan
untuk memindahkan elektron dari A ke B adalah:
A
JE dx = - VAB ( 4 )
B
sehingga besar kuat medan atau tekanan listrik yang
diterapkan adalah:
avE=
a x(5)
(1)
Dalam bahan isolasi padat elektron pada tiap
atomnya mempunyai ikatan yang kuat, sehingga
dikatakan bahwa isolasi padat terse but mempunyai
kekuatan dielektrik yakni tekanan listrik maksimum
yang dapat ditahan oleh suatu bahan isolasi. Jika
kekuatan dielektrik bahan isolasi lebih keeil daripada
tekanan listrik yang diterapkan maka akan terjadi
kegagalan bahan isolasi terse but. Tekanan listrik yang
diterapkan dipengaruhi oleh suhu, jenis bahan
elektrode, konfigurasi medan listrik, jenis tegangan
yang diterapkan, umur bahan isolasi, ketidak-mumian
bahan isolasi, dan adanya kantong-kantong udara pada
bahan isolasi padat terse but.
Jika diterapkan tegangan impuls pada bahan
isolasi padat akan dapat terjadi saluran kegagalan
yang berbentuk eabang-eabang pohon. Mekanisme
kegagalan bahan isolasi padat dengan penerapan
tegangan impuls juga dipengaruhi oleh panas yang
disalurkan keluar melalui elektrode ke medium
sekitarnya, sehingga disebut kegagalan impuls termal
yang mengikuti persamaan (Arismunandar, 1975) :
2 T m ( S k )V impuls = f - dt
To d(6)
(2)
dengan:
To = suhu pada permukaan bahan isolasi
(suhu keliling), oK
Tm = suhu kritis saat bahan isolasi gagal, oK
d=tebal bahan isolasi atau jarak elektrode, em
k = konduktivitas termal, watt/em oK
untuk nilai d yang kecil, tegangan gagal impulsnya
(3)
V = 'dimpuls vU (7)
Persamaan (7) menyatakan bahwa tegangan gagal
impuls berkorelasi dengan tebal isolasi.
Bila diterapkan tegangan bolak-balik pada
bahan isolasi padat, ketidak-sempurnaan bahan isolasi
yang berupa rongga akan mengakibatkan tegangan
gagal bolak-baliknya akan rendah, tegangan gagal
MEDIA TEKNIK No.2 Tahun XIX Edisi Mei 1997 No. ISSN 0216 - 3012 59
8/7/2019 isolasi ref
http://slidepdf.com/reader/full/isolasi-ref 3/8
pada rongga tersebut mengikuti persamaan (Naidu,
1987) :
dengan:
Vabb= tegangan bolak -balik yang diterapkan, volt
d, = diameter rongga, cmd = tebal isolasi, ern
e, = permitivitas relatif zat isoalsi padat,
Farad/meter
untuk d]« d dan V I-cukup kecil maka tegangan
gagal arus bolak-balik:
Vabb""d
Persamaan (9) menyatakan bahwa tegangan gagal arus
bolak-balik ada korelasi dengan tebal isolasi.
CARA PENELITIAN
Bahan
Bahan utama penelitian in i adalah kabel tanah
untuk distribusi yang ada di pasaran lokal. Ada 2
macam kebel yang diteliti:
1. Kabel tanah NYY: 4 x 10 rum
20,6/1
kV dengandata sebagai berikut
a. Data fisik : banyaknya inti 4, luas penampang
per inti 10 mm'' , tebal isolasi per inti 1,0 mm,
isolasi pembungkus keempat inti yang
masing-masing berisolasi, tebalnya 0,8 rum,
isolasi paling luar tebalnya 1,8 rum, diameter
penampang keseluruhan 18,7 rum, berat 750
kglkm.
(8)
b. Data listrik : kapasitas membawa arus, dalam
tanah pada suhu 30° C 69 Amper, dalam
udara pada suhu 30° C 60 Amp, resistans de
pada 20° C 1,81ohmlkm.
Kabel tanah NYFGbY: 4 x 10 mm2
0,611 kV
dengan data berikut
a. Data fisik: banyaknya inti 4, luas penampang
per inti 25 mm", tebal isolasi per inti 1,0 mrn,
isoJasi pembungkus keempat inti yang
berisolasi termasuk kawat dan plat baja yang
digalvanisir sebagai pelindung, tebaJnya 1,8
mm, diameter penampang 21 mm, berat 1026
kg/km.
b. Data listrik : kapasitas membawa arus, dalam
tanah pada suhu 30° C 69 Amp, dalam udara
padasuhu 30° C 60 Amp, resistans dc pada
20° C 1,81 ohm/krn.
2.
(9)
Alat
Peralatan yang diperlukan dalam penelitian ini,
semuanya berada di Laboratorium Teknik Tegangan
Tinggi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Gadjah Mada, yakni pembangkit tegangan
tinggi arus bolak-balik, searah, dan impuls, serta
perJengkapannya yang dipakai adalah buatan Jepang
sehingga standar tegangan impulsnya yang
dipergunakan adalah 1 x 40 us.
Jalan Penelitian
A. Penelitian tentang kekuatan dielektrik terhadap
tegangan lebih bolak-balik
Tegangan lebih yang dimaksud dalam penelitian
ini berupa tegangan bolak-balik frekuensi daya yang
diterapkan pada rangkaian alat dan kabel sebagai
berikut.
60 MEDIA TEKNIKNo.2 Tahun XIX Edisi Mei 1997 No. ISSN 0216 - 3012
8/7/2019 isolasi ref
http://slidepdf.com/reader/full/isolasi-ref 4/8
PS
r1
VR SS
PS = primary switch V = voltmeter
SS = secondary switch A = amperemeter
VR = voltage regulator C = kapasitor
V[ = tegangan tembus R, = resistans peredam
SM = pengukur tegangan bolak-balik frekuensi rendah
1,2,3 = isolasi
TEO = trafo penguji
V s = tegangan sumber
KT = kabel tanah 4 urat
Gambar 1. Rangkaian alat dan bahan penelitian
Berdasarkan rangkaian pada gambar 1
penelitian dijalankan sebagai berikut.
1) Contoh kabel yang akan diteliti dipersiapkan
dengan panjang 0,5 m sampai 2 m, dikupas
seperti gambar, untuk kabel yang berperisai
logam, kulitnya dikupas agak panjang, perisai
logam harus dibumikan untuk mencegah bungaapi yang timbu!'
2) Tegangan lebih adalah tegangan bolak balik yang
diterapkan an tara kawat dan isolasi, dalam udara
sebagai berikut :
(a). isolasi 1 adalah isolasi satu urat,
(b). isolasi 2 adalah isolasi pembungkus keempat
kawat,
(c). isolasi 3 adalah isolasi paling luar
3) Setelah butir 2 selesai tegangan lebih diterapkan
antara kawat dalam udara dengan isolasi sebagai
berikut:
(a). isolasi 1 adalah isolasi antara dua urat,
(b). isolasi 2 adalah isolasi an tara satu urat
dengan dua urat lainnya,
(c). isolasi 3 adalah isolasi satu urat dengan tiga
urat lainnya.
4) Tegangan yang diterapkan mulai dari nol sampai
terjadi tegangan tembus isolasi.
5) Setiap penelitian isolasi berikutnya menggunakan
sampel kabel tanah yang barn sebab isolasi kabel
sebelumnya telah tembus
6) Catat data yang diperlukan yakni:
(a) isolasi 1, atau 2, atau 3
(b) tegangan tembus rata-rata isolasi.
B. Penelitian tentang kekuatan dielektrik terhadap
tegangan impuls
Rangkaian alat dan bahan untuk penelitian
kekuatan dielektrik terhadap pengaruh teganganimpuls, sarna seperti gambar 1, hanya ditambah
dengan rangkaian penyearah dan kapasitor untuk
menghasilkan tegangan impuls dan voltmeter
pengukur tegangan impuis. Jalan penelitian sarna
seperti pada item A butir I sampai dengan 6.
Analisis HasH
A. Cara menganalisis kekuatan dielektrik terhadap
tegangan lebih bolak-balik
1. Antara kawat dengan isolasi
(a) Isolasi 1; tegangan diterapkan antara kawat
dengan isolasi per urat kawat, karena ada 4
urat maka terjadi 4 kombinasi penerapan
tegangan tembus isolasi.
(b) Isolasi 2; tegangan diterapkan antara kawat
dan isolasi pembungkus keempat isolasi
urat, karen a ada 4 urat maka terjadi 4
kombinasi tegangan tembus isolasi.
(c) Isolasi 3; tegangan diterapkan antara uratkawat dengan isolasi paling luar, karena ada
4 urat maka terjadi 4 kombinasi penerapan
tegangan tembus isolasi
MEDIA TEKNIK No.2 Tahun XIX Edisi Mei 1997 No. ISSN 0216 - 3012 61
8/7/2019 isolasi ref
http://slidepdf.com/reader/full/isolasi-ref 5/8
Data tegangan tembus bolak-balik yang
didapatkan hams dikoreksi terhadap
kelernbaban (RH) dan suhu ruangan (OC) ,
memakai persamaan berikut.
Vlerbaca pada meIer X . , J 2(10)
8
8 = O,386b
273 + t
dengan b = tekanan dalam mmHg
t = suhu ruangan dalam °C
Dari pengolahan data dapat digambarkan kurvatcgangan tembus atau kekuatan dielektrik bahan
isolasi versus isolasi.
2. Antara kawat dengan kawat
(a) Isolasi 1; tegangan diterapkan antara urat
satu dengan urat lain, karena ada 4 urat
maka terjadi 12 kombinasi penerapan
tegangan tembus isolasi.
(b) Isolasi 2; tegangan diterapkan antara satu
urat dengan dua urat yang lain dihubung
menjadi satu, karena ada 4 urat maka terjadi
8 kombinasi penerapan tegangan sampai
tembus isolasi.
(c) Isolasi 3; tegangan diterapkan an tara satu
urat dengan tiga urat yang lain dihubung
menjadi satu, karena ada 4 urat maka teljadi
4 kombinasi penerapan tegangan sampai
tembus isolasi, kemudian dikoreksi dengan
RH dan suhu ruangan seperti di atas.
Dari pengolahan data dapat digambarkan kurva
tegangan tembus atau kekuatan dielektrik bahan
isolasi versus isolasi.
B. Cara menganalisis kekuatan dielektrik
terhadap tegangan impuls
Analisis tegangan impuls pada isolasi kabel tanah
ini sarna dengan analisis untuk tegangan lebih bolak-
balik.
Dalam penelitian ini tegangan tembus impuls
dihitung dengan mernpergunakan grafik yang tersedia,sebelum diadakan koreksi terhadap tegangan searah
yang terbaca pada meter, mernakai persamaan:
V = Vdc pada meIer
de 8(11)
sedangkan (5 dihitung terhadap RH dan suhu ruangan
seperti di atas.
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Hasil pengolahan data ditampilkan pada tabel
dan 2 untuk kabel NYY, dan tabel 3 dan 4 untuk kabel
NYFGb Y serta gambar 2 dan 3.
Tabel 1. Hasil penelitian untuk kabel NYY, 4 x 10 mm'; 0,6/1 kV