makalah

TUGAS MATA KULIAH INSTALASI TEGANGAN MENENGAH PERBANDINGAN STANDAR

ISOLATOR JENIS PASAK

DISUSUN OLEH :

Nama : Tsalatsatul Chabibah

NIM : 3.39.10.0.17

Kelas : LT 3B

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2013

I. PENDAHULUAN

Isolator jaringan tenaga listrik merupakan alat tempat menompang kawat penghantar jaringan

pada tiang-tiang listrik yang digunakan untuk memisahkan secara elektris dua buah kawat atau

lebih agar tidak terjadi kebocoran arus (leakage current) atau loncatan bunga api (flash over)

sehingga mengakibatkan terjadinya kerusakan pada sistem jaringan tenaga listrik.

Langkah yang perlu diambil untuk menghindarkan terjadinya kerusakan terhadap peralatan

listrik akibat tegangan lebih dan loncatan bunga api, ialah dengan menentukan pemakaian

isolator berdasarkan kekuatan daya isolasi (dielectric strenght) dan kekuatan mekanis (mechanis

strenght) bahan-bahan isolator yang dipakai. Karena sifat suatu isolator di tentukan oleh bahan

yang digunakan.

Kemampuan suatu bahan untuk mengisolir atau menahan tegangan yang mengenainya tanpa

menjadikan cacat atau rusak tergantung pada kekuatan dielektriknya. Fungsi isolator dapat

dilihat dari dua segi, yaitu :

1. Kelistrikan :

a. Untuk menyekat/mengisolasi antara kawat phasa dengan tanah

b. Untuk menyekat/mengisolasi antara kawat phasa dengan kawat phasa

2. Mekanis :

a. Penahan berat dari penghantar/kawat

b. Mengatur jarak dan sudut antar penghantar/kawat dan kawat

c. Menahan adanya perubahan kawat akibat perbedaan temperatur dan angin

Ada beberapa jenis isolator yang digunakan dalam bidang kelistrikan, berdasarkan bentuknya

dapat dibedakan menjadi :

1. Isolator pasak/tumpu (isolator pin)

2. Isolator gantung (suspension Insulator)

3. Isolator tarik (strain Insulator)

4. Isolator batang panjang (long rod insulator)

5. Isolator post saluran (line post insulator)

6. Isolator telur (egg insulator)

Bahan-bahan yang baik untuk isolator adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus

listrik. Walaupun ada yang sanggup menghantarkan arus listrik tetapi relatif sangat kecil,

sehingga bisa diabaikan terhadap maksud penggunaan atau pemakaiannya.

Pemakaian bahan isolasi ini diharapkan seekonomis mungkin tanpa mengurangi

kemampuannya sebagai isolator. Sebab makin berat dan besar ukuran isolator tersebut akan

mempengaruhi beban penyangga pada sebuah tiang listrik.

Bahan-bahan isolasi yang dipakai untuk isolator jaringan kebanyakan terbuat dari bahan

padat, seperti bahan porselin, gelas, mika, ebonit, keramik, parafin, kuarts, dan veld spaat.

Adapun persyaratan bahan isolator adalah sebagai berikut:

1. Bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik.

2. Bahan isolasi yang ekonomis, tanpa mengurangi kemampuannya sebagai isolator. Karena

semakin berat dan besar ukuran isolator tersebut akan mempengaruhi beban penyangga pada

sebuah tiang listrik.

3. Bahan yang terbuat dari bahan padat, seperti : porselin, gelas, mika, ebonit, keramik, parafin,

kuarts, dan veld spaat.

Kriteria bahan yang baik digunakan sebagai isolator adalah :

1. Bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik

2. Bahan isolasi yang ekonomis, tanpa mengurangi kemampuannya sebagai isolator. Sebab makin berat

dan besar ukuran isolator tersebut akan mempengaruhi beban penyangga pada sebuah tiang listrik.

3. Bahan yang terbuat dari bahan padat, dan memiliki kekuatan mekanis tinggi seperti : porselin, gelas,

mika, ebonit, keramik, parafin, kuartz, dan veld spaat.

4. Mempunyai tahanan jenis yang tinggi

5. Memiliki kekuatan mekanis yang tinggi

6. Memiliki sifat-sifat (dua hal diatas) tidak berubah oleh perubahan suhu, siraman air, kelembaban,

sinar matahari, polaritas listrik.

7. Bila mengalami loncatan listrik (flash over) tidak akan meninggalkan jejak (cacat)

Jenis isolator yang akan dibahas lebih lanjut dalam makalah ini adalah isolator jenis pasak

(Pin Type Insulator) dan terbuat dari bahan porselin.

II. ISOLATOR JENIS PASAK (Pin Type Insulator)

Isolator jenis pasak (pin type insulator), digunakan pada tiang- tiang lurus (tangent pole) dan

tiang sudur (angle pole) untuk sudut 5°sampai 30°. Banyak terbuat dari bahan porselin maupun

bahan gelas yang dibentuk dalam bentuk kepingan dan bagian bawahnya diberi suatu pasak (pin)

yang terbuat dari bahan besi atau baja tempaan. Tiap kepingan diikatkan oleh suatu bahan semen

yang berkualitas baik.

Bentuk kepingan dibuat mengembang ke bawah seperti payung, untuk menghindarkan air

hujan yang menimpa permukaan kepingan secara mudah. Banyaknya kepingan tergantung pada

kekuatan elektrik bahan kepingan. Untuk jaringan distribusi primer biasanya terdiri dari dua

keping yang terbuat dari bahan porselin.

Isolator jenis pasak ini banyak digunakan pada tiang-tiang lurus (tangent pole) dengan

kekuatan tarikan sudut (angle tensile strenght) hingga 10°. Kawat penghantar jaringan diletakkan

di bagian atas untuk posisi jaringan lurus, sedangkan untuk jaringan dengan sudut di bawah 10°

kawat penghantarnya diikatkan pada bagian samping agar dapat memikul tarikan kawat.

Kekuatan tarik isolator jenis pasak ini lebih rendah bila dibandingkan dengan isolator jenis

gantung, karena kekuatan isolator jenis pasak ini ditentukan oleh kekuatan pasaknya terhadap

gaya tarikan kawat penghantar.

Gambar 2.1. Isolator pin post

Gambar 2.2. Penampang isolator pin

Ada beberapa hal yang menjadi alasan untuk menggunakan isolator jenis pasak, antara lain :

a. lebih banyak jaringan dibuat lurus

b. sudut saluran dibuat kurang dari 15°

c. isolator jenis gantung lebih mahal dari isolator jenis pasak

d. konstruksi tiang dibuat dengan cross-arm (travers) lebih menonjolkan ke luar sudut.

No Nama Bagian Bahan Material

1 Tutup Isolator Porselin

2 Semen Semen Portland

3 Tudung Seng

4 Lapisan Konduktif Glaze

III. ISOLATOR PORSELIN

Isolator porselin dibuat dari dari bahan campuran tanah porselin, kwarts, dan veld spaat, yang

bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori.

Dengan lapisan glazuur ini permukaan isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak dapat

mengisap air. Oleh sebab itu isolator porselin ini dapat dipakai dalam ruangan yang lembab

maupun di udara terbuka.

Isolator porselin memiliki sifat tidak menghantar (non conducting) listrik yang tinggi, dan

memiliki kekuatan mekanis yang besar. Ia dapat menahan beban yang menekan serta tahan akan

perubahan-perubahan suhu. Akan tetapi isolator porselin ini tidak tahan akan ke-kuatan yang

menumbuk atau memukul. Ukuran isolator porselin ini tidak dapat dibuat lebih besar, karena

pada saat pembuatannya terjadi penyusutan bahan. Walaupun ada yang berukuran lebih besar

namun tidak seluruhnya dari bahan porselin, akan tetapi dibuat rongga di dalamnya, yang

kemudian akan di isi dengan bahan besi atau baja tempaan sehingga kekuatan isolator porselin

bertambah. Cara yang demikian ini akan menghemat bahan yang digunakan.

Karena kualitas isolator porselin ini lebih tinggi dan tegangan tembusnya (voltage gradient)

lebih besar maka banyak disukai pemakaiannya untuk jaringan distribusi primer. Walaupun

harganya lebih mahal tetapi lebih memenuhi persyaratan yang diinginkan. Kadang-kadang kita

jumpai juga isolator porselin ini pada jaringan distribusi sekunder, tetapi ukurannya lebih kecil.

Keuntungan dari penggunaan isolator porselin antara lain :

1. Terbuat dari dari bahan campuran tanah porselin, kwarts, dan veld spat.

2. Bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori.

Dengan lapisan glazuur ini permukaan isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak

dapat mengisap air.

3. Dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka.

4. Memiliki sifat tidak menghantar (non conducting) listrik yang tinggi, dan memiliki kekuatan

mekanis yang besar.

5. Dapat menahan beban yang menekan serta tahan akan perubahan-perubahan suhu.

6. Memiliki kualitas yang lebih tinggi dan tegangan tembusnya (voltage gradient) lebih besar,

sehingga banyak disukai pemakaiannya untuk jaringan distribusi primer.

Kadang-kadang kita jumpai isolator porselin ini pada jaringan distribusi sekunder, tetapi

ukurannya lebih kecil.

Isolator porselin tidak hanya memiliki keuntungan didalam penggunaannya, tetapi juga

memiliki beberapa kelemahan, antara lain :

1. Tidak tahan akan kekuatan yang menumbuk atau memukul.

2. Ukuran isolator porselin ini tidak dapat dibuat lebih besar, karena pada saat pembuatannya

terjadi penyusutan bahan. Walaupun ada yang berukuran lebih besar namun tidak seluruhnya

dari bahan porselin, akan tetapi dibuat rongga di dalamnya, yang kemudian akan di isi

dengan bahan besi atau baja tempaan sehingga kekuatan isolator porselin bertambah. Cara

yang demikian ini akan menghemat bahan yang digunakan.

3. Harganya lebih mahal tetapi lebih memenuhi persyaratan yang diinginkan.

IV. STANDAR KELISTRIKAN

Ada beberapa standar yang biasa digunakan dalam bidang kelistrikan, diantaranya SPLN

(Standar PLN), SNI (Standar Nasional Indonesia), IEC (International Electrotechnical

Commision), ANSI (American National Standart Institutes), BS (British Standard), JIS (Japan

Industrial Standar). Standarisasi ini perlu diadakan untuk mempermudah dalam pembuatan serta

pengaplikasian komponen. Makalah ini akan membandingkan isolator jenis pasak berdasarkan

standar ANSI, BS dan SNI.

A. Isolator Jenis Pasak Berdasarkan Standar ANSI

ANSI (American National Standart Institutes) merupakan suatu organisasi yang mengatur

tentang standarisasi peralatan yang dikeluarkan oleh negara Amerika. Untuk isolator jenis

pasak ini diatur berdasarkan ANSI C29.6. Untuk isolator yang dipasang pada tegangan

menengah (22 kV) sesuai dengan standarisasi tegangan listrik yang digunakan di Amerika.

Gambar 4.1 konstruksi isolator jenis pasak

Gambar 4.2 konstruksi Pasak berdasarkan standar ANSI Class 56-1 dan 56-2

Tabel 4.1 Krakteristik Isolator Berdasarkan Standar ANSI pada tegangan kerja 23 kV

Dari tabel di atas dapat diketahui karakteristik isolator pin seri HAP-195 dan HAA-

15277B. Adaberagam parameter yang digunakan, yang paling sering diperhitungan ditandai

dengan penomeran seperti pada gambar :

1. Insulator Type, menunjukkan seri isolator berdasarkan dari NGK,ltd (perusahan pembuat

isolator di Nabuya, Jepang) terdapat dua jenis isolator pada setiap serinya yaitu isolator

tanpa perlindungan gangguan gelombang radio dan isolator yang anti gangguan

gelombang radio yang biasanya timbul dari efek korona.

2. Voltage Rating, menunjukkan tegangan kerja dari isolator pin seri HAP-195 dan HAA-

15277B, yaitu sebesar 23 kV.

3. Dry Arching Distance, menunjukkan munculnya arus kebocoran (Leakage Distance)

berupa busur api hingga sepanjang 7 inci.

4. Cantilever Strength/Average/lb, menunjukkan kekuatan isolator untuk menyangga beban

sebesar 2500 lb atau 3000 lb untuk seri HAA-15277B.

1

2

3

4

5

6

7

8

5. Average Flashover Voltage, tegangan loncatan api yang biasanya disebabkan karena

adanya kebocoran pada permukaan isolator. Kebocoran pada isolator ini dipengaruhi

karena nilai kapasitansi pada isolator bertambah akibat dari kelembaban, karena

kelembaban udara, debu dan bahan-bahanlainnya pada permukaan isolator tersebut. Karena

kapasistansi ini maka distribusi tegangan pada saluran gandengan isolator tidak seragam.

Potensial pada bagain yang terkena tegangan (ujung saluran) adalah paling besar dengan

memasang tanduk busur api (arcing horn), maka distribusi tegangan dapat diperbaiki.

Low Frequency, Dry Tegangan lompatan api frekuensi rendah kering adalah tegangan

lompatan api yang terjadi bila tegangan diterapkan diantara kedua elektroda isolator yang

bersih dan kering permukaannya, nilai konstanta serta nilai dasar karakteristik isolator. Besar

nilainya yaitu 95 kV untuk seri HAP-195 dan 110 kV untuk seri HAA-15277B.

Low Frequency, Wet Tegangan lompatan api basah adalah tegangan lompatan api yang

terjadi bila tegangan diterapkan diantara tegangan kedua elektroda isolator yang basahkarena

hujan, atau dibasahi untuk menirukan hujan. Besar nilainya yaitu 60 kV untuk seri HAP-195

dan 70 kV untuk seri HAA-15277B.

6. Critical Impulse, Tegangan lompatan api impuls adalah tegangan lompatan api yang terjadi

bila tegangan impuls dengan gelombang standar diterapkan. Karakteristik impuls terbagi atas

polaritas positif dan negative. Biasanya tegangan dengan polaritas positif (yang memberikan

nilai loncatan api yang rendah) yang dipakai. Untuk polaritas positif tegangan loncatan api

basah dan kering sama.

7. Low Frequency Puncture Voltage, Tegangan tembus (puncture) frekuensi rendah

menunjukan kekuatan dielektrik dari isolator, dan terjadi bila tegangan frekuensi rendah

diterpkan antara kedua elektroda isolator yang dicelupkan pada minyak sampai isolator

tembus. Untuk isolator dalam keadaan baik tegangan tembus ini lebih tinggi dari tegangan

loncatan api frekuensi rendah, dan nilainya kira-kira 130 kV.

8. Net Wight, lb menunjukkan berat isolator tanpa pasaknya sebesar 7,3 lb dan 11 lb.

B. Isolator Jenis Pasak Berdasarkan Standar BS

BS (British Standar) merupakan standarisasi yang digunakan dinegara inggris. Pada

isolator jenis pasak berdasarkan BS (British Standard) diambil contoh untuk tegangan kerja

yang hampir sama yaitu, 22 kV. Ketentuannya diambil berdasarkan BS 137 : Part 2

APPENDIX A “ Selection and application of line insulator”.

Gambar 4.3 Konstruksi Isolator jenis Pin untuk Tegangan 22 kV, Standar BS

Gambar 4.4 Konstruksi Pasak Pin Head Steel Head

Tabel 4.2 Karakteristik Isolator Standar BS dengan Tegangan Kerja 22 kV

1

2

3

4

5

4

6

7

Dari tabel di atas dapat diketahui mengenai karakteristik isolator pin seri HAA-15277Q,

HAA 302Q, HAA-480Q. Ada beraneka ragam parameter yang digunakan, yang paling sering

diperhitungan ditandai dengan penomeran seperti pada gambar :

1. Voltage Rating, menunjukkan tegangan kerja dari isolator pin HAA-15277Q, HAA

302Q, HAA-480Q, yaitu 22 kV.

2. Total Creepage Distance, menunjukkan jarak total rambatan arus pada permukaan

isolator sejauh 17 inci dan 432 mm untuk isolator dengan perlindungan dari gangguan

gelombang radio.

3. Protected Creepage Distance, menunjukkan jarak yang masih bisa dilindungi dari

rambatan arus bocor sebesar kurang lebih 7 inci.

4. Cantilever Strength/Average/lb, menunjukkan kekuatan isolator untuk menyangga beban

sebesar 2400 seri HAA-15277Q.

5. Average Flashover Voltage, tegangan loncatan api yang biasanya disebabkan karena

adanya kebocoran pada permukaan isolator. Kebocoran pada isolator ini dipengaruhi

karena nilai kapasitansi pada isolator bertambah akibat dari kelembaban, karena

kelembaban udara, debu dan bahan-bahanlainnya pada permukaan isolator tersebut.

Karena kapasistansi ini maka distribusi tegangan pada saluran gandengan isolator tidak

seragam. Potensial pada bagain yang terkena tegangan (ujung saluran) adalah paling

besar dengan memasang tanduk busur api (arcing horn), maka distribusi tegangan dapat

diperbaiki.

6. Withstand Voltage, Kemampuan untuk menahan tegangan sisa karena adanya hubung

singkat dari penghantar maupun sambaran petir. Untuk tegangan impulse mencapai 150

kV.

Low Frequency Puncture Voltage, Tegangan tembus (puncture) frekuensi rendah

menunjukan kekuatan dielektrik dari isolator, dan terjadi bila tegangan frekuensi rendah

diterapkan antara kedua elektroda isolator yang dicelupkan pada minyak sampai isolator

tembus. Untuk isolator dalam keadaan baik tegangan tembus ini lebih tinggi dari

tegangan loncatan api frekuensi rendah, dan nilainya kira-kira 140 kV.

7. Net Wight, lb menunjukkan berat isolator tanpa pasaknya sebesar 11 lb untuk seri tanpa

radio gleze dan 5,5 lb dengan radio glaze.

C. Isolator Jenis Pasak Berdasarkan SNI

SNI (Standar Nasional Indonesia) adalah standar yang digunakan di Negara Indonesia.

SNI yang mengatur tentang isolator porselin jenis pasak adalah SNI 04-0682-1989.

Klasifikasi isolator jenis pasak untuk tegangan menengah ini dibagi dalam tiga macam,

masing –masing ada dua tipe, yaitu :

1. P 10 A/B untuk pemakaian tegangan listrik sistem 10 kV

2. P 15 A/B untuk pemakaian tegangan listrik sistem 15 kV

3. P 20 A/B untuk pemakaian tegangan listrik sistem 20 kV

Gambar 4.5. isolator tumpu jenis pin beralur

Tabel 4.3. ukuran isolator jenis pin beralur

Toleransi : ± (0,04 U+1,5) mm, dimana U = ukuran,

Keterangan :

JR* = Jarak rambat ialah jarak terpendek yang diukur sepanjang permukaan isolator

antara kedua electrode

JBK** = Jarak busur kering, ialah jarak terpendek yang melalui media sekelilingnya

antara kedua electrode

Gambar 4.6. isolator tumpu jenis pin tidak beralur

Tabel 4.4. ukuran isolator tumpu jenis pin tidak beralur

Toleransi : ± 0,05 U, dimana U = ukuran

Kecuali d5, untuk

P 10 B dan P 15 B = + 3 mm

P 20 B = + 4 mm

Pada d6 semuanya = 4 mm

Selain harus memenuhi ukuran seperti diatas ada beberapa syarat mutu yang harus

dipenuhi, antara lain :

1. Kenampakan

Baik, tidak ada cacat pada badan dan lapisan glasir. Glasir pada permukaan isolator harus

halus dan rata. Permukaan yang tidak terglasir tidak boleh lebih dari

( 0,5 +

) cm2 untuk satu sektor, dan

( 1,0 +

) cm2 untuk luas total,

Keterangan :

D = diameter terbesar isolator (cm)

F = jarak rambat isolator (cm)

2. Keporian

Pada pengujian tekanan 180 MPa – jam, benda uji tidak tembus cairan

3. Kuat Mekanis

Isolator ini harus mempunyai kuat lentur minimum sebagai berikut :

Tabel 4.5. Kuat mekanis isolator pin

Dari tabel dapat diketahui bahwa untuk isolator dengan tegangan kerja 20 kV harus

mempunyai kuat lentur minimum 15,0 kN

4. Ketahanan Kejutan Suhu

Baik, tidak terdapat cacat pada badan dan glasir setelah diuji pada perbedaan suhu 70ºC

antara air dingin dengan suhu didih air.

5. Sifat kelistrikan

Jika diuji dengan pengujian yang tertera pada tabel berikut, isolator sesuai standar ini

harus tahan dan tetap berfungsi baik

Tabel 4.6. pengujian sifat kelistrikan

Dari tabel diatas dapat diketahui persyaratan kelistrikan yang harus dimiliki oleh isolator

pin dengan tegangan kerja 20 kV adalah sebagai berikut :

1. Tegangan loncat kering frekuensi tenaga, Tegangan lompatan api frekuensi rendah

kering adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan diterapkan diantara kedua

elektroda isolator yang bersih dan kering permukaannya, nilai konstanta serta nilai dasar

karakteristik isolator. Besar nilainya yaitu 100 kV.

2. Tegangan loncat basah frekuensi tenaga, Tegangan lompatan api basah adalah

tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan diterapkan diantara tegangan kedua

elektroda isolator yang basah karena hujan, atau dibasahi untuk menirukan hujan. Besar

nilainya yaitu 70 kV.

3. Tegangan ketahanan 50 Hz 1 menit, adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila

tegangan diterapkan diantara kedua elektroda isolator selama 1 menit.

Tegangan ketahanan 50 Hz 1 menit kering, diterapkan pada isolator yang bersih dan

kering permukaannya. Besar nilainya yaitu 90 kV.

TEgangan ketahanan 50 Hz 1 menit basah, diterapkan pada isolator yang basah

karena hujan atau dibasahi (untuk pengujian). Besar nilainya 65 kV

1

2

3

4

5

4. Tegangan penembusan dalam minyak, menunjukan kekuatan dielektrik dari isolator,

dan terjadi bila tegangan frekuensi rendah diterapkan antara kedua elektroda isolator

yang dicelupkan pada minyak sampai isolator tembus. Untuk isolator dalam keadaan

baik tegangan tembus ini lebih tinggi dari tegangan loncatan api frekuensi rendah,

dan nilainya kira-kira 180 kV.

5. Tegangan penahanan impuls adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan

impuls dengan gelombang standar diterapkan. Karakteristik impuls terbagi atas

polaritas positif dan negative. Untuk polaritas positif besarnya 145 kV. Sedangkan

untuk polaritas negative besarnya 185 kV. Biasanya tegangan dengan polaritas positif

(yang memberikan nilai loncatan api yang rendah) yang dipakai. Untuk polaritas

positif tegangan loncatan api basah dan kering sama yaitu 135 kV.

V. KESIMPULAN

Secara garis besar parameter yang digunakan dalam penentuan isolator sama, hanya saja

nilai – nilainya berbeda. Namun perbedaan ini tidak terlalu jauh, perbedaan ini mungkin

dipengaruhi adanya perbedaan geografis diantara ketiga Negara tersebut.

REFERENSI

1. SNI 04-0682-1989, Isolator keramik tumpu tegangan menengah jenis pin.

2. Pin type insulator Spool & Strain insulators, NGK INSULATOR, LTD.

3. Sistem Distribusi Tenaga Listrik, Daman Suswanto.