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.