Isolator ║ Insulator ║ Isolator Transmisi ║ Isolator Hantaran Udara

ISOLATOR SALURAN TRANSMISI HANTARAN UDARA

jenis isolator yang digunakan pada saluran transmisi adalah jenis porselin atau gelas.

menurut penggunaan dan konstruksinya, isolator diklasifikasikan menjadi:
a. isolator jenis pasak.
b. isolator jenis pos-saluran.
c. isolator gantung.

isolator jenis pasak dan isolator jenis pos-saluran digunakan pada saluran transmisi dengan tegangan kerja relatif rendah (kurang dari 22-33 kV), sedangkan isolator gantung dapat digandeng menjadi rentengan/rangkaian isolator yang jumlahnya dapat disesuaikan dengan kebutuhan.

1. Umum

Isolator  mempunyai peranan penting untuk mencegah terjadinya aliran arus dari konduktor phasa ke bumi melalui menara pendukung. Dengan demikian,  isolator merupakan bagian penting dalam sistem transmisi energi listrik. Beberapa persyaratan penting yang harus dimiliki suatu isolator adalah:

Isolator harus mempunyai kekuatan mekanik yang tinggi.

-  Memiliki kekuatan dielektrik yang tinggi.

- Mempunyai nilai resistivitas yang tinggi untuk memperkecil arus bocor  yang  terjadi.

-  Tidak mudah keropos dan tahan terhadap masuknya gas-gas ataupun  cairan-cairan ke dalam   bahan isolator.

-  Tidak dipengaruhi oleh perubahan suhu.

2. Bahan-bahan Isolator

2.1 Isolator Porselen

Porselen berasal dari tanah liat yang mengandung aluminium silikat, kemudian aluminium silikat ini direaksikan dengan plastik kaolin, felspar, kwarsa dan campuran ini dipanaskan pada tempat pembakaran dengan suhu yang diatur. Komposisi bahan bakunya adalah: 50% tanah liat, 25% felspar, 25% kwarsa. Isolator yang dihasilkan harus keras, permukaannya halus/licin dan bebas dari sifat perembesan. Kehalusan  bahan pada permukaan akan membebaskan isolator dari jejak air. Sifat menyerap pada bahan isolator akan menurunkan kekuatan dielektrik, dan adanya kotoran ataupun gelembung udara di dalam bahan isolator juga akan mengakibatkan  penurunan kekuatan dielektrik.

Jika bahan isolasi diproduksi pada suhu yang rendah maka  sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik, tetapi bahan tersebut bersifat menyerap air dan ketika bahan tersebut digunakan, kondisinya  mungkin akan memburuk. Sebaliknya jika bahan isolasi diproduksi pada suhu yang lebih tinggi, sifat menyerapnya akan berkurang, tetapi bahan isolasi tersebut menjadi rapuh. Jadi di dalam membuat isolator perlu dirancang sedemikian rupa antara kekuatan dielektrik, sifat rembesan terhadap air  dan suhu tempat pengeringannya. Secara mekanis isolator porselen  memiliki kekuatan dielektrik ± 60.000 V/cm, tekanan dan kuat regangannya adalah 70.000 kg/cm² dan 500 kg/cm².

2.2 Isolator Gelas

Sering kali gelas digunakan sebagai bahan isolasi. Gelas diproduksi dengan proses penguatan yaitu dipanaskan dulu lalu didinginkan. Isolator yang terbuat dari bahan gelas  ini memiliki beberapa keuntungan sebagai berikut :

- Kekuatan dielektriknya tinggi kira-kira 140 kV/cm

- Dengan pemanasan yang tepat akan diperoleh resistivitas yang tinggi.

- Koefisien muai panasnya rendah.

- Karena kekuatan dielektriknya tinggi, maka isolator gelas memiliki bentuk yang lebih sederhana dan bahkan dapat digunakan satu lapis sebagai bahan isolator.

- Bersifat transparan (lebih jelas dibandingkan porselen), sehingga sedikit cacat, ketakmurnian gelembung udara, retak-retak, kotoran-kotoran yang lain dapat dideteksi dengan mudah dan bersifat homogen.

- Daya rentanganya lebih besar dari porselen.

- Lebih murah dari pada porselen

Kelemahan dari isolator gelas antara lain :

- Uap-uap air mudah mengembun di sepanjang permukaan isolator, sehingga hal ini dapat menyebabkan penumpukan kotoran-kotoran  pada permukaan isolator dan mempercepat terjadinya arus bocor.

- Pada tegangan yang lebih tinggi, gelas tidak dapat dituang (casting) dalam bentuk atau model yang tidak beraturan, karena pendingin yang tidak teratur akan menyebabkan terjadinya kegentingan-kegentingan didalam isolator dan keadaan ini dapat mempercepat terjadinya arus bocor.

2.3 Isolator Steatite

Steatite adalah magnesium silikat dan dijumpai pada berbagai bagian dari oksida magnesium dengan silikat. Daya rentang dari isolator steatite jauh lebih besar dibandingkan dengan isolator porselen, dan dapat menguntungkan jika digunakan  pada keadaan dimana isolator mengalami regangan sempurna misalnya ketika jaringan saluran transmisi mengalami belokan tajam.
3. Klasifikasi Isolator Transmisi Hantaran Udara

Isolator transmisi hantaran udara diklasifikasi menurut penggunaan dan konstruksinya  menjadi isolator gantung (suspension), jenis pasak (pin-type), jenis batang panjang (long-rod) dan jenis pos-saluran (line post). Gandengan isolator gantung pada umumnya dipakai pada saluran transmisi tegangan tinggi, sedang isolator batang panjang dipakai ditempat-tempat dimana pengotoran udara karena garam dan debu banyak terjadi. Kedua jenis yang lain dapat dipakai pada saluran transmisi yang relatip rendah (kurang dari 22-33 kV).

Pada isolator gantung dikenal dua jenis, yakni clevis type dan ball-and-socket type, yang masing-masing terbuat dari porselen dengan tutup (cap) dari besi tempaan (malleable iron), yang keduanya diikatkan pada porselennya dengan semen berkualitas baik.

Keuntungan-keuntungan dari isolator gantung :

1. Setiap unit dirancang untuk tegangan 11 kV sehingga dengan menghubungkan beberapa buah isolator secara seri, maka sederetan isolator tersebut dapat digunakan untuk setiap tegangan yang diinginkan.

2. Bila didalam deretan isolator yang telah dihubungkan tersebut salah satu isolator rusak, maka proses penggantiannya lebih mudah dan harganya relatif lebih murah.

3. Tekanan mekanis pada rangkaian isolator akan berkurang karena tempat pengikat kawat penghantarnya fleksibel.

4. Apabila deretan isolator tersebut digantungkan pada menara yang terbuat dari baja maka konduktor tegangan tinggi hanya sedikit berpengaruh terhadap sambaran kilat, karena penghantar kawat tersebut posisinya lebih rendah dari pada lengan menara yang ditanahkan dan mempunyai sifat sebagai penangkal petir.

5. Jika beban yang diberikan pada transmisi bertambah, maka potensial jaringan yang ada dapat diperbesar lagi dengan menambahkan sejumlah deretan atau rangkaian isolator.

Isolator jenis pasak dan jenis pos-saluran terbuat dari porselen, yang bagian bawahnya diberi tutup (thimble, cap) besi cor yang disemenkan pada porselen serta pasak baja yang disekrupkan padanya. Karena jenis ini dipakai secara sendirian (tidak dalam gandengan) serta kekuatan mekanisnya rendah, maka tidak dibuat dalam ukuran-ukuran yang besar.

Jenis batang-panjang mempunyai sedikit bagian logam sehingga tidak mudah menjadi rusak. Oleh karena rusuknya yang sederhana maka ia mudah tercuci oleh hujan, sehingga jenis ini sesuai sekali untuk penggunaan pada tempat-tempat yang banyak dikotori garam dan debu

4. Sifat Isolator
4.1 Sifat Listrik

Isolator terdiri dari badan porselen yang diapit oleh elektroda-elektroda. Dengan demikian maka isolator terdiri dari sejumlah kapasitansi. Nilai kapasitansi ini akan semakin besar  oleh timbulnya lapisan yang menghantarkan listrik karena kelembaban udara, debu dan bahan-bahan lainnya yang melekat pada permukaan isolator. Pada jaringan transmisi isolator yang paling dekat dengan konduktor tegangan tinggi akan memikul tegangan yang terbesar. Dengan memasang busur tanduk (arching horn), maka distribusi tegangan diperbaiki dan tegangan pada isolator yang paling dekat dengan kawat fasa akan berkurang. Gambar karakteristik distribusi tegangan isolator rantai dengan pemasangan busur tanduk pada isolator paling atas dan isolator paling bawah ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Kegagalan listrik pada isolator dapat disebabkan oleh adanya rongga-rongga kecil pada dielektrik padat (porselen) atau disebabkan terjadinya flashover di sepanjang permukaan isolator. Rongga-rongga kecil pada isolator ditimbulkan karena isolator dibuat kurang sempurna pada saat pembuatan, dengan demikian karakteristik listrik dari isolator tersebut kurang baik. Rongga kecil pada isolator lama-kelamaan akan menyebabkan kerusakan mekanik pada isolator. Terjadinya flashover menyebabkan kerusakan pada isolator oleh karena panas yang dihasilkan busur di sepanjang permukaan isolator. Oleh sebab itu isolator harus dibuat sedemikian rupa sehingga tegangan pada rongga kecil lebih tinggi dari pada tegangan yang menyebabkan flashover.

4.2 Mekanis

Disamping harus memenuhi persyaratan listrik tersebut diatas, isolator harus memiliki kekuatan mekanis guna memikul beban mekanis penghantar yang diisolasinya. Porselen, sebagai bagian utama isolator, mempunyai sifat sebagai besi cor, dengan kuat-tekan (compressive strength) yang besar dan kuat tarik (tensile strength) yang lebih kecil. Kuat-tariknya biasanya 400-900 kg/cm², sedangkan kuat-tekannya 10 kali lebih besar.

4.3 Sifat Thermal

Dalam peralatan dan instalasi pencatu listrik, panas terjadi karena adanya rugi-rugi ohmik pada konduktor, rugi-rugi dielektrik pada bahan isolasi, rugi-rugi magnetisasi dan rugi-rugi arus Eddy pada inti besi. Jika dibandingkan dengan bahan logam, bahan isolasi mempunyai stabilitas thermal yang sangat rendah, sehingga kenaikan suhu yang diijinkan pada bahan isolasi menjadi patokan dalam menentukan batas suhu kerja dari peralatan. Selama tekanan terus berlangsung pada kondisi operasi statis, panas dibangkitkan akibat rugi-rugi yang seharusnya disebarkan ke medium sekitarnya. Ada tiga jenis mekanisme perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.

Untuk memindahkan rugi-rugi panas dengan cepat dari suatu peralatan dibutuhkan bahan yang mempunyai konduktivitas panas yang baik. Kebutuhan ini dapat dipenuhi dengan baik jika digunakan bahan isolasi kristal, karena susunan kisi-kisi atomnya teratur dan jarak antar atom yang kecil, sehingga perpindahan atom dapat berlangsung dengan baik.

4.4 Sifat Kimia

Jika ada zat asing dari luar menyusup ke dalam bahan isolasi, maka hal ini dapat menyebabkan perubahan sifat kimia bahan isolasi tersebut. Hanya bahan anorganik seperti gelas dan bahan keramik padat yang kedap terhadap zat-zat lain di sekitarnya. Bahan isolasi organik menyerap uap air secara difusi. Sehingga sifat dielektrik dan listriknya memburuk. Kecepatan difusi tergantung kepada struktur bahan dan gaya tarik-menarik molekul bahan dengan molekul zat asing.

Sebagai tambahan, penyerapan air menyebabkan perubahan dimensi (menggelembung) dan kerusakan elektroda. Sehingga diharapkan bahan isolasi pasangan luar harus memiliki kemampuan menyerap air yang rendah untuk mencegah pengurangan kekuatan dielektrik.

5. Pasangan Isolator

Dalam kategori pasangan isolator (fittings) termasuk pasangan-pasangan logam dan perlengkapan-perlengkapan lainnya guna menghubungkan penghantar, isolator dan tiang transmisi.

Pasangan isolator terbuat dari besi atau baja tempaan (malleable) yang ukurannya disesuaikan dengan tegangan, jenis dan ukuran penghantar, kekuatan mekanisnya, serta konstruksi penopangnya (supporting structure). Permukaan pasangan logam ini biasanya digalvanis.

5.1 Busur Tanduk

Bila terjadi lompatan api (flashover) pada gandengan isolator, maka isolatornya akan rusak karena busur apinya. Untuk menghindari kerusakan ini, maka pada gandengan isolator gantung dan isolator batang panjang (long-rod) dipasang   busur tanduk (arching-horns). Busur tanduk ditempatkan  pada bagian atas dan bawah dari gandengan isolator, serta dibentuk sedemikian sehingga busur api tidak akan mengenai isolator waktu lompatan api terjadi. Jarak antara tanduk atas dan bawah biasanya 75-85 % dari panjang gandengan (diperlihatkan pada Gambar 2.7). Tegangan lompatan api untuk gandengan isolator dengan busur tanduk ditentukan oleh jarak tanduk ini. Busur tanduk biasanya dipakai untuk saluran transmisi dengan tegangan diatas 110 kV, atau diatas 66 kV didaerah-daerah dengan tingkat isokeronik yang tinggi. Effek pencegahan korona juga dimiliki oleh busur tanduk.

5.2 Jepitan

Untuk penghantar dipakai pengapit gantungan (suspension clamps) dan pengapit tarikan (tension clamps) sedang untuk kawat tanah dipakai pengapit sederhana. Ada dua jenis pengapit gantung, yang satu dengan batang pelindung dan yang lain tanpa batang pelindung (armor rods). Pengapit dipilih dengan memperhatikan macam dan ukuran kawat, kuat tarik maksimumnya, serta dibentuk sedemikian rupa sehingga tidak menimbulkan kerusakan dan kelelahan karena getaran (vibration) dan sudut andongan dari kawat.

6. Kegagalan pada Isolator

Beberapa hal yang menyebabkan kegagalan pada suatu isolator adalah :

a. Keretakan Isolator

Penyebab utama pecahnya atau retaknya suatu isolator adalah tekanan yang dihasilkan didalam bahan porselen yang diakibatkan oleh ketidakseragaman pemuaian dan penyusutan yang terdapat dalam bahan semen, baja, dan porselen yang disebabkan oleh musim panas, dingin, kekeringan dan kelembaban atau akibat adanya pemanasan pada isolator tersebut. Untuk menghindari keretakan pada isolator tersebut, maka telah dilakukan beberapa perbaikan dalam desain pembuatannya, yakni dengan cara menempatkan sejenis pelindung yang kecil diantara lapisan terluar dari porselen dengan pasak baja sehingga pemuaiannya dapat terlaksana secara merata.

b. Ketidakmurnian Bahan Isolator

Jika bahan yang digunakan untuk pembuatan isolator tersebut amat buruk, hal ini akan menimbulkan kebocoran pada isolator sehingga isolator tidak baik untuk pemakaian yang kontiniu.

c. Sifat Penyerapan Bahan Yang Digunakan Dalam Pembuatan Isolator

Jika bahan porselen yang digunakan dalam pembuatan isolator dipabrikasi pada suhu rendah, maka hal ini akan mengakibatkan kekeroposan pada isolator tersebut dan dengan alasan ini maka isolator akan menyerap embun dari lapisan udara atau semen. Kebocoran arus akan dimulai dari isolator tersebut yang akan menyebabkan kegagalan sebagai akibat dari pemakaian bahan yang digunakan dalam pembuatan isolator.

d. Bahan Pelapis Isolator Yang Kurang Baik

Bila bahan isolator tidak benar-benar dilapisi pelapis yang baik sebagaimana mestinya, maka air akan mudah merembes yang dapat menyebabkan menempelnya debu pada permukaan isolator tersebut yang dapat bersifat sebagai penghantar dan mereduksikan jarak lompatan bunga api listrik.

e. Lompatan Bunga Api Listrik (Flashover)

Bila terjadi lompatan bunga api listrik dari suatu kawat ke kawat yang lain maka hal ini akan menimbulkan pemanasan yang berlebihan pada isolator dan dapat menyebabkan pecahnya isolator tersebut.

f. Tekanan Mekanis

Pada saat penarikan kawat-kawat penghantar pada suatu pemasangan jaringan maka isolator akan mengalami tekanan mekanis, sehingga bila bahan digunakan kurang baik, maka hal ini dapat menyebabkan kerusakan atau pecahnya isolator.

g. Terjadinya Hubung Singkat

Terkadang gangguan alam seperti kumpulan burung yang hinggap atau pepohonan yang mengena pada kawat penghantar maupun isolator dapat mengakibatkan terjadinya arus hubung singkat, kondisi ini merupakan penyebab terjadinya kegagalan dari suatu isolator. Keadaan seperti ini hanya mungkin terjadi bila jarak antar konduktor lebih kecil dari standar yang telah ditentukan.