Pengujian Bahan Isolasi dengan Tegangan AC

source : Simon Porter Subject Genius www.tes.com

1.    Pengertian Umum

Tegangan tinggi dalam dunia teknik tenaga listrik adalah semua tegangan yang dianggap cukup tinggi oleh kaum teknisi listrik sehingga diperlukan pengujian dan pengukuran tegangan tinggi yang semua itu bersifat khusus dan memerlukan teknik-teknik tertentu (sujektif), atau dimana gejala-gejala tegangan tinggi mulai terjadi (objektif).

Batas yang menyatakan kapan suatu tegangan dapat dikatakan tinggi H.V (high Voltage), dan kapan dikatakan tinggi sekali E.H.V (Extra High Voltage) serta kapan dikatakan Ultra tinggi U.H.V (Ultra High Voltage), agaknya acuan tegangan tersebut berbeda-beda untuk setiap negara atau perusahaan tenaga listrik di negara-negara tersebut. Biasanya tergantung pada tingkat kemajuan tekniknya masing-masinng. Salah satu faktor yang menentukan ialah tingginya tegangan transmisi yang dipakai.

Sebagi mana diketahui, bahwa tegangan transmisi tegantung kepada besarnya tenaga yang harus disalurkan dari pusat-pusat listrik kepusat beban (load centres) dan jarak yang harus ditempuh untuk memindahkan tenaga tersebut secara ekonomis. Di negara-negara yang sudah maju H.V. dianggap mulai pada tegangan 20-30 kV, E.H.V pada tegangan 220 kV, sedangkan U.H.V pada tegangan 765 kV. Tentu saja harga-harga tersebut dapat berubah menurut keadaan setempat dan kemajuan –kemajuan yang tercapai.

Besarnya tegangan pengujian yang harus diterapkan pada pengujian tegangan tinggi tergantung pada tegangan nominal alat lisrik yang diuji pada standar yang berlaku. Tegangan tinggi yang diterapkan atau yang dialami oleh sistem tenaga dapat berupa :

a.    Tegangan biasa (nominal) yaitu tegangan yang seharusnya dapat ditahan oleh sistem tersebut untuk waktu yang tak terhingga.

b.    Tegagan lebih (Over Voltage) yang hanya dapat ditahan untuk waktu terbatas.

Pada pengujian tegangan tinggi tersebut terdapat pengujian yang bersifat merusak dan tidak merusak alat yang diuji, pengujian ang sifatnya merusak pada umumnya terdiri dari tahap yang tegantung pada tingkat tegangan.

2.    Tujuan Pengujian Tegangan Tinggi

Kegagalan-kegagalan peralatan listrik pada waktu sedang dipakai disebabkan karena kegagalan isolasinya dalam menjalankan fungsinya sebagai isolator tegangan tinggi. Kegagalan isolasi (insulation break down, insulation failure) ini disebabkan karena beberapa hal antara lain isolasi tersebut sudah dipakai untuk waktu yang lama, kerusakan mekanis, berkurangnya kekuatan dielektrik, dan karena isolasi tersebut dikenakan tegangan lebih. Pengujian tegangan tinggi dimaksudkan untuk :

a.    Menemukan bahan (di dalam atau yang menjadi komponen suatu alat tegangan tinggi) yang kwalitasnya tidak baik atau yang cara membuatnya salah.

b.    Memberikan jaminan bahwa alat-alat listrik dapat dipakai pada tegangan normalnya untuk waktu yang tak terbatas.

c.     Memberikan jaminan bahwa isolasi alat-alat listrik dapat tahan terhadap tegangan lebih (yang didapati dalam praktek operasi sehari-hari) untuk waktu terbatas.

Pengujian tegangan tinggi itu sendiri dapat meliputi beberapa pengujian berikut, yakni:

1)    pengujian dengan tegangan tinggi ac

2)    pengujian dengan tegangan tinggi dc

3)    pengujian dengan tegangan tinggi impuls

3.    Persoalan-persoalan pada Tegangan Tinggi

Persoalan-persoalan dalam teknik tegangan tinggi merupakan persoalan yang menyangkut segala hal yang ditimbulkan oleh adanya tegangan tinggi atau oleh adanya perubahan dari tegangan yang relatif rendah ke tegangan tinggi serta persoalan-persoalan teknis lainnya.

Semakin tingginya tegangan yang dipakai, maka bahan isolasi semakin sulit untuk dibuat. Medan listrik (E) perlu diperhatikan karena dapat mengakibatkan partikel media isolasi mendapat energi ekstra (energi kinetik) dan kalau energi ini cukup besar, maka bahan isolasi menjadi rusak. Kekuatan listrik suatu bahan bisa dianggap sebagai batas dimana bila bahan tersebut dikenai tegangan yang lebih dari itu akan rusak. Untuk mentest peralatan tegangan tinggi diperlukan peralatan-peralatan dan teknik yang khusus.Perlu dipelajari bagaimana mensimulasikan keadaan yang sebenarnya, misalnya akibat petir atau tegangan surja hubung (switching surge).

Masalah yang lain adalah koordinasi isolasi. Tegangan lebih tidak dapat dihindarkan untuk ini perlu ada pengaman-pengaman dan juga koordinasi peralatan (isolasi) sehingga peralatan yang ada tidak rusak akibat pulsa-pulsa tegangan lebih (impuls).

Desain dari peralatan-peralatan tegangan tinggi harus diperhatikan agar tidak terjadi medan listrik yang terlalu besar sehingga media isolasi tidak sanggup untuk menahannya, Instrumentasi atau alat ukur. Ini juga dapat membuat masalah tersendiri karena harus cukup aman dan cukup cermat.

4.    Dasar-dasar Pengujian Tegangan Tinggi

Pengujian pada peralatan tegangan tinggi dapat bersifat merusak (destructive) maupun tidak merusak (non destructive). Pengujian yang sifatnya merusak umumnya terdiri dari tiga tahap yang bergantung kepada tingkat tegangan, seperti :

1)    Pengujian Ketahanan pada tegangan V_W selama t menit

2)    Pengujian Lompatan dengan tegangan lompatan V_F

3)    Pengujian Kegagalan dengan tegangan gagal V_B

Pengujian non destruktif adalah pengujian yang tidak merusak bahan. Contohnya Uji tahanan isolasi, faktor rugi-rugi dielektrik, korona, konduktivitas, medan elektrik, dan lain-lain.

Ø  Pengujian ketahanan (withstand test) : tegangan tertentu diterapkan selama waktu yang ditentukan, bila tidak terjadi lompatan (spark over), maka pengujian memuaskan.

Ø  Pengujian pelepasan (discharge test) : tegangan dinaikkan sehingga terjadi pelepasan pada benda yang diuji. Pengujian dilakukan dalam suasana kering dan suasana basah.

Ø  Pengujian kegagalan (breakdown test) : tegangan dinaikkan sampai terjadi kegagalan pada benda uji.

Berdasarkan jenis tegangannya, pengujian tegangan tinggi dibagi menjadi dua jenis, pengujian tegangan tinggi AC dan pengujian tegangan tinggi DC.

4.1      Pengujian dengan Tegangan Tinggi AC

source : careerthesaurus.com

 Untuk tegangan AC, dibedakan berdasarkan frekuensi tinggi atau rendah. Pengujian tegangan tinggi AC frekuensi rendah dilakukan untuk menyelidiki apakah peralatan listrik yang terpasang pada jaringan tegangan tinggi dapat menahan tegangan yang melebihi tegangan operasinya untuk waktu yang terbatas. Hal ini dilakukan karena tidak selamanya tegangan yang diberikan ke peralatan tersebut stabil. Ada kalanya tegangan yang diberikan melebihi batas nominalnya karena putusnya kawat saluran atau hal lainnya.

Sedangkan, pengujian tegangan tinggi AC frekuensi tinggi dilakukan untuk berbagai menguji adanya kerusakan-kerusakan mekanis (keretakan, kantong udara, dan lain-lain) pada isolator, terutama isolator porselen. Tegangan tinggi ini memungkinkan adanya lompatan api pada isolator tersebut. Frekuensi tinggi memungkinkan terjadinya rambatan pada kulit isolator yang diuji. Apabila isolator yang diuji tidak terdapat kerusakan mekanis, maka arus akan merambat melalui permukaan isolator. Apabila isolator yang diuji mengalami kerusakan mekanis, tidak akan terlihat percikan api pada bagian kulit karena arus merambat melalui bagian dalam isolator yang mengalami keretakan (adanya rongga udara).

Dalam hal penerapan tegangan AC pada suatu isolasi, arus yang besar akan mengalir yang tinggal konstan sebagai arus bolak-balik mengisi dan membuang pada isolasi. Pengaruh dari arus absorpsi dielektrik tetap tinggi karena medan dielektrik tidak pernah menjadi penuh sehubungan dengan polaritas dari arus yang terbalik pada setiap setengah siklus. Bilaman suatu tegangan AC diterapkan ke suatu isolasi, arus yang ditarik oleh isolasi adalah berhubungan dengan pengisian kapasitansi, absorpsi dielektrik, arus bocor kontinyu, dan korona.

A. Arus Pengisian Kapasitansi

            Di dalam hal tegangan AC, arus ini adalah konstan dan merupakan fungsi tegangan, konstanta dielektrik dari bahan isolasi, dan geometri dari isolasi.

B. Arus Absorpsi Dielektrik

            Bilamana medan listrik ditempatkan memotong suatu isolasi, molekul – molekul dipole berusaha untuk membuat segaris sesuai medan. Karena molekul – molekul pada medan AC secara kontinyu berbalik dan tidak pernah benar – benar segaris, energi yang diperlukan merupakan fungsi dari bahan, kontaminasi, dan frekwensi listrik, dan tidak tergantung waktu.

C. Arus Bocor (Konduktivitas)

            Semua bahan – bahan isolasi akan menghantar arus. Jika tegangan dinaikkan di atas tingkat tertentu, elektron akan memukul elektron yang menyebabkan arus lewat melalui isolasi. Kondisi ini merupakan fungsi dari bahan, kontaminasi, dan temperatur. Kelebihan konduktivitas akan membangkitkan panas yang menyebabkan isolasi gagal secara bertahap.

D. Korona (Arus Ionisasi)

            Korona adalah proses dimana molekul – molekul netral udara terlepas membentuk muatan ion – ion positif dan negatif. Hal ini terjadi sehubungan dengan adanya stress yang berlebihan dari void udara di dalam isolasi. Udara kosong pada isolasi minyak atau isolasi padat kemungkinan karena kerusakan akibat panas atau stress fisik, proses pembuatan yang kurang baik, kesalahan instalasi, atau pengoperasian yang tidak benar.

Adapun pokok-pokok pengujian tegangan tinggi ac pada peralatan tegangan tinggi meliputi:

1)    Pengujian Ketahanan dalam udara

Pengujian ketahanan dalam udara diterapkan selama dua menit, dan spesimen diperiksa apakah terjadi kerusakan atau hal yang abnormal. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil pengujian yang benar-benar perlu diperhatikan adalah :

a.    Tekanan udara

b.    Suhu (udara kering atau basah)

c.     Kelembaban udara

2)    Pengujian Ketahanan dalam minyak atau air

Untuk pengujian ketahanan dalam minyak harus dipastikan bahwa minyak yang dipakai mempunyai ketahanan lebih dari 20 kV bila dipakai sela standar. tegangan dinaikkan secara bebas sampai kira-kira 75 % dari tegangan yang ditentukan, lalu dinaikkan sampai tegangan 100 % dari tegangan ketahanan tersebut dengan kecepatan 1 kV/detik bila tegangan tersebut besarnya 100 kV atau kurang, atau kira-kira 1 % dari tegangan ketahanan perdetik untuk tegangan lebih dari 100 kV. tegangan tesebut diterapkan selama satu menit, dan spesimen diperiksa kembali.

Pengujian suasana basah dimaksudkan untuk menirukan keadaan udara pada waktu hujan, salju dan sebagainya. Oleh karena air hujan menghantarkan listrik maka tegangan pelepasan dari alat-alat listrik yang dipasang di luar menjadi berkurang pada waktu alat-alat tersebut basah karena hujan. Alat pengujian basah mempunyai kontruksi khusus dengan pipa-pipa mendatar yang diberi lubang-lubang (nozzles) guna memancarkan air yang digerakkan oleh sebuah pompa. Lubang-lubang itu dapat diatur besarnya sehingga kwantitas air yang disiramkan pada benda yang akan diuji tertentu. Rangkaian pipa mendatar dapat digerakkan menurut sebuah busur sehingga sudut penyiramannya (µ) dapat diatur pula. Tegangan lompatan api basah dipengaruhi oleh sejumlah penyiraman permenit, resistivitas air dan sudut penyiraman.

3)    Pengujian ketahanan untuk tiap isolator

Cara pengujian tiap lapisan adalah, pada tiap lapisan diterapkan 90% tegangan lompatan api yang berupa tegangan AC selama dua menit. Hasil Pengujian adalah bila tegangan yang diterapkan melampaui ketahanan isolasi maka akan terjadi kerusakan pada isolasi.

4)    Pengujian lompatan (bunga api) dalam suasana kering

Tegangan lompatan api dari sebuah isolator sangat dipengaruhi oleh bentuk elektroda dan benda yang ada disekelilingnya. Oleh sebab itu pada waktu pengujian elektroda dan benda yang mengelilinginya harus diatur sedemikian rupa sehingga keadaan yang sebenarnya ditirukan.

Tegangan pengujian dinaikkan secara bebas sampai harga 75% dari tegangan lompatan api yang diharapkan, sesudah itu tegangan dinaikkan sampai lompatan api terjadi dengan kecepatan 1000 volt perdetik Tegangan lompatan didefinisikan sebagai harga rata-rata dari lima harga lompatan yang diukur dengan batas antara 15detik sampai 5 menit.

5)    Pengujian lompatan (bunga api) dalam suasana basah (humidity tinggi)

Tujuan dari pengujian lompatan api basah adalah untuk mengetahui tegangan tembus isolator dalam keadaan hujan. Sedangkan cara pengujian adalah isolator diberi tegangan uji yang berupa tegangan AC. Tegangan pengujian dapat dinaikkan secara bebas sampai mencapai harga 75% dari tegangan lompatan api yang diharapkan;sesudah itu tegangan dinaikkan sampai lompatan api terjadi dengan kecepatan 1000 volt per detik. Pada waktu dilakukan pengujian dilakukan penyiraman pada isolator secara standar sehingga mewakili kondisi hujan.Hasil Pengujian adalah terjadinya lompatan listrik pada saat tegangan tertentu.

6)    Pengujian tembus atau breakdown

Tegangan dinaikkan sampai tegangan lompatan standar dalam keadaan kering secara bebas, lalu dinaikkan sampai terjadi penembusan (puncture) dengan kecepatan 4 kV/detik. Tegangan tembus sangat dipengaruhi oleh kecepatan menaikkan tegangan.