Bahan Isolasi Gas

                 

                         *BAHAN ISOLASI GAS*

               

                   

Disusun Oleh:
                       Nama                      :Wahyu Wiyatno
                       Jurusan                  : Teknik Elektro (S1)
                       Nim                         : 1242100461
                       Dosen Pengampu  : Afriliana Kusumadewi, ST, M.Eng

                                    *2014*

Ø  BAHAN ISOLASI GAS

            Abstrak

      Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik. Isolasi sangat

diperlukan untuk memisahkan dua atu lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga

antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrik (flashover) atau percikan

(sparkover). Bahan isolasi akan mengalami pelepasan muatan yang merupakan bentuk

kegagalan listrik apabila tegangan yang diterapkan melampaui kekuatan isolasinya. Udara

termasuk isolasi jenis gas yang banyak digunakan untuk mengisolasi peralatan listrik

tegangan tinggi, misalnya pada arrester sela batang (Rod Gap Arrester) yang terpasang di

saluran transmisi, selain itu udara juga digunakan sebagai media peredam busur api pada

pemutus udara hembus (Air Blast Circuit Breaker). Bahan isolasi gas terutama udara

merupakan bahan isolasi yang banyak digunakan pada peralatan tegangan tinggi karena

udara pada keadaan normal (udara yang ideal) merupakan isolator yang sempurna dan juga

murah, mudah dan sederhana. Dari hasil pengujian, didapatkan bahwa ketika suhu udara

dinaikkan akan mengakibatkan semakin banyaknya elektron bebas yang dihasilkan sehingga

akan bedampak pada turunnya tegangan tembus media isolasi udara. Jarak sela udara pada

antara kedua elektroda juga berpengaruh pada besar nilai tegangan tembus media isolasi

udara, dimana semakin jauh jarak yang diterapkan maka nilai tegangan tembusnya juga akan

             semakin kecil.

          Pendahuluan

     Udara termasuk isolasi jenis gas yang banyak  digunakan untuk mengisolasi peralatan listrik

tegangan tinggi, misalnya pada arrester sela batang (Rod Gap Arrester) yang terpasang di

saluran transmisi, selain itu udara juga digunakan sebagai media peredam busur api pada pemutus

udara hembus (Air Blast Circuit Breaker). Bahan isolasi gas terutama udara merupakan bahan

isolasi yang banyak digunakan pada peralatan tegangan tinggi karena udara pada keadaan

normal (udara yang ideal) merupakan isolator yang sempurna dan juga murah, mudah, sederhana

dan mampu memulihkan keadaan sendiri setelah suatu kegagalan. Menurut standart VDE (VDE

0433-2) bentuk elektroda yang digunakan dalam pengujian tegangan tembus gas adalah elektroda

bola. Untuk mengetahui pengaruh dari elektroda terhadap tegangan tembus media isolasi udara

dilakukan pengujian denga elektroda yang lain, bentuk elektroda yang dapat digunakan adalah

elektroda jarum. Pada kenyataannya, udara yang sesungguhnya tidak hanya terdiri dari molekul-molekul netral saja tetapi ada sebagian kecil di dalamnya berupa ion-ion dan elektron-elektron yang bebas, yang akan mengakibatkan udara akan mengalirkan arus walaupun dalam kapasitas yang terbatas atau kecil. Jika gas dipanasi sampai suhu yang cukup tinggi, maka banyak atom netral yang akan memperoleh energi yang diperlukan mengionisasikan atom-atom yang mereka bentur (ionization by collision). Selain suhu, jarak sela antar penghantar atau elektroda yang bertegangan juga akan menentukan laju pergerakan elektron dalam dielektrik udara. Mengingat perubahan iklim yang tak menentu dewasa ini akibat adanya efek pemanasan global, berdampak pula pada kenaikan suhu permukaan bumi yang menjadi semakin panas yang tentunya akan berpengaruh terhadap peralatan-peralatan sistem tenaga listrik.

            Tujuan

       Isolator adalah salah satu komponen terpenting yang harus di ketahui dalam hal           keelektonikaan. Isolator terbagi atas beberapa macam salah satunya yaitu isolator gas.
Pada umumnya isolator gas digunakan sebagai media isolasi dan penghantar panas. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada isolator gas ini adalah ketidakstabilan temperatur, ketidaknormalan sifat kedielektrikan pada tekanan yang tinggi dan resiko ledakan dari gas yang digunakan.

     Berdasarkan kekuatan dielektrik,rugi-rugi dielektrik, stabilitas kimia,korosi, dll, isolator gas dapat diklasifikasikan menjadi :

1. Gas sederhana, contohnya :
  a. Udara
  b. Nitrogen
  c. Helium
  d. Hidrogen ,dan lain-lain
2. Gas Oksida, contohnya :
   a. Gas karbondioksida
   b. Gas Sulphur dioksida
3. Gas Hidrokarbon, contohnya :
   a. Methana
   b. Ethana
   c. Propana dan lain-lain
4. Gas Elektronegatif, contohnya :
   a. Gas Sulphur hexaflorida
   b. CH2Cl2

    Dalam pemilihan jenis isolator gas yang dipergunakan, perlu diperhatikan sifat dari kedielektrikan gas yang digunakan pada temperatur dan tekanan dimana gas tersebut akan digunakan sebagai media isolasi.

     Beberapa sifat dari isolator gas sebagai media isolasi yang perlu diperhatikan antara lain yaitu :

1. Sifat Kelistrikan, yang mencakup antara lain :
  a. Tahanan isolasi
  b. Kekuatan Dielektrik
  c. Faktor Daya
  d. Konstanta Dielektrik
  e. Rugi-rugi dielektrik
2. Temperatur,
3. Sifat Kimia, dan
4. Sifat Mekanis
  a. kerapatan volume
  b. viskositas
  c. absorpsi kelembaman
  d. tekanan permukaan,dll

 Isolasi Bentuk Gas
   
    Udara
Udara merupakan salah satu penyekat dalam hantaran listrik .
Contohnya :
1. Antara kawat-kawat jaringan listrik
2. Pendingin mesin
3. Generator
4. Transformator dengan sistem ventilator

     Nitrogen

  Gas nitrogen dihasilkan dengan cara penyulingan bertingkat udara cair dengan pendingin dan pemampatan udara dapat menjadi cair.

Sifat gas Nitrogen :
  - Tidak berwarna
  - Tidak berbau
  - Tidak dapat terbakar
  - Sangat sedikit larut dalamair
  -Sukar bersenyawa dengan unsur-unsur lain

 Penggunaannya : penyekat, pengontrol saluran kabel distribusi yaitu untuk mengetahui baik tidaknya kabel yang dipakai. Untuk mengetahui kerusakan kabel tersebut maka bagian tengahnya kabel diberi saluran yangdiisi gas Nitrogen dengan tekanan 1 -1 , 5 Kg / cm2  Bila tekanan gas nitrogen turun berarti terjadi kerusakkan kabel. 

    Hidrogen

Gas hirogen dibuat dengan cara :
1.  Elektrolisa air
2.  Mendinginkan gas air (CO + H2) sampai –1910C, sehingga gas CO mengembun dan tinggal H2saja.

 Penggunaan :Sebagai pendingin mesin turbo generator dan kondesator sinkron.Keuntungan pemakaian gas hidrogen dibanding dengan udara pada sistem pendingin turbogenerator, dan kondesator sinkron, ialah :

1. Kerugian ventilasi dapat dikurangi antara 8 sampai 10 kali & efisiensi mesin mencapai 0,7 % sampai       1% lebih tinggi.
2. Daya tahan penyekat meningkat dengan tidak ada oksidasi.
3. Perioda pemeliharaan dan perbaikan berkurang, karena debu dan lembab sangat kurang.
4. Bahaya kebakaran relatif kecil, karena hidrogen tidak memelihara pembakaran.
5. Kepekatan gas hidrogen lebih rendah, sehingga kebisingan akibat suara mesin dapat

  Carbon Dioksida

Carbon dioksida dihasilkan dari pembakaran carbon dengan oksigen.
Sifat -sifat gas ini ialah :
Tidak berwarna, tidak dapat terbakar bahkan mematikan nyala api & larut dalam air.
Pemakaian gas carbon dioksida digunakan pada turbogenerator. 

   Sulfur Hexa Florida memiliki lambang kimia SF6  memiliki sifat antara lain: tidak terbakar, tidak larut dalam air, tidak berwarna, tidak berbau dan tidak beracun. Sulfur Hexa Florida merupakan suatu gas bentukan antara unsur sulfur dan  fluor . Sulfur Hexa Florida  merupakan unsur gas yang memiliki berat jenis paling berat 6,139 kg/m³ kuerang lebih lima kali lebih berat dari unsur udara.

Tabel 3.1

Berat Jenis dan Tegangan Tembus Sulfur Hexa Florida dan unsur gas lainnya

Unsur Gas	Massa Jenis Kg/m3	Tegangan Tembus (kV/cm)
Sulfur Hexa Florida	6,139	75
Udara	1,228	30
Nitrogen (N2)	1,191	30
Karbondioksida	1,867	27
Hidrogen	0,086	18

        Dari tabel di atas terlihat bahwa unsur Sulfur Hexa Florida merupakan gas yang memiliki sifat isolasi yang cukup bagus dari seluruh unsur gas lainnya, selain itu unsur ini merupakan unsur dalam dunia kelistrikan yang cukup bagus digunakan untuk unsur pendingin pada peralatan listrik yang menimbulkan panas ketika beroperasi misalnya saklar pemutus beban.

    Rumusan Masalah

*Mengetahui sifat kelistrikanya seperti apa
*Tahanan terhadap suhu rendah
*Tahanan terhadap suhu panas
*Mengetahui sifat fisis, sifat mekanis, sifat kimia
*Aplikasinya seperti apa
*Konduktivitas panas
*Keunggulan dan kelemahanya

Sifat Kelistrikan pada bahan isolasi
 

 Sifat kelistrikan pada bahan isolasi terdapat tiga hal pokok yang harusdiperhatikan, yaitu:
a. Resistivitas.
    Sesuai dengan ftmgsinya bahan, bahan isolasi yang baik adalah bahan isolasi yang resistivitasnya besar tak terhingga, tetapi pada kenyataanya bahan yang demikian itu belum bisa diperoleh. Sampai sekarang semua bahan isolasi pada teknik listrik masih mengalirkan arus listrik ( walaupun kecil ) yang lazim disebut arus bocor. Pemakaian bahan isolasi pada daerah kerja yang suhunya tinggi atau lembab, harus dipilih bahan yang sesuai, baik bahan dan tegangan kerjanya.

b. Permitivitas
    Setiap bahan isolasi mempunyai permitivitas, hal ini penting bagi bahan-bahan yang digunakan sebagai dielektrik kapasitor. Kapasitansi suatu kapasitor tergantung dari luas permukaan jarak antara keping-keping kapasitor serta dielektriknya.
c. Sudut kerugian dielektrik
Pada bahan isolasi saat diberi tegangan bolak-balik maka terdapat energi yang diserap oleh bahan tersebut yang mengakibatkan adanya faktor kapasitif.

 Ketahanan Terhadap Suhu rendah
  Ketahanan terhadap suhu rendah merapakan kemampuan bahan isolasi yang digunakan pada suhu rendah, dalam hal ini -60° C sampai dengan -70° C. Bahan isolasi jika terkena suhu rendah akan menjadi keras dan regas. Untuk itu biasanya bahan isolasi juga diuji pada suhu rendah dengan diberi vibrasi (getaran).

  

    Aplikasi isolasi GAS

a.       Pengertian Gas Insulated Switchgear

GIS (Gas Insulated Switchgear) merupakan salah satu bagian penting dari sistem pembangkitan yang berfungsi sebagai saluran penghubung antara sistem pembangkitan dan jaringan transmisi milik PLN. GIS adalah sebuah sistem penghubung dan pemutus jaringan listrik yang dikemas dalam sebuah tabung non-ferro dan menggunakan bahan gas Sulphurhexaflouride (SF6) sebagai media isolasinya. Gas SF6 mempunyai sifat elektronegatif yang berperan untuk menghambat busur api yang mungkin terjadi ketika operasi switchgear. Switchgear mempunyai peran yang sangat penting yaitu sebagai penghubung antara daya listrik terbangkitkan dari pembangkit dengan saluran transmisi. Switchgear beroperasi pada tegangan ekstra tinggi, oleh karena itu harus dilengkapi dengan sistem operasi pengaman dengan tingkat kehandalan tinggi untuk menjaga kelangsungan pasokan listrik ke konsumen.

b.      SF6 Sebagai Media Isolasi Gas pada Switchgear

·         Sulphur Hexa Fluorida (SF6)

Untuk tegangan rendah mungkin faktor keselamatan dan cara pemasangan panel relatif belum begitu diperhatikan dibandingkan dengan untuk tegangan menengah. Sedangkan untuk tegangan di atas 115 KV faktor ruangan sudah menjadi terbatas untuk meletakkan panel indoor (dalam ruang), sehingga ukuran komponen dan isolasi perlu diefisienkan. Cara pengoperasian panel, antisipasi perluasan panel, cara perawatan, kekuatan rangka dan dinding panel, kemungkinan kesalahan hubung singkat juga menjadi pertimbangan dalam mendesain panel daya listrik tegangan menengah. Pada panel berisolasi udara faktor kelembaban, kontaminasi, masuknya gas explosif, uap korosif, debu dan binatang-binatang kecil masih merupakan masalah. Susunan bus bar yang memanjang di keseluruhan panel membentuk panel dengan dimensi panjang dan jumlah panel yang tetap. Dengan menggunakan gas SF6 sebagai isolasi komponen utama di dalam setiap panel baja kedap udara, maka semua komponennya terlindung dari faktor-faktor di atas. Bus bar panel diletakkan dalam selubung isolasi per-phasa, sambungan panel dengan panel atau blok panel diberikan dengan menggunakan busbar sumbat CU berisolasi semi konduktif. Fleksibilitas sambungan untuk perluasan panel bisa diletakkan di kanan atau kiri panel asal.

Gas SF6 merupakan suatu gas bentukan antara unsur sulphur dan fluor dengan reaksi eksotermis. Gas SF6 merupakan gas terberat sampai saat ini dengan massa jenis 6,139 kg/m³. Yaitu sekitar 5 kali berat udara pada suhu 0⁰ C dan tekanan 1 atm. Dengan sifat tidak mudah terbakar, tidak larut dalam air, tidak beracun,dan tidak berbau. SF6 ini juga merupakan isolasi yang baik yaitu 2,5 kali kemampuan isolasi udara. Dalam proses pembentukan gas SF6 ini akan timbul panas, sehingga pada saat pemisahannya menjadi sulphur dan fluor juga memerlukan panas sebesar 262 kilo kalori/molekul. Hal ini menyebabkan gas ini sangat cocok diterapkan sebagai pendingin pada peralatan listrik  yang menimbulkan panas dan bunga api saat bekerja seperti sakelar pemutus beban.

SF6 ini digunakan pada switchgear dan Sakelar PMT Gas SF6 (SF6 Circuit Breaker).

·         Sifat Kimia

Sifat kimia gas SF6 adalah sebagai berikut:

a) Stabil pada tumbukan sampai dengan suhu 5000C.

b) Lembam (inert)

     Dengan sifat ini sangat menguntungkan untuk pemakaian pada swicthgear karena umur dari bagian-bagian kontak akan lebih lama bila berada pada gas SF6.

c) Sebagai gas elektronegatif. Yaitu kemampuan menangkap elektron bebas yang terjadi pada saat terjadi pembusuran.

d) Tidak bereaksi dengan material lain sampai suhu 5000C.

 Sifat Fisik Sifat fisik gas SF6 yang menguntungkan ialah :

a) Tidak mudah terbakar.

b) Tidak berwarna.

c) Tidak berbau.

d) Tidak beracun sehingga aman bagi manusia.

e) Merupakan gas berat. Pada tekanan 1 atm suhu 200C kerapatan gas 4,7 kali udara.

f) Pada suhu dan tekanan normal berbentuk gas.

c.  Pemeliharaan Switchgear

Frekuensi pemeliharaan yang dianjurkan akan tergantung pada kondisi lingkungan dan operasi, sehingga tidak ada ketentuan hukum yang tetap dapat mengatur semua penerapan. Inspeksi tahunan yang menyeluruh pada switchgear assembly, termasuk elemen withdrawable pada saat tiga tahun pertama setelah operasi, yang merupakan anjuran minimum.

Frekwensi inspeksi dapat bertambah atau berkurang tergantung pada observasi dan pengalaman. Hal yang baik adalah mengikuti rekomendasi pabrikan untuk melaksanakan inspeksi dan pemeliharaan sampai kita bisa menentukan sendiri.

Konduktivitas Panas
  Panas yang didesipasikan oleh penghantar atau rangkaian magnetik pada mesin listrik melalui bahan isolasi akan diteruskan ke udara sekelilingnya, kenaikan suhu pada penghantar dipengaruhi pula oleh resistansi panas dari bahan
isolasi.

Keunggulan & Kelemahan

 Keunggulan-keunggulan dari gas SF6 sebagai medium isolasi dibandingkan dengan gas- gas lainnya adalah:

1.   Pengurangan sejumlah pemutus dalam hubungan seri per phasa pada rating tegangan yang digunakan.

2.   Karena waktu durasi yang pendek dari busur api, maka bunga api kontak yang terjadi dibatasi meskipun untuk arus hubung singkat yang sangat tinggi.

3.   Hasil busur api yang kebanyakan terdiri dari serbuk dengan sifat isolasi yang baik dapat dipindahkan saat perbaikan.

4.   Gas blast tidak di-discharge (pelepasan muatan) ke atmosfir sehingga saat bekerja akan lebih tenang jika dibandingkan dengan Air Blast Breaker.

5.  Memiliki sifat kimia yang lamban, stabil, tidak mudah terbakar dan tidak beracun.

6.  Pemutus dari gas SF6 mempunyai dimensi yang lebih jika dibandingkan dengan Air Blast Breaker.

    Sedangkan kelemahan-kelemahan dari gas SF6 adalah:

1.  Relatif lebih mahal dari segi pembiayaan.

2.  Walaupun dalam jumlah yang kecil, apabila terjadi kerusakan maka membutuhkan waktu yang lama untuk perbaikan.

3.  Gas SF6 harus dipompa ke dalam tabung penyimpan apabila ada penelitian dan maintenance.

4.  Karena titik lelehnya sangat rendah yaitu 100 Celcius dan tekanan 1,520 kN/m2, maka perlu dipakai alat pengukur suhu untuk pengontrolan.