Disusun oleh: Muhammad Khubayshi Sevira Rambanisa Hamzah Irfan Andrianto Arief Kukuh Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti

1. TEKNIK TEGANGAN
TINGGI
TEORI KEGAGALAN ISOLASI
Oleh :
M. Khubayshi 062.15.008
Sevira R.H 062.15.023
Irfan Andrianto 062.15.017
Arief Kukuh 062.13.030
Dosen : Prof. Ir. Syamsir Abduh, MM, PhD. IPU
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS TRISAKTI
2018

2. TEORI
KEGAGALAN
ISOLASI

3. PROLOG
Pada umumnya, kegagalan alat-alat listrik pada waktu operasi
disebabkan karena kegagalan isolasi dalam menjalankan
fungsinya sebagai isolasi tegangan tinggi. Isolasi dapat berupa
bahan padat, cair, dan gas. Kegagalan yang terjadi pada
isolasi bahan padat adalah kegagalan yang permanen
(termasuk bahan yang non-self restoring). Sedangkan pada
bahan cair dan gas, kegagalan isolasinya adalah kegagalan
yang sementara (termasuk bahan yang self restoring). Dalam
pembuatan isolasi padat pada kabel tanah kadang-kadang
tidak sempurna, sehingga terdapat rongga dalam isolasi
tersebut.

4. Rongga ini dapat berisi udara atau benda lain yang
mempunyai kekuatan medan atau kekuatan dielektrik yang
berbeda dengan kekuatan dielektrik dari bahan isolasi.
Kekuatan medan di dalam rongga ditentukan oleh
perbandingan dari permitivitas dan bentuk dari rongga. Bila
rongga berisi udara maka akan terdapat konsentrasi medan
listrik. Karena pada nilai tegangan yang normal kekuatan
medan pada rongga dapat melebihi kekuatan tembus
tegangan isolasi, maka dapat terjadi tembus tegangan. Pada
setiap pelepasan muatan sebagian, terjadi panas/kenaikan
suhu didalam rongga sehingga menyebabkan kerusakan sifat
atau susunan kimia isolasi.

5. Dalam teknik tegangan tinggi, fungsi yang paling utama dari suatu
bahan isolasi adalah untuk mengisolasi konduktor yang
membawa tegangan terhadap yang lainnya sama baiknya
terhadap tanah.
Dan sebagai tambahannya, harus sering melakukan fungsi
mekanis dan harus mampu menahan penekanan termal dan
kimia. Serta juga memiliki daya tahan yang lama atau usia daya
tahannya di bawah jenis-jenis penekanan yang bervariasi yang
dihadapi dalam praktek sebagai pertimbangan penentuan aplikasi
ekonomis.

6. Kegagalan isolasi disebabkan beberapa sebab, antara lain:
1. Isolasi tersebut sudah lama terpakai
2. Berkurangnya kekuatan dielektrik
3. Karena isolasi tersebut dikenakan tegangan lebih.
Pada dasarnya tegangan pada isolasi merupakan suatu tarikan
atau tekanan (strees) yang harus dilawan oleh gaya dalam
isolasi itu sendiri agar isolasi tidak gagal (Adib Chumaidy, 2010
: 44).

7. ISTILAH PELEPASAN MUATAN
MELIPUTI BEBERAPA KELOMPOK
FENOMENA YAITU:
 Pelepasan Muatan Sebagian Internal (Internal Partial
Discharge)
 Pelepasan Muatan Permukaan (Surface Discharge)
 Korona (Corona Discharge)

8. Beberapa faktor yang
mempengaruhi mekanisme
kegagalan pada
minyak transformator
Partikel padat
Uap air
Kegagalan gelembung

9. PARTIKEL PADAT
Partikel debu atau serat selulosa yang ada di sekeliling isolasi
padat (kertas) sering ikut tercampur dalam minyak. Pada saat
terjadi medan listrik, partikel–partikel ini akan terpolarisasi dan
membentuk jembatan. Arus akan mengalir melalui jembatan
dan menghasilkan pemanasan lokal serta menyebabkan
terjadinya kegagalan pada minyak transformator.

10. Tabel 1. Klasifikasi beberapa dielektrik padat

11. UAP AIR
Air dan uap air terdapat pada minyak, terutama pada minyak
yang telah lama digunakan. Jika terdapat medan listrik, maka
molekul uap air yang terlarut memisah dari minyak dan
terpolarisasi. Jika jumlah molekul–molekul uap air ini banyak,
maka akan tersusun semacam jembatan yang
menghubungkan kedua elektroda sehingga terbentuk suatu
kanal. Kanal ini akan merambat dan memanjang sehingga
terjadi kegagalan minyak transformator.

12. KEGAGALAN GELEMBUNG
Merupakan bentuk kegagalan isolasi cair yang disebabkan
oleh gelembung–gelembung gas di dalamnya. Pembentukan
gas karena terjadi dekomposisi pada minyak transformator
dapat mengakibatkan kegagalan. Adanya pengaruh medan
yang kuat antara elektroda, maka gelembung–gelembung gas
dalam cair-an tersebut akan saling sambung menyambung dan
membentuk jembatan yang mengawali terjadinya kegagalan
pada minyak transformator.

13. Sifat-Sifat Listrik Cairan Isolasi
Sifat sifat listrik yang menentukan unjuk kerja cairan sebagai
isolasi adalah :
1. Withstand Breakdown kemampuan untuk tidak mengalami
kegagalan dalam kondisi tekanan listrik (electric stress ) yang
tinggi.
2. Kapasitansi Listrik per unit volume yang menentukan
permitivitas relatifnya.
3. Faktor daya
Faktor disipasi daya dari minyak dibawah tekanan bolak balik dan
tinggi akan menentukan unjuk kerjanya karena dalam kondisi
berbeban terdapat sejumlah rugi rugi dielektrik.
4. Resistivitas
Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila
resitivitasnya lebih besar dari 109 W-m.

14. KEGAGALAN ISOLASI DAN
MEKANISNYA
Kegagalan isolasi pada peralatan tegangan tinggi yang terjadi
padasaat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan
kerusakan alat sehingga continuitas sistem menjadi terganggu.
Salah satu bahan isolasi yang banyak digunakan dalam sistem
tenaga listrik adalah minyak. Misalnya digunakan sebagai
isolasi inti pada transformator daya sekaligus sebagai media
pendingin

15. Pada saat beroperasi, minyak sebagai isolator mengalami
penurunan kualitas disebabkan karena banyak faktor misalnya
pengaruh kontaminan padat, kontaminan cair dan gas-gas
hasil reaksi didalam minyak. Selain itu, juga dipengaruhi oleh
kondisi minyak yang mengalami stress thermal pada saat
beban puncak. Semakin banyak kontaminan yang terkandung
dalam minyak, maka kualitas minyak akan semakin menurun
dan bisa terjadi breakdown. Karakteristik isolasi minyak
transformator akan berubah jika terjadi ketidakmurnian di
dalamnya. Hal ini akan mempercepat terjadinya proses
kegagalan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kegagalan
isolasi antara lain adanya partikel padat, uap air dan
gelembung gas.

16. KEGAGALAN ISOLASI BISA
TERJADI PADA
Bahan Isolasi Padat
Isolasi Zat Cair
Campuran Zat Cair-Padat

17. BAHAN ISOLASI PADAT
Mekanisme kegagalan pada bahan isolasi padat meliputi
kegagalan asasi (intrinsik), elektro mekanik, streamer, thermal
dan kegagalan erosi. Mekanisme kegagalan bahan isolasi
padat terdiri dari beberapa jenis sesuai fungsi waktu
penerapan tegangannya. Seperti di jelaskan pada gambar 1.

18. Gambar 1. Mekanisme kegagalan pada bahan isolasi padat

19. ISOLASI ZAT CAIR
Jika suatu tegangan dikenakan terhadap dua elektroda yang
dicelupkan kedalam cairan (isolasi) maka terlihat adanya
konduksi arus yang kecil. Jika tegangan dinaikkan secara
kontinyu maka pada titik kritis tertentu akan terjadi lucutan
diantara kedua elektroda.

20. CAMPURAN ZAT CAIR-PADAT
Kegagalan isolasi cair-padat (isolasi kertas dicelup dalam
minyak) biasanya disebabkan oleh pemburukan. Pemburukan
yang dapat menyebabkan kegagalan isolasi cair-padat adalah
pemburukan karena pelepasan dalam (internal discharge) dan
pemburukan elektro-kimiawi.

21. SOURCE
Buku Dasar Pembangkitan dan Pengukuran
https://www.scribd.com/doc/85831124/3-Bab-3-Kegagalan-
Isolasi
http://digilib.umg.ac.id/download.php?id=5834
https://www.scribd.com/document/33003031/Kegagalan-
Bahan-isolasi

22. Sekian dan Terimakasih

23. Pertanyaan-Pertanyaan
1. Apakah isolasi yang terbuat dari keramik termasuk isolasi
padat? Dan apa kegagalannya? (Nur Fauzi Pamungkas)
2. Fenomena pelepasan muatan korona disebabkan oleh
apa? (Fakhrian Riferly)
3. Bagaimana terjadinya kegagalan isolasi pada uap air,
partikel padat dan gelembung? (M. Fakry Mutahari)
4. Salah satu bentuk isolasi adalah gas SF6, apa saja unsur
kegagalan isolasinya? (Khalif Maulana)
5. Jelaskan mekanisme kegagalan isolasi pada isolasi
padat? (Denis Sinaga)
6. Isolasi cair adalah contoh isolasi pada trafo basah, jika
trafo kering, bagaimana isolasinya? (Nur Fauzi
Pamungkas)

24. Jawaban
1. Apakah isolasi yang terbuat dari keramik termasuk isolasi
padat? Dan apa kegagalannya? (Nur Fauzi Pamungkas)
Jawab:
Ya, isolasi yang terbuat dari keramik termasuk isolasi padat.
Kegagalannya isolasinya disebabkan oleh tekanan, bahan
elektroda, ketidakmurnian bahan.
2. Fenomena pelepasan muatan korona disebabkan oleh apa?
(Fakhrian Riferly)
Jawab: Pelepasan muatan ini pada umumnya terjadi pada gas
dan udara. Pelepasan muatan ini terjadi karena adanya
tumbukan yang menyebabkan ionisasi didalam gas/ udara bila
tegangan melebihi nilai tertentu.

25. 3. Bagaimana terjadinya kegagalan isolasi pada uap air, partikel padat
dan gelembung? (M. Fakry Mutahari)
Jawab:
Uap Air
Air dan uap air terdapat pada minyak, terutama pada minyak yang telah
lama digunakan. Jika terdapat medan listrik, maka molekul uap air yang
terlarut memisah dari minyak dan terpolarisasi. Jika jumlah molekul–
molekul uap air ini banyak, maka akan tersusun semacam jembatan yang
menghubungkan kedua elektroda sehingga terbentuk suatu kanal.
Partikel Padat
Partikel debu atau serat selulosa yang ada di sekeliling isolasi padat
(kertas) sering ikut tercampur dalam minyak. Pada saat terjadi medan
listrik, partikel–partikel ini akan terpolarisasi dan membentuk jembatan.
Arus akan mengalir melalui jembatan dan menghasilkan pemanasan lokal
serta menyebabkan terjadinya kegagalan pada minyak transformator.
Gelembung
Pembentukan gas karena terjadi dekomposisi pada minyak transformator
dapat mengakibatkan kegagalan. Adanya pengaruh medan yang kuat
antara elektroda, maka gelembung–gelembung gas dalam cair-an
tersebut akan saling sambung menyambung dan membentuk jembatan
yang mengawali terjadinya kegagalan pada minyak transformator.

26. 4. Salah satu bentuk isolasi adalah gas SF6, apa saja unsur
kegagalan isolasinya? (Khalif Maulana)
Jawab:
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.

27. 5. Jelaskan mekanisme kegagalan isolasi pada isolasi padat?
(Denis Sinaga)
Jawab:
Kegagalan asasi (intrinsik) adalah kegagalan yang disebabkan
oleh jenis dan suhu bahan ( dengan menghilangkan pengaruh
luar seperti tekanan, bahan elektroda, ketidakmurnian, kantong
kantong udara.
Kegagalan elektromekanik terjadi disebabkan oleh adanya
perbedaan polaritas antara elektroda yang mengapit isolasi
padat.
Kegagalan Steamer
Jika diterapkan tegangan V pada zat padat yang terapit oleh
elektroda bola-bidang, maka pada medium yang berdekatan,
misalnya gas atau udara, akan timbul tegangan. Gas yang
mempunyai permitivitas yang lebih rendah dari zat padat akan
mengalami tekanan listrik yang besar. Akibatnya, gas atau udara
tersebut akan mencapai kekuatan asasinya. Karena kegagalan
tersebut maka akan jatuh sebuah muatan pada permukaan zat
padat, sehingga medan yang tadinya seragam akan terganggu.

28. Kegagalan Termal
Jika kecepatan pembangkitan panas di suatu titik dalam bahan
melebihi laju pembuangan panas keluar, maka akan terjadi
keadaan yang tidak stabil dan pada suatu saat bahan akan
mengalami kegagalan. Kegagalan ini disebut kegagalan
termal.
Kegagalan Erosi
Terjadinya kegagalan erosi disebabkan oleh keadaan zat
isolasi padat yang tidak sempurna. Ketidaksempurnaan
tersebut misalnya berupa lubang-lubang atau ronggarongga
dalam bahan isolasi tersebut, sehingga akan terisi oleh gas
atau cairan yang kekuatan gagalnya lebih rendah daripada di
dalam zat padat.

29. 6. Isolasi cair adalah contoh isolasi pada trafo basah, jika trafo
kering, bagaimana isolasinya? (Nur Fauzi Pamungkas)
Jawab:
Isolasi trafo kering biasanya tedapat pada metode pendingin
yang terbagi menjadi udara alami pendinginan (AN) dan
memaksa pendingin udara (AF).