Bushing
BUSHING
1 Umum
Biasanya, untuk keamanan elektrik, konduktor tegangan tinggi dilalukan
menerobos suatu bidang yang dibumikan, melalui suatu lubang terbuka yang dibuat
sekecil mungkin dan biasanya membutuhkan suatu pengikat padu yang disebut bushing.
2 Konstruksi Suatu Bushing
Konstruksi suatu bushing
sederhana ditunjukkan pada gambar 3.1.
Bagian utama dari suatu bushing adalah inti atau konduktor, bahan dielektrik dan flans yang
terbuat dari logam. Fungsi inti adalah menyalurkan arus dari bagian dalam
peralatan ke terminal luar dan bekerja pada tegangan tinggi. Dengan bantuan
flans, isolator diikatkan pada badan peralatan yang dibumikan.
Bushing untuk tegangan AC sampai 30 kV dibuat dari
porselen atau damar tuang; untuk tegangan yang lebih tinggi, bahan isolasi yang
lebih disukai adalah minyak trafo, gulungan hardboard
atau softpaper dan kombinasi
dielektrik cair dan padat, kemudian dibungkus dengan kerangka porselen.
 |
Gambar 3.1 a memperlihatkan tekanan elektrik aksial Ea yang
dapat menimbulkan peluahan luncur pada permukaan isolator. Tekanan elektrik
radial Er dapat menimbulkan peluahan parsial pada rongga-rongga yang terdapat
di antara flans dengan bagian luar isolator dan di antara inti dengan bagian dalam isolator. Untuk mencegah
terjadinya peluahan ini, maka di antara isolator dengan flans diberi lapisan
konduktif dengan teknik penyemprotan; dan ujung lapisan yang terbentuk ditekuk
untuk mengurangi efek medan pinggir. Untuk mencegah peluahan parsial pada
ruang-ruang udara terbuka yang terdapat di antara inti dengan bahan isolasi,
maka di antara inti dengan isolator dibuat juga lapisan konduktif atau
mengusahakan inti berpadu dengan isolator. Misalnya dengan membuat isolasi dari
bahan damar tuang sehingga intinya melekat langsung dengan dielektriknya,
dengan demikian peluahan parsial pada ruang di antara inti dengan isolator
dapat dicegah. Masalah peluahan luncur dapat dapat juga diatasi dengan
mengurangi efek medan pinggir, yaitu dengan menekuk ujung elektroda dan membuat
elektroda melekat ke bahan isolasi. Kemudian dengan pemilihan profil isolator
yang tepat, maka kuat medan pada bidang miring yang berbatasan dengan udara
dapat dikurangi di bawah nilai yang diizinkan. Jika tegangan suatu bushing porselen ditinggikan, maka pada
harga suatu tegangan tertentu akan terjadi peluahan parsial pada rongga-rongga
udara yang terdapat di antara elektroda dengan isolator; dan jika tegangan
terus dinaikkan maka akhirnya akan terjadi peristiwa lewat-denyar. Dengan
perkataan lain, kejadian lewat denyar pada busing porselen lebih dahulu diawali
dengan kejadian peluahan parsial, karena pada bushing ini tidak ditemukan rongga-rongga udara di antara elektroda
dengan isolator. Karena damar mudah dilekatkan ke metal dan dapat dicetak dalam
berbagai bentuk, maka jenis isolasi damar menawarkan berbagai kemungkinan
bentuk konstruksi.
Prinsip perataan
distribusi tegangan pada awalnya tidak mempertimbangkan jenis bahan isolasi,
tetapi pada akhirnya hal itu harus diperhatikan karena adanya hubungan tegangan
awal peluahan pada pinggir elektroda yang runcing dengan ketebalan bahan
isolasi yang menyelubungi elektroda tersebut. Jika tidak memakai tabir elektroda sebagai
pengendalimedan pinggir, maka harus dipilih bahan isolasi yang tipis.
2.1 Perataan Distribusi Tegangan Pada Suatu Bushing
Bushing untuk tegangan di atas 60 kV biasanya dilengkapi
dengan elektroda perata distribusi tegangan, yaitu elektroda tipis yang
dipasang di antara flans dengan inti
(lihat gambar 3.1 b). Elektroda ini disebut elektroda perata atau sering juga
disebut elektroda pengantara (intermediate
electrode). Penambahan elektroda perata membuat diameter flans semakin besar. Untuk mengurangi
penambahan diameter bushing, maka
bahan elektroda perata dibuat dari bahan logam tipis (foil). Dengan adanya beberapa elektroda perata di antara inti
dengan flans, maka ada beberapa
kapasitor yang terhubung seri di antara inti dengan flans seperti ditunjukkan
pada gambar 3.1 c. Dengan mengatur diameter dan panjang elektroda perata, nilai
kapasitansi dari setiap kapasitor dapat dibuat sama (C1=C2)
sehingga potensial pada bidang batas antara bahan isolasi dengan medium sekitar
menjadi sama rata. Hal ini mendorong perlunya dibuat pembagian kapasitansi yang
merata dengan halus, yang dalam prakteknya hanya dapat direalisasi jika bahan
isolasi terbuat dari gulungan pita tipis. Oleh karena itu, prinsip perata
tegangan hanya dapat digunakan jika bahan isolasi bushing terbuat dari hardboard
atau softpaper dan film plastik. Pada gambar 3.2,
diperlihatkan efek elektroda perata terhadap distribusi medan elektrik pada
suatu bushing silindris.
 |
Telah ditunjukkan pada
gambar 3.1, bahwa tekanan elektrik yang dialami oleh suatu bushing terdiri dari medan elektrik radial (Er) dan
aksial (Ea). Tekanan
elektrik kritis terdapat pada bidang batas permukaan isolasi dengan media
sekitar. Komponen radial Er dari kuat medan listrik dapat menyebabkan
tembusnya bahan isolasi, sementara komponen aksial Ea pada keadaan
tertentu dapat menyebabkan peluahan luncur di sepanjang bidang batas. Kekuatan
elektrik bahan isolasi ditentukan oleh tegangan yang menimbulkan terjadinya
lewat denyar pada bidang batas, karena nilainya lebih rendah dari tegangan yang
menimbulkan terjadinya tembus listrik pada isolator. Oleh karena itu, dapat
dikatakan bahwa tekanan elektrik arah aksial jauh lebih kritis daripada tekanan
elektrik arah radial.
2.2 Perhitungan Tegangan
Awal Peluahan (Inception Voltage)
Tebal lapisan dielektrik di antara dua elektroda perata sangat kecil
dibandingkan dengan diameternya. Sehingga perhitungan tegangan awal peluahan
dapat dilakukan seperti halnya pada model kapasitor plat sejajar, di mana
tegangan awal peluahan parsial bolak-balik pada pinggir elektroda dapat
dihitung secara pendekatan, yaitu:
...................................................................... 3.1
Di mana s adalah tebal
lapisan dielektrik dalam cm dan kk adalah factor konfigurasi yang tergantung
pada jenis elektroda dan dielektrik. Nilai kk dapat diasumsikan seperti pada Tabel 3.1.
Konfigurasi
|
Kk
|
|
Pinggir / ujung
logam
|
Di udara
|
8
|
Dalam SF6
|
21
|
|
Pinggir metal atau grafit dalam minyak
|
30
|
|
Pinggir grafit
di udara
|
12
|
|
2.3 Kapasitansi
Satu Lapisan
Agar pemakaian isolasi optimal maka ukuran elektroda perata diatur
sedemikian sehingga beda tegangan pada setiap lapisan merata, yaitu sebesar:
....................................................................................... 3.2
Di mana ΔV adalah beda tegangan di antara dua
elektroda perata yang berdekatan, N adalah jumlah total lapisan.
Untuk memperoleh keadaan di atas, kapasitansi setiap kapasitoryang dibentuk
oleh dua elektroda yang berdekatan harus sama (C1=C2 atau
Cn-1=Cn). Ada dua kemungkinan yang dapat dilakukan untuk
memperoleh keadaan tersebut, yaitu: mengatur tebal lapisan atau diameter
elektroda, atau mengatur panjang elektroda perata.
Ukuran elektroda perata suatu bushing
dapat dihitung dengan bantuan gambar 3.3, di mana ditunjukkan suatu lapisan
dielektrik yang berada di antara elektroda perata ke n dengan elektroda perata
ke n-1. Lapisan dinomori mulai dari titik pusat (n = 0) sampai ke pinggir flans
(n = n).
 |
Misalkan tebal lapisan dielektrik adalah:
................................................................................. 3.3
Jika selisih pinggir dua elektroda berdekatan di sisi kiri bln
sama dengan di sisi kanan brn, maka diperoleh bushing yang simetris. Selisih pinggir elektroda kiri dan kanan
akan berbeda jika dielektrik yang berbatasan dengan isolator bushing berbeda, misalnya pada trafo
daya, di mana sebagian isolator bushing
berbatasan dengan udara dan sebagian lagi berbatasan dengan minyak trafo. Dalam
hal ini, bahagian isolator bushing
yang berbatasan dengan udara lebih panjang dari bahagian isolator bushing yang terbenam dalam minyak
trafo.
Dengan mengabaikan efek medan pinggir, maka kapasitansi yang dibentuk dua
elektroda berdekatan adalah sebagai berikut:
............................................................................ 3.4
Di mana εr adalah
permeabilitas relative bahan dielektrik isolator bushing.
Karena semua kapasitor
Cn terhubung seri satu dengan lainnya, dan tegangan pada setiap satu
kapasitor sama sebesar ΔV, maka kapasitansi Cn = konstan = C.
Ada dua kemungkinan
perataan yang dilakukan, yaitu perataan arah radial dan perataan tegangan arah
aksial. Berikut ini akan dijelaskan
perhitungan dimensi elektroda perata untuk masing-masing jenis perataan
tersebut.
2.4 Perataan
Tegangan Arah Radial
Untuk perataan tegangan pada arah radial, maka kuat medan radialnya Er
= ΔV/Sn
harus konstan. Hal ini dapat dipenuhi apabila tebal lapisan dielektrik Sn
konstan. Dengan persamaan dapat diturunkan kapasitansi Cn+1:
........................................................................ 3.5
Agar tegangan pada setiap lapisan sama, maka harus dipenuhi persyaratan Cn+1=Cn.
Dengan mempersamakan persamaan 3.4 dengan 3.5, maka diperoleh:
......................................................................... 3.6
Bila lapisan dielektrik sangat tipis dibandingkan
terhadap radius elektroda, atau
Sn = rn-rn-1 <<
rn, maka dapat dituliskan:
................................................................................ 3.7
Dengan persamaan 3.7 dapat ditentukan tebal lapisan berikutnya dengan menggunakan
data tebal lapisan sebelumnya. Biasanya, radius lapisan paling dalam diketahui
lebih dahulu, yaitu sama dengan radius konduktor di mana pemilihan radius
konduktor ditentukan dengan mempertimbangkan arus yang akan dialirkannya. Tebal
dielektrik Sn diperoleh dari ΔV yang dirancang pada satu lapisan
dielektrik dan harga maksimal medan radial Er yang diizinkan terjadi
pada bahan dielektrik:
................................................................................... 3.8
Jika panjang a0 ditetapkan, maka ukuran
elektroda-elektroda yang lain dapat ditentukan.
2.5 Perataan
Tegangan Arah Aksial
Untuk perataan aksial, kuat medan aksialnya harus konstan:
............................................................... 3.9
Kemudian selisih pinggir elektroda berdekatan pada setiap sisi (kiri dan
kanan) harus sama panjang dan konstan ; Bln = konstan = b1,
brn = konstan = br.
Dengan demikian panjang satu elektroda dapat dituliskan:
....................................................................... 3.10
Agar Cn+1=Cn, maka syaratnya
adalah:
.................................................................... 3.11
Dengan pendekatan bahwa lapisan dielektrik dianggap sangat tipis
dibandingkan terhadap radius elektroda, atau Sn = rn-rn-1
<< rn, maka dapat dituliskan:
..................................................................... 3.12
Dimensi lapisan berikutnya diperoleh dengan menggunakan data dimensi
lapisan sebelumnya. Panjang lintasan kawat denyar L dihitung dengan pendekatan
sebagai berikut (lihat gambar 3.2 a):
...................................................................................... 3.13
Urutan perhitungan bushing dengan
perata aksial adalah sebagai berikut:
1.
Tentukan terlebih dahulu jumlah
lapisan N dengan berpedoman kepada pengalaman, bahwa tegangan pegujian AC (Vp)
di antara dua lapisan adalah sekitar 12 kV. Sebagai contoh, untuk bushing 110 kV dengan Vp
sebesar 260 kV, maka banyak lapisannya adalah sekitar N=260/12=22.
2.
Pilih panjang lewat denyar L
dengan mempertimbangkan bahwa pada tegangan Vp, kuat medan rata-rata pada
permukaan bidang batas harus lebih rendah dari batas yang ditentukan. Untuk udara batas kuat medan dapat
dimisalkan sekitar 3 s/d 4 kV/cm; dan di dalam minyak tergantung dari
konstruksi dan komponen minyak yang digunakan. Tetapi secara umum dapat diambil
nilainya sekitar 2 sampai 4 kali lebih tinggi dari yang diizinkan untuk udara.
Dengan diketahuinya L, maka panjang br dan b1 dapat
dihitung dengan persamaan .
3.
Biasanya,
radius inti r0 dan panjang total a0 sudah diketahui
sebelumnya. Kemudian ditetapkan nilai awal r1, dengan demikian nilai
r yang lain dapat dihitung dengan persamaan
.
4.
Akhirnya,
dilakukan pemeriksaan terhadap hasil perhitungan. Harus dipenuhi syarat bahwa
kuat medan radial Er tertinggi pada saat tegangan sama dengan
tegangan uji (Vp) tidak boleh melebihi kekuatan dielektrik bahan
isolasi, dan tegangan kerja tertinggi yang diizinkan harus jauh lebih kecil
dari Ve (lihat persamaan 3.3).
3 Beberapa Pokok
Pengujian Tegangan Tinggi
Adapun pokok-pokok
pengujian tegangan tinggi dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Kelas
Isolasi
(kV)
|
Tegangan Pengujian AC *)
|
Tegangan Pengujian *)
Impuls Kering
± (1 x 40) mikrodetik
(kV)
|
|||
Pasangan Luar (kV)
|
Pasangan
Dalam (kV)
|
||||
Kering
1 Menit
|
Basah
10 Detik
|
Kering
1 Menit
|
Pasangan
Luar
|
Pasangan Dalam
|
|
3
|
25
|
20
|
20
|
50
|
45
|
6
|
30
|
25
|
25
|
65
|
60
|
10
|
45
|
35
|
35
|
100
|
90
|
20
|
70
|
60
|
60
|
165
|
150
|
30
|
95
|
80
|
80
|
220
|
200
|
(40)
|
(120)
|
(100)
|
(275)
|
||
(50)
|
(145)
|
(120)
|
(300)
|
||
60
|
175
|
145
|
385
|
||
70
|
200
|
165
|
440
|
||
*) ( )
Kwasi-standar pengujian dielektrik untuk bushing
4 Pengujian Isolator
Pengujian lompatan 50 % dilakukan dan grafik hubungan tegangan dengan waktu
diambil, hanya untuk keadaan kering. Untuk lebih jelasnya tentang pengujian
terhadap isolator, lihat tabel di bawah
ini :
Isolator
Gantung
|
Isolator
Tegangan Tinggi
“Pin-Type”
|
Isolator EHV “Pin-Type”
|
||||||||
250
mm
|
180
mm
|
Pin
Besar
|
Pin
Kecil
|
10
kV
|
20
kV
|
30
kV
|
40
kV
|
50
kV
|
60
kV
|
|
Tegangan Lompatan
50 %, Bolak-balik,
50 Hz, Kering (kV)
|
80
|
60
|
50
|
45
|
85
|
110
|
135
|
160
|
185
|
210
|
Tegangan Lompatan
50 %, Bolak-balik,
50 Hz, Basah (kV)
|
50
|
32
|
30
|
27
|
55
|
75
|
95
|
115
|
135
|
155
|
Tegangan
Lompatan
50 %, Impuls
(kV)
|
125
|
100
|
120
|
160
|
200
|
240
|
280
|
320
|
||
Tegangan Tembus
(Kv)
|
140
|
120
|
90
|
80
|
150
|
200
|
250
|
270
|
300
|
350
|
Tegangan Ketahan 50 Hz (kV)a)
|
75
|
55
|
45
|
40
|
c)
|
c)
|
c)
|
c)
|
c)
|
c)
|
Tegangan Ketahanan 50 Hz
dalam minyak
(kV)b)
|
75
|
65
|
||||||||
Tegangan
Frekuensi Tinggi (kV)
|
Tegangan frekuensi tinggi selama 3-5
detik
|
|||||||||
Catatan :
a)
Tegangan diterapkan selama 2 menit
b)
Tegangan diterapkan selama 1 menit
c)
Pengujian lapisan dilakukan sebagai
berikut :
Untuk setiap
lapisan tegangan sebesar 90 % dari tegangan lompatan minimum untuk setiap
lapisan diterapkan selama 2 menit.
Untuk dua
lapisan tegangan sebesar 90 % dari tegangan lompatan kering diterapkan selama 2
menit.
5 Pengujian Pada Bushing
Pengujian yang
dilakukan terhadap suatu bushing
meliputi : pengukuran Tg δ, pengukuran peluahan parsial, pengujian ketahanan
AC, pengujian peluahan terlihat, pengujian ketahanan impuls penuh, pengujian
ketahanan impuls terpotong dan surja hubung.
5.1 Pengukuran Tg δ
Pengukuran Tg δ merupakan pengujian rutin. Alat ukur yang
digunakan adalah jembatan Schering.
Tg δ
diukur dengan bushing tetap terpasang
pada peralatan atau dicelupkan dalam minyak. Konduktornya dihubungkan ke
terminal tegangan tinggi trafo uji sedang tangki atau badan dihubungkan ke
terminal detektor jembatan Schering.
Tegangan pengujian dinaikkan secara bertahap, kemudian diturunkan secara
bertahap juga. Kapasitansi dan Tg δ pada setiap tahap tegangan diukur. Kemudian kurva yang menyatakan hubungan
tegangan dengan kapasitansi dan Tg δ digambar.
5.2 Pengukuran
Peluahan Parsial
Pengukuran ini
merupakan pengujian rutin yang bertujuan untuk menemukan adanya deteriorasi
atau kegagalan isolasi karena terjadinya peluahan muatan sebagian dalam
isolator bushing. Pengukuran
dilakukan dengan detektor peluahan parsial. Pengukuran dilakukan untuk berbagai
tegangan sehingga diperoleh kurva yang menyatakan hubungan besaran peluahan
dengan tegangan.
5.3 Pengujian
Ketahanan AC
Rangkaian dan prosedur pengujiannya sama dengan pengujian isolator. Lama
pengujian adalah satu menit. Pengujian dilakukan pada kondisi kering dan basah.
Bushing dinyatakan baik jika selama
pengujian tidak terjadi lompatan api.
5.4 Pengujian
Peluahan Terlihat
Pengujian ini
dimaksudkan untuk menentukan apakah bushing
menimbulkan interferensi radio saat bekerja. Peluahan terlihat dengan mata adalah peluahan yang
terjadi pada cincin perata (grading ring)
dan tanduk pelindung (arching horn).
Alat penguji sama dengan alat penguji ketahanan AC, hanya dilakukan dalam ruang
gelap.
5.5 Pengujian
Ketahanan Impuls Penuh
Pengujian ketahanan
impuls penuh dilakukan dalam dua keadaan, yaitu dalam keadaan bushing terpasang sebagaimana di
lapangan dan dalam keadaan dicelup dalam minyak. Tegangan pengujian adalah tegangan impuls penuh
standar, dengan polaritas yang sesuai dengan spesifikasi. Tegangan impuls
diberikan lima kali. Jika terjadi dua kali lompatan api, maka bushing dinyatakan gagal uji. Jika
lompatan api terjadi satu kali, maka diadakan pengujian tambahan 10 kali lagi.
Jika tidak terjadi lompatan api, maka bushing
dinyatakan lulus uji.
Jika bushing dicelupkan dalam
minyak isolasi, maka pengujian dilakukan dengan tegangan impuls standar,
gelombang penuh dan 15 % lebih tinggi dari tegangan pengujian bushing di udara. Tegangan impuls
diberikan lima kali. Bushing
dinyatakan lulus uji jika tidak terjadi lompatan api.
5.6 Pengujian Ketahanan Impuls Terpotong dan Surja Hubung
Adakalanya bushing diuji dengan
tegangan tinggi impuls terpotong. Pengujian ini biasanya dilakukan terhadap
bushing bertegangan di atas 220 kV. Saat ini dilakukan juga pengujian peluahan
surja hubung terhadap bushing
tegangan tinggi. Pengujian dilakukan seperti halnya pengujian ketahanan impuls
penuh di atas.
6 Pemerisaian (shielding)
Penggunaan elektroda
perata atau penambahan perisai (shielding) untuk meningkatkan mutu peralatan
atau untuk menjaga ketelitian pengukuran dengan sensitivitas tinggi bukanlah
hal baru.
Pengukuran dengan sensitivitas tinggi sering dilakukan dalam
percobaan-percobaan yang menggunakan tegangan tinggi. Pengukuran peluahan
parsial dalam prakteknya dapat terganggu ketika ada bagian sirkit bertegangan
tinggi yang menunujukkan reaksi seperti antena atau penerima gelombang
elektromagnetik dari luar. Selain itu, gelombang elektromagnetik dapat timbul
ketika terjadi peristiwa tembus listrik pada sirkit bertegangan tinggi, dan hal
ini dapat menyebabkan efek gangguan terhadap sekitarnya. Dalam prakteknya
menunjukkan bahwa pengaruh gangguan dari luar pada pengukuran tegangan tinggi
dengan sensitivitas tinggi secara umum lebih kuat daripada gangguan yang
disebabkan oleh penelitian tegangan tinggi itu sendiri. Ini berdasarkan
kenyataannya bahwa pulsa-pulsa pengganggu yang berasal dari sirkit bertegangan
tinggi hanya sesekali dan terjadi dalam waktu yang singkat. Sebagai contoh alat
yang menyebabkan gangguan eksternal adalah kendaraan dengan bodi yang tidak
tepat atau motor listrik yang menghasilkan interferensi permanen.
Peniadaan yang hampir
sempurna terhadap gangguan dari luar terhadap pengukuran, dan pada waktu yang
sama peniadaan gangguan dari penelitian terhadap sekitarnya, dapat dengan
menggunakan logam tanpa cacat. Pada prakteknya, logam ini dijadikan perisai, dan cara kerja logam ini
menyerupai sangkar Faraday. Standar
yang diwajibkan terhadap logam yang direncanakan akan digunakan untuk perisai
memiliki perbedaan yang cukup besar dengan logam yang dijadikan sebagai lantai
laboratorium tegangan tinggi.
Pemasangan sangkar Faraday yang
sempurna sangat diperlukan untuk setiap penelitian. Tetapi perhatian ini lebih
ditekankan ketika pengukuran peluahan parsial dengan sensitivitas tinggi
dilakukan.
7 Silinder Konsentris
Bushing yang telah dilengkapi dengan
elektroda perata dapat diilustrasikan menjadi sebuah silinder konsentris
seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.4 di bawah ini.
 |
Adapun medan listrik yang dialami oleh P di titik sebarang dapat ditulis
dengan :
3.14
Di mana : Ep = medan listrik yang dialami
oleh P (N/C)
V = tegangan yang diterapkan (Volt)
X = jarak P dengan sumbu silinder dalam (m)
R = jari-jari silinder luar (m)
r = jari-jari silinder dlam (m)
Medan listrik maksimal yang dialami oleh silinder konsentris adalah :
3.15
Jari-jari optimal (rop)
adalah nilai jari-jari silinder dalam yang menyebabkan besar medan listrik maksimal yang terkecil yang
terjadi pada silinder konsentris dan dapat ditulis dengan :
3.16
Dan,
3.17
Di mana : Eop = medan listrik
maksimal yang terkecil yang dialami oleh
silinder konsentris
(N/C)
Komentar
Posting Komentar