Evaluasi Performa Insulator Polimer Pada Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi

Insulator pada jaringan SUTT/SUTET sangat berperan vital sebagai pemisah antara konduktor yang bertegangan dengan crossarm yang terhubung ke ground melalui body tower. Selain sebagai pemisah antara bagian hot dan ground, insulator juga berfungsi sebagai penyanga mekanik yang menopang beban konduktor. Sehingga insulator harus memiliki resistansi insulasi yang tinggi, rasio kekuatan mekanik dengan beban yang tinggi dan biaya pemeliharaan yang rendah. Karena kebutuhan akan sifat tersebut, maka pemilihan insulator sangat bergantung pada pertimbangan ekonomis dan keterjaminan akan performa untuk jangka panjang.

Ada dua kelebihan utama yang hanya dimiliki oleh insulator polimer. Yang pertama adalah bobotnya yang ringan bila dibandingkan dengan insulator keramik dan kaca yang dengan bobotnya ini membuat desain tower dapat lebih ekonomis. Yang ke-dua adalah sifat hidrofobiknya yang membuat insulator ini bebas perawatan meskipun dipasang pada kondisi yang penuh kontaminan.

Analisa arus bocor (LC) pada insulator polimer

Penelitian yang dilakukan oleh Fernando et al dari Chalmers University of Technology, Swedia [1] yang bertujuan untuk menganalisa faktor penuaan pada insulator polimer yang dipasang di area pantai dan kawasan industri selama satu tahun. Penelitian tersebut dilakukan dengan menguji sample insulator polimer yang telah terpasang di area pantai dan kawasan industri pada iklim tropis, menunjukan bahwa kemampuan menahan polutan pada umumnya bergantung pada kemampuan sillicon rubber yang bersifat water repellent.

Pengukuran arus bocor tersebut dilakukan dengan menggunakan metode khusus yang dapat memonitor variasi dari drop tegangan pada shunt resistor dengan di-inject tegangan sebesar 19kV. Percobaan tersebut dilakukan untuk menganalisa sifat non-linier pada arus bocor serta membandingkan jumlah arus bocor dengan insulator keramik.

Hasilnya, insulator polimer yang telah terkontaminasi memiliki jumlah arus bocor yang relatif lebih kecil yaitu sebesar 0.005 mA dibandingkan dengan insulator keramik sebesar 0.4 mA pada kondisi pemasangan yang sama.

Mekanisme penumpukan polutan pada silicon rubber

Penelitian yagn dilakukan untuk memahami performa polimer juga dilakukan oleh Karady et al dari Arizona State University, USA [2]. Penelitian tersebut dilakukan untuk mengetahui performa insulator polimer yang terkontaminasi serta mekanisme flashover-nya.

Penelitian tersebut menunjukan bahwa permukaan yang bersifat hidrofobik, droplet air akan terkumpul menjadi titik-titik air sehingga tidak membasahi seluruh permukaan insulator yang mana dapat mengurangi jumlah arus bocor dan pembentukan dry band yang dapat memicu terjadinya flashover.

Hasil eksperimen mengindikasikan bahwa polusi berat ditambah kondisi basah yang terjadi dalam waktu yang lama akan meningkatkan terjadinya arus bocor karena permokaan hidrofobik yang terdegradasi. Meski begitu, permukaan dari silicon rubber akan teregenerasi kembali setelah permukaan insulator mengeris selama 10-12 jam. Regenerasi ini dapat terjadi akibat efek Low Molecular Weight Polymer Chain (LMW) pada permukaan silicon rubber.

Akan tetapi, kombinasi dari efek radiasi UV dan korona pada permukaan insulator dapat menyebabkan penuaan dini pada silicon rubber.

Sudah banyak penelitian terkait mekanisme terjadinya flashover pada insulator keramik. Tetapi pada insulator polimer yang menggunakan material silicon rubber menunjukan adanya perbedaan karakter pada saat terjadinya flashover dengan penjelasan sebagai berikut.

1. Polutan pada area pantai. Kontaminan pada insulator yang terpasang di tepi laut memiliki kecendrungan adanya kandungan garam yang larut pada droplet air. Lapisan anti air pada permukaan silicon rubber akan membuat air pada permukaan menjadi droplet dan akan menetes seperti air di permukaan daun talas. Pada insulator yang sudah menua, sinar UV dan korona akan mengurangi sifat hidrofobik ini dan berujung terbentuknya kerak akibat droplet yang terkandung garam yang mengering di permukaan insulator. Berdasarkan hasil eksperimen pada insulator yang dipasang pada penghantar di tepi laut selama 10 tahun, didapatkan hasil bahwa permukaan insulator yang paling banyak terjadinya penumpukan deposit debu dan garam yang telah mengerak berada pada area hot insulator. Hal ini karena pada sisi hot terjadi stress tegangan sehingga merusak sifat hidrofobik dan mempercepat proses penumpukan kontaminan.
2. Polutan di tengah daratan. Angin yang membawa debu dan polusi industri akan membentuk deposit partikel pada permukaan insulator. Embun dan kabut akan membuat lapisan polutan menjadi lembab dan membuat partikel polutan tersebut berubah menjadi kerak dan dapat memicu terjadinya flashover. Namun hal tersebut akan dapat berkurang saat insulator terkena air hujan.

Degradasi performa insulator akibat korona

Efek korona merupakan fenomena yang tidak bisa dihindari pada jaringan transmsi tegangan tinggi dengan arus AC dan hal ini dapat menyebabkan degradasi performa pada insulator polimer pada penggunaan jangka panjang. Menurut penelitian yang dilaksanakan oleh Saleem et al [3] Pada kondisi outdoor, kelembaban pada permukaan insulator dapat meningkatkan aktifitas korona. By product dari efek korona akan menghasilkan gas NO dan NO2 yang bereaksi dengan kelembabab dan menghasilkan HNO3 yang mana akan merusak core atau shank insulator. Korona juga menghasilkan elektron beban, ozone dan radiasi UV yang seperti kita singgung di atas, menjadi faktor utama terjadinya penuaan dini pada silicon rubber.

Efek korona pada permukaan polimer juga padat menghasilkan lapisan silika (chalking). Lapisan silika yang terbentuk akan memicu terjadinya porisitas material yang menyebabkan masuknya uap air kedalam material silicon rubber yang berakibat terjadinya kegagalam mekanis dan kegagalan isolasi dalam jangka waktu yang lama.

Pengaruh distribusi medan listrik terhadap proses penuaan pada insulator polimer

Selain menggunakan analisa arus bocor dan pengujian korona, pengujian dielektrik medan listrik juga dapat digunakan untuk justifikasi penuaan pada insulator polimer. Penelitian yang dilakukan oleh Youping Tu et al [4] melalui jurnal yang diterbitkan oleh IEEE Transaction On Power Delivery menunjukan adanya grafik U pada medan listrik disepanjang string insulator. Dimana pada bagian hot dan cold cendrung merasakan medan listrik yang tinggi. Sebarannya antara lain pada sisi hot medan listrik yang diterima oleh sheed sebesar 4.8 kV/cm, pada sisi cold sebesar 1.9 kV/cm dan pada bagian tengah sebesar 0.2 kV/cm.

Hasil tersebut menunjukan penuaan pada sisi hot cendrung akan lebih cepat diikuti penuaan pada sisi cold. Hal ini mendukung penelitian yang dilakukan oleh Karady. Penelitian ini juga memperkuat argumen yang menyebutkan bahwa medan listrik yang tinggi akan menyebabkan penuaan lebih cepat karena adanya efek korona pada permukaan insulator. Korona tersebut akan membuat efek molekular pada material silicon rubber sehingga performa dari weather sheed akan terdegradasi.

Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan pada berbagai variabel menunjukan insulator polimer dengan material silicon rubber memiliki keunggulan dalam ketahanan di kondisi luar ruangan baik itu di tepi pantai atau di tengah daratan meskipun tanpa pemeliharaan. Namun begitu, insluator polimer bukan tanpa permasalahan, yakni percepatan usia penuaan.

Penuaan pada insulator polimer merupakan masalah serius yang harus diantisipasi apabila kita ingin performa insulator polimer yang terpasang dapat bekerja maksimal dalam waktu yang lama, baik performa elektrikal maupun mekanikal. Ada beberapa metode yang dapan dilakukan untuk memperpanjang usia dari material polimer diantaranya penggunaan corona ring/gradding ring pada sisi hot insulator dan disarankan tidak menggunakan arcing horn karena penggunaan arcing horn pada insulator polimer akan membuat persebaran medan listrik di permukaan insulator menjadi tidak merata dan memicu terjadinya penuaan dini pada insulator.

Referensi

1. M.A.R.M. Fernando, S.M. Gubanski. Analysis of Leakage Current Wave Forms for Field-aged and New Composite Insulator. Chalmers University of Technology, Sweden
2. George G. Karady. Flashover Mechanism of Silicone Rubber Insulators Used for Outdoor Insulation. Arizona State University, USA
3. Muhammad Zaheer Saleem and Mohammad Akbar. Review of the Performance of High-Voltage Composite Insulation. Ghulam Ishaq Khan Institute of Engineering Science and Technology, Pakistan.
4. Youping Tu, Hui Xhang, Zhou Xu, Jingjing Chen and Conghui Chen. Influences of Electric-Field Distribution Along the String on the Aging of Composite Insulators. IEEE Transactions On Power Delivery. 2013