## EFEK KEGAGALAN ALAT FLUE GAS DESULPHUR TERHADAP TEGANGAN LEWAT DENYAR ISOLATOR DI GARDU INDUK PEMBANGKITAN TANJUNG JATI B JEPARA
1 Tedy Juliandhy, 2 T.Haryono, 3 Suharyanto
1 Program Pascasarjana Teknik Elektro dan Informatika, Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada
2,3 Staff pengajar , Program Pascasarjana Teknik Elektro dan Informatika, Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada
ABSTRAK — Tegangan  Lewat  denyar  ( flashover )  adalah    fenomena  pelepasan  muatan    bersifat merusak  yang  melintasi    seluruh  bagian  permukaan  isolator.  Pelepasan  muatan  ini  disebabkan pembebanan medan listrik pada permukaan isolator yang melebihi harga ketahanan elektriknya. Penyebab terjadinya  tegangan lewat denyar adalah  pengotoran permukaan isolator, hujan asam,  surja  hubung dan surja petir. Salah satu penyebab Kegagalan isolasi pada isolator tegangan tinggi di Gardu induk Tanjung Jati  B  Jepara  adalah    timbulnya  hujan  asam  akibat  kondensasi  asap  yang  keluar  dari  cerobong    PLTU Tanjung  Jati  B.    Hujan  asam  timbul  karena  kegagalan  peralatan Flue  Gas  Desulphur (  FGD  )  yang dipasang di PLTU untuk mengurangi gas emisi sebagai persyaratan pembangkit listrik ramah lingkungan yang  diprogramkan  pemerintah  melalui  departemen  Lingkungan  Hidup.  Tindakan  nyata  ini  dilakukan untuk menepis anggapan bahwa PLTU dengan bahan bakar batubara merupakan salah satu industri yang mengeluarkan  gas    emisi  SOx  dan  NOx  yang  tinggi  pada  proses  operasionalnya.  Efek  gas  emisi  ini merupakan  salah  satu    penyebab terjadinya  hujan asam pada  lingkungan.    Banyaknya    kadar keasaman hujan  asam  yang  terjadi  di  daerah  industri  akan  selalu  berpengaruh  terhadap  jaringan  listrik  tegangan tinggi  yang  sedang  beroperasi  menyalurkan  daya  listrik.    Adakalanya  fungsi    peralatan  tegangan  tinggi seperti isolator di gardu induk yang menyalurkan daya listrik pada jaringan SUTET 500 kV pada jaringan JAMALI  di  pulau  Jawa  terganggu  dalam  sistim  operasinya  karena  polutan  yang  menempel  di  isolator. Hujan dengan pH antara 4 – 5 dikategorikan sebagai hujan asam dan pada pengujian ini mempengaruhi penurunan tegangan saat terjadinya flashover sebesar  145.5 kV – 142.5 kV  dari tegangan kerja, hal ini menyebabkan isolator sebagai bahan isolasi dapat diperkecil jarak rayap permukaan isolatornya sehingga dapat  berpengaruh  terhadap  ketahanan  suatu  isolator  dalam  menjalankan  fungsinya  sebagai  alat  untuk menahan terjadinya kegagalan tegangan lewat denyar ( Flashover ) dari bagian-bagian yang bertegangan.
Kata Kunci : Flashover, Isolator, FGD, Hujan asam, pH, SUTET, JAMALI.
ABSTRACT — Flashover is a disorder condition that occurs in the  form of sparks appearing between insulators  or  electrical  component  of  high  voltage.  This  can  occur  due  to  insulation  failure  of  the  high voltage system.  Failure of insulation in high voltage insulators in Tanjung Jati B Jepara Substation  is one of  the  causes  of  acid  rain  due  to  the  condensation  of  smoke  from  the  Tanjung  Jati  B    power  plant chimney. Acid rain arises due to  failure Flue Gas Desulphur ( FGD ) devices were installed in the plant to  reduce  gas  emissions  as  a  condition  of  eco-friendly  power  plant  that  is  planned  by  the  government through  the  department  of  Environment.  The  real  action  is  taken  to  dismiss  the  notion  that  Coal  Fired Power Plant (CFPP) is one of the industries that emit SOx and NOx emissions are  high on  operational processes. The effects of gas emissions is one of the causes of acid rain on the environment. The amount of acidity of acid rain that occurred in the industrial area will always affect the high voltage power lines that  distribute  power  in  operation.  Sometimes  the  equipment  functions  as  an  insulator  in  high  voltage substations that distribute power at 500 kV network SUTET JAMALI network on the island of Java in a system of operation is interrupted because of pollutants attached to the  insulator. Rain with a pH between 4-5  categorized  as  acid  rain  and  the  test  affects  the  time  of  the  flashover  voltage  drop  of    145.5  kV  – 142.5  kV  of  the    working    voltage  ,  this  causes  an  insulator  as  insulation  materials  can  be  minimized distance insulator surface so that termites can affect the resistance of an insulator in its function as a tool to restrain the occurrence of flashover voltage  from voltage parts.
Keywords : Flashover, Insulator, FGD, Acid rain, pH, SUTET, JAMALI.

## I. PENDAHULUAN
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (  PLTU  ) Tanjung Jati B terletak di Jepara Jawa Tengah. PLTU  Tanjung  Jati  B  memiliki  4  unit pembangkit dengan karakteristik dan spesifikasi yang sama ( 4 X 710 MW ) mensuplai sekitar 9 %    total  daya  listrik    untuk  memenuhi kebutuhan daya listrik di Pulau Jawa, Bali, dan Madura.  Sebagai  pembangkit  listrik  dengan kapasitas  besar  maka performance dan reliability PLTU  Tanjung  Jati  B  diharapkan juga  sejalan  dengan  program  pemerintah  yang merencanakan  program  langit  biru  dan  Go- green.
PLTU  Tanjung  Jati  B  adalah    PLTU pertama  di  Indonesia  yang    menerapkan teknologi    FGD      ( Flue  gas  Desulphur ). Teknologi  FGD  adalah    teknologi  yang menyerap  gas  emisi  hasil  proses  pembakaran batubara  di Power  plant berbahan  bakar batubara.
Pada  jaringan    hantaran  udara,  isolator digunakan  sebagai  penggantung  dan  penopang konduktor.  Di  Gardu  Induk  isolator  digunakan sebagai  pendukung  peralatan  tegangan  tinggi seperti saklar pemisah    ( Disconnecting Switch ),  pendukung  konduktor  penghubung,  dan penggantung rel daya. Isolator berfungsi secara mekanik  untuk  menahan  beban  kawat  saluran udara, secara elektrik mengisolasi saluran yang bertegangan  dengan  menara  atau  saluran dengan saluran sehingga tidak terjadi kebocoran arus  dan  dalam  gradien  medan  tinggi  terjadi lompatan listrik baik lewat denyar ( flashover ) atau  percikan  ( sparkover ).  Salah  satu  faktor yang  mempengaruhi  proses  kegagalan  isolator adalah  hujan  asam  .  Keandalan  isolator pasangan  luar  sangat  berhubungan  dengan keandalan  sistim  pembangkitan  di  PLTU Tanjung  Jati  B.  Dengan  keandalan  dan perawatan  yang  berkala  diharapkan  tingkat keandalan  PLTU  tanjung  jati  B  dapat dipertahankan dan dapat mensuplai daya listrik ke dalam jaringan JAMALI 500 kV.

## II. TINJAUAN PUSTAKA
Isolator  berfungsi  secara  mekanik  untuk menahan  beban  kawat  saluran  udara,  secara elektrik  mengisolasi  saluran  yang  bertegangan
dengan  menara  atau  saluran  dengan  saluran sehingga tidak terjadi kebocoran arus dan dalam gradien  medan  tinggi  terjadi  lompatan  listrik baik  lewat  denyar ( flashover )  atau  percikan  ( sparkover ) [2], [6], [11], [12], [15], [16]. Kegagalan alat Flue Gas Desulphur ( FGD ) sebagai  alat  penyerap  gas  buang  pada Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (  PLTU  ) modern [3, 18] yang dipasang di PLTU Tanjung Jati  B,  mengakibatkan  peningkatan  gas  buang seperti NH4Cl, HNO3, MgSO4, SOx, NOx [1], [2],[5],[13] . Akibat kegagalan ini maka kondisi lingkungan di sekitar Pembangkitan Tanjung Jati B  terjadi  hujan  asam  yang  timbul  dari  proses kondensasi  dari  gas  buang  yang  dikeluarkan cerobong ( chimny ) PLTU.
Hujan  asam  [4],  [13],[14],  [16]  yang  terjadi dilingkungan Gardu Induk (GI ) Tanjung Jati B menimbulkan  tegangan  lewat  denyar, corona , percikan  dan  arus  bocor  [9],[10],  [15],[16]. Kondisi ini  dapat  mengakibatkan  gangguan  dan menurunkan keandalan ( reliability ) pada PLTU Tanjung  Jati  B  dalam  menyalurkan  daya  listrik pada sistim transmisi 500 kV dan transmisi 150 kV .
Untuk  mengetahui  efek  dari  kegagalan  alat FGD  maka  dilakukan  pengujian  terhadap isolator  rantai type  single  tension di laboratorium listrik Tegangan Tinggi Universitas  Gadjah  Mada.  Pengujian  ini dilakukan  untuk  mengetahui  besarnya  tegangan lewat  denyar,  arus  bocor  dan  pengaruh  derajat keasaman  (  pH  )  larutan  kontaminasi  pada isolator .
Dari hasil pengujian laboratorium diharapkan data  dan  informasi  yang  berguna  bagi manajemen  PLTU  Tanjung  Jati  B  untuk mengantisipasi  terjadinya  gangguan  lewat denyar, arus bocor dan corona yang terjadi pada peralatan  di  Gardu  induk.  Dengan  data  yang didapat  juga  diharapkan  dapat  meningkatkan keandalan  PLTU  Tanjung  Jati  B  dalam mengirim daya listrik pada jaringan 500 kV dan 150  kV  [7,17].  Selain  itu  ikut  sertanya partisipasi  manajemen  PLTU  Tanjung  Jati  B dalam program pemerintah yaitu Langit biru dan Go green dapat terwujud dengan baik.

## III. METODOLOGI
I. EKSPERIMEN

## A. Sampel
Sampel  yang  digunakan  dalam  penelitian ini adalah isolator gantung tipe rantai, seperti dapat dilihat pada gambar 1 dibawah ini :

## Gambar 1 Isolator rantai 50 kV
Spesifikasi isolator yang dipakai : Type                     : Single tension Working Voltage : 50 kV
B. Peralatan  pengujian  tegangan  lewat  denyar ( flashover  voltage )  dan arus bocor ( leakage current ) terdiri :
 Trafo uji   : 380 V / 400 kV, 400 kVA, 1 Phasa
 Regulator  :  220V/0-380V,  60  kVA,  1 Phasa dan Reaktor    : 380V, 50 kVAR, 131.5 A
yang ditunjukkan pada gambar .2 berikut :
Gambar  2  Trafo  uji  (  a  ),  Regulator  dan  reaktor trafo (b ), rangkaian uji (c )
C. Pengujian tegangan lewat denyar ( flashover voltage )  dan arus  bocor (  leakage  current ) dilakukan masing-masing 5 tahapan pengujian isolator  yaitu :
1. Pengujian kondisi kering
2. Pengujian kondisi basah dengan pH 6.0
3. Pengujian kondisi basah dengan pH 5.0
4. Pengujian  kondisi basah dengan pH 4.0
5. Pengujian  kondisi basah dengan pH 3.5

## II. S ISTIM P ENGUJIAN
Gambar  3  berikut  ini  menunjukkan  sistim pengujian  di  Laboratorium  Tegangan  Tinggi Universitas Gadjah Mada.

## Gambar 3 Rangkaian pengujian
Isolator rantai diberi simulai curah hujan asam dengan  tingkat  keasaman  (  pH  )  yang  berbeda- beda  sesuai  dengan  tahapan  pengujian. Tegangan  masing-masing  pengujian  isolator tersebut  dinaikan  secara  bertahap  dengan dimulai  dari  tegangan  55  kV  dan  dinaikan sampai  terjadi  tegangan  kritis  lewat  denyar ( flashover ) . Sedangkan untuk pengukuran arus bocor  ( leakage  current )  dilakukan  dengan mengukur arus bocor pada saat isolator uji diberi tegangan  awal  55  kV  dan  dinaikkan  secara bertahap  sampai  100  kV  untuk  keamanan peralatan ukur listrik laboratorium.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Tegangan Lewat Denyar (Vb) Besarnya  nilai  tegangan  lewat  denyar merupakan  hasil  rata-rata  dari  tiga  kali percobaan,  hasilnya  dapat  dilihat  pada  tabel  1 dan grafik 4, 5 di bawah ini :

## Tabel 1 Hasil pengujian tegangan flashover ( Vb )
Data Pengujian ke Vb Kering (kV ) Vb Basah pH 6.0 ( kV ) Vb Basah pH 5.0 ( kV ) Vb Basah pH 4.0 ( kV ) Vb Basah pH 3.5 ( kV ) 1 310.4 154.6 147.5 145.9 142.5 2 292.4 150.2 145.2 144.6 141.3 3 290.8 144.8 143.8 138.3 139.8 Vb Rata-rata 297.9 149.9 145.5 142.9 141.2
Ket : Vb  adalah Flashover Voltage ( Tegangan lewat denyar ) yang terjadi ( a )                             ( b )                          ( c )
Gambar  5  Grafik  Pengujian  Tegangan  flashover rata-rata.
Dari  data  di  atas  dapat  diketahui  bahwa semakin  tinggi  derajat  keasaman  (  pH  )  larutan yang  mengkontaminasi  isolator,  semakin kecil/menurun  nilai tegangan  lewat  denyarnya  ( flashover voltage ). Pada pengujian satu sampai ke tiga dengan kondisi pengujian tertentu terlihat penurunan tegangan lewat denyar, ini disebabkan karena pada isolator saat pengambilan  data  ke  satu  saat  terjadi flashover muncul  jalur  pita  kering corona .  Jalur  pita kering corona semakin  menurunkan  tegangan flashover pada  pengujian  berikutnya  dalam kondisi pengujian yang sama. Pita kering corona semakin  menurunkan  tegangan flashover pada saat  pengujian  dalam  kondisi  basah  dengan larutan  kontaminasi  yang  memiliki  derajat keasaman ( pH ) semakin tinggi.
Pengujian  kategori  hujan  asam  pada  pH  5  – 4,  tegangan flashover rata-rata  semakin  turun dari  145.5  kV  menjadi  142.93  kV.  Apabila kondisi  ini  diabaikan  tanpa  adanya condition monitoring akan  menimbulkan  turunnya  tingkat keandalan                   ( reliability ) PLTU dalam
menyalurkan  energi  listrik  pada  jaringan transmisi karena adanya force outage
(  perawatan  diluar  jadwal  )  isolator  yang mengalami flashover dan corona.
Menurut  IEC  815  jarak  rambat  minimum dari isolator adalah [8] :
l n = JRSx V x k d ( 1 ) dengan :
l n = Jarak rambat nominal minimum  ( mm )
J RS = Jarak rambat spesifik minimum ( mm/kV )
V   = Tegangan sistim tertinggi fasa ke fasa ( kV )
kd=  faktor  koreksi  yang  tergantung  pada diameter  isolator
A. Arus bocor ( Ib )
Besarnya  nilai  arus  bocor  merupakan  hasil yang  diambil  pada  saat  pengujian  dengan memberikan  isolator  uji  dengan  tegangan  di mulai  55  kV  dan  dinaikan  secara  bertahap sampai  tegangan  maksimal  100  kV  untuk keamanan peralatan ukur listrik yang digunakan. Pada  setiap  kenaikan  tegangan  5  kV,  data  arus bocor  yang  diambil  hasilnya  dapat  dilihat  pada tabel 2 dan gambar 6, 7 berikut :

## Tabel 2 Arus bocor ( Ib )
Tegangan Pengujian ( kV ) Ib kondisi Kering ( mA ) Ib kondisi Basah pH 6.0 ( mA ) Ib kondisi Basah pH 5.0 ( mA ) Ib kondisi Basah pH 4.0 ( mA ) Ib kondisi Basah pH 3.5 ( mA ) 55 0.48 0.51 0.54 0.57 0.61 60 0.53 0.55 0.59 0.61 0.65 65 0.58 0.59 0.60 0.65 0.70 70 0.62 0.64 0.65 0.69 0.72 75 0.67 0.69 0.68 0.72 0.75 80 0.71 0.72 0.73 0.75 0.81 85 0.76 0.77 0.78 0.79 0.84 90 0.81 0.82 0.83 0.84 0.87 95 0.85 0.86 0.87 0.89 0.90 100 0.90 0.92 0.93 0.94 0.96
Ket : IEC = International Elecrotechnical Commission
Ib  =  Arus bocor
Gambar 4 Grafik hasil pengujian tegangan  flashover  (Vb )
Gambar 6 Grafik arus bocor ( Ib )
Gambar 7 Grafik Arus bocor ( Ib ) pada tegangan 100 kV
Dari data pengujian arus bocor di atas dapat diketahui  bahwa  semakin  tinggi  derajat keasaman            (  pH  )  larutan  yang mengkontaminasi  isolator,  semakin  besar  nilai arus bocor ( Ib ) yang terjadi pada isolator uji.
Arus  bocor  akan  mengalir  ke  bagian  yang bersifat  konduktif  pada  permukaan  isolator  saat isolator  terdapat  beda  tegangan.  Bila  isolator dalam keadaan  lembab dengan bagian permukaan isolator berpolutan atau terkontaminasi  maka  yang  paling  konduktif sehingga  arus  bocor  akan  mengalir  melaluinya. Mengalirnya  arus  bocor  yang  terus  menerus  ini akan  menimbulkan  adanya  tegangan flashover . Tegangan  ini  apabila  terjadi  berulang  kali  akan menimbulkan  panas  pada  permukaan  bahan isolator.  Nilai  tahanan  pada  bahan  isolator terhadap  arus  bocor  berbanding  terbalik sehingga  semakin  besar  nilai  tahanan  maka besarnya  arus  bocor  semakin  kecil.  Hal  ini menyebabkan  sifat  gaya  tarik  menarik  antara molekul-molekul  di  permukaan  bahan  isolator dengan  kontaminan  polutan  semakin  tinggi.
Semakin  tinggi  sifat adhesivitas antara  molekul kedua  bahan  akan  menyebabkan  kontaminan polutan  semakin  mudah  untuk  mengalir  dari elektroda  bertegangan  tinggi  sampai  elektroda pentanahan  dan  akan  cepat  ter- absorbsi ke dalam permukaan bahan isolator.

## B. KESIMPULAN
Berdasarkan  pengujian  dan  analis  data  dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Semakin tinggi tingkat keasaman ( derajat pH  )  suatu  larutan  kontaminasi  yang mengenai  isolator  maka  tegangan  lewat denyar  ( flashover  voltage )  akan semakin menurun.
2. Dengan  menjaga  alat  FGD  supaya  tetap berfungsi maka force outage ( servis tanpa terjadwal  )  di  Tanjung  Jati  B  akibat adanya  tegangan  lewat  denyar,  sparkover dan  corona  pada  peralatan  gardu  induk dapat dicegah.
3. Pada  klasifikasi  hujan  asam  dengan tegangan  kerja  150  kV  di  Gardu  Induk Tanjung Jati B terjadi penurunan tegangan lewat denyar. Untuk kondisi basah dengan pH 5.0 terjadi tegangan lewat denyar pada tegangan 145 kV dan pada pH 4.0 terjadi tegangan  lewat  denyar  pada  tegangan 142.5 kV.
4. Peningkatan  suhu  dan  pemanasan  pada isolator  akibat  kontaminasi  hujan  asam menyebabkan peningkatan arus bocor dan penurunan  tegangan  lewat  denyar  /  gagal isolator.
5. Adanya  cairan  kontaminasi  pada  isolator menyebabkan fenomena tegangan gagal/lewat  denyar  berupa sparkover ( percikan) dan corona .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Vosloo,  WL. A  Comparison  of  the Performance  of  High  Voltage  Insulator Materials  in  a  Severity  Polluted  Coastal Environment . Ph.D Dissertation , Departement  of  Electrical  Engineering,
University  of  Stellenbosch,  South  Africa.
2002..
[2] Chuyan  Zhang,  Liming  Wang,  Zhicheng Guan, Fuzeng Zhang. Pollution Flashover Performance  of  Full-scale  800  kV

## Vol: 3 No. 1 Maret 2014
Converter Station Post insulators at High
Altitude Area . IEEE: 1070-9878/13. 2013
[3] Richard  D.Tabors. Coal  to  Natural  Gas
Seasonal  Fuel  Switching;  An  Option  for Acid Rain Control . IEEE 0885-
8950/89/0500-0457. 1989.
[4] Paul  McGarth. Accelerated  Aging  of Insulators  Under  Acid  Rain  Condition . IEEE : 0-7803-5931-3/0. 2000.
[5] Mohammed  Amin,  Raji  Sundararajan. Performace of Silicone Rubber Insulators under  Acid  Rain  and  Multistress Condition . IEEE: 978-1-4244-8286-3/10. 2010.
[6] BX.  Du,  T.  Han,  X.  Cheng,  Jie  Lie. Characterization of Surface Discharge as Indicator  for  Hydrophobicity  Evaluation of  Silicone  Rubber  Insulators. IEEE  : 1070-9878/12. 2012.
[7] Nurlailati. Analisis Degradasi Permukaan Bahan  Isolasi  Resin  Epoksi  Karena Proses  Penjejakan  Dan  Erosi. Tesis Fakultas  Teknik  Jurusan  Teknik  Elektro Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.2011. [8] Ika    Novia    Anggraini. Pengaruh Komposisi    Bahan  Isolasi    Resin  Epoksi Dengan  Bahan  Pengisis  Silicone  Rubber Terhadap  Proses  Tracking  Dan  Erosi.
Tesis  Fakultas  Teknik  Jurusan  Teknik Elektro Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.2010.
[9] Gorur,  R. S. Et.al. A   Laboratory    Test for   Tracking   and   Erosion Resistance of    HV  Outdoor  Insulation” ,  IEEE
Transaction  on  Dielectrics  and  Electrical Insulation, Vol 4 No 6. 1997.
[10]  Kugami,    S      dan        Yoshimura,  N. Tracking      and        Erosion      of      HTV
Silicone Rubber and suppression
Mechanism of ATH ” , IEEE Transactions on  Dielectric  and  Electrical  insulation, Vol 8 No.2. 2001
[11]  Hartono.  Acid  Rain.  Paper  Pasca  Sarjana Universitas Indonesia 2005.
[12]  Raji  Sundararajan. Long  Term  Acid  Rain Multistress Performance of Thermoplastic and Thermoset Polymeric Insulators.
IEEE : 978-1-4244-6653-5/10. 2010.
[13]  Valdi Rizki Yandri, Nurhatisyah.
Fenomena  Flashover  Akibat  Arus  Bocor Pada  Isolator  Keramik  dan  Resin  Epoxy .
Jurnal  Teknik  Elektro  ITP  Vol.2  no.  2, Juli 2012.
[14]  Lanto  M.  Kamil  Amali. Analisis Pengujian Arus Bocor Line Post Insulator 70  kV  Yang  Terkontaminasi  Polutan Industri . Jurnal ilmiah FORISTEK Vol. 2 no.1, Maret 2012.
[15]  Diklat  Pembangkitan  Tanjung  Jati  B. Basic  Trainee  for  power  Plant .  Oktober 2006.
[16]  Paul Breeze. Power Generation Technologies . Page 29-30. First published 2005.

## Biodata Penulis
Tedy  Juliandhy lahir  di  Sidoarjo  pada  tahun 1970.  Menyelesaikan  jenjang  S1  di  FT.Teknik Elektro ITS jurusan Sistem Tenaga tahun 1993. Sekarang  sedang  menempuh  Jenjang  S2  / Pascasarjana  Teknik  Elektro  dan  Informatika, Universitas  Gadjah  Mada.  Dinas  di  Medco Power Indonesia