Pengaruh Suhu Terhadap Kekuatan Dielektrik Berbagai Minyak Isolasi Transformator (Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total)
PENGARUH SUHU TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK
BERBAGAI MINYAK ISOLASI TRANSFORMATOR
(Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total)
OLEH :
SAMUEL PANGGABEAN
NIM. 030 422 031
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik (S – 1) pada Departemen Teknik Elektro
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSUTAS SUMATERA UTARA
MEDAN
(2)
PENGARUH SUHU TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK
BERBAGAI MINYAK ISOLASI TRANSFORMATOR
(Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total)
Oleh :
Samuel Panggabean NIM. 030 422 031
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik (S – 1) pada Departemen Teknik Elektro
Disetujui Oleh Pembimbing
Ir. Syahrawardi NIP. 131 273 469
Diketahui oleh,
Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU
Ir. Nasrul Abdi, MT NIP. 131 459 554
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSUTAS SUMATERA UTARA
MEDAN
(3)
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkatNya
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang berjudul :
PENGARUH SUHU TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK
BERBAGAI MINYAK ISOLASI TRANSFORMATOR
(Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total)
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana
Teknik (S – 1) pada Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara Medan.
Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih dengan
tulus kepada :
1. Ibunda yang tercinta M. Br. Panjaitan yang telah begitu banyak
memberikan dukungan doa, moril dan materil kepada penulis selama
menjalani studi mulai dari kecil sampai saat ini.
2. Bapak Ir. Syahrawardi, sebagai pembimbing penulis yang telah banyak
meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Bonggas L. Tobing, sebagai Kepala Laboratorium Teknik
Tegangan Tinggi yang memberikan izin kepada penulis untuk
melakukan penelitian dan yang telah banyak memberikan dukungan
yang berguna dalam terlaksananya penelitian tersebut.
4. Bapak Ir. Panusur SML. Tobing, sebagai Dosen Wali penulis yang
(4)
5. Bapak Ketua Departemen dan seluruh staf pengajar Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan.
6. Para Asisten di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi yang telah
banyak meluangkan waktu untuk berdiskusi dengan penulis.
Akhir kata kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi peningkatan
kualitas sumber daya manusia Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara Medan dan bagi kita semua.
Medan, Maret 2008 Penulis
SAMUEL PANGGABEAN NIM : 030 422 031
(5)
ABSTRAK
Mengingat semakin banyaknya jenis minyak isolasi yang ada sekarang ini maka banyak hal yang harus dipertimbangkan di dalam pemilihan bahan isolasi minyak untuk keperluan pengamanan yang lebih baik. Kekuatan dielektrik dan umur suatu tansformator tergantung sepenuhnya pada kualitas minyak isolasi.
Perubahan suhu minyak isolasi yang melebihi batas – batas yang ditentukan pada peralatan tegangan tinggi akan mengakibatkan pemburukan dari minyak isolasi tersebut. Kenaikan suhu (pemanasan) dapat terjadi akibat beban lebih yang berlangsung cukup lama dan terus menerus, serta hubung singkat pada peralatan tegangan tinggi yang menggunakan minyak isolasi.
Minyak isolasi digunakan dalam peralatan tegangan tinggi seperti : transformator daya, pemutus tenaga (CB), kapasitor tegangan tinggi dan kabel daya. Pemakaian minyak isolasi pada peralatan tegangan tinggi juga berfungsi sebagai bahan isolasi, bahan pendingin (penyerap panas) dan pemadaman busur api.
Hasil akhir dari penelitian ini adalah mendapatkan kurva karakteristik yang menyatakan hubungan lama suhu bertahan dengan kekuatan dielektrik minyak Isolasi, Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total. Masing – masing sampel minyak isolasi tersebut dipanaskan pada suhu 40 0C sampai 100 0C dengan rentang 10 0C dengan lama suhu bertahan 1 jam sampai 5 jam. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa masing – masing minyak isolasi mengalami pemburukan kekuatan dielektrik akibat dari pemanasan dan lama suhu pemanasan itu bertahan. Kekuatan dielektrik yang paling cepat turun terjadi pada minyak isolasi Gulf dan Shell Diala B mulai dari pemanasan pada suhu 50 0C sampai suhu 100 0C.
(6)
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... viii
BAB I. PENDAHULUAN I. 1. LATAR BELAKANG ... 1
I. 2. TUJUAN PENELITIAN ... 2
I. 3. METODE PENELITIAN ... 2
I. 4. BATASAN MASALAH ... 3
BAB II. MINYAK ISOLASI II.1. UMUM ... 4
II.1.1. Bahan Dasar Pembuatan Minyak Transformator ... 4
II.2. MEKANISME KEGAGALAN ISOLASI CAIR ... 5
II.2.1. Kegagalan Elektronik Pada Zat Cair... 6
II.3. JENIS – JENIS MINYAK ISOLASI ... 7
II.3.1 Minyak Isolasi Mineral ... 8
II.3.2 Minyak Isolasi Sintesis ... 8
II.4. KEKUATAN DIELEKTRIK MINYAK ISOLASI ... 12
II.5. PENGGUNAAN MINYAK ISOLASI ... 13
II.6. PERSYARATAN UMUM MINYAK ISOLASI YANG DIGUNAKAN PADA PERALATAN LISTRIK. ... 15
(7)
II.7. PROSES DASAR IONISASI ... 15
II.7.1. Ionisasi Karena Benturan Elektron ... 16
II.7.2. Proses – Proses Katoda ... 17
II.8. MEDAN DIELEKTRIK ... 18
BAB III. PEMBURUKAN MINYAK ISOLASI III.1. UMUM ... 21
III.1.1 Syarat – Syarat Yang Harus Dimiliki Oleh Suatu Minyak Isolasi ... 21
III.1.2. Spesifikasi Minyak Isolasi Baru Transformator ... 25
III.2. FAKTOR PENYEBAB PEMBURUKAN PADA MINYAK ISOLASI ... 25
III.3. PENGARUH PEMANASAN TERHADAP TEGANGAN TEMBUS MINYAK ISOLASI ... 27
III.4. PENGARUH PEMANASAN TERHADAP KONDUKTIVITAS MINYAK ISOLASI ... 30
III.5. PENGARUH PEMANASAN TERHADAP VISKOSITAS MINYAK ISOLASI ... 33
BAB IV. PENGUJIAN KEKUATAN DIELEKTRIK (TEGANGAN TEMBUS) MINYAK ISOLASI TRANSFORMATOR MEREK GULF, SHELL DIALA B, NYNAS, DAN TOTAL SEBAGAI FUNGSI DARI KENAIKAN SUHU IV. 1. UMUM ... 34
IV. 2. PERALATAN PENGUJIAN ... 34
IV. 3. RANGKAIAN PENGUJIAN ... 37
IV. 4. PROSEDUR PENGUJIAN ... 38
(8)
IV. 6. ANALISIS DATA HASIL PENGUJIAN ... 40
IV.6.1 Analisa Data Hasil Pengujian Minyak Isolasi Gulf... 40
IV.6.1.1 Perhitungan Nilai Kekuatan Dielektrik Dari Pengujian
Tegangan Tembus Minyak Isolasi... 41
IV.6.1.2 Perhitungan Nilai Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Dari
Pengujian Tegangan Tembus Minyak Isolasi ... 42
IV.6.1.3 Analisa Grafik ... 45
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 53
(9)
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Proses Dasar Ionisasi ... 16 Gambar 2. Medan Elektrik dalam Dielektrik ... 19 Gambar 3. Arah medan listrik dalam gelembung udara pada
minyak isolasi ... 29
Gambar 4. (a). Rangkaian Pengujian Tegangan Minyak Isolasi
Gambar 4. (b). Rangkaian Pemanasan Minyak Isolasi ... 47 Gambar 5. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak
Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total
pada suhu 40 0C ... 45
Gambar 6. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak
Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total
pada suhu 50 0C ... 46
Gambar 7. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak
Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total
pada suhu 60 0C ... 47
Gambar 8. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak
Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total
pada suhu 70 0C ... 48
Gambar 9. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak
Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total
pada suhu 80 0C ... 49
(10)
Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total
pada suhu 90 0C ... 50
Gambar 11. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak. Isolasi
Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total
(11)
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Spesifikasi Minyak Isolasi Baru Transformator ... 25 Tabel 4.1. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi
Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 40 0C ... 42
Tabel 4.2. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi
Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 50 0C ... 43
Tabel 4.3. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi
Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 60 0C ... 43
Tabel 4.4. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi
Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 70 0C ... 43
Tabel 4.5. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi
Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 80 0C ... 44
Tabel 4.6. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi
Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 90 0C ... 44
Tabel 4.7. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi
(12)
BAB I PENDAHULUAN
I. 1. LATAR BELAKANG
Penggunaan minyak isolasi dewasa ini sangat luas sekali, terutama pada
peralatan tegangan tinggi seperti transformator daya, pemutus tenaga (Circuit
Breaker), kapasitor dan kabel daya. Pada peralatan tegangan tinggi minyak isolasi
berfungsi sebagai isolator, bahan pendingin (penyerap panas) dan pemadam busur
api.
Salah satu bahan isolasi yang digunakan pada peralatan tegangan tinggi
tersebut adalah minyak isolasi yang berfungsi sebagai media isolasi antara
kumparan dengan kumparan dan antara kumparan dengan tangki transformator
pada sebuah transformator. Disamping itu minyak isolasi berfungsi sebagai bahan
pendingin atau penyalur panas ke sirip – sirip transformator serta sebagai
pemadam busur api apabila terjadi percikan – percikan dalam belitan
transforamator.
Adakalanya minyak transformator mengalami kenaikan temperatur di atas
suhu kerjanya dan berlangsung dalam jangka waktu yang lama yaitu pada saat
terjadi beban lebih, sehingga struktur kimia dari minyak isolasi akan berubah.
Apabila hal ini berlangsung terus – menerus maka minyak isolasi akan mengalami
pemburukan. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian tentang pengaruh
kenaikan temperatur minyak isolasi terhadap kekuatan dielektrik (tegangan
(13)
I. 2. TUJUAN PENELITIAN
Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk melihat perubahan suhu
terhadap kekuatan dielektrik bahan isolasi minyak Gulf, Shell Diala B, Nynas dan
Total selain itu juga untuk memperoleh kurva karakteristik yang menyatakan
hubungan kenaikan suhu dengan kekuatan dielektrik minyak isolasi.
I. 3. METODE PENELITIAN
Adapun metode atau langkah – langkah yang dilakukan dalam penelitian
adalah sebagai berikut :
1. Studi literatur
Mengadakan studi literatur untuk memperoleh teori dan sifat – sifat dasar
minyak isolasi, serta memperoleh hal – hal yang mengakibatkan minyak isolasi
mengalami pemburukan.
2. Studi Penelitian
Melakukan pengujian tegangan tembus terhadap sampel minyak isolasi
dengan menggunakan peralatan yang ada di Laboratorium Teknik Tegangan
Tinggi Fakultas Teknik USU Departemen Teknik Elektro. Dimana sampel yang
diambil adalah minyak transformator jenis Gulf, Nynas, Shell Diala B, dan Total.
Sampel minyak isolasi yang diambil dibagi menjadi beberapa unit sampel. Setiap
unit sampel dinaikkan suhunya sedemikian rupa, sehingga diperoleh unit – unit
sampel yang berbeda – beda suhunya. Kemudian diuji tegangan tembus dari setiap
unit sampel sesuai dengan metode yang digunakan dalam standart JIS.
3. Diskusi
Melakukan diskusi dengan dosen – dosen, dosen pembimbing dan
(14)
I. 4. BATASAN MASALAH
Batasan permasalahan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai
berikut :
1. Hanya membahas mengenai pengaruh kenaikan suhu terhadap kekuatan
dielektrik pada isolasi minyak Gulf, Shell Diala B, Nynas dan Total.
2. Lama pemanasan dibatasi sampai 100oC.
3. Tidak membahas reaksi kimia yang terjadi pada minyak isolasi.
4. Suhu pengujian pada suhu 35 0C.
(15)
BAB II MINYAK ISOLASI
II.1. UMUM
Bahan isolasi yang digunakan pada peralatan tegangan tinggi terdiri dari
bahan isolasi padat, gas dan cair, dimana bahan – bahan isolasi ini memiliki
kekuatan dielektrik yang lebih tinggi dibandingkan dengan kekuatan dielektrik
udara. Minyak isolasi merupakan salah satu bahan dielektrik yang mempunyai
peranan penting dalam sistem kelistrikan, khususnya dalam bidang peralatan
teknik tegangan tinggi.
Pada bagian ini akan diuraikan tentang bahan dasar pembuatan minyak
isolasi, medan elektrik, mekanisme kegagalan isolasi, jenis – jenis minyak isolasi,
kekuatan dielekrik minyak isolasi, penggunaan minyak isolasi, persyaratan –
persyaratan umum bagi minyak isolasi yang digunakan dalam peralatan listrik
tegangan tinggi, proses dasar ionisaisi dan medan dielektrik.
II.1.1. Bahan Dasar Pembuatan Minyak Transformator
Bahan dasar untuk pembuatan minyak transformator berasal dari minyak
mentah (crude oil). Untuk mendapatkan kualitas dielektrik yang baik maka,
pabrik – pabrik pembuat minyak transformator menambahkan zat – zat tertentu ke
bahan tersebut.
Berikut ini akan dijelaskan secara umum pembuatan minyak
transformator, mulai dari minyak mentah sampai didapat unsur yang mempunyai
sifat sebagai bahan isolasi. Minyak mentah yang ditambang masih bercampur
(16)
melalui pipa tertentu dengan jarak yang cukup aman pada pabrik pengolahanya.
Sedangkan lumpur dan air tadi masih mengandung bahan padat yaitu tanah liat,
pasir dan unsur – unsur lain, yang mana pemisahannya dilakukan di sekitar
pemboran. Selanjutnya cairan ini disalurkan ke kilang – kilang untuk disuling
dengan bahan yang dibutuhkan.
Klasifikasi hidrokarbon yang diperoleh dari minyak mentah ini dapat
dibagi dalam 3 (tiga) tingkatan yaitu :
1. Paraffin, dengan rumus kimia CnH2n+2
2. Napthen, dengan rumus kimia CnH2n
3. Aromatik, dengan rumus kimia CnHn
Dalam minyak mentah, ketiga tingkatan di atas berbeda fungsinya pada
setiap unsur. Selanjutnya proses penyulingan juga akan berbeda sebagai produksi
utama yang akan dihasilkan. Neptana adalah sebagai bahan dasar dalam
pembuatan minyak transformator, minyak pelumas, minyak hidrolik, bahan
kosmetik, keperluan farmasi dan lain sebagainya.
II.2. MEKANISME KEGAGALAN ISOLASI 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.
Lucutan dalam zat cair ini akan terdiri dari unsur – unsur sebagai berikut :
1. Aliran listrik yang besarnya ditentukan oleh karakteristik rangkaian
2. Lintasan cahaya yang cerah dari elektroda yang satu ke elektroda yang lain.
(17)
4. Terjadi lubang pada elektroda
II.2.1. Kegagalan Elektronik Pada Zat Cair
Karena dianggap zat cair berkelakuan seperti gas, maka supaya terjadi
kegagalan diperlukan elektron awal yang dimasukkan dalam zat cair. Elektron
awal inilah yang akan memulai proses kegagalan. Walaupun kuat medannya
cukup besar, tetapi jika tidak terdapat elektron awal maka tidak akan terjadi
kegagalan. Jika diantara elektroda diterapkan suatu kuat medan yang kuat,
sedangkan pada elektroda terdapat permukaan yang tidak rata (runcing), maka
kuat medan yang terbesar terdapat pada daerah atau bagian yang runcing tersebut.
Kuat medan maksimum tersebut akan mengeluarkan elekron e1 yang akan
memulai terbentuknya banjiran elektron. Dalam teori kegagalan elektronik
dianggap bahwa elektron – elektron tertentu akan memperoleh energi dari medan
yang lebih besar dari pada energi yang hilang karena benturan dengan molekul
molekul. Perolehan (gain) ini digunakan untuk mengionisasi molekul karena
benturan dan mengawali banjiran.
Elektron – elektron yang dihasilkan, yaitu e1, e2, e3 …….. en, kemudian
akan menyebabkan timbulnya arus konduksi dalam zat cair pada kuat medan
tinggi. Menurut Schottky arus yang timbul tersebut mempunyai kerapatan sebesar:
) / ( . . 2 . 4 , 4 cm A e J J T E t
= ...(2 – 1)
kT t AT e
J
φ 2
= ...(2 – 2) Dengan :
a
E M
(18)
Dimana : J = kerapatan arus konduksi
Jt = karapatan arus termionik
Ea = kuat medan yang diterapkan
M = Faktor ketidakrataan permukaan
= 10 untuk permukaan halus
Persamaan (2 – 2) menunjukan bahwa arus sangat tergantung pada suhu. Namun
menurut percobaan kegagalan ternyata kegagalan sedikit terpengaruh oleh suhu.
Ini menunjukan bahwa proses katodanya adalah proses emisi medan dan bukan
proses emisi termionik.
Kondisi untuk memungkinkan terjadinya banjiran elektron, diperoleh
dengan menyamakan perolehan energi elektron yang menempuh lintasan bebas
rata-rata.
U1 = F. ...(2 – 4)
= e.E. ...(2 – 5) dengan energi yang diperlukan untuk mengionisasi molekul
U2 = c .h ………..………...(2 – 6)
Dimana : E = medan yang diterapkan
= lintasan bebas rata-rata
h = catu (kuantum) energi yang diperlukan untuk mengionisasi
molekul
c = konstanta
(19)
Minyak isolasi terdiri dari bebrapa jenis, baik dari segi pembuatanya
maupun dari jenis bahannya. Pembagian dari jenis minyak isolasi ditentukan
berdasarkan bahan dan cara pembuatanya. Pada saat ini minyak isolasi yang
sering digunakan adalah :
- Minyak isolasi mineral
- Minyak isolasi sintesis
II.3.1 Minyak Isolasi Mineral
Minyak isolasi mineral adalah minyak isolasi yang bahan dasarnya adalah
dari minyak bumi (minyak mentah) yang diproses dengan cara destilasi. Minyak
isolasi hasil destilasi ini masih harus dimodifikasi agar tahanan isolasinya tinggi,
stabilitas panasnya baik, dan mempunyai karakteristik panas yang stabil serta
memenuhi syarat – syarat teknis yang lain.
Minyak isolasi mineral banyak digunakan pada transformator daya, kabel,
pemutus tenaga (CB), dan kapasitor. Dalam hal ini minyak isolasi dapat berfungsi
sebagai bahan dielektrik, sebagai bahan pendingin (penyerap panas) dan sebagai
pemadam busur api.
II.3.2 Minyak Isolasi Sintesis
Penggunaan minyak isolasi mineral masih mengalami keterbatasan –
keterbatasan, karena sifatnya yang mudah beroksidasi dengan udara, mengalami
pemburukan yang cepat dan sifat kimianya dapat berubah akibat kenaikan
temperatur yang terjadi akibat pemadaman busur api atau saat peralatan
beroperasi. Penggunaan minyak isolasi sintesis untuk masa yang akan datang
(20)
mineral di atas. Oleh karena itu saat ini sangat banyak dikembangkan penelitian –
penelitian tentang kemungkinan pemakaian dari beberapa jenis pemakaian isolasi
sintesis pada peralatan tegangan tinggi.
Minyak isolasi sintesis adalah jenis minyak isolasi yang diolah dengan
proses kimia yang tepat untuk mendapatkan karakteristik yang lebih baik dan
digunakan pada pemakaian yang lebih khusus.
Sifat – sifat penting dari minyak isolasi sintesis bila dibandingkan dengan minyak
isolasi mineral adalah :
1. Kekuatan dielektriknya di atas 40 kV
2. Harganya murah, sukar terbakar dan tidak mengendap
3. Berat jenisnya adalah 1,56 dan jika bercampur dengan air, minyak isolasi
berada di bawah permukaan air, sehingga mempermudah dalam proses
pemisahan dan pemurnian kadar air dalam minyak.
4. Mempunyai daya hantar panas yang sama dengan minyak isolasi mineral.
5. Untuk kondisi pemakaian yang sama dengan minyak mineral, uap lembab
akan menyebabkan oksidasi yang lebih pada minyak isolasi sintesis dan
penurunan kekuatan dielektriknya lebih cepat dibandingkan dengan
minyak isolasi mineral. Tetapi karena umurnya panjang dan sifat
pendinginanya lebih baik, maka pada beberapa pemakaian minyak isolasi
sintesis banyak digunakan.
1. Askeral
Askeral adalah minyak isolasi sintesis yang tidak mudah terbakar apabila
terjadi percikan api dan tidak menghasilkan gas yang mudah terbakar. Salah satu
(21)
Chlorinated hydrokarbon adalah hasil senyawa hydrokarbon seperti benzene
(C6H6) dan diphenyl (C6H5 - C6H5) dengan atom clor(Cl) pada suhu tinggi
sehingga sebagian atom hydrogen digantikan oleh atom clor.
Kelebihan – kelebihan dari minyak ini adalah :
a. Mempunyai kekuatan dielektrik yang lebih tinggi
b. Mempunyai sifat thermal, sifat kimia dan sifat listrik yang stabil
Tetapi disamping itu askeral ini mempunyai kekurangan yaitu apabila
terjadi percikan api dapat menghasilkan asam klorida (HCL) yang bersifat korosif
pada logam.
2. Silikon Cair ( Silicon Liquids)
Minyak isolasi silikon cair adalah campuran dari atom silikon (Si) dan
oksigen (O2) dengan bahan organik seperti methyl dan phenyl. Minyak isolasi
silikon sebagai bahan isolasi cair mempunyai ketahanan yang baik terhadap
temperatur yang tinggi yaitu sekitar 2000 C, mempunyai permitifitas yang rendah
(2,20 – 2,27) dan juga tahan terhadap tegangan dengan frekwensi yang tinggi
hingga 1 MHz.
Oleh karena sifat dielektrik tersebut di atas, silikon cair digunakan pada
peralatan radar, penerbangan dan transformator radio. Silikon cair juga digunakan
untuk isolator keramik dengan tujuan memperbesar tahanan permukaan isolator.
Kekurangan dari silikon cair adalah menghasilkan gas yang banyak
apabila terjadi percikan api yang akan menurunkan kekuatan dielektriknya.
Disamping itu jenis minyak ini relatif mahal sehingga jarang digunakan untuk
(22)
3. Fluorinasi Cair (Fluorinated Liquids)
Jenis minyak ini adalah jenis minyak isolasi yang bahan dasarnya adalah
senyawa organik yang sebagian atom karbonya telah digantikan oleh atom Fluor
(F). Dalam beberapa tahun ini telah dikembangkan beberapa senyawa Fluor
organik, contohnya : (C4H9)3N dan (C4F9)2O. Cairan ini mempunyai sifat kimia
yang sangat stabil dan dapat digunakan secara kontiniutas pada suhu 2000 C dan
bahkan lebih.
Secara umum karakteristik listrik dari minyak isolasi ini adalah :
- Tg δ tidak lebih dari 0,0005
- Resistifitas berkisar antara 1014 – 1017 – cm
- Konstanta dielektrik 1,77 – 1,86
Cairan fluor organik mempunyai transfer panas yang lebih baik dari minyak
isolasi tambang dan juga dari minyak isolasi silikon. Penggunaan minyak isolasi
ini adalah pada peralatan elektronika dan transformator elektronik.
Kekurangan dari minyak isolasi ini adalah penurunan sifat –sifat
dielektriknya yang disebabkan kandungan uap air dan mempunyai sifat mudah
menguap. Minyak fluorinated mempunyai harga yang relatif lebih mahal
dibandingkan dengan minyak mineral.
4. Ester Sintesis dan Hydrocarbon
Jenis minyak ini adalah minyak isolasi cair yang diolah sedemikian rupa
dari minyak parafin untuk mendapatkan karakteristik elektrik yang lebih baik.
Sehingga didapatkan sifat – sifat seperti di bawah ini :
- mempunyai sifat thermal yang lebih stabil
(23)
- dapat digunakan di atas suhu 300o C
Ester yang digunakan dalam kelistrikan adalah terbuat dari proses kimia
yang lebih bersih seperti: pentaerythrinol dan asam heptanoic. Hasil dari
esterifikasi adalah minyak putih yang mempunyai struktur molekul yang simetris
dan terbebas dari kandungan ionic, sehingga mempunyai karakteristik listrik yang
lebih baik.
II.4. KEKUATAN DIELEKTRIK MINYAK ISOLASI
Sifat – sifat listrik dari minyak isolasi yang perlu diketahui adalah
dielektrik, konduktansi, rugi – rugi dielektrik, tahanan isolasi dan pelepasan
muatan sebagian. Sifat – sifat listrik dari minyak isolasi yang akan diuraikan pada
tulisan ini adalah kekuatan dielektrik minyak isolasi.
Kekuatan dielektrik minyak isolasi adalah kuat medan maksimum (medan
listrik) yang dapat dipikul oleh minyak isolasi tersebut. Besarnya kekuatan
dielektrik minyak isolasi biasanya sekitar 100 sampai 200 KV/cm. Peristiwa
kegagalan minyak isolasi melaksanakan fungsinya sebagai bahan dielektrik
disebut tembus listrik (breakdown).
Peristiwa tembus listrik ini terjadi bila kuat medan yang dipikul melebihi
kekuatan dielektriknya. Breakdown terjadi jika :
ED > EC
Dimana : ED = kuat medan yang dipikul isolator
EC = kekuatan dielektrik isolator
Pemanasan atau kenaikan temperatur minyak isolasi, terjadi bila panas
yang timbul lebih besar dari panas yang didisipasikannya, maka temperatur
(24)
mengakibatkan struktur kimia minyak isolasi tersebut berubah. Dengan
berubahnya struktur kimia minyak isolasi tersebut, kekuatan dielektrik minyak
isolasi juga akan berubah. Jadi kekuatan dielektrik minyak isolasi tergantung
kepada kenaikan suhu dielektriknya, oleh karena itu sangat penting dilakukan
pengujian secara teratur tentang kekuatan dielektrik minyak isolasi untuk
menghindarkan kegagalan suatu bahan dielektrik yang digunakan pada peralatan
listrik.
Dalam suatu pengujian kekuatan dielektrik minyak isolasi tergantung
kepada :
1. Bahan dan bentuk elektroda penguji minyak isolasi tersebut
2. Jarak sela elektroda penguji
3. Kadar gas N2 dan O2 dalam minyak isolasi tersebut.
II.5. PENGGUNAAN MINYAK ISOLASI
Minyak isolasi secara umum digunakan pada peralatan tegangan tinggi
sebagai bahan dielektrik, bahan pendingin dan bahan pemadam busur api. Berikut
ini akan diuraikan penggunaan minyak isolasi pada beberapa peralatan – peralatan
tegangan tinggi antara lain:
a. Transformator daya
Penggunaan transformator daya dalam sistem tenaga listrik
memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dengan kebutuhan dan ekonomis
untuk tingkat – tingkat keperluan, misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam
pengiriman daya listrik jarak jauh.
Transformator memerlukan minyak isolasi sebagai bahan pengisolasian
(25)
dan belitan dengan badan (casing) transformator. Di samping itu juga, minyak
isolasi berfungsi sebagai bahan pendingin atau menyalurkan panas ke sirip – sirip
transformator serta sebagai pemadam busur api apabila terjadi percikan-percikan
dalam belitan transformator.
b. Kapasitor Daya
Kapasitas daya banyak digunakan pada peralatan – peralatan tenaga listrik,
baik yang berfungsi sebagai filter, perbaikan faktor daya (Cos ) maupun untuk
penyearah tegangan tinggi. Pemasangan kapasitor pada sistem tegangan listrik
menimbulkan daya reaktif untuk memperbaiki faktor daya dan tegangan,
karenanya menambah kapasitansi sistem dan mengurangi rugi – rugi daya dan
tegangan.
Penggunaan minyak isolasi pada kapasitor berfungsi sebagai bahan
dielektrik, sebagai pendingin dan sebagai pencegah terjadinya rongga udara di
antara elektroda kapasitor. Sifat – sifat yang harus dimiliki minyak isolasi pada
suatu kapasitor adalah faktor daya dielektrik (Tg δ ) yang rendah, viskositas yang rendah dan sifat penyalaan yang rendah.
c. Kabel Daya
Penggunaan minyak isolasi pada kabel daya adalah sebagai bahan isolasi
antara perisai konduktornya dengan isolasi terluarnya. Minyak isolasi juga
berfungsi sebagai bahan pendingin pada kabel daya.
Sifat-sifat yang harus dimiliki isolasi pada kabel daya adalah viskositas
minyak isolasi harus sangat rendah, tahanan isolasi tinggi, koefisien muai yang
rendah dan tidak bereaksi dengan asam atau alkali pada suhu kerja serta bebas dari
(26)
d. Pemutus Tenaga (Circuit Breaker)
Jenis pemutus tegangan yang biasa dipakai dalam sistem tenaga listrik
adalah jenis pemutus udara, pemutus minyak, pemutus hampa udara dan jenis
pemutus gas elektronegatif (SF6).
Pemadaman busur api saat bekerjanya pemutus tenaga sangat penting
sekali, karena busur api tersebut dapat merusak peralatan maupun komponen –
komponen pemutus tenaga itu sendiri. Minyak isolasi pada pemutus tenaga
berfungsi sebagai pemadam busur api tersebut. Sifat – sifat yang harus dimiliki
minyak isolasi pada peralatan pemutus tenaga adalah sifat penyalaan yang rendah
dan tidak menimbulkan perkaratan pada peralatan.
II.6. PERSYARATAN UMUM MINYAK ISOLASI YANG DIGUNAKAN PADA PERALATAN LISTRIK.
Persyaratan umum minyak isolasi dapat ditemukan pada beberapa standar.
Salah satu diantaranya dapat dilihat pada standar JIS 2320. Menurut JIS 2320,
tegangan tembus minyak isolasi adalah 30 KV dengan sela bola 0,25 cm sehingga
kekuatan dielektrik minyak isolasi tersebut adalah 30/0,25 yaitu 120 KV/cm.
Adapun syarat – syarat yang harus dipenuhi minyak isolasi tersebut
adalah :
- Kekuatan dielektrik pada suhu 20oC.
- Permitifitas relatif 2,2 – 2,3.
- Tg δ (50 Hz) = 0,001 dan pada 1 Khz = 0,0005. - Resistifitas (em) = 1012 – 1043.
(27)
- Spesifikasi grafitasi pada suhu 20oC = 0,89.
- Indeks refraktif = 1,4820.
II.7. PROSES DASAR IONISASI
Udara yang sesungguhnya tidak hanya terdiri dari molekul – molekul
netral saja tetapi ada sebagian kecil daripadanya berupa ion – ion dan elektron
bebas. Jika di antara elektroda (Gambar 1) diterapkan suatu tegangan V, maka
akan timbul suatu medan listrik E yang mempunyai besar dan arah tertentu. Di
dalam medan listrik, elektrron – elektron bebas akan mendapat energi yang cukup
kuat. Sehingga dapat merangsang timbulnya proses ionisasi.
Gambar 1. Proses Dasar Ionisasi
Besarnya energi tersebut :
2
. . 2 1
.V meve
e
U = = ...(2 – 7) Dimana :
e = muatan elektron
V = Beda votensial antara kedua elektroda
me =Massa elektron
(28)
II.7.1. Ionisasi Karena Benturan Elektron
Jika gradien tegangan yang ada cukup tinggi maka jumlah elektron yang
diionisasikan lebih banyak dibandingkan jumlah ion yang ditangkap menjadi
molekul oksigen. Tiap – tiap elektron ini kemudian akan berjalan menuju anoda
secara kontinue, sambil membuat benturan – benturan yang kemudian akan
membebaskan lebih banyak elektron.
Sebuah elektron tunggal yang dibebaskan oleh pengaruh luar akan
menimbulkan banjiran elektron (Avalanche), yaitu kelompok elektron yang
bertambah secara cepat dan bergerak maju meninggalkan ion positif pada
lintasannya. Efektivitas ionisasi maksimum. Yang dimaksud dengan kecepatan
elektron optimum adalah suatu kecepatan yang tepat untuk dapat memecahkan
atom menjadi elektron dan ion. Selain itu kecepatan yang optimum ini harus
sering terjadi supaya bila gerakan yang pertama tidak dapat membentur atom,
maka gerakan yang berikutnya diharapkan dapat membentur atom dan
membebaskan elektron dari padanya.
II.7.2. Proses – Proses Katoda
Katoda memegang peranan sangat penting dalam lucutan karena katoda
berfungsi menyediakan elektron untuk (a).mengawali, (b).mempertahankan dan
(c).menyelesaikan lucutan. Dalam keadaan normal elektron – elektron dicegah
meninggalkan katoda padat oleh gaya – gaya elektrostatik. Untuk mangatasi gaya
– gaya ini diperlukan sejumlah energi catu (quantum) minimum, yang mengait
dengan suatu potensial yang dinamakan fungsi kerja (work function). Fungsi ini
tergantung dari bahan katoda. Ada beberapa cara untuk menyediakan energi guna
(29)
a) Emisi fotoelektrik
Foton yang menyinari permukaan katoda dengan energi hv yang melebihi
fungsi kerja dapat mengeluarkan elektron dari permukaan tersebut.
b) Emisi elektron karena dampak ionisasi
Elektron dapat dikeluarkan dari permukaan logam katoda dengan
menghujaninya dengan ion positif atau atom – atom metastabil. Untuk
memungkinkan pengeluaran (emisi.emission) elektron sekunder ion yang
membentur katoda harus membebaskan dua elektron. Satu diantaranya
digunakan untuk menetralkan muatan ion.
c) Emisi termionik
Pada logam dengan suhu tinggi elektron – elektron konduksi yang ada di dekat
permukaan mungkin memiliki energi yang cukup besar untuk mengatasi
penghalang energi potensial yang ada dipermukaan dan karena itu dapat
dikeluarkan dari logam tersebut. Penghalang (barrier) potensial itu dinamakan
fungsi kerja permukaan ( ). Elektron – elektron tersebut menerima energinya dari getaran kisi – kisi (lattice) termal dalam zat padat pada suhu tinggi. Untuk
memungkinkan emisi termionik diperlukan suhu logam antara 1.500 – 2.500
0
K.
d) Emisi medan
Elektron dapat pula dikeluarkan dari permukaan logam oleh medan
elektrostatik yang sangat kuat. Untuk menghasilkan arus emisi beberapa mikro
– ampere diperlukan medan sebesar 107 – 108 V/cm yang bekerja pada logam
(30)
Ujung – ujung tajam, dan sebagainya dengan tegangan terapan cukup rendah
2 – 5 kV.
II.8. MEDAN DIELEKTRIK
Suatu dielektrik tidak mempunyai elektron – elektron bebas, melainkan
elektron yang terikat pada inti atom unsur yang membentuk dielektrik tersebut.
Pada Gambar 2 di bawah ini ditunjukkan suatu bahan dielektrik yang ditempatkan
di dua elektroda piring sejajar. Bila elektroda di beri tegangan searah V, maka
timbul medan dilektrik (E) di dalam dielektrik. Medan elektrik ini memberikan
gaya kepada elektron – elektron agar terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron
bebas. Dengan kata lain, medan elektrik merupakan suatu bahan yang menekan
dielektrik agar berubah menjadi konduktor.
Gambar 2. Medan Elektrik dalam Dielektrik
Beban yang dipikul dielektrik ini disebut juga terpaan medan elektrik, setiap
dielektrik mempunyai batas kekuatan untuk memikul terpaan elektrik. Jika
terpaan elektrik yang dipikulnya melebihi batas tersebut dan terpaan berlangsung
cukup lama. Maka isolator akan menghantarkan arus atau gagal melaksanakan
fungsinya sebagai isolator. Dalam hal ini dielektrik disebut tembus listrik atau
(31)
Terpaan elektrik yang tertinggi yang dapat dipikul suatu dielektrik tanpa
menimbulkan dielektrik tersebut tembus listrik disebut kekuatan dielektrik. Jika
suatu dielektrik memiliki kekuatan dielektrik Ek, maka terpaan elektrik yang
dapat dipikulnya adalah < Ek .
Pada penerapan tegangan kekuatan dielektrik didefinisikan sebagai gradien
potensial dalam volt/cm yang merupakan perbandingan tegangan yang
menyebabkan kerusakan atau kegagalan pada dielektrik V dengan tebal isolasi d
yang memisahkan antara elektroda dapat di lihat pada persamaan berikut ini :
) /
(kV cm
d V
E = ...(2 – 8) Dimana :
E = Kuat medan listrik yang dapat ditahan oleh material
isolasi
V = Tegangan maksimum yang tercatat pada alat ukur
(32)
BAB III
PEMBURUKAN MINYAK ISOLASI
III.1. UMUM
Untuk mengetahui pemburukan suatu bahan isolasi perlu diketahui
sifat-sifat listrik bahan isolasi tersebut. Minyak isolasi merupakan suatu bahan isolasi
yang sukar diketahui sifat listriknya. Tetapi sifat pemburukan minyak isolasi
kelihatan sekali pada minyak isolasi yang berasal dari bahan tambang (minyak
isolasi mineral), terutama bila dipakai sendiri atau tanpa campuran bahan isolasi
lain.
Pada bagian ini akan dijelaskan tentang : Syarat – syarat yang harus
dimiliki oleh minyak isolasi, faktor – faktor yang menimbulkan pemburukan pada
minyak isolasi, pengaruh pemanasan terhadap tegangan tembus minyak isolasi,
terhadap konduktifitas minyak isolasi dan terhadap viskositas minyak isolasi.
III.1.1 Syarat – syarat yang harus dimiliki oleh suatu minyak isolasi
Minyak transformator yang mempunyai 2 fungsi utama yaitu sebagai media isolasi dan media pendingin memerlukan syarat – syarat tertentu sebagai berikut :
a. Kejernihan (Appearance)
Minyak isolasi tidak mengandung suspensi atau endapan (Sedimen)
b. Massa jenis (Density)
Massa jenis dibatasi dan air dapat terpisah dari minyak isolasi dan tidak
melayang. Hal ini sangat membantu dalam mempertahankan
(33)
c. Viskositas Kinematik (Kinematic Viscosity)
Viskositas memegang peranan dalam pendinginan, dipergunakan untuk
menentukan kelas minyak dan kurang dipengaruhi oleh kontaminasi
atau kerusakan minyak.
d. Titik Nyala (Flash Point)
Titik nyala yang rendah menunjukan adanya kontaminasi zat yang
mudah terbakar.
e. Titik Tuang (Pour Point)
Minyak dengan titik tuang yang rendah akan berhenti mengalir pada
suhu yang rendah. Titik tuang digunakan untuk mengidentifikasi dan
menentukan jenis peralatan yang akan menggunakan minyak isolasi.
f. Tegangan Tembus (BreakdownVoltage)
Tagangan tembus yang terlalu rendah menunjukan adanya kontaminasi
seperti air, kotoran atau pertikel konduktif dalam minyak.
g. Kandungan Air (Water Content)
Adanya air dalam minyak isolasi akan menurunkan tegangan tembus
dan tahanan jenis minyak isolasi dan juga adanya air akan mempercepat
kerusakan kertas pengisolasi (insulating paper).
h. Angka Kenetralan (Neutralization Number)
Angka kenetralan merupakan harga yang menunjukkan penyusun asam
minyak isolasi dan dapat mendeteksi kontaminasi minyak,
menunjukkan kecenderungan perubahan kimia atau cacat atau indikasi
(34)
dapat dipakai sebagai petunjuk umum untuk menentukan apakah
minyak sudah harus diganti atau diolah.
i. Faktor Kebocoran Dielektrik (Dielectric Dissipation Factor)
Harga yang tinggi dari faktor ini menunjukkan adanya kontaminasi atau
hasil kerusakan (deterioration product) misalnya air, hasil oksidasi,
logam alkali, koloid bermuatan dan sebagainya.
j. Korosi Belerang (Korosive Sulphur)
Pengujian ini menunjukkan kemungkinan korosi yang dihasilkan dari
adanya belerang yang tidak stabil dalam minyak isolasi.
k. Tahanan Jenis (Resistivity)
Tahanan jenis yang rendah menunjukkan terjadinya kontaminasi yang
bersifat konduktif (conductive contaminants).
l. Tegangan Permukaan (Interfacial Tension)
Adanya kontaminasi dengan zat yang terlarut dan gas bebas (soluble
contamination) atau hasil – hasil kerusakan minyak, umumnya
menurunkan nilai tegangan permukaan. Penurunan tegangan
permukaan juga menurunkan indikator yang peka bagi awal kerusakan
minyak.
m. Kandungan Gas (Gas Content)
Adanya gas terlarut dan gas bebas dalam minyak isolasi dapat
digunakan untuk mengetahui kondisi transformator dalam operasi.
Adanya gas seperti hidrogen (H2), metana (CH4), etana (C2 H6), etilen
(C2H4) dan asetilin (C2H2) menunjukkan terjadinya dekomposisi
(35)
(CO2) dan karbon monoksida (CO) menunjukkan kerusakan pada bahan
isolasi.
Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan antara lain :
1. Pertama adalah isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih
dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan
dielektrik yang lebih tinggi.
2. Kedua isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi
dan secara serentak melalui proses konversi menghilangkan panas
yang timbul akibat rugi energi.
3. Ketiga isolasi cair cenderung akan memperbaiki sendiri (self healing)
jika terjadi pelepasan muatan (discharge). Namun kekurangan dari
isolasi cair adalah mudah terkontaminasi .
Beberapa macam faktor yang mempengaruhi kegagalan minyak
transformator seperti luas daerah elektroda, jarak celah (gap spacing),
pendinginan, perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak), pengaruh
kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta kondisi
(36)
III.1.2. Spesifikasi Minyak Isolasi Baru Transformator
Adapun minyak transformator berfungsi dengan baik, kualitas minyak
harus sesuai dengan kebutuhan. Berikut ini tabel standar SPLN 49 – 1 : 1982
Tabel 3.1. Spesifikasi Minyak Isolasi Baru Transformator
No. Sifat Kelas 1 Kelas
2
Metode Uji
Kejernihan Jernih Jernih IEC 296
1 Massa Jenis 20 0C (g/cm3) ≤ 0,895 ≤
0,895
IEC 296
2 Viscositas 40 0C (cSt) ≤ 40 ≤ 25 IEC 296
Kinematika – 15 0C (cSt) ≤ 800 - IEC 296
3 Kinematika – 30 0C (cSt) - ≤ 800 IEC 296
4 Titik Tuang (0C) ≤ -35 IEC 296
5 Titik Bakar (0C) ≥ 140 IEC 296A
6 Angka Kenetralan (mg KOH/gr) ≤ 0,03 IEC 296
7 Korosi Belerang - Tidak
korosi
IEC 296
8 Tegangan Tembus (kV/2,5 mm)
a. Sebelum diolah b. Setelah diolah
≥ 30
≥ 50
≥ 30
≥ 50
IEC 296
9 Faktor Kebocoran Dielektrik - ≤ 0,05 IEC 474
10 Ketahanan Oksidasi
- Angka kenetralan (mgKOH/gr) - Kotoran (%)
≤ 0,40
≤ 0,10
≤ 0,40
≤ 0,10
IEC 474 & IEC 74
III.2. FAKTOR PENYEBAB PEMBURUKAN PADA MINYAK ISOLASI
Untuk mengetahui apakah suatu bahan isolasi seperti minyak isolasi telah
mengalami pemburukan maka perlu dilakukan pengujian-pengujian yang sifatnya
tidak merusak. Kegagalan minyak isolasi sebagai bahan dielektrik pada peralatan
tegangan tinggi pada umumnya disebabkan oleh pemburukan minyak isolasi
(37)
Faktor – faktor yang menyebabkan memburuknya minyak isolasi adalah :
a. Panas
Pemanasan yang berlangsung cukup lama dan terus-menerus pada minyak
isolasi akan merubah struktur kimia dari minyak isolasi, sehingga merubah
sifat-sifat dasarnya sebagai bahan isolasi.
b. Kerusakan Karena Ionisasi
Akan terjadi keruskan ionisasi jika :
gas air gas cair ionisasi E E W q E W > < > = λ λ λ . .
...(3 – 1)
Dari hal di atas dapat diketahui bahwa bahan dielektrik cair dapat lebih
baik dari bahan dielektrik gas (untuk beberapa jenis gas) jika tidak tercampur
dengan bahan – bahan lain yang merusak dielektrik cair sebagai isolasi. Karena
dibutuhkan E yang sangat besar, agar W > Wionisasi, sehingga terjadi kegagalan
isolasi.
Adanya kuat medan yang besar dapat menyebabkan timbulnya polarisasi
elektron antara kedua elektrodanya dan dapat menimbulkan kerusakan pada
dielektrik cair.
Adanya ketidak murnian pada bahan dielektrik cair sangat besar
pengaruhnya terhadap sifat suatu bahan dielektrik (isolasi), hal ini dapat kita lihat
pada minyak transformator. Jumlah uap air yang ada pada minyak transformator
ternyata sangat mempengaruhi tegangan tembusnya.
Dalam pengukuran minyak transformator yang terkontaminasi dengan
material pengotor biasanya mempunyai tegangan gagal EBd 0 s/d 25 kV/mm.
(38)
beberapa lama dipakai, harus diuji secara periodik (setiap 6 bulan) untuk
mengetahui kemampuanya. Sedang minyak yang diuji adalah minyak bagian atas,
tengah dan bawah dan diuji dengan elektroda standard pada jarak 2,5 mm.
Jika EBd > 20 kV masih baik
Jika Ebd < 20 kV sudah rusak
c. Kontak dengan udara
Kontak dengan udara akan menyebabkan minyak isolasi beroksidasi
dengan udara yang menurunkan kekuatan dielektriknya.
d. Partikel – partikel mekanis yang merusak minyak isolasi.
Partikel – partikel mekanis yang merusak minyak isolasi seperti
perkaratan (korosi) dan pertikel – partikel yang terjadi pada bagian – bagian
peralatan yang diisolir sehingga terkontaminasi dengan minyak isolasi.
e. Korona
Percikan bunga api korona menyebabkan kadar karbon pada minyak
isolasi meningkatkan dan menyebabkan gelembung-gelembung gas N2 dan O2
pada minyak isolasi tersebut.
f. Faktor alamiah
Umur yang cukup lama merupakan salah satu faktor pemburukan pada minyak
isolasi, yang menurunkan kualitas dari minyak isolasi tersebut.
III.3. PENGARUH PEMANASAN TERHADAP TEGANGAN TEMBUS MINYAK ISOLASI
Minyak isolasi pada peralatan tegangan tinggi, seperti transformator, kabel
daya, pemutus tenaga dan kapasitor daya ada kalanya mengalami kenaikan
(39)
hubung singkat kenaikan temperatur terjadi akibat arus yang cukup besar yang
mengakibatkan pemanasan pada minyak isolasi.
Pada keadaan temperatur tertentu kadar air diserap dalam minyak isolasi
dapat menguap dengan membentuk gelembung udara, sehingga kadar air semakin
rendah. Kenaikan temperatur ini dapat terjadi secara perlahan – lahan dan secara
tiba – tiba. Kenaikan temperatur secara tiba – tiba dapat juga menimbulkan
pemburukan, karena dapat menimbulkan gelembung – gelembung gas yang dapat
menyebabkan kegagalan pada minyak isolasi.
Kegagalan gelembung atau kavitasi merupakan bentuk kegagalan pada
minyak isolasi yang disebabkan oleh adanya gelembung – gelembung gas di
dalam minyak isolasi. Sebab – sebab timbulnya gelembung gas ini adalah :
a. Permukaan elektroda yang tidak rata, sehingga terdapat rongga atau celah
udara di permukaannya.
b. Adanya tabrakan yang tidak rata, sehingga terdapat rongga atau celah udara
dipermukaannya.
c. Penguapan minyak isolasi karena adanya percikan bunga api pada elektroda
yang tajam dan tidak teratur.
d. Karena perubahan suhu dan tekanan pada minyak isolasi.
Kuat medan listrik dalam gelembung gas yang ada dalam minyak isolasi
dinyatakan dengan persamaan :
1 2 3
1 0 1
+ = εε E
Eb ...(3 – 2)
dimana : ε1 = permitivitas minyak isolasi
(40)
Bila Eb sama dengan medan batas untuk ionisasi gas, maka terjadi
percikan dalam gelembung gas. Ini akan mempercepat pembentukan gelembung
gas karena struktur dari minyak isolasi dan dapat mengakibatkan kegagalan pada
minyak isolasi sebagai bahan isolasi.
Karena pengaruh medan yang kuat di antara kedua elektroda,
gelembung-gelembung udara yang ada dalam minyak isolasi tersebut berubah menjadi
memanjang searah dengan medan listrik seperti yang terlihat pada gambar 3.1 di
bawah ini. Hal ini disebabkan karena gelembung-gelembung tersebut berusaha
membuat energi potensialnya minimum.
Gambar 3. Arah medan listrik dalam gelembung udara pada minyak isolasi.
Gelembung – gelembung yang memanjang tersebut kemudian akan saling
menyambung dan membentuk jembatan yang akhirnya akan megawali terjadinya
kegagalan. Untuk memperoleh kriteria kegagalan volume gelembung selama
berubah menjadi memanjang dianggap konstan dan kekuatan gagal medan
gelembung tersebut adalah :
− + − = 1 2 4 ) 2 ( 2 1 0 2 1 2 1 rE V r
Eb πσ ε ε π b
ε
ε ...(3 – 3)
di mana σ = tegangan permukaan (kapilaritas) minyak isolasi
(41)
2
ε = permitivitas gelembung udara
r = jari-jari awal gelembung (dianggap seperti bola)
Vb = jatuh tegangan dalam gelembung
Persamaan (3 – 3) di atas menunjukkan bahwa fungsi tersebut adalah
implisit dan sangat dipengaruhi oleh jari-jari awal gelembung (r). Oleh karena r
adalah fungsi dari tekanan dan suhu luar minyak isolasi, maka variasi dari
beberapa parameter dengan temperatur harus diketahui seperti viskositas,
tegangan permukaan dan berat jenis untuk menentukan pengaruh temperatur
terhadap tegangan tembus minyak isolasi.
Jika viskositas turun, elektrokonveksi dapat mempercepat kerusakan atau
kemacetan minyak isolasi yang digunakan. Ini merupakan ciri dari viskositas
minyak isolasi yang turun dengan naiknya temperatur sehingga menimbulkan
formasi gelembung. Gelembung – gelembung tersebut kemudian akan bertambah
besar karena energi lepas yang diberikan dan mungkin diameter gelembung
tersebut bertambah besar serta menghasilkan gelembung lainnya.
Gelembung-gelembung yang terjadi dalam minyak isolasi khususnya berdiameter 50 µm atau lebih dan batas tekanan internal bergerak sampai 4 bar.
III.4. PENGARUH PEMANASAN TERHADAP KONDUKTIVITAS MINYAK ISOLASI
Kondukt ivitas minyak isolasi adalah daya hantar listrik minyak isolasi
tersebut, yang juga merupakan tingkat kemurnian dari minyak isolasi tersebut.
Konduktifitas minyak isolasi sangat tergantung kepada kuat medan, suhu dan
(42)
pergerakan ion dan berkisar antara 10-15 - 10-13 S/cm untuk kandungan air 100-200
ppm.
Kondukt ifitas minyak isolasi (γ ) tergantung kepada konsentrasi ion-ion penyusunnya dan menentukan besarnya dapat dinyatakan dengan persamaan
berikut ini :
γ = n0q(k+ +k−)...(3 – 3) Dimana :
n0 = jumlah ion berpasangan per cm3
q = muatan ion
k+ = mobilitas ion positif
k- = mobilitas ion negatif
Mobilitas dari ion positif dan ion negatif tidak seimbang, dimana bergantung
kepada perbedaan massanya.
Ciri karakteristik dari kondukt ifitas ionik minyak isolasi adalah mengalami
kenaikan yang tajam dengan kenaikan temperatur. Hal ini merupakan hasil
pergerakan ion yang lebih besar dan mobilitas ion yang lebih tinggi dengan
kenaikan temperatur.
Jika diperkirakan kedua mobilitas ion sama dengan kenaikan temperatur,
maka besar konduktifitas ionik dalam minyak isolasi dapat ditentukan dengan
persamaan berikut ini :
cm ohm AeT
a
1
−
=
γ ...(3 – 4)
kT f l nq A
6
2 2
= ...(3 – 5) a = w/k
(43)
dimana :
n = jumlah total ion per cm3
l = jarak antara partikel dalam minyak isolasi
f = frekwensi alamiah getaran partikel
k = konstanta Boltzmann
T = temperatur mutlak
w = energi aktivasi
dengan menggunakan persamaan (3-4) dan (3-5) sering ditulis dalam bentuk
logaritma, yakni :
1n γ = 1n A – a/T...(3 – 6) Dengan menggunakan persamaan (3-6), kita lebih mudah untuk menentukan
hubungan antara resistifitas sebagai fungsi temperatur. Hal ini dinyatakan dengan
persamaan di bawah ini :
T a
e A'
=
ρ ...(3 – 7) Dan
Ln ρ = ln A’ + a/T………...(3 – 8)
Secara umum untuk interval temperature yang relative pendek resistifitas minyak
isolasi dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini :
ρt = ρo . e-αt...(3 – 9)
dimana : ρt = resistifitas pada suhu toC
ρt = resistifitas pada temperatur awal α = koefisien dielektrik
(44)
III.5. PENGARUH PEMANASAN TERHADAP VISKOSITAS MINYAK ISOLASI
Viskositas minyak isolasi dinyatakan dengan kemampuan daya alirnya
atau kemampuan untuk mendisipasikan panas yang terjadi pada peralatan. Seperti
pada transformator, kapasitor daya, kabel daya dan pemutus tenaga digunakan
minyak isolasi yang mempunyai viskositas yang rendah, agar aliran atau sirkulasi
minyak dapat mengisi celah atau rongga udara yang ada pada peralatan tersebut.
Pengaruh pemanasan terhadap viskositas minyak isolasi adalah, dengan
naiknya temperatur maka viskositas minyak isolasi akan turun. Tetapi kenaikan
temperatur ini mempunyai batas tertentu yang diijinkan, sehingga peralatan tidak
mengalami gangguan. Jika viskositas turun, pendisipasian panas secara konveksi
alamiah akan mempercepat pemburukan minyak isolasi atau kemacetan minyak
isolasi yang digunakan. Ini merupakan ciri minyak isolasi, jika temperatur naik
maka tegangan permukaan (kapilaritas) minyak isolasi akan turun yang akan
mempengaruhi viskositasnya, sehingga dapat menimbulkan formasi gelembung.
Pada saat temperatur minyak isolasi mengalami kenaikan, maka
konduktifitas minyak isolasi juga akan mengalami kenaikan karena mobilitas
ion-ion akan lebih besar dicapai oleh partikel – partikel pada minyak isolasi hasil dari
(45)
(46)
BAB IV
PENGUJIAN TEGANGAN TEMBUS (VBD) MINYAK ISOLASI TRANSFORMATOR MEREK GULF, NYNAS, SHELL DIALA B, DAN
TOTAL SEBAGAI FUNGSI DARI LAMA PEMANASAN
IV. 1. UMUM
Untuk mengetahui bagaimana pengaruh kenaikan suhu terhadap kekuatan
dielektrik minyak isolasi maka, dilakukan pengujian tegangan tembus minyak
isolasi sebagai fungsi kenaikan suhu yang dilakukan di Laboratrium Teknik
Tegangan Tinggi USU.
Sebagai sampel yang diambil adalah minyak isolasi Gulf, Nynas, Shell
Diala B, dan Total. Cara yang dilakukan dalam pegujian tegangan tembus minyak
isolasi sebagai fungsi kenaikan suhu ini adalah sesuai dengan metode pengujian
yang dilakukan pada standart JIS.
Pada bagian ini akan diuraikan tentang peralatan yang digunakan, prosedur
pengujian, data hasil pengujian, dan analisis data hasil pengujian.
IV. 2. PERALATAN PENGUJIAN
Dalam pengujian ini peralatan yang digunakan adalah perlatan – peralatan
yang ada di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara. Peralatan tersebut antara lain :
1. Hight Voltage Test Set Model ET – 51D
- Input (Primer) = 220 V
(47)
- Capacity = 5 kVA
2. Oil Cup Standard JIS 2320
3. Bejana Pemanas 500 ml
4. Alat pengontrol suhu
5. Heather 250 Watt
6. Termometer Digital
7. Stop Watch
Dalam pelaksanaan penelitian ini digunakan peralatan tambahan yaitu alat
pemanas berbasis mikrokontroler yang berfungsi untuk memanaskan minyak
minyak isolasi sesuai dengan suhu dan jangkauan waktu yang diinginkan.
Mikrokontroler yang dipakai adalah jenis AT89S51. Alat pemanas ini juga
dilengkapi dengan alat pengontrol suhu yang berfungsi untuk menjaga suhu
minyak tetap konstan pada suhu yang diinginkan. Jenis alat pengontrol suhu ini
adalah jenis Transistor LM 35. komponen alat ini terdiri dari:
1. Elemen Pemanas : Untuk memanaskan minyak yang sedang diukur,
elemen pemanas ini dihubungkan ke power supply 220 V.
2. Sensor suhu yang digunakan adalah LM35 jenis Transistor. Output dari
sensor diteruskan ke ADC (Analog Digital Converter).
3. ADC (Analog Digital Converter) : Untuk mengubah sinyal listrik menjadi
bentuk digital yaitu 8 bit data biner kemudian diteruskan ke
mikrokontroler AT89S51.
4. Mikrokontroler AT89S51 : Alat ini sebagai otak dan pusat pengendali
(48)
5. Keypad : Keypad disesuaikan sebanyak 5 tombol. Tombol 1 menjalankan
alat dan mengukur suhu, tombol 2 untuk mereset dan tombol 3 lagi untuk
masukan suhu yang dijaga konstan.
6. Relay : untuk menghidupkan dan mematikan elemen secara otomatis.
7. Display seven segmen : nilai temperatur yang dideteksi oleh sensor suhu
LM35 ditampilkan pada Display seven segmen dengan 3 digit
8. Rangkaian Power Supplay : Terdiri dari Trafo step down untuk
menurunkan tegangan 220 V menjadi 12 V, dua buah dioda untuk
menyearahkan tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah dan
kapasitor 2,2 mF sebagai perata arus.
Cara kerja alat ini adalah sensor suhu memberikan sinyal listrik kemudian
diolah menjadi sinyal digital oleh ADC dalam bentuk 8 bit data biner yang
diteruskan ke mikrokontroler AT89S51. Mikrokontroler AT89S51 sebagai otak
meneruskan ke Display Seven Segmen agar dapat dibaca. Mikrokontroler
AT89S51 juga memproses input ADC dan memberikan sinyal kepada relay untuk
menghidupkan dan mematikan elemen pemanas. Berikut gambar sketsa bejana uji
(49)
IV. 3. RANGKAIAN PENGUJIAN
(a).
HV Capacitor Devider
V
OT
TU
Bejana Uji Dengan Elektroda
Standar
220 V/AC
(b).
AC
220 V/AC
Pengontrol Suhu
Elemen Pemanas Sensor
Suhu
Minyak Isolasi
Bejana Pemanas
Lampu Tanda
Gambar 4. (a). Rangkaian Pengujian Tegangan Minyak Isolasi (b). Rangkaian Pemanasan Minyak Isolasi
(50)
IV. 4. PROSEDUR PENGUJIAN
Prosedur pengujian yang dilakukan dalam penelitian pengaruh kenaikan
suhu terhadap tegangan tembus minyak isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B, dan
Total yang diperlakukan sama pada setiap minyak isolasi tersebut adalah sebagai
berikut :
1. Sebelum pengujian dilakukan, bejana dibilas (dibersihkan) dengan sampel
minyak yang akan di uji sampai bersih. Bila masih ada kotoran yang tidak
dapat dilarutkan oleh minyak maka bejana dibersihkan dengan larutan
aceton dan kemudian dikeringkan dengan kain tipis yang sifatnya
menyerap.
2. Unit sampel minyak isolasi dimasukkan ke dalam bejana pemanas dan
dipanaskan dengan alat pemanas (heater) yang dilengkapi dengan
pengontrol panas sampai temperatur 40 0C.
3. Bejana pemanas ditutup dengan kertas yang dilobangi (supaya jangan
terjadi penguapan) untuk menghindari minyak isolasi dari debu yang
mungkin masuk ke dalam bejana pada saat pemanasan berlangsung.
4. Minyak isolasi dipanaskan selama 1 jam, dan setelah dipanaskan minyak
isolasi dituang secara berlahan ke dalam gelas penguji elektroda bola
standar dengan jarak 2,5 mm.
5. Kemudian minyak dibiarkan selama beberapa saat untuk menghilangkan
gelembung udara yang mungkin terjadi saat pengisian minyak ke dalam
bejana.
6. Bejana uji kemudian dijepitkan secara pelan di tempat yang telah
(51)
(ditetapkan sebagai suhu pengujian yang diperlakukan sama pada setiap
unit sampel minyak isolasi yang akan diuji).
7. Tutup Switch Primer (S1) dan VR dibuat pada posisi nol dan tutup Switch
Sekunder (S2).
8. Uji tegangan tembus minyak isolasi dengan menaikkan tegangan elektroda
secara bertahap sebesar 2 kV/detik sampai minyak di sela elektroda
standar terpercik (tembus listrik).
9. Segera putuskan hubungan dengan sumber, karena pada saat terjadi
tembus listrik akan, membuat elektroda terhubung singkat. Pengujian
pertama ini tidak diperhitungkan dalam penentuan hasil pengujian namun,
harus tetap dilakukan.
10. Kemudian minyak di sela elektroda diaduk dengan suatu tangkai tipis dan
bersih untuk menghilangkan gelembung udara yang timbul saat terjadi
tembus listrik.
11. Selang dua menit kemudian prosedur di atas diulang kembali. Demikian
seterusnya sampai diperoleh lima hasil pengukuran tegangan yang
menimbulkan minyak tembus listrik.
12. Catat tegangan tembus minyak isolasi tersebut.
13. Demikian selanjutnya dilakukan untuk unit sampel minyak isolasi lainya
dan dipanaskan selama 2 jam, 3 jam, 4 jam dan 5 jam.
14. Untuk unit sampel berikutnya, temperatur dinaikkan dengan rentang 10 0C
dan dilakukan prosedur 1 s/d 10, sampai pada suhu pemanasan 100 0C.
15. Kembalikan semua peralatan yang dipergunakan ke tempatnya semula.
(52)
IV. 5. DATA HASIL PENGUJIAN
Data hasil pengujian tegangan tembus minyak isolasi sebagai fungsi
kenaikan suhu dan lama suhu bertahan yang diperoleh dari penelitian ditampilkan
dalam bentuk tabel. Data – data hasil pengukuran tersebut diberikan pada
lampiran 1 sampai dengan lampiran 4.
IV.6. ANALISIS DATA HASIL PENGUJIAN
Dalam menganalisa hubungan antara kekuatan dielektrik minyak isolasi
Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total dengan lama suhu bertahan dilakukan
dengan cara menghitung nilai rata – rata dari 5 (lima) hasil pengujian tegangan
tembus pada setiap unit sampel sesuai dengan standar JIS 2320.
IV.6.1 Analisa Data Hasil Pengujian Minyak Isolasi Gulf
Data hasil pengujian dianalisa untuk mendapatkan perbandingan antara
kekuatan dielektrik minyak isolasi Guf, Nynas, Shell Diala B dan Total. Analisa
data dilakukan dengan bantuan dari program aplikasi komputer Microsoft Excel.
Analisa data terdiri dari perhitungan kekuatan dielektrik minyak isolasi yang
diperoleh dari hasil pengujian tegangan tembus masing – masing minyak isolasi
dan analisa grafik yang bertujuan untuk melihat perbandingan kekuatan dielektrik
(53)
IV.6.1.1 Perhitungan Nilai Kekuatan Dielektrik Dari Pengujian Tegangan Tembus Minyak Isolasi.
Dalam menghitung kekuatan dielektrik minyak isolasi dapat dilakukan
dengan mempergunakan rumus (kV/cm).
d V
E= Contoh perhitungan (dari
Lampiran 1.1) seperti berikut :
- Untuk lama suhu bertahan 1 jam pada suhu 40 0C pengujian ke – 2 :
cm kV x
E 34,52 4 138,08
25 , 0 52 , 34 = = =
- Untuk lama suhu bertahan 1 jam pada suhu 40 0C pengujian ke – 3:
cm kV x
E 34,27 4 137,08
25 , 0 27 , 34 = = =
- Untuk lama suhu bertahan 1 jam pada suhu 40 0C pengujian ke – 4 :
cm kV x
E 33,87 4 135,48
25 , 0 87 , 33 = = =
- Untuk lama suhu bertahan 1 jam pada suhu 40 0C pengujian ke – 5 :
cm kV x
E 32,72 4 130,88
25 , 0 72 , 32 = = =
- Untuk lama suhu bertahan 1 jam pada suhu 40 0C pengujian ke – 6 :
cm kV x
E 31,49 4 125,96
25 , 0 49 , 31 = = =
Dengan cara yang sama kekuatan dielektrik dengan mempergunakan metoda
perhitungan di atas dapat dilihat pada lampiran 5 sampai dengan 8 dan
(54)
IV.6.1.2 Perhitungan Nilai Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Dari Pengujian Tegangan Tembus Minyak Isolasi.
Nilai rata – rata kekuatan dielektrik masing – masing unit sampel minyak
isolasi diperoleh dari 5 (lima) hasil perhitungan kekuatan dielektriknya. Contoh
perhitungan pada unit sampel minyak isolasi Gulf pemanasan 40 0C selama 1 jam
(dari Lampiran 5.1) seperti berikut :
(
) (
)
cm kV rata rata E 50 , 133 5 125,96 130,88 135,48 137,08 138,08 = + + + + = −Dengan cara yang sama perhitungan nilai rata – rata kekuatan dielektrik
masing – masing sampel minyak isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total
dengan suhu pemanasan 50 0C, 60 0C, 70 0C, 80 0C, 90 0C, 100 0C pada suhu
bertahan selama 1 jam s/d 5 jam dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Lama Suhu Bertahan
(jam)
Kekuatan Dielektrik (kV/cm) Rata - Rata
Gulf Nynas Shell Diala
B
Total
1 133,50 122,82 123,43 115,86
2 128,23 123,72 123,26 115,78
3 133,54 122,00 121,23 118,19
4 118,91 120,89 135,90 114,24
5 119,99 118,50 114,64 109,59
Tabel 4.1. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 40 0C.
(55)
Lama Suhu Bertahan
(jam)
Kekuatan Dielektrik (kV/cm) Rata - Rata
Gulf Nynas Shell Diala
B
Total
1 129,42 120,84 125,02 113,06
2 124.55 124,48 123,91 115,11
3 128.42 119,75 120,42 117,36
4 117,29 119,47 123,50 116,73
5 113,70 115,34 107,79 112,50
Tabel 4.2. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 50 0C.
Lama Suhu Bertahan
(jam)
Kekuatan Dielektrik (kV/cm) Rata - Rata
Gulf Nynas Shell Diala
B
Total
1 124,94 121,05 123,49 121,66
2 120,79 124,02 119,59 117,06
3 118,76 118,52 126,31 120,90
4 114,61 119,29 118,02 119,60
5 109,58 116,10 100,18 114,31
Tabel 4.3. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 60 0C.
Lama Suhu Bertahan
(jam)
Kekuatan Dielektrik (kV/cm) Rata - Rata
Gulf Nynas Shell Diala
B
Total
1 123,14 122,64 122,62 115,45
2 118,13 122,80 122,98 114,04
3 118,76 118,87 121,73 115,32
4 111,08 119,12 115,81 113,42
5 105,01 116,62 99,02 108,96
Tabel 4.4. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 70 0C.
(56)
Lama Suhu Bertahan
(jam)
Kekuatan Dielektrik (kV/cm) Rata - Rata
Gulf Nynas Shell Diala
B
Total
1 118,29 120,28 120,56 116,62
2 115,70 117,26 121,31 111,98
3 115,01 115,20 114,08 112,38
4 109,09 116,20 113,33 110,68
5 101,20 114,78 95,36 108,98
Tabel 4.5. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 80 0C.
Lama Suhu Bertahan
(jam)
Kekuatan Dielektrik (kV/cm) Rata - Rata
Gulf Nynas Shell Diala
B
Total
1 111,24 116,92 117,62 112,42
2 110,06 111,12 111,64 111,14
3 105,70 110,40 110,19 111,10
4 103,70 108,12 105,17 109,51
5 99,04 106,42 89,13 106,24
Tabel 4.6. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 90 0C.
Lama Suhu Bertahan
(jam)
Kekuatan Dielektrik (kV/cm) Rata - Rata
Gulf Nynas Shell Diala
B
Total
1 103,38 110,80 107,25 106,76
2 101,56 106,84 107,52 106,79
3 97,55 107,10 93,01 106,22
4 91,34 104,52 97,76 105,87
5 88,47 105,05 86,63 103,68
Tabel 4.7. Hasil Rata – Rata Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada Suhu 100 0C.
(57)
IV.6.1.3 Analisa Grafik
Dari hasil perhitungan nilai rata –rata kekuatan dielektrik masing – masing
minyak isolasi di atas didapat kurva karakteristik yang menyatakan hubungan
antara kekuatan dielektrik minyak isolasi dengan lama suhu bertahan seperti
berikut : 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140
0 1 2 3 4 5 6
Lama suhu bertahan ( jam)
K eku at an D iel ekt ri k ( k V /cm ) Gulf Nynas
Shell Diala B Total
Kurva di atas diperoleh dari harga rata – rata kekuatan dielektrik minyak
isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada pemanasan 40 0C seperti pada
Tabel 4.1. Terlihat bahwa kekuatan dielektrik minyak isolasi cenderung menurun
namun, minyak isolasi Gulf pada lama suhu bertahan 3 jam dan minyak isolasi
Shell Diala B pada lama suhu bertahan 4 jam mengalami penaikan kekuatan
dielektrik.
Gambar 5. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada suhu 40 0C
(58)
100 104 108 112 116 120 124 128 132
0 1 2 3 4 5 6
Lama suhu bertahan (jam)
K
eku
at
an
D
iel
ekt
ri
k (
kV
/cm
)
Gulf Nynas
Shell Diala B Total
Kurva di atas diperoleh dari harga rata – rata kekuatan dielektrik minyak
isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada pemanasan 50 0C seperti pada
Tabel 4.2. Terlihat bahwa kekuatan dielektrik minyak isolasi cenderung menurun
namun, minyak isolasi Total pada lama suhu bertahan 1 jam, 2 jam dan 3 jam
mengalami penaikan kekuatan dielektrik.
Gambar 6. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada suhu 50 0C
(59)
95 98 101 104 107 110 113 116 119 122 125 128
0 1 2 3 4 5 6
Lama suhu bertahan (jam)
K
eku
at
an
D
iel
ek
tr
ik (
kV
/cm
)
Gulf Nynas
Shell Diala B Total
Kurva di atas diperoleh dari harga rata – rata kekuatan dielektrik minyak
isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada pemanasan 60 0C seperti pada
Tabel 4.3. Terlihat bahwa kekuatan dielektrik minyak isolasi cenderung turun
akan tetapi minyak isolasi Gulf mengalami penurunan yang drastis mulai dari
lama suhu bertahan 1 jam sampai 5 jam dan Shell Diala B pada lama suhu
bertahan 3 jam sampai 5 jam.
Gambar 7. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada suhu 60 0C
(60)
90 95 100 105 110 115 120 125 130
0 1 2 3 4 5 6
Lama suhu bertahan (jam)
K
eku
at
an
D
iel
ekt
ri
k (
kV
/cm
)
Gulf Nynas
Shell Diala B Total
Kurva di atas diperoleh dari harga rata – rata kekuatan dielektrik minyak
isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada pemanasan 70 0C seperti pada
Tabel 4.4. Terlihat bahwa kekuatan dielektrik minyak isolasi cenderung turun
akan tetapi minyak isolasi Gulf dan Shell Diala B mengalami penurunan yang
lebih drastis dari minyak isolasi yang lain.
Gambar 8. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada suhu 70 0C
(61)
90 94 98 102 106 110 114 118 122 126 130
0 1 2 3 4 5 6
Lama suhu bertahan (jam)
K
eku
at
an
D
iel
ekt
ri
k (
kV
/cm
)
Gulf Nynas
Shell Diala B Total
Kurva di atas diperoleh dari harga rata – rata kekuatan dielektrik minyak
isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada pemanasan 80 0C seperti pada
Tabel 4.5. Terlihat bahwa kekuatan dielektrik minyak isolasi pada pemanasan ini
cenderung turun akan tetapi minyak isolasi Gulf dan Shell Diala B mengalami
penurunan yang lebih drastis dari minyak isolasi yang lain.
Gambar 9. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada suhu 80 0C
(62)
87 90 93 96 99 102 105 108 111 114 117 120
0 1 2 3 4 5 6
Lama suhu bertahan (jam)
K
eku
at
an
D
iel
ekt
ri
k (
k
V
/cm
)
Gulf Nynas
Shell Diala B Total
Kurva di atas diperoleh dari harga rata – rata kekuatan dielektrik minyak
isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada pemanasan 90 0C seperti pada
Tabel 4.7. Terlihat bahwa kekuatan dielektrik minyak isolasi pada pemanasan ini
cenderung turun akan tetapi minyak isolasi Shell Diala B mengalami penurunan
yang lebih drastis dari minyak isolasi yang lain.
Gambar 10. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak. Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada suhu 90 0C
(63)
85 88 91 94 97 100 103 106 109 112 115
0 1 2 3 4 5 6
Lama suhu bertahan (jam)
K eku at an D iel ekt ri k ( kV /cm ) Gulf Nynas
Shell Diala B Total
Kurva di atas diperoleh dari harga rata – rata kekuatan dielektrik minyak
isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada pemanasan 100 0C seperti pada
Tabel 4.8. Terlihat bahwa kekuatan dielektrik minyak isolasi pada pemanasan ini
cenderung turun akan tetapi minyak isolasi Gulf dan Shell Diala B selalu
mengalami penurunan yang lebih drastis dari minyak isolasi yang lain.
Dari masing – masing tabel hasil rata – rata kekuatan dielektrik dan kurva
karakteristik minyak isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total di atas terlihat
bahwa :
1. Akibat dari pemanasan dan lama suhu pemanasan bertahan minyak
isolasi mengalami penurunan kekuatan dielektrik
Gambar 11. Kurva Karakteristik Hubungan Kekuatan Dielektrik Minyak. Isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan Total pada suhu 100 0C
(64)
2. Minyak isolasi Nynas dan Total mengalami penurunan (pengurangan)
kekuatan dielektrik yang tidak terlalu jauh mulai dari suhu pemanasan
40 0C sampai dengan 100 0C pada lama suhu bertahan sampai 5 jam.
3. Minyak isolasi Gulf dan Shell Diala B mengalami penurunan kekuatan
dielektrik yang cepat mulai dari suhu pemanasan 50 0C sampai 100 0C
pada lama suhu bertahan sampai 5 jam.
4. Pemanasan dan lama suhu pemanasan bertahan sangat mempengaruhi
(65)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
Dengan dilakukanya penelitian, adanya data hasil pengujian tegangan
tembus, hasil perhitungan, analisa data dan kurva karakteristik kekuatan dielektrik
minyak isolasi sebagai fungsi dari lama suhu pemanasan bertahan maka, dapat
diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Kekuatan dielektrik minyak isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan
Total mengalami pemburukan yang ditandai dengan menurunya
kekuatan dielektrik masing – masing minyak isolasi tersebut.
2. Minyak isolasi Gulf dan Shell Diala B mengalami penurunan kekuatan
dielektrik yang lebih drastis dibandingkan dengaan minyak isolasi
Nynas dan Total.
3. Berdasarkan data hasil pengujian tegangan tembus, analisis data dan
kurva karakteristik masing – masing unit sampel minyak isolasi Gulf,
Shell Diala B, Nynas dan Total jelas terlihat adanya hubungan antara
kekuatan dielektrik minyak isolasi dengan lama suhu pemanasan
bertahan.
4. Pemburukan minyak isolasi ditandai dengan menurunya kekuatan
dielektriknya terjadi apabila panas (perubahan suhu) berlangsung lama
(66)
B. SARAN
Untuk penelitian lebih lanjut yang memungkinkan hasil yang lebih akurat
dan teliti perlu dilakukan :
1. Durasi pemanasan dibuat lebih lama.
2. Durasi kenaikan suhunya dibuat lebih kecil.
3. Kebersihan (kesterilan) alat – alat yang dipergunakan dalam pengujian
supaya lebih diperhatikan.
4. Karena penelitian ini hanya membahas mengenai kekuatan dielektrik
akibat pemanasan maka perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk
mengamati sifat – sifat lain seperti faktor rugi – rugi dielektrik,
(67)
DAFTAR PUSTAKA
1. Kind, Dieter.,”Penghantar Teknik Eksperimental Tegangan
Tinggi”.(Diterjemahkan oleh : Sirait, K. T.,ITB, Bandung, 1993.
2. Tobing, Bonggas L., “Peralatan Tegangan Tinggi.”PT. Gramedia
Pustaka Utama : Jakarta, 2003
3. Tobing, Bonggas L.,” Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi,”PT.
Gramedia Pustaka Utama : Jakarta, 2003.
4. Arismunandar, Artono.,”Teknik Tegangan Tinggi”,PT. Pradnya
Pramita, Jakarta, 2001.
5. Arismunandar, Artono., ”Teknik Tegangan Tinggi Suplemen”,Ghalia
Indonesia. 1998.
6. Arismunandar,Artono.,”Teknik Tegangan Tinggi”,Pradnya Paramita.
1975.
7. Rao,S.,M.E., M.I.E.,”Power Transformers and Special Transformers”.
Second Edition, Published by Khanna Tech Publications,Delhi,1991.
8. Hayt, William H., “Elektromagnetika Teknologi”, (diterjemahkan oleh :
Liong Houw), Erlangga. Jakarta, 1997.
9. Razevig, D. V.,”High Voltage Engineering”. Khanna Publishers. 1982.
10. Setiabudy Rudy.,” Material Tehnik Listrik”, Universitas Indonesia ( UI
– Press), .Jakarta, 2007.
11. Gibbs, J. B., “ Transformer Principles and Practice”, McGraw – Hill
(68)
12. Blume, L. F., Boyajian, A., Camilli, Lennox, T. C., Minneci, S.,
Montsinger, V. M., “ Transformer Engineering”, McGraw – Hill Book
Company, Second Edition, New York, London, 1951.
13. SPLN 8 – 1 : 1991, ”Transformator Tenaga – Umum”. Departemen
Pertambangan dan Energi, Perusahaan Umum Listrik Negara, 1991.
14. SPLN 49 – 1 : 1982, ”Minyak Isolasi – Pedoman Penerapan Spesifikasi
dan Pemeliharaan Minyak Isolasi”, Departemen Pertambangan dan
Energi, Perusahaan Umum Listrik Negara, 1982.
15. SPLN 8 – 2 : 1991, ” Transformator Tenaga – Kenaikan Suhu”,
Departemen Pertambangan dan Energi, Perusahaan Umum Listrik
(69)
TABEL LAMPIRAN Data Hasil Perhitungan
Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf Sampel A Lama Pemanasan : 1 jam
Urutan Pengujian
Suhu Pemanasan
(0 C)
Kekuatan Dielektrik (kV/cm)
1 40 128.80
2 40 138.08
3 40 137.08
4 40 135.48
5 40 130.88
6 40 125.96
1 50 136.40
2 50 133.36
3 50 132.24
4 50 131.80
5 50 129.08
6 50 120.60
1 60 132.80
2 60 131.08
3 60 130.24
4 60 124.60
5 60 122.20
6 60 116.56
1 70 131.60
2 70 129.64
3 70 127.44
4 70 126.12
5 70 118.44
6 70 114.04
1 80 128.44
2 80 126.92
3 80 122.72
4 80 120.20
5 80 112.60
6 80 109.00
1 90 122.40
2 90 118.08
3 90 113.28
4 90 110.44
5 90 109.00
6 90 105.40
2 100 112.52
3 100 104.88
4 100 100.64
5 100 96.36
(70)
(1)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
Dengan dilakukanya penelitian, adanya data hasil pengujian tegangan
tembus, hasil perhitungan, analisa data dan kurva karakteristik kekuatan dielektrik
minyak isolasi sebagai fungsi dari lama suhu pemanasan bertahan maka, dapat
diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1.
Kekuatan dielektrik minyak isolasi Gulf, Nynas, Shell Diala B dan
Total mengalami pemburukan yang ditandai dengan menurunya
kekuatan dielektrik masing – masing minyak isolasi tersebut.
2.
Minyak isolasi Gulf dan Shell Diala B mengalami penurunan kekuatan
dielektrik yang lebih drastis dibandingkan dengaan minyak isolasi
Nynas dan Total.
3.
Berdasarkan data hasil pengujian tegangan tembus, analisis data dan
kurva karakteristik masing – masing unit sampel minyak isolasi Gulf,
Shell Diala B, Nynas dan Total jelas terlihat adanya hubungan antara
kekuatan dielektrik minyak isolasi dengan lama suhu pemanasan
bertahan.
4.
Pemburukan minyak isolasi ditandai dengan menurunya kekuatan
dielektriknya terjadi apabila panas (perubahan suhu) berlangsung lama
pada suatu peralatan yang menggunakan minyak isolasi.
(2)
B. SARAN
Untuk penelitian lebih lanjut yang memungkinkan hasil yang lebih akurat
dan teliti perlu dilakukan :
1.
Durasi pemanasan dibuat lebih lama.
2.
Durasi kenaikan suhunya dibuat lebih kecil.
3.
Kebersihan (kesterilan) alat – alat yang dipergunakan dalam pengujian
supaya lebih diperhatikan.
4.
Karena penelitian ini hanya membahas mengenai kekuatan dielektrik
akibat pemanasan maka perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk
mengamati sifat – sifat lain seperti faktor rugi – rugi dielektrik,
viscositas, angka kenetralan, tegangan permukaan dan sebagainya.
(3)
DAFTAR PUSTAKA
1.
Kind, Dieter.,”Penghantar Teknik Eksperimental Tegangan
Tinggi”.(Diterjemahkan oleh : Sirait, K. T.,ITB, Bandung, 1993.
2.
Tobing, Bonggas L., “Peralatan Tegangan Tinggi.”PT. Gramedia
Pustaka Utama : Jakarta, 2003
3.
Tobing, Bonggas L.,” Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi,”PT.
Gramedia Pustaka Utama : Jakarta, 2003.
4.
Arismunandar, Artono.,”Teknik Tegangan Tinggi”,PT. Pradnya
Pramita, Jakarta, 2001.
5.
Arismunandar, Artono., ”Teknik Tegangan Tinggi Suplemen”,Ghalia
Indonesia. 1998.
6.
Arismunandar,Artono.,”Teknik Tegangan Tinggi”,Pradnya Paramita.
1975.
7.
Rao,S.,M.E., M.I.E.,”Power Transformers and Special Transformers”.
Second Edition, Published by Khanna Tech Publications,Delhi,1991.
8.
Hayt, William H., “Elektromagnetika Teknologi”, (diterjemahkan oleh :
Liong Houw), Erlangga. Jakarta, 1997.
9.
Razevig, D. V.,”High Voltage Engineering”. Khanna Publishers. 1982.
10.
Setiabudy Rudy.,” Material Tehnik Listrik”, Universitas Indonesia ( UI
– Press), .Jakarta, 2007.
11.
Gibbs, J. B., “ Transformer Principles and Practice”, McGraw – Hill
Book Company, Second Edition, New York, Toronto, 1950.
(4)
12.
Blume, L. F., Boyajian, A., Camilli, Lennox, T. C., Minneci, S.,
Montsinger, V. M., “ Transformer Engineering”, McGraw – Hill Book
Company, Second Edition, New York, London, 1951.
13.
SPLN 8 – 1 : 1991, ”Transformator Tenaga – Umum”. Departemen
Pertambangan dan Energi, Perusahaan Umum Listrik Negara, 1991.
14.
SPLN 49 – 1 : 1982, ”Minyak Isolasi – Pedoman Penerapan Spesifikasi
dan Pemeliharaan Minyak Isolasi”, Departemen Pertambangan dan
Energi, Perusahaan Umum Listrik Negara, 1982.
15.
SPLN 8 – 2 : 1991, ” Transformator Tenaga – Kenaikan Suhu”,
Departemen Pertambangan dan Energi, Perusahaan Umum Listrik
Negara, 1991.
(5)
TABEL LAMPIRAN
Data Hasil Perhitungan
Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi Gulf Sampel A
Lama Pemanasan : 1 jam
Urutan Pengujian
Suhu Pemanasan (0 C)
Kekuatan Dielektrik (kV/cm)
1 40 128.80
2 40 138.08
3 40 137.08
4 40 135.48
5 40 130.88
6 40 125.96
1 50 136.40
2 50 133.36
3 50 132.24
4 50 131.80
5 50 129.08
6 50 120.60
1 60 132.80
2 60 131.08
3 60 130.24
4 60 124.60
5 60 122.20
6 60 116.56
1 70 131.60
2 70 129.64
3 70 127.44
4 70 126.12
5 70 118.44
6 70 114.04
1 80 128.44
2 80 126.92
3 80 122.72
4 80 120.20
5 80 112.60
6 80 109.00
1 90 122.40
2 90 118.08
3 90 113.28
4 90 110.44
5 90 109.00
6 90 105.40
2 100 112.52
3 100 104.88
4 100 100.64
(6)