Pengaruh Pelapisan Dielektrik Minyak Pada Dielektrik Plastik Terhadap Tegangan Tembus AC

Pengaruh Pelapisan Dielektrik Minyak Pada Dielektrik Plastik

Terhadap Tegangan Tembus AC

(Aplikasi Pada Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Fakultas Teknik USU)

OLEH

NAMA : RUSDIN KACARIBU NIM : 010402011

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Pengaruh Pelapisan Dielektrik Minyak Pada Dielektrik Plastik

Terhadap Tegangan Tembus AC

(Aplikasi Pada Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Fakultas Teknik USU) OLEH

NAMA : RUSDIN KACARIBU NIM : 010402011

Tugas Akhir ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Sidang pada tanggal 25 bulan 8 tahun 2007 di depan Penguji: 1. Ir. Hendra Zulkarnaen : Ketua Penguji

2. Ir. Bonggas L. Tobing : Anggota Penguji 3. Ir. Surya T. Kasim, M.Si : Anggota Penguji

Disetujui oleh: Pembimbing Tugas Akhir,

NIP:131273469 ( Ir. Syahrawardi )

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro,

NIP:130365322 (Prof.DR.Ir.Usman Baafai )

ABSTRAK

Elekroda maupun dielektrik padat yang terlihat datar sesungguhnya memiliki permukaan yang tidak rata. Bila elektroda dan dielektrik disusun, maka diantara keduanya terdapat celah kosong yang seandainya celah kosong ini dibiarkan maka akan diisi oleh udara. Udara yang mengisi celah relatif lebih mudah mengalami ionisasi yang berujung erosi pada dielektrik dan mengurangi umur dielektrik padat tersebut.

Bila pada celah kosong tersebut udara digantikan oleh dielektrik minyak, maka ionisasi akan lama terjadi dan erosi pada dielektrik padat sulit terjadi sehingga tegangan tembusnya menjadi lebih besar dan umur dielektrik padat tersebut menjadi lebih lama.

Di dalam tugas akhir ini akan diperlihatkan perbandingan kekuatan dielektrik pelastik sebelum dengan sesudah diolesi minyak trafo pada waktu pengujian.

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji hanya milik Allah Zat Maha Agung Yang memberikan hidayah, innayah, pertolongan sekaligus kepercayaan kepada penulis untuk menjalani dan menyelesaikan studi S1 di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU. Sholawat sekalian salam senantiasa terucap untuk baginda Rasulullah Muhammad SAW.

Adapun penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat bagi penulis untuk memperoleh Gelar Sarjana Teknik dari Departemen Elektro Fakultas Teknik USU. Di dalam Tugas Akhir ini penulis ingin memperlihatkan perbedan daya tahan pelastik sebelum dengan sesudah diberi minyak.

Dalam perjalan penulisan Tugas Akhir ini, penulis sangat terbantu melewati berbagai masalah sehingga tugas akhir ini dapat selesai. Untuk itu dengan ketulusan dan kerendaham hati, penulis menghaturkan terima kasih kepada :

1. Bapak dan Mamak yang tercinta di rumah. Atas nasehat, kesabaran dan kerelaan hati berjuang dan membimbing anak ini hingga akhir perjalanan. Semoga amal yang dilakukan mendatangkan kebaikan terus-menerus tanpa putus.

2. Kakakku Lidya Wati Kacaribu, ST. Sunarti Kacaribu, AMAK. Dan abangku dr. Kamalluddin Kacaribu. Semoga ‘jundi’ kalian lebih hebat dari orang tuanya, serta adikku Subur Jaya Kacaribu. Kalian semua telah menjadi semangat dalam diri ini. 3. Bapak Prof. DR. Ir. Usman Baafai selaku Ketua Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Bapak Ir. Bonggas L. Tobing, selaku Dosen Wali penulis, yang memberikan nasehat dan bimbingan selama perkuliahan.

7. Seluruh Bapak dan Ibu dosen, selaku staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah mendidik penulis menuju jenjang Sarjana.

8. Kepada teman-teman kampusku : Zulfadli, Dancoxs, Mantox, Effendi Karo-karo dan seluruh anak 2001. Kalian banyak sekali memberi pelajaran baru.

9. Kepada teman-temanku di KAMMI. Ikhwan dan Akhwat fillah, Jazakumullah khoiron jaza. Semoga kita bertemu dalam keadaan yang jauh lebih baik lagi dari hari ini. Temen-temen LQ. Nurcholis, aku akan menyusulmu. Mukhlis, terus jalankan KreatifBah yang dulu kita dirikan, Bustamin, Farhan, tetaplah istiqomah. Pak Agus, terimakasih telah membimbing kami.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini belum begitu sempurna karena masih banyak lagi kekurangan baik dari isi maupun tata bahasanya. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun guna pengembangan dan penyempurnaan Tugas Akhir ini.

Akhir kata, penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan memberikan inspirasi dalam ilmu pengetahuan bagi semua pihak.

Medan, Juli 2007 Penulis

Daftar Isi

Abstrak ………. i

Kata Pengantar ……….………... ii

Daftar isi ..….. ……….... iv

Daftar Gambar ……….... viii

Daftar Tabel ……….……….. x

BAB I Pendahuluan ………....……….…... 1

I.1. Latar Belakang ……….. 1

I.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan ………...………... 2

I.3. Batasan Masalah ……… 2

I.4. Metode Penulisan ………...………… 3

I.5. Sistematika Penulisan ………. 3

BAB II DIELEKTRIK ……….……… 5

II.1. Pengertian Dielektrik ……….……… 5

II.2. Jenis-jenis Dielektrik ………. 6

II.3. Rangkaian Ekivalen Dielektrik ………. 8

II.4. Karakteristik Dielektrik ………. 10

II.4.1. Kekuatan Dielektrik ……… 10

II.4.2. Konduktansi ……… 11

II.4.3. Rugi-rugi Dielektrik ……… 12

II.4.4. Peluahan Parsial (Partial Discharge) ………... 13

II.4.6. Kekuatan Kerak Isolasi ……….. 17

II.5. Penggunaan Dielektrik ………...…………... 18

II.5.1. Penggunaan Pada Transformator Daya ……….. 18

II.5.2. Penggunaan Pada Mesin Berputar ………. 19

II.5.3. Penggunaan Pada Circuit Breaker ……….. 19

II.5.4. Penggunaan Pada Kabel ………. 20

II.5.5. Penggunaan Pada Kapasitor Daya ……….. 22

II.5.6. Penggunaan Pada Peralatan Elektronik ……….………. 24

BAB III TEORI TEMBUS LISTRIK PADA DIELEKTRIK ………. 25

III.1. Pengertian Tegangan Tembus Listrik ……….……….……… 25

III.2. Tegangan Tembus Listrik Pada Dielektrik Gas ………... 26

III.2.1. Teori Townsend ………..………..…... 26

III.2.2. Teori Streamer ……….…… 29

III. 2.2.a. Teori Streamer Positif ……….…...…. 29

III.2.2.b. Teori Streamer Negatif ……… 31

III.2.3. Hukum Paschen ………... 32

III.3. Tegangan Tembus Pada Dielektrik Cair ………...……….. 32

III.3.1. Teori Kegagalan Dielektrik Cair Murni ………..……. 33

III.3.2. Teori Kegagalan Gelembung Gas ………...…… 34

III.3.3. Teori Kegagalan Butiran Padat ………...……… 35

III.3.4. Teori Kegagalan Bola Cair ……… 37

III.4. Tegangan Tembus Listrik Pada Dielektrik Padat ……… 38

III.4.1. Kegagalan Asasi ….……….. 39

III.4.3. Kegagalan Streamer ………...………… 40

III.4.4. Kegagalan Termal ………...………… 40

III.4.5. Kegagalan Erosi ………..………. 40

BAB IV PENGARUHPELAPISAN DIELEKTRIK MINYAK PADA DIELEKTRIK PLASTIK TERHADAP TEGANGAN TEMBUS AC……….………. 41

IV.1. Umum ……….. 41

IV.2. Peralatan Yang Digunakan ……….……….. 41

IV.3. Rangkaian Percobaan ………...……….…... 42

IV.4. Prosedur Percobaan ... 43

IV.4.1. Prosedur Percobaan Tegangan Tembus Pada Plastik ... 43

IV.4.2. Prosedur Percobaan Waktu Tembus Listrik Pada Plastik 45 IV.5. Data Percobaan ... 47

IV.5.1. Data Percobaan Tegangan Tembus Listrik Pada Plastik .. 47

IV.5.2. Data Percobaan Waktu Tembus Listrik Pada Plastik ….. 48

IV.6. Analisa Data ... 49

IV.6.1. Analisa Data Tegangan Tembus listrik Pada Plastik ….. 49

IV.6.2. Analisa Data Waktu Tembus Listrik Pada Plastik …..… 51

IV.7. Grafik Hasil Percobaan ……….……….…………... 52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ………...………...………… 55

V.1. Kesimpulan ………..……….………... 55

Daftar Pustaka Lampiran Data

Daftar Gambar

BAB II DIELEKTRIK

Gambar 2.1. Rangkaian Ekivalen Suatu Dielektrik ………...………... 9

Gambar 2.2. Rangkaian Ekivalen Dielektrik ……….……… 9

Gambar 2.3. Komponen Arus Dielektrik ……….. 10

Gambar 2.4. Arus Pada Kapasitor Komersial ……….……….. 11

Gambar 2.5. Dampak Medan Listrik Terhadap Molekul Dielektrik ……… 12

Gambar 2.6. Celah Udara Dielektrik Padat ……….. 13

Gambar 2.7. Kemungkinan Terjadinya Peluahan Internal ……….……….. 15

Gambar 2.8. Arus Pada Suatu Dielektrik ………. 17

BAB III TEORI TEMBUS LISTRIK PADA DIELEKTRIK Gambar 3.1. Medan Elektrik Dalam Dielektrik ………... 26

Gambar 3.2. Arah Medan E Dan Arah Elektron Akibat Gaya F ……….. 27

Gambar 3.3. Ilustrasi Kondisi Akibat Tabrakan eb Dengan Atom N ……...……. 28

Gambar 3.4. Benturan Ion Positif Dengan Katoda Menyebabkan Terjadinya Emisi ……….. 28

Gambar 3.5. Muatan Positif Membentuk Muatan Ruang Seperti Kerucut …….. 29

Gambar 3.6. Plasma Yang Menjadi Kanal Penghubung Antara Anoda Dengan Katoda ………. 29

Gambar 3.7. Muatan Negatif Mengubah Distribusi Medan Elektrik …….……... 31

Gambar 3.8. Emisi Medan Tinggi Pada Permukaan Elektroda …………....……. 33

Gambar 3.9. Tembus Listrik Pada Dielektrik Cair Yang Mengandung Gelembung Gas .………... 34

Gambar 3.10. Ilustrasi Tembus Listrik Pada Zat Cair Yang Mengandung

Butiran Padat ………..………... 36 Gambar 3.11. Ilustrasi Tembus LIstrik Pada Bola Cair ………...….... 37 Gambar 3.12. Grafik Kegagalan Isolasi ………...……….... 39

BAB IV PENGARUH PELAPISAN DIELEKTRIK MINYAK PADA DIELEKTRIK PLASTIK TERHADAP TEGANGAN TEMBUS AC

Gambar 4.1. Rangkaian Pengujian Tegangan Tembus Listrik Pada Plastik Sebelum Dan Sesudah Pelapisan Minyak ... 42

Daftar Tabel

BAB II DIELEKTRIK

Tabel 2.1. Beberapa Contoh Kekuatan Dielektrik Suatu Bahan ………...……... 7 Tabel 2.2. Bahan Yang Sering Digunakan Pada Kabel …...…....………. 22

BAB IV PENGARUH PELAPISAN DIELEKTRIK MINYAK PADA DIELEKTRIK PLASTIK TERHADAP TEGANGAN TEMBUS AC

Tabel 4.1. Data Percobaan Tegangan Tembus Listrik Pada Plastik

Tanpa Minyak ... 47 Tabel 4.2. Data Percobaan Tegangan Tembus Listrik Pada Plastik Berminyak .. 48 Tabel 4.3. Data Waktu Tembus Listrik Pada Plastik Tanpa Minyak ….……….. 48 Tabel 4.4. Data Waktu Tembus Listrik Pada Plastik Berminyak ………..…..…. 49 Tabel 4.5. Tegangan Tembus Rata-rata Tiap Penambahan Berat Pada Plastik

Tanpa Minyak ………... 50 Tabel 4.6. Tegangan Tembus Rata-rata Tiap Penambahan Pemberat Pada Plastik

Berminyak ………...….... 50 Tabel 4.7. Waktu Tembus Llistrik (T) Rata-rata Pada Plastik Tanpa Minyak .... 51 Tabel 4.8. Waktu Tembus Listrik (T) Rata-rata Pada Plastik Berminyak ……... 52

ABSTRAK

Elekroda maupun dielektrik padat yang terlihat datar sesungguhnya memiliki permukaan yang tidak rata. Bila elektroda dan dielektrik disusun, maka diantara keduanya terdapat celah kosong yang seandainya celah kosong ini dibiarkan maka akan diisi oleh udara. Udara yang mengisi celah relatif lebih mudah mengalami ionisasi yang berujung erosi pada dielektrik dan mengurangi umur dielektrik padat tersebut.

Bila pada celah kosong tersebut udara digantikan oleh dielektrik minyak, maka ionisasi akan lama terjadi dan erosi pada dielektrik padat sulit terjadi sehingga tegangan tembusnya menjadi lebih besar dan umur dielektrik padat tersebut menjadi lebih lama.

Di dalam tugas akhir ini akan diperlihatkan perbandingan kekuatan dielektrik pelastik sebelum dengan sesudah diolesi minyak trafo pada waktu pengujian.

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang

Setiap dielektrik yang berbeda memiliki kekuatan dalam menahan tegangan tembus yang berbeda. Pada umumnya dielektrik cair (liquid) memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi daripada gas dan dielektrik solid memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi daripada dielektrik gas dan cair.

Dalam pembuatan kapasitor, maka nilai dari kekuatan dielektrik sangat menentukan baik buruknya kapasitor tersebut. Kapasitor terdiri dari dua lempeng logam yaitu Anoda dan Katoda yang dipisahkan oleh dielektik. Dan pada umumnya dielektrik yang digunakanakan adalah dielektrik padat (solid).

Permukaan elektroda maupun dielektrik padat yang terlihat datar, ternyata tidak begitu rata, banyak terdapat tonjolan halus maupun pori-pori sehingga ketika elektroda dan dielektrik disusun akan terbentuk rongga dalam jumlah yang banyak. Rongga udara merupakan dielektrik yang mudah mengalami ionisasi. Apabila terjadi ionisasi maka pada dielektrik padat akan mengalami erosi yang menyebabkan permukaannya terkikis. Selain itu, pada permukaan elektroda yang menonjol ataupun runcing akan mengalami emisi medan tinggi. Hal ini akan menyebabkan kekuatan dielektrik padat tadi akan berkurang dan bisa juga umurnya akan semakin pendek.

Untuk menghindari hal ini maka perlu diupayakan agar pada pertemuan dielektrik padat dengan elektroda tidak terjadi ionisasi sehingga kekuatan dielektrik tidak hanya tidak berkurang, tetapi juga bertambah. Salah satu cara adalah dengan menambahkan atau melapisi minyak pada permukaan elektroda maupun dielektrik padat tadi.

I.2 Tujuan Dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah :

Untuk mempelajari proses terjadinya tembus listrik pada dielektrik padat, cair maupun gas.

Mendapatkan tegangan tembus listrik dielektrik plastik sebelum dan sesudah dilapisi minyak trafo.

Menguji kemampuan dielektrik plastik. Manfaat penelitian ini adalah :

1. Mendapatkan pengertian dan penjelasan mengenai kekuatan dielektrik dan tegangan tembus listrik.

2. Memberi peluang kepada mahasiswa untuk mempelajari lebih lanjut studi mengenai tegangan tembus dielektik.

3. Mendapatkan pengetahuan tentang cara memakai alat uji.

I.3 Batasan Masalah

Agar tujuan penulisan tugas akhir ini sesuai dengan yang diharapkan serta terfokus pada judul dan bidang yang telah disebutkan di atas, maka penulis membatasi permasalahan yang akan dibahas sebagai berikut :

Penelitian ditekankan pada perbandingan tegangan tembus dielektrik plastik sebelum dengan sesudah dilapisi dielektrik minyak.

Tidak membahas perubahan suhu maupun perubahan tekanan pada udara di sekitar pengujian.

Dielektrik yang diuji adalah plastik (polyethylene low dnsity)). Susunan elektroda penguji adalah plat sejajar.

High Voltage Test Set Model ET-51D Plastik jenis LDPE (Low Density Polietylen)

Elektroda plat piringan dengan diameter 2,5 cm dan 3,5 cm. Barometer, Thermometer Voltmeter.

Tegangan kerja adalah tegangan AC.

I.4 Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi di antaranya :

Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain

Studi lapangan yaitu dengan melaksanakan percobaan di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi FT USU

Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh departemen Teknik Elektro USU, dengan dosen-dosen bidang Teknik Tegangan Tinggi dan teman-teman mahasiswa.

I.5 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode dan sistematika penulisan.

BAB II. DIELEKTRIK

Bab ini membahas mengenai dielektrik, baik itu pengertian, syarat, macam-macam dielektrik, rangkaian ekivalen dielektrik, karakteristik dan penggunaan dielektrik.

BAB III. TEGANGAN TEMBUS PADA DIELEKTRIK

Bab ini membahas tentang defenisi tegangan tembus listrik pada dielektrik, proses terjadinya tegangan tembus listrik pada dielektrik padat, cair dan gas.

BAB IV. PENGARUH PELAPISAN DIELEKTRIK MINYAK PADA DIELEKTRIK PLASTIK TERHADAP TEGANGAN TEMBUS AC

Bab ini menjelaskan tentang penerapan atau pengujian dielektik plastik baik sebelum maupun sesudah diolesi dengan minyak trafo untuk mengetahui perbandingan kekuatan dielektriknya. Pengujian ini dilakukan di laboratorium teknik tegangan tinggi.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari pembahasan dan saran pada pengujian.

BAB II DIELEKTRIK

II.1. Pengertian Dielektrik

Dielektrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang sangat kecil atau bahkan hampir tidak ada. Bahan dielektrik dapat berwujud padat, cair dan gas.Tidak seperti konduktor, pada bahan dielektrik tidak terdapat elektron-elektron konduksi yang bebas bergerak di seluruh bahan oleh pengaruh medan listrik. Medan listrik tidak akan menghasilkan pergerakan muatan dalam bahan dielektrik. Sifat inilah yang menyebabkan bahan dielektrik itu merupakan isolator yang baik. Dalam bahan dielektrik, semua elektron-elektron terikat dengan kuat pada intinya sehingga terbentuk suatu struktur regangan (lattices) benda padat, atau dalam hal cairan atau gas, bagian-bagian positif dan negatifnya terikat bersama-sama sehingga tiap aliran massa tidak merupakan perpindahan dari muatan. Karena itu, jika suatu dielektrik diberi muatan listrik, muatan ini akan tinggal terlokalisir di daerah di mana muatan tadi ditempatkan.

Masing-masing jenis dielektrik memiliki fungsi dan fungsi yang paling penting dari suatu isolasi adalah:

1. Untuk mengisolasi antara penghantar dengan pengahantar yang lain.

Misalnya antara konduktor fasa dengan konduktor fasa, atau konduktor fasa dengan tanah.

2. Menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang diisolasi. 3. Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia.

Agar dielektrik mampu menjalanakan tugasnya dengan baik maka dielektrik harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:

1. Mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi, agar dimensi sistem isolasi menjadi kecil dan pengunaan bahan dielektrik semakin sedikit, sehingga harganya semakin murah.

2. Rugi-rugi dielektrik yang rendah, agar suhu bahan isolasi tidak melebihi batas yang ditentukan.

3. Memiliki kekuatan kerak tinggi, agar tidak terjadi erosi karena tekanan elektrik permukaan.

4. Memiliki konstanta dielektrik yang tepat dan cocok, sehingga membuat arus pemuatan tidak melebihi yang diijinkan.

5. Kemampuan menahan panas tinggi (daya tahan panas). 6. Kerentanan terhadap perubahan bentuk pada keadaan panas. 7. Konduktivitas panas yang tinggi.

8. Koefisien muai panas yang rendah. 9. Tidak mudah terbakar.

10.Tahan terhadap busur api. 11.daya serap air yang rendah.

Tetapi dalam prakteknya tidak ada dielektrik yang mampu memenuhi semua syarat-syarat diatas. Sehingga diperlukan kompromi tentang sifat-sifat apa saja yang lebih diutamakan.

II.2. Jenis-Jenis Dielektrik

Dielektik ada tiga jenis, yaitu padat (solid), cair (liquid) dan udara (gas). Setiap bahan dielektrik memiliki kekuatan dielektrik tertentu, yaitu tekanan elektrik

tertinggi yang dapat ditahannya dimana dielektrik tersebut tidak berubah sifat menjadi konduktif (tembus listrik).

Berikut ini dalam tabel 2.1** akan diberikan beberapa contoh dari bahan-bahan dielektrik :

Bahan KD

( kV/cm ) Tg δ (50 Hz)

Konstanta

dielektrik (ε)

Karet

Natural rubbe r

100– 390 0,02 – 0,1 2,9 – 6,6

Silicon rubber

90 - 390 0,006 – 0,02 2,6 – 3,4

Polysar kryflex dan styrene butadine rubber

80 – 380 0,02 – 0,09 3,8 – 6,2

Butyl rubber dan polysar butyl rubber

80 – 200 0,003 – 0,03 2,2 – 3,2

Keramik

Alumina

1600 5 x 10-4 9

Forsterite

800–1200 3 – 4 x10-4 6

PVC 300 0,015 – 0,02 3 – 3,3

Fluoro Carbon Plastics

P.T.F.E 200 < 0,0002 2

P.C.T.F.E 210 0,0012 – 0,0036 2,3 – 2,8 P.V.F2 104–512 0,0491 – 0,15 6,49 - 8,4

Nylon Nylon 6/6 154 0,014 4,1

Nylon 6/10 190 0,04 4,6 Mika dan

turunannya

Muscovite 10.000 0,03 6 – 7,5

phlogopite 7000 0,03 6 – 7,5

Dielektrik Minyak

transformator 150 0,001 2,2 – 2,3

Kabel 300 0,002 2,3 -2,5

Kapasitor 200 0,25 x 10-2 2,1

Askarels 200-250 0,6 x 10-2 4,8

silikon 300-400 10-3 2,7 - 3

Polyethylen

Low Density 170-280 2.10 -4 2,3

Med-Density 200-280 2.10 -4 2,3

High Density 180-240 2.10 -4 2,35

Irradiated 720-1000 5.10 -4 2,3

**

M.S Naidu, V. Kamaraju “ High Voltage Enggineering”, Tata Mc Graw-Hill Publishing, Seven Reprint, bab III dan IV, New Delhi, 1990.

Tabel 2.1. Beberapa contoh kekuatan dielektrik suatu bahan.

II.3. Rangkaian Ekivalen Dielektrik

Arus yang timbul pada suatu dielektrik ada tiga komponen yaitu arus pengisian, arus absorpsi dan arus konduksi. Sehingga rangkaian ekivalen suatu dielektrik harus dapat menampilkan adanya ketiga kompanen arus diatas. Rangkaian ekivalen mendekati gambar berikut.

b

a

C

_g

i

_k

i

_a

R

_k

R

_a

_C

a

i

_p

Gambar 2.1. Rangkaian ekivalen suatu dielektrik

Keterangan:

Cg = Kapasitansi geometris Rk = Tahanan dielektrik Ra = Tahanan absorbsi Ca = Kapasitansi arus absorbsi

A C

I_c I_R

I Re

C_e

a b

Gambar 2.2. Rangkaian ekivalen dielektrik maka komponen arus adalah sebagai berikut:

V C I

R V I

e c

e R

ω =

=

Arus total yang diberikan sumber tegangan adalah seperti gambar 2.3. berikut ini :

Gambar 2.3. Komponen arus dielektrik

II.4. Karakteristik Dielektrik

Ada enam sifat-sifat listrik dielektrik yang perlu diketahui yaitu: 1. Kekuatan dielektrik

2. Konduktansi

3. Rugi-rugi dielektrik 4. Tahanan isolasi

5. Peluahan parsial (partial discharge) 6. Kekuatan kerak isolasi (tracking strength)

Berikut ini akan dijelaskan secara sederhana maksud dari keenam sifat di atas.

II.4.1 Kekuatan Dielektrik

Semua bahan dielektrik memiliki tingkat ketahanan yang disebut dengan “kekuatan dielektrik”, diartikan sebagai tekanan listrik tertinggi yang dapat ditahan oleh dielektrik tersebut tanpa merubah sifatnya menjadi konduktif. Apabila suatu ………... 2.1

…….……….. 2.2

I_R

dielektrik berubah sifatnya menjadi konduktif, maka dielekrik tersebut telah tembus listrik (breakdown). Kekuatan dielektrik juga dapat diartikan sebagai tekanan listrik terendah yang mengakibatkan dielektrik tersebut tembus listrik. Kekuatan dielektrik ini disebut juga dengan kuat medan kritis.

Tegangan tembus (breakdown voltage) suatu isolator adalah tegangan minimum yang dibutuhkan untuk merusak dielekrik tersebut. Kekuatan dielektrik dari suatu bahan isolasi dinyatakan dengan tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh suatu medium tanpa merusaknya. Dengan kata lain, kekuatan dielektrik dinyatakan dengan gradien tegangan yang diperlukan supaya dielektrik itu mengalami tembus listrik.

II.4.2 Konduktansi

Apabila tegangan searah diberikan pada plat-plat sebuah kapasitor komersil dengan isolasi seperti mika, porselin atau kertas maka arus yang timbul tidak berhenti mengalir untuk waktu yang singkat, tetapi turun perlahan-lahan. Hal itu disebabkan oleh ketiga komponen arus yang terdapat di dalam dielektrik tersebut seperti diperlihatkan pada gambar 2.4. di bawah ini.

Gambar 2.4.Arus pada kapasitor komersial

t1 t2 t3

t ik

ip ia

im

Arus pengisian (ip) terjadi selama waktu t1. Arus pengisian disebabkan oleh molekul-molekul yang bergerak cepat sehingga terpolarisasi dengan cepat pula. Kemudian arus berkurang perlahan-lahan selama t2, arus ini disebut arus absorpsi (ia). Arus absorpsi terjadi karena adanya gerakan-gerakan lambat (viscous) dari molekul-molekul dielektrik. Akhirnya arus mencapai nilai tertentu (ik), arus ini disebut arus konduksi. Arus ini tetap mengalir dengan konstan karena tahanan dielektirk tidak mencapai nilai tak hingga.

II.4.3 Rugi-rugi Dielektrik

Rugi-rugi dielektrik untuk isolasi tegangan tinggi merupakan salah satu ukuran penting terhadap kualitas material isolasi. Suatu bahan dielektrik tersusun atas molekul-molekul dan elektron-elektron di dalamnya terikat kuat dengan inti atomnya. Ketika bahan tersebut belum dikenai medan listrik, maka susunan molekul dielektrik tersebut masih belum beraturan (tidak tersusun rapi), seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5.a.

a b c

Gambar 2.5. Dampak medan listrik terhadap molekul dielektrik

Ketika molekul-molekul tersebut dikenai medan listrik, maka muatan inti positif mengalami gaya yang searah dengan medan listrik dan elektron-elektron dalam molekul tersebut akan mengalami gaya listrik yang arahnya berlawanan dengan arah medan listrik tadi. Gaya listrik ini akan mengubah posisi elektron dan proton dari posisi semula, akibatnya molekul-molekul dielektrik akan terpolarisasi dan berubah arahnya sejajar dengan arah medan listrik, seperti pada Gambar 2.5.b. Karena mendapat terpaan elektrik yang selalu berubah-ubah arahnya, maka arah dipol juga berubah-ubah setiap saat (1800) terhadap posisi semula, seperti pada Gambar 2.5.c. Perubahan arah molekul akan menimbulkan gesekan antar molekul. Karena medan listrik yang berubah setiap saat, maka gesekan antar molekul juga terjadi berulang-ulang. Gesekan ini akan menimbulkan panas yang disebut dengan rugi-rugi dielektrik.

II.4.4 Peluahan Parsial ( Partial Discharge)

Peluahan parsial (partial discharge) adalah peluahan elektrik pada medium isolasi yang terdapat di antara dua elektroda berbeda tegangan, di mana peluahan tersebut tidak sampai menghubungkan kedua elektroda secara sempurna. Peristiwa seperti ini dapat terjadi pada isolasi padat yang di dalamnya terdapat rongga udara seperti ditunjukkan pada gambar 2.6. berikut ini :

D ielektrik padat

D ielektrik udara

D ielektrik padat

s

₂

u

E

_r

E

_p

E

_p

rp

rp

Jika medan elektrik dihasilkan oleh dua elektroda piring sejajar yang luasnya tak hingga, maka kuat medan elektrik pada setiap lapis dielektrik adalah:

    _{+ + +} = n n n s s s V E ε ε ε ε ... 2 2 1 1 ...…… 2.3 dimana:

V = beda tegangan di antara elektroda (V)

ε = konstanta dielektrik s = tebal dieletrik (cm)

Jika dimisalkan konstanta dielektrik padat adalah enam dan konstanta dielektrik udara adalah satu, maka kuat medan dielektrik pada celah udara untuk susunan dielektrik seperti gambar di atas adalah:

u u u s s s V s s s V E + + =       _{+ +} = 6 6 6 2 1 2 1 ...…...… 2.4

Karena su relatif sangat kecil dibanding terhadap tebal keseluruhan dielektrik padat (s1 + s2), maka kuat medan dieletrik pada celah udara adalah:

2 1 6 s s V E_u +

= ...…………. 2.5 Dengan cara yang sama dapat dihitung kuat medan elektrik pada dielektrik padat, hasilnya adalah:

2 1 s s V Ep +

= ...………… 2.6 Terlihat bahwa kuat medan dielektrik pada celah udara enam kali lebih besar dari kuat medan eletrik dielektrik padat. Sedangkan kekuatan dielektrik udara jauh lebih kecil dari kekuatan dielektrik padat. Jika kuat medan elektrik di celah udara melebihi kekuatan dielektrik udara, maka udara akan tembus listrik. Sementara itu

ε1

ε2 s

dielektrik padat tidak mengalami tembus listrik. Karena terpaan elektrik yang dialaminya masih di bawah kekuatan dielektriknya. Karena tembus listrik hanya terjadi di celah udara maka peristiwa ini disebut peluahan parsial (partial discharge).

Ada beberapa jenis peristiwa pada peluahan parsial, yaitu ; 1. Peluahan parsial internal

Peluahan ini terjadi pada susunan dielektrik yang tidak sempurna, terdapat celah atau rongga yang berisi udara atau pun campuran dielektrik lain yang memiliki konstanta dielektrik lebih rendah. Kondisi tersebut dapat diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.7. Kemungkinan terjadinya peluahan internal

2. Peluahan parsial permukaan

Peluahan parsial permukaan mungkin terjadi bila terdapat daerah yang secara paralel dengan dielektrik mengalami stres tegangan berlebihan. Kejadian ini biasa dialami pada bushing, ujung kabel, overhang dari kumparan generator.

3. Korona

Korona merupakan hasil terakselerasinya ionisasi di bawah pengaruh suatu medan listik. Ini merupakan suatu proses fisika dimana struktur molekul netral atau

d

V

ε1 > ε2 dan, d >>> s

atom diubah akibat benturan atom atau molekul netral dengan elektron bebas, photon atau ion negatif. Setiap sistem isolasi atau elektroda dimana korona dapat terjadi merupakan sumber korona. Wilayah dimana korona terjadi disebut lokasi korona. Korona dapat dideteksi dari peristiwa emisi cahaya yang berwarna violet atau juga dari bunyi getaran yang dihasilkan pada konduktor.

4. Pemohonan elektrik (electrical treeing)

Pemohonan elektrik bermula dari kondisi dielektrik yang tidak baik dikarenakan adanya rongga/celah udara di dalam dielektrik itu sendiri. Apabila diberi tegangan tinggi, maka terjadi peluahan internal yang dalam waktu lama akan terjadi percabangan rongga akibat erosi. Pemohonan elektrik dapat juga terjadi dalam waktu yang singkat dikarenakan ketidak mampuan dielektrik dalam menahan terpaan medan listrik. Oleh karena peristiwa ini maka dielektrik telah mengalami kerusakan secara fisik.

II.4.5 Tahanan Isolasi

Jika suatu dielektrik diberi tegangan searah, maka arus yang mengalir pada dielektrik terdiri dari dua komponen, yaitu Arus yang mengalir pada permukaan dielektrik (Is) dan arus yang mengalir melalui volume dielektrik (Iv) seperti terlihat pada gambar 2.8. Sehingga hambatan dielektrik terdiri dari resistansi permukaan dan resistansi volum.

V

A

I

_a

I

_s

I

_v

Gambar 2.8. Arus pada suatu dielektrik

Dalam prakteknya, hasil tahanan isolasi tergantung pada besar polaritas tegangan pengukuran serta jenis bahan isolasi.

II.4.6 Kekuatan Kerak Isolasi

Bila suatu sistem isolasi diberi tekanan elektrik, maka arus akan mengalir pada permukaannya. Besar arus permukaan ini menentukan besarnya tahanan permukaan sistem isolasi. Arus ini sering juga disebut arus bocor atau arus yang menelusuri sirip isolator. Besar arus tersebut dipengaruhi oleh kondisi sekitar, yaitu suhu, tekanan, kelembaban dan polusi. Secara teknis sistem isolasi harus mampu memikul arus bocor tersebut tanpa menimbulkan pemburukan karena arus bocor dapat dibatasi.

Arus bocor menimbulkan panas, dan hasil sampingannya adalah timbulnya penguraian pada bahan kimia yang membentuk permukaan sistem isolasi. Efek yang sangat nyata dari penguraian ini adalah timbulnya kerak (jejak arus). Kerak dapat membentuk jalur konduktif yang selanjutnya akan menimbulkan tekanan elektrik yang berlebihan pada isolasi. Panas yang ditimbulkan arus bocor dapat juga menimbulkan erosi tanpa didahului oleh adanya kerak konduktif.

II.5. Penggunaan Dielektrik

Dielektrik digunakan untuk memisahkan dua permukaan yang memiliki perbedaan potensial listrik. Dielektrik banyak digunakan sebagai isolasi pemisah dan pembungkus pada konduktor. Ada empat area yang secara prinsipil harus menggunakan pemisah, yaitu :

1. Antara phasa dengan bumi 2. Antara phasa dengan phasa 3. Antara belitan suatu kumparan

4. Antara kumparan dengan kumparan lainnya

II.5.1. Penggunaan Pada Transformator Daya

Pemakaian dielektrik sebagai pemisah pada transformator daya dibagi secara luas dalam beberapa hal, sebagai berikut :

1. Pemisah antar belitan 2. Pemisah antar kumparan

3. Pemisah kumparan tegangan rendah dengan bumi

4. Pemisah kumparan tegangan rendah dengan kumparan tegangan tinggi 5. Pemisah kumparan tegangan tinggi dengan bumi

Pada transformator daya, kumparan tegangan tinggi maupun tegangan rendah dimasukkan ke dalam suatu tangki logam. Kumparan inti trafo ditahan atau didudukkan pada isolator solid yang pada umumnya berupa kayu untuk mencegah terjadinya bagian kontak tegangan pada tangki. Rongga kosong yang ada normalnya diisi dengan dielektrik minyak atau pun gas. Minyak atau pun gas ini membantu mengurangi panas yang timbul pada konduktor inti selain menambah umur trafo tersebut. Pada kumparan konduktor belitan-belitan trafo dipisah dengan menggunakan

enamel organik untuk rating trafo yang rendah, namun pada rating yang lebih tinggi digunakan kertas atau gelas sebagai pembungkus konduktor. Selain itu, dapat dipakai juga pressboard, glass fabric, porcelain untuk kondisi rating trafo yang lebih tinggi lagi.

II.5.2. Penggunaan Pada Mesin Berputar

Pada mesin berputar seperti motor atau generator, penggunaan dielektrik pada mesin ini ditentukan berdasarkan tegangan kerja mesin, apakah bekerja pada tegangan tinggi atau pada tegangan rendah. Untuk bahan-bahan dielektrik yang dipakai, maka kemampuan suhu kerja serta kekuatan mekanis bahan harus diperhatikan. Bahan yang sering dipakai adalah mika, enamel organik dan epoxi resin.

II.5.3. Penggunan Pada Circuit Breaker

Circuit breaker merupakan alat listrik yang berfungsi memutuskan daya dari sumber arus kepada beban pada saat terjadi gangguan. Circuit breaker merupakan saklar otomatis yang memiliki lengan penghubung yang dalam kondisi normal berada dalam keadaan tertutup. Bila terjadi gangguan maka lengan penghubung akan terbuka sehingga rangkaian menjadi terbuka. Pada tegangan yang rendah, circuit breaker diisi dengan udara, namun pada tegangan tinggi dan dengan daya yang besar biasanya digunakan OCB (Oil Circuit Breaker), gas SF6 atau juga hampa udara. Bahan-bahan tersebut berguna untuk mencegah terjadinya arus busur api, ataupun mempercepat pemadaman busur api yang sempat terjadi.

Pada tabung atau kotak CB biasanya dilapisi oleh bahan isolasi seperti teflon, mika, plastik, kaca, porselein atau lainnya sesuai dengan kemampuan temperatur bahan tersebut bekerja normal.

II.5.4. Penggunaan Pada Kabel

Dewasa ini, penggunaan karet alami praktis telah digantikan oleh penggunaan karet sintetis atau pelastik sebagai pemisah kabel. Pengguanaan dari bahan tersebut tergantung pada jenis aplikasinya. Bahan tersebut harus dapat memanjang, merenggang atau memiliki sifat elastisitas dan kekerasan yang baik sehingga memudahkan pada waktu pemasangan atau perbaikan selain itu juga tidak mudah rusak. Bahan tersebut juga harus memiliki konstanta dielektrik dan faktor daya yang rendah tetapi memiliki kekuatan dielektrik dan resistansi yang tinggi. Juga, selama operasional, dikarenakan melebihi beban penuh atau pun dalam keadaan beban penuh yang terjadi terlalu lama, maka bahan dapat rusak karena temperatur yang tinggi. Hal ini memaksa bahan untuk dapat memilki kemampuan menahan penuaan akibat tingginya temperatur dengan baik. Bahan juga harus dapat menahan sinar matahari dengan lama dan berbagai jenis bahan kimia. Kabel tegangan tinggi dapat menimbulkan ozon, sebagai akibatnya bahan dielektrik akan menjadi lebih buruk. Tempat yang paling dipengaruhi adalah yang dekat dengan konduktor.

Kabel juga kadang-kadang ditempatkan pada sungai atau di bawah laut. Untuk penerapan tersebut maka bahan harus dapat tetap kering atau memiliki daya serap air yang rendah. Ketika kabel harus digunakan pada temperatur yang dingin, maka bahan tidak boleh menjadi kaku dan merenggas sehingga menjadi gampang rusak. Kejadian peluahan sebahagian (partial discharge) pada bahan dielektrik juga harus dijaga untuk serendah mungkin terjadi.

Jenis bahan dielektrrik yang sering digunakan pada industri kabel adalah kertas, karet, plastik dan udara tekan. Kertas masih sering digunakan sebagai pembungkus selubung kabel adalah karena keterandalannya, kekuatan dielektrik yang

tinggi, rugi-rugi dielektrik yang rendah dan umur yang panjang. Yang paling sering digunakan sebagai bahan dielektrik untuk kabel tegangan rendah adalah P.V.C

(Poly-Vinyl-Chloride). Polyethylen dan sejenisnya juga sering digunakan. P.V.C tidak cocok

digunakan untuk tegangan tinggi dikarenakan konstanta dielektrik yang tinggi dan tingginya rugi-rugi. Bahan ini tidak dapat digunakan secara berkelanjutan pada tegangan yang lebih tinggi, meskipun P.V.C. dapat digunakan pada temperatur di atas 85 oC pada tegangan rendah tanpa terganggu. Pada sisi lainnya, polyethylene memiliki konstanta dielektrik yang rendah dan nilai rugi-rugi yang rendah tetapi memiliki kekuatan dielektrik yang tinggi. Bahan dielektrik yang paling baik untuk tegangan tinggi dan temperatur kerja yang tinggi adalah teflon (P.T.F.E) yang dapat digunakan sampai 250 oC. Karet silikon memiliki derajat ketahanan panas yang tinggi untuk suhu kerja sampai 150oC. Karena kelebihan yang dimiliknya, maka bahan ini sering digunakan pada kabel pesawat udara. Pada dielektrtik kertas, kertas yang digunakan adalah kertas impregnasi dengan minyak. Dalam tabel 2.2 berikut ini akan diberikan beberapa jenis bahan yang sering digunakan pada kabel.

Jenis Bahan

Tegangan maksimum operasi

kabel a.c. (kV)

Batas temperatur kerja

(oC)

Kertas Impregnasi

Tipe padat 95,0 -10 sampai 85

Tipe berminyak 400,0 -20 sampai 70

Tipe berongga udara 400,0 -20 sampai 70

Berlapis vernis 28,0 -10 sampai 80

Karet

Alami 3,0 -40 sampai 70

Lateks - sintetis 0,6 -40 sampai 75

Neopren-sintetis 0,6 -30 sampai 90

Silikon-sintetis 5,0 -40 sampai 150

Butyl-sintetis 25.0 -40 sampai 80

Plastik

P.V.C 0.6 -30 sampai 105

polietilen 15,0 -60 sampai 80

Teflon 5,0 -54 sampai 250

Fluorothenes 5,0 -54 sampai 150

Tabel 2.2. Bahan yang sering digunakan pada kabel

II.5.5. Penggunan Pada Kapasitor Daya

Penggunaan kapasitor daya erat kaitannya dengan membicarakan sistem distribusi daya listrik. Kapasitor daya dikenal baik fungsinya sebagai penyetabil tegangan pada sistem transmisi dan kemampuanya dalam memperbaiki faktor daya pada jaringan distribusi.

Pemakaian energi listrik pada industri, pada umumnya menyerap daya reaktif sehingga menimbulkan arus yang tertinggal terhadap tegangan pada jaringan. Hal ini membutuhkan penambahan kapasitansi. Hal ini dapat diatasi dengan menggunakan kapasitor yang menyerap daya kapasitif sehingga timbul arus yang mendahului tegangan. Kapasitor dibuat dalam unit-unit yang sederhana dengan rating tegangan dari 220 volt sampai 13.800 volt dengan rating daya reaktif mulai dari 0,5 KVAR sampai 25 KVAR. Kapasitor daya umumnya dibuat dengan menggunakan kertas impregnasi.

Kapasitor daya juga digunakan pada penerapan frekuensi tinggi seperti perbaikan faktor daya pada pemanas atau kumparan tungku api. Pada frekuensi yang tinggi rugi-rugi dielektrik naik dengan sangat cepat, hal ini membuat kapasitor menjadi panas sehingga kapasitor harus segera didinginkan dengan menggunakan air pendingin.

Umumnya, kapasitor daya dibuat dengan menggunakan lembaran kertas dengan ketebalan yang memadai dan alumunium foil dengan ketipisan enam mikron sebagai elektroda. Lembaran kertas disusun satu persatu kemudian bersamaan dengan elektroda alumunium diimpregnasi dengan minyak dielektrik. Minyak kapasitor yang digunakan adalah yang memiliki rugi-rugi dielektrik yang rendah dengan harga yang murah.

Persyaratan bahan kertas sebagai dielektrik pada penerapan sebagai kapasitor hendaknya memiliki kekuatan dielektrik yang tinggi, rugi-rugi dielelektrik yang rendah, konstanta dielektrik yang tinggi, ketebalan yang sama, campuran partikel konduktor diusahakan sangat rendah.

Dalam perkembangan penemuan bahan, maka kertas yang dulunya sering digunakan sebagai dielektrik pada kapasitor kini mulai digeser oleh polypropilene

plastic film. Hasilnya adalah ukuran kapasitor yang semakin mengecil dengan

kemampuan yang hampir sama.

II.5.6. Penggunaan Pada Peralatan Elektronik

Penggunaan pada peralatan elektronik sangat kompleks, kemampuan bahan bergantung pada kemampuan alami bahan yang digunakan. Bahan yang digunakan harus dapat bekerja pada tegangan ac maupun dc dalam berbagai kondisi temperatur dan kelembapan. Penerapan bahan dielektrik dalam hal ini adalah dalam pembuatan komponen-komponen elektronika, dudukan komponen peralatan tersebut, pelindung dan pengaman.

BAB III

TEORI TEMBUS LISTRIK PADA DIELEKTRIK

III.1. Pengertian Tegangan Tembus Listrik

Kekuatan dielektrik Ek adalah terpaan tertinggi yang dapat dipikul suatu dielektrik. Dan Tegangan tembus (breakdown voltage) suatu isolator adalah tegangan minimum yang dibutuhkan untuk membuat dielektrik menjadi tembus listrik (break down). Jika dielektrik telah tembus listrik maka dielektrik telah gagal menjalankan fungsinya (rusak).

Ada dua syarat agar dielektrik tembus listrik yaitu :

1. Terpaan elektrik yang dipikul dielektrik harus lebih besar atau sama dengan kekuatan dielektriknya (E ≥ Ek).

2. Lama terpaan elektrik berlangsung lebih besar atau sama dengan waktu tunda tembus.

Hal tersebut disebabkan oleh proses ionisasi berantai yang membutuhkan waktu untuk membuat dielektirk tembus listrik. Waktu yang dibutuhkan untuk membuat dielektrik tembus listrik disebut waktu tunda tembus (time lag) yang tidak tentu dan bersifat statistik dan berlangsung dalam orde mikro detik. Jadi kedua syarat tersebut hanya berlaku untuk tegangan impuls, sedangkan untuk tegangan searah dan sinusoidal yang waktu puncak dalam orde mili detik hanya memerlukan satu syarat saja yaitu syarat nomor satu diatas.

Pada gambar 3.1 berikut ditunjukan suatu bahan dielektrik yang ditempatkan diantara dua elektroda sejajar. Bila elektroda diberi tegangan searah V maka timbul medan elektrik E. Medan elektrik ini merupakan beban bagi dielektrik yang menekan dielektrik agar berubah menjadi konduktor dengan cara memberikan gaya kepada

E V

E le k tro d a D ie le k trik E le k tro d a

elektron-elektron agar terlepas dari ikatannya menjadi elektron bebas. Jika medan elektrik E yang dipikul dielektrik melebihi kekuatan dielektrik dengan waktu yang melebihi atau sama dengan waktu tunda tembus, maka dielektrik tembus listrik (break down).

Gambar 3.1. Medan elektrik dalam dielektrik

III.2. Tegangan Tembus Listrik Pada Dielektrik Gas

Tembus listrik pada bahan isolasi gas atau udara melalui beberapa peristiwa, diantaranya adalah ionisasi, deionisasi dan emisi. Ada dua teori yang menjelaskan mekanisme tembus listrik pada dielektrik gas yaitu teori Townsend dan teori Streamer.

III.2.1. Teori Townsend

Pada udara diantara dua elektroda terdapat elektron bebas (eb) hasil ionisasi foton (radiasi) dan molekul-molekul netral. Apabila kedua elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan (V), maka timbul medan listrik (E) yang arahnya dari Anoda ke Katoda. Akibat adanya medan listrik E, maka elektron bebas tadi mengalami gaya

F yang arahnya berlawanan dengan arah medan listrik E. Kondisi ini dapat

diilustrasikan melalui gambar 3.2. di bawah ini.

Gambar 3.2. Arah medan E dan arah elektron akibat gaya F

Dalam perjalanan menuju anoda, elektron eb membentur atom/molekul netral. Pada saat terjadi benturan maka timbul energi yang apabila energi kinetis elektron bebas lebih besar daripada energi ikat elektron molekul netral (Wkinetis > Wikat ) maka elektron terikat ea yang ada pada molekul netral akan lepas dan hasilnya menjadi satu ion positif dan dua elektron bebas masing masing eb dan ea. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.3.

Elektron eb dan ea akan terus maju menuju Anoda. Ketika dalam perjalanan menuju anoda, eb dan ea membentur molekul netral lagi maka bila Wkinetis > Wikat maka akan terjadi lagi ionisasi. Hasilnya adalah jumlah elektron bebas semakin melimpah dan ion positif juga menjadi banyak

A

E

F

Gambar 3.3. Ilustrasi kondisi akibat tabrakan eb dengan atom N

Ion positif bergerak menuju Katoda dengan gerakan yang lebih lambat daripada pergerakan elektron bebas namun memiliki masa yang jauh lebih besar akibatnya ion positif membentur permukaan dinding Katoda dengan momentum energi yang besar. Sehingga pada permukaan dinding Katoda, elektron akan berhamburan keluar seperti ditunjukkan pada gambar 3.4. Elektron-elektron baru ini akan langsung bergerak menuju anoda. Dalam perjalanannya elektron baru ini akan membentur molekul netral sehingga kejadian di atas kembali berulang.

Gambar 3.4. Benturan ion positif dengan Katoda menyebabkan terjadinya emisi

A

E

eb + ea

A

eb

ea

E

eb + -eb

Selama medan listrik masih ada dan terjadi terus-menerus maka proses ionisasi benturan dan emisi ion positif akan terus belangsung sehingga terjadilah banjiran elektron dan ion positif. Bila banjiran muatan yang berpindah terus menerus dari Katoda ke Anoda dan dalam jumlah yang sangat besar dan perpindahan muatan ini adalah merupakan arus. Maka arus yang terjadi semakin lama semakin membesar, peristiwa ini disebut dengan tembus listrik atau kegagalan dielektrik.

III.2.2. Teori Streamer

Teori streamer terdiri dari dua model yaitu streamer positif dan streamer negatif. Teori streamer merupakan kelanjutan dari teori townsend dimana akibat adanya banjiran elektron yang menyerupai kerucut maka terjadi distribusi medan yang tidak merata sehingga terjadi banjiran bantu baru pada daerah yang memiliki medan tinggi yang pada akhirnya menghasilkan kanal peluahan penghubung kedua elektroda.

III.2.2.a. Teori Streamer Positif

Proses dimulai dari terjadinya ionisasi oleh benturan elektron bebas awal (ea) dengan molekul netral sampai dengan terjadinya banjiran elektron menurut teori townsend. Setelah terjadi banjiran elektron, maka semua elektron akan tertarik pada Anoda dan ion positif dikarenakan masa yang jauh lebih besar tertinggal membentuk muatan ruang seperti kerucut seperti pada gambar 3.5 di bawah.

Gambar 3.5. Muatan positif membentuk muatan ruang seperti kerucut

Arus yang ditimbulkan ion-ion positip kecil karena kerapatan ion di tangkai banjiran rendah. Sementara itu, pada daerah P dan Q terjadi medan tinggi. Akibatnya timbul elektron baru hasil fotoionisasi sehingga pada daerah P dan Q terjadi banjiran bantu baru. Bila hal ini terjadi secara terus menerus maka banjiran bantu akan terus membawa elektron-elektrton baru dan menimbulkan plasma seperti pada gambar 3.6. Plasma yang terbentuk akan menjadi kanal peluahan yang menghubungkan kedua elektroda sehingga terjadilah aliran arus yang besar. Maka dalam hal ini sudah terjadi tembus listrik.

Gambar 3.6. Plasma penghubung antara Anoda dengan Katoda

A

A

+ + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - -

III.2.2.b. Teori Streamer Negatif

Banjiran awal menghasilkan elektron yang banyak. Elektron-elektron ini membentuk muatan ruang yang mengubah distribusi medan elektrik seperti pada gambar 3.7. di bawah.

Gambar 3.7. Muatan negatip mengubah distribusi medan elektrik

Elektron yang berada pada daerah P bergerak menuju anoda mendahului elektrton yang ada pada banjiran. Elektron ini dalam perjalanannya akan membentur molekul netral. Bila benturan elektron bebas yang terjadi menghasilkan Wkinetis > Wikat pada elektron terikat di molekul netral maka elektron terikat akan lepas. Peristiwa ini menghasilkan satu elektron baru dan satu ion positip. Bila kejadian ini terjadi dengan banyak elektron dan banyak molekul netral dan berlangsung secara terus-menerus maka akan timbul plasma. Plasma yang terbentuk akan menjadi kanal peluahan yang menghubungkan Katoda dengan Anoda seperti gambar 3.6 di atas.

A

E1

E2

III.2.3. Hukum Paschen

Sebelumnya telah dijelaskan pada teori townsend maupun teori streamer tembus listrik diawali dengan terjadinya ionisasi molekul udara. Ionisasi molekul udara ini tergantung pada kuat medan elektrik. Sedangkan medan elektrik tergantung pada jarak sela (d) elektroda. Oleh karena itu, tembus listrik tergantung pada jarak sela (d) kedua elektroda.

Ionisasi tergantung pada Wkinetis, Wkinetis tergantung kepada kecepatan elektron bebas saat membentur molekul netral. Kecepatan elektron tergantung kepada jarak bebas antar molekul. Sedangkan jarak bebas antar molekul tergantung kepada tekanan dan suhu udara. Maka, tembus listrik tergantung pada tekanan (p) dan suhu (t) udara.

Dalam percobaan didapatlah hubungan antara jarak sela (d), tekanan (p), suhu (t) dengan besar tegangan tembus Vt, yaitu ;

t ps t ps Vt + + +

= 0 0

273 775 , 3 273 337 , 9 ...3.1

III.3. Tegangan Tembus Listrik Pada Dielektrik Cair

Mekanisme tembus listrik pada dielektrik cair bergantung pada kemurnian cairan dan zat-zat pengotor yang terdapat pada dielektrik cair tersebut yaitu butiran padat, gelembung gas serta bola cair.

Teori kegagalan dielektrik cair dapat dibagi dalam empat jenis yaitu: 1. Teori kegagalan dielektrik cair murni

2. Teori kegagalan gelembung gas 3. Teori kegagalan butiran padat 4. Teori kegagalan bola cair

III.3.1 Teori Kegagalan Dielektrik Cair Murni

Dielektrik cair murni tidak mengandung elektron bebas. Elektron bebas yang timbul adalah disebabkan oleh emisi medan tinggi, akibat medan yang tinggi, maka sejumlah elektron akan terlepas dari permukaan elektroda seperti ditunjukkan pada gambar 3.8. di bawah.

Gambar 3.8. Emisi medan tinggi pada permukaan elektroda

Elektron bebas bergerak menuju anoda. Dalam perjalanan menuju anoda, elektron bebas membentur molekul-molekul netral dielektrik. Apabila energi kinetik elektron bebas lebih besar dari energi ikat atom netral, maka terjadilah ionisasi yang menghasilkan satu elektron bebas dan satu ion positif. Elektron bebas hasil emisi dan hasil ionisasi bersama-sama bergerak menuju anoda. Dalam perjalanannya menuju anoda, elektron-elektron tersebut membentur molekul-molekul netral. Bila energi kinetis elektron bebas lebih kuat dari pada energi ikat elektron pada atom netral, maka

A K

E1

E2

elektron pada atom netral akan terlepas sehingga jumlah elektron bebas yang menuju ke anoda semakin banyak.

Ion positif yang dihasilkan oleh proses ionisasi bergerak menuju katoda, akan tetapi pergerakannya lebih lambat karena massanya lebih besar. Ion positif membentur permukaan elektroda katoda sehingga terjadi emisi dampak ion positif. Selama medan listrik masih ada, proses ionisasi benturan dan emisi dampak ion positif akan berlangsung terus menerus sehingga terjadilah banjiran-banjiran elektron yang menjembatani kedua elektroda dan akhirnya terjadi tembus listrik.

III.3.2 Teori Kegagalan Gelembung Gas

Timbulnya gelembung gas pada suatu dielektrik cair disebabkan oleh :

1. Permukaan elektroda yang tidak rata sehingga ada kantong udara pada permukaan elektroda.

2. Adanya benturan elektron sehingga terjadi produk baru berupa gas. 3. Peluahan pada bagian yang runcing atau tidak teratur pada elektroda. 4. Perubahan suhu dan tekanan cairan.

Tembus listrik dielektrik cair yang mengandung gelembung gas dapat dijelaskan dengan pertolongan gambar 3.9. Jika elektroda diberi tegangan, maka timbul medan listrik pada dielektrik dan gelembung gas.

Gambar 3.9. Tembus listrik pada dielektrik cair yang mengandung gelembung gas

Kuat medan listrik dalam gelembung gas dinyatakan dengan persamaan :

1 2

3

+ = _εε E

E_g ... ... 3.2

dengan ε adalah permitivitas dielektrik cair dan E adalah kuat medan listrik dalam dielektrik cair tanpa gelembung.

Apabila nilai Eg lebih besar dari kekuatan dielektrik gas, maka gas dalam gelembung akan tembus listrik dan dielektrik cair mengalami dekomposisi. Penguraian partikel-partikel gas ini akan menimbulkan gelembung gas yang baru. Gelembung-gelembung gas bergerak mengikuti arah medan listrik berbaris dan sambung menyambung sampai akhirnya menjembatani elektroda. Ketika terbentuk jembatan listrik (jembatan serat) tersebut, maka dielektrik cair mengalami tembus listrik.

A K

Eg

E εr

III.3.3 Teori Kegagalan Butiran Padat

Dielektrik cair dapat mengandung butiran padat, misalnya partikel debu atau serat-serat selulosa. Kehadiran medan listrik dalam dielektrik cair menyebabkan partikel-partikel tersebut terpolarisasi. Bila partikel-partikel tersebut memiliki permitivitas yang lebih besar dari cairan murni maka partikel-partikel akan mengalami gaya listrik:

(

)

2

2 1 1 2 3 2 2 1 E grad r F ε ε ε ε + −

= ... ... 3.3 di mana ε1 = permitivitas zat cair

ε2 = pemitivitas butiran padat r = jari-jari butiran padat E = kuat medan listrik

Karena tingginya permitivitas air (kira-kira 80), maka gaya listrik yang dialami partikel ini sangatlah besar bila partikel-partikel bersifat basah atau lembab. Apabila nilai ε2 lebih besar dari ε1, maka arah gaya yang dialami butiran padat searah dengan arah medan listrik. Kondisi ini (ε2 > ε1) terjadi bila timbul partikel-partikel padat seperti kertas dalam dielektrik cair. Bila ε2 lebih kecil dari ε1, maka arah gaya yang dialami butiran padat berlawanan dengan arah medan listrik. Kondisi ini (ε2< ε1) terjadi bila dalam dielektrik cair hanya timbul gelembung gas. Gaya pada partikel padat tersebut menuju ke arah medan listrik yang lebih kuat.

Jika jumlah partikel yang ada semakin besar jumlahnya, maka partikel-partikel itu berbaris sambung menyambung sampai menjembatani elektroda sehingga terjadi tembus listrik. Tembus ini terjadi karena adanya jembatan serat yang menghubung-singkatkan antara kedua elektroda.

Kekuatan dielektrik untuk cairan yang mengandung partikel butiran padat lebih rendah dari kekuatan dielektrik cairan murni. Hal ini disebabkan partikel

pengotor akan menurunkan kekuatan tembus dan makin besar ukuran partikel makin rendah kekuatan tembus listrik zat cair itu.

Gambar 3.10. Ilustrasi tembus listrik pada zat cair yang mengandung butiran padat

Jika butiran padat bersifat konduktor, maka nilai ε2 adalah tak terhingga, sehingga persamaan di atas menjadi :

2 3

2 1

E grad r

F = ... ...3.4

III.3.4.Teori Kegagalan Bola Cair

Dalam dielektrik cair dapat terjadi bola air. Untuk peralatan yang bekerja pada kondisi normal, kelembaban/kandungan air dibatasi lebih kecil dari 0,001% atau sekitar 20 ppm (part permillion = bagian persejuta). Adanya medan listrik akan menimbulkan bola air (gelembung cair) memanjang searah medan listrik. Ketika mencapai medan listrik kritis, gelembung cair ini menjadi tidak stabil sehingga bola cair menjadi lonjong dan makin lama makin besar. Bola cair yang tidak stabil akan memanjang dan jika telah memenuhi dua pertiga dari celah elektroda maka timbul kanal peluahan sehingga akhirnya dielektrik cair tembus listrik.

V

E

Gambar 3.11. Ilustrasi tembus listrik pada bola cair

Jika bola cair bersifat konduktif, maka kuat medan listrik yang menyebabkan bola cair tidak stabil adalah:

1 7 , 487

ε σ

r

E = V/cm ... ...3.5

di mana : σ = gaya tegang permukaan zat cair (dyne/cm) r = radius bola cair (cm)

ε1 = permitivitas relatif zat cair

III.4. Tegangan Tembus Listrik Pada Dielektrik Padat

Kekuatan dielektrik suatu bahan isolasi padat saat pengujian dipengaruhi oleh beberapa hal seperti :

1. Tekanan 2. Suhu

3. Jenis bahan elektroda 4. Ketidakmurnian bahan 5. Ada tidaknya rongga udara 6. Konfigurasi medan elektrik 7. Bentuk tegangan yang dikenakan 8. Umur bahan

Mekanisme kegagalan bahan isolasi padat terdiri dari beberapa jenis sesuai fungsi waktu penerapan tegangannya. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.12. berikut ini.

Gambar 3.12 Grafik kegagalan isolasi

Lamanya waktu terjadinya kegagalan pada suatu bahan isolasi tergantung kepada tegangan kegagalan. Pada gambar 3.12 di atas dapat dilihat bahwa makin tinggi tegangan kegagalan maka makin singkat waktu terjadinya kegagalan tersebut. Hal ini sesuai dengan pokok yang berlaku dalam bidang tegangan tinggi.

III.4.1. Kegagalan Asasi

Kegagalan asasi (intrinsik) adalah kegagalan yang disebabkan oleh jenis dan suhu bahan (dengan menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan, bahan, elektroda, ketidakmurnian, kantong-kantong udara). Kegagalan ini terjadi jika tegangan yang dikenakan pada bahan dinaikkan sehingga tekanan listriknya mencapai nilai tertentu yaitu 10 8 volt/cm dalam waktu yang sangat singkat yaitu 10-8 dedtik.

III.4.2. Kegagalan Elektromekanik

Kegagalan elektromekanik adalah kegagalan yang disebabkan oleh adanya perbedaan polaritas antara elektroda yang mengapit zat isolasi padat sehingga tuimbul tekanan listrik pada bahan tersebut. Tekanan listrik yang terjadi menimbulkan tekanan mekanik yang menyebabkan timbulnya tarik menarik antara kedua elektroda tersebut. Pada tegangan 106 volt/cm menimbulkan tekanan mekanik 2 s.d 6 kg.cm2.

III.4.3. Kegagalan Streamer

Kegagalan ini dapat terjadi dalam medan yang benar-benar seragam dengan elektroda-elektroda terbenam dalam zat padat. Di bawah pengaruh medan listrik elektron yang terdapat pada katoda memperoleh energi sehingga elektron tersebut bergerak menuju anoda. Dalam perjalanan menuju anoda elektron akan membentur molekul dielektrik padat. Peristiwa ini menyebabkan sebuah elektron bebas bertambah dalam daerah medan. Benturan akan diulangi oleh kedua elektron yang kemudian membentuk banjiran elektron sama seperti pada gas.

III.4.4. Kegagalan Termal

Kegagalan termal adalah kegagalan yang terjadi jika kecepatan pembangkitan panas di suatu titik dalam bahan melebihi laju kecepatan pembuangan panas keluar. Akibatnya keadaan tidak stabil sehingga pada suatu saat bahan mengalami kegagalan.

III.4.5. Kegagalan Erosi

Kegagalan erosi adalah kegagalan yang disebabkan zat isolasi tidak sempurna, karena adanya lubang-lubang atau rongga dalam bahan isolasi padat tersebut. Lubang atau rongga tersebut akan diisi oleh gas atau cairan yang kekuatan dielektriknya lebih kecil daripada kekuatan dielektrik zat padat.

BAB IV

PENGARUH PELAPISAN DIELEKTRIK MINYAK PADA DIELEKTRIK PLASTIK TERHADAP TEGANGAN TEMBUS AC

IV.1. Umum

Plastik dan minyak merupakan dua jenis dielektrik yang berbeda. Plastik dan minyak sering digunakan sebagai bahan dielektrik pada kapasitor. Plastik yang disusun berlapis akan memberikan ketahanan terhadap tegangan tembus yang lebih tinggi dibandingkan plastik yang terdiri dari satu lapis saja untuk jenis dan ketebalan yang sama dan dengan pelapisan minyak pada tiap lapisnya akan memberi penambahan kekuatan dielektrik yang lebih besar.

Dalam penelitian tugas akhir ini, pengaruh dari pelapisan minyak pada plastik akan lebih ditekankan pada pengambilan data mengenai tegangan tembus dan umur dielektrik uji dalam setiap penambahan tekanan beban pada dielektrik.

Pada bab ini akan dijelaskan penelitian mengenai pengaruh pelapisan minyak pada plastik yang telah dilakukan di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatra Utara.

IV.2. Peralatan Yang Digunakan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

1. High Voltage Test Set Model ET-51D (1 unit). 2.Tahanan peredam 43 kΩ (1 unit).

3. Minyak transformator baru merek NYNAS (2,5 L). 4. Plastik termoplas jenis Polietylen Low Density (1 set). 5. Plat sejajar (1 unit).

6. Jangka sorong (1 unit)

7. Barometer dan termometer (1 unit). 8. Kabel (1 unit).

IV.3. Rangkaian Percobaan

Adapun rangkaian percobaan yang dilakukan adalah sebagai berikut :

R p

V

S1 S 2

A T T U

P T A

K

B enda U ji

V in W adah pengujian

Gambar 4.1. Rangkaian pengujian tegangan tembus listrik pada plastik sebelum dan sesudah diberi minyak.

Keterangan :

S1 : saklar CB S2 : Saklar HVTS AT : Autotrafo TU : Trafo uji Rp : Tahanan Peredam PT : Trafo ukur

A : Anoda K : Katoda

IV.4. Prosedur Percobaan

IV.4.1. Prosedur Percobaan Tegangan Tembus Pada Plastik

Adapun prosedur percobaan adalah sebagai berikut :

1. Rangkaian percobaan disusun seperti gambar di atas.

2. Plat sejajar dipasang dan diusahakan seluruh permukaan saling menempel. 3. Saklar pada kotak panel diposisikan on.

4. Volt meter diset pada posisi on.

5. Plastik disediakan secukupnya berbentuk lingkaran dengan diameter 10 cm kemudian disusun sebanyak tiga lapis.

6. Untuk percobaan pertama, benda uji adalah plastik tanpa minyak. 7. Plastik berlapis diletakkan tepat di tengah elektroda.

8. Mula-mula pengujian pertama pada Anoda tidak diberi pemberat, kemudian diberi pemberat sebesar 0,5 kg, 1 kg, 1,5 kg, 2 kg dan 2,5 kg.

9. High Voltage Test Set dihidupkan.

10.Tegangan masukan dinaikkan dengan memutar engkol penggerak voltage

regulator secara perlahan-lahan dengan kecepatan 2 kV/detik.

11.Ketika terjadi tembus listrik pada plastik, High Voltage Test Set dimatikan. 12.Nilai tegangan pada voltmeter yang terjadi saat tembus listrik dicatat. Engkol

penggerak voltage regulator dikembalikan ke posisi semula dan permukaan plat dibersihkan dengan kain bersih.

13.Untuk pengujian berikutnya maka diulangi sesuai dengan langkah tujuh sampai dua belas.

14.Pengujian untuk tiap pemberat dilakukan sebanyak lima kali.

15.Untuk percobaan kedua, benda uji adalah plastik yang diletakkan dalam minyak transformator.

16.Wadah yang telah disediakan diisi dengan minyak transformator secukupnya. 17.Plastik uji berlapis tiga terlebih dahulu diminyaki dengan minyak yang sama

pada wadah yang lain.

18.Kemudian plastik berminyak berlapis tiga tadi dimasukkan dalam wadah yang telah diisi dengan minyak dan diletakkan tepat diantara kedua elektroda.

19.Mula-mula pengujian pertama pada Anoda tidak diberi pemberat, kemudian diberi pemberat sebesar 0,5 kg, 1 kg, 1,5 kg, 2 kg dan 2,5 kg.

20.High Voltage Test Set dihidupkan.

21.Tegangan masukan dinaikkan dengan memutar engkol penggerak voltage

regulator secara perlahan-lahan dengan kecepatan 2 kV/detik

22.Ketika terjadi tembus listrik pada plastik, High Voltage Test Set dimatikan. 23.Nilai tegangan pada voltmeter yang terjadi saat tembus listrik dicatat. Engkol

penggerak voltage regulator dikembalikan ke posisi semula.

24.Sebelum dilakukan percobaan berikutnya, tunggu tiga menit agar partikel padat yang terbentuk, turun.

25.Untuk pengujian berikutnya maka diulangi sesuai dengan langkah tujuh belas sampai dua puluh empat.

26.Pengujian untuk tiap pemberat dilakukan sebanyak lima kali. 27.Saklar pada kotak panel dan voltmeter di-offkan

28.Percobaan selesai.

IV.4.3. Prosedur Percobaan Waktu Tembus Listrik Pada Plastik

Adapun prosedur percobaan adalah sebagai berikut :

1. Rangkaian percobaan disusun seperti gambar di atas.

3. Saklar pada kotak panel diposisikan on. 4. Volt meter diset pada posisi on.

5. Plastik disediakan secukupnya berbentuk lingkaran dengan diameter 10 cm kemudian disusun sebanyak tiga lapis.

6. Untuk percobaan pertama, benda uji adalah plastik tanpa minyak. 7. Plastik berlapis diletakkan tepat di tengah elektroda.

8. Mula-mula pengujian pertama pada Anoda tidak diberi pemberat, kemudian diberi pemberat sebesar 0,5 kg, 1 kg, 1,5 kg, 2 kg dan 2,5 kg.

9. High Voltage Test Set dihidupkan, Stopwatch diset pada posisi on.

10.Tegangan masukan dinaikkan sampai pada 6,125 kV (25 kV : pada alat ukur) dengan memutar engkol penggerak voltage regulator secara perlahan-lahan dengan kecepatan 2 kV/detik.

11.Bila tegangan masukan telah sampai pada batas yang diinginkan, stopwatch dijalankan.

12.Ketika terjadi tembus listrik pada plastik, High Voltage Test Set dimatikan dan stopwatch dihentikan.

13.Waktu yang tertera pada stopwatch dicatat. Engkol penggerak voltage

regulator dikembalikan ke posisi semula dan permukaan plat dibersihkan

dengan kain bersih.

14.Untuk pengujian berikutnya maka diulangi sesuai dengan langkah tujuh sampai tiga belas.

15.Pengujian untuk tiap pemberat dilakukan sebanyak lima kali.

16.Untuk percobaan kedua, benda uji adalah plastik yang diletakkan dalam minyak transformator.

18.Plastik uji berlapis tiga terlebih dahulu diminyaki dengan minyak yang sama pada wadah yang lain.

19.Plastik berminyak berlapis tiga dimasukkan dalam wadah yang telah diisi dengan minyak dan diletakkan tepat diantara kedua elektroda.

20.Mula-mula pengujian pertama pada Anoda tidak diberi pemberat, kemudian diberi pemberat sebesar 0,5 kg, 1 kg, 1,5 kg, 2 kg dan 2,5 kg.

21.High Voltage Test Set dihidupkan, Stopwatch diset pada posisi on.

22.Tegangan masukan dinaikkan sampai pada 6,125 kV (25 kV : pada alat ukur) dengan memutar engkol penggerak voltage regulator secara perlahan-lahan dengan kecepatan 2 kV/detik.

23.Bila tegangan masukan telah sampai pada batas yang diinginkan, stopwatch dijalankan.

24.Ketika terjadi tembus listrik pada plastik, High Voltage Test Set dimatikan dan stopwatch dihentikan.

25.Waktu yang tertera pada stopwatch dicatat. Engkol penggerak voltage

regulator dikembalikan ke posisi semula

26.Untuk pengujian berikutnya maka diulangi sesuai dengan langkah delapan belas sampai dua puluh lima.

27.Pengujian untuk tiap pemberat dilakukan sebanyak lima kali. 28.Saklar pada kotak panel dan voltmeter di-offkan

IV.5. Data Percobaan

IV.5.1. Data Percobaan Tegangan Tembus Pada Plastik

Tebal Plastik = 3 x 0,03 mm = 0,09 mm

1. Tanpa Minyak

T (suhu) : 28,0 oC P (tekanan) : 726,8 mmHg

No. Beban

(Kg)

Percobaan (kV)

I II III IV V

1. - 24,32 32,5 31,4 29,1 33,5

2. 0,5 29,9 34,6 32,6 32,1 31,6

3. 1 25,8 28,6 33,8 36,0 30,1

4. 1,5 30,4 29,1 36,1 33,1 29,8

5. 2 21,2 21,4 24,1 28,6 22,5

6. 2,5 24,2 24,8 25,1 17,1 22,7

Tabel 4.1. Data percobaan tegangan tembus listrik pada plastik tanpa minyak

2. Dengan Minyak

T (suhu) : 27,4 oC P (tekanan) : 726,8 mmHg

No. Beban (Kg)

Percobaan (kV)

I II III IV V

1. - 35,5 48,5 45,5 48,6 41,7

2. 0,5 34,05 33,9 33,8 35,6 36,8

3. 1 36,1 29,3 36,1 38,3 30,1

4. 1,5 31,4 32,3 29,8 38,1 35,3

5. 2 30,1 41,1 26,1 26,7 34,0

6. 2,5 32,4 30,4 30,1 33,2 30,1

IV.5.2. Data Percobaan Waktu Tembus Listrik Pada Plastik

Tebal Plastik = 3 x 0,03 mm = 0,09 mm Vt = 25 kV

1. Tanpa Minyak

T (suhu) : 28,0 oC P (tekanan) : 726,8 mmHg

No. Beban (Kg)

Percobaan (detik)

I II III IV V

1. - 2,60 4,57 5,00 0 3,13

2. 0,5 2,10 2,69 0 0 3,14

3. 1 4,00 0 0 2,84 0

4. 1,5 0 2,40 0 0 3,09

5. 2 0 3,98 2,21 0 0

6. 2,5 0 2,10 0 0 0

Tabel 4.3. Data percobaan waktu tembus listrik pada plastik tanpa minyak

2. Dengan Minyak

T (suhu) : 28,0 oC P (tekanan) : 726,8 mmHg

No. Beban (Kg)

Percobaan (detik)

I II III IV V

1. - 356,04 365,40 657,18 947,64 572,50

2. 0,5 279,75 552,42 658,01 321,14 304,80

3. 1 209,50 615,21 423,29 541,90 256,42

4. 1,5 172,68 198,97 304,21 227,05 140,21

5. 2 55,96 73,07 45,31 14,97 44,76

6. 2,5 4,74 22,56 8,44 4,44 6,44

IV.6. Analisa Data

IV.6.1. Analisa Data Percobaan Tegangan Tembus Listrik Pada Plastik

Skala alat ukur = 1/4

Vt(rata-rata) = x1₄

n Vt

∑

_{...………….……... 4.1}

Dimana: n = Jumlah percobaan pada tiap pemberat

1. Tegangan tembus Vt (kV) pada plastik tanpa minyak

• Untuk tanpa pemberat

Vt(rata-rata) = x kV

kV 7.791 4 1 5 ) 5 , 33 1 , 29 4 , 31 5 , 32 32 , 29 ( = + + + +

Dan dengan cara yang sama, akan diperoleh Vt rata-rata seperti dalam Tabel 4.5 di bawah ini;

No. Beban (Kg)

Percobaan (kV)

Vt (kV)

I II III IV V

1. - 29,32 32,5 31,4 29,1 33,5 7,791

2. 0,5 29,9 34,6 32,6 32,1 31,6 8.160

3. 1 25,8 28,6 33,8 36,0 30,1 7.715

4. 1,5 30,4 29,1 36,1 33,1 29,8 7.925

5. 2 21,2 21,4 24,1 28,6 22,5 5.890

6. 2,5 24,2 24,8 25,1 17,1 22,7 5.695

Tabel 4.5. Tegangan tembus rata-rata tiap penambahan berat pada plastik tanpa minyak

2. Tegangan tembus Vt (kV) pada plastik dengan minyak

Vt(rata-rata) = x kV kV 10.990 4 1 5 ) 7 . 41 6 . 48 5 . 45 5 . 48 5 . 35 ( = + + + +

Dan dengan cara yang sama, akan diperoleh Vt rata-rata seperti dalam Tabel 4.6 di bawah ini;

No. Beban (Kg)

Percobaan (kV)

Vt (kV)

I II III IV V

1. - 35,5 48,5 45,5 48,6 41,7 10,990

2. 0,5 34,05 33,9 33,8 35,6 36,8 8.7075

3. 1 36,1 29,3 36,1 38,3 30,1 8.495

4. 1,5 31,4 32,3 29,8 38,1 35,3 8.345

5. 2 30,1 41,1 26,1 26,7 34,0 7,900

6. 2,5 32,4 30,4 30,1 33,2 30,1 7.810

Tabel 4.6. Tegangan tembus rata-rata tiap penambahan pemberat pada plastik berminyak

IV.6.2. Analisa Data Waktu Tembus Listrik Pada Plastik

Skala alat ukur = 1/4 Vt = 25 kV x ¼ = 6,125 kV

1. Waktu tembus listrik pada plastik tanpa minyak

• Untuk tanpa pemberat

T (rata-rata) = 3,06det

5 det ) 13 . 3 0 0 , 5 57 , 4 60 , 2 ( = + + + +

Dengan cara yang sama, akan diperoleh nilai T(rata-rata) untuk setiap penambahan berat pada plastik seperti ditunjukkan pada tabel 4.7. di bawah ini :

No. Beban (Kg)

Percobaan (detik) T(rata-rata)

I II III IV V (det)

1. - 2,60 4,57 5,00 0 3,13 3,06

2. 0,5 2,10 2,69 0 0 3,14 1.586

3. 1 4,00 0 0 2,84 0 1.368

4. 1,5 0 2,40 0 0 3,09 1.098

5. 2 0 3,98 2,21 0 0 1.238

6. 2,5 0 2,10 0 0 0 0,43

Tabel 4.7. Waktu tembus listrik (T) rata-rata pada plastik tanpa minyak

3. Waktu tembus listrik pada plastik berminyak

• Untuk tanpa pemberat

T (rata-rata) = 579,752det

5 det ) 50 , 572 64 . 947 18 , 657 40 , 365 04 , 365 ( = + + + +

Dan dengan cara yang sama, akan diperoleh nilai T(rata-rata) untuk setiap penambahan berat pada plastik berminyak seperti ditunjukkan pada tabel 4.8. di bawah ini :

No. Beban (Kg)

Percobaan (detik) T(rata-rata)

I (det) III IV V (det)

1. - 356,04 365,40 657,18 947,64 572,50 579,752 2. 0,5 279,75 552,42 658,01 321,14 304,80 423,224 3. 1 209,50 615,21 423,29 541,90 256,42 409,264 4. 1,5 172,68 198,97 304,21 227,05 140,21 208,564 5. 2 55,96 73,07 45,31 14,97 44,76 46,814

6. 2,5 4,74 22,56 8,44 4,44 6,44 9,416

IV.7. Grafik Hasil Percobaan

1. Tegangan tembus Vt (kV) pada plastik tanpa minyak

Gambar 4.2. Grafik tegangan tembus Vt pada plastik tanpa minyak

2. Tegangan tembus Vt (kV) pada plastik dengan minyak

Gambar 4.3. Grafik tegangan tembus Vt pada plastik berminyak

3. Perbandingan tegangan tembus Vt (kV) pada plastik tanpa minyak dengan plastik berminyak

T e g a n g a n T e m b u s V s P e m b e ra t

0 2 4 6 8 1 0 1 2

- 0 ,5 1 1 ,5 2 2 ,5

P e m b e ra t (kg )

Te

ga

nga

n Te

m

bus

(

k

V

)

tanpa m inyak dengan miny ak

Gambar 4.4. Perbandingan grafik tegangan tembus Vt pada plastik tanpa minyak dengan plastik berminyak

4. Waktu tembus listrik pada plastik tanpa minyak

Gambar 4.5. Grafik waktu tembus listrik pada plastik tanpa minyak

5. Waktu tembus listrik pada plastik berminyak

6. Waktu tembus listrik pada plastik berminyak

W a k tu T e m b u s L is trik V s P e m b e ra t

0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 2 7 0 3 0 0 3 3 0 3 6 0 3 9 0 4 2 0 4 5 0 4 8 0 5 1 0 5 4 0 5 7 0 6 0 0

- 0 ,5 1 1 ,5 2 2 ,5

P e m b e r a t (k g )

W akt u T em b u s ( d et )

P la stik b e rm in ya k P la stik ta n p a m in ya k

Gambar 4.7. Perbandingan grafik waktu tembus listrik pada plastik tanpa minyak dengan plastik berminyak

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

VI. Kesimpulan

1. Dari hasil analisa data maupun grafik terlihat dengan adanya minyak pada plastik, maka tegangan tembus pada plastik berminyak tersebut menjadi lebih besar dan waktu tembusnya menjadi jauh lebih lama.

2. Penambahan pemberat yang terlalu besar pada plastik tanpa minyak menyebabkan plastik cepat rusak, namun dengan adanya lapisan minyak maka plastik lebih tahan terhadap tekanan.

3. Pada kondisi lapisan minyak paling tebal yaitu tanpa pemberat maka besar tegangan tembus yang terjadi pada dielektrik antara kedua elektroda sebesar 10,99 kV, hal ini berbeda bila kondisinya tanpa minyak yaitu hanya sebesar 7,791 kV. Dan waktu yang dibutuhkan agar dielektrik tembus listrik pada kondisi minyak paling tebal sangat besar yaitu 579,752 detik. Berbeda dengan tanpa adanya minyak, walaupun tanpa adanya tekanan hanya membutuhkan 3,96 detik.

4. Semakin bertambahnya pemberat maka lapisan minyak diantara dielektrik dengan elektroda menjadi tipis. Terlihat pada grafik, besar tembus sesudah ada pemberat 2, 5 Kg pada plastik berminyak jauh lebih besar yaitu 7,81 kV sedangkan tanpa minyak hanya sebesar 5,695 kV. Dan waktu yang dibutuhkan pada plastik berminyak lebih lama yaitu 9,416 detik sedangkan tanpa minyak hanya 0,43 detik.

V.2. Saran

1. Disarankan agar dilakukan penelitian komparatif pengaruh tegangan kerja pada umur bahan dielektrik plastik berminyak dengan tanpa minyak selama pemakaian peralatan listrik.

Daftar Pustaka

1. Bonggas L. Tobing, “Peralatan Tegangan Tinggi”, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta,2003.

2. Bonggas L. Tobing, “Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi”, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta,2003.

3. Kreuger F. H., “Partial Discharge Detection in High-Voltage Equipment”, Britis Library Cataloguing in Publication Data.

4. Naidu, M. S., V. Kamaraju, “High Voltage Engineering”, Tata Mc Graw-Hill Publishing, Seven Reprint, New Delhi, 1990.

5. Wiliam H. Hayt, jr., “Elektromagnetika Teknologi”, Penerbit Erlangga, Edisi Kelima, Jakarta, 1997.

T e g a n g a n T e m b u s V s P e m b e ra t

0 2 4 6 8 1 0 1 2

- 0 ,5 1 1 ,5 2 2 ,5

P e m b e ra t (kg )

Te

ga

nga

n Te

m

bus

(

k

V

)

tanpa m inyak dengan miny ak

Gambar 4.4. Perbandingan grafik tegangan tembus Vt pada plastik tanpa minyak dengan plastik berminyak

4. Waktu tembus listrik pada plastik tanpa minyak

Gambar 4.5. Grafik waktu tembus listrik pada plastik tanpa minyak

5. Waktu tembus listrik pada plastik berminyak

6. Waktu tembus listrik pada plastik berminyak

W a k tu T e m b u s L is trik V s P e m b e ra t

0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 2 7 0 3 0 0 3 3 0 3 6 0 3 9 0 4 2 0 4 5 0 4 8 0 5 1 0 5 4 0 5 7 0 6 0 0

- 0 ,5 1 1 ,5 2 2 ,5

P e m b e r a t (k g )

W akt u T em b u s ( d et )

P la stik b e rm in ya k P la stik ta n p a m in ya k

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

VI. Kesimpulan

1. Dari hasil analisa data maupun grafik terlihat dengan adanya minyak pada

plastik, maka tegangan tembus pada plastik berminyak tersebut menjadi lebih besar dan waktu tembusnya menjadi jauh lebih lama.

2. Penambahan pemberat yang terlalu besar pada plastik tanpa minyak

menyebabkan plastik cepat rusak, namun dengan adanya lapisan minyak maka plastik lebih tahan terhadap tekanan.

3. Pada kondisi lapisan minyak paling tebal yaitu tanpa pemberat maka besar

tegangan tembus yang terjadi pada dielektrik antara kedua elektroda sebesar 10,99 kV, hal ini berbeda bila kondisinya tanpa minyak yaitu hanya sebesar 7,791 kV. Dan waktu yang dibutuhkan agar dielektrik tembus listrik pada kondisi minyak paling tebal sangat besar yaitu 579,752 detik. Berbeda dengan tanpa adanya minyak, walaupun tanpa adanya tekanan hanya membutuhkan 3,96 detik.

4. Semakin bertambahnya pemberat maka lapisan minyak diantara dielektrik

dengan elektroda menjadi tipis. Terlihat pada grafik, besar tembus sesudah ada pemberat 2, 5 Kg pada plastik berminyak jauh lebih besar yaitu 7,81 kV sedangkan tanpa minyak hanya sebesar 5,695 kV. Dan waktu yang dibutuhkan pada plastik berminyak lebih lama yaitu 9,416 detik sedangkan tanpa minyak hanya 0,43 detik.

V.2. Saran

1. Disarankan agar dilakukan penelitian komparatif pengaruh tegangan kerja

pada umur bahan dielektrik plastik berminyak dengan tanpa minyak selama pemakaian peralatan listrik.

Daftar Pustaka

1. Bonggas L. Tobing, “Peralatan Tegangan Tinggi”, PT. Gramedia Pustaka Utama,

Jakarta,2003.

2. Bonggas L. Tobing, “Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi”, PT. Gramedia

Pustaka Utama, Jakarta,2003.

3. Kreuger F. H., “Partial Discharge Detection in High-Voltage Equipment”, Britis

Library Cataloguing in Publication Data.

4. Naidu, M. S., V. Kamaraju, “High Voltage Engineering”, Tata Mc Graw-Hill

Publishing, Seven Reprint, New Delhi, 1990.

5. Wiliam H. Hayt, jr., “Elektromagnetika Teknologi”, Penerbit Erlangga, Edisi