PENGARUH POLUTAN INDUSTRI TERHADAP KINERJA BAHAN ISOLASI POLIMER RESIN EPOKSI BERPENGISI SILICONE RUBBER DAN ABU SEKAM
RINGKASAN
Polimer saat ini telah banyak diteliti orang dengan harapan bisa didapatkannya
formula bahan isolasi dengan kinerja yang tinggi pada penggunaan tertentu.
Polimer mampu memegang peranan penting sebagai bahan isolasi karena
memiliki kelebihan baik secara fisis maupun kimiawi. Isolator polimer semakin
meluas penggunaannya baik di level tegangan transmisi maupun distribusi dan
memiliki pangsa pasar cukup lebar di pasaran dunia. Polimer, khususnya resin
epoksi memiliki beberapa kelemahan. Bahan ini sensitif jika digunakan pada suhu
tinggi, kelembaban tinggi, dan daerah dengan intensitas radiasi ultraviolet (UV)
tinggi, seperti di Indonesia. Di kawasan industri semen Gresik disinyalir banyak
terjadi kegagalan isolator karena permukaannya terkontaminasi oleh lapisan
polutan yang bergaram dan lembab.
Penelitian ini merupakan penelitian laboratorium untuk mengetahui
kinerja elektris dan mekanis dari bahan isolasi resin epoksi yang terkontaminasi
polutan industri di daerah tropis. Bahan uji resin epoksi terbuat dari diglycidyl
ether of bishphenol A (DGEBA) sebagai bahan dasar, methaphenylene diamine
(MPDA) sebagai bahan pengeras dan diberi bahan pengisi rice husk ash (RHA).
Ukuran dari bahan uji adalah 70 mm x 70 mm x 5 mm. Perbandingan campuran
DGEBA dengan MPDA adalah 1 : 1, sedangkan bahan pengisi (filler) divariasi
mulai dari 10 %, 20 %, 30 %, 40 % dan 50 % dari berat total bahan uji.
Penelitian yang dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh
komposisi bahan pengisi (filler) yang mengalami penuaan dipercepat terhadap
kinerja bahan isolasi resin epoksi yang terdiri dari: kekuatan mekanis, tegangan
flashover, arus bocor, sudut kontak hidrofobik, perubahan permukaan dan
perubahan struktur kimia.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik setelah penuaan
cenderung lebih besar dibanding sebelum penuaan tetapi kekerasan permukan
setelah penuaan cenderung lebih kecil dibanding sebelum penuaan. Komposisi
filler tidak signifikan dalam mempengaruhi kinerja tegangan flashover dan arus
bocor sedangkan lama penyinaran UV cukup signifikan dalam mempengaruhi
kinerja tegangan flashover dan arus bocor. Semakin lama bahan uji tersebut
mengalami penyinaran UV, maka tegangan flashover cenderung turun, yang
diikuti dengan kenaikan arus bocornya. Bertambahnya komposisi filler akan
menurunkan sudut kontak permukaan bahan uji, yang dapat mempengaruhi
peningkatan kandungan ESDD. Penyinaran UV selama 96 jam pada bahan uji
menunjukkan adanya gejala degradasi permukaan yang belum berpengaruh secara
signifikan terhadap perubahan struktur kimia permukaan
Kata Kunci :
ESDD, arus bocor, tegangan flashover, hidrofobik, Silicone
rubber, Rice Husk Ash
ii
SUMMARY
Polymers have been investigated by many researchers in order to find high
performance insulator formula for specific uses. Polymers can play a significant
role as insulating media because of their excellent physical and chemical
properties. Polymeric insulators are increasingly being used in both distribution
and transmission voltage ranges and steadily capture a wider share of the world
market. On the other hand, polymers, such as epoxy resin have some
disadvantages. It is very sensitive if it is used in high temperature, very humid, or
area with high intensity of ultraviolet (UV) radiation, like in Indonesia. In Gresik
cement industry, there were many insulators failed because the surfaces were
contaminated by salty pollution layer and they were wet.
This research was a laboratory study to investigate electrical and mechanical
performance of insulation material made from epoxy resin contaminated with
artificial industrial pollution. Test material of epoxy resin was made from
diglycidyl ether of bishphenol A (DGEBA) as base material, methaphenylene
diamine (MPDA) as curing agent, silicone rubber and rice husk ash (RHA) as
filler. The dimension of test material was 70 mm x 70mm x 5 mm. Ratio of
DGEBA to MPDA was 1:1, while filler was varied from 10%, 20%, 30%, 40%
and 50% of total weight of test material.
This research was to identify the influences of filler that influenced in
accelerated ageing on performance of epoxy resin isolation material consisting of
mechanical strength, flashover, leakage current, contact angle of hydrophobic
equivalent salt deposit density (ESDD), degradation effect and chemical structural
change.
The results of the research indicated that mechanical tensile strength of test
material after accelerated ageing was better than before accelerated ageing for all
filler compositions but hard value of test material before accelerated ageing was
better than after accelerated ageing for all filler compositions. The performance of
flashover and leakage current were not influenced by the composition of filler.
The performance of flashover and leakage current were influenced duration of
UV radiation. More longer period of UV radiation resulted in flashover decrease,
but, the increase in the leakage current. It is seemed that it was caused by the
decrease in hydrophobic of characteristic of test material that influenced ESDD
content. As a result accelerated aging as along as 96 hours have not significant
effect to the deterioration of epoxy resin insulating materials.
Keywords :
ESDD, leakage current, flashover, hydrophobic, silicone rubber,
rice husk ash (RHA)
iii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sistem tenaga listrik terdiri atas tiga bagian utama, yaitu pusat pembangkit,
saluran transmisi, dan sistem distribusi. Letak pembangkit tenaga listrik ada kalanya
cukup jauh dari daerah pelayanan, sehingga diperlukan saluran transmisi jarak jauh
sebelum didistribusikan ke konsumen. Transmisi tenaga listrik dalam jumlah besar
memerlukan tegangan tinggi atau ekstra tinggi yang menimbulkan masalah utama pada
bahan isolasi untuk isolator yang berfungsi mengisolasi saluran bertegangan dengan
menara, atau saluran dengan saluran sehingga tidak terjadi kebocoran arus, dan dalam
hal gradien medan tinggi, tidak terjadi lompatan listrik atau lewat denyar (flashover)
atau percikan (sparkover) (Berahim, 2005).
Material isolasi yang digunakan pada sistem tenaga listrik di Indonesia sampai
saat ini adalah isolator berbahan isolasi porselin dan/atau gelas. Penggunaan isolator
jenis ini pada sistem transmisi yang bertegangan tinggi tidak cocok karena rapat massa
porselin dan/atau gelas yang tinggi akan menyebabkan semakin besar biaya untuk
menara transmisi. Material isolasi polimer dengan jenis resin epoksi memiliki rapat
massa yang lebih rendah dibanding porselin sehingga jenis resin epoksi merupakan
suatu alternatif baru pengganti porselin dan/atau gelas sebagai bahan dasar pembuatan
isolator tegangan tinggi (Berahim, 2000).
Resin epoksi memiliki beberapa kelebihan dibandingkan porselin dan/atau gelas
diantaranya dengan rapat massa 0,9–2,5 gram/cm 3 yang lebih rendah dibandingkan
dengan porselin yang rapat massanya 2,3 – 3,9 gram/cm 3 dan gelas dengan rapat massa
1
2
2,5 gram/cm 3 , serta proses pembuatannya yang tidak memerlukan energi yang terlalu
besar hanya membutuhkan suhu antara 200 0 C - 300 0 C. Juga sifat dielektrik bahan
isolasi polimer memiliki konstanta dielektrik 2,3 – 5,5 dan faktor disipasi (0,1-5,0) x
10 −3 akan lebih baik dibandingkan dengan porselin dengan konstanta dielektrik 5,0–7,5
dan faktor disipasi (20–40)x10 −3 sedangkan gelas memiliki konstanta dielektrik 7,3 dan
faktor disipasi (15 – 50) x 10
−3
(Looms, 1998). Sifat perekat resin epoksi yang
sempurna, mudah dibentuk, kekuatan mekanis yang baik, daya tahan kimia yang kuat
merupakan keuntungan yang paling penting dari resin padat (Lee dan Neville, 1967).
Penggunaan bahan isolasi polimer resin epoksi bisphenol-A yang dihasilkan dari
reaksi phenol dan acetone, dengan bahan pengisi pasir silika untuk isolator pasangan
luar, mula-mula diperkenalkan pada tahun 1950, tetapi setelah lama terpasang diluar,
timbul retak pada permukaannya karena tidak tahan terhadap radiasi sinar ultraviolet
(Cherney, 1996; Malik et al., 1998; Berahim, 2005).
Radiasi ultraviolet dapat menyebabkan penurunan waktu pakai bahan epoksi.
Sebagai ilustrasi kenaikan intensitas UV (sinar ultraviolet) sebesar 9 mW/cm2 (dari 3
mW/cm2 menjadi 12mW/cm2 ) pada temperatur 57o C dapat menurunkan waktu pakai
sebesar 688 jam dari 850 jam (Yandri dan Sirait, 1999).
Kontaminasi pada isolator yang dipasang di daerah perindustrian seperti daerah
industri semen Gresik menjadi masalah besar dalam sistem operasi tenaga listrik.
Pernah disinyalir di kawasan industri semen Gresik sering terjadi flashover dan arus
bocor yang cukup besar pada isolator penyaluran energi listrik. Hal ini karena tingkat
polusi yang cukup besar di kawasan tersebut (PT. PLN & TE.UGM, 1996; Budiman,
2004). Polutan yang menempel pada isolator akan mempengaruhi nilai ESDD
(Equivalent Salt Deposit Density). Polutan
yang semakin tinggi menyebabkan
3
ESDDnya akan semakin tinggi, sehingga kinerja bahan seperti arus bocor permukaan
juga akan tinggi, tetapi tegangan kritis flashover-nya semakin kecil (Berahim, 2000).
Proses penuaan alamiah pada isolator akan terjadi secara perlahan-lahan dan
memerlukan waktu yang lama. Menurut Berahim (2002), ada korelasi yang cukup baik
antara penuaan alamiah dengan penuaan dipercepat di laboratorium. Dengan demikian
untuk menghindari unjuk kerja isolator akibat penuaan cukup diamati dengan penuaan
dipercepat di laboratorium sehingga tidak memerlukan waktu yang lama dan biaya
besar. Menurut standar IEC 1109, penuaan dipercepat di laboratorium selama 96 jam
akan mewakili penuaan alamiah selama 5000 jam.
Koefisien diffusi air membesar bila temperaturnya dinaikkan, demikian pula bila
bahan sebelum mengalami penuaan dan sesudah mengalami penuaan. Absorpsi air
mengurangi daya kedap air dari silicone rubber. Penggunaan High Voltage to Main
electrodes (H-M) dan Guard to Main electrodes (G-M) untuk medan listrik dapat
mendeteksi perubahan kemampuan dielektrik sebelum dan setelah penuaan. Konstanta
dielektrik pada high temperature vulcanized silicone rubber (HTV- silicone rubber)
meningkat selama penuaan dan absorpsi air serta menurun selama tidak mengalami
penuaan dan dibiarkan menguap (Tokoro dkk, 1998; Budiman, 2004)
Pada bidang teknik elektro bahan pengisi silika kuarsa dan aluminium oksida
trihidrat (ATH) telah lama dikenal, jika dibandingkan antara keduanya, ternyata silika
kuarsa lebih populer digunakan (Yandri dan Sirait, 1998). Berkaitan dengan hal tersebut,
mengingat Indonesia merupakan negara agraris maka penelitian ini mengusulkan
penggunaan rice husk ash (RHA) sebagai bahan pengisi/filler, dengan pertimbangan
kandungan silika pada RHA yang cukup tinggi yaitu 88,2 % (Sarwono, 1989, seperti
dikutip Daryanto, 2003). Penelitian tentang pencampuran RHA dengan semen telah
4
dilakukan, hasilnya menunjukkan bahwa pencampuran tersebut dapat meningkatkan
kekuatan mekanik bahan (Onggo,1986; Rimbawati, 2007).
Suatu bahan isolasi memiliki beberapa syarat yang harus dimiliki antara lain:
memiliki nilai resistivitas yang besar (sehingga nilai tegangan flashover tinggi, arus
bocor relatif kecil), memiliki kekuatan mekanis yang besar (kekuatan tarik dan
kekerasan permukaan), memiliki sifat hidrophobic (menolak air)
Berdasarkan kelebihan yang dimiliki oleh resin epoksi dan adanya rice husk ash
(RHA) dan silicone rubber yang dapat diusulkan sebagai bahan pengisi (filler), maka
penelitian ini akan membahas mengenai parameter kinerja isolasi polimer resin epoksi
dengan bahan pengisi RHA dan silicone rubber yang terdiri dari: pengujian tegangan
flashover, arus bocor, sudut kontak, ESDD (Equivalent Salt Deposit Density), kekerasan
permukaan, kekuatan tarik, degradasi permukaan dan analisis gugus fungsi kimia
permukaan. Bahan isolasi ini akan mendapatkan perlakuan penuaan dipercepat dengan
penyinaran ultraviolet (UV) dari 0 – 96 jam dan perlakuan polutan industri semen
Gresik buatan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan sebelumnya, maka dapat
dirumuskan beberapa masalah yaitu bagaimana hubungan komposisi filler, lama
penyinaran UV terhadap:
a. Kinerja tegangan lewat denyar (flashover), arus bocor (leakage current), sifat
hidrofobik (kedap air) dan ESDD pada bahan isolasi resin epoksi dengan bahan
pengisi siicone rubber (SiR) dan abu sekam padi.
b. Kekuatan mekanis (kekerasan permukaan dan kekuatan tarik) pada bahan isolasi
resin epoksi dengan bahan pengisi siicone rubber (SiR) dan abu sekam padi.
5
c. Degradasi permukaan dan perubahan spektrum infra merah (analisis gugus
fungsi) pada bahan isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi siicone rubber
(SiR) dan abu sekam padi.
Bahan isolasi resin epoksi pada kondisi terkontaminasi polutan industri semen
Gresik.
1.3 Batasan Masalah
Pembatasan permasalahan dalam penelitian ini perlu dilakukan, agar di
dalam pembahasan persoalan dapat lebih terarah, maka :
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium (penuaan dipercepat)
2. Sampel yang diuji dengan ukuran 70 X 70 X 5 mm, dengan komposisi filler
10%, 20%, 30%, 40% dan 50%.
3. Polutan yang dipakai merupakan polutan buatan yang menirukan polutan
industri semen Gresik
4. Pengujian yang dilakukan hanya membandingkan antara sampel tanpa perlakuan
(tanpa polutan dan tanpa penyinaran Ultraviolet) dan sampel dengan perlakuan
(dengan polutan dan penyinaran UV selama 96 jam)
DAFTAR PUSTAKA
Berahim, H., 2000, ” Pengaruh Polutan terhadap Kinerja Bahan Isolasi Epoksi
resin untuk Isolator ”, Seminar Nasional dan Workshop Teknik Tegangan
Tinggi III, pp. 108-112, UI, Jakarta
Berahim, H., 2002, ” Pengaruh SiR sebagai Bahan Pengisi terhadap ESDD dan
Arus Bocor Material Isolasi RTV Resin Epoksi di Daerah beriklim
Tropis”, Jurnal Tegangan Tinggi Indonesia, Bandung
Berahim, H., 2006, ” Pengaruh Silane sebagai Bahan Pengisi Material Isolasi
Polimer Resin Epoksi di Daerah Tropis”, Media Teknik No.3, Agustus,
pp. 48-53.
Budiman, A., 2005, “ Hubungan Penuaaan Dipercepat dengan Kinerja Bahan
Isolasi Resin Epoksi yang terkontaminasi Polutan Industri di Daerah
Tropis”, Tesis, UGM, Yogyakarta
Daryanto, 2003, “ Pembuatan Silika Amorphous untuk Industrial Grade Silika
dari Abu Sekam Padi ”, Laporan Penelitian Teknik Kimia, UGM,
Yogyakarta
Davis, A., Sims,D., 1983 ” Weathering of Polymers”, Applied Science Publishers
London, New York
Giriantari, I.A.D., 1999, “ Pengaruh Polusi Garam Terhadap Surface Discharge
yang terjadi pada isolator”, Seminar Nasional dan Workshop Teknik
Tegangan Tinggi II, pp B1-4.1-B1.4.6,UGM, Yogyakarta
Gorur, R.S., Cherney, E.A., Hackam, R., 1990, “ Polimeric Insulator Propiles
Evaluated in a fog Chamber”, IEEE Trans. Power Delivary, Vol.5, No.2,
April
IEC Standard 507, 1991, “ Artificial Pollution Test on High Voltage Insulators To Be
Used on A.C. System”, Second Edition
IEC Standard 601, 1989, “High Voltage Test Techniques”, pp. 34 Second Edition
Jatmiko, 2003, “Sifat Bahan Isolasi Resin Epoksi Bisphenol A untuk Isolator
Tegangan Tinggi”, Tesis
101
Kahar, Yandri, N., 1998, ” Penelitian tentang Epoksi Sikloalifatik Tuang (EST)
sebagai Bahan Isolasi Listrik Tegangan Tinggi di Daerah Beriklim Tropis,
Disertasi ITB, Bandung
Kim, S.H., et all, 1998, Thermal Characteristics of RTV Silicone Rubber Coating as a
Function of Filler Level, Proceedings of 1998 International Symposium
on Electrical Insulating Materials in conjunction with 1998 Asian
International Conference on Dielectrics and Electrical Insulation and
the30th Symposium on Electrical Insulating Materials
Lee, H., Neville, K., 1967, “ Hand Book of Epoxy Resin s”, Mc Graw-Hill Book
Company.
Mizuno, Y., Kusada, H., Naito, K., 1997, “ Effect of Climatic Condition on
Contaminan Flashover Voltage of Insulator”, IEEE Trans. On Dielectrical
Insulation, vol.4, June, 286-289
NGK Insulators, Ltd., 1995 “ Pollution Map and Analysis of Contaminant ” PT PLN
Persero, Jakarta
Ollier, V., Dureault, Gosse, B., 1998, “ Photo - Oxidation and electrical Aging of
Anhydride-cured Epoxy Resin”, IEEE Trans. On Dielectrics and Electr.
Insul. 5(6), 935-943
Onggo, M., 1986,“ Proses dan Sifat Campuran Abu Sekam Semen “, Telaah Jilid IX,
No.1
PLN dan Fakultas Teknik UGM, 1996, “Pekerjaan Studi dan Survey Penyusunan
Peta Tingkat Intensitas Polusi serta Pedoman Pemilihan Jenis Isolator di
Pulau Jawa,” Fakultas Teknik UGM, Yogyakarta
Suhartini, Y., Tumiran, Berahim, H., 2002, “ Effect Of Salt Contaminant To
The Leakage Current Performance on The Resin Epoxy Insulating
Material”, Joint Conference of ACED & K-J Symposium on ED and
HVE, pp. 515-518
Sorqvist, T., Vlatos, A.E., 1997, “ Performance and Ageing of Polymers Insulator”,
IEEE Trans. On Power Delivery, vol.12. No.4, October
Suyanto, M., 2000, “Arus Bocor Kritis flashover pada isolator terkontaminasi”, tesis,
UGM, Yogyakarta
Samson, P.M., 2001, “ Cast Electrical Insulation Quality Enchancements through
Improved Filler Technologi”, IEEE Elect.Insul.Magazine, 17(5), 34-42
102
Syafriyudin, 2003, “ Pengaruh Polutan Industri Terhadap Kinerja Bahan Isolasi
Resin Epoksi”, Tesis, UGM, Yogyakarta
Surdia, T., Saito, S., 1985, ” Pengetahuan Bahan Teknik ”, PT. Pradnya Paramita,
Jakarta
Sastrohamidjojo, 1992, “Spektroskopi Inframerah”, Penerbit Liberty, Yogyakarta
Suwarno, Salama, Sirait, K.T., Kaerner, H. C., 1998, “ Dielectric Properties and
Surface Hydropobicity of Silicon Rubber Under the Influence on Artificial
Tropical Climate “, Presented at International Symposium on Electrical
Insulating Material , pp 507-510, Toyohashi, Japan.
Yandri, N., Sirait, K.T., 1999, “ Kajian Awal Tentang Kemungkinan enggunaan
Epoksi Sikloalifatik Tuang (EST) sebagai Material Isolasi Tegangan
Tinggi di Indonesia”,
Seminar Nasional dan Workshoop Teknik
Tegangan Tinggi II, pp D.2.1 – D.2.6, UGM, Yogyakarta
103
LAPORAN PENELITIAN
DOSEN MUDA
PENGARUH POLUTAN INDUSTRI TERHADAP KINERJA
BAHAN ISOLASI POLIMER RESIN EPOKSI BERPENGISI
SILICONE RUBBER DAN ABU SEKAM
Oleh:
Hasyim Asy’ari, S.T,. M.T
: 100. 981
Ir. Jatmiko, M.T
: 622
Aris Budiman, S.T,. M.T
: 885
DIBIAYAI DIPA
188/SP2H/PP/DP2M/III/2008
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SEPTEMBER, 2008
RINGKASAN
Polimer saat ini telah banyak diteliti orang dengan harapan bisa didapatkannya
formula bahan isolasi dengan kinerja yang tinggi pada penggunaan tertentu.
Polimer mampu memegang peranan penting sebagai bahan isolasi karena
memiliki kelebihan baik secara fisis maupun kimiawi. Isolator polimer semakin
meluas penggunaannya baik di level tegangan transmisi maupun distribusi dan
memiliki pangsa pasar cukup lebar di pasaran dunia. Polimer, khususnya resin
epoksi memiliki beberapa kelemahan. Bahan ini sensitif jika digunakan pada suhu
tinggi, kelembaban tinggi, dan daerah dengan intensitas radiasi ultraviolet (UV)
tinggi, seperti di Indonesia. Di kawasan industri semen Gresik disinyalir banyak
terjadi kegagalan isolator karena permukaannya terkontaminasi oleh lapisan
polutan yang bergaram dan lembab.
Penelitian ini merupakan penelitian laboratorium untuk mengetahui
kinerja elektris dan mekanis dari bahan isolasi resin epoksi yang terkontaminasi
polutan industri di daerah tropis. Bahan uji resin epoksi terbuat dari diglycidyl
ether of bishphenol A (DGEBA) sebagai bahan dasar, methaphenylene diamine
(MPDA) sebagai bahan pengeras dan diberi bahan pengisi rice husk ash (RHA).
Ukuran dari bahan uji adalah 70 mm x 70 mm x 5 mm. Perbandingan campuran
DGEBA dengan MPDA adalah 1 : 1, sedangkan bahan pengisi (filler) divariasi
mulai dari 10 %, 20 %, 30 %, 40 % dan 50 % dari berat total bahan uji.
Penelitian yang dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh
komposisi bahan pengisi (filler) yang mengalami penuaan dipercepat terhadap
kinerja bahan isolasi resin epoksi yang terdiri dari: kekuatan mekanis, tegangan
flashover, arus bocor, sudut kontak hidrofobik, perubahan permukaan dan
perubahan struktur kimia.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik setelah penuaan
cenderung lebih besar dibanding sebelum penuaan tetapi kekerasan permukan
setelah penuaan cenderung lebih kecil dibanding sebelum penuaan. Komposisi
filler tidak signifikan dalam mempengaruhi kinerja tegangan flashover dan arus
bocor sedangkan lama penyinaran UV cukup signifikan dalam mempengaruhi
kinerja tegangan flashover dan arus bocor. Semakin lama bahan uji tersebut
mengalami penyinaran UV, maka tegangan flashover cenderung turun, yang
diikuti dengan kenaikan arus bocornya. Bertambahnya komposisi filler akan
menurunkan sudut kontak permukaan bahan uji, yang dapat mempengaruhi
peningkatan kandungan ESDD. Penyinaran UV selama 96 jam pada bahan uji
menunjukkan adanya gejala degradasi permukaan yang belum berpengaruh secara
signifikan terhadap perubahan struktur kimia permukaan
Kata Kunci :
ESDD, arus bocor, tegangan flashover, hidrofobik, Silicone
rubber, Rice Husk Ash
ii
SUMMARY
Polymers have been investigated by many researchers in order to find high
performance insulator formula for specific uses. Polymers can play a significant
role as insulating media because of their excellent physical and chemical
properties. Polymeric insulators are increasingly being used in both distribution
and transmission voltage ranges and steadily capture a wider share of the world
market. On the other hand, polymers, such as epoxy resin have some
disadvantages. It is very sensitive if it is used in high temperature, very humid, or
area with high intensity of ultraviolet (UV) radiation, like in Indonesia. In Gresik
cement industry, there were many insulators failed because the surfaces were
contaminated by salty pollution layer and they were wet.
This research was a laboratory study to investigate electrical and mechanical
performance of insulation material made from epoxy resin contaminated with
artificial industrial pollution. Test material of epoxy resin was made from
diglycidyl ether of bishphenol A (DGEBA) as base material, methaphenylene
diamine (MPDA) as curing agent, silicone rubber and rice husk ash (RHA) as
filler. The dimension of test material was 70 mm x 70mm x 5 mm. Ratio of
DGEBA to MPDA was 1:1, while filler was varied from 10%, 20%, 30%, 40%
and 50% of total weight of test material.
This research was to identify the influences of filler that influenced in
accelerated ageing on performance of epoxy resin isolation material consisting of
mechanical strength, flashover, leakage current, contact angle of hydrophobic
equivalent salt deposit density (ESDD), degradation effect and chemical structural
change.
The results of the research indicated that mechanical tensile strength of test
material after accelerated ageing was better than before accelerated ageing for all
filler compositions but hard value of test material before accelerated ageing was
better than after accelerated ageing for all filler compositions. The performance of
flashover and leakage current were not influenced by the composition of filler.
The performance of flashover and leakage current were influenced duration of
UV radiation. More longer period of UV radiation resulted in flashover decrease,
but, the increase in the leakage current. It is seemed that it was caused by the
decrease in hydrophobic of characteristic of test material that influenced ESDD
content. As a result accelerated aging as along as 96 hours have not significant
effect to the deterioration of epoxy resin insulating materials.
Keywords :
ESDD, leakage current, flashover, hydrophobic, silicone rubber,
rice husk ash (RHA)
iii
PRAKATA
Bismillaahirrahmaanirrahiim,
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas
limpahan rahmat, hidayah, dan inayahNYA kepada penulis sejak awal melangkah
mengerjakan hingga akhir penyusunan laporan penelitian dengan judul
“Pengaruh Polutan Industri Terhadap Kinerja Bahan Isolasi Polimer Resin
Epoksi Berpengisi Silicone Rubber dan Abu Sekam”.
Pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian ini, penulis menyadari
banyaknya masukan, bantuan dan dukungan penuh dari beberapa pihak yang
sangat bermanfaat. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan
terima kasih yang tulus kepada mereka yaitu:
1. Prof. Dr. Markhamah, M.Hum., selaku Ketua Lembaga Penelitian UMS
2. Ir. H. Sri Widodo, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik UMS, atas
dorongannya yang besar dalam penelitian ini
3. Ir. Jatmiko, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro UMS, atas saran
dan masukannya
4. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, yang telah
membantu penulis selama pelaksanaan dan penulisan laporan penelitian ini.
Akhir kata, tiada sesuatu yang sempurna dari hasil karya manusia. Saran
dan kritik yang konstruktif dari para pembaca yang budiman akan penulis terima
dengan senang hati. Semoga laporan penelitian ini dapat bermanfaat bagi para
pembaca.
Surakarta, 20 September 2008
Penulis
iv
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................
i
RINGKASAN DAN SUMMARY ........................................................
ii
PRAKATA ............................................................................................
iv
DAFTAR ISI .........................................................................................
v
DAFTAR TABEL ................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR ............................................................................
x
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................
xiii
PENDAHULUAN ................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...............................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah .......................................................................
4
1.3 Batasan Masalah .........................................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................
6
2.1 Telaah Penelitian Terdahulu ...........................................................
6
2.2 Landasan Teori ................................................................................
10
2.2.1 Isolator Padat ......................................................................
10
2.2.2 Polimer Umum ....................................................................
12
2.2.3 Resin Epoksi .........................................................................
15
2.2.3.1 Karakteristik Dasar Resin Epoksi ................................
15
2.2.3.2 Jenis-jenis Resin Epoksi ..............................................
16
2.2.3.3 Pematangan Resin Epoksi ...........................................
18
BAB I
v
2.2.4 Bahan Pengisi (filler) ........................................................
19
2.2.4.1 Bahan Pengisi RHA (Rice Husk Ash)..........................
20
2.2.4.2 Bahan Pengisi Silicone Rubber ...................................
21
2.2.5 Sifat mekanik bahan polimer .............................................
23
2.2.5.1 Pengujian kekerasan permukaan ..............................
24
2.2.5.2 Pengujian kekuatan tarik ..........................................
25
2.2.6 Mekanisme tegangan flashover pada isolator terkontaminasi
26
2.2.7 Perhitungan Arus Bocor .......................................................
28
2.2.8 Sudut kontak ........................................................................
30
2.2.9 Perhitungan ESDD .............................................................
33
2.2.10 Analisis komposisi kimia permukaan dengan FTIR .........
36
2.2.10.1 Proses serapan inframerah ......................................
36
2.2.10.2 Kegunaan spektrum inframerah .............................
37
2.2.10.3 Spektrum inframerah ...............................................
38
BAB III TUJAUN DAN MANFAAT PENELITIAN ......................
41
3.1 Tujuan Penelitian .........................................................................
41
3.2 Manfaat Penelitian .......................................................................
41
3.2.1 Untuk Ilmu Pengetahuan ..................................................
41
3.2.2 Pembangunan Negara
42
BAB IV METODE PENELITIAN .................................................
43
4.1 Pengujian Isolator
43
.........................................................................
4.2 Bahan Pengujian ..........................................................................
43
4.3 Peralatan Pengujian ........................................................................
45
vi
4.4 Jalannya Penelitian
.....................................................................
48
4.4.1 Pembuatan Bahan Uji ............................................................
49
4.4.2 Pemberian Polutan
................................................................
52
......................................................................
54
4.4.4 Proses Pengkabutan sebelum Pengujian ................................
56
4.4.5 Pengujian Tegangan Flashover ...............................................
57
4.4.6 Pengujian Arus Bocor ............................................................
58
4.4.7 Pengukuran Sudut Kontak ......................................................
60
4.4.8 Pengujian Kekuatan Tarik ......................................................
61
4.4.9 Pengujian Kekerasan Permukaan ............................................
62
4.4.10 Pengujian dengan mikroskop metalurgi ...............................
63
4.4.3 Penyinaran UV
4.4.10.1 Metode analisis dengan mikroskop metalurgi ...............
63
4.4.10.2 Metode analisis spektroskopi FTIR .......................
64
4.4.11 Pengukuran ESDD ..........................................................
64
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................
67
5.1 Hasil pengujian kekuatan mekanis bahan ......................................
67
5.1.1 Hasil pengujian kekuatan tarik bahan .................................
67
5.1.2 Hasil pengukuran uji kekerasan bahan .................................
69
5.2 Hasil Pengujian Tegangan Flashover .............................................
71
5.3 Hasil Pengujian Arus Bocor
..........................................................
76
5.4 Hasil Pengukuran Sudut Kontak Hidrofobik ...................................
78
5.5 Hasil Pengukuran dan Perhitungan ESDD ....................................
82
5.6 Hasil Pengujian mikroskop metalurgi ..............................................
87
vii
5.7 Hasil Pengamatan Spektrum FTIR (Fotometer Infrared) .............
89
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ........................................
99
6.1 Kesimpulan ....................................................................................
99
6.2 Saran ...............................................................................................
100
DAFTAR PUSTAKA
viii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Struktur kimia polimer umum .............................................
14
Tabel 2.2
21
Komposisi RHA ................................................................
Tabel 2.3 Faktor b .....................................................
34
Tabel 4.1. Komposisi penyusun sampel uji berpengisi silicone rubber
44
dan abu sekam padi .........................................................
Tabel 4.2 Komposisi polutan yang digunakan ..............................
44
Tabel 4.3 Data teknik lampu ultaviolet ........................................
55
Tabel 5.1 Hasil uji kekuatan tarik ..............................
68
Tabel 5.2 Hasil pengujian kekerasan bahan ................................
70
Tabel 5.3 Hasil pengujian tegangan flashover ....................................
73
Tabel 5.4 Hasil pengujian arus bocor ..................................................
77
Tabel 5.5 Hasil pengujian sudut kontak hidrofobik ..........................
80
Tabel 5.6 Hasil Pengukuran konduktivitas dan Pengujian ESDD ....
85
Tabel 5.7 Perbandingan Perilaku Spektrum Infra Merah Bahan Uji...
95
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Contoh struktur epoksi .......................................
15
Gambar 2.2 Struktur kimia resin epoksi .............................................
15
Gambar 2.3 Struktur bisphenol A ......................................................
16
Gambar 2.4 Reaksi pembentukan phenol
17
......................
Gambar 2.5 Reaksi pembentukan aceton .......................................
17
Gambar 2.6 Reaksi pembentukan bisphenol A .................................
17
Gambar 2.7 Struktur kimia MPDA …………………………….
18
Gambar 2.8 Reaksi antara DGEBA dan MDPA .............
19
Gambar 2.9 Penampang benda uji mekanik .......................................
25
Gambar 2.10 Rangkaian pembagi tegangan .........................................
28
Gambar 2.11 Ilustrasi tegangan antarmuka dan sudut kontak
30
keseimbangan dari persamaan Young .............................
Gambar 2.12 Ilustrasi skematik pembasahan permukaan dan sudut
31
kontak .............................................................................
Gambar 2.13 Sudut kontak tetesan air pada permukaan bahan ..........
32
Gambar 4.1 Peralatan Pembangkit Tegangan Tinggi 100 KV .............
46
Gambar 4.2 Alat pengukur konduktivitas ......................................
47
Gambar 4.3 Diagram alir proses penelitian ........................................
49
Gambar 4.4 Diagram alir proses pembuatan bahan uji .........................
50
Gambar 4.5 Cetakan ............................
51
x
Gambar 4.6 Proses pemberian polutan ...............................
53
Gambar 4.7 Kotak penyinaran ultraviolet ......................
55
Gambar 4.8 Proses pengkabutan ...................................
57
Gambar 4.9 Rangkian pengujian tegangan flashover ..........................
58
Gambar 4.10 Rangkaian uji arus bocor ...............................................
59
Gambar 4.11 Susunan elektroda pengujian tegangan flashover dan arus
59
bocor ....................................................................
Gambar 4.12 Pengujian sudut kontak .....................................
61
Gambar 4.13 Alat pengujian kekuatan tarik/mesin salfo fulster ........
62
Gambar 4.14 Alat uji kekerasan permukaan .....................................
63
Gambar 5.1
69
Grafik uji kekuatan tarik dengan penyinaran UV dan
tanpa penyinaran UV .................................................
Gambar 5.2
Grafik uji kekerasan permukaan dengan penyinaran UV
71
dan tanpa penyinaran UV ....................................
Gambar 5.3 Hubungan tegangan flashover terhadap filler dan lama UV
74
Gambar 5.4 Hubungan arus bocor terhadap Filler dan lama UV .....
78
Gambar 5.5 Hubungan sudut kontak terhadap filler dan lama UV ......
81
Gambar 5.6 Hubungan ESDD terhadap Filler dan Lama UV
86
Gambar 5.7 Foto degradasi permukaan ............................................
88
Gambar 5.8 Gambar Spektrum FTIR 10% tanpa UV .......
90
Gambar 5.9 Gambar Spektrum FTIR 10% dengan UV 96 jam ...........
90
Gambar 5.10 Gambar Spektrum FTIR 20% tanpa UV..................... ....
91
Gambar 5.11 Gambar Spektrum FTIR 10% dengan UV 96 jam..........
91
xi
Gambar 5.12 Gambar Spektrum FTIR 20% tanpa UV ......................
92
Gambar 5.13 Gambar Spektrum FTIR 10% dengan UV 96 jam ........
92
Gambar 5.14 Gambar Spektrum FTIR 40% tanpa UV ........................
93
Gambar 5.15 Gambar Spektrum FTIR 10% dengan UV 96 jam .........
93
Gambar 5.16 Gambar Spektrum FTIR 50% tanpa UV ........................
94
Gambar 5.17 Gambar Spektrum FTIR 10% dengan UV 96 jam ..........
94
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Hasil Kalibrasi Transformator Uji dan Resistor Pembagi Tegangan
Lampiran 2
Hasil Pengujian Intensitas Radiasi dan Panjang
Ultraviolet
Lampiran 3
Data Teknis Lampu Ultra Violet
Lampiran 4
Daftar Korelasi Inframerah
xiii
Gelombang
RINGKASAN LAPORAN PENELITIAN DOSEN MUDA
PENGARUH POLUTAN INDUSTRI TERHADAP KINERJA
BAHAN ISOLASI POLIMER EPOKSI BERPENGISI
SILICONE RUBBER DAN ABU SEKAM
Oleh:
Hasyim Asy’ari, S.T,. M.T
: 100. 981
Ir. Jatmiko, M.T
: 622
Aris Budimana, S.T,. M.T
: 885
DIBIAYAI DIPA
188/SP2H/PP/DP2M/III/2008
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SEPTEMBER, 2008
RINGKASAN HASIL PENELITIAN
PENGARUH POLUTAN INDUSTRI TERHADAP KINERJA
BAHAN ISOLASI POLIMER RESIN EPOKSI BERPENGISI
SILICONE RUBBER DAN ABU SEKAM
Oleh:
Hasyim Asy’ari, S.T,. M.T
Ir. Jatmiko, M.T
Aris Budiman, S.T,. M.T
1. Latar Belakang
a.
Pentingnya manfaat isolasi sebagai pemisah antara bagian yang bertegangan
dengan menara transmisi, bagian yang bertegangan dengan netral
b.
Mendapatkan karakteristik kinerja yang meliputi arus bocor, tegangan
flashover, hidrofobik, ESDD, kekuatan tarik, kekerasan permukaan dan
degradasi permukaan pada bahan isolasi resin epoksi berpengisi silicone
rubber dan abu sekam
2. Rumusan Masalah
bagaimana hubungan komposisi filler, lama penyinaran UV terhadap:
a. Kinerja tegangan lewat denyar (flashover), arus bocor (leakage current), sifat
hidrofobik (kedap air) dan ESDD pada bahan isolasi resin epoksi dengan
bahan pengisi siicone rubber (SiR) dan abu sekam padi.
b. Kekuatan mekanis (kekerasan permukaan dan kekuatan tarik) pada bahan
isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi siicone rubber (SiR) dan abu sekam
padi.
c. Degradasi permukaan dan perubahan spektrum infra merah (analisis gugus
fungsi) pada bahan isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi siicone rubber
(SiR) dan abu sekam padi.
Bahan isolasi resin epoksi pada kondisi terkontaminasi polutan industri semen
Gresik.
3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan komposisi filler,
lama penyinaran UV terhadap:
a. Kinerja tegangan lewat denyar (flashover), arus bocor (leakage current), sifat
hidrofobik dan ESDD pada bahan isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi
silicone rubber (SiR) dan abu sekam padi.
b. kekuatan mekanis (kekerasan permukaan dan kekuatan tarik) pada bahan
isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi silicone rubber (SiR) dan abu sekam
padi.
c. Degradasi permukaan dan spektrum infra merah (analisis gugus fungsi) pada
bahan isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi silicone rubber (SiR) dan abu
sekam padi.
Bahan isolasi resin epoksi pada kondisi terkontaminasi polutan industri semen
Gresik
4. Metode Penelitian
Waktu dan Tempat
Penelitian dilakukan Laboratorium Teknik Elektro UMS (Pembuatan sampel dan
penyemprotan polutan) dan Laboratorium Teknik Mesin (pengujian kekuatan tarik dan
kekerasan permukaan), Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi (Arus Bocor, Tegangan
Flashover, Hidrofobik) dan Laboratorium Kimia Organik (Degradasi Permukaan)
Universitas Gadjah Mada selama 7 bulan.
Alat dan Bahan
Bahan yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari dua jenis yaitu bahan utama (
bahan isolasi resin epoksi Diglycidil Eter Bisphenol A) dan bahan pengisi (filler) yaitu
silicone rubber dan abu sekam padi.
Peralatan yang dipakai
Sepasang alat pencetak terbuat dari kaca, Transformator Uji, Osiloscop, Salfo Fusser
alat penguji kekuatan tarik, Rockwell alat penguji kekerasan permukaan, Konduktometer,
Isolatif, penggaris, mika, cutter, dan Seperangkat alat penyemprot polutan
Jalannya Penelitian
Diagram alir penelitian ditunjukkan pada gambar 3, jalannya penelitian dilakukan
dengan Pembuatan bahan uji, Pemberian polutan, Penyinaran ultra violet (UV), Proses
pengkabutan sebelum pengujian, Pengujian mekanis (kekuatan tarik dan kekerasan
permukaan), Pengukuran konduktifitas (guna perhitungan nilai ESDD, Pengujian Arus Bocor,
Tegangan Flashover, Hidrofobik dan degradasi permukaan
Gambar 3. Proses jalannya penelitian
5. Hasil dan Analisa
1. Lama penyinaran UV cukup signifikan mempengaruhi kinerja tegangan flashover dan
arus bocor, semakin lama UV diterapkan pada sampel uji maka tegangan flashover
cenderung menurun yang diikuti dengan penurunan arus bocornya. Bertambahnya
komposisi filler akan meningakatkan sudut kontak sedangkan lamanya waktu penyinaran
UV akan menurunkan sudut kontak permukaan bahan uji.
2. Kekuatan tarik bahan uji sebelum mengalami penuaan lebih baik dari pada setelah
mengalami penuaan dan semakin bertambahnya komposisi filler kekuatan tarik bahan
cenderung menurun. Untuk uji kekerasan semakin bertambahnya komposisi filler maka
kekerasan bahan semakin meningkat, hasil penelitian yang menunjukkan trend naik turun
diakibatkan perbedaan panjang gelombang yang diterima oleh sampel pengujian pada
saat penyinaran Ultraviolet.
3. Hasil pengujian mikroskop metalurgi dan analisis spektroskopi FTIR menunjukkan
terjadinya degradasi permukaan bahan dengan adanya goresan bintik-bintik hitam dan
perubahan warna. Sedangkan intensitas serapan inframerah bahan uji tidak mengalami
perubahan struktur yang signifikan sampel 10%, 20%, 30% tetapi pada 40% mengalami
pemutusan senyawa karboksilat dan klorid dengan bilangan gelombang 1095,5 dan 694,3
cm-1 dan 50 % mengalami pemutusan senyawa klorid dengan nilai bilangan gelombang
725,2 cm-1.
Polimer saat ini telah banyak diteliti orang dengan harapan bisa didapatkannya
formula bahan isolasi dengan kinerja yang tinggi pada penggunaan tertentu.
Polimer mampu memegang peranan penting sebagai bahan isolasi karena
memiliki kelebihan baik secara fisis maupun kimiawi. Isolator polimer semakin
meluas penggunaannya baik di level tegangan transmisi maupun distribusi dan
memiliki pangsa pasar cukup lebar di pasaran dunia. Polimer, khususnya resin
epoksi memiliki beberapa kelemahan. Bahan ini sensitif jika digunakan pada suhu
tinggi, kelembaban tinggi, dan daerah dengan intensitas radiasi ultraviolet (UV)
tinggi, seperti di Indonesia. Di kawasan industri semen Gresik disinyalir banyak
terjadi kegagalan isolator karena permukaannya terkontaminasi oleh lapisan
polutan yang bergaram dan lembab.
Penelitian ini merupakan penelitian laboratorium untuk mengetahui
kinerja elektris dan mekanis dari bahan isolasi resin epoksi yang terkontaminasi
polutan industri di daerah tropis. Bahan uji resin epoksi terbuat dari diglycidyl
ether of bishphenol A (DGEBA) sebagai bahan dasar, methaphenylene diamine
(MPDA) sebagai bahan pengeras dan diberi bahan pengisi rice husk ash (RHA).
Ukuran dari bahan uji adalah 70 mm x 70 mm x 5 mm. Perbandingan campuran
DGEBA dengan MPDA adalah 1 : 1, sedangkan bahan pengisi (filler) divariasi
mulai dari 10 %, 20 %, 30 %, 40 % dan 50 % dari berat total bahan uji.
Penelitian yang dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh
komposisi bahan pengisi (filler) yang mengalami penuaan dipercepat terhadap
kinerja bahan isolasi resin epoksi yang terdiri dari: kekuatan mekanis, tegangan
flashover, arus bocor, sudut kontak hidrofobik, perubahan permukaan dan
perubahan struktur kimia.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik setelah penuaan
cenderung lebih besar dibanding sebelum penuaan tetapi kekerasan permukan
setelah penuaan cenderung lebih kecil dibanding sebelum penuaan. Komposisi
filler tidak signifikan dalam mempengaruhi kinerja tegangan flashover dan arus
bocor sedangkan lama penyinaran UV cukup signifikan dalam mempengaruhi
kinerja tegangan flashover dan arus bocor. Semakin lama bahan uji tersebut
mengalami penyinaran UV, maka tegangan flashover cenderung turun, yang
diikuti dengan kenaikan arus bocornya. Bertambahnya komposisi filler akan
menurunkan sudut kontak permukaan bahan uji, yang dapat mempengaruhi
peningkatan kandungan ESDD. Penyinaran UV selama 96 jam pada bahan uji
menunjukkan adanya gejala degradasi permukaan yang belum berpengaruh secara
signifikan terhadap perubahan struktur kimia permukaan
Kata Kunci :
ESDD, arus bocor, tegangan flashover, hidrofobik, Silicone
rubber, Rice Husk Ash
ii
SUMMARY
Polymers have been investigated by many researchers in order to find high
performance insulator formula for specific uses. Polymers can play a significant
role as insulating media because of their excellent physical and chemical
properties. Polymeric insulators are increasingly being used in both distribution
and transmission voltage ranges and steadily capture a wider share of the world
market. On the other hand, polymers, such as epoxy resin have some
disadvantages. It is very sensitive if it is used in high temperature, very humid, or
area with high intensity of ultraviolet (UV) radiation, like in Indonesia. In Gresik
cement industry, there were many insulators failed because the surfaces were
contaminated by salty pollution layer and they were wet.
This research was a laboratory study to investigate electrical and mechanical
performance of insulation material made from epoxy resin contaminated with
artificial industrial pollution. Test material of epoxy resin was made from
diglycidyl ether of bishphenol A (DGEBA) as base material, methaphenylene
diamine (MPDA) as curing agent, silicone rubber and rice husk ash (RHA) as
filler. The dimension of test material was 70 mm x 70mm x 5 mm. Ratio of
DGEBA to MPDA was 1:1, while filler was varied from 10%, 20%, 30%, 40%
and 50% of total weight of test material.
This research was to identify the influences of filler that influenced in
accelerated ageing on performance of epoxy resin isolation material consisting of
mechanical strength, flashover, leakage current, contact angle of hydrophobic
equivalent salt deposit density (ESDD), degradation effect and chemical structural
change.
The results of the research indicated that mechanical tensile strength of test
material after accelerated ageing was better than before accelerated ageing for all
filler compositions but hard value of test material before accelerated ageing was
better than after accelerated ageing for all filler compositions. The performance of
flashover and leakage current were not influenced by the composition of filler.
The performance of flashover and leakage current were influenced duration of
UV radiation. More longer period of UV radiation resulted in flashover decrease,
but, the increase in the leakage current. It is seemed that it was caused by the
decrease in hydrophobic of characteristic of test material that influenced ESDD
content. As a result accelerated aging as along as 96 hours have not significant
effect to the deterioration of epoxy resin insulating materials.
Keywords :
ESDD, leakage current, flashover, hydrophobic, silicone rubber,
rice husk ash (RHA)
iii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sistem tenaga listrik terdiri atas tiga bagian utama, yaitu pusat pembangkit,
saluran transmisi, dan sistem distribusi. Letak pembangkit tenaga listrik ada kalanya
cukup jauh dari daerah pelayanan, sehingga diperlukan saluran transmisi jarak jauh
sebelum didistribusikan ke konsumen. Transmisi tenaga listrik dalam jumlah besar
memerlukan tegangan tinggi atau ekstra tinggi yang menimbulkan masalah utama pada
bahan isolasi untuk isolator yang berfungsi mengisolasi saluran bertegangan dengan
menara, atau saluran dengan saluran sehingga tidak terjadi kebocoran arus, dan dalam
hal gradien medan tinggi, tidak terjadi lompatan listrik atau lewat denyar (flashover)
atau percikan (sparkover) (Berahim, 2005).
Material isolasi yang digunakan pada sistem tenaga listrik di Indonesia sampai
saat ini adalah isolator berbahan isolasi porselin dan/atau gelas. Penggunaan isolator
jenis ini pada sistem transmisi yang bertegangan tinggi tidak cocok karena rapat massa
porselin dan/atau gelas yang tinggi akan menyebabkan semakin besar biaya untuk
menara transmisi. Material isolasi polimer dengan jenis resin epoksi memiliki rapat
massa yang lebih rendah dibanding porselin sehingga jenis resin epoksi merupakan
suatu alternatif baru pengganti porselin dan/atau gelas sebagai bahan dasar pembuatan
isolator tegangan tinggi (Berahim, 2000).
Resin epoksi memiliki beberapa kelebihan dibandingkan porselin dan/atau gelas
diantaranya dengan rapat massa 0,9–2,5 gram/cm 3 yang lebih rendah dibandingkan
dengan porselin yang rapat massanya 2,3 – 3,9 gram/cm 3 dan gelas dengan rapat massa
1
2
2,5 gram/cm 3 , serta proses pembuatannya yang tidak memerlukan energi yang terlalu
besar hanya membutuhkan suhu antara 200 0 C - 300 0 C. Juga sifat dielektrik bahan
isolasi polimer memiliki konstanta dielektrik 2,3 – 5,5 dan faktor disipasi (0,1-5,0) x
10 −3 akan lebih baik dibandingkan dengan porselin dengan konstanta dielektrik 5,0–7,5
dan faktor disipasi (20–40)x10 −3 sedangkan gelas memiliki konstanta dielektrik 7,3 dan
faktor disipasi (15 – 50) x 10
−3
(Looms, 1998). Sifat perekat resin epoksi yang
sempurna, mudah dibentuk, kekuatan mekanis yang baik, daya tahan kimia yang kuat
merupakan keuntungan yang paling penting dari resin padat (Lee dan Neville, 1967).
Penggunaan bahan isolasi polimer resin epoksi bisphenol-A yang dihasilkan dari
reaksi phenol dan acetone, dengan bahan pengisi pasir silika untuk isolator pasangan
luar, mula-mula diperkenalkan pada tahun 1950, tetapi setelah lama terpasang diluar,
timbul retak pada permukaannya karena tidak tahan terhadap radiasi sinar ultraviolet
(Cherney, 1996; Malik et al., 1998; Berahim, 2005).
Radiasi ultraviolet dapat menyebabkan penurunan waktu pakai bahan epoksi.
Sebagai ilustrasi kenaikan intensitas UV (sinar ultraviolet) sebesar 9 mW/cm2 (dari 3
mW/cm2 menjadi 12mW/cm2 ) pada temperatur 57o C dapat menurunkan waktu pakai
sebesar 688 jam dari 850 jam (Yandri dan Sirait, 1999).
Kontaminasi pada isolator yang dipasang di daerah perindustrian seperti daerah
industri semen Gresik menjadi masalah besar dalam sistem operasi tenaga listrik.
Pernah disinyalir di kawasan industri semen Gresik sering terjadi flashover dan arus
bocor yang cukup besar pada isolator penyaluran energi listrik. Hal ini karena tingkat
polusi yang cukup besar di kawasan tersebut (PT. PLN & TE.UGM, 1996; Budiman,
2004). Polutan yang menempel pada isolator akan mempengaruhi nilai ESDD
(Equivalent Salt Deposit Density). Polutan
yang semakin tinggi menyebabkan
3
ESDDnya akan semakin tinggi, sehingga kinerja bahan seperti arus bocor permukaan
juga akan tinggi, tetapi tegangan kritis flashover-nya semakin kecil (Berahim, 2000).
Proses penuaan alamiah pada isolator akan terjadi secara perlahan-lahan dan
memerlukan waktu yang lama. Menurut Berahim (2002), ada korelasi yang cukup baik
antara penuaan alamiah dengan penuaan dipercepat di laboratorium. Dengan demikian
untuk menghindari unjuk kerja isolator akibat penuaan cukup diamati dengan penuaan
dipercepat di laboratorium sehingga tidak memerlukan waktu yang lama dan biaya
besar. Menurut standar IEC 1109, penuaan dipercepat di laboratorium selama 96 jam
akan mewakili penuaan alamiah selama 5000 jam.
Koefisien diffusi air membesar bila temperaturnya dinaikkan, demikian pula bila
bahan sebelum mengalami penuaan dan sesudah mengalami penuaan. Absorpsi air
mengurangi daya kedap air dari silicone rubber. Penggunaan High Voltage to Main
electrodes (H-M) dan Guard to Main electrodes (G-M) untuk medan listrik dapat
mendeteksi perubahan kemampuan dielektrik sebelum dan setelah penuaan. Konstanta
dielektrik pada high temperature vulcanized silicone rubber (HTV- silicone rubber)
meningkat selama penuaan dan absorpsi air serta menurun selama tidak mengalami
penuaan dan dibiarkan menguap (Tokoro dkk, 1998; Budiman, 2004)
Pada bidang teknik elektro bahan pengisi silika kuarsa dan aluminium oksida
trihidrat (ATH) telah lama dikenal, jika dibandingkan antara keduanya, ternyata silika
kuarsa lebih populer digunakan (Yandri dan Sirait, 1998). Berkaitan dengan hal tersebut,
mengingat Indonesia merupakan negara agraris maka penelitian ini mengusulkan
penggunaan rice husk ash (RHA) sebagai bahan pengisi/filler, dengan pertimbangan
kandungan silika pada RHA yang cukup tinggi yaitu 88,2 % (Sarwono, 1989, seperti
dikutip Daryanto, 2003). Penelitian tentang pencampuran RHA dengan semen telah
4
dilakukan, hasilnya menunjukkan bahwa pencampuran tersebut dapat meningkatkan
kekuatan mekanik bahan (Onggo,1986; Rimbawati, 2007).
Suatu bahan isolasi memiliki beberapa syarat yang harus dimiliki antara lain:
memiliki nilai resistivitas yang besar (sehingga nilai tegangan flashover tinggi, arus
bocor relatif kecil), memiliki kekuatan mekanis yang besar (kekuatan tarik dan
kekerasan permukaan), memiliki sifat hidrophobic (menolak air)
Berdasarkan kelebihan yang dimiliki oleh resin epoksi dan adanya rice husk ash
(RHA) dan silicone rubber yang dapat diusulkan sebagai bahan pengisi (filler), maka
penelitian ini akan membahas mengenai parameter kinerja isolasi polimer resin epoksi
dengan bahan pengisi RHA dan silicone rubber yang terdiri dari: pengujian tegangan
flashover, arus bocor, sudut kontak, ESDD (Equivalent Salt Deposit Density), kekerasan
permukaan, kekuatan tarik, degradasi permukaan dan analisis gugus fungsi kimia
permukaan. Bahan isolasi ini akan mendapatkan perlakuan penuaan dipercepat dengan
penyinaran ultraviolet (UV) dari 0 – 96 jam dan perlakuan polutan industri semen
Gresik buatan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan sebelumnya, maka dapat
dirumuskan beberapa masalah yaitu bagaimana hubungan komposisi filler, lama
penyinaran UV terhadap:
a. Kinerja tegangan lewat denyar (flashover), arus bocor (leakage current), sifat
hidrofobik (kedap air) dan ESDD pada bahan isolasi resin epoksi dengan bahan
pengisi siicone rubber (SiR) dan abu sekam padi.
b. Kekuatan mekanis (kekerasan permukaan dan kekuatan tarik) pada bahan isolasi
resin epoksi dengan bahan pengisi siicone rubber (SiR) dan abu sekam padi.
5
c. Degradasi permukaan dan perubahan spektrum infra merah (analisis gugus
fungsi) pada bahan isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi siicone rubber
(SiR) dan abu sekam padi.
Bahan isolasi resin epoksi pada kondisi terkontaminasi polutan industri semen
Gresik.
1.3 Batasan Masalah
Pembatasan permasalahan dalam penelitian ini perlu dilakukan, agar di
dalam pembahasan persoalan dapat lebih terarah, maka :
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium (penuaan dipercepat)
2. Sampel yang diuji dengan ukuran 70 X 70 X 5 mm, dengan komposisi filler
10%, 20%, 30%, 40% dan 50%.
3. Polutan yang dipakai merupakan polutan buatan yang menirukan polutan
industri semen Gresik
4. Pengujian yang dilakukan hanya membandingkan antara sampel tanpa perlakuan
(tanpa polutan dan tanpa penyinaran Ultraviolet) dan sampel dengan perlakuan
(dengan polutan dan penyinaran UV selama 96 jam)
DAFTAR PUSTAKA
Berahim, H., 2000, ” Pengaruh Polutan terhadap Kinerja Bahan Isolasi Epoksi
resin untuk Isolator ”, Seminar Nasional dan Workshop Teknik Tegangan
Tinggi III, pp. 108-112, UI, Jakarta
Berahim, H., 2002, ” Pengaruh SiR sebagai Bahan Pengisi terhadap ESDD dan
Arus Bocor Material Isolasi RTV Resin Epoksi di Daerah beriklim
Tropis”, Jurnal Tegangan Tinggi Indonesia, Bandung
Berahim, H., 2006, ” Pengaruh Silane sebagai Bahan Pengisi Material Isolasi
Polimer Resin Epoksi di Daerah Tropis”, Media Teknik No.3, Agustus,
pp. 48-53.
Budiman, A., 2005, “ Hubungan Penuaaan Dipercepat dengan Kinerja Bahan
Isolasi Resin Epoksi yang terkontaminasi Polutan Industri di Daerah
Tropis”, Tesis, UGM, Yogyakarta
Daryanto, 2003, “ Pembuatan Silika Amorphous untuk Industrial Grade Silika
dari Abu Sekam Padi ”, Laporan Penelitian Teknik Kimia, UGM,
Yogyakarta
Davis, A., Sims,D., 1983 ” Weathering of Polymers”, Applied Science Publishers
London, New York
Giriantari, I.A.D., 1999, “ Pengaruh Polusi Garam Terhadap Surface Discharge
yang terjadi pada isolator”, Seminar Nasional dan Workshop Teknik
Tegangan Tinggi II, pp B1-4.1-B1.4.6,UGM, Yogyakarta
Gorur, R.S., Cherney, E.A., Hackam, R., 1990, “ Polimeric Insulator Propiles
Evaluated in a fog Chamber”, IEEE Trans. Power Delivary, Vol.5, No.2,
April
IEC Standard 507, 1991, “ Artificial Pollution Test on High Voltage Insulators To Be
Used on A.C. System”, Second Edition
IEC Standard 601, 1989, “High Voltage Test Techniques”, pp. 34 Second Edition
Jatmiko, 2003, “Sifat Bahan Isolasi Resin Epoksi Bisphenol A untuk Isolator
Tegangan Tinggi”, Tesis
101
Kahar, Yandri, N., 1998, ” Penelitian tentang Epoksi Sikloalifatik Tuang (EST)
sebagai Bahan Isolasi Listrik Tegangan Tinggi di Daerah Beriklim Tropis,
Disertasi ITB, Bandung
Kim, S.H., et all, 1998, Thermal Characteristics of RTV Silicone Rubber Coating as a
Function of Filler Level, Proceedings of 1998 International Symposium
on Electrical Insulating Materials in conjunction with 1998 Asian
International Conference on Dielectrics and Electrical Insulation and
the30th Symposium on Electrical Insulating Materials
Lee, H., Neville, K., 1967, “ Hand Book of Epoxy Resin s”, Mc Graw-Hill Book
Company.
Mizuno, Y., Kusada, H., Naito, K., 1997, “ Effect of Climatic Condition on
Contaminan Flashover Voltage of Insulator”, IEEE Trans. On Dielectrical
Insulation, vol.4, June, 286-289
NGK Insulators, Ltd., 1995 “ Pollution Map and Analysis of Contaminant ” PT PLN
Persero, Jakarta
Ollier, V., Dureault, Gosse, B., 1998, “ Photo - Oxidation and electrical Aging of
Anhydride-cured Epoxy Resin”, IEEE Trans. On Dielectrics and Electr.
Insul. 5(6), 935-943
Onggo, M., 1986,“ Proses dan Sifat Campuran Abu Sekam Semen “, Telaah Jilid IX,
No.1
PLN dan Fakultas Teknik UGM, 1996, “Pekerjaan Studi dan Survey Penyusunan
Peta Tingkat Intensitas Polusi serta Pedoman Pemilihan Jenis Isolator di
Pulau Jawa,” Fakultas Teknik UGM, Yogyakarta
Suhartini, Y., Tumiran, Berahim, H., 2002, “ Effect Of Salt Contaminant To
The Leakage Current Performance on The Resin Epoxy Insulating
Material”, Joint Conference of ACED & K-J Symposium on ED and
HVE, pp. 515-518
Sorqvist, T., Vlatos, A.E., 1997, “ Performance and Ageing of Polymers Insulator”,
IEEE Trans. On Power Delivery, vol.12. No.4, October
Suyanto, M., 2000, “Arus Bocor Kritis flashover pada isolator terkontaminasi”, tesis,
UGM, Yogyakarta
Samson, P.M., 2001, “ Cast Electrical Insulation Quality Enchancements through
Improved Filler Technologi”, IEEE Elect.Insul.Magazine, 17(5), 34-42
102
Syafriyudin, 2003, “ Pengaruh Polutan Industri Terhadap Kinerja Bahan Isolasi
Resin Epoksi”, Tesis, UGM, Yogyakarta
Surdia, T., Saito, S., 1985, ” Pengetahuan Bahan Teknik ”, PT. Pradnya Paramita,
Jakarta
Sastrohamidjojo, 1992, “Spektroskopi Inframerah”, Penerbit Liberty, Yogyakarta
Suwarno, Salama, Sirait, K.T., Kaerner, H. C., 1998, “ Dielectric Properties and
Surface Hydropobicity of Silicon Rubber Under the Influence on Artificial
Tropical Climate “, Presented at International Symposium on Electrical
Insulating Material , pp 507-510, Toyohashi, Japan.
Yandri, N., Sirait, K.T., 1999, “ Kajian Awal Tentang Kemungkinan enggunaan
Epoksi Sikloalifatik Tuang (EST) sebagai Material Isolasi Tegangan
Tinggi di Indonesia”,
Seminar Nasional dan Workshoop Teknik
Tegangan Tinggi II, pp D.2.1 – D.2.6, UGM, Yogyakarta
103
LAPORAN PENELITIAN
DOSEN MUDA
PENGARUH POLUTAN INDUSTRI TERHADAP KINERJA
BAHAN ISOLASI POLIMER RESIN EPOKSI BERPENGISI
SILICONE RUBBER DAN ABU SEKAM
Oleh:
Hasyim Asy’ari, S.T,. M.T
: 100. 981
Ir. Jatmiko, M.T
: 622
Aris Budiman, S.T,. M.T
: 885
DIBIAYAI DIPA
188/SP2H/PP/DP2M/III/2008
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SEPTEMBER, 2008
RINGKASAN
Polimer saat ini telah banyak diteliti orang dengan harapan bisa didapatkannya
formula bahan isolasi dengan kinerja yang tinggi pada penggunaan tertentu.
Polimer mampu memegang peranan penting sebagai bahan isolasi karena
memiliki kelebihan baik secara fisis maupun kimiawi. Isolator polimer semakin
meluas penggunaannya baik di level tegangan transmisi maupun distribusi dan
memiliki pangsa pasar cukup lebar di pasaran dunia. Polimer, khususnya resin
epoksi memiliki beberapa kelemahan. Bahan ini sensitif jika digunakan pada suhu
tinggi, kelembaban tinggi, dan daerah dengan intensitas radiasi ultraviolet (UV)
tinggi, seperti di Indonesia. Di kawasan industri semen Gresik disinyalir banyak
terjadi kegagalan isolator karena permukaannya terkontaminasi oleh lapisan
polutan yang bergaram dan lembab.
Penelitian ini merupakan penelitian laboratorium untuk mengetahui
kinerja elektris dan mekanis dari bahan isolasi resin epoksi yang terkontaminasi
polutan industri di daerah tropis. Bahan uji resin epoksi terbuat dari diglycidyl
ether of bishphenol A (DGEBA) sebagai bahan dasar, methaphenylene diamine
(MPDA) sebagai bahan pengeras dan diberi bahan pengisi rice husk ash (RHA).
Ukuran dari bahan uji adalah 70 mm x 70 mm x 5 mm. Perbandingan campuran
DGEBA dengan MPDA adalah 1 : 1, sedangkan bahan pengisi (filler) divariasi
mulai dari 10 %, 20 %, 30 %, 40 % dan 50 % dari berat total bahan uji.
Penelitian yang dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh
komposisi bahan pengisi (filler) yang mengalami penuaan dipercepat terhadap
kinerja bahan isolasi resin epoksi yang terdiri dari: kekuatan mekanis, tegangan
flashover, arus bocor, sudut kontak hidrofobik, perubahan permukaan dan
perubahan struktur kimia.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik setelah penuaan
cenderung lebih besar dibanding sebelum penuaan tetapi kekerasan permukan
setelah penuaan cenderung lebih kecil dibanding sebelum penuaan. Komposisi
filler tidak signifikan dalam mempengaruhi kinerja tegangan flashover dan arus
bocor sedangkan lama penyinaran UV cukup signifikan dalam mempengaruhi
kinerja tegangan flashover dan arus bocor. Semakin lama bahan uji tersebut
mengalami penyinaran UV, maka tegangan flashover cenderung turun, yang
diikuti dengan kenaikan arus bocornya. Bertambahnya komposisi filler akan
menurunkan sudut kontak permukaan bahan uji, yang dapat mempengaruhi
peningkatan kandungan ESDD. Penyinaran UV selama 96 jam pada bahan uji
menunjukkan adanya gejala degradasi permukaan yang belum berpengaruh secara
signifikan terhadap perubahan struktur kimia permukaan
Kata Kunci :
ESDD, arus bocor, tegangan flashover, hidrofobik, Silicone
rubber, Rice Husk Ash
ii
SUMMARY
Polymers have been investigated by many researchers in order to find high
performance insulator formula for specific uses. Polymers can play a significant
role as insulating media because of their excellent physical and chemical
properties. Polymeric insulators are increasingly being used in both distribution
and transmission voltage ranges and steadily capture a wider share of the world
market. On the other hand, polymers, such as epoxy resin have some
disadvantages. It is very sensitive if it is used in high temperature, very humid, or
area with high intensity of ultraviolet (UV) radiation, like in Indonesia. In Gresik
cement industry, there were many insulators failed because the surfaces were
contaminated by salty pollution layer and they were wet.
This research was a laboratory study to investigate electrical and mechanical
performance of insulation material made from epoxy resin contaminated with
artificial industrial pollution. Test material of epoxy resin was made from
diglycidyl ether of bishphenol A (DGEBA) as base material, methaphenylene
diamine (MPDA) as curing agent, silicone rubber and rice husk ash (RHA) as
filler. The dimension of test material was 70 mm x 70mm x 5 mm. Ratio of
DGEBA to MPDA was 1:1, while filler was varied from 10%, 20%, 30%, 40%
and 50% of total weight of test material.
This research was to identify the influences of filler that influenced in
accelerated ageing on performance of epoxy resin isolation material consisting of
mechanical strength, flashover, leakage current, contact angle of hydrophobic
equivalent salt deposit density (ESDD), degradation effect and chemical structural
change.
The results of the research indicated that mechanical tensile strength of test
material after accelerated ageing was better than before accelerated ageing for all
filler compositions but hard value of test material before accelerated ageing was
better than after accelerated ageing for all filler compositions. The performance of
flashover and leakage current were not influenced by the composition of filler.
The performance of flashover and leakage current were influenced duration of
UV radiation. More longer period of UV radiation resulted in flashover decrease,
but, the increase in the leakage current. It is seemed that it was caused by the
decrease in hydrophobic of characteristic of test material that influenced ESDD
content. As a result accelerated aging as along as 96 hours have not significant
effect to the deterioration of epoxy resin insulating materials.
Keywords :
ESDD, leakage current, flashover, hydrophobic, silicone rubber,
rice husk ash (RHA)
iii
PRAKATA
Bismillaahirrahmaanirrahiim,
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas
limpahan rahmat, hidayah, dan inayahNYA kepada penulis sejak awal melangkah
mengerjakan hingga akhir penyusunan laporan penelitian dengan judul
“Pengaruh Polutan Industri Terhadap Kinerja Bahan Isolasi Polimer Resin
Epoksi Berpengisi Silicone Rubber dan Abu Sekam”.
Pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian ini, penulis menyadari
banyaknya masukan, bantuan dan dukungan penuh dari beberapa pihak yang
sangat bermanfaat. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan
terima kasih yang tulus kepada mereka yaitu:
1. Prof. Dr. Markhamah, M.Hum., selaku Ketua Lembaga Penelitian UMS
2. Ir. H. Sri Widodo, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik UMS, atas
dorongannya yang besar dalam penelitian ini
3. Ir. Jatmiko, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro UMS, atas saran
dan masukannya
4. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, yang telah
membantu penulis selama pelaksanaan dan penulisan laporan penelitian ini.
Akhir kata, tiada sesuatu yang sempurna dari hasil karya manusia. Saran
dan kritik yang konstruktif dari para pembaca yang budiman akan penulis terima
dengan senang hati. Semoga laporan penelitian ini dapat bermanfaat bagi para
pembaca.
Surakarta, 20 September 2008
Penulis
iv
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................
i
RINGKASAN DAN SUMMARY ........................................................
ii
PRAKATA ............................................................................................
iv
DAFTAR ISI .........................................................................................
v
DAFTAR TABEL ................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR ............................................................................
x
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................
xiii
PENDAHULUAN ................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...............................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah .......................................................................
4
1.3 Batasan Masalah .........................................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................
6
2.1 Telaah Penelitian Terdahulu ...........................................................
6
2.2 Landasan Teori ................................................................................
10
2.2.1 Isolator Padat ......................................................................
10
2.2.2 Polimer Umum ....................................................................
12
2.2.3 Resin Epoksi .........................................................................
15
2.2.3.1 Karakteristik Dasar Resin Epoksi ................................
15
2.2.3.2 Jenis-jenis Resin Epoksi ..............................................
16
2.2.3.3 Pematangan Resin Epoksi ...........................................
18
BAB I
v
2.2.4 Bahan Pengisi (filler) ........................................................
19
2.2.4.1 Bahan Pengisi RHA (Rice Husk Ash)..........................
20
2.2.4.2 Bahan Pengisi Silicone Rubber ...................................
21
2.2.5 Sifat mekanik bahan polimer .............................................
23
2.2.5.1 Pengujian kekerasan permukaan ..............................
24
2.2.5.2 Pengujian kekuatan tarik ..........................................
25
2.2.6 Mekanisme tegangan flashover pada isolator terkontaminasi
26
2.2.7 Perhitungan Arus Bocor .......................................................
28
2.2.8 Sudut kontak ........................................................................
30
2.2.9 Perhitungan ESDD .............................................................
33
2.2.10 Analisis komposisi kimia permukaan dengan FTIR .........
36
2.2.10.1 Proses serapan inframerah ......................................
36
2.2.10.2 Kegunaan spektrum inframerah .............................
37
2.2.10.3 Spektrum inframerah ...............................................
38
BAB III TUJAUN DAN MANFAAT PENELITIAN ......................
41
3.1 Tujuan Penelitian .........................................................................
41
3.2 Manfaat Penelitian .......................................................................
41
3.2.1 Untuk Ilmu Pengetahuan ..................................................
41
3.2.2 Pembangunan Negara
42
BAB IV METODE PENELITIAN .................................................
43
4.1 Pengujian Isolator
43
.........................................................................
4.2 Bahan Pengujian ..........................................................................
43
4.3 Peralatan Pengujian ........................................................................
45
vi
4.4 Jalannya Penelitian
.....................................................................
48
4.4.1 Pembuatan Bahan Uji ............................................................
49
4.4.2 Pemberian Polutan
................................................................
52
......................................................................
54
4.4.4 Proses Pengkabutan sebelum Pengujian ................................
56
4.4.5 Pengujian Tegangan Flashover ...............................................
57
4.4.6 Pengujian Arus Bocor ............................................................
58
4.4.7 Pengukuran Sudut Kontak ......................................................
60
4.4.8 Pengujian Kekuatan Tarik ......................................................
61
4.4.9 Pengujian Kekerasan Permukaan ............................................
62
4.4.10 Pengujian dengan mikroskop metalurgi ...............................
63
4.4.3 Penyinaran UV
4.4.10.1 Metode analisis dengan mikroskop metalurgi ...............
63
4.4.10.2 Metode analisis spektroskopi FTIR .......................
64
4.4.11 Pengukuran ESDD ..........................................................
64
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................
67
5.1 Hasil pengujian kekuatan mekanis bahan ......................................
67
5.1.1 Hasil pengujian kekuatan tarik bahan .................................
67
5.1.2 Hasil pengukuran uji kekerasan bahan .................................
69
5.2 Hasil Pengujian Tegangan Flashover .............................................
71
5.3 Hasil Pengujian Arus Bocor
..........................................................
76
5.4 Hasil Pengukuran Sudut Kontak Hidrofobik ...................................
78
5.5 Hasil Pengukuran dan Perhitungan ESDD ....................................
82
5.6 Hasil Pengujian mikroskop metalurgi ..............................................
87
vii
5.7 Hasil Pengamatan Spektrum FTIR (Fotometer Infrared) .............
89
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ........................................
99
6.1 Kesimpulan ....................................................................................
99
6.2 Saran ...............................................................................................
100
DAFTAR PUSTAKA
viii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Struktur kimia polimer umum .............................................
14
Tabel 2.2
21
Komposisi RHA ................................................................
Tabel 2.3 Faktor b .....................................................
34
Tabel 4.1. Komposisi penyusun sampel uji berpengisi silicone rubber
44
dan abu sekam padi .........................................................
Tabel 4.2 Komposisi polutan yang digunakan ..............................
44
Tabel 4.3 Data teknik lampu ultaviolet ........................................
55
Tabel 5.1 Hasil uji kekuatan tarik ..............................
68
Tabel 5.2 Hasil pengujian kekerasan bahan ................................
70
Tabel 5.3 Hasil pengujian tegangan flashover ....................................
73
Tabel 5.4 Hasil pengujian arus bocor ..................................................
77
Tabel 5.5 Hasil pengujian sudut kontak hidrofobik ..........................
80
Tabel 5.6 Hasil Pengukuran konduktivitas dan Pengujian ESDD ....
85
Tabel 5.7 Perbandingan Perilaku Spektrum Infra Merah Bahan Uji...
95
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Contoh struktur epoksi .......................................
15
Gambar 2.2 Struktur kimia resin epoksi .............................................
15
Gambar 2.3 Struktur bisphenol A ......................................................
16
Gambar 2.4 Reaksi pembentukan phenol
17
......................
Gambar 2.5 Reaksi pembentukan aceton .......................................
17
Gambar 2.6 Reaksi pembentukan bisphenol A .................................
17
Gambar 2.7 Struktur kimia MPDA …………………………….
18
Gambar 2.8 Reaksi antara DGEBA dan MDPA .............
19
Gambar 2.9 Penampang benda uji mekanik .......................................
25
Gambar 2.10 Rangkaian pembagi tegangan .........................................
28
Gambar 2.11 Ilustrasi tegangan antarmuka dan sudut kontak
30
keseimbangan dari persamaan Young .............................
Gambar 2.12 Ilustrasi skematik pembasahan permukaan dan sudut
31
kontak .............................................................................
Gambar 2.13 Sudut kontak tetesan air pada permukaan bahan ..........
32
Gambar 4.1 Peralatan Pembangkit Tegangan Tinggi 100 KV .............
46
Gambar 4.2 Alat pengukur konduktivitas ......................................
47
Gambar 4.3 Diagram alir proses penelitian ........................................
49
Gambar 4.4 Diagram alir proses pembuatan bahan uji .........................
50
Gambar 4.5 Cetakan ............................
51
x
Gambar 4.6 Proses pemberian polutan ...............................
53
Gambar 4.7 Kotak penyinaran ultraviolet ......................
55
Gambar 4.8 Proses pengkabutan ...................................
57
Gambar 4.9 Rangkian pengujian tegangan flashover ..........................
58
Gambar 4.10 Rangkaian uji arus bocor ...............................................
59
Gambar 4.11 Susunan elektroda pengujian tegangan flashover dan arus
59
bocor ....................................................................
Gambar 4.12 Pengujian sudut kontak .....................................
61
Gambar 4.13 Alat pengujian kekuatan tarik/mesin salfo fulster ........
62
Gambar 4.14 Alat uji kekerasan permukaan .....................................
63
Gambar 5.1
69
Grafik uji kekuatan tarik dengan penyinaran UV dan
tanpa penyinaran UV .................................................
Gambar 5.2
Grafik uji kekerasan permukaan dengan penyinaran UV
71
dan tanpa penyinaran UV ....................................
Gambar 5.3 Hubungan tegangan flashover terhadap filler dan lama UV
74
Gambar 5.4 Hubungan arus bocor terhadap Filler dan lama UV .....
78
Gambar 5.5 Hubungan sudut kontak terhadap filler dan lama UV ......
81
Gambar 5.6 Hubungan ESDD terhadap Filler dan Lama UV
86
Gambar 5.7 Foto degradasi permukaan ............................................
88
Gambar 5.8 Gambar Spektrum FTIR 10% tanpa UV .......
90
Gambar 5.9 Gambar Spektrum FTIR 10% dengan UV 96 jam ...........
90
Gambar 5.10 Gambar Spektrum FTIR 20% tanpa UV..................... ....
91
Gambar 5.11 Gambar Spektrum FTIR 10% dengan UV 96 jam..........
91
xi
Gambar 5.12 Gambar Spektrum FTIR 20% tanpa UV ......................
92
Gambar 5.13 Gambar Spektrum FTIR 10% dengan UV 96 jam ........
92
Gambar 5.14 Gambar Spektrum FTIR 40% tanpa UV ........................
93
Gambar 5.15 Gambar Spektrum FTIR 10% dengan UV 96 jam .........
93
Gambar 5.16 Gambar Spektrum FTIR 50% tanpa UV ........................
94
Gambar 5.17 Gambar Spektrum FTIR 10% dengan UV 96 jam ..........
94
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Hasil Kalibrasi Transformator Uji dan Resistor Pembagi Tegangan
Lampiran 2
Hasil Pengujian Intensitas Radiasi dan Panjang
Ultraviolet
Lampiran 3
Data Teknis Lampu Ultra Violet
Lampiran 4
Daftar Korelasi Inframerah
xiii
Gelombang
RINGKASAN LAPORAN PENELITIAN DOSEN MUDA
PENGARUH POLUTAN INDUSTRI TERHADAP KINERJA
BAHAN ISOLASI POLIMER EPOKSI BERPENGISI
SILICONE RUBBER DAN ABU SEKAM
Oleh:
Hasyim Asy’ari, S.T,. M.T
: 100. 981
Ir. Jatmiko, M.T
: 622
Aris Budimana, S.T,. M.T
: 885
DIBIAYAI DIPA
188/SP2H/PP/DP2M/III/2008
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
SEPTEMBER, 2008
RINGKASAN HASIL PENELITIAN
PENGARUH POLUTAN INDUSTRI TERHADAP KINERJA
BAHAN ISOLASI POLIMER RESIN EPOKSI BERPENGISI
SILICONE RUBBER DAN ABU SEKAM
Oleh:
Hasyim Asy’ari, S.T,. M.T
Ir. Jatmiko, M.T
Aris Budiman, S.T,. M.T
1. Latar Belakang
a.
Pentingnya manfaat isolasi sebagai pemisah antara bagian yang bertegangan
dengan menara transmisi, bagian yang bertegangan dengan netral
b.
Mendapatkan karakteristik kinerja yang meliputi arus bocor, tegangan
flashover, hidrofobik, ESDD, kekuatan tarik, kekerasan permukaan dan
degradasi permukaan pada bahan isolasi resin epoksi berpengisi silicone
rubber dan abu sekam
2. Rumusan Masalah
bagaimana hubungan komposisi filler, lama penyinaran UV terhadap:
a. Kinerja tegangan lewat denyar (flashover), arus bocor (leakage current), sifat
hidrofobik (kedap air) dan ESDD pada bahan isolasi resin epoksi dengan
bahan pengisi siicone rubber (SiR) dan abu sekam padi.
b. Kekuatan mekanis (kekerasan permukaan dan kekuatan tarik) pada bahan
isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi siicone rubber (SiR) dan abu sekam
padi.
c. Degradasi permukaan dan perubahan spektrum infra merah (analisis gugus
fungsi) pada bahan isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi siicone rubber
(SiR) dan abu sekam padi.
Bahan isolasi resin epoksi pada kondisi terkontaminasi polutan industri semen
Gresik.
3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan komposisi filler,
lama penyinaran UV terhadap:
a. Kinerja tegangan lewat denyar (flashover), arus bocor (leakage current), sifat
hidrofobik dan ESDD pada bahan isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi
silicone rubber (SiR) dan abu sekam padi.
b. kekuatan mekanis (kekerasan permukaan dan kekuatan tarik) pada bahan
isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi silicone rubber (SiR) dan abu sekam
padi.
c. Degradasi permukaan dan spektrum infra merah (analisis gugus fungsi) pada
bahan isolasi resin epoksi dengan bahan pengisi silicone rubber (SiR) dan abu
sekam padi.
Bahan isolasi resin epoksi pada kondisi terkontaminasi polutan industri semen
Gresik
4. Metode Penelitian
Waktu dan Tempat
Penelitian dilakukan Laboratorium Teknik Elektro UMS (Pembuatan sampel dan
penyemprotan polutan) dan Laboratorium Teknik Mesin (pengujian kekuatan tarik dan
kekerasan permukaan), Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi (Arus Bocor, Tegangan
Flashover, Hidrofobik) dan Laboratorium Kimia Organik (Degradasi Permukaan)
Universitas Gadjah Mada selama 7 bulan.
Alat dan Bahan
Bahan yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari dua jenis yaitu bahan utama (
bahan isolasi resin epoksi Diglycidil Eter Bisphenol A) dan bahan pengisi (filler) yaitu
silicone rubber dan abu sekam padi.
Peralatan yang dipakai
Sepasang alat pencetak terbuat dari kaca, Transformator Uji, Osiloscop, Salfo Fusser
alat penguji kekuatan tarik, Rockwell alat penguji kekerasan permukaan, Konduktometer,
Isolatif, penggaris, mika, cutter, dan Seperangkat alat penyemprot polutan
Jalannya Penelitian
Diagram alir penelitian ditunjukkan pada gambar 3, jalannya penelitian dilakukan
dengan Pembuatan bahan uji, Pemberian polutan, Penyinaran ultra violet (UV), Proses
pengkabutan sebelum pengujian, Pengujian mekanis (kekuatan tarik dan kekerasan
permukaan), Pengukuran konduktifitas (guna perhitungan nilai ESDD, Pengujian Arus Bocor,
Tegangan Flashover, Hidrofobik dan degradasi permukaan
Gambar 3. Proses jalannya penelitian
5. Hasil dan Analisa
1. Lama penyinaran UV cukup signifikan mempengaruhi kinerja tegangan flashover dan
arus bocor, semakin lama UV diterapkan pada sampel uji maka tegangan flashover
cenderung menurun yang diikuti dengan penurunan arus bocornya. Bertambahnya
komposisi filler akan meningakatkan sudut kontak sedangkan lamanya waktu penyinaran
UV akan menurunkan sudut kontak permukaan bahan uji.
2. Kekuatan tarik bahan uji sebelum mengalami penuaan lebih baik dari pada setelah
mengalami penuaan dan semakin bertambahnya komposisi filler kekuatan tarik bahan
cenderung menurun. Untuk uji kekerasan semakin bertambahnya komposisi filler maka
kekerasan bahan semakin meningkat, hasil penelitian yang menunjukkan trend naik turun
diakibatkan perbedaan panjang gelombang yang diterima oleh sampel pengujian pada
saat penyinaran Ultraviolet.
3. Hasil pengujian mikroskop metalurgi dan analisis spektroskopi FTIR menunjukkan
terjadinya degradasi permukaan bahan dengan adanya goresan bintik-bintik hitam dan
perubahan warna. Sedangkan intensitas serapan inframerah bahan uji tidak mengalami
perubahan struktur yang signifikan sampel 10%, 20%, 30% tetapi pada 40% mengalami
pemutusan senyawa karboksilat dan klorid dengan bilangan gelombang 1095,5 dan 694,3
cm-1 dan 50 % mengalami pemutusan senyawa klorid dengan nilai bilangan gelombang
725,2 cm-1.