II.5. KEKUATAN DIELEKTRIK
Suatu dielektrik tidak mempunyai elektron-elektron bebas, melainkan elektron-elektron yang terikat pada inti atom unsur yang
membentuk dielektrik tersebut. Pada Gambar 2.10 ditunjukkan suatu bahan dielektrik yang ditempatkan di antara dua elektroda piring sejajar. Apabila
kedua elektroda tersebut diberi tegangan searah V, maka timbul medan elektrik E di dalam dielektrik. Medan elektrik ini memberikan gaya kepada elektron-
elektron agar terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron bebas. Dengan lain medan elektrik merupakan beban terhadap dielektrik agar berubah sifatnya
menjadi konduktor.
V
- +
E
Elektroda Elektroda
Dielektrik
Gambar 2.10 Medan Elektrik Dalam Dielektrik
Beban yang dipikul dielektrik ini disebut terpaan medan elektrik. Setiap dielektrik mempunyai batas kemampuan untuk memikul terpaan
elektrik. Jika terpaan elektrik melebihi batas dan berlangsung cukup lama, maka dielektrik akan menghantarkan arus atau gagal dalam melaksanakan
fungsinya sebagai isolator. Hal ini disebut sebagai tembus listrik atau “breakdown”. Jadi Kekuatan dielektrik bisa diartikan terpaan elektrik tertinggi
yang dapat dipikul suatu dielektrik tanpa menyebabkan dielektrik tersebut breakdown. Jika suatu dielektrik mempunyai kekeuatan dielektrik E
k
, maka terpaan elektrik yang dapat dipikulnya adalah
≤ E
k .
Universitas Sumatera Utara
Pada penerapan tegangan kekuatan dielektrik didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan yang menyebabkan kerusakan atau tembus
listrik V dengan tebal isolasi d yang memisahkan antara elektroda
[12]
.Hal ini dapat dilihat pada persamaan :
E = ..........................................................................................2.5
Dengan : E = Kuat medan listrik yang dapat ditahan oleh dielektrik kVcm
V = Tegangan maksimum yang dibaca alat ukur kV d = Tebal isolasi cm
Universitas Sumatera Utara
BAB III
PEMBURUKAN MINYAK ISOLASI
III.1. UMUM
Kualitas minyak isolasi akan semangkin mengalami pemburukan setelah minyak isolasi digunakan dalam waktu yang lama. Hal ini terjadi
karena : -
Kenaikan temperatur isolasi setelah peralatan beroperasi -
Kelembapan udara di sekitar minyak isolasi -
Beban mekanis yang dipikul oleh minyak isolasi -
Korona pada bagian-bagian peralatan yang runcing yang berdekatan dengan minyak isolasi
- Tegangan lebih yang menerpa minyak isolasi
Memburuknya minyak isolasi dapat dilihat dari nilai tan δ yang semangkin
besar dan tahanan isolasi yang semangkin kecil. Oleh karena itu pengukuran tan
δ dan ketahan isolasi harus rutin dilakukan, agar kondisi buruk yang akan terjadi dapat dideteksi sedini mungkin, sehingga kerusakan fatal dapat
dihindari.
[13]
III.2. SYARAT-SYARAT MINYAK ISOLASI
Menurut SPLN 49 – 1 :1982, minyak isolasi harus memiliki beberapa syarat
[14-15]
, yaitu:
Universitas Sumatera Utara
1. Kejernihan
Minyak harus bebas dari materi suspensi atau endapan
2. Massa Jenis Density
Tidak boleh melebihi dari 0,859 gcm
2
pada suhu 20
o
C
3. Viskositas kinematik
Tergantung pada kelas minyak, viskositas kinematik tidak boleh melebihi batas seperti yang ditunjukan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Nilai Viskositas Kinematik Berdasarkan Kelas Minyak
Suhu Kelas
Minyak
Kelas I Kelas II
20
o
C -15
o
C -30
o
C 40
800 -
25 1800
-
4. Titik nyala Flash Point
Titik Nyala juga bergantung pada kelas minyaknya, hal ini dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 3.2 Nilai Flash Point Minimun Berdasarkan Kelas Minyak Kelas Minyak
Flash Point Minimum
Kelas I 140
o
C Kelas II
130
o
C
Universitas Sumatera Utara
5. Titik tuang Pour Point
Titik tuang juga bergantung pada kelas minyaknya, hal ini dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 3.3 Nilai Pour Point Minimun Berdasarkan Kelas Minyak Kelas Minyak
Pour Point Maksimum
Kelas I -30
o
C Kelas II
-45
o
C
6. Angka kenetralan Neutralization value
Tidak boleh melebihi dari 0,03 mg KOHg
7. Korosi belerang Corrosive sulphur
Klasifikasi strip tembaga tidak boleh di atas 2
8. Tegangan tembus
Untuk minyak baru tegangan tembus minyak paling tidak 30 kV. Jika nilai ini tidak terpenuhi, maka minyak perlu dilakukan perawatan. Setelah
perawatan tegangan tembus minyak sekurang-kurangnya 50 kV untuk jarak sela 2,5 mm
9. Faktor kebocoran dielektrik Tan δ
Nilai maksimal untuk Tan δ adalah 0,005
Universitas Sumatera Utara
10. Ketahanan oksidasi Oxidation Stability
Setelah mengalami oksidasi minyak harus : -
Angka Kenetralan = maksimum 0,40 mg KOHg -
Total Lumpur = maksimum 0,10 dari beratnya
III.3. FAKTOR-FAKTOR PENYEBAB PEMBURUKAN MINYAK ISOLASI
Untuk mengetahui apakah minyak isolasi sudah mengalami pemburukan atau belum adalah dengan melakukan pengujian-pengujian yang
sifatnya tidak merusak. Kegagalan minyak isolasi sebagai bahan dielektrik pada peralatan tegangan tinggi, biasanya terrjadi karena pemburukan dari
minyak isolasi itu sendiri. Faktor-faktor yang mempengaruhi pemburukan dari minyak isolasi
adalah :
1. Panas
Pemanasan yang berlangsung cukup lama dan berlangsung secara terus-menerus dapat merubah struktur kimia dari minyak isolasi tersebut,
sehingga merubah sifat-sifat dasarnya sebagai bahan isolasi.
2. Kemurniaan bahan isolasi
Ketidakmurniaan dari bahan dielektrik cair mempunyai pengaruh besar tehadap sifat isolasi bahan tersebut. Hal ini dapat kita lihat pada minyak
Universitas Sumatera Utara
transformator. Jumlah uap air yang ada pada minyak transformator akan mempengaruhi tegangan tembusnya.
Pengukuran minyak transformator yang terkontaminasi dengan material pengotor biasanya mempunyai tegangan gagal E
bd
berkisar antara 0 – 25 kVmm. Oleh karena itu minyak transformator yang sudah lama dipakai,
harus diuji secara periodik untuk mengetahui kemampuannya. Minyak transformator yang diuji adalah minyak bagian atas, tengah, dan bawah dan
diuji dengan elektroda standard dengan jarak sela 2,5 mm. Jika E
bd
lebih besar daripada 20 kV E
bd
20 kV maka minyak transformator masih dikatakan baik. Namun bila E
bd
lebih kecil daripada 20 kV E
bd
20 kV, maka minyak transformator dikatakan sudah rusak.
3. Kontak dengan udara
Jika minyak isolasi mengalami kontak dengan udara, maka minyak isolasi akan teroksidasi. Jika hal ini terus terjadi akan menyebabkan
penurunan kualitas minyak yang berdampak pada turunannya kekuatan dielektrik minyak isolasi.
4. Korona
Percikan bunga api dari korona akan meningkatkan kadar karbon pada minyak isolasi dan menimbulkan gelembung-gelembung gas yang bisa
membuat minyak isolasi mengalami tembus listrik.
Universitas Sumatera Utara
5. Faktor alamiah
Dalam hal ini adalah faktor umur dari minyak isolasi, biasanya semangkin lama minyak isolasi digunakan, maka kualitas dari minyak isolasi
tersebut akan berangsur-angsur menurun. Sehinggha pemburukan minyak isolasi lebih mudah terjadi.
[3]
III.4. PENGARUH KENAIKAN SUHU TERHADAP TEGANGAN TEMBUS MINYAK ISOLASI
Minyak isolasi pada peralatan tegangan tinggi, seperti
transformator, kapasitor daya, kabel daya, ataupun pemutus tenaga ada saatnya mengalami kenaikan suhu atau diatas suhu kerjanya. Kenaikan suhu
akibat beban lebih terjadi apabila beban lebih tersebut berlangsung cukup lama. Pada keadaan hubung singkat kenaikan suhu terjadi akibat arus yang
cukup besar yang mengakibatkan pemanasan pada minyak isolasi. Keadaan suhu tertentu, kadar air yang diserap dalam minyak isolasi
dapat menguap dengan membentuk gelembung udara, sehingga kadar air semangkin rendah. Kenaikan suhu ini dapat terjadi secara perlahan-lahan dan
tiba-tiba. Kenaikan suhu secara tiba-tiba dapat juga menimbulakn pemburukan, karena dapat menimbulkan gelembung-gelembung gas yang
dapat menyebabkan kegagalan pada minyak isolasi. Kegagalan gelembung atau kavitasi merupakan bentuk kegagalan
pada minyak isolasi yang disebabkan oleh adanya gelembung-gelembung gas di dalam minyak isolasi. Sebab-sebab timbulnya gelembung gas ini adalah :
Universitas Sumatera Utara
- Permukaan elektroda yang tidak rata, sehingga terdapat rongga atau
celah udara di permukaannya. -
Adanya tabrakan yang tidak rata, sehingga terdapat rongga atau celah di udara di permukaannya.
- Penguapan minyak isolasi karena adanya percikan bunga api pada
elektroda yang tajam dan tidak teratur. -
Karena perubahan suhu dan tekanan pada minyak isolasi. Kuat medan lisrik dalam gelembung gas pada minyak isolasi
dinyatakan dalam persamaan berikut :
E
b
= E
.................................................................................3.1
Dimana, ɛ
1
= permitivitas minyak isolasi E
= medan listrik dalam minyak isolasi tanpa gelembung gas Bila E
b
sama dengan medan batas untuk ionisasi gas, maka percikan gelembung gas akan terjadi. Hal ini mempercepat pembentukan gelembung
gas yang dapat mengakibatkan kegagalan pada minyak isolasi sebagai bahan isolasi.
Akibat pengaruh medan listrik yang kuat di antara elektroda, gelembung-gelembung udara pada minyak isolasi akan memanjang searah
dengan arah medan listrik Gambar 3.1. hal ini terjadi karena, gelembung- gelembung tersebut berusaha membuat energi potensialnya minimum.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.1 Pengaruh medan listrik terhadap gelembung udara pada minyak isolasi
Gelembung-gelembung tersebut akan semangkin memanjang seiring dengan meningkatnya medan listrik, sehingga akan membentuk jembatan atau kanal
yang menghubungkan kedua elektroda. hal ini akan mengawali terjadinya kegagalan isolasi.
Timbulnya gelembung udara juga dipengaruhi oleh viskositas dari minyak isolasi, semangkin naik suhu maka viskositas dari minyak isolasi
akan turun, sehingga menimbulkan formasi gelembung. Gelembung- gelembung tersebut akan bertambah besar seiring meningkatnya energi ikat
yang diberikan dan diameter gelembung juga akan bertambah sehingga menghasilakan gelembung lainnya.
[3,16]
Universitas Sumatera Utara
III.5. PENGARUH KENAIKAN SUHU TERHADAP VISKOSITAS MINYAK ISOLASI
Viskositas adalah kekentalan dari minyak isolasi, yang dinyatakan dengan kemampuan minyak isolasi untuk mendisipasikan panas yang terjadi
pada peralatan, seperti transformator, kapasitor daya, atau pemutus tenaga circuit breaker. Biasanya minyak isolasi yang digunakan pada peralatan
tegangan tinggi adalah minyak isolasi dengan viskositas yang rendah, agar aliran atau sirkulasi minyak dapat mengisi celah udara yang ada di dalam
peralatan tersebut. Pengaruh kenaikan suhu terhadap viskositas minyak isolasi adalah
semangkin suhu meningkat maka viskositas minyak isolasi akan semangkin turun. Namun kenaikan suhu ini mempunyai batas tertentu yang diijinkan,
sehingga peralatan tidak mengalami gangguan. Jika viskositas turun maka pendisipasian panas akan mempercepat pemburukan minyak isolasi atau
kemacetan sirkulasi minyak isolasi. Ini merupakan ciri dari minyak isolasi, jika suhu naik maka tegangan permukaan minyak isolasi akan turun, sehingga
mempengaruhi viskositasnya. Hal ini akan menimbulkan formasi gelembung udara pada minyak isolasi.
[3]
III.6. PENGARUH KENAIKAN SUHU TERHADAP STRUKTUR KIMIA MINYAK JARAK
Universitas Sumatera Utara
Biji pohon jarak mengandung 40–50 minyak jarak yang mengandung bermacam-macam trigliserida, asam palmitat C
16
H
32
O
2
, asam risinoleat, asam isorisinoleat, asam oleat C
18
H
34
O
2
, asam linoleat C
18
H
32
O
2
, asam linolenat C
18
H
30
O
2
, asam stearat C
18
H
36
O
2
, dan asam dihidroksistearat. Juga mengandung alkaloida risinin, beberapa macam
toksalbumin yang dinamakan risin risin D, risin asam, dan risin basa, dan
beberapa macam enzim diantaranya lipase.
Gambar 3.2 Struktur Kimia Minyak Jarak
Jadi, apabila minyak jarak mengalami pemanasan atau kenaikan suhu, maka akan mempengaruhi viskositas dari minyak jarak tersebut. Hal ini disebabkan
karena struktur molekul pada minyak, ketika mengalami pemanasan akan menyebabkan jarak antar molekul menjadi renggang, sehingga minyak
menjadi kurang padat. Hal ini juga yang menyebabkan minyak berubah menjadi gas ketika dipanaskan, karena perubahan dari kondisi minyak yang
padat menjadi kurang padat menyebabkan minyak menjadi lebih cepat mengalir dan akhirnya minyak lebih cepat menguap. Hal ini tentu saja akan
mempengaruhi kualitas dari minyak.
[2]
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
PENGUJIAN PENGARUH PERUBAHAN SUHU TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK MINYAK JARAK
IV.1. UMUM