Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kekuatan Dielektrik Minyak Jarak

(1)

TUGAS AKHIR

PENGARUH PERUBAHAN SUHU TERHADAP KEKUATAN

DIELEKTRIK MINYAK JARAK

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesakan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara

Oleh :

ROCKY HEZKIA A.BANGUN

070402101

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

Abstrak

Dalam tugas akhir ini akan dibahas mengenai pengujian tegangan tembus terhadap minyak jarak (Jatropha curcas) dengan suhu yang berbeda-beda. Pengujian dilakukan dengan cara memanaskan minyak pada rentang suhu 30 oC sampai 100 oC dengan kenaikan 10 oC. Hasil pengujian tegangan tembus terhadap dielektrik cair minyak jarak (Jatropha curcas), dijadikan sebagai salah satu dasar untuk menentukan kelayakan minyak jarak (Jatropha curcas) sebagai isolasi cair alternatif.

Dari hasil pengujian diperoleh bahwa, semangkin tinggi suhu minyak, maka nilai tegangan tembus dan kekuatan dielektriknya akan semangkin turun. Tegangan tembus dan kekuatan dielektrik paling rendah terjadi pada suhu 100 OC, yaitu sebesar 17,2 kV dan 8,09 kV/mm.

(3)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur tiada terkira penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan karunianya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :

PENGARUH PERUBAHAN SUHU TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK MINYAK JARAK

Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Ir. Kosmos Bangun dan Endria Magdalena Tarigan, serta untuk kedua saudari penulis, yaitu kakak Kezia dan adik Refynery yang selalu memberikan semangat kepada penulis dalam proses penyelesaian Tugas Akhir ini.

Selama masa kuliah sampai penyelesaian Tugas akhir ini, penulis juga banyak mendapat dukungan, bimbingan, maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Syahrawardi, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan tugas akhir ini.

2. Bapak Maksum Pinem, ST,MT selaku Dosen Wali penulis.

3. Bapak Ir.Surya Tarmizi, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT.USU serta Bapak Rahmat Fauzi, ST,MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU yang banyak memberi motivasi selama penulis menjalani kuliah.

4. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, terkhusus buat Abang Marthin Luther Tarigan, yang banyak membantu penulis semenjak penulis memulai kuliah pertama kali.

6. Abang dan kakak sepupu penulis, terkhusus Abang Randy Sindhunata, SE , Taufan Hadianta Tarigan, SH dan Riovano Tarigan, S.sit, untuk segala dukungannya, baik moril ataupun materi, selama penulis kuliah.

(4)

7. Para asisten Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi, khusunya Rumonda Sitepu dan Yoakim Simamora, yang dengan kerelaan hati meluangkan waktunya untuk membantu pengambilan data tugas akhir.

8. Teman-teman stambuk 2007 yang sangat sensasional dan luar biasa, terkhusus untuk Jon Iman saragih, Francisco, Ramcheys Siahaan, Harapan Singarimbun, Asyer Nababan, Jannes Pinem, Setia Sianipar, Ramli Situmeang, Advent Girsang, dan yang tidak bisa disebutkan satu per satu. Terimakasih untuk semua yang telah kalian berikan kepada penulis.

9. Adik-adik junior baik stambuk 2008,2009, dan 2010, terkhusus kepada saudari maria silalahi dan meta sinaga. Terimakasih untuk segala dukungan kalian kepada penulis.

10. Teman-teman diluar Teknik Elekro, yaitu Ines Tambak yang banyak membantu penulis dalam mencari minyak, Euangelyne Tobing, dan Angie, SH yang selalu memberikan semangat kepada penulis.

11. Serta untuk semua yang tidak bisa disebutkan oleh penulis, saya ucapkan terimaksih sebesar-besarnya.

Penulis Sadar bahwa Tugas akhir ini masih kurang sempurna, oleh karena itu penulis mengharapakn kritik dan saran yang membangun demi memperbaiki tugas akhir ini. Akhir kata, semoga ugas akhir ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca.

Medan, Juni 2011 Penulis,

(5)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... vii

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ... 1

I.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 2

I.3 Batasan Masalah ... 2

I.4 Metode penelitian... 3

I.5 Sistematika Penulisan... 4

BAB II MINYAK ISOLASI II.1 Umum ... 6

II.2 Jenis-jenis Minyak Isolasi ... 8

II.2.1 Minyak Isolasi Yang Berasal Dari Olahan Minyak Bumi ... 9

II.2.1.1 Minyak isolasi Mineral ... 9

II.2.1.2 Minyak isolasi Mineral ... 9

II.2.2 Minyak Nabati (Minyak Organik) Yang Memiliki Potensi Sebagai Minyak Isolasi ... 12

II.2.2.1 Minyak Jarak ... 12

II.2.2.2 Minyak Kelapa Murni ... 13

II.2.2.3 Minyak Kelapa Sawit (CPO) ... 14

(6)

II.3 Pengunaan Minyak Isolasi Mineral ... 16

II.4 Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair ... 18

II.5 Kekuatan Dielektrik ... 23

BAB III PEMBURUKAN MINYAK ISOLASI III.1 Umum ... 25

III.2 Syarat-syarat Minyak Isolasi ... 25

III.3 Faktor-faktor Penyebab Pemburukan Minyak Isolasi ... 28

III.4 Pengaruh Kenaikan Suhu Terhadap Tegangan Tembus Minyak Isolasi ... 30

III.5 Pengaruh Kenaikan Suhu Terhadap Viskositas Minyak Isolasi ... 33

III.6 Pengaruh Kenaikan Suhu Terhadap Struktur Kimia Minyak Isolasi ... 33

BAB IV PENGUJIAN PENGARUH PERUBAHAN SUHU TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK MINYAK JARAK IV.1 Umum ... 35

IV.2 Peralatan Pengujian ... 35

IV.3 Rangkaian Pengujian ... 36

IV.4 Prosedur Pengujian ... 36

IV.5 Data Hasil Perngujian ... 38

IV.6 Analisis Data ... 41

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan ... 46

V.2 Saran ... 46

(7)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 (a) Tumbuhan Jarak ... 12

(b) Minyak Jarak ... 12

Gambar 2.2 Minyak VCO ... 13

Gambar 2.3 (a) Buah Kelapa Sawit ... 14

(b) Minyak CPO ... 14

Gambar 2.4 (a) Biji Kedelai ... 15

(b) Minyak Kedelai ... 15

Gambar 2.5 Timbulnya Gelembung-Gelembung Baru ... 20

Gambar 2.6 Barisan Gelembung Yang Menjembatani Kedua Elektroda ... 20

Gambar 2.7 Butiran Padat yang Bergerak dan Menghubungkan Kedua Elektroda ... 21

Gambar 2.8 Bola Cair yang Memanjang/Melonjong Searah Medan Listrik ... 22

Gambar 2.9 Bola Cair memenuhi duapertiga Dari Celah Elektroda ... 22

Gambar 2.10 Medan Dielektrik Dalam Dielektrik... 23

Gambar 3.1 Pengaruh Medan Listrik Terhadap Gelembung Udara Pada Minyak Isolasi... 32

Gambar 3.2 Struktur Kimia Minyak Jarak ... 34

Gambar 4.1 Rangkaian Pengujian Tembus Minyak ... 36

Gambar 4.2 Grafik Tegangan Rata-Rata Dengan Suhu Minyak ... 44

(8)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Nilai Viskositas Kinematik Berdasarkan Kelas Minyak ... 26

Tabel 3.2 Nilai Flash Point Minimum Berdasarkan Kelas Minyak ... 26

Tabel 3.3 Nilai Pour Point Minimum Berdasarkan Kelas Minyak ... 27

Tabel 4.1 Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 100 OC ... 38

Tabel 4.2 Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 90 OC ... 38

Tabel 4.3 Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 80 OC ... 39

Tabel 4.4 Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 70 OC ... 39

Tabel 4.5 Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 60 OC ... 40

Tabel 4.6 Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 50 OC ... 40

Tabel 4.7 Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 40 OC ... 41

(9)

Abstrak

(10)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. LATAR BELAKANG

Peralatan tegangan tinggi biasanya digunakan isolasi cair sebagai bahan isolasi maupun sebagai bahan pendinginnya. Isolasi cair yang biasa digunakan adalah isolasi yang terbuat dari olahan minyak bumi, seperti Shell Diala, Gulf, Nynas dan lain-lain. Tetapi sebagai mana kita tahu, bahwa minyak bumi termasuk sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharuhi, maka penggunaan bahan isolasi cair yang berasal dari minyak bumi, dapat menghabiskan persediaan minyak bumi di dunia.

Untuk mengatasi masalah ini maka digunakan minyak sintesis, tetapi minyak sintesis memiliki kelemahan, yaitu tidak dapat terurai sempurna, sehingga apabila terjadi kebocoran bisa menimbulkan pencemaran lingkungan.[1-2]

Alternatif lain adalah pemanfaatan dari minyak nabati, hal ini dikarenakan minyak nabati termasuk sumber daya alam yang dapat diperbaharuhi dan bersifat terurai sempurna. Apalagi di Indonesia termasuk negara yang sangat potensial, karena Indonesia termasuk produsen penghasil minyak nabati di dunia. Salah satu minyak nabati yang bisa dimanfaatkan adalah minyak yang berasal dari buah dari pohon jarak.

(11)

lebih, hal ini dapat menyebabkan perubahan struktur kimia dari minyak isolasi tersebut. Apabila hal ini berlangsung terus-menerus maka minyak isolasi akan mengalami pemburukan. Oleh karena itu dalam tugas akhir ini perlu dibahas tentang pengaruh perubahan suhu minyak isolasi terhadap tegangan tembus minyak isolasi. .[3]

I.2. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

Tujuan dan manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Mengetahui pengaruh perubahan suhu terhadap tegangan tembus minyak jarak .

2. Menentukan kelayakan minyak jarak dilihat dari perubahan suhunya sebagai bahan isolasi cair alternatif.

3. Sebagai informasi awal dalam menetukan kelayakan minyak jarak sebagai isolasi alternatif

I.3. BATASAN MASALAH

Batasan masalah yang dibahas adalah :

1. Hanya membahas mengenai pengaruh perubahan suhu terhadap tegangan tembus minyak jarak.

2. Tidak membahas reaksi kimia yang terjadi selama pemanasan 3. Suhu pemanasan dibatasi sampai 100oC.

(12)

I.4. Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penulisan penelitian ini adalah:

1. Studi Literatur

Mempelajari buku referensi, buku manual, artikel dari internet, dan bahan kuliah yang mendukung dan berkaitan dengan topik tugas akhir ini.

2. Studi Bimbingan

Melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro USU mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir berlangsung.

3. Percobaan di Laboratorium

Melakukan pengujan tegangan tembus terhadap sampel minyak isolasi dengan menggunakan peralatan yang ada pada Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU.

(13)

I.5. SISTEMATIKA PENULISAN

Penulisan Tugas akhir ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan dari Tugas akhir ini.

BAB II : MINYAK ISOLASI

Bab ini memberi penjelasan tentang pengertian minyak isolasi secara umum, jenis minyak isolasi, penggunaan minyak isolasi serta mekanisme kegagalan isolasi cair.

BAB III : PEMBURUKAN MINYAK ISOLASI

Bab ini menjelaskan tentang pemburukan minyak isolasi, faktor-faktor yang menyebabkan pemburukan terjadi serta pengaruh pemanasan terhadap tegangan tembus, dan viskositas dari minyak isolasi.

(14)

BAB IV : PENGARUH PERUBAHAN SUHU TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK MINYAK JARAK

Bab ini berisi pengumpulan data untuk menentukan apakah minyak jarak layak dijadikan sebagai alternatif bahan isolasi cair serta untuk mendapatkan kurva karakteristik pengaruh suhu terhadap tegangan tembus minyak isolasi.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari analisa Tugas Akhir ini dan saran dari penulis.

(15)

BAB II

MINYAK ISOLASI

II.1. UMUM

Bahan isolasi cair merupakan bahan pengisi pada beberapa peralatan listrik. Bahan isolasi cair ini biasanya digunakan pada peralatan seperti transformator, pemutus beban, rheostat. Bahan isolasi cair memiliki dua fungsi yaitu sebagai pemisah antara bagian yang bertegangan atau pengisolasi dan juga sebagai pendingin. Oleh karena itu agar dapat digunakan, isolasi cair harus memiliki tegangan tembus yang tinggi sebagai salah satu syaratnya. [4]

Adapun sifat-sifat listrik yamg menentukan kerja bahan isolasi cair adalah : 1. Withstand Breakdown

Kemampuan untuk tidak mengalami ketembusan dalam kondisi tekanan listrik ( electric stress) yang tinggi.

2. Kapasitansi listrik per unit volume yang menentukan permitivitas relatifnya

Hal ini dapat dilihat dari persamaan berikut :

D = ɛ . E ...( 2.1)

(16)

ɛ = Konstanta dielektrik ( r . ɛɛ0)

E = Medan listrik ( N/C)

Dimana diketahui bahwa D = , sehingga persamaan diatas menjadi

=

ɛ

. E

...(2.2) Dengan Q = Muatan listrik (C)

Selanjutnya diketahui nilai Q = C.V, maka persamaan menjadi :

=

ɛ

. E

...(2.3) Dengan C = Kapasitansi (C/Volt)

V = Tegangan (Volt) Maka diperoleh persamaan :

C =

...(2.4)

Pada minyak petroleum biasanya memiliki permitivitas relatif 2 sampai 2,5 sedangkan untuk minyak silikon 2 sampai 73 dan asrekal 4,5 sampai 5,0.[5]

3. Faktor daya

Faktor dissipasi daya dari minyak dibawah tekanan bolak-balik dan tinggi akan menentukan kerja dari bahan isolasi cair, karena dalam kondisi berbeban terdapat sejumlah rugi-rugi dielektrik. Faktor dissipasi sebagai ukuran rugi-rugi daya merupakan parameter yang penting bagi kabel dan kapasitor. Misalnya minyak transformator murni memiliki faktor dissipasi

(17)

yang bervariasi antara 10-4 pada suhu 20 oC dan 10-3 pada 90 oC pada frekuensi 50 Hz. [5]

4. Resistivitas

Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resistivitasnya lebih besar dari 109 Ω-m. Pada sistem tegangan tinggi, resistivitas yang diperlukan untuk material isolasi adalah 1016Ω-m atau lebih.

II.2. JENIS – JENIS MINYAK ISOLASI

Minyak isolasi biasanya terdiri dari beberapa jenis, berdasarkan bahan pembuatnya, minyak isolasi terdiri dari, minyak isolasi yang berasal dari olahan minyak bumi, yang saat ini banyak digunakan dan yang saat ini banyak diteliti adalah minyak isolasi berasal dari tumbuh-tumbuhan atau disebut minyak nabati ( minyak organik).

II.2.1 Minyak Isolasi Yang Berasal Dari Olahan Minyak Bumi

II.2.1.1. Minyak isolasi mineral II.2.1.2. Minyak isolasi sintesis

II.2.2. Minyak Nabati (minyak organik) Yang Memiliki Potensi Sebagai Minyak Isolasi

II.2.2.1. Minyak jarak

II.2.2.2. Minyak kelapa murni (Virgin Coconut Oil) II.2.2.3. Minyak kelapa sawit (Crude Palm Oil) II.2.2.4. Minyak kedelai

(18)

II.2.1. Minyak Isolasi Yang Berasal Dari Olahan Minyak Bumi II.2.1.1. Minyak Isolasi Mineral

Minyak isolasi mineral adalah minyak yang berasal dari minyak

bumi yang diproses secara destilasi. Minyak bumi yang telah didestilasi ini, harus mengalami beberapa proses lagi untuk mendapatkan tahanan isolasi yang tinggi, stabilitas panas yang baik, serta memenuhi syarat-syarat teknis yang lain.

Minyak isolasi mineral umumnya banyak digunakan pada peralatan tegangan tinggi seperti :

- Transformator daya - Kapasitor daya - Kabel daya

- Circuit breaker (pemutus daya)

Dalam hal ini minyak isolasi berfungsi sebagai bahan dielektrik, bahan pendingin dan pemadam busur api. [3]

II.2.1.2. Minyak Isolasi Sintesis

Minyak isolasi sintesis adalah minyak isolasi yang diproses secara kimia untuk mendapatkan karakteristik yang lebih baik dari minyak isolasi mineral.

Namun minyak isolasi sintesis memilki beberapa kelemahan, yaitu sifatnya mudah beroksidasi dengan udara, mengalami pemburukan yang cepat dan sifat kimianya bisa berubah akibat kenaikan temperatur, serta tidak dapat

(19)

terurai sempurna, sehingga apabila mengalami kebocoran bisa menimbulkan pencemaran lingkungan.

Berikut ini beberapa contoh dari minyak isolasi sintesis :

a. Askarel

Askarel adalah minyak isolasi sintesis yang tidak mudah terbakar apabila terjadi percikan api dan tidak menghasilkan gas yang mudah terbakar. Salah satu jenis dari asrekal yang sering digunakan adalah jenis clorinated hydrokarbon.

kelebihan yang dimiliki dari minyak jenis ini adalah : - Kekuatan dielektriknya tinggi

- Sifat thermal, sifat kimia, dan sifat listriknya relatif stabil Namun kekurangan dari minyak ini adalah, apabila terjadi percikan api dapat mengahasilkan asam klorida (HCL) yang bersifat korosif pada logam.

b. Silikon cair (silicon liquids)

Silikon cair adalah minyak yang berasal dari campuran atom silikon (si) dan oksigen (02) dengan bahan organik seperti methyl dan phenyl.

Minyak ini memiliki beberapa kelebihan, yaitu :

- Mempunyai ketahanan yang baik pada temperatur tinggi, yaitu berkisar 200oC.

- Permitivitasnya rendah ( 2,20 – 2,27)

- Tahan terhadap tegangan dengan frekuensi tinggi, hingga 1 Mhz

(20)

Kekurangan dari minyak ini adalah :

- Dapat menghasilkan gas yang banyak apabila terjadi percikan api, sehingga menurunkan kekuatan dielektriknya

- Harganya relatif mahal, sehingga jarang digunakan untuk transformator berdaya besar

c. Flourinasi cair (Flourinated Liquids)

Minyak ini berbahan dasar senyawa organik yang sebagian atom karbonnya telah digantikan oleh flour organik. Minyak ini memiliki kelebihan :

- Sifat kimianya yang sangat stabil dan dapat digunakan secara kontinuitas pada suhu 200oC dan bahkan lebih

- Mempunyai transfer panas yang baik daripada minyak isolasi mineral dan minyak isolasi silikon

Adapun kekurangan dari minyak ini adalah :

- Penurunan sifat-sifat dielektrik yang disebabkan oleh kandungan air

- Mempunyai sifat mudah menguap

d. Ester sintesis

Minyak in adalah minyak yang diolah sedemikian rupa dari minyak parafin untuk memperoleh karakteristik yang lebih baik, sehingga mempunyai sifat-sifat seperti berikut :

- Mempunyai sifat thermal yang baik - Tidak mudah terbakar

(21)

II.2.2. Minyak Nabati (Minyak Organik) Yang Memiliki Potensi Sebagai Minyak Isolasi

II.2.2.1. Minyak Jarak

Minyak jarak adalah minyak yang diperoleh dari ekstraksi biji tanaman jarak (Jatropha curcas). Minyak ini tergolong kedalam minyak nabati. Minyak jarak memiliki warna kuning pucat dan bau yang cukup menyengat. Agar bau tersebut dapat direduksi, minyak tidak boleh dibiarkan terbuka dalam waktu yang lama pada suhu diatas 40 0C.

(a) (b)

Gambar 2.1. (a) Tumbuhan Jarak (b) Minyak jarak

Pembuatan minyak jarak yang digunakan saat ini adalah dengan metode pengepresan. Pertama biji jarak yang sudah tua, di jemur selama 3 hari hingga kulitnya akan pecah dengan sendirinya. Untuk memisahkan bagian biji dengan kulinya digunakan alat pemisah biji, hal ini dilakukan untuk mendapatkan biji utuh yang lebih banyak[9]. Biji yang sudah dipisahkan dari cangkangnya kemudian diberi pemanasan pendahuluan, yaitu berupa pemanasan dengan uap pada suhu 170 oC selama 30 menit, pemanasan dengan

(22)

oven pada suhu 105 oC selama 30 menit serta pemanasan dengan penggongsengan biji sehingga biji cukup panas untuk dilakukan pengepresan. Pengepresan dilakukan dengan alat pengepres hidraulik. Daging biji yang telah dipanaskan, dimasukkan ke dalam kain saring, untuk selanjutkan dipress dalam alat pengepres hidraulik, untuk menghasilkan minyak jarak. [6]

II.2.2.2. Minyak Kelapa Murni

Minyak kelapa murni atau virgin coconut oil (VCO) adalah minyak yang terbuat dari daging kelapa segar. VCO berbeda dengan minyak goreng biasa, karena VCO dihasilkan dengan tidak menambahkan bahan kimia dalam pembuatannya. VCO memiliki warna yang bening dan bau yang tidak menyengat.

Gambar 2.2. Minyak Kelapa Murni (VCO)

Proses pembuatan VCO, dimulai dari pemarutan kelapa yang kemudian diberi air lalu diperas,sehingga menghasilkan santan. Santan tersebut kemudian disaring. Untuk kemudian diproses dengan beberapa cara, salah satunya adalah dengan metode sentifugasi. Santan yang telah disaring tadi lalu

(23)

dimasukkan ke dalam alat sentrifugasi, sehingga menghasilkan tiga lapisan, yaitu lapisan protein, air dan minyak. Terbentuknya tiga lapisan ini karena perbedaan berat jenis dari masing-masing komponen santan. Lapisan paling atas adalah lapisan minyak yang diinginkan atau VCO. [7]

II.2.2.3. Minyak Kelapa Sawit (CPO)

Crude Palm Oil (CPO) merupakan hasil olahan dari daging buah kelapa sawit melalui proses perebusan Tandan Buah Segar (TBS), perontokan, dan pengepresan. CPO ini diperoleh dari bagian mesokarp buah kelapa sawit yang telah mengalami beberapa proses, yaitu sterilisasi, pengepresan, dan klarifikasi.

(a) (b)

Gambar 2.3. (a) Buah Kelapa Sawit (b) Minyak CPO

proses pembuatan CPO, dimulai dengan mensterilkan tandan dengan memberikan steam/uap air ke dalam mesin sterlizier, setelah itu buah dipisahkan dari tandan dengan menggunakan alat pemipil (striper), buah yang telah dipisahkan dari tandan ini, kemudian dihancurkan, untuk selanjutnya diekstraksi dengan menggunakan alat pengempa, sehingga dihasilkanlah

(24)

minyak kelapa sawit. Namun minyak ini masih banyak pengotornya, oleh sebab itu minyak tersebut harus dilakukan penjernihan dengan cara disaring getar, untuk menghilangkan serabut, selanjutnya dipanaskan hingga suhu 90 – 100 OC, setelah itu baru diendapkan, sehingga dihasilkanlah minyak CPO yang baik. [8]

II.2.2.4. Minyak Kedelai

Minyak kedelai adalah minyak yang diperoleh dari ekstraksi biji kedelai. Minyak ini memilki warna kuning cerah serta bau yang tidak begitu menyengat, bila diproses dengan baik.

(a) (b)

Gambar 2.4. (a) Biji kedelai (b) Minyak kedelai

Proses pembuatan minyak kedelai dimulai dari menguliti biji kedelai, setelah itu biji dihancurkan dengan melakukan pemanasan pada suhu 74 – 79 OC selama 30 – 60 menit, agar kulit kedelai dapat mengelupas dan butir-butir minyak dapat berkumpul, sehingga memudahkan dalam proses ekstraksi. Proses ekstraksi dilakukan dengan cara dipress menggunakan pengepress hidraulic. Minyak yang dihasilkan ini , harus dilakukan pemurnian

(25)

lagi, untuk mendapatkan minyak kedelai yang baik. Pemurnian dilakukan dengan cara filtrasi untuk menghilangkan kotoran yng tidak terlarut. [9]

`II.3. PENGGUNAAN MINYAK ISOLASI MINERAL

Minyak yang biasa digunakan untuk isolasi cair adalah minyak mineral yang diperoleh dengan pemurnian minyak mentah. Penggunaan minyak isolasi biasa pada peralatan tegangan tinggi, yang digunakan sebagai bahan dielektrik, bahan pendingin, dan bahan pemadam busur api. Berikut ini akan diuraikan penggunaan minyak isolasi pada beberapa peralatan tegangan tinggi, antara lain :

a. Transformator daya

Penggunaan tranformator daya dalam sistem tenaga listrik memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dengan kebutuhan dan ekonomis untuk tingkat- tingkat keperluan, misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.

Transformator memerlukan minyak isolasi sebagai bahan pengisolasian bagian-bagian dari transformator, seperti isolasi antar belitan, belitan inti, dan belitan dengan badan (casing) transformator. Disamping itu juga, minyak isolasi berfungsi sebagai bahan pendingin atau menyalurkan panas ke sirip-sirip transformator, serta sebagai pemadam busur api apabila terjadi percikan-percikan dalam belitan transformator.

(26)

b. Kapasitor daya

Kapasitas daya banyak digunakan pada peralatan-peralatan tenaga listrik, baik yang berfungsi sebagai filter, perbaikan faktor daya, maupun untuk penyearah tegangan tinggi. Pemasangan kapasitor pada sistem tegangan listrik menimbulkan daya reaktif untuk memperbaiki faktor daya dan tegangan, karenanya menambah kapasitansi sistem dan mengurangi rugi-rugi daya dan tegangan.

Penggunaan minyak isolasi pada kapasitor berfungsi sebagai bahan dielektrik, sebagai pendingin, dan sebagai pencegah terjadinya rongga udara di antara elektroda kapasitor. Sifat-sifat yang harus dimiliki minyak isolasi pada

suatu kapasitor adalah faktor daya dielektrik ( Tg δ ) yang rendah, viskositas yang rendah, dan sifat penyalaan yang rendah.

c. Kabel daya

Penggunaan minyak isolasi pada kabel daya adalah sebagai bahan isolasi antar perisai konduktornya dengan isolasi terluarnya. Minyak isolasi juga berfungsi sebagai bahan pendingin pada kabel daya.

Sifat-sifat yang harus dimiliki isolasi pada kabel daya adalah viskositas minyak isolasi harus rendah, tahanana isolasi tinggi, koefisien muai yang rendah, dan tidak bereaksi dengan asam atau alkali pada suhu kerja, serta bebas dari kandungan gas.

(27)

d. Pemutus tenaga ( Circuit Breaker)

Jenis pemutus tegangan yang biasa dipakai dalam sistem tenaga listrik adalah jenis pemutus udara, pemutus minyak, pemutus hampa udara, dan jenis pemutus gas elektronegatif (SF6).

Pemadaman busur api saat bekerjanya pemutus tenaga sangat penting sekali, karena busur api tersebut dapat merusak peralatan maupun komponen-komponen pemutus tenaga itu sendiri. Minyak isolasi pada pemutus tenaga berfungsi sebagai pemutus busur api tersebut. Sifat-sifat yang harus dimiliki minyak isolasi pad peralatan pemutus tenaga adalah sifat penyalaan yang rendah dan tidak menimbulkan perkaratan pada peralatan. [10]

II.4. MEKANISME KEGAGALAN ISOLASI CAIR

Jika suatu tegangan dikenakan terhadap dua elektroda yang dicelupkan kedalam cairan (isolasi) maka terlihat adanya konduksi arus yang kecil. Jika tegangan dinaikkan secara kontinyu maka pada titik kritis tertentu akan terjadi lucutan diantara kedua elektroda. Lucutan dalam zat cair ini akan terdiri dari unsur-unsur sebagai berikut :

1. Aliran listrik yang besarnya ditentukan oleh karakteristik rangkaian

2. Lintasan cahaya yang cerah dari elektroda yang satu ke elektroda yang lain.

3. Terjadi gelembung gas dan butir butir zat padat hasil dekomposisi zat cair 4. Terjadi lubang pada elektroda

(28)

Mekanisme kegagalan isolasi cair adalah mekanisme yang memerlukan suatu penyebab, seperti kondisi elektroda, keadaan dari isolasi cair itu sendiri, serta adanya benda-benda asing (gelembung dan partikel padat) dalam isolasi cair. Beberapa teori telah dibuat untuk menjelaskan mekanisme kegagalan isolasi cair, yaitu :

1. Mekanisme Tembus Listrik Gelembung Gas

Gelembung gas timbul dikarenakan beberapa hal, yaitu :

- Permukaan elektroda yang tidak rata, sehingga terdapat rongga atau celah udara di permukaannya.

- Adanya tabrakan yang tidak rata, sehingga terdapat rongga atau celah udara di permukaannya

- Penguapan isolasi cair karena percikan bunga api pada elektroda yang tajam dan tidak teratur.

- Perubahan suhu dan tekanan pada isolasi cair

Gelembung tersebut mempunyai kuat medan listrik (Eg) yang dinyatakan dalam rumus

E

=

E

0...(2.5)

Dimana, ɛ1 = permitivitas minyak isolasi

(29)

Jadi proses kegagalan terjadi apabila nilai Eg melebihi nilai dari kekuatan dielektrik gas, sehingga gas yang berada pada gelembung mengalami tembus listrik. Hal ini mennyebakan penguraian zat cair yang menimbulkan gelembung-gelembung gas yang baru ( Gambar 2.5).

A K

Gambar 2.5. Timbulnya Gelembung-gelembung Baru

Gelembung-gelembung tersebut akan mengikuti arah dari medan listrik, sehingga akan terjadi barisan gelembung gas yang akan menjembatani kedua elektroda, sehingga terjadi tembus listrik.

A K

(30)

2. Mekanisme Tembus Listrik Butiran Padat

Butiran padat biasanya berasal dari udara atau debu, jika butiran padat tersebut dikenai oleh medan listrik, maka butiran terdsebut akan mengalami gaya (F) yang dinyatakan dalam rumus :

F=

grad

E2...(2.6)

Dimana, ɛ1 = permitivitas minyak isolasi r = jari-jari butiran padat

ɛ2 = permitivitas butiran padat E = kuat medan listrik

Jika ɛ2 > ɛ1 , F searah dengan E

Jika ɛ2 < ɛ1 , F berlawanan arah dengan E

Butiran padat tersebut akan bergerak dan menghubungkan kedua elektroda. apabila butiran tersebut bersifat kondiktor, maka akan terjadi tembus listrik (Gambar 2.7)

A K

(31)

3. Mekanisme Tembus Listrik Butiran Cair

Bola cair tercipta karena adanya air dalam minyak isolasi, jadi proses tembus listrik dimulai dari bola cair yang tidak stabil karena dikenai oleh medan listrik, bola cair yang tidak stabil ini akan memanjang atau melonjong ( spheroid) searah dengan medan listrik yang diberikan (Gambar 2.8).

Gambar 2.8. Bola Cair Yang Memanjang/Melonjong Searah Medan Listrik

Bola cair tersebut akan memenuhi dua pertiga dari celah elektroda sehingga terjadi lah kanal peluahan yang menyebabkan tembus listrik terjadi (Gambar 2.9). [11]

A K

(32)

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-elektron bebas. Dengan lain medan elektrik merupakan beban terhadap dielektrik agar berubah sifatnya menjadi konduktor.

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 Ek , maka

(33)

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 (kV/cm) V = Tegangan maksimum yang dibaca alat ukur ( kV)

d = Tebal isolasi (cm)

(34)

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:

(35)

1. Kejernihan

Minyak harus bebas dari materi suspensi atau endapan 2. Massa Jenis (Density)

Tidak boleh melebihi dari 0,859 g/cm2 pada suhu 20 oC 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 oC -15 oC -30 oC

40 800

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 oC Kelas II 130 oC

(36)

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 oC Kelas II -45 oC

6. Angka kenetralan (Neutralization value) Tidak boleh melebihi dari 0,03 mg KOH/g

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)

(37)

10. Ketahanan oksidasi (Oxidation Stability) Setelah mengalami oksidasi minyak harus :

- Angka Kenetralan = maksimum 0,40 mg KOH/g - 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

(38)

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 (Ebd) berkisar antara 0

– 25 kV/mm. 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 Ebd lebih

besar daripada 20 kV ( Ebd >> 20 kV) maka minyak transformator masih

dikatakan baik. Namun bila Ebd lebih kecil daripada 20 kV (Ebd << 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.

(39)

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 :

(40)

- 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

=

E

0...(3.1

)

Dimana, ɛ1 = permitivitas minyak isolasi

E0 = medan listrik dalam minyak isolasi tanpa gelembung gas

Bila Eb 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.

(41)

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]

(42)

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

(43)

Biji pohon jarak mengandung 40–50% minyak jarak yang mengandung bermacam-macam trigliserida, asam palmitat (C16H32O2), asam

risinoleat, asam isorisinoleat, asam oleat (C18H34O2), asam linoleat

(C18H32O2), asam linolenat (C18H30O2), asam stearat (C18H36O2), 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]

(44)

BAB IV

PENGUJIAN PENGARUH PERUBAHAN SUHU TERHADAP

KEKUATAN DIELEKTRIK MINYAK JARAK

IV.1. UMUM

Untuk mengetahui pengaruh perubahan suhu terhadap kekuatan dielektrik minyak isolasi, maka perlu dilakukan pengujian tegangan tembus terhadap minyak tersebut. Pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU.

Minyak isolasi yang akan diuji adalah minyak dari biji jarak. Metode pengujian terhadap tegangan tembus minyak jarak yang dipengaruhi perubahan suhu tersebut disesuaikan dengan standar JIS.

IV.2. PERALATAN PENGUJIAN

1. Trafo Uji 220 V / 100 kV, 5 kVA, 50 Hz

2. Voltmeter AC

(45)

4. Pemanas 5. Termometer

IV.3. RANGKAIAN PENGUJIAN

Gambar 4.1. Rangkaian Pengujian Tembus Minyak Jarak

Dimana : AT = Autotrafo TU = Trafo Uji PT = Trafo Ukur V = Voltmeter AC EB = Elektroda Bola

IV.4. PROSEDUR PENGUJIAN

1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas. Jarak sela bola diatur sampai 2,5 mm

(46)

2. Minyak jarak dituang ke dalam alat pemanas, lalu panaskan minyak jarak sampai mencapai suhu 100 oC. Untuk mengetahui nilai suhu, masukkan termometer ke dalam alat pemanas.

3. Setelah suhu minyak jarak telah mencapai 100 oC, minyak dituang secara perlahan ke dalam bejana. Ukur kembali suhu minyak, untuk memastikan suhunya masih 100 oC.

4. Saklar utama (S1) ditutup dan AT diatur hingga tegangan keluarannya nol. 5. Naikkan tegangan input pada TU secara bertahap sampai minyak tembus

listrik.

6. Catat nilai tegangan tembus pada voltmeter. 7. Saklar utama dan saklar sekunder (S2) dibuka.

8. Minyak jarak pada bejana diaduk untuk menghilangkan gelembung udara yang timbul saat tembus listrik.

9. Minyak dibiarkan selama kurang lebih 4 – 5 menit, agar suhu minyak turun menjadi 90 oC.

10. Ulangi Prosedur 4 – 9, untuk suhu berikutnya sampai 30 oC. 11. Setelah percobaan selesai, saklar primer dibuka.

12. Ulangi percobaan 1 - 11 sebanyak lima kali percobaan dengan minyak yang baru.

(47)

IV.5. DATA HASIL PENGUJIAN • Suhu 100 OC

Tabel 4.1. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 100 OC

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 17,2

2 16,8

3 17,1

4 17,5

5 17,1

Rata-rata 17,2

• Suhu 90 OC

Tabel 4.2. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 90 OC

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 17,0

2 17,8

(48)

4 18,0

5 18,1

Rata-rata 17,6

• Suhu 80 OC

Tabel 4.3. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 80 OC

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 18,1

2 20,5

3 21,3

4 22,7

5 22,4

Rata-rata 21,0

• Suhu 70 OC

Tabel 4.4. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 70 OC

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 21,5

2 22,7

3 22,5

(49)

5 22,5

Rata-rata 22,2

• Suhu 60 OC

Tabel 4.5. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 60 OC

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 24,1

2 23,9

3 23,2

4 23,5

5 23,5

Rata-rata 23,6

• Suhu 50 OC

Tabel 4.6. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 50 OC

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 24,1

2 24,0

3 24,7

(50)

5 24,5

Rata-rata 24,4

• Suhu 40 OC

Tabel 4.7. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 40 OC

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 25,7

2 27,2

3 27,0

4 26,9

5 25,6

Rata-rata 26,4

• Suhu 30 OC

Tabel 4.8. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 30 OC

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 27,7

2 27,4

3 27,6

(51)

5 27,5

Rata-rata 27,5

IV.6. ANALISIS DATA

Dari hasil data pengujian, dapat dicari nilai kekuatan dielektrik dari minyak jarak, dengan rumus :

E = ... (4.1)

Dengan :

E = Kuat medan listrik yang dapat ditahan oleh dielektrik (kV/cm) V = Tegangan maksimum yang dibaca alat ukur ( kV)

S = Jarak sela antar elektroda = 2,5 mm

฀ = Faktor efisiensi = f (p,q)

p = ; q = , dengan R,r = radius masing-masing elektroda

= 5 mm

Maka, didapat nilai p = 1,5 dan q = 1, kemudian berdasarkan Tabel 4.9, maka faktor efisiensi untuk f(1,5,1) = 0,850

Tabel 4.9. Nilai Faktor Efisiensi Medan (ƞ) Untuk B erbagai Susunan Elektroda Bola

(52)

2r 2r

P q = 1

1 1

1,5 0,850

2 0,732

3 0,563

4 0,449

5 0,372

6 0,318

7 0,276

8 0,244

9 0,218

10 0,197

15 0,133

Jadi, untuk suhu :

• 100 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 8,09 kV/mm

• 90 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 8,28 kV/mm

• 80 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 9,88 kV/mm

• 70 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 10,44 kV/mm

• 60 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 11,11 kV/mm

• 50 OC

(53)

• 40 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 12,42 kV/mm

• 30 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 12,94 kV/mm

Hasil data percobaan dan hasil perhitungan kekuatan dielektrik minyak jarak, dapat dibuat grafik antara tegangan tembus rata-rata ( V ) dengan perubahan suhu (Gambar 4.2) dan kekuatan dielektrik ( E ) dengan perubahan suhu (Gambar 4.3).

Gambar 4.2. Grafik Tegangan Tembus Rata-Rata dengan Suhu minyak 0 5 10 15 20 25 30

0 20 40 60 80 100 120

T e g a n g a n T e m b u s R a ta -R a ta (kV )

(54)

Gambar 4.3. Grafik Kekuatan Dielektrik dengan Suhu Minyak

Grafik yang diperoleh melalui percobaan pengaruh perubahan suhu terhadap tegangan tembus minyak jarak, dapat diketahui bahwa terjadi perubahan tegangan tembus apabila suhu semangkin naik, begitu juga dengan kekuatan dielektrik minyak jarak yang berbanding lurus dengan tegangan tembusnya. Sebagai contoh pada suhu 30 OC tegangan tembus dan kekuatan dielektriknya adalah 27,5 kV dan 12,94 kV/cm, sedangkan pada suhu 100 OC tegangan tembus dan kekuatan dilektriknya akan turun menjadi 17,2 kV dan 8,09 kV/cm.

0 2 4 6 8 10 12 14

0 20 40 60 80 100 120

K e k u atan D ie le k tr ik (k V /m m )

(55)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. KESIMPULAN

1. Suhu memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap tegangan tembus dari minyak jarak, semakin tinggi suhu maka tegangan tembusnya akan semakin kecil atau dengan kata lain kekuatan dielektrik minyak semangkin kecil.

2. Kekuatan dielektrik paling tinggi terjadi pada suhu 30 OC, yaitu sebesar 129,41 kV/cm

(56)

3. Minyak jarak belum memenuhi standar sebagai minyak isolasi untuk berbagai nilai suhu.

V.1. SARAN

1. Pencarian bahan additif untuk menaikkan tegangan tembus minyak jarak.

2. Karena dalam pengujian kali ini hanya menguji pengaruh perubahan suhunya, untuk penelitian selanjutnya bisa diuji mengenai pengaruh viskositas minyak dan pengaruh konduktivitas minyak terhadap kekuatan dielektriknya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Budiyantoro, Eko, Analisis Tegangan Tembus Minyak Kelapa Murni (Virgin Coconut Oil) Sebagai Isolasi Cair Dengan Variasi Elektroda Uji, Skripsi, Semarang : Universitas Diponegoro. 2007, http://eprints.undip.ac.id/25689/

2. Krismiandaru, Elia, Uji Tegangan Tembus Arus Bolak-Balik Pada Minyak Jarak Sebagai Alternatif Isolasi Cair, Skripsi.Semarang:Universitas Diponegoro.

3. Panggabean, Samuel, Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kekuatan Dielektrik Berbagai Minyak Isolasi Transformator (Gulf, Nynas, Shell

(57)

4. Setiabudy Rudy, Material Teknik Listrik, UI Press. Jakarta. 2007

5. Naidu, M.S dan V. Kamaraju, High Voltage Engineering Second Edition, McGraw Hill, New Delhi. 1996

6. Nasution, Zulkifli, Proses Pembuatan Minyak Jarak Sebagai Bahan Bakar Alternatif, Laporan Penelitian. Medan : Universitas Sumatera Utara. 2005. 7. Timoti,Hana, Aplikasi Teknologi Membran Pada Pembuatan Virgin

Coconut Oil (VCO). Laporan Penelitian. PT. Nawapanca Adhi Cipta. 2005 8. Anonim, Profil Minyak Kelapa Sawit.2005

9. Kurnia, Rizki, Pembuatan Minyak Kedelai.2006

10. L. Tobing, Bonggas, Peralatan Tegangan Tinggi, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. 2003

11. L. Tobing, Bonggas, “ Diktat Kuliah Gejala Medan Tinggi Jurusan Teknik Elektro FT-USU”, Medan.2005

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

13. Arismunandar, A., Teknik Tegangan Tinggi, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. 1978

14. SPLN 49 – 1 : 1982, “ Specification for New Insulating Oils for Transformers and Switchgear”, Perusahaan Umum Listrik Negara. 1982 15. SPLN 49 – 2 : 1982, “Minyak Isolasi”, Perusahaan Umum Listrik Negara.

1982

16. Lucas, J.Ronan, High Voltage Engineering, Cyclostyled form, Srilanka. 2001

(1)

2r 2r

P q = 1

1 1

1,5 0,850

2 0,732

3 0,563

4 0,449

5 0,372

6 0,318

7 0,276

8 0,244

9 0,218

10 0,197

15 0,133

Jadi, untuk suhu : • 100 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 8,09 kV/mm • 90 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 8,28 kV/mm • 80 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 9,88 kV/mm • 70 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 10,44 kV/mm • 60 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 11,11 kV/mm • 50 OC

(2)

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 12,42 kV/mm • 30 OC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 12,94 kV/mm

Gambar 4.2. Grafik Tegangan Tembus Rata-Rata dengan Suhu minyak 0 5 10 15 20 25 30

0 20 40 60 80 100 120

T e g a n g a n T e m b u s R a ta -R a ta (kV )

(3)

Gambar 4.3. Grafik Kekuatan Dielektrik dengan Suhu Minyak

0 2 4 6 8 10 12 14

0 20 40 60 80 100 120

atan

)

(4)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. KESIMPULAN

2. Kekuatan dielektrik paling tinggi terjadi pada suhu 30 OC, yaitu sebesar 129,41 kV/cm

(5)

3. Minyak jarak belum memenuhi standar sebagai minyak isolasi untuk berbagai nilai suhu.

V.1. SARAN

1. Pencarian bahan additif untuk menaikkan tegangan tembus minyak jarak.

DAFTAR PUSTAKA

2. Krismiandaru, Elia, Uji Tegangan Tembus Arus Bolak-Balik Pada Minyak Jarak Sebagai Alternatif Isolasi Cair, Skripsi.Semarang:Universitas Diponegoro.

3. Panggabean, Samuel, Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kekuatan Dielektrik Berbagai Minyak Isolasi Transformator (Gulf, Nynas, Shell

(6)

5. Naidu, M.S dan V. Kamaraju, High Voltage Engineering Second Edition, McGraw Hill, New Delhi. 1996

Coconut Oil (VCO). Laporan Penelitian. PT. Nawapanca Adhi Cipta. 2005 8. Anonim, Profil Minyak Kelapa Sawit.2005

9. Kurnia, Rizki, Pembuatan Minyak Kedelai.2006

10.L. Tobing, Bonggas, Peralatan Tegangan Tinggi, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. 2003

11.L. Tobing, Bonggas, “ Diktat Kuliah Gejala Medan Tinggi Jurusan Teknik Elektro FT-USU”, Medan.2005

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

13.Arismunandar, A., Teknik Tegangan Tinggi, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. 1978

14.SPLN 49 – 1 : 1982, “ Specification for New Insulating Oils for Transformers and Switchgear”, Perusahaan Umum Listrik Negara. 1982 15.SPLN 49 – 2 : 1982, “Minyak Isolasi”, Perusahaan Umum Listrik Negara.

1982

16.Lucas, J.Ronan, High Voltage Engineering, Cyclostyled form, Srilanka. 2001

Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kekuatan Dielektrik Minyak Jarak

TUGAS AKHIR