Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kekuatan Dielektrik Minyak Jarak

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
2011

Universitas Sumatera Utara

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.

Universitas Sumatera Utara

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.

Universitas Sumatera Utara

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,

Rocky Hezkia A.Bangun

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

ABSTRAK...................................................................................................

i

KATA PENGANTAR .................................................................................

ii

DAFTAR ISI ...............................................................................................

v

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................

vi

DAFTAR TABEL .......................................................................................

vii

BAB I

BAB II

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

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

II.2.2.4 Minyak Kedelai .......................................

15

Universitas Sumatera Utara

BAB III

II.3 Pengunaan Minyak Isolasi Mineral ..................................

16

II.4 Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair ..................................

18

II.5 Kekuatan Dielektrik .........................................................

23

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 ................................................................

BAB IV

33

PENGUJIAN PENGARUH PERUBAHAN SUHU
TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK MINYAK JARAK

BAB V

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

KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan .....................................................................

46

V.2 Saran ...............................................................................

46

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................

47

Universitas Sumatera Utara

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

(a) Biji Kedelai ......................................................................

15

(b) Minyak Kedelai ..................................................................

15

Gambar 2.5 Timbulnya Gelembung-Gelembung Baru ...............................

20

Gambar 2.4

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

Gambar 4.3 Grafik Kekuatan Dielektrik Dengan Suhu Minyak..................

44

Universitas Sumatera Utara

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

Tabel 4.8

Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 30 OC ..............................

41

Universitas Sumatera Utara

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.

Universitas Sumatera Utara

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.
Minyak isolasi mengalami kenaikan temperatur diatas suhu
kerjanya dan berlangsung dalam jangka waktu yang lama pada saat beban

Universitas Sumatera Utara

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.

Universitas Sumatera Utara

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.

Universitas Sumatera Utara

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.

Universitas Sumatera Utara

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.

Universitas Sumatera Utara

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)

dengan D = Kerapatan fluks listrik ( C/m2)

Universitas Sumatera Utara

ɛ =Konstanta dielektrik (

r

. ɛ 0)

E = Medan listrik ( N/C)
Dimana diketahui bahwa D =

= ɛ .E

, sehingga persamaan diatas menjadi

....................................................................................(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

Universitas Sumatera Utara

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 1016 Ω-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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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

-

Dapat digunaka pada suhub 300oC

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

oven pada suhu 105

o

C 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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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.

Universitas Sumatera Utara

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.

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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

Eg=

E0.............................................................................................(2.5)

Dimana, ɛ 1 = permitivitas minyak isolasi
E0 = medan listrik dalam minyak isolasi tanpa gelembung gas

Universitas Sumatera Utara

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).

E
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.

E
A

K

Gambar 2.6. Barisan Gelembung Yang menjembatani kedua Elektroda

Universitas Sumatera Utara

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, ɛ 1 = permitivitas minyak isolasi
ɛ 2 = permitivitas butiran padat

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

Jika ɛ 2 > ɛ 1 , F searah dengan E
Jika ɛ 2 < ɛ 1 , 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)

E
A

K

Gambar 2.7. Butiran Padat yang Bergerak dan Menghubungkan kedua Elektroda

Universitas Sumatera Utara

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).

E

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]

E
A

K

Gambar 2.9. Bola Cair Memenuhi Duapertiga Dari Celah Elektroda

Universitas Sumatera Utara

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 elektronelektron agar terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron bebas. Dengan lain
medan elektrik merupakan beban terhadap dielektrik agar berubah sifatnya
menjadi konduktor.

+
Elektroda
E

V

Dielektrik
Elektroda

-

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
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 (kV/cm)
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 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
Kelas
Minyak
Suhu

20 oC
-15 oC
-30 oC

Kelas I

Kelas II

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 oC

Kelas II

130 oC

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 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)
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 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

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 (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

Dokumen yang terkait

Dokumen baru

Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kekuatan Dielektrik Minyak Jarak