6 2.
Lama medan elektrik berlangsung lebih besar atau sama dengan waktu tunda tembus.
Tegangan yang menyebabkan suatu bahan isolasi tembus listrik disebut tegangan tembus atau
“breakdown voltage”. Dengan demikian, dapat didefinisikan bahwa tegangan tembus adalah nilai tegangan yang menimbulkan
kuat medan elektrik pada suatu bahan isolasi sama dengan atau lebih besar dari kekuatan dielektrik bahan isolasi tersebut.
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. Hal ini dapat dilihat pada Persamaan 2.1 [2]:
E = 2.1 dimana :
E = Kuat medan listrik yang dapat ditahan oleh dielektrik kVcm V = Tegangan maksimum yang dibaca alat ukur kV
d = Tebal isolasi cm
2.3 Isolasi Cair
Bahan isolasi cair digunakan sebagai bahan pengisi pada beberapa peralatan listrik, misalnya : transformator, pemutus beban, rheostat.
Dalam hal ini bahan isolasi cair berfungsi sebagai pengisolasi dan sekaligus sebagai pendingin. Karena itu persyaratan untuk bahan cair yang dapat digunakan
untuk isolasi antara lain : mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas yang tinggi.
2.3.1 Karakteristik isolasi cair Pada dasarnya dielektrik cair harus memiliki sifat dielektrik yang baik,
mempunyai karakteristik perpindahan panas yang bagus dan memiliki struktur kimia yang stabil saat pengoperasian [4].
Universitas Sumatera Utara
7 a.
Sifat listrik Sifat-sifat listrik yang sangat penting dalam menentukan kinerja
dielektrik dari dielektrik cair adalah: i.
Withstand breakdown kemampuan untuk tidak mengalami ketembusan dalam kondisi tekanan listrik electric stress yang
tinggi. ii.
Permitivitas relatifnya menentukan kapasitansi listrik. Hal ini dapat dilihat dari Persamaan 2.2 berikut :
D = ε . E 2.2 dimana:
D = kerapatan fluks listrik Cm
2
ε
= konstanta dielektrik
ε
r.
ε
E = medan listrik NC Dimana diketahui bahwa:
D = 2.3
sehingga persamaan diatas menjadi: =
ε
. E 2.4 dimana:
Q = muatan listrik C. Selanjutnya diketahui bahwa:
Q = C.V 2.5 maka persamaannya menjadi :
=
ε
. E 2.6 dimana,
C = kapasitansi CVolt V = tegangan Volt
Maka diperoleh persamaan: C =
2.7
Universitas Sumatera Utara
8 iii.
Faktor dissipasi Faktor dissipasi 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 yang bervariasi antara 10
-4
pada suhu 20
o
C dan 10
-3
pada 90
o
C pada frekuensi 50 Hz. iv.
Resistivitas Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila
resistivitasnya lebih besar dari ohm-meter. Resistivitas yang
diperlukan pada sistem tegangan tinggi untuk material isolasi adalah ohm-meter atau lebih.
b. Karakteristik perpindahan panas
Pada peralatan yang terisi oleh isolasi cair transformer, kabel, circuit breaker, dll perpindahan panas biasanya dipengaruhi secara konveksi.
Faktor utama yang mengontrol perpindahan panas adalah konduktivitas termal dan viskositas. Semakin tinggi nilai dari konduktivitas termal
maka semakin dapat digunakan pada peralatan sebagaimana dapat dioperasikan secara berkelanjutan pada temperatur yang tinggi. Pada
penggunaan yang lain, nilai konduktivitas termal yang rendah dan nilai viskositas yang tinggi dapat menjadi penyebab terjadinya pemanasan
berlebihan pada area tertentu. c.
Kestabilan kimiawi Pada penggunaannya, isolasi cair yang terkena tekanan termal dan
listrik karena adanya material seperti oksigen, air, serat dan hasil-hasil dari pemisahan bahan isolasi padat. Hal tersebut bisa memengaruhi
kestabilan dari rantai kimia dari isolasi cair.
Universitas Sumatera Utara
9 2.3.2 Mekanisme kegagalan isolasi cair
Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan antara lain, yang pertama adalah isolasi cair memiliki kerapatan seribu kali atau lebih dibandingkan
dengan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut Hukum Paschen. Kedua, isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang
akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konveksi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi. Ketiga, isolasi cair cenderung dapat memperbaiki
diri sendiri self healing jika terjadi pelepasan muatan discharge. Namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi. Beberapa macam
faktor yang diperkirakan memengaruhi kegagalan minyak transformator seperti luas daerah elektroda, jarak celah gap spacing, pendinginan, perawatan sebelum
pemakaian elektroda dan minyak, pengaruh kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta kondisi pengujian atau minyak transformator itu
sendiri juga memengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator [5]. Pengujian dilaksanakan bila kondisi minyak benar-benar stabil, cairan minyak
tidak bergoyang dan tidak aliran naik turun, didiamkan dan dianjurkan sesuai petunjuk alat uji pabrik pembuat. Pemeriksaan berkala pada trafo tenaga
dan termasuk pengamatan keadaan operasi dilakukan secara periodik. Jadwalnya dapat sekali setiap shift, sekali sehari, sekali seminggu atau lebih
jarang, tergantung dari keperluannya, kondisi lingkungan kerja dan beban. Jadwal pemeriksaan masing-masing bagian adalah sebagai berikut:
Pemeriksaan arus beban dilakukan setiap hari Pemeriksaan temperatur dilakukan setiap hari
Pemeriksaan tegangan dilakukan setiap minggu Pemeriksaan kebersihan dilakukan setiap bulan
Teori mengenai kegagalan pada zat cair dewasa ini kurang banyak
diketahui dibandingkan dengan teori kegagalan gas dan padat. Hal tersebut disebabkan karena sampai saat ini belum didapatkan teori yang dapat menjelaskan
proses kegagalan dalam zat cair yang benar-benar dengan keadaan sebenarnya. Banyak segi kegagalan zat cair telah diselidiki oleh para ahli, tetapi hasil-hasil dan
kesimpulannya tidak dapat dipertemukan untuk memperoleh teori umum yang
Universitas Sumatera Utara
10 berlaku untuk semua zat isolasi cair, karena data-data yang dihasilkan berbeda dan
bahkan bertentangan satu sama lain. Hal ini disebabkan karena tidak adanya teori yang bersifat komprehensif yang berlaku untuk semua kasus mengenai dasar-
dasar fisika keadaan cair untuk digunakan sebagai dasar perbandingan hasil penelitian.
Fenomena fisika lecutan kegagalan dalam zat cair hanyalah sebagian kecil gejala yang sudah banyak dimengerti. Bila suatu tegangan diterapkan pada
sepasang elektroda yang dicelup dalam isolasi zat cair, maka terlihat arus konduksi yang kecil. Jika tegangan dinaikkan malar continously, maka pada
suatu tegangan kritis tertentu akan terjadi lecutan di antara kedua elektroda tersebut. Lecutan dalam zat cair ini terdiri dari unsur-unsur sebagai berikut [6]:
1. Aliran listrik yang besarnya ditentukan oleh karakteristik rangkaian. 2. Lintasan cahaya yang cerah dari elektroda yang satu ke yang lain.
3. Pembentukan gelembung gas dan butir-butir zat padat hasil dekomposisi zat cair tergantung dari sifat kimiawi zat cair.
4. Pembentukan lubang pada elektroda. 5. Tekanan impulsif dalam zat cair disertai suara ledakkan.
Pada saat beroperasi, minyak sebagai isolator mengalami penurunan kualitas disebabkan karena banyak faktor misalnya pengaruh kontaminan padat,
kontaminan cair dan gas-gas hasil reaksi di dalam minyak. Selain itu, juga dipengaruhi oleh kondisi minyak yang mengalami stress thermal pada saat beban
puncak. Semakin banyak kontaminan yang terkandung dalam minyak, maka kualitas minyak akan semakin menurun.
Selama ini, ada 4 teori yang dikemukakan berkaitan dengan kegagalan isolasi minyak.
1. Teori kegagalan intrinsik 2. Teori kegagalan karena gelembung gas
3. Teori kegagalan karena zat cair lain 4. Teori kegagalan karena kontaminan padat
Dalam kenyataan di lapangan, selain 4 hal tersebut, minyak juga dipengaruhi oleh suhu temperatur.
Universitas Sumatera Utara
11
2.4 Syarat-Syarat Minyak Isolasi
