Pengaruh Ketebalan Isolasi Kabel Listrik dalam Pipa PVC terhadap Kesetimbangan Suhu Kabel
PENGARUH KETEBALAN ISOLASI KABEL LISTRIK
DALAM PIPA PVC TERHADAP KESETIMBANGAN SUHU
KABEL
Tugas Akhir ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi listrik
Oleh :
THANKS F.S
NIM: 090402089
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KETEBALAN ISOLASI KABEL LISTRIK DALAM PIPA
PVC TERHADAP KESETIMBANGAN SUHU KABEL
Oleh :
THANKS F.S
NIM: 090402089
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Sidang pada tanggal 16 bulan Desember tahun 2015 di depan Penguji :
1. Ketua Penguji
: Ir. Hendra Zulkarnain
2. Anggota Penguji
: Ir. Windalina Syafiar
Disetujui oleh :
Pembimbing Tugas Akhir,
Ir. Syahrawardi
NIP: 195702231983031002
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro,
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si
NIP : 195405311986011002
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Arus listrik yang mengalir pada sebuah kabel selama selang waktu tertentu akan
menimbulkan panas pada kabel. Panas pada kabel akan meningkat seiring
bertambahnya waktu hingga mencapai kondisi setimbang (stedy state). Pada tugas
akhir akan dibahas pengaruh ketebalan isolasi kabel berdiameter 1 mm2 yang
dimasukkan ke dalam pipa PVC. Ketebalan isolasi kabel dibuat bervariasi yaitu
2.07 mm, 2.62 mm, dan 2,99 mm. Kabel tersebut dimasukkan ke dalam pipa PVC
dengan diameter yang berbeda yaitu 0.5 inchi, 0.75 inchi, 1.25 inchi, dan 1.5 inchi
kemudian dihubungkan dengan sumber arus 11 A. Setelah itu kenaikan suhu pada
inti dan isolasi kabel dicatat setiap 5 menit sampai diperoleh suhu setimbang. Dari
data hasil percobaan yang dilakukan di peroleh bahwa semakin besar diameter pipa
PVC maka semakin tinggi pula suhu kesetimbangan inti dan isolasi kabel, serta
semakin besar diameter pipa PVC maka semakin lama pula waktu yang dibutuhkan
untuk mencapai suhu kesetimbangan inti dan isolasi kabel.
Kata kunci : Kabel, isolasi, suhu setimbang, pipa PVC
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
berkat dan anugerah-Nya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis
dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:
PENGARUH KETEBALAN ISOLASI KABEL LISTRIK DALAM PIPA
PVC TERHADAP KESETIMBANGAN SUHU KABEL.
Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk
menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang antara lain kepada :
1. Orangtua saya Drs.Lumongga Simanjuntak dan Mariani Tambunan, BA
beserta saudara-saudari saya Win Ray Simanjuntak, Grace Simanjuntak,
Cherish Simanjuntak Crown Ita Simanjuntak dan Bribing Simanjuntak, juga
Oppung saya Oppung Bakti dan Bou saya Dahlia Simanjuntak serta semua
saudara dan orang tua yang tidak saya sebutkan satu persatu, yang selalu
membimbing, mendoakan dan selalu sabar mendukung Penulis dalam
menyelesaian Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, Bapak
Ir.Hendra Zulkarnaen, dan Ibu Ir.Windalina Syafiar selaku dosen penguji
yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
3. Bapak Fakhruddin Rizal Batubara, ST, M.T.I selaku dosen wali penulis.
4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro FT. USU
5. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
7. Teman Kerja Praktek di PLTBS Sei Mangke : Samson Tambunsaribu,
Alfonso Siregar, Fransisco Simanihuruk dan Joseph Martua Napitupulu.
ii
Universitas Sumatera Utara
8. Rekan-rekan Penulis stambuk 2009, khususnya teman sekaligus sahabatsahabat Sendok Community yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
9. Serta untuk semua yang telah mendukung penyelesaian tugas akhir ini yang
tidak dapat disebutkan penulis satu per satu.
Penulis sadar bahwa tugas akhir ini masih kurang sempurna oleh karena itu
penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi memperbaiki
tugas akhir ini. Akhir kata semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi penulis dan
pembaca.
Medan,
Desember 2015
Penulis,
Thanks F.S
iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ....................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii
DAFTAR ISI .................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................ x
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah....................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ................................................................................ 1
1.3
Tujuan Penulisan .................................................................................. 1
1.4
Manfaat Penelitian ............................................................................... 2
1.5
Batasan Masalah .................................................................................. 2
1.6
Metodologi Penulisan .......................................................................... 2
1.7
Sistematika Penulisan .......................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Perpindahan Panas ............................................................................... 4
2.1.1
Konduksi .................................................................................. 4
2.1.1.1 Laju Perpindahan Panas ............................................... 4
2.1.1.2 Konduksi pada bidang Datar ........................................ 7
2.1.1.3 Konduksi pada Silinder ................................................ 9
2.2
2.1.2
Konveksi .................................................................................. 11
2.1.3
Radiasi...................................................................................... 12
2.1.4
Perpindahan Panas Pada Kabel ................................................ 13
Bahan Isolasi ........................................................................................ 16
2.2.1
Sifat Kelistrikan ....................................................................... 16
2.2.1.1 Kekuatan Dielektrik.................................................... 16
2.2.1.2 Konduktansi ................................................................ 18
2.2.1.3 Rugi-Rugi Dielektrik .................................................. 20
2.2.1.4 Tahanan Isolasi ........................................................... 22
2.2.2
Sifat Terhadap Panas ................................................................ 24
2.2.3
Sifat Kimia ............................................................................... 25
2.2.3.1 Sifat Kemampuan Larut ............................................. 25
iv
Universitas Sumatera Utara
2.2.3.2 Resistansi Kimia ......................................................... 26
2.2.3.3 Higroskopisitas ........................................................... 26
2.2.3.4 Permeabilitas Uap ....................................................... 26
2.2.3.5 Pengaruh Tropis.......................................................... 27
2.2.3.6 Resistansi Radiasi ....................................................... 27
2.2.4
Sifat-sifat Mekanis ................................................................... 28
2.2.4.1 Kekuatan (Strength).................................................... 28
2.2.4.2 Modulus Elastisitas..................................................... 28
2.2.4.3 Kekerasan ................................................................... 29
BAB III METODOLOGI
3.1
Umum .................................................................................................. 30
3.2
Waktu dan Tempat Penelitian .............................................................. 30
3.3
Objek Penelitian ................................................................................... 30
3.4
Variasi Pengukuran .............................................................................. 30
3.5
Teknik Analisa Data ............................................................................ 30
3.6
Alat dan Bahan Pengujian .................................................................... 31
3.7
Rangkaian dan Prosedur Pengujian ..................................................... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Data Hasil Percobaan ........................................................................... 35
4.2
Analisa Data ......................................................................................... 35
4.2.1
Menentukan Suhu Setimbang Kabel .......................................
36
4.2.2
Menentukan Ketebalan Isolasi Kabel ......................................
36
4.2.3
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dalam PVC
Berdiameter 0.5 inchi ...............................................................
36
4.2.4
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dalam PVC
Berdiameter 0.75 Inchi .............................................................
40
v
Universitas Sumatera Utara
4.2.5
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dalam PVC
Berdiameter 1.25 Inchi .............................................................
43
4.2.6
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dalam PVC
Berdiameter 1.5 Inchi ...............................................................
47
4.2.7
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dengan Tebal Isolasi
2.07 mm ...................................................................................
51
4.2.8
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dengan Tebal Isolasi
2.62 mm ...................................................................................
55
4.2.9
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dengan Tebal Isolasi
2.99 mm ...................................................................................
59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 63
5.2 Saran ................................................................................................. 63
Daftar Pustaka ................................................................................................. 64
Lampiran A
Lampiran B
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Perpindahan laju panas pada sebuah konduktor .................... 5
Gambar 2.2
Konduktifitas pada bidang ..................................................... 7
Gambar 2.3
Dinding konduktor yang yang terdiri dari tiga lapisan .......... 8
Gambar 2.4
Analogi listrik aliran panas pada konduktor berlapis tiga ..... 8
Gambar 2.5
Aliran radial panas di dalam silinder ..................................... 9
Gambar 2.6
Analogi listrik aliran panas pada silinder ............................... 10
Gambar 2.7
Silinder berlapis dan analogi listrik ....................................... 10
Gambar 2.8
Perpindahan panas konveksi dari suatu plat .......................... 11
Gambar 2.9
Perpindahan panas pada kawat telanjang dan analogi listrik 13
Gambar 2.10
Perpindahan panas pada kabel berisolasi dan analogi listrik 15
Gambar 2.11
Perpindahan panas pada kabel berisolasi rangkap dan analogi
listriknya ............................................................................... 16
Gambar 2.12
Medan elektrik dalam dielektrik ......................................... ...17
Gambar 2.13
Konduksi pada suatu bahan dielektrik ..................................... 19
Gambar 2.14
Rangkaian ekivalen suatu dielektrik ........................................ 20
Gambar 2.15
Rangkaian ekivalen penyederhanaan ....................................... 21
Gambar 2.16
Komponen arus dielektrik ........................................................ 21
Gambar 2.17
Arus pada suatu dielektrik ....................................................... 23
Gambar 2.18
Pengaruh tegangan terhadap tahanan isolasi ............................ 23
Gambar 2.19
Perubahan tahanan terhadap waktu .......................................... 24
Gambar 3.1
Isolasi dari bahan polyolefin .................................................... 31
Gambar 3.2
Rangkaian percobaan ............................................................... 32
Gambar 3.3
Pemanasan kabel yang telah diberi isolasi ............................... 33
Gambar 3.4
Posisi kabel dan thermometer pada saat pengukuran............... 33
Gambar 4.1
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu inti kabel
dalam pipa PVC 0.5 inchi ........................................................ 37
Gambar 4.2
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu isolasi
kabel dalam pipa PVC 0.5 inchi .............................................. 38
Gambar 4.3
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan waktu mencapai
suhu setimbang pada pipa PVC 0.5 Inchi .............................. 39
vii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan suhu setimbang
pada pipa PVC 0.5 Inchi ........................................................ 40
Gambar 4.5
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu inti kabel
dalam pipa PVC 0.75 inchi .................................................... 41
Gambar 4.6
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu isolasi
kabel dalam pipa PVC 0.75 inchi .......................................... 42
Gambar 4.7
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan waktu mencapai
suhu setimbang pada pipa PVC 0.75 Inchi ............................ 42
Gambar 4.8
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan suhu setimbang
pada pipa PVC 0.75 Inchi ...................................................... 43
Gambar 4.9
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu inti kabel
dalam pipa PVC 1.25 inchi .................................................... 44
Gambar 4.10
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu isolasi
kabel dalam pipa PVC 1.25 inchi .......................................... 45
Gambar 4.11
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan waktu mencapai
suhu setimbang pada pipa PVC 1.25 Inchi ............................ 46
Gambar 4.12
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan suhu setimbang
pada pipa PVC 1.25 Inchi ...................................................... 47
Gambar 4.13
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu inti kabel
dalam pipa PVC 1.5 inchi ...................................................... 48
Gambar 4.14
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu isolasi
kabel dalam pipa PVC 1.5 inchi ............................................ 49
Gambar 4.15
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan waktu mencapai
suhu setimbang pada pipa PVC 1.5 Inchi .............................. 50
Gambar 4.16
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan suhu setimbang
pada pipa PVC 1.5 Inchi ........................................................ 50
Gambar 4.17 Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu inti kabel
berisolasi 2.07 mm ................................................................. 52
Gambar 4.18
Grafik hubungan antara diameter PVC dengan waktu mencapai
suhu setimbang....................................................................... 52
Gambar 4.19
Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu isolasi
kabel berisolasi 2.07 mm ....................................................... 54
viii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.20
Grafik hubungan antara diameter pipa PVC dengan suhu
setimbang ............................................................................... 54
Gambar 4.21
Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu inti kabel
berisolasi 2.62 mm ................................................................. 56
Gambar 4.22
Grafik hubungan antara diameter PVC dengan waktu mencapai
suhu setimbang....................................................................... 56
Gambar 4.23
Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu isolasi
kabel berisolasi 2.62 mm ....................................................... 58
Gambar 4.24
Grafik hubungan antara diameter pipa PVC dengan suhu
setimbang ............................................................................... 58
Gambar 4.25
Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu inti kabel
berisolasi 2.99 mm ................................................................. 60
Gambar 4.26
Grafik hubungan antara diameter PVC dengan waktu mencapai
suhu setimbang....................................................................... 60
Gambar 4.27
Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu isolasi
kabel berisolasi 2.99 mm ....................................................... 62
Gambar 4.28
Grafik hubungan antara diameter pipa PVC dengan suhu
setimbang ............................................................................... 62
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Konduktifitas thermal berbagai bahan ..................................... 6
Tabel 2.2
Koefisien perpindahan panas konveksi .................................... 12
Tabel 2.3
Klasifikasi bahan isolasi ........................................................... 24
Tabel 2.4
Permeabilitas beberapa bahan .................................................. 27
Tabel 2.5
Contoh isolator dan sifat mekanis terpenting ........................... 28
Tabel 4.1
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 0.5 inci ......................................... 37
Tabel 4.2
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 0.5 inchi ....................................... 38
Tabel 4.3
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel pada pipa PVC 0.5 Inchi................................................. 39
Tabel 4.4
Tabel 4.4 Suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 0.5
Inchi ......................................................................................... 39
Tabel 4.5
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 0.75 inchi ..................................... 40
Tabel 4.6
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 0.75 inchi ..................................... 41
Tabel 4.7
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel pada pipa PVC 0.75 Inchi............................................... 42
Tabel 4.8
Suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 0.75 Inchi
.................................................................................................. 43
Tabel 4.9
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 1.25 inchi ..................................... 43
Tabel 4.10
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 1.25 inchi ..................................... 44
Tabel 4.11
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel pada pipa PVC 1.25 Inchi............................................... 46
Tabel 4.12
Suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 1.25 Inchi
.................................................................................................. 46
x
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.13
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 1.5 inchi ....................................... 47
Tabel 4.14
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 1.5 inchi ....................................... 48
Tabel 4.15
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel pada pipa PVC 1.5 Inchi................................................. 49
Tabel 4.16
Suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 1.5 Inchi
.................................................................................................. 50
Tabel 4.17
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi 2.07
mm ........................................................................................... 51
Tabel 4.18
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel ......................................................................................... 51
Tabel 4.19
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi 2.07
mm ........................................................................................... 53
Tabel 4.20
Suhu setimbang isolasi kabel ................................................... 53
Tabel 4.21
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi 2.62
mm ........................................................................................... 55
Tabel 4.22
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel ......................................................................................... 55
Tabel 4.23
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi 2.62
mm ........................................................................................... 57
Tabel 4.24
Suhu setimbang isolasi kabel ................................................... 57
Tabel 4.25
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi 2.99
mm ........................................................................................... 59
Tabel 4.26
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel ......................................................................................... 59
Tabel 4.27
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi 2.99
mm ........................................................................................... 61
Tabel 4.28
Suhu setimbang isolasi kabel ................................................... 61
xi
Universitas Sumatera Utara
DALAM PIPA PVC TERHADAP KESETIMBANGAN SUHU
KABEL
Tugas Akhir ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi listrik
Oleh :
THANKS F.S
NIM: 090402089
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KETEBALAN ISOLASI KABEL LISTRIK DALAM PIPA
PVC TERHADAP KESETIMBANGAN SUHU KABEL
Oleh :
THANKS F.S
NIM: 090402089
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Sidang pada tanggal 16 bulan Desember tahun 2015 di depan Penguji :
1. Ketua Penguji
: Ir. Hendra Zulkarnain
2. Anggota Penguji
: Ir. Windalina Syafiar
Disetujui oleh :
Pembimbing Tugas Akhir,
Ir. Syahrawardi
NIP: 195702231983031002
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro,
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si
NIP : 195405311986011002
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Arus listrik yang mengalir pada sebuah kabel selama selang waktu tertentu akan
menimbulkan panas pada kabel. Panas pada kabel akan meningkat seiring
bertambahnya waktu hingga mencapai kondisi setimbang (stedy state). Pada tugas
akhir akan dibahas pengaruh ketebalan isolasi kabel berdiameter 1 mm2 yang
dimasukkan ke dalam pipa PVC. Ketebalan isolasi kabel dibuat bervariasi yaitu
2.07 mm, 2.62 mm, dan 2,99 mm. Kabel tersebut dimasukkan ke dalam pipa PVC
dengan diameter yang berbeda yaitu 0.5 inchi, 0.75 inchi, 1.25 inchi, dan 1.5 inchi
kemudian dihubungkan dengan sumber arus 11 A. Setelah itu kenaikan suhu pada
inti dan isolasi kabel dicatat setiap 5 menit sampai diperoleh suhu setimbang. Dari
data hasil percobaan yang dilakukan di peroleh bahwa semakin besar diameter pipa
PVC maka semakin tinggi pula suhu kesetimbangan inti dan isolasi kabel, serta
semakin besar diameter pipa PVC maka semakin lama pula waktu yang dibutuhkan
untuk mencapai suhu kesetimbangan inti dan isolasi kabel.
Kata kunci : Kabel, isolasi, suhu setimbang, pipa PVC
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
berkat dan anugerah-Nya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis
dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:
PENGARUH KETEBALAN ISOLASI KABEL LISTRIK DALAM PIPA
PVC TERHADAP KESETIMBANGAN SUHU KABEL.
Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk
menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang antara lain kepada :
1. Orangtua saya Drs.Lumongga Simanjuntak dan Mariani Tambunan, BA
beserta saudara-saudari saya Win Ray Simanjuntak, Grace Simanjuntak,
Cherish Simanjuntak Crown Ita Simanjuntak dan Bribing Simanjuntak, juga
Oppung saya Oppung Bakti dan Bou saya Dahlia Simanjuntak serta semua
saudara dan orang tua yang tidak saya sebutkan satu persatu, yang selalu
membimbing, mendoakan dan selalu sabar mendukung Penulis dalam
menyelesaian Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, Bapak
Ir.Hendra Zulkarnaen, dan Ibu Ir.Windalina Syafiar selaku dosen penguji
yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
3. Bapak Fakhruddin Rizal Batubara, ST, M.T.I selaku dosen wali penulis.
4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro FT. USU
5. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
7. Teman Kerja Praktek di PLTBS Sei Mangke : Samson Tambunsaribu,
Alfonso Siregar, Fransisco Simanihuruk dan Joseph Martua Napitupulu.
ii
Universitas Sumatera Utara
8. Rekan-rekan Penulis stambuk 2009, khususnya teman sekaligus sahabatsahabat Sendok Community yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
9. Serta untuk semua yang telah mendukung penyelesaian tugas akhir ini yang
tidak dapat disebutkan penulis satu per satu.
Penulis sadar bahwa tugas akhir ini masih kurang sempurna oleh karena itu
penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi memperbaiki
tugas akhir ini. Akhir kata semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi penulis dan
pembaca.
Medan,
Desember 2015
Penulis,
Thanks F.S
iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ....................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii
DAFTAR ISI .................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................ x
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah....................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ................................................................................ 1
1.3
Tujuan Penulisan .................................................................................. 1
1.4
Manfaat Penelitian ............................................................................... 2
1.5
Batasan Masalah .................................................................................. 2
1.6
Metodologi Penulisan .......................................................................... 2
1.7
Sistematika Penulisan .......................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Perpindahan Panas ............................................................................... 4
2.1.1
Konduksi .................................................................................. 4
2.1.1.1 Laju Perpindahan Panas ............................................... 4
2.1.1.2 Konduksi pada bidang Datar ........................................ 7
2.1.1.3 Konduksi pada Silinder ................................................ 9
2.2
2.1.2
Konveksi .................................................................................. 11
2.1.3
Radiasi...................................................................................... 12
2.1.4
Perpindahan Panas Pada Kabel ................................................ 13
Bahan Isolasi ........................................................................................ 16
2.2.1
Sifat Kelistrikan ....................................................................... 16
2.2.1.1 Kekuatan Dielektrik.................................................... 16
2.2.1.2 Konduktansi ................................................................ 18
2.2.1.3 Rugi-Rugi Dielektrik .................................................. 20
2.2.1.4 Tahanan Isolasi ........................................................... 22
2.2.2
Sifat Terhadap Panas ................................................................ 24
2.2.3
Sifat Kimia ............................................................................... 25
2.2.3.1 Sifat Kemampuan Larut ............................................. 25
iv
Universitas Sumatera Utara
2.2.3.2 Resistansi Kimia ......................................................... 26
2.2.3.3 Higroskopisitas ........................................................... 26
2.2.3.4 Permeabilitas Uap ....................................................... 26
2.2.3.5 Pengaruh Tropis.......................................................... 27
2.2.3.6 Resistansi Radiasi ....................................................... 27
2.2.4
Sifat-sifat Mekanis ................................................................... 28
2.2.4.1 Kekuatan (Strength).................................................... 28
2.2.4.2 Modulus Elastisitas..................................................... 28
2.2.4.3 Kekerasan ................................................................... 29
BAB III METODOLOGI
3.1
Umum .................................................................................................. 30
3.2
Waktu dan Tempat Penelitian .............................................................. 30
3.3
Objek Penelitian ................................................................................... 30
3.4
Variasi Pengukuran .............................................................................. 30
3.5
Teknik Analisa Data ............................................................................ 30
3.6
Alat dan Bahan Pengujian .................................................................... 31
3.7
Rangkaian dan Prosedur Pengujian ..................................................... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Data Hasil Percobaan ........................................................................... 35
4.2
Analisa Data ......................................................................................... 35
4.2.1
Menentukan Suhu Setimbang Kabel .......................................
36
4.2.2
Menentukan Ketebalan Isolasi Kabel ......................................
36
4.2.3
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dalam PVC
Berdiameter 0.5 inchi ...............................................................
36
4.2.4
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dalam PVC
Berdiameter 0.75 Inchi .............................................................
40
v
Universitas Sumatera Utara
4.2.5
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dalam PVC
Berdiameter 1.25 Inchi .............................................................
43
4.2.6
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dalam PVC
Berdiameter 1.5 Inchi ...............................................................
47
4.2.7
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dengan Tebal Isolasi
2.07 mm ...................................................................................
51
4.2.8
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dengan Tebal Isolasi
2.62 mm ...................................................................................
55
4.2.9
Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dengan Tebal Isolasi
2.99 mm ...................................................................................
59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 63
5.2 Saran ................................................................................................. 63
Daftar Pustaka ................................................................................................. 64
Lampiran A
Lampiran B
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Perpindahan laju panas pada sebuah konduktor .................... 5
Gambar 2.2
Konduktifitas pada bidang ..................................................... 7
Gambar 2.3
Dinding konduktor yang yang terdiri dari tiga lapisan .......... 8
Gambar 2.4
Analogi listrik aliran panas pada konduktor berlapis tiga ..... 8
Gambar 2.5
Aliran radial panas di dalam silinder ..................................... 9
Gambar 2.6
Analogi listrik aliran panas pada silinder ............................... 10
Gambar 2.7
Silinder berlapis dan analogi listrik ....................................... 10
Gambar 2.8
Perpindahan panas konveksi dari suatu plat .......................... 11
Gambar 2.9
Perpindahan panas pada kawat telanjang dan analogi listrik 13
Gambar 2.10
Perpindahan panas pada kabel berisolasi dan analogi listrik 15
Gambar 2.11
Perpindahan panas pada kabel berisolasi rangkap dan analogi
listriknya ............................................................................... 16
Gambar 2.12
Medan elektrik dalam dielektrik ......................................... ...17
Gambar 2.13
Konduksi pada suatu bahan dielektrik ..................................... 19
Gambar 2.14
Rangkaian ekivalen suatu dielektrik ........................................ 20
Gambar 2.15
Rangkaian ekivalen penyederhanaan ....................................... 21
Gambar 2.16
Komponen arus dielektrik ........................................................ 21
Gambar 2.17
Arus pada suatu dielektrik ....................................................... 23
Gambar 2.18
Pengaruh tegangan terhadap tahanan isolasi ............................ 23
Gambar 2.19
Perubahan tahanan terhadap waktu .......................................... 24
Gambar 3.1
Isolasi dari bahan polyolefin .................................................... 31
Gambar 3.2
Rangkaian percobaan ............................................................... 32
Gambar 3.3
Pemanasan kabel yang telah diberi isolasi ............................... 33
Gambar 3.4
Posisi kabel dan thermometer pada saat pengukuran............... 33
Gambar 4.1
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu inti kabel
dalam pipa PVC 0.5 inchi ........................................................ 37
Gambar 4.2
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu isolasi
kabel dalam pipa PVC 0.5 inchi .............................................. 38
Gambar 4.3
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan waktu mencapai
suhu setimbang pada pipa PVC 0.5 Inchi .............................. 39
vii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan suhu setimbang
pada pipa PVC 0.5 Inchi ........................................................ 40
Gambar 4.5
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu inti kabel
dalam pipa PVC 0.75 inchi .................................................... 41
Gambar 4.6
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu isolasi
kabel dalam pipa PVC 0.75 inchi .......................................... 42
Gambar 4.7
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan waktu mencapai
suhu setimbang pada pipa PVC 0.75 Inchi ............................ 42
Gambar 4.8
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan suhu setimbang
pada pipa PVC 0.75 Inchi ...................................................... 43
Gambar 4.9
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu inti kabel
dalam pipa PVC 1.25 inchi .................................................... 44
Gambar 4.10
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu isolasi
kabel dalam pipa PVC 1.25 inchi .......................................... 45
Gambar 4.11
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan waktu mencapai
suhu setimbang pada pipa PVC 1.25 Inchi ............................ 46
Gambar 4.12
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan suhu setimbang
pada pipa PVC 1.25 Inchi ...................................................... 47
Gambar 4.13
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu inti kabel
dalam pipa PVC 1.5 inchi ...................................................... 48
Gambar 4.14
Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu isolasi
kabel dalam pipa PVC 1.5 inchi ............................................ 49
Gambar 4.15
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan waktu mencapai
suhu setimbang pada pipa PVC 1.5 Inchi .............................. 50
Gambar 4.16
Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan suhu setimbang
pada pipa PVC 1.5 Inchi ........................................................ 50
Gambar 4.17 Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu inti kabel
berisolasi 2.07 mm ................................................................. 52
Gambar 4.18
Grafik hubungan antara diameter PVC dengan waktu mencapai
suhu setimbang....................................................................... 52
Gambar 4.19
Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu isolasi
kabel berisolasi 2.07 mm ....................................................... 54
viii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.20
Grafik hubungan antara diameter pipa PVC dengan suhu
setimbang ............................................................................... 54
Gambar 4.21
Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu inti kabel
berisolasi 2.62 mm ................................................................. 56
Gambar 4.22
Grafik hubungan antara diameter PVC dengan waktu mencapai
suhu setimbang....................................................................... 56
Gambar 4.23
Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu isolasi
kabel berisolasi 2.62 mm ....................................................... 58
Gambar 4.24
Grafik hubungan antara diameter pipa PVC dengan suhu
setimbang ............................................................................... 58
Gambar 4.25
Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu inti kabel
berisolasi 2.99 mm ................................................................. 60
Gambar 4.26
Grafik hubungan antara diameter PVC dengan waktu mencapai
suhu setimbang....................................................................... 60
Gambar 4.27
Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu isolasi
kabel berisolasi 2.99 mm ....................................................... 62
Gambar 4.28
Grafik hubungan antara diameter pipa PVC dengan suhu
setimbang ............................................................................... 62
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Konduktifitas thermal berbagai bahan ..................................... 6
Tabel 2.2
Koefisien perpindahan panas konveksi .................................... 12
Tabel 2.3
Klasifikasi bahan isolasi ........................................................... 24
Tabel 2.4
Permeabilitas beberapa bahan .................................................. 27
Tabel 2.5
Contoh isolator dan sifat mekanis terpenting ........................... 28
Tabel 4.1
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 0.5 inci ......................................... 37
Tabel 4.2
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 0.5 inchi ....................................... 38
Tabel 4.3
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel pada pipa PVC 0.5 Inchi................................................. 39
Tabel 4.4
Tabel 4.4 Suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 0.5
Inchi ......................................................................................... 39
Tabel 4.5
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 0.75 inchi ..................................... 40
Tabel 4.6
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 0.75 inchi ..................................... 41
Tabel 4.7
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel pada pipa PVC 0.75 Inchi............................................... 42
Tabel 4.8
Suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 0.75 Inchi
.................................................................................................. 43
Tabel 4.9
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 1.25 inchi ..................................... 43
Tabel 4.10
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 1.25 inchi ..................................... 44
Tabel 4.11
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel pada pipa PVC 1.25 Inchi............................................... 46
Tabel 4.12
Suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 1.25 Inchi
.................................................................................................. 46
x
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.13
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 1.5 inchi ....................................... 47
Tabel 4.14
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi
bervariasi dalam pipa PVC 1.5 inchi ....................................... 48
Tabel 4.15
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel pada pipa PVC 1.5 Inchi................................................. 49
Tabel 4.16
Suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 1.5 Inchi
.................................................................................................. 50
Tabel 4.17
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi 2.07
mm ........................................................................................... 51
Tabel 4.18
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel ......................................................................................... 51
Tabel 4.19
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi 2.07
mm ........................................................................................... 53
Tabel 4.20
Suhu setimbang isolasi kabel ................................................... 53
Tabel 4.21
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi 2.62
mm ........................................................................................... 55
Tabel 4.22
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel ......................................................................................... 55
Tabel 4.23
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi 2.62
mm ........................................................................................... 57
Tabel 4.24
Suhu setimbang isolasi kabel ................................................... 57
Tabel 4.25
Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi 2.99
mm ........................................................................................... 59
Tabel 4.26
Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi
kabel ......................................................................................... 59
Tabel 4.27
Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi 2.99
mm ........................................................................................... 61
Tabel 4.28
Suhu setimbang isolasi kabel ................................................... 61
xi
Universitas Sumatera Utara