Pengaruh Tekanan Mekanis Terhadap Tegangan Tembus Dielektrik Kertas Terimpregnasi Minyak

PENGARUH TEKANAN MEKANIS TERHADAP TEGANGAN
TEMBUS DIELEKTRIK KERTAS TERIMPREGNASI MINYAK

Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh :
GOMGOM SIHOMBING
120402042

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara


ABSTRAK
Kertas sebagai isolasi pada peralatan listrik selalu dikombinasikan dengan
bahan impregnasi yaitu minyak isolasi. Pada pengoperasiannya arus yang
mengalir akan menimbulkan tekanan mekanis dan untuk mengatasinya isolasi
perlu dirancang untuk mampu menahan gangguan akibat

mekanis ataupun

elektrik. Paper ini bertujuan mengetahui besar pengaruh tekanan mekanis terhadap
tegangan tembus dielektrik kertas terimpregnasi minyak pada beberapa kondisi
yaitu sebelum, sesudah diimpregnasi serta kenaikan suhu minyak dari 35°C 85°C. Untuk mendapatkan hasil maka dilakukan pengujian menggunakan
tegangan AC dengan mengasumsikan tekanan mekanis sebagai pemberat 0 – 3 Kg
dan elektroda pelat-pelat berbentuk lingkaran terpasang di bejana uji. Dari analisis
hasil penelitian terlihat semakin besar tekanan mekanis maka persentase
penurunan nilai tegangan tembus kertas semakin besar. Persentase penurunan
tegangan tembus terbesar sebelum kertas diimpregnasi minyak sebesar 33,93%,
sesudah diimpregnasi minyak sebesar 16,06%, serta kenaikan suhu minyak 35°C
sebesar 21,48%, suhu minyak 45°C sebesar 17,82%, suhu minyak 55°C sebesar
21,92%, suhu minyak 65°C sebesar 25,06%, suhu minyak 75°C sebesar 33,23%,
dan suhu minyak 85°C sebesar 19,88%. Selain itu kertas diimpregnasi minyak

pada berbagai kondisi mengakibatkan

tegangan tembus semakin besar

dibandingkan sebelum diimpregnasi. Namun semakin tinggi suhu minyak maka
tegangan tembus kertas menurun. Dari hasil pengujian juga diperoleh bahwa
kenaikan suhu minyak yang terlalu tinggi akan menyebabkan kertas lebih mudah
rusak.
Kata kunci : Tekanan mekanis, Kertas, Tegangan tembus, Impregnasi

i
Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur saya ucapkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa
yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
Tugas akhir ini merupakan bagian kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:
PENGARUH TEKANAN MEKANIS TERHADAP TEGANGAN TEMBUS
DIELEKTRIK KERTAS TERIMPREGNASI MINYAK
Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak
terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena
itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada
beberapa pihak yang berperan penting yaitu :
1.

Buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya, Bapakku
tercinta Lukman Sihombing dan Mamaku tersayang Mindo Manullang
yang telah memberikan dukungan finansial,motivasi,semangat,dan nasihat
kepada saya. Ku persembahkan Tugas Akhir ini untuk Bapak, Mama dan
Saudara/i Kak Riando, Bang Henry, dan Bang Guna.

2.

Bapak Ir. Hendra Zulkarnain selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah
banyak


meluangkan

waktu

dan

memberikan

bimbingan

dalam

menyelesaikan tugas akhir ini.
3.

Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

ii
Universitas Sumatera Utara


4.

Bapak Rahmad Fauzi S.T, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5.

Ibu Syiska Yana S.T, M.T dan Bapak Ir. Syahrawardi selaku dosen
penguji penulis yang banyak memberikan masukan dan arahan selama
proses pengerjaan Tugas Akhir ini.

6.

Bapak Ir. Syahrawardi selaku Kepala Laboratorium Tegangan Tinggi yang
telah mengijinkan penulis untuk mengambil data di Laboratorium
Tegangan Tinggi FT-USU.

7.


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

8.

Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro,Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.

9.

Teman seperjuangan saya di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi TA.
2015/2016 yaitu Andika, Ellyani, Nova, dan Salim banyak memberi
semangat dan masukan dalam pengerjaan Tugas Akhir.

10. Sahabat-sahabat saya yaitu valentino, begin, ray calvin

yang banyak

memberi semangat dan dengan kerelaan hati meluangkan waktunya untuk
membantu pengambilan data Tugas Akhir.

11. Sahabat-sahabat stambuk 2012 yang telah banyak memberikan masukan,
doa dan semangat selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
12. Adik - adik stambuk 2013 dan 2014

yang telah banyak memberikan

masukan, doa dan semangat selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
13. Serta untuk semua yang telah mendukung penyelesaian Tugas Akhir ini
yang tidak dapat disebutkan penulis satu persatu.

iii
Universitas Sumatera Utara

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk
menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini
dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, 21 September 2016

Penulis,

Gomgom Sihombing
NIM. 120402042

iv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
ABSTRAK ......................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ....................................................................................... ii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................ 2
1.3 Batasan Masalah ............................................................................... 2
1.4 Tujuan Penelitian.............................................................................. 3
1.5 Manfaat Penelitian............................................................................ 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Tekanan Mekanis ........................................................... 4
2.2 Proses Terbentuknya Kertas ............................................................. 5
2.3 Dielektrik .......................................................................................... 6
2.4 Media Impregnasi Dielektrik ........................................................... 8
2.4.1 Minyak Isolasi Mineral .......................................................... 8
2.4.2 Faktor – Faktor Penyebab Pemburukan Minyak Isolasi ........ 9
2.5 Tegangan Tembus ............................................................................ 11
2.6 Mekanisme Tegangan Tembus Pada Dielektrik Padat ..................... 13
2.7 Pengaruh Tekanan Mekanis Terhadap Tegangan Tembus
Dielektrik padat ................................................................................ 15
2.8 Penggunaan Dielektrik ..................................................................... 16
2.8.1 Penggunaan Pada Transformator Daya .................................. 16
2.8.2 Penggunaan Pada Mesin Berputar........................................... 17

v
Universitas Sumatera Utara

2.8.3 Penggunaan Pada Circuit Breaker ........................................... 17
2.8.4 Penggunaan Pada Pada Kabel ................................................. 18

2.8.5 Penggunaan Pada Kapasitor Daya........................................... 20
2.8.6 Penggunaan Pada Peralatan Elektronik ................................... 21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Umum ............................................................................................... 22
3.2 Waktu dan Tempat Penelitian .......................................................... 22
3.3 Alat dan Bahan ................................................................................. 22
3.4 Rangkaian Pengujian ........................................................................ 28
3.5 Prosedur Percobaan .......................................................................... 29
3.5.1 Prosedur Percobaan Tegangan Tembus Tanpa Minyak ........... 29
3.5.2 Prosedur Percobaan Tegangan Tembus Dengan Minyak......... 30
3.6 Diagram Alir Pengujian ................................................................... 33
3.6.1 Diagram Alir Pengujian Tegangan Tembus Tanpa Minyak .... 33
3.6.2 Diagram Alir Pengujian Tegangan Tembus Dengan Minyak .. 34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Tegangan Tembus Kertas Tanpa Minyak ....................... 35
4.2 Pengujian Tegangan Tembus Kertas Dengan Minyak ..................... 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan....................................................................................... 86
5.2 Saran ................................................................................................. 87
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 88

LAMPIRAN
Lampiran 1. Data Percobaan. ........................................................................... 90

vi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Medan elektrik dalam dielektrik .................................................. 12
Gambar 2.2 Grafik kegagalan isolasi ............................................................... 13
Gambar 2.3 Kontruksi kapasitor bank ............................................................. 21
Gambar 3.1 Trafo uji ........................................................................................... 23
Gambar 3.2 Tahanan peredam ............................................................................ 23
Gambar 3.3 Elektroda pengujian......................................................................... 24
Gambar 3.4 Barometer/humiditymeter/thermometer digital............................... 24
Gambar 3.5 Voltmeter digital ............................................................................. 25
Gambar 3.6 Thermometer alkohol ...................................................................... 25
Gambar 3.7 Beban pemberat ............................................................................... 26
Gambar 3.8 Bejana uji......................................................................................... 27
Gambar 3.9 Kertas Uji ........................................................................................ 27
Gambar 3.10 Rangkaian Daya dan Kontrol Pengujian Tegangan Tembus
Kertas sebelum dan sesudah diberi minyak..............................

28

Gambar 3.11 Diagram Alir Pengujian Tegangan Tembus Tanpa Minyak ......... 33
Gambar 3.12 Diagram Alir Pengujian Tegangan Tembus Dengan Minyak ....... 34
Gambar 4.1 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap
kenaikan pemberat pada kertas 3 lapisan tanpa minyak ............... 36
Gambar 4.2 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap
kenaikan pemberat pada kertas 4 lapisan tanpa minyak ............... 37
Gambar 4.3 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap
kenaikan pemberat pada kertas 5 lapisan tanpa minyak ............... 38
Gambar 4.4 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap
kenaikan pemberat pada kertas 6 lapisan tanpa minyak ............... 39

vii
Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.5 Penurunan tegangan tembus tiap lapisan kertas tanpa minyak ..... 40
Gambar 4.6 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 28°C .......... 42
Gambar 4.7 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 28°C .......... 43
Gambar 4.8 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 28°C .......... 44
Gambar 4.9 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 28°C .......... 45
Gambar 4.10 Penurunan tegangan tembus tiap lapisan kertas dengan minyak.. 46
Gambar 4.11 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 35°C .......... 48
Gambar 4.12 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 35°C .......... 49
Gambar 4.13 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 35°C .......... 50
Gambar 4.14 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 35°C .......... 51
Gambar 4.15 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 35°C .............. 52
Gambar 4.16 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 45°C ......... 54
Gambar 4.17 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 45°C ......... 55
Gambar 4.18 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 45°C .......... 56

viii
Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.19 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 45°C .......... 57
Gambar 4.20 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 45°C .............. 58
Gambar 4.21 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 55°C ......... 60
Gambar 4.22 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 55°C ......... 61
Gambar 4.23 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 55°C .......... 62
Gambar 4.24 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 55°C .......... 63
Gambar 4.25 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 55°C .............. 64
Gambar 4.26 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 65°C ......... 66
Gambar 4.27 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 65°C ......... 67
Gambar 4.28 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 65°C .......... 68
Gambar 4.29 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 65°C .......... 69
Gambar 4.30 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 65°C .............. 70
Gambar 4.31 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 75°C ......... 72
Gambar 4.32 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 75°C ......... 73

ix
Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.33 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 75°C .......... 74
Gambar 4.34 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 75°C .......... 75
Gambar 4.35 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 75°C .............. 76
Gambar 4.36 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 85°C ......... 78
Gambar 4.37 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 85°C ......... 79
Gambar 4.38 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 85°C .......... 80
Gambar 4.39 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan
pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 85°C .......... 81
Gambar 4.40 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 85°C .............. 82
Gambar 4.41 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap tekanan
mekanis pada berbagai kondisi ..................................................... 85

x
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Isolasi Baru ....................................................... 9
Tabel 2.2 Jenis Bahan Dielektrik...................................................................... 19
Tabel 4.1 Tegangan tembus kertas tanpa minyak ............................................ 35
Tabel 4.2 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 28°C ........................ 41
Tabel 4.3 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 35°C ........................ 46
Tabel 4.4 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 45°C ........................ 51
Tabel 4.5 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 55°C ........................ 57
Tabel 4.6 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 65°C ........................ 62
Tabel 4.7 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 75°C ........................ 68
Tabel 4.8 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 85°C ........................ 73
Tabel 4.9 Rata-rata persentase penurunan tegangan tembus ............................ 83

xi
Universitas Sumatera Utara