EFEK KONTAMINAN PADA BAHAN ISOLASI RESIN EPOKSI YANG MENGALAMI PERLAKUAN FILLER BERBEDA TERHADAP KINERJA SUDUT HIDROFOBIK

ISBN : 978-979-16366-0-5

B.22

EFEK KONTAMINAN PADA BAHAN ISOLASI RESIN EPOKSI YANG MENGALAMI PERLAKUAN FILLER BERBEDA TERHADAP KINERJA SUDUT HIDROFOBIK Wa Ode Zulkaida1 dan Siti Nawal Jaya2, (1&2)

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Haluoleo Jl. Mayjend. S. Parman Tlp (0401) 327506 Kendari 93121, E-mail : [email protected]

ABSTRAK Penelitian ini melaporkan hasil eksperimen Laboratorium terhadap bahan isolasi resin epoksi jenis DGEBA berbahan pengeras MPDA dengan bahan pengisi pasir silika dicampur silicon rubber, yang terkontaminasi polutan buatan dan perlakuan uv bervariasi pada kondisi iklim tropis. Penelitian ini dilatar belakangi oleh kondisi geografis Indonesia sebagai Negara kepulaun yang pemakaian tenaga listriknya kebanyakan berada dipesisir pantai. Daerah tropis seperti Indonesia memiliki faktor iklim lebih tinggi di banding daerah subtropis, ditandai dengan lamanya penyinaran matahari sekitar 12 jam pada siang hari dengan temperatur udara antara 16-35 OC. Penggunaan bahan isolasi polimer untuk isolator tegangan tinggi pasangan luar akan mengalami pengaruh simultan dari terpaan iklim dan cuaca. Akumulasi lapisan kontaminan pada permukaan bahan isolasi yang mengalami perlakuan uv akan memperburuk sifat hidrofobik. Eksperimen ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kontaminan polutan parangtritis terhadap kinerja filer yang dicampurkan pada bahan dasar resin epoksi DGEBA berpematang MPDA dengan tolak ukur kinerja yang diteliti adalah sifat hidrofobik bahan isolasi yang mengalami perlakuan uv dan filer berbeda. Sampel dalam eksperimen ini berbentuk persegi berukuran (70 x 70 x 5 mm). Dengan tahap eksperimen:1) pembuatan sampel uji pada temperatur rtv; 2) penyemprotan polutan buatan; 3) perlakuan uv; 4) pengukuran sudut hidrofobik; 5) perhitungan kadar kontaminan. Hasil uji hidrofobik mencapai sudut 1300 untuk sampel dengan filer 60 %. Kesimpulan dari eksperimen ini menunujukkan bahwa kinerja sifat hidrofobik akan naik seiring dengan perlakuan uv yang lama dan kenaikan prosentase filer, namun turun dengan jumlah polutan yang besar dalam takaran esdd. Kata kunci : Sudut Hidrofobik, Filler, UV dan kontaminan keramik,gelas dan porselin.Bahan tersebut

1. Pengantar Tenaga listrik merupakan kebutuhan primer yang diperlukan secara kontinyu oleh seluru lapisan masyarakat mulai tingkat bawah,menengah

dan

tinggi,lembaga

pendidikan,pemerintahan,swasta,industri,perto koan,pabrik sampai tempat hiburan lainya. Kontinyuitas kebutuhan akan listrik harus ditunjang oleh penyaluran sistem tenaga listrik yang juga diharapkan harus kontinyu, aman dan efisien. Kualitas penyaluran sistem tenaga listrik baik transmisi maupun distribusi sangat ditentukan oleh kinerja isolator yang dipakai

(outdoor)

yang

kondisi lingkungan yang lembab atau hujan disertai keadaan yang terkontaminasi.Isolator dengan

isolator dipakai

pasangan di

luar

Indonesia

bahan

dasar

keramik,gelas

dan

porselin cenderung memiliki sifat hidrofobik rendah yakni hanya memilki sudut kontak dengan air kurang dari 30o, kondisi ini masuk dalam

kategori

hydrophilic

(Awad

et

al,1999), sehingga jika dioperasikan pada lingkungan

yang

kelistrikannya

tidak

kurang

kondusif baik

yaitu

kinerja tidak

maksimal mencegah terbentuknya lapisan air pada

dalam penyaluran. Umumnya

memiliki kelemahan jika diterapkan pada

permukaan

isolator,sehingga

konduktivitas permukaan isolator menjadi tinggi dengan demikian arus bocor ikut tinggi.

mempunyai bahan dasar yang terbuat dari

Proceedings Seminar Nasional Teknik Ketenagalistrikan (SNTK) 2007 Universitas Hasanuddin Makassar, 17 – 18 Juli 2007

B - 57

ISBN : 978-979-16366-0-5

B.22

Silicone rubber merupakan salah satu

berat molekul rendah (BMR) yang mendorong

bahan polimer yang mulai diperkenalkan

pergerakan molekul silicon dari bagian tengah

untuk bahan isolator. Keuntungan utama

menuju

bahan ini dibandingkan keramik /porselin dan

terkontaminasi.

kepermukaan

bahan

yang

Sifat hidrofobik permukaan bahan

polimer lainnya adalah unggul terhadap polusi air

isolasi dinotasikan dengan besarnya sudut

(hydrophobicity) tahan gempa, murah, ringan,

kontak antara bahan yang terkena kontaminasi

muda

bersamaan dengan tetesan air permukaan yang

karena

memiliki

sifat

tolak

penanganan/pemasangannya

serta

sifatnya yang mudah disesuaikan melalui

mengenai

bahan aditif (Champion,1993).

menurun pada saat awal terkontaminasi,

Sifat hidrofobik bahan polimer sangat

bahan

tersebut.

Sudut

kontak

Namun meningkat secara bertahab setelah

berperan penting sebagai bahan isolator

sifat

hidrofobik

pasangan luar karena saat kondisi lembab

kepermukaan.

ataupun hujan tidak akan terjadi pembasahan

Para

bahan

peneliti

sudut

kontak

telah

tertransfer

mengklasifikasikan

yang signifikan karena permukaan bahan

bahwa

tetesan

air

pada

menolak air dengan sudut kontak lebih besar

permukaan bahan isolator yang kurang dari

o

300 dikategorikan basah (hydrophilic), antara

Mengingat pentingnya sifat hidrofobik

(30-89)0 kategori basah sebagian (partially

harus dimiliki oleh bahan isolator maka

wetted) dan yang lebih besar dari 900 kategori

penelitian kali ini dipandang perlu mengkaji

tolak air (hydrophobicity).Kategori-kategori

bagaimana hubungan variabel bahan pengisi,

tersebut digambarkan :

dari 90 (Sirait et al,1998,Wang et al 1998).

perlakuan uv dan kandungan esdd terhadap kinerja sudut hidrofobik bahan isolator yang akan dipergunakan sebagai bahan isolator polimer pasangan luar.

θ 〈 90

θ ≈1800

air θ Bahan

Air

θ ≈00 air Bahan

Bahan

(a) Basahsebagian (b) Tidakbasah ( c) Basahkeseluruhan

2. Landasan teori Isolasi memisahkan

adalah secara

sifat elektrik

bahan

yang

dua

buah

µ

penghantar atau lebih yang bertegangan sehingga tidak terjadi kebocoran arus. Karet silikon (Silicone Rubber) yang ditangani silane merupakan salah satu bahan isolasi polimer yang dapat digunakan sebagai bahan

3. Metode Penelitian 1.

Bahan Uji

Bisphenol A

isolator karena memiliki sifat hidrofobik. Sifat hidrofobik adalah sifat yang dimiliki bahan

ini disebabkan karena terjadinya proses reaksi


Agen

pematang

Metaphylene-

Diamine

silicon, apabila dalam keadaan terpolusi mampu melindungi permukaan bahannya, Hal

Resin Epoksi Diglysidil Ether of

Silane (Silicone Rubber) terisi Kuarsa silica 325 mesh

B - 58

ISBN : 978-979-16366-0-5

B.22

Polutan ,Ka+ =1.2; Na++ = 183.3; Ca

++

= 35.135, Mg

++

= 28.807

Alat Penelitian

pada sampel uji yang digantung dalam lemari lewat lubang kecil dengan posisi 45o

dalam ppm 2.

penyemprotan secara kontinyu ±5 menit

antara sampel uji dengan penyemprotan.

Alat pengukur sudut kontak a. Satu

sudut

dilakukan denga cara simulasi radiasi UV

kontak yang dilengkapi kamera

dalam kotak disetting pada kapasitas

handycam

bellow

penyinaran

3

mikrozoom,pipet 50 mikroliter

gelombang

sekitar

dan timer

disinari

b. Satu

unit

Langkah ketiga penyinaran UV

pengukur

unit

proyektor

yang

data pengukuran via kamera d. Satu unit pencahayaan tidak

dengan

dengan

250

panjang

nm.

waktu

.Sampel

sesuai

yang

diinginkan.

dilengkapi grafik berskala c. Satu unit komputer transfer

V/cm

Langkah keempat mengukur sudut kontak hidrofobik dalam keadaan statis menggunakan”

Photographic

Camera”

yang diilustrasikan seperti berikut :

langsung

Alat ukur konduktivitas larutan

Pencahayaan tidak langsung

Kamerah digital Sampel uji

kontaminan a. Satu (1) buah konduktometer digital

dilengkapi

b. Gelas ukur cairan destilasi c. Wadah penempatan sampel uji Alat Pendukung lainnya seperti kompresor,timbagan digital,ember

Pertama-tama

menimbang

prosentase DGEBA dan MPDA dengan nilai Stoikiometri 1:1, Silika kuarsa dan Silikon Rubber dengan prosentase kenaikan 10% - 60%. Kemudian dicampur/diaduk ± 10 menit sampai rata. Setelah itu dituang dalam cetakan, ditekan dan dilakukan pengangkatan void kemudian dikeringkan.

polutan

parangtritis

plat

posisi horizontal dan ketinggianya secara tepat.

Kemudian

air

diteteskan

pada

permukaan sebanyak 50 µl dan mendapat penerangan secara tidak langsung agar

ditimbulkan oleh lampu. Kamera yang

Prosedur Penelitian

Langkah

pada

tidak terjadi penguapan akibat panas yang

dll. 3.

diletakan

sandaran yang dapat diatur keseimbangan

cairan kalibrasi

Sampel

dengan

kedua

pemberian

dilakukan

dengan

dilengkapi

mikrozoom

diatur

untuk

mendapatkan pembesaran gambar tetesan air

yang

fokus.

Waktu

pemotretan

dilakukan setelah 2 menit tetesan air diatas permukaan

sampel.

Hasil

pemotretan

diproses menjadi film negatif kemudian diukur

sudut

kontaknya

dengan

menggunakan suatu peralatn proyektor berskala. Selanjutnya sudut kontak sisi kiri dan kanan diukur dengan menggunakan busur derajat.

4. Hasil dan Pembahasan


B - 59

ISBN : 978-979-16366-0-5

B.22

a.

Hasil pengukuran sudut kontak hidrofobik I SAMPEL RUJUKAN Sudut kiri Sudut kanan Sudut hidrofobik Type sampel Filler (%) (derajat) (derajat ) (derajat)

Rerata Hidrofobik (derajat )

85 R9F1 10 85 85 85 95 R8F2 20 95 95 95 95 R7F3 30 100 90 95 100 R6F4 40 100 100 100 105 R5F5 50 110 100 105 110 R4F6 60 110 110 110 II. SAMPEL UV 1H, POLUTAN A Rerata III. SAMPEL UV 2 H, POLUTAN B Rerata hidrofobik θ k  iri θ k  anan θ hidrofobik θ kiri θ k  anan θ hidrofobik Type Filler hidrofobik Type Filler (derjt) sampel (%) (derjt ) (derj ) (derajat) ( derajat ) sampel (%) (derajt ) (derjt) (derjt) 70 80 R9F1 10 70 70 70 R9F1 10 80 80 80 75 90 R8F2 20 80 70 75 R8F2 20 90 90 90 80 90 R7F3 30 80 80 80 R7F3 30 90 90 90 80 97.5 R6F4 40 80 80 80 R6F4 40 100 95 97.5 85 100 R5F5 50 90 80 85 R5F5 50 100 100 100 90 105 R4F6 60 90 90 90 R4F6 60 110 100 105 IV. SAMPEL UV 3 H, POLUTAN C V. SAMPEL UV 4H, POLUTAN E Rerata Rerata Type Filler θ kiri θ kanan θ hidrofobik hidrofobik Type Filler θ kiri θ kanan θ hidrofobik hidrofobik (derj ) sampel (%) (derjt ) (derj ) (derj ) sampel (%) (derjt ) (derj ) (derjt ) (derjt ) R9F1 R8F2 R7F3 R6F4 R5F5 R4F6

10 20 30 40 50 60

85 80 90 100 170 115

85 80 90 100 100 100

85 80 90 100 105 107.5

85 80 90 100 105 107.5

R9F1 R8F2 R7F3 R6F4 R5F5 R4F6

10 20 30 40 50 60

80 90 95 11 110 130

80 80 95 100 110 130

80 85 95 105 110 130

80 85 95 105 110 130

Grafik sudut hidrofobik terhadap esdd, filler dan uv


B - 60

ISBN : 978-979-16366-0-5

B.22

memperbaiki

hidrofobik

bahan

sebesar

140

R9F1 R7F3 R5F5

SUDUT HIDROFOBIK (derajat)

130 120

o

R8F2 R6F4 R4F6

lebih

5.6286

signifikan

dibanding

penurunanan sudut yang hanya sebesar

110 100

0.6660 oleh kenaikan esdd setiap 0.001

90

mg/cm2. Signifikan pengaruh filler terhadap

80 70 60 0

1

2

3

4

y = 5,1786x 2 - 14,964x + 107,36

y = 1,7857x 2 - 8,6429x + 91,571

y = 2,1429x 2 - 7,5714x + 92,286

R2 = 0,8611

R2 = 0,2686

R2 = 0,4952

y = 1,0714x 2 - 3,7857x + 81,143

y = 2,5643x 2 - 7,2571x + 95,539

R2 = 0,1238

UV (hari)

kinerja hidrofobik lebih diperkuat oleh perlakuan uv yang juga meningkatkan sudut

y = 2,8571x 2 - 8,4286x + 100,71 R2 = 0,5521

R2 = 0,493

hidrofobik sebesar 1.960. Secara parsial hidrofobik tertinggi mencapai sudut 130o

b. Hubungan sudut hidrofobik terhadap esdd, filler dan lama uv

pada sampel R4F6 UV- 4 hari dengan polutan terbanya. Maka dapat disimpulkan bahwa bahan isolasi dengan filler yang baik tetap

dapat

mempertahankan

kinerjanya

walaupun diterapkan pada daerah berpolutan yang tinggi. Fenomena hasil pengukuran diatas disebabkan karena sifat dominant silicon rubber yang semakin lama dikenai uv akan menyebabkan migrasi pergerakan molekuler silicon dari bagian tengah sampel menuju kepermukaan yang terkontaminasi. Proses pergerakan

ini

terjadi

karena

adanya

peristiwa difusi BMR (berat molekul rendah) dari ruah (bulk) kelapisan polutan yang dipercepat oleh penerapan uv dan kenaikan temperature lingkungan. c.

Hubungan sudut hidrofobik, lama perlakuan uv dan esdd

θ

HIDROFOB

= 97.6796 − 666.8983 ESDD ; R 2 = 0.0615 = 73.7999 + 0.05629 FILLER ; R 2 = 0.566 R 2 = 0.0470

= 89.58333 + 1.9583 UV ;

Kinerja

sudut

hidrofobik

lebih

dominant ditentukan oleh filler dibanding pengaruh lingungan, Ini dapat dilihat dari setiap kenaikan

prosentase

filler

10%

dapat


B - 61

ISBN : 978-979-16366-0-5

θ

HIDROFOB

B.22

= 92 . 4082 + 10 . 357 UV

− 3130 . 9394 ESDD ; R 2 = 0 . 5372

terhadap Hubungan ini menujukan bahwa kinerja sudut

hidrofobik

dipengaruhi

esdd

lebih dibanding

masing-masing

hidrofobik

lebih

diperkuat lagi oleh kondisi perlakuan uv

dominant yang juga dapat meningkatkan besar

dengan

sudut hidrofobik bahan uji sebesar 1.960 .

pengaruh dari uv sebesar koefisien regresi mereka

kinerja

dengan

factor

2.

Signifikansi

pengaruh

kondisi

iklim

normalisasi 92.41 pada nilai signifikan 53.72%. Dapat disimpulkan bahwa setiap kenaikan kandungan esdd sebesar 0.001 mg/cm

2

disertai kenaikan perlakuan uv

(suhu, tekanan udara, kelembaban dan uv) terhadap kinerja dari masing-masing esdd, tegangan flashover, arus bocor dan sudut

setiap hari akan dapat memberikan besar hidrofobik bahan uji memutuskan bahwa

sudut hidrofobik bahan sebesar 7.23 0.

type sample terbaik yang memenuhi 5. Kesimpulan 1.

Kinerja

keempat kinerja dan uji mekanik diatas sudut

hidrofobik

sangat adalah bahan dengan filler 40% setelah

ditentukan

oleh

prosentase

filler itu filler 50% dan 60%.

dibanding pengaruh lingungan, Setiap 6. Daftar Pustaka kenaikan prosentase filler 10% akan memperbaiki hidrofobik bahan sebesar 5.6286o lebih signifikan dibanding dengan penurunanan sudut yang hanya 0.6660 terjadi akibat dari kenaikan esdd sebesar 0.001 mg/cm2. Signifikan pengaruh filler


Arismunandar, A., 1990, Teknik Tegangan Tinggi, edisi ke-7, Pradnya Paramita, Jakarta Berahim, H., 2002, “ Pengaruh Silane sebagai Bahan Pengisi terhadap Kinerja Material Isolasi RTV Resin Epoksi di Daerah Beriklim Tropis “, Seminar Nasional dan Workshop Teknik Tegangan Tinggi V, UGM, Jogjakarta Bruins, P.R. (1968), “ Epoxy Resin Technology “, Interscience Publisher,

B - 62

ISBN : 978-979-16366-0-5

Copyright by John Wiley & Sons, Inc., LCCCN : 68-21489,1-2 Dissado, L.A and Forhergill, J.C., 1992, “ Electrical Degradation and Breakdown in Polymer ”, Peter Peregrinus Ltd.,London Fernando,M.A.R.M and Gubanski,1999, “Leakage Current Patterns on Contaminated Polymeric Surface “, IEEE Transaction on Electrical Insulation , 6, no.5 Gorur, R.S., Karady, G.G., Jagota, A., Shah, M.m and Furumasu, B.C., 1992, “ Comparison of TRV Silicone Rubber Coatings Under Artificial Contamination in A Fog Chamber “, IEEE Transaction on Power Delivery, 7 (2) pp 713-719 IEC 60-1, 1989, “Artificial Pollution Test on High Voltage Insulator to be used on AC System”, Second Edition, Geneva Kahar N., Y., dan Sirait K.T., 1999, ”Kajian Awal Tentang Kemungkinan Penggunaan Epoksi Sikloalifatik Tuang (EST) Sebagai Material Isolasi Tegangan Tinggi di Indonesia”, Seminar Nasional dan Workshop Teknik Tegangan Tinggi II, pp D.2.1 – D.2.6, UGM, Yogyakarta Kind, D., 1993, Pengantar Teknik Eksperimental Tegangan Tinggi, Penerbit ITB, Bandung Looms, J.S., 1988, ”Insulator for High Voltage”, IEE Power Engineering Series 7, Peter Pregrinus Ltd. On behalfof the Institution of Electrical Engineers, London, 12-13 Lee, H., and Neville, K .,1976, “Hand Book Of Epoxy Resin” , Mc Graw-Hill Book Company Malik, N.H., Al-Arainy, A .A. Qureshi, M.I., 1998,” Electrical Insulation in Power System”, Marcel Dekker,Inc., New York Muhaimin, 1991, “Bahan – Bahan Listrik Untuk Politeknik”, Pradnya Paramita, Jakarta Sahu, R., 1976, “Accelerated Ageing of Polymer High Voltage Insulator Material Under UV Light and Temperature“, IEEE International Symposium on Electric Insulation, pp 24-27


B.22

Saunders, K. J., 1973, “Organic Polymer Chemitstery”, Juhn Weley & Sons, 382-384 Soerjani, M., 1996, “The Tropical Environment”, Proceedings of Electropic ’96, Jakarta, paper I.2 Salama,1999,”Studi sifat hidrofobik polimer silicone rubber untuk bahan isolator tegangan tinggi “, Jurnal Teknik Tegangan Tinggi I, ITB Bandung

B - 63

EFEK KONTAMINAN PADA BAHAN ISOLASI RESIN EPOKSI YANG MENGALAMI PERLAKUAN FILLER BERBEDA TERHADAP KINERJA SUDUT HIDROFOBIK

Recommend Documents