ANALISIS TEGANGAN TEMBUS MINYAK KELAPA SEBAGAI ISOLASI CAIR PADA VARIASI ELEKTRODA UJI Agung Prasetyo[1], Abdul Syakur, ST., MT.[2], M. Facta, ST., MT[3] Teknik Elektro Universitas Diponegoro Semarang ABSTRAK Isolasi adalah sifat atau bahan yang dapat memisahkan secara elektris dua buah penghantar agar tidak terjadi tembus yang tidak diinginkan. Menurut macam bahan yang dipakai, bahan isolasi dapat dibagi menjadi tiga golongan : yaitu isolasi padat, cair dan gas. Kemampuan isolasi dalam menahan tegangan tembus mempunyai batas-batas tertentu sesuai dengan material penyusun dan lingkungan sekitarnya. Apabila tegangan yang diterapkan melebihi kuat medan isolasi maka akan terjadi tembus atau breakdown yang menyebabkan terjadinya aliran arus antara peralatan tegangan tinggi. Tegangan tembus pada isolasi cair dipengaruhi beberapa hal antara lain temperatur, bentuk elektroda, sela elektroda, tingkat ketidakmurnian dan pergerakan dalam isolasi cair. Adanya ketidakmurnian sangat mempengaruhi kekuatan isolasi dalam mencegah terjadinya tembus antar dua peralatan tegangan tinggi yang diisolasi. Pengujian ini menggunakan sistem elektroda setengah bola-setengah bola, jarum-jarum dan bidang-jarum dengan sampel dielektrik cair minyak kelapa. Pengujian dilakukan dengan beberapa variasi antara lain variasi jarak sela, variasi diameter elektroda, variasi bentuk elektroda dan variasi posisi elektroda. Hasil pengujian menunjukkan nilai tegangan tembus pada dielektrik cair minyak kelapa sebesar 27,76 kV sehingga minyak kelapa dapat digunakan sebagai alternatif isolasi cair pada tegangan kerja ≤ 2.4 kV.
Kata kunci : isolasi cair, tegangan tembus, minyak kelapa I. 1.1
PENDAHULUAN Latar Belakang Pada peralatan tegangan tinggi khususnya transformator daya, isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan atau percikan listrik. Apabila tegangan yang diterapkan mencapai tingkat ketinggian tertentu maka bahan isolasi tersebut akan mengalami pelepasan muatan yang merupakan bentuk kegagalan listrik. Selama lebih dari seratus tahun minyak bumi digunakan sebagai bahan isolasi trafo. Bersadarkan trend dunia sekarang menuntut suatu produk yang aman dan ramah lingkungan, minyak trafo dirasa kurang aman dan kurang ramah lingkungan terutama yang berasal dari minyak bumi. Ada dua alasan yang harus dipertimbangkan dalam rangka mencari minyak trafo yang aman dan ramah lingkungan diantaranya : a. Isolasi cair yang berasal dari minyak bumi sulit terdegradasi, sedangkan minyak nabati dapat terdegradasi secara sempurna. b. Produk minyak bumi sewaktu-waktu dapat habis dan dibutuhkan waktu yang lama untuk mendapatkannya lagi, sedangkan minyak nabati persediaannya melimpah. Berdasarkan pertimbangan diatas maka dilakukan observasi terhadap minyak nabati yang dalam hal ini dipilih minyak kelapa. Untuk mengetahui kelayakan minyak kelapa sebagai alternatif isolasi cair maka dilakukan pengujian untuk mengetahui tegangan tembus minyak tersebut. 1. Mahasiswa Teknik Elektro 2. Pembimbing 1 3. Pembimbing 2
1.2
Tujuan Tujuan yang ingin dicapai dari penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui karakteristik tegangan tembus isolasi cair jenis minyak kelapa dengan menggunakan elektroda setengah bola – setengah bola dan elektroda jarum - jarum dengan menerapkan tegangan AC. 2. Mengetahui pengaruh posisi pengujian tegangan tembus isolasi cair secara vertikal dan horisontal. 3. Mengetahui pengaruh besar diameter elektroda terhadap tegangan tembus isolasi cair. 4. Mengetahui pengaruh jarak sela antara elektroda terhadap tegangan tembus isolasi cair khususnya minyak kelapa. 5. Mengetahui fenomena yang terjadi saat pengujian tegangan tembus isolasi cair khususnya minyak kelapa. 1.3
Pembatasan Masalah Pembahasan tugas akhir ini terbatas pada hal-hal sebagai berikut : 1. 2. 3. 4.
Sampel uji yang digunakan adalah minyak kelapa. Pengujian menggunakan sepasang elektroda setengah bola dan sepasang elektroda jarum. Elektroda setengah bola yang digunakan mempunyai diameter 60 mm, 50 mm, dan 40 mm. Elektroda jarum - jarum yang digunakan terdiri dari jarum tumpul diameter 15 mm dan jarum runcing diameter 10 mm dengan sudut 10º.
5. 6.
7.
8.
Jarak sela antara elektroda yang digunakan mulai 1.5 mm sampai 2.5 mm dengan interval 0.5 mm. Tegangan yang diterapkan untuk pengujian adalah tegangan AC (bolak-balik) frekuensi rendah 50 Hertz. Temperatur minyak kelapa yang digunakan adalah temperatur minyak kelapa pada suhu ruang yaitu sekitar 260 sampai 300 C. Analisa terbatas pada proses terjadinya tegangan tembus isolasi cair.
II 2.1
DASAR TEORI Pembangkitan Tegangan Tinggi AC Untuk pengujian tegangan tembus digunakan tegangan tinggi AC untuk membangkitkan tegangan tinggi arus bolak-balik. Trafo uji yang digunakan adalah trafo satu fasa, hal ini disebabkan pengujian biasanya dilakukan untuk setiap fasa. 2.2 Kekuatan Dielektrik Suatu dielektrik tidak mempunyai elektronelektron bebas, melainkan elektron-elektron yang terikat pada inti atom unsur yang membentuk dielektrik tersebut. Suatu misal suatu dielektrik ditempatkan diantara dua elektroda piring sejajar. Bila elektroda diberi tegangan searah V, maka akan timbul medan listrik (E) di dalam dielektrik. Medan listrik ini akan memberi gaya kepada elektron-elektron agar terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron bebas. Maka dapat dikatakan bahwa medan listrik merupakan suatu beban yang menekan dielektrik agar berubah sifat menjadi konduktor. Beban yang dipikul dielektrik disebut juga terpaan medan listrik yang satuannya dinyatakan dalam Volt/cm. Setiap dielektrik mempunyai batas kekuatan untuk memikul terpaan listrik. Jika terpaan listrik yang dipikulnya melebihi batas tersebut dan terpaan berlangsung lama, maka dielektrik akan menghantar arus atau gagal melaksanakan fungsinya sebagai isolator. Dalam hal ini dielektrik mengalami tembus listrik atau “breakdown”. 2.3 Isolasi Cair 2.3.1 Teori Kegagalan Isolasi Cair Pada dasarnya tegangan pada isolasi merupakan suatu tarikan atau tekanan yang harus dilawan oleh gaya yang terdapat pada isolasi. Perlawanan ini diharapkan mampu mencegah terjadinya kegagalan
mengionisasikan molekul mengawali banjiran.
Teori kegagalan zat murni atau elektronik Jika diantara elektroda diterapkan suatu kuat medan yang sangat kuat, sedangkan pada elektroda tersebut terdapat permukaan yang tidak rata, maka kuat medan yang terbesar terdapat pada bagian yang tidak rata tersebut. Kuat medan maksimum tersebut akan mengeluarkan elektron yang akan memulai terbentuknya banjiran elektron dalam teori kegagalan elektronik dianggap bahwa elektron elektron tertentu akan memperoleh energi dari medan yang lebih besar dari pada energi yang hilang karena benturan dengan molekul-molekul. Perolehan ini digunakan untuk
benturan
dan
2.
Teori kegagalan gelembung gas Yaitu ketakmurnian (misalnya gelembung udara ) mempunyai tegangan gagal yang lebih rendah dari zat cair, disini adanya gelembung udara dalam cairan merupakan awal dari pencetus kegagalan total dari pada zat cair.Kegagalan gelembung merupakan bentuk kegagalan isolasi cair yang disebabkan oleh gelembunggelembung gas didalamnya.
3.
Teori kegagalan uap air Air dan uap air terdapat pada minyak, terutama pada minyak yang telah lama digunakan. Jika terdapat medan listrik, maka molekul uap air yang terlarut memisah dari minyak dan terpolarisasi membentuk suatu dipole. Jika jumlah molekul molekul uap air ini banyak, maka akan tersusun semacam jembatan yang menghubungkan kedua elektroda, sehingga terbentuk suatu kanal peluahan. Kanal ini akan merambat dan memanjang sampai menghasilkan tembusan listrik.
4.
Teori kegagalan partikel padat Partikel debu atau serat selulosa yang ada disekeliling isolasi padat (kertas) seringkali ikut tercampur dengan minyak. Selain itu partikel padat ini pun dapat terbentuk ketika terjadi pemanasan dan tegangan lebih. Pada saat terjadi medan listrik, partikel – partikel ini akan terpolarisasi dan membentuk jembatan. Arus akan mengalir melalui jembatan dan menghasilkan pemanasan local serta menyebabkan terjadinya kegagalan.
2.4
Kekuatan Kegagalan
Dari semua teori yang membahas tentang kegagalan zat cair tidak memperhitungkan hubungan antar panjang ruang celah (sela) dengan kekuatan kegagalan maksimum yang dicapai. Namun dari semua teori diatas dapat ditarik suatu persamaan baru yang berisi komponen panjang ruang celah dan komponen kekuatan peristiwa kegagalan pada benda cair, yaitu : Vb = Adn ............................................... (2.1) Dimana : Vb = tegangan gagal / breakdown (kV)
Teori kegagalan isolasi yang terjadi pada minyak transformator dibagi menjadi empat jenis sebagai berikut : 1.
karena
2.5
d
= panjang ruang celah (mm)
A
= konstanta
n
= konstanta yang nilainya <1
Minyak Kelapa
Minyak kelapa memiliki rasa dan bau yang bagus dibandingkan minyak nabati yang lain. Minyak kelapa memiliki sifat yang stabil dan tahan terhadap ketengikan. Minyak kelapa memiliki warna kuning jernih.
-
2.5.1
Struktur Kimia Minyak Kelapa
Berdasarkan ada atau tidaknya ikatan ganda (double bonds) dalam struktur kimiawinya, molekul asam2 lemak yang terkandung dalam trigleserida, asal lemak atau minyak dapat dibagi menjadi 3 kelompok; yakni (1) Golongan minyak dengan asam lemak jenuh (saturated fatty acids), (2) Golongan minyak dengan asam lemak tak Jenuh tunggal (mono-unsaturated fatty acids) dan (3) Golongan minyak dengan asam lemak tak jenuh majemuk (Poly-unsaturated fatty acids). 2.5.2
Pemrosesan Minyak Kelapa Cara- cara pemrosesan minyak kelapa dilakukan dengan berbagai cara. Ekstraksi minyak kelapa dapat dilakukan dengan cara tradisional dan cara modern. 1. Dengan cara tradisional minyak kelapa diekstrak dengan 2 cara yakni cara biasa dan sistem peragian dari ketam. a. Metode pembuatan minyak klentik Buah kelapa yang sudah tua dikupas sabutnya lalu diambil daging buahnya. Daging buah diparut, diremasremas dengan air untuk diambil santannya. Santan direbus sampai seluruh kandungan airnya menguap. Minyak berangsur mengapung dan bisa dipisahkan dari rebusannya. Sedangkan endapan yang dibawah disebut blondo, dapat digunakan sebagai santapan yang lezat. b. Metode pengolahan minyak pabrik (pengolahan secara modern), meliputi : 1). Perlakuan pendahuluan Perlakuan pendahuluan , dimaksudkan : Untuk mengeringkan kopra yang kadar airnya lebih dari 7 %. Sebab dengan kopra berkadar air tinggi pemecahan jaringan akan sukar dan terjadi hidrolisa, sehingga timbul asam lemak bebas dan hasil minyak menjadi turun. Selain itu juga untuk menghilangkan berbagai kotoran yang ikut dalam kopra, misalnya serabut kelapa, percikan tempurung, bagian kopra yang rusak, dan lain-lain. 2). Pemecahan jaringan Kopra dipecahkan menjadi bagian yang kecil kedalam suatu alat pemecah jaringan yang disebut disintegrator. Sedang satuan pemecah kopra lainnya memecah bagian-bagian kecil tersebut menjadi serbuk kopra. Setelah menjadi serbuk kopra, disalurkan ke mesin pemanas (ketel pemanas). 3). Pemasakan Pemasakan dimaksudkan untuk ; -
Menguapkan air pada kopra sampai kadar air tertentu Menaikkan keenceran miyak. Merupakan sterilisasi pendahuluan. Menggumpalkan protein, sehingga memudahkan pemisahan
Mengendapkan fosfatida yang tidak dikehendaki. Dengan pemasakan ini, dibutuhkan suhu sekitar 87 – 88 derajat celcius selama 20 menit, dan diharapkan kadar air menurun sampai sekitar 2 – 3%. 4). Pengepresan Maksud dari pengepresan adalah untuk mengeluarkan minyak semaksimal mungkin dari sel-sel bahan (serbuk kopra). Peralatan yang digunakan dalam pengepresan, misalnya expeller, roller pengepresan dan hidrolik pres. 5). Penyaringan atau filtrasi Minyak hasil pengepresan keadaannya masih keruh sehingga masih diperlukan suatu alat penyaring, yang disebut filter-pres. Minyak kasar akan terpisah dari kotoran. Minyak yang keluar ditampung pada bak penampung minyak untuk selanjutnya diproses lebih lanjut. 6). Pemurnian atau refining Minyak hasil penyaringan disebut minyak kasar, yang masih mengadung zat-zat yang terlarut dan perlu dilakukan proses yang disebut pemurnian. Maksud pemurnian adalah menghilangkan asam lemak bebas dan lendir agar minyak menjadi lebih jernih dan terasa enak dan menghilangkan zat-zat warna yang terlarut, sehingga jernih serta menghilangkan bau yang tidak dikehendaki. Sesuai dengan maksud di atas, pemurian dilakukan dengan 3 tahap/proses, yaitu proses netralisasi, proses bleaching dan proses deodorisasi. Minyak kelapa sebagai minyak makan, mengandung kalori yang cukup tinggi, setiap 100 gram mengandung 98 gram lemak, 1 gra protein, 3 mg kalsium, dan menghasilkan 870 gram kalori.
2.6
Standarisasi Pengujian Isolasi Cair
2.6.1
Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian yang harus diperhatikan sebelum melakukan pengujian tegangan tembus iusolasi cair antara lain : a. Persiapan Sampling Sesegera mungkin sebelum mengisi kotak uji, sampling harus dikocok berulang kali secara lembut untuk memastikan adanya homogenisasi kontaminan cairan tanpa menimbulkan gelembung udara pada cairan. Udara dari suhu ruang yang tidak diperlukan sedapat mungkin dihindarkan. b. Pengisian Kotak Uji Sebelum melaksanakan pengujian, bersihkan kotak uji, dinding-dindingnya, elektroda dan komponen lainnya. Kemudian tuang kedalam kotak uji secara perlahan dan hindari terjadinya gelembunggelembung udara. c. Pemberian Tegangan
d.
e.
Berikan tegangan pada elektroda dengan kenaikan yang seragam (konstan) dimulai dari 0 V sampai sekitar 2,0 kV s-1 +/- 0.2 kV s-1 sampai timbul tegangan tembus. Pencatatan data Lakukan 6 kali percobaan tembus pada kotak uji yang sama dengan jeda sekurang-kurangnya 2 menit dari setiap pengujian baru kemudian diulang kembali. Pastikan tidak muncul gelembung udara diantara jarak sela. Kecuali jika menggunakan pengaduk maka percobaan dapat dilakukan secara terusmenerus. Laporan Data yang dimasukkan dalam laporan adalah hasil dari nilai rata-rata dari 6 kali percobaan yang sudah dilakukan.
3.3 Elektroda Elektroda dibuat dari aluminium. Elektroda yang digunakan adalah elektroda setengah bola, eklektroda jarum dan elektroda bidang. 3.3.1
Elektroda Setengah Bola
Elektroda setengah bola yang digunakan untuk pengukuran tegangan tembus isolasi cair mempunyai diameter 40 mm, 50 mm dan 60 mm. Dimana elektroda setengah bola dengan ukuran 50 mm yang sesuai dengan standar IEC 156, sedangkan yang berdiameter 40 mm dan 60 mm hanya sebagai pembanding.
2.6.2 Tegangan Tembus Isolasi Cair Menurut standarisasi SPLN 49-1 tegangan tembus yang harus dipenuhi untuk spesifikasi minyak isolasi baru adalah ≥ 30kV/2,5 mm[14]. III. 3.1
METODOLOGI PENGUJIAN Peralatan dan Bahan Peralatan yang digunakan meliputi kit pembangkit tegangan tinggi AC, elektroda uji, kotak uji, minyak kelapa, termometer, heater. 3.2
Kotak Uji Kotak uji sebagai sebuah sistem yang berkaitan denagn kerja tertentu dalam ruang dan keseluruhan ruang yang ditutupi oleh lapisan permukaan sebagai pembatas sistem. Kotak uji terbuat dari bahan plastik acylic dengan ketebalan 5 mm. Kotak uji yang digunakan dalam pengujian ini ada 2n macam, yaitu : 1. Kotak uji horisontal Kotak uji horisontal untuk tempat sampel uji dan elektroda yang dipasang horisontal.
Gambar 3.1 Kotak uji horizontal 2. Kotak uji vertikal Kotak uji horisontal untuk tempat sampel uji dan elektroda yang dipasang vertikal.
(a) (b) Gambar 3.3 Elektroda setengah bola (a) elektroda setengah bola posisi vertikal (b) elektroda setengah bola posisi horisontal 3.3.2 Elektroda Jarum Elektroda jarum yang digunakan untuk pengukuran tegangan tembus isolasi cair terdiri dari jarum tumpul yang mempunyai diameter 15 mm, sedangkan untuk jarum runcing dengan diameter 10 mm dan sudut 10º.
(a) (b) Gambar 3.4 Elektroda jarum (a) elektroda jarum posisi vertikal (b) elektroda jarum posisi horisontal 3.3.3 Elektroda Bidang Elektroda bidang ini mempunyai diameter 45 mm dan terbuat dari bahan alumunium pejal.
2
0.4
Gambar 3.2 Kotak uji vertikal
4.5
1
Gambar 3.5 Elektroda Bidang Urutan Pengujian Urutan pengujian isolasi cair berdasarkan IEC 156 adalah sebagai berikut a) Sampel minyak kelapa yang akan diuji terlebih dahulu di filter untuk menghilangkan partikel padat dan minyak trafo dipanaskan pada suhu 500C untuk menghilangkan uap air yang terkandung dalam minyak kelapa. b) Setelah mencapai suhu tersebut minyak kelapa didinginkan kembali sampai pada suhu ruang yaitu sekitar 260 C – 300 C. Saat pendinginan minyak ditutup menggunakan kertas saring agar uap air yang menguap tidak masuk kembali pada minyak kelapa, dan partikel pengotor dari luar juga tidak bisa masuk dalam minyak kelapa. c) Sebelum minyak dituang, kotak uji harus dalam keadaan bersih dan kering. d) Pada saat menuang minyak ke dalam kotak uji harus hati-hati agar tidak menimbulkan gelembung gas dalam minyak. e) Banyaknya minyak harus sedemikian rupa sehingga tingginya di atas puncak elektroda lebih dari 20 mm. f) Kemudian minyak dibiarkan kira-kira 10 menit untuk menghilangkan gelembung gas yang masih mungkin terjadi saat pengisian minyak ke dalam kotak uji. g) Selanjutnya tegangan dinaikkan secara bertahap 2 kV/detik sampai terjadi tembus listrik h) Setelah terjadi tembus listrik minyak diaduk dengan suatu tangkai tipis dan bersih untuk menghilangkan gelembung gas yang timbul saat terjadi tembus listrik. i) Setelah terjadi tembus listrik elektroda juga harus di periksa untuk meyakinkan bahwa elektroda tidak mengalami kerusakan pada permukaannya yang diakibatkan saat terjadi tembus listrik. j) Selang dua menit pengujian di ulang kembali sampai dengan enam kali pengujian. k) Tegangan tembus dari keenam pengujian dijumlahkan untuk mendapatkan tegangan rata-rata. 3.4
3.5
Variasi Pengujian Variasi pengujian dalam percobaan diperlukan untuk mengetahui nilai tegangan tembus minyak kelapa dalam berbagi macam variasi pengujian. Variasi pengujian meliputi variasi jarak sela, diemeter elektroda, dan posisi elektroda. 3.6
Pengesetan Peralatan Sebelum pengujian peralatan perlu diperiksa untuk memastikan rangkaian terpasang dengan benar. 1. Mempersiapkan alat dan bahan. 2. Memastikan sistem dalam keadaan Off. 3. Masuk ke sangkar Faraday dengan membawa stick grounding yang terdapat disisi pintu masuk untuk membuang tegangan sisa. 4. Membuat rangkaian percobaan sebagai berikut :
Gambar 3.6 Rangkaian Pengujian 5.
Memastikan rangkaian telah tersusun dan terhubung dengan baik dan benar untuk menghindari kesalahan dalam pengujian. 6. Menuangkan sampel minyak yang akan diuji dan mengatur jarak sela antar elektroda. 7. Menghidupkan trafo uji dari panel kontrol dengan menggunakan kunci khusus sebagai saklar penghubung atau pemutus aliran. 8. Menekan tombol ready agar tegangan dapat menuju ke alat uji, kemudian tegangan dinaikkan dengan tombol penaik tegangan pada panel kontrol (Panel Control Operating Terminal OT 276) sampai terjadi tegangan tembus. 9. Menurunkan tegangan dengan tombol penurun tegangan pada panel kontrol (Panel Control Operating Terminal OT 276). 10. Mencatat nilai tegangan tembus yang muncul pada panel kontrol (Digital Measuring Instrumen DMI/551) 11. Pengujian dilakukan sebanyak 6 kali(2). 3.7
Perencanaan Tahapan Pengujian Perencanaan ini digunakan untuk mengurutkan proses pengujian. Masing-masing tahapan pengujian dilakukan denagn jarak sela anta elektroda 1,5 mm; 2 mm; dan 2,5 mm. Tahap 1 : Pengujian dengan menggunakan isolasi cair minyak kelapa. Elektroda yang digunakan adalah elektroda setengah bola– setengah bola diameter 40, 50 dan 60 mm. Posisi pengujian secara horisontal. Tahap 2 : Pengujian dengan menggunakan isolasi cair minyak kelapa. Elektoda yang digunakan adalah elektroda jarum – jarum yang mempunyai kemiringan 10º dan jarum tumpul diameter 15 mm . Posisi pengujian secara horisontal. Tahap 3 : Pengujian dengan menggunakan isolasi cair minyak kelapa. Elektroda yang digunakan adalah elektroda setengah bola – setengah bola diameter 40, 50 dan 60 mm. Posisi pengujian secara vertikal Tahap 4 : Pengujian dengan menggunakan isolasi cair minyak kelapa. Elektoda yang digunakan adalah elektroda jarum -jarum yang mempunyai kemiringan 10º dan jarum tumpul diameter 15 mm. Posisi pengujian secara vertikal Tahap 5 : Pengujian dengan menggunakan isolasi cair minyak kelapa. Elektoda yang digunakan adalah elektroda jarum runcing diameter 10 mm bidang diameter 45 mm dengan posisi pengujian secara horisontal.
IV.
HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
Proses pengambilan data dilakukan di laboratorium tegangan tinggi dengan beberapa macam variasi pengujian untuk mengetahui karakteristik tegangan tembus pada masing-masing variasi pengujian 4.1
Hasil Pengujian
Tabel 4.1 Pengujian Tegangan Tembus Posisi
Elektroda
Diameter Elektroda (mm)
Horisontal
Jarum - jarum
Vertikal
Jarum - jarum
Horisontal
Jarum - bidang
Tegangan Tembus (kV) Jarak Sela (mm) 1,5 2 2,5 14,11 18,60 23,09 17,17 22,29 27,76 21,28 24,66 30,07 15,24 18,22 24,79 20,82 24,38 28,39 21,78 27,06 30,84 9,21 11,82 14,57 18,15 22,95 25,36 10,81 12,80 16,09 19,91 23,26 25,57 12,22 14,51 15,94
Horisontal
Setengah bola setengah bola
Vertikal
Setengah bola setengah bola
40 50 60 40 50 60 10 15 10 15
Vertikal
Jarum - bidang
13,70
4.2
Analisa
4.2.1
Analisa Pengaruh Jarak Sela
15,06
18,05
Gambar 4.1 Pengaruh jarak sela pada elektroda setengah bola posisi horizontal terhadap Tegangan tembus minyak kelapa
Gambar 4.2 Pengaruh jarak sela pada elektroda jarum runcing posisi horizontal terhadap tegangan tembus minyak kelapa.
Pada gambar 4.1 dan 4.2 memperlihatkan pengaruh jarak sela terhadap tegangan tembus minyak kelapa yang menunjukkan bahwa tegangan tembus pada elektroda setengah bola baik pada posisi pengujian secara horisontal maupun vertikal bertambah besar seiring dengan penambahan jarak sela. Semakin besar jarak sela antara elektroda maka semakin besar pula tegangan yang diterapkan sehingga dihasilkan tegangan tembus yang tinggi. Di dalam pengujian tegangan tembus minyak kelapa menunjukkan bahwa kekuatan kegagalan dari zat cair tergantung pada besarnya jarak sela antar elektroda. Hubungan antara tegangan tembus dan jarak sela dapat dilihat pada persamaan (2.1) yaitu: Vb = Adn Dari persamaan di atas terlihat bahwa panjang jarak sela berbanding lurus dengan tegangan tembus. Jika jarak sela antara elektroda yang semakin jauh, meningkatkan tegangan yang diterapkan karena membutuhkan kuat medan yang besar untuk proses ionisasi pada isolasi cair. Pada jarak sela yang jauh maka medan listrik yang dibutuhkan besar sehingga energi benturan elektron dalam gelembung udara juga besar. Hal ini akan meningkatkan kuat medan listrik untuk terjadinya keggalan pada zat cair tersebut. 4.2.2 Analisa diameter elektroda terhadap besar tegangan tembus
Gambar 4.3 Pengaruh diameter elektroda pada elektroda setengah bola posisi horisontal terhadap tegangan tembus minyak kelapa.
Gambar 4.4 Pengaruh diameter pada elektroda bola posisi vertikal terhadap tegangan tembus minyak kelapa
Berdasarkan gambar 4.3 dan 4.4 dapat diketahui bahwa tegangan tembus pada minyak kelapa cenderung mengalami peningkatan seiring dengan pertambahan diameter elektroda. Semakin besar diameter elektroda pada jarak sela yang sama pada jenis elektroda setengah bola maupun jarum maka semakin besar pula tegangan tembusnya. Diameter elektroda yang semakin besar pada elektroda setengah bola maupun elektroda jarum menyebabkan lengkungan kurva juga semakin besar hal ini mengakibatkan medan elektrik pada elektroda menjadi tidak homogen. Pengaruh medan listrik yang semakin tidak homogen akan mempengaruhi nilai tegangan tembus yang diterapkan, karena semakin medan listrik tidak homogen maka tegangan tembus yang dihasilkan juga semakin besar.
4.2.3
2.
3.
Analisis Pengaruh Bentuk Elektroda
Gambar 4.5 Pengaruh bentuk elektroda pada posisi horizontal untuk elektroda setengah bola dan elektroda jarum terhadap tegangan tembus minyak kelapa Pada gambar 4.5 memperlihatkan pengaruh bentuk elektroda terhadap tegangan tembus minyak kelapa yang menunjukkan bahwa pada bentuk elektroda setengah bola dibandingkan dengan elektroda jarum pada jarak sela yang sama, nilai tegangan tembus minyak kelapa pada elektroda setengah bola lebih besar daripada elektroda jarum. Bentuk permukaan atau lengkungan elektroda setengah bola lebih luas sedangkan permukaan elektroda jarum mewakili titik, sehingga medan listrik pada elektroda setengah bola lebih besar. Hal ini menyebabkan medan listrik yang dibutuhkan juga besar sehingga energi benturan elektron dalam gelembung udara juga besar. Hal ini akan meningkatkan kuat medan listrik untuk terjadinya kegagalan pada zat cair tersebut, sehingga tegangan tembus yang diterapkan juga besar. 4.2.4
Fenomena Dalam Pengujian Tegangan Tembus Untuk memperoleh tegangan tembus pada setiap pengujian, tegangan uji diberikan pada sistem secara bertahap dengan tingkat kenaikan yang sama per satuan waktu menggunakan peralatan pengontrol. Dengan demikian dapat diamati fenomena apa saja yang terjadi selama pelaksanaan pengujian dengan digolongkan kedalam kelompok sebagai berikut : 1.
Proses sebelum terjadi tembus dimulai dari menaikkan tegangan uji secara bertahap dari keadaan tegangan rendah sampai mendekati tegangan tembus. Dalam kondisi mendekati nilai tegangan tembus timbul suara mendesis, Hal ini terjadi karena adanya tekanan yang terus-menerus dan semakin besar pada minyak isolasi[2].
Saat sebelum terjadi tembus
Saat terjadi tembus Pada kondisi saat terjadi tegangan tembus timbul suara ledakan dan kilatan cahaya cerah. Fenomena ini lebih disebabkan karena terjadi tumbukan elektron dan tekanan impulsif (semakin besar secara tiba-tiba) pada minyak isolasi. Saat sesudah terjadi tembus Dalam kondisi sesudah terjadi tegangan tembus timbul gelembung gas dan kabut hitam (arang) pada minyak isolasi. Hal ini menurut Arismunandar[2] disebabkan oleh : Permukaan elektroda tidak rata, sehingga terdapat kantong-kantong udara di permukaannya Adanya tabrakan elektron saat terjadi tegangan tembus, sehingga muncul produkproduk baru berupa gelembung gas atau arang, Adanya penguapan cairan karena lucutan pada bagian-bagian elektroda yang tajam dan tak teratur Zat cair dikenai perubahan suhu dan tekanan
4.2.5
Analisis kelayakan minyak kelapa sebagai isolasi cair Setiap peralatan listrik tentu akan mempunyai rating tegangan kerja, sehingga isolasi pada peralatan tersebut mampu menahan tekanan dari tegangan kerja yang dialami oleh peralatan tersebut. Tegangan kerja yang digunakan pada peralatan dibagi atau dikategorikan pada beberapa tingkat. Hal ini yuntuk mengetahui batas-batas tegangan kerja yang diijinkan untuk diberikan pada suatu peralatan listrik. Untuk menentukan tegangan kerja yang diijinkan pada peralatan terlebih dahulu haruslah diketahui tegangan tembus pada isolasi tersebut. Menurut standarisasi NESC tahun 1990 menyatakan bahwa untuk tegangan kerja (tegangan nominal) 2,4 kV diperlukan batas tegangan tembus pada isolasinya adalah ≥ 20kV. Tegangan tembus minyak kelapa (27,8 kV/2,5 mm) masih bisa memenuhi batas tegangan kegagalan isolasi pada peralatan listrik pada tegangan kerja ≤ 2,4 kV. Dari pernyataan diatas dapat disimpulkan bahwa minyak kelapa dapat digunakan sebagai alternatif isolasi cair untuk peralatan listrik dengan tegangan kerja ≤ 2,4 kV.
V. 5.1
PENUTUP Kesimpulan Dari hasil pengujian tegangan tembus minyak kelapa, maka dapat disimpulkan sebagi beikut : 1. Karakteristik tegangan tembus minyak kelapa dipengaruhi oleh sifat fisik zat yang mengurangi
2.
3.
4.
5.
6.
7.
ketahanan isolasi cair, seperti adanya ketidakmurnian dalam isolasi cair tersebut. Tegangan tembus pada minyak kelapa pada posisi elektroda horisontal maupun posisi elektroda vertikal cenderung sama, hal ini dikarenakan medan listrik tidak berpengaruh pada posisi elektroda. Tegangan tembus pada isolasi cair minyak kelapa cenderung meningkat seiring bertambahnya diameter elektroda. Hal ini dibuktikan dengan nilai gradien atau kemiringan yang semakin besar seiring dengan bertambah besarnya diameter elektroda. Tegangan tembus pada isolasi cair minyak kelapa cenderung meningkat seiring bertambahnya jarak sela elektroda, semakin besar jarak sela maka tegangan tembus bertambah besar juga. Hal ini sesuai dengan teori yang ada mengenai pengaruh jarak sela. Tegangan tembus minyak kelapa menggunakan elektroda dengan medan seragam lebih besar dibanding menggunakan elektroda tak seragam. Tegangan tembus minyak kelapa dengan menggunakan elektroda standar sesuai IEC 156 lebih kecil (27,8 kV/2,5 mm) dibanding tegangan tembus isolasi cair standarisasi SPLN 49-1 (≥ 30 kV/ 2,5 mm). Minyak kelapa layak digunakan sebagai alternatif isolasi cair pada peralatan listrik dengan tegangan kerja ≤ 2,4 kV.
9.
10. 11.
12.
13. 14. 15.
16.
17.
18. 5.1
Saran Adapun saran yang dapat dikemukakan bagi para pembaca dan peminat dalam bidang kelistrikan, khususnya mengenai isolasi dan kegagalan isolasi dapat terus melakukan berbagai penelitian dan pengujian tegangan tembus pada media isolasi yang berbeda. Baik itu pengujian mengenai bahan isolasi maupun metode pengujian kegagalan isolasi dengan menggunakan jenis bahan isolasi yang berbeda, jenis elektroda, macam tegangan yang berbeda pula. DAFTAR PUSTAKA 1. Abduh, Syamsir., Dasar Pembangkitan dan Pengukuran Teknik Tegangan Tinggi, Penerbit Salemba Teknika, Jakarta, 2001 2. Arismunandar, A., ”Teknik Tegangan Tinggi Suplemen”, Ghalia, 1982. 3. Arismunandar, A., “Teknik Tegangan Tinggi”, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 2001 4. Bonggas L. Tobing, “Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi”, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 2003 5. Kind, Dieter, ”An Introduction to High Voltage Experimental Technique”, Willev Eastern Limited, 1993 6. Kind, Dieter, Pengantar Teknik Eksperimental Tegangan Tinggi, terjemahan K.T. Sirait, ITB, Bandung, 1993. 7. , “High Voltage Insulation Technology”, Indian Institut of Technology, India, 1993 8. Maller and Naidu, et al, “High Voltage Engineering”, second edition, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, New Delhi, 1995
19.
Rusdianawati, Rofi, “Perbandingan Nilai Tegagan Tembus Pada Media Isolasi Udara, Minyak Trafo dan Polimer Resin Epoxy”, Tugas Akhir Jurusan Teknik elektro Fakultas Teknik – UNDIP, Semarang, 2005 Sudjana, ”Metoda Statistika”, edisi keenam, Tarsito, Bandung 1996 Suhardiman, P. ”Bertanam Kelapa Hibrida”. PS. Penebar Swadaya. Seri Pertanian – XXX. 190/87. Jakarta, 1999. Syakur, Abdul, “Modul Praktikum Gejala Medan & Tegangan Tinggi”, Laboratorium Konversi Energi dan Sistem Tenaga Listrik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik – UNDIP, Semarang, 2004 ....., SPLN 49-1, ”Minyak Isolasi, Perusahaan Umum Listrik Negara”, 1982 ....., IEC – 52, ”Recomendation For Voltage Measurement by Means of Sphere-gaps”, 1960 ….., IEC – 156, “Insulating Liquid Determinan of Breakdown Voltage at Power Frequwncy Test Method”, 1995 Tadjuddin, ”Analisis Kegagalan Minyak Transformator”, Elektro Indonesia Edisi ke Dua Belas, Maret, 1998 Tadjuddin, “Partial Discharge dan Kegagalan Bahan Isolasi”, Elektro Indonesia Edisi ke Tiga Belas, Juni, 1999 www.elektro-indonesia.com , “Partial Discharge dan Kegagalan Bahan Isolasi”, Edisi ke – 13, Juni 1998. www.medikaholistik.com/2033/2004/11/28/medika.html. Minyak Kelapa, Minyak Goreng yang Paling Aman dan Paling Sehat.
Agung Prasetyo (L2F 304 205) Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang dengan pilihan Konsentrasi Tenaga Listrik
Menyetujui, Dosen Pembimbing Pembimbing I
Abdul Syakur, ST, MT NIP. 131 231 132
Pembimbing II
M. Facta, ST, MT NIP. 131 231 134
