Degradasi Permukaan Bahan Resin Epoksi Silane Silika Akibat

Degradasi Permukaan Bahan Resin Epoksi Silane
Silika Akibat Paparan UV dan Arus Bocor
Jefri Piradipta Suharno1, Abdul Syakur2, Agung Nugroho3
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
1
[email protected]
[email protected]
2
Abstrak - Pemanfaatan resin epoksi secara ekstrim dalam pabrik dan
industri, disebabkan oleh kekuatan mekaniknya yang tinggi, ringan,
perekat yang baik antara material dengan metal, dan secara luas sebagai
material isolasi untuk peralatan listrik karena watak utama
kelistrikannya. Resin epoksi juga telah dikembangkan sebagai material
isolator tegangan tinggi/ekstra tinggi pasangan luar (outdoor) pada
sistem tenaga listrik.
Bahan isolasi polimer resin epoksi ini, mempunyai kelebihan dan
keuntungan bila dibandingkan dengan material konvensional seperti
porselen, keramik, dan gelas. Terdapat beberapa kelemahan atau
kerugian dalam penggunaan bahan isolasi polimer resin epoksi, sangat
sensitif jika digunakan di daerah yang bersuhu tinggi, berkelembaban
tinggi, dan adanya radiasi ultraviolet intensitas
Sehingga pengujian pada penelitian ini adalah pengujian sinar
ultraviolet terhadap karakteristik isolasi tegangan tinggi bahan resin
epoksi silane dengan bahan pengisi silikon rubber dan pasir silika
dengan larutan NH4Cl.
Dalam aplikasinya di lapangan, isolator yang terletak pada pasangan
luar banyak sekali terpengaruh oleh keadaan lain likungan disekitarnya,
dengan bermacam-macam polutan yang ada di alam, sehingga tidak
tertutup kemungkinan menjadikan kemampuan dari sebuah isolator
menurun atau berada di bawah kemampuan kerja seharusnya.
Dalam makalah ini penulis melakukan penelitian untuk menganalisa
sudut hydrophobic pada permukaan material isolasi polimer resin epoksi
silane yang sudah disinari ultraviolet dan diberi variasi pengisi berupa
pasir silica pada bagian permukaan terhadap kemampuan isolator yang
terkontaminasi larutan NH4Cl.
Kata kunci- Isolator Tegangan Tinggi, Sinar Ultraviolet, Resin Epoksi
Silane, Pasir Silika, Lem Silikon Rubber, Sudut Hydrophobic.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kinerja suatu isolator sangat dipengaruhi oleh kondisi
lingkungan dimana isolator bekerja. Pengaruh lingkungan
sekitar seperti adanya perubahan suhu, kelembaban, tekanan
dan tingkat polusi dimana isolator tersebut dipasang.
Lapisan polutan yang melekat pada isolator dalam kondisi
kering mempunyai resistansi tinggi, tetapi pada pada kondisi
basah zat pengotor ini akan menurunkan kuat dielektrik
permukaan isolator.
Keadaan ini menyebabkan garam yang terkandung dalam
polutan membentuk larutan elektrolit yang dapat
menghantarkan arus listrik. Selain akibat adanya polutan yang
menempel pada permukaan isolator, radiasi sinar UV juga
akan mempercepat terjadinya proses degradasi yang dapat
dilihat dengan terjadinya perubahan warna dan munculnya
pengapuran pada permukaan isolasi polimer. Radisi sinar UV
merupakan gangguan mengingat kondisi alam di Indonesia
yang beriklim tropis.
1
2, 3
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP Semarang
Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro UNDIP Semarang
B. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam Tugas Akhir ini yaitu :
1. Mengetahui mekanisme terjadinya arus bocor pada
permukaan material isolasi yang terkontaminasi.
2. Mengetahui pengaruh waktu penuaan penyinaran
ultraviolet (t) terhadap sudut hydrophobic pada
permukaan material resin epoksi silane pengisi pasir
silika polutan NH4Cl.
3. Mengetahui pengaruh komposisi pengisi bahan isolator
(%) terhadap nilai sudut hydrophobic pada permukaan
material resin epoksi silane pengisi pasir silika polutan
NH4Cl.
4. Mengetahui unjuk kerja bahan sampel uji berupa
ketahanan degradasi.
C. Pembatasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini sebagai berikut :
1. Bahan uji (sampel isolator), bahan dasar berupa resin
epoksi dengan pengisi pasir silica dan lem silicone rubber,
dimensi bahan uji 120 mm x 50 mm x 5 mm.
2. Polutan yang dipergunakan adalah garam NH4Cl, metode
pemberian larutan dilakukan dengan cara penetesan
menggunakan pompa peristaltik.
3. Metode yang digunakan adalah Inclined-Plane Tracking
(IPT) yang mengacu pada IEC 587:1984.
4. Tegangan yang diterapkan adalah tegangan AC frekuensi
50 Hz yang didapat dari jala-jala PLN.
5. Bahan uji disinari dengan sinar ultra violet, dengan lampu
4 buah TL ultra violet sebagai sumber radiasi.
6. Pengukuran sudut hydrophobic pada isolator yang juga
dilakukan di Laboratorium Tegangan Tinggi Jurusan
Teknik Elektro UGM.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Isolator
Isolasi adalah sifat bahan yang dapat memisahkan secara
elektris dua buah penghantar atau lebih yang bertegangan
sehingga tidak terjadi kebocoran arus, atau dalam gradien
yang lebih tinggi terjadi lompatan bunga api lewat denyar
(flash over). Isolator adalah alat yang dipasang untuk
menjalankan fungsi isolasi dan pemegang mekanis
perlengkapan atau penghantar dalam jaringan listrik.
1) Polimer Sebagai Bahan Isolator
Polimer adalah merupakan substansi-substansi yang
terdiri dari molekul makro yang panjang, dibentuk dari
1
molekul kecil (monomer) atau sekumpulan molekul yang
merupakan unit yang bersambungan.
Polimer juga dapat dibagi ke dalam thermoplastic dan
thermosetting menurut sifat thermal dan sifat kimia,
Thermoplastic adalah material-material sintetik yang bersifat
kaku dan kuat pada temperatur normal, dan menjadi elastis
pada temperatur yang lebih tinggi. Thermosetting dapat
disambung dan diputus juga larut dalam cairan organik
tertentu pada temperatur yang lebih tinggi.[6]
B. Resin Epoksi Sebagai Salah Satu Bahan Polimer
1) Karakteristik Dasar Resin Epoksi
Cairan resin epoksi merupakan cairan yang memiliki
sifat kekentalan yang rendah sehingga mudah bercampur
(masuk tahap thermoset) di dalam pembuatannya.Ada
pula cairan resin yang lain : phenolic,polyesters,acrylics
yang dibuat dalam proses yang sama, tapi resin epoksi
memiliki kombinasi yang lebih unik, antara lain:[4]
1. Sifat kekentalan yang rendah
2. Mudah dibentuk.
3. Penyusutannya yang rendah.
4. Tingkat kerekatan tinggi.
5. Sifat mekanis yang tinggi
6. Isolasi listrik yang tinggi.
7. Ketahanan kimia yang baik.
8. Serba guna.
C. Kontaminasi Pada Permukaan Isolator
Kontaminasi
pada
permukaan
isolator
akan
mengakibatkan melemahnya kemampuan mekanik maupun
elektrik suatu isolator.
Kontaminasi pada umumnya disebabkan oleh unsur
tertentu yang dibawa oleh angin maupun asap pabrik.
Adapun jenis polutan yang menempel pada permukaan
isolator seperti garam (NaCl), pasir, atau debu yang
mengandung zat besi (Fe), serta polutan asap pabrik dan
sebagainya. Kadar kontaminasi pada permukaan isolator
sangat dipengaruhi oleh bentuk profil isolator tersebut.
E. Bahan pengisi isolator
Penggunaan bahan pengisi pada suatu produk tuangan
mengandung dua maksud/tujuan secara teknis dan secara
ekonomis (Bradley, Wright,1967). Secara teknis, penggunaan
bahan pengisi dimaksudkan sebagai upaya memodifikasi
kinerja polimer tersebut seperti untuk meningkatkan sifat
mekanis (v.d, Huir, 1991), dan untuk menurunkan sifat
absorbsi air (Beyer, 1991).[7]
Bahan pengisi yang digunakan adalah karet silikon
(silicone rubber) dan pasir silika.Bahan campuran ini
digunakan untuk memperbaiki karakteristik dari isolator
polimer tersebut.Dan perbandingan komposisi dari bahan
pengisi antara karet silikon dan pasir silika adalah 1:1.[4]
F. Mekanisme arus bocor
Pengamatan arus bocor ini memerlukan osiloskop sebagai
alat bantunya. Input tegangan yang masuk ke dalam osiloskop
harus sesuai dengan karakteristik kemampuan osiloskop
tersebut.
Piranti pengamanan dan perlindungan bagi osiloskop
diperlukan untuk membatasi tegangan besar yang masuk ke
dalam osiloskop dengan cara memasang rangkaian pembagi
tegangan dan sela jarum.
G. Sudut kontak
Sudut kontak merupakan sudut yang dibentuk antara
permukaan bahan uji dengan air destilasi yang diteteskan
kebahan uji yang bersangkutan.
Sifat bahan isolator yang berhubungan dengan
kemampuan meng-absorbsi dapat digolongkan menjadi tiga
golongan, yaitu:[4]
1) Bahan isolator bersifat basah, sudut kontak <30°, disebut
bahan hydrophilic
2) Bahan isolator bersifat basah sebagian, sudut kontak 30°89°, disebut bahan partially weated
3) Bahan isolator bersifat menolak air, sudut kontak >90°,
disebut bahan hydrophobic
Gambar 1 Perhitungan sudut kontak
sudut kontak =
...............2.1
Hydrophobic merupakan sifat yang penting bagi sebuah
isolator. Isolator yang bersifat hydrophobic lebih mampu
menahan tegangan saat keadaan basah maupun saat
berpolutan dibanding dengan isolator yang bersifat
hydrophilic.[8]
Persamaan dasar untuk pengukuran tegangan permukaan
yang padat, dengan mengukur sudut kontak, yang diberikan
oleh persamaan Young (2.2) berikut, dan ilustrasinya, lihat
gambar 2. [4]
ɤ = ɤ - ɤ cos θ ..............................................................2.2
Gambar 2 Ilustrasi tegangan antarmuka dan sudut kontak keseimbangan
dari persamaan Young
Gambar 3 memperlihatkan suatu ilustrasi skematik dari
berbagai derajat pembasahan permukaan dan sudut kontak.
Gambar tersebut memperlihatkan bahwa semakin kecil sudut
kontak semakin basah permukaan.[9]
Gambar 3 Ilustrasi skematik pembasahan permukaan dan sudut kontak
2
Kekuatan sifat hidrofobik permukaan material isolasi
secara kuantitatif dievaluasi oleh nilai sudut kontak antara
butiran cairan dengan permukaan bahan isolasi. Hubungan
sudut kontak dengan tegangan permukaan bahan padat, cairan
dan gas, lihat gambar 4.[10]
Gambar 4 Sudut kontak tetesan air pada permukaan bahan
dengan :
x
= titik persentuhan dari interaksi ketiga fasa,
ɤs
= tegangan permukaan bahan padat,
ɤℓ
= tegangan permukaan cairan,
ɤsℓ
= tegangan antar muka bahan padat-cairan,
θ
= sudut kontak.
Berdasarkan gambar 3, ada tiga keadaan yang dapat
dibedakan sesuai dengan persamaan berikut,[4]
ɤs > ɤsl + ɤℓ cos θ ..................................................................2.3
ɤs < ɤsl + ɤℓ cos θ ..................................................................2.4
B. Bahan isolator
Bahan isolator yang digunakan dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut:
1. Bahan dasar polimer resin epoksi jenis DGEBA
(Diglycidyl Ether of Bisphenol – A), bahan pematang
atau pengeras MPDA (Metaphenylene-diamine).
2. Bahan pengisi yaitu Silicone rubberatau Silane atau
biasa disebut lem kaca, dipasaran dikenal dengan
Sealant.
3. Bahan pengisi pasir silika
Dengan urutan pencampuran bahan dimulai dari Epoxy
resin dilanjutkan Pasir silika kemudian Lem kaca
(sealant) yang terakhir adalah Epoxy hardener.
C. Bahan Uji Sampel Isolator
Dalam pengujian ini, bahan sampel uji isolator memiliki
komposisi penyusun bahan uji sebagai berikut,[4]
Tabel 1 Komposisi penyusun bahan uji
Variasi bahan
Komposisi
Komposisi
pengisi pasir silika
DGEBA
MPDA
5 gram
30gram
30 gram
10 gram
30gram
30 gram
15 gram
30gram
30 gram
20 gram
30gram
30 gram
25 gram
30gram
30 gram
Tabel 2 Jumlah sampel yang dibuat tiap variasi
ɤs = ɤsl + ɤℓ cos θ ..................................................................2.5
H. Pengaruh Iklim Tropis Terhadap Penuaan Bahan Isolasi
RES
Pengaruh radiasi ultraviolet mengakibatkan degradasi
pada permukaan bahan isolasi, sehingga pada akhirnya
terjadi keretakan yang akan memperpendek umur isolator.
Radiasi UV telah diidentifikasi sebagai salah satu faktor
yang menyebabkan penuaan.[11]
III. METODOLOGI PENGUKURAN DAN PENGUJIAN
A. Langkah – langkah pengujian
Berikut adalah langkah-langkah pengujian yang dilakukan :
Komposisi
Silane
20 gram
20 gram
20 gram
20 gram
20 gram
Variasi
Komposisi
Bahan Pengisi
Pasir Silika
5
gram
10
gram
15
gram
20
gram
25
gram
Variasi Perlakuan Sinar UV
0
24
48
72
jam
jam
jam
jam
3
3
3
3
buah
buah
buah
buah
3
3
3
3
buah
buah
buah
buah
3
3
3
3
buah
buah
buah
buah
3
3
3
3
buah
buah
buah
buah
3
3
3
3
buah
buah
buah
buah
TOTAL
96 jam
Jumlah
3 buah
15 buah
3 buah
15 buah
3 buah
15 buah
3 buah
15 buah
3 buah
15 buah
75 buah
Dimensi pengeboran dan ukuran bahan uji sampel dapat
dilihat pada gambar 6 dibawah ini.[12]
Gambar 6 Dimensi bahan uji sampel
Gambar 5 Diagram alir pengujian
D. Peralatan pengujian
1. Peralatan pengujian arus bocor
Perlatan pengujian arus bocor terdiri dari trafo uji dan
pengandali tegangan.
2. Peristaltic Pump (Pompa Peristaltik)
Pompa ini digunakan untuk mengalirkan polutan ke
permukaan bahan uji yang kecepatannya konstan yaitu
0,3 ml per menit.
3. Voltage Devider (Rangkaian Pembagi Tegangan)
berfungsi membagi tegangan agar tegangan yang masuk
sesuai dengan kemampuan osiloskop.
4. Resistor Tegangan Tinggi
berfungsi sebagai pembatas arus dari output tegangan
sekunder sehingga arus yang mengalir kedalam bahan
uji dapat bernilai sesuai daya tahan sampel bahan uji.
3
Resistor ini berkekuatan 250 Watt yang mempunyai
hambatan 22.000 Ω.
5. Osiloskop
untuk melihat gelombang tegangan yang menunjukkan
adanya arus bocor melalui sampel uji.
6. Seperangkat Alat Penyinaran Sinar UV
Memvalidasi hasil penelitian penuaan dilakukan
penelitian penuaan dengan percepatan di laboratorium,
dalam lemari uji untuk menyimulasi iklim di daerah
tropis. Penelitian dipercepat di laboratorium, menurut
standar IEC 1109 (1992) dengan percepatan 30x,
dilakukan selama 96 jam, setiap 24 jam, ditest
kinerjanya. Terdiri dari kotak kayu&lampu TL UV.
7. Peralatan pengukuran sudut kontak
Terdiri dari kotak sumber cahaya, pipet, aquades,kamera
digital, laptop,air destilasi dan gelas ukur.
E. Pengujian arus bocor
Untuk pengujian arus bocor dalam penelitian ini
menggunakan metode Inclined-Plane Tracking (IPT)
merupakan salah satu metode pengukuran arus bocor pada
isolator yang diatur dalam IEC 587:1984.
Standar ini menggambarkan dua metode tes untuk
mengevaluasi material isolator listrik untuk penggunaan di
bawah beberapa kondisi ambang pada frekuensi daya (48 Hz
sampai 62 Hz) dengan pengukuran hambatan penjejakan dan
erosi, menggunakan kontaminan cair dan bahan uji. Untuk
lebih jelasnya metode ini dilakukan dengan langkah-langkah
sebagai berikut.
Laptop
Kamera
USB
Sampel
Lampu
1000
w
Gambar 8 Rangkaian pengujian sudut kontak
IV. HASIL DAN ANALISA
A. Hasil Pengukuran dan Pembahasan Sudut Kontak
Gambar 9 Contoh profil tetesan air dan perhitungan sudut kontak RES Silika
Hasil pengukuran dan perhitungan sudut kontak bahan uji
RiS Silika untuk kontaminan NH4Cl dapat dilihat pada tabel 3
di bawah ini.
Tabel 3 Pengukuran sudut kontak sampel uji terkontaminasi larutan NH4Cl
Gambar 7 Rangkaian Pengujian Arus Bocor
F. Pengujian sudut kontak
Langkah pengujian sudut kontak yaitu sebagai berikut:
1. Meletakkan isolator dan menghidupkan kamera,
keduanya diposisikan sedemikian rupa sehingga pada
layar kamera, permukaan isolator tampak seperti garis
lurus.
2. Meneteskan air sebanyak 50 µl. Air yang diteteskan ini
berupa aquades.
3. Menghidupkan sumber cahaya agar ketika diambil foto,
titik air pada permukaan sampel tampak jelas.
4. Memfoto dengan kamera digital, sehingga hasilnya
dapat langsung dimasukkan ke dalam komputer untuk
mendapatkan besar sudut kontak yang terukur.
Setelah dilakukan perhitungan nilai rata-rata sudut
kontak untuk masing-masing variasi komposisi bahan filler
dan lama penyinaran sinar UV, sehingga dapat dilihat hasil
pengukuran tersebut pada tabel 4.
Tabel 4 Nilai rerata hasil pengukuran sudut kontak terkontaminasi larutan
NH4Cl
Sudut hidofobik (°)
Lama UV (jam)
5%
10%
15%
20%
25%
0
73,52
74,66
74,67
77,37
70,97
24
22,45
15,33
31,31
24,6
39,03
48
19,73
21,93
19,69
10,18
16,38
72
11,05
25,88
37,31
31,46
21,4
96
18,2
22,12
10,23
24,6
17,51
4
1). Perbandingan Keseluruhan Sudut Kontak RiS MasingMasing Komposisi Silika Terhadap Lama Penyinaran
UV.
80
60.00
Perbandingan Lama Penyinaran UV terhadap sudut kontak
polutan NH4Cl
y = 7.029x2 - 53.43x + 115.4
R² = 0.872
40.00
70
Sudut konntak (o)
74.24
Sudut konntak (°)
90
Lama penyinaran vs sudut kontak
80.00
60
26.54
20.00
50
40
25.42
17.58
18.53
0.00
30
0
20
10
0
0
24
48
72
96
Lama penyinaran (jam)
Komposisi 5%
Komposisi 10%
Komposisi 15%
Komposisi 20%
Komposisi 25%
Gambar 10 Grafik hubungan antara lama penyinaran ultraviolet terhadap
sudut kontak rerata terkontaminasi larutan NH4Cl
Dari gambar 10 dapat dilihat bahwa RiS dengan
persentase pasir silika 5% - 25% yang dialiri larutan NH4Cl,
terlihat bahwa semakin lama penyinaran UV pada suatu
bahan uji, maka rata-rata semakin cepat waktu terjadinya
penurunan sudut kontak.
Pada variabel waktu terjadinya penyinaran UV, terlihat
bahwa semakin besar persentasi pasir silika pada bahan uji,
maka semakin lama penurunan sudut kontak dapat terjadi.
Sedangkan pada sudut kontak awal yang terjadi saat
penyinaran UV 0jam, rata-rata memiliki nilai sudut kontak
yang hampir sama, yaitu sekitar 70o.
Pada perbandingan rerata sudut kontak RiS pasir silika
terhadap variasi lama waktu paparan sinar UV
terkontaminasi NH4Cl, dapat dilihat pada tabel 5 berikut.
Tabel 5 Nilai rerata hasil pengukuran sudut kontak terhadap lama penyinaran
UV terkontaminasi larutan NH4Cl
Sudut hidofobik (°)
Lama UV
Rerata
(jam)
5%
10%
15%
20%
25%
0
73,52 74,66
74,67
77,37
70,97
74,24
24
22,45 15,33
31,31
24,6
39,03
26,54
48
19,73 21,93
19,69
10,18
16,38
17,58
72
11,05 25,88
37,31
31,46
21,4
25,42
96
18,2
22,12
10,23
24,6
17,51
18,53
Pada tabel 5, dapat dilihat bahwa lama waktu penyinaran
UV sangat memberi pengaruh terhadap penurunan sudut
kontak bahan sampel uji. Hal ini dapat diamati bahwa
semakin lama waktu penyinaran UV, semakin besar pula
penurunan sudut kontak. Hal ini ditunjukkan dengan
semakin berkurangnya besar sudut kontak pada sampel uji
akibat terpaan sinar UV.
24
48
72
Lama penyinaran (jam)
Lama penyinaran vs sudut kontak
96
Gambar 11 Grafik lama waktu penyinarana UV terhadap sudut
kontak terkontaminasi larutan NH4Cl.
Berdasarkan gambar 11 dapat diketahui bahwa semakin
lama penyinaran UV, maka sudut kontak yang diperoleh
semakin kecil. Hal ini dikarenakan semakin lama waktu
penyinaran UV yang diterpakan pada RiS Silika
menyebabkan sudut kontak pada bahan sampel uji mudah
mengalami penurunan sudut kontak.
2) Perbandingan Sudut Kontak RiS Terhadap Variasi
Komposisi Filler Pasir Silika Dengan Paparan Sinar UV.
Hubungan sudut kontak terhadap komposisi masingmasing filler rerata pada RiS, dapat dilihat pada tabel 6
berikut.
Tabel 6 Nilai rerata hasil pengukuran sudut kontak terhadap komposisi
masing-masing filler RiS terkontaminasi larutan NH4Cl
Sudut hidofobik (°)
Lama UV
(jam)
5%
10%
15%
20%
25%
0
73,52
74,66
74,67
77,37
70,97
24
22,45
15,33
31,31
24,60
39,03
48
19,73
21,93
19,69
10,18
16,38
72
11,05
25,88
37,31
31,46
21,40
96
18,20
22,12
10,23
24,60
17,51
144,95
159,92
173,21
168,21
165,29
Σ
Pada tabel 6, dapat dilihat bahwa komposisi bahan filler
pasir silika cukup memiliki pengaruh yang signifikan
terhadap menahan penurunan sudut kontak akibat pengaruh
terpaan sinar UV.
Hal ini dapat diamati bahwa semakin besar persentase
pasir silika yang ditambahkan pada bahan RiS, semakin
lama pula bahan dapat menahan pengaruh terpaan sinar UV.
Hal ini ditunjukkan dengan penjumlahan sudut kontak
dengan variasi penyinaran UV pada bahan filler pasir silika
25% secara umum lebih besar daripada dengan bahan filler
5%.
5
78.00
y = -0.239x + 74.95
R² = 0.026
80.00
70.00
Sudut konntak (°)
Komposisi vs Sudut Kontak
90.00
Komposisi vs Sudut Kontak dengan UV 0jam
77.37
76.00
74.00
73.52
72.00
70.00
74.66
74.67
y = -0.239x + 74.95
R² = 0.026
70.97
68.00
66.00
60.00
Sudut konntak (°)
5%
50.00
y = 2.628x + 17.53
R² = 0.172
40.00
y = 4.243x + 13.81
R² = 0.554
30.00
20.00
10.00
y = 0.11x + 18.20
R² = 0.001
y = -1.845x + 23.11
R² = 0.404
0.00
5%
10%
15%
Komposisi (%)
Lama UV 0jam
Lama UV 48jam
Lama UV 96jam
Linear (Lama UV 0jam)
Linear (Lama UV 48jam)
Linear (Lama UV 96jam)
20%
25%
10%
15%
20%
25%
Komposisi (%)
Komposisi vs sudut kontak dengan UV 0jam
Gambar 13 Grafik komposisi terhadap sudut kontak pada penyinaran UV
0jam.
Berdasarkan gambar 13 dapat diketahui bahwa
semakin besar persentase bahan filler, maka sudut kontak
yang diperoleh semakin besar. Hal ini dikarenakan
semakin besarnya persentase bahan filler pasir silika yang
ditambahkan pada RiS menyebabkan semakin memiliki
sifat kedap air (hidrophobic).
3) Hasil Perhitungan Moduls Young
Hasil perhitungan Moduls Young bahan uji RiS Silika
untuk kontaminan NH4Cl dapat dilihat pada tabel 7 di
bawah ini.
Tabel 7 Hasil perhitungan Moduls Young sudut kontak terkontaminasi larutan
NH4Cl
Lama UV 24jam
Lama UV 72jam
Linear (Lama UV 0jam)
Linear (Lama UV 24jam)
Linear (Lama UV 72jam)
Gambar 12 Grafik komposisi terhadap sudut kontak terkontaminasi larutan
NH4Cl.
Berdasarkan gambar 12 dapat diketahui bahwa semakin
lama penyinaran UV yang diterapkan pada bahan sampel uji
isolator, maka sudut kontak yang diperoleh semakin kecil.
Hal ini dikarenakan semakin lama penyinaran UV yang
diterima bahan sampel uji isolator tersebut akan
menyebabkan isolator RiS Silika semakin mudah rusak atas
pengaruh terpaan sinar UV.
Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa dengan
pengaruh penyinaran UV 0jam memiliki sudut kontak yang
jauh lebih besar yaitu berkisar 70o daripada bahan sampel
uji isolator yang telah diberi penyinaran UV 24jam hingga
96jam, sehingga dapat digolongkan bersifat partially
weated.
Dapat disimpulkan bahwa bahan sampel uji isolator RiS
Silika idealnya digunakan sebagai isolator pasangan dalam,
dikarenakan jika digunakan sebagai isolator pasangan luar
(outdoor) mudah rusak akibat paparan sinar UV.
6
B. Hasil perhitungan dan pembahasan Energi Degradasi
(Ed) Bahan Sampel Uji RES Silika
Perhitungan Energi Degradasi (Ed) bertujuan untuk
mengetahui pengaruh energi W (joule) yang dibutuhkan
terhadap luas A (mm2) kerusakan permukaan yang terbentuk
pada bahan uji.
1) Hasil Perhitungan Nilai Energi Degradasi Rerata
Hasil perhitungan Energi Degradasi bahan uji RiS Silika
untuk kontaminan NH4Cl dapat dilihat pada tabel 8 di
bawah ini.
Tabel 8 Perhitungan Energi Degradasi rerata (Ed) sampel uji terkontaminasi
larutan NH4Cl
Energi degradasi (mm2/j)
Lama UV
(jam)
5%
10%
15%
20%
25%
0
4,75E-05
2,65E-05
3,36E-05
3,86E-05
3,22E-05
24
1,36E-04
2,41E-04
1,89E-04
2,56E-04
2,29E-04
48
3,42E-04
5,14E-04
5,97E-04
4,25E-04
2,67E-04
72
9,14E-04
8,10E-04
6,66E-04
3,74E-04
3,19E-04
96
6,28E-04
4,79E-04
1,24E-03
1,03E-03
4,25E-04
2) Perbandingan Keseluruhan
Masing-Masing Komposisi
Penyinaran UV.
1.40E-03
Energi Degradasi RiS
Silika Terhadap Lama
Energi Degradasi Terhadap Lama UV Masingmasing Komposisi Filler
Energi Degradasi (mm2 /j)
1.20E-03
1.00E-03
8.00E-04
Pada variabel waktu terjadinya penyinaran UV, terlihat
bahwa semakin besar persentasi pasir silika pada bahan uji,
maka semakin sulit Energi Degradasi mengalami
peningkatan.
Sedangkan pada grafik tersebut nampak pada pengaruh
penyinaran UV 72 jam beberapa data penelitian mengalami
kenaikan sudut kontak, ini dikarenakan pada saat pembuatan
bahan sampel uji isolator masih adanya void dan pembuatan
kurang solid sehingga menjadi kurang presisi.
Pada perbandingan rerata Energi Degradasi RiS pasir
silika terhadap variasi lama waktu paparan sinar UV
terkontaminasi NH4Cl, dapat dilihat pada tabel 9 berikut.
Tabel 9 Nilai rerata hasil perhitungan Energi Degradasi terhadap lama
penyinaran UV terkontaminasi larutan NH4Cl
Pada tabel 9, dapat dilihat bahwa lama waktu penyinaran
UV sangat memberi pengaruh terhadap peningkatan Energi
Degradasi bahan sampel uji. Hal ini dapat diamati bahwa
semakin lama waktu penyinaran UV, semakin tinggi pula
peningkatan Energi Degradasi. Hal ini ditunjukkan dengan
semakin bertambah besar Energi Degradasi pada bahan
sampel uji akibat terpaan sinar UV.
Energi Degradasi (mm2 /j)
Dari tabel di atas dapat disimpulkan bahwa secara umum
tegangan permukaan bahan padat (ɤs) pada tiap variasi filler
pasir silika lebih besar daripada tegangan antarmuka bahan
padat-cairan (ɤsℓ). Bernilai positif (+) dikarenakan secara
umum sudut kontak pada tiap variasi filler pasir silika
berkisar 1o – 89o, sedangkan sifatnya beragam antara
Hydrophilic atau Partially weated.
1.00E-03
8.00E-04
6.00E-04
Lama UV Vs Energi Degradasi
y = -7E-06x2 + 0.000x - 0.000
R² = 0.997
2.10E-04
2.00E-04
3.57E-05
0
Lama UV
4.00E-04
6.16E-04
4.29E-04
4.00E-04
0.00E+00
6.00E-04
7.59E-04
24
48
72
Lama UV (jam)
Poly. (Lama UV)
96
Gambar 15 Grafik lama waktu penyinaran UV terhadap Energi Degradasi
terkontaminasi larutan NH4Cl.
2.00E-04
0.00E+00
0
24
48
72
96
Lama UV (jam)
Komposisi 5%
Komposisi 10%
Komposisi 15%
Komposisi 20%
Komposisi 25%
Gambar 14 Grafik hubungan antara lama penyinaran UV terhadap Energi
Degradasi masing-masing komposisi filler terkontaminasi larutan NH4Cl
Dari gambar 14 dapat dilihat bahwa RiS dengan
persentase pasir silika 5% - 25% yang dialiri larutan NH4Cl,
terlihat bahwa semakin lama penyinaran UV pada suatu
bahan uji, maka rata-rata Energi Degradasi-nya semakin
mengalami peningkatan..
Berdasarkan gambar 15 dapat diketahui bahwa semakin
lama penyinaran UV, maka Energi Degradasi yang
diperoleh semakin besar.
Hal ini dikarenakan semakin lama waktu penyinaran UV
yang diterpakan pada RiS Silika menyebabkan kerusakan
pada bahan sampel uji, sehingga memudahkan Energi
Degradasi mengalami kenaikan secara signifikan.
Dari gambar tersebut dapat diketahui nilai rerata Energi
Degradasi saat lama UV 0jam yaitu sebesar 3,57E-05 mm2/j
dan pada saat lama UV 96jam naik secara signifikan yaitu
sebesar 7,59E-04 mm2/j.
7
Tabel 10 Nilai rerata hasil pengukuran Energi Degradasi terhadap komposisi
masing-masing filler RiS terkontaminasi larutan NH4Cl
Lama
Energi Degradasi (A/W)
UV
(jam)
5%
10%
15%
20%
25%
0
4,75E-05
2,65E-05
3,36E-05
3,86E-05
3,22E-05
24
1,36E-04
2,41E-04
1,89E-04
2,56E-04
2,29E-04
48
3,42E-04
5,14E-04
5,97E-04
4,25E-04
2,67E-04
72
9,14E-04
8,10E-04
6,66E-04
3,74E-04
3,19E-04
96
6,28E-04
4,79E-04
1,24E-03
1,03E-03
4,25E-04
Σ
2,07E-03
2,07E-03
2,72E-03
2,12E-03
1,27E-03
Pada tabel 10, dapat dilihat bahwa komposisi bahan
filler pasir silika cukup memiliki pengaruh yang signifikan
terhadap penurunan Energi Degradasi akibat pengaruh
terpaan sinar UV.
Hal ini dapat diamati bahwa semakin besar persentase
pasir silika yang ditambahkan pada bahan RiS, semakin
lama pula bahan dapat menahan naiknya Energi Degradasi
pada bahan sampel uji isolator RiS Silika.
Hal ini ditunjukkan dengan penjumlahan Energi
Degradasi dengan variasi penyinaran UV pada bahan filler
pasir silika 25% yaitu sebesar 1,27E-03 mm2/j secara umum
lebih kecil daripada dengan bahan filler 5% yang sebesar
2,07E-03 mm2/j.
Sedangkan pada tabel tersebut nampak pada beberapa
data penelitian mengalami kenaikan Energi Degradasi
seperti pada filler 15%, ini dikarenakan pada saat
pembuatan bahan sampel uji isolator masih adanya void dan
pembuatan kurang solid sehingga menjadi kurang presisi.
Energi Degradasi (mm2 /j)
8.00E-04
y = 1E-05x + 0.000
R² = 0.003
y = -0.000x + 0.001
R² = 0.958
6.00E-04
4.00E-04 y = -2E-05x + 0.000
R² = 0.081
y = 2E-05x + 0.000
R² = 0.432
2.00E-04
y = -2E-06x + 4E-05
R² = 0.137
0.00E+00
5%
10%
15%
Komposisi (%)
Lama UV 0jam
Lama UV 48jam
Lama UV 96jam
Linear (Lama UV 24jam)
Linear (Lama UV 72jam)
20%
Komposisi Vs Energi Degradasi Paparan UV 0jam
4.75E-05
4.00E-05
3.36E-05
3.00E-05
2.65E-05
2.00E-05
1.00E-05
3.86E-05
3.22E-05
y = -2E-06x + 4E-05
R² = 0.137
0.00E+00
5%
10%
15%
20%
25%
Komposisi (%)
Linear (Lama UV 0jam)
Gambar 17 Grafik komposisi terhadap energi degradasi pada penyinaran
UV 0jam.
1.20E-03
1.00E-03
5.00E-05
Lama UV 0jam
Komposisi Vs Energi Degradasi
1.40E-03
Berdasarkan gambar 16 di atas dapat diketahui bahwa
semakin lama penyinaran UV yang diterapkan pada bahan
sampel uji isolator, maka Energi Degradasi yang diperoleh
semakin besar.
Hal ini dikarenakan semakin lama penyinaran UV yang
diterima bahan sampel uji isolator tersebut akan
menyebabkan isolator RiS Silika semakin mudah rusak atas
pengaruh terpaan sinar UV sehingga mudah mengalami
kegagalan isolasi.
Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa dengan
pengaruh penyinaran UV 0jam memiliki Energi Degradasi
yang jauh lebih rendah yaitu berkisar 2,65E-05 s/d 4,75E-5
mm2/j daripada bahan sampel uji isolator yang telah diberi
penyinaran UV 24jam hingga 96jam.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa bahan sampel uji
isolator RiS Silika idealnya digunakan sebagai isolator
pasangan dalam (indoor), dikarenakan jika digunakan
sebagai isolator pasangan luar (outdoor) mudah rusak akibat
paparan sinar UV.
Energi Degradasi (mm2 /j)
3) Perbandingan Energi Degradasi RiS Terhadap Variasi
Komposisi Filler Pasir Silika Dengan Pengaruh Paparan
Sinar UV.
Berdasarkan gambar 17 menunjukkan grafik yang
fluktuatif yang bagaimana seharusnya grafik yang diperoleh
semakin menurun atas bertambahnya komposisi filler pada
bahan uji sampel isolator seperti halnya hipotesis yang
diberikan sebelumnya pada tabel 10.
Ini disebabkan komposisi penyusun bahan uji pada
bahan sampel uji isolator menggunakan takaran “gram”
pada setiap komposisinya, bukan menggunakan persentase
(%).
Sehingga jumlah takaran tiap komposisinya tidak sesuai
dengan persentasi 100% sama presisi tiap bahan sampel uji
isolatornya, serta masih adanya void yang terdapat pada
bahan sampel uji isolator RiS Silika yang mempengaruhi
unjuk kerjanya.
25%
Lama UV 24jam
Lama UV 72jam
Linear (Lama UV 0jam)
Linear (Lama UV 48jam)
Linear (Lama UV 96jam)
Gambar 16 Grafik komposisi terhadap Energi Degradasi terkontaminasi
larutan NH4Cl dengan variasi pengaruh sinar UV.
8
V. PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari pengujian yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa
kesimpulan sebagai berikut :
1. Semakin lama tingkat penyinaran sinar ultraviolet
terhadap bahan uji sampel isolator RiS Silika, maka arus
bocor pada permukaan bahan akan semakin naik, yang
menyebabkan ketahanan degradasi (Rd) meningkat pula.
2. Bahwa lama tingkat penyinaran ultra violet
mempengaruhi permukaan bahan uji sampel.
3. Dari grafik sudut kontak diketahui bahwa bahan uji
dengan filler yang lebih besar memiliki sudut kontak
yang besar dibandingkan dari bahan uji dengan filler
yang lebih sedikit.
4. Bahwa lama tingkat penyinaran ultra violet menurunkan
ketahanan degradasi bahan sampel uji.
B. Saran
Percobaan yang dilakukan ini masih memiliki banyak sekali
kekurangan, untuk itu perlu dilakukan perbaikan untuk
percobaan-percobaan sejenis. Beberapa perbaikan yang dapat
dilakukan adalah sebagi berikut :
1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai sifat kimia
dan fisika bahan Resin Epoksi.
2.
Perlu dilakukan penelitian mengenai pengaruh
penambahan pengisi lebih dari 50% (pasir silika dan SiR)
terhadap kinerja elektik dan mekanik bahan uji resin
epoksi
3.
Perlu dilakukan penelitian mengenai pengaruh suhu,
kelembaban dan tekanan udara terhadap karakteristik
arus bocor dan tegangan lewat denyar
4. Sebaiknya pencetakan sampel pada ruang vakum
sehingga didapat sampel yang lebih murni dan bebas
void.
Sorqvist, T., Karlsson, U., and Vlastos, A.E., 1995, "Surface Ageing
and its Impact on the Performance of Polymeric Insulators", Ninth
Intern. Symposium On High Voltage Engineering., pp. 3234/1 3234/4, Graz Convention Center, Austria.
[10] Kim, S. H., Cherney, E. A., and Hackam, R., 1992, “Effects of filler
level in RTV silicone rubber coating used in HV Insulator”.
[11] Soerjani, M., 1996, "The Tropical Enviroment", Proceedings of
Electropic 1996, paper I.1, Jakarta.
[12] Lee, H., and Neville, K., 1967, “Handbook Of Epoxy Resin”,
McGraw-Hill Book Company, New York.
[9]
Jefri Piradipta Suharno (L2F 607 031)
Lahir di Semarang, 3 Agustus 1989.
Telah menyelesaikan pendidikan di
SDN 01 Anjasmoro, SMP 7 Semarang
serta SMA 5 Semarang. Sekarang
sedang menempuh pendidikan di
Teknik Elektro, Konsentrasi Teknik
Energi
Listrik,
Universitas
Diponegoro, Semarang.
Mengetahui dan mengesahkan,
DAFTAR PUSTAKA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Tobing, Bonggas L., Peralatan Tegangan Tinggi, PT. Gramedia
Pustaka Utama, Jakarta, 2003.
Arismunandar, A., Teknik Tegangan Tinggi, Pradnya Pramita, Jakarta,
1984.
Naidu, M. S. dan V. Kamaraju, High Voltage Engineering, 2nd ed.,
McGraw-Hill Publishing Company Limited, New Delhi, 1995.
Berahim, Hamzah, 2005, “Metodologi Untuk Mengkaji Kinerja Isolasi
Polimer Resin Epoksi Silane Sebagai Material Isolator Tegangan
Tinggi di Daerah Tropis”, Disertasi, Universitas GadjahMada,
Yogyakarta.
Wahada,G., Pengaruh Sinar UV Terhadap Bahan Isolasi Resin Epoksi
dengan Pengisi Pasir Silika dan Lem Sillicon Rubber Terkontaminasi
Polutan Parangtritis, Tugas Akhir, Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta, 2003.
Malik, N.H., Al-Arainy, A.A., and Qureshi, M.I., 1998. Electrical
Insulation in Power Systems, pp. 164-167, Marcel Dekker Inc., New
York.
Sampson, P. M., 2001, “Cast Electrical Insulation Quality
Enhancements through Improved Filler Technology”, IEEE Elect.
Insult. Magazine, 17(5), 34-42.
Berahim, H., Sirait, K.T., Soesianto, F., Tumiran., 2002 b, “Effect
the Filler Treatment on the Electrical Performance of RTV Epoxy
Resin Insulation Material in Tropical Climate”, Proceeding of the
2002 Joint Conference of ACED & K-J Symposium on ED and
HVE, Vol. 2, 572-575, Soongsil University, Seoul, Korea.
9