BAB II TINJAUAN PUSTAKA Isolasi Sistem isolasi merupakan

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Isolasi
Sistem isolasi merupakan paduan dari beberapa bahan isolasi yang
digunakan pada suatu peralatan listrik. Dengan demikian, dapat didefenisikan
bahwa sistem isolasi adalah gabungan dari beberapa bahan yang dibangun untuk
memisahkan bagian-bagian peratan listrik yang berbeda potensial.
Agar suatu peralatan listrik bekerja dengan baik maka sistem isolasinya
harus baik. Dalam menentukan dimensi suatu sistem isolasi dibutuhkan
pengetahuan tentang jenis, besaran, dan durasi tekanan medan elektrik yang akan
dialami masing-masing bahan yang membentuk sistem isolasi tersebut.
Dielektrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang relatif
kecil atau bahkan hampir tidak ada. Bahan dielektrik dapat berwujud padat,
cair, dan gas. Tidak seperti konduktor, pada bahan dielektrik tidak terdapat
elektron-elektron konduksi yang bebas bergerak
di
seluruh
bahan
oleh
pengaruh medan listrik. Medan listrik tidak akan menghasilkan pergerakan
muatan dalam bahan dielektrik. Sifat inilah yang menyebabkan bahan dielektrik
itu merupakan isolator yang baik. Dalam bahan dielektrik, semua elektronelektron terikat dengan kuat pada intinya sehingga terbentuk suatu struktur
regangan (lattices) benda padat, atau dalam hal cairan atau gas, bagianbagian positif dan negatifnya terikat bersama-sama sehingga tiap aliran massa
tidak merupakan perpindahan dari muatan. Karena itu, jika suatu dielektrik
diberi muatan listrik, muatan ini akan tinggal terlokalisir di daerah di mana
muatan tadi ditempatkan.
Masing-masing jenis dielektrik memiliki fungsi dan fungsi yang paling
penting dari suatu isolasi adalah:
1.
Untuk mengisolasi antara penghantar dengan pengahantar yang
lain. Misalnya antara konduktor fasa dengan konduktor fasa, atau
konduktor fasa dengan tanah.
2.
Menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang
diisolasi.
3
Universitas Sumatera Utara
3.
Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia.
Agar dielektrik mampu menjalankan tugasnya dengan
baik
maka
dimensi
sistem
dielektrik harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:
1.
Mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi, agar
isolasi menjadi kecil dan pengunaan bahan dielektrik semakin sedikit,
sehingga harganya semakin murah.
2.
Rugi-rugi dielektrik yang rendah, agar temperatur bahan isolasi
tidak melebihi batas yang ditentukan.
3.
Memiliki kekuatan kerak tinggi agar
tidak
terjadi
erosi
karena
tekanan elektrik permukaan.
4.
Memiliki permitivitas yang tepat dan cocok, sehingga arus pemuatan
(charging current) yang mengalir pada sistem isolasi tidak melebihi yang
diizinkan.
Tetapi dalam prakteknya tidak ada dielektrik yang mampu
memenuhi
semua syarat-syarat diatas. Sehingga diperlukan kompromi tentang sifat-sifat apa
saja yang lebih diutamakan [5].
Dielektrik Cair
Kekuatan dielektrik merupakan ukuran kemampuan suatu material untuk
bisa menahan tegangan tinggi tanpa berakibat terjadinya kegagalan dielektrik.
Kekuatan dielektrik cair tergantung pada sifat atom dan molekul cairan itu sendiri,
material dari elektroda, suhu, jenis tegangan yang diberikan, gas yang terdapat
dalam cairan, dan sebagainya yang dapat merubah sifat molekul cairan. Dalam
isolasi cair kekuatan dielektrik setara dengan tegangan yang terjadi[6].
Dielektrik cair mempunyai kerapatan 1000 kali lebih besar daripada dielektrik
gas sehingga kekuatan dielektriknya lebih tinggi daripada dielektrik gas
Kelebihan lain dari dielektrik cair yaitu mempunyai kemampuan
untuk
memperbaiki diri sendiri jika terjadi suatu pelepasan muatan (discharge) [7].
Menurut hukum Paschen’s, kekuatan dielektrik cair berkisar antara 107 V/cm.
Dielektrik cair akan mengisi volume ruang yang harus diisolasi dan secara
simultan akan mendisipasikan panas yang timbul secara konveksi [11].
4
Universitas Sumatera Utara
Kelebihan lain dari dielektrik cair murni yaitu mempunyai kemampuan
untuk memperbaiki diri sendiri jika terjadi suatu pelepasan muatan (discharge).
Salah satu kekurangan dielektrik cair yaitu mudah terkontaminasi. Sifat-sifat
fisika isolasi cair menjelaskan sifat isolasi cair secara umum yang nantinya
digunakan dalam proses perencanaan peralatan. Sifat-sifat fisika yang terpenting
adalah[12]:
a. Kejernihan (Appearance)
b. Massa jenis ( Density)
c. Viskositas kinematik (Kinematic viscosity)
d. Titik nyala (Flash point)
e. Titik tuang ( Pour point)
f. Angka Kenetralan
Adapun sifat-sifat kelistrikan dari isolasi cair antara lain[12]:
1. Tegangan tembus atau gagal ( Breakdown Voltage)
2. Resistivitas (Resistivity)
3. Faktor Kebocoran Dielektrik (Dielektric Dissipation Factor)
4. Permitivitas (Permitivity).
Viskositas
Viskositas atau biasa disebut kekentalan relatif penting pada isolasi cair. Hal
ini dikarenakan viskositas berpengaruh pada kemurnian isolasi cair (banyaknya
kontaminan partikel padat) dan pendinginan suatu peralatan listrik. Selain sebagai
media isolasi biasanya isolasi cair juga berfungsi dalam proses pendinginan.
Isolasi cair yang baik haruslah mempunyai viskositas yang rendah sehingga
kemungkinan isolasi cair terkontaminasi akan kecil. Selain itu jika viskositas
isolasi cair rendah, proses sirkulasi isolasi cair pada peralatan listrik akan
berlangsung dengan baik sehingga akhirnya pendinginan inti dan belitan
trasformator dapat berlangsung dengan sempurna.
Viskositas Kinematik ASTM D 445 merupakan salah satu dari beberapa
pengujian yang dilakukan oleh Laboratorium Minyak Bumi, dimana dalam
melakukan pengujian Viskositas Kinematik ASTM D 445 untuk produk minyak
seperti solar dan pelumas selalu diperlukan suatu viskometer Tube yang
5
Universitas Sumatera Utara
digunakan untuk mengetahui viskositas dari cairan dengan metode gravitasi.
Viskositas kinematis umumnya dinyatakan dalam centistokes (cSt) yang berada
dalam satuan metrik 1 mm2/s. Viskositas dinamis biasanya dinyatakan dalam
Centipoise (cP), yang dalam satuan metrik adalah 1 mPa.s (0.001 Pas)[4].
Viskositas dinamis dalam isolasi cair dinyatakan dalam persamaan 2.1 [10]:
(2.1)
dimana :
µ = viskositas (poise)
r = jari-jari bola ukur (cm)
g = gaya grafitasi (m/s2)
v = kecepatan bola ukur (cm/s)
ρ = massa jenis bola ukur (g/cm3)
ρ1 = massa jenis isolasi cair (g/cm3)
Sedangkan nilai viskositas pada minyak trafo dinyatakan dengan satuan cSt,
yaitu satuan untuk viskositas kinematik yang dinyatakan dengan persamaan 2.2
[4]:
(2.2)
dimana :
V = viskositas kinematik (St)
µ = viskositas dinamis (poise)
ρ1 = Densitas isolasi cair (g/cm3)
Pengertian Tegangan Tembus
Kekuatan dielektrik Ek adalah terpaan tertinggi yang dapat dipikul suatu
dielektrik sedangkanTegangan tembus (breakdown
voltage)
suatu
isolator
adalah tegangan minimum yang dibutuhkan untuk membuat dielektrik menjadi
tembus listrik (breakdown). Jika dielektrik telah tembus listrik maka dielektrik
telah gagal menjalankan fungsinya.
6
Universitas Sumatera Utara
Ada dua syarat agar dielektrik tembus listrik yaitu :
1. Terpaan elektrik yang dipikul dielektrik harus lebih besar atau sama
dengan kekuatan dielektriknya (E ≥ Ek).
2. Lama terpaan elektrik berlangsung lebih besar atau sama dengan
waktu tunda tembus.
Hal tersebut disebabkan oleh proses ionisasi berantai yang membutuhkan
waktu untuk membuat dielektirk tembus listrik. Waktu yang dibutuhkan untuk
membuat dielektrik tembus listrik disebut waktu tunda tembus (time lag) yang
tidak tentu dan bersifat statistik dan berlangsung dalam orde mikro detik. Jadi
kedua syarat tersebut hanya berlaku untuk tegangan impuls, sedangkan untuk
tegangan searah dan sinusoidal yang waktu puncak dalam orde millidetik hanya
memerlukan satu syarat saja yaitu syarat nomor satu diatas.
Pada Gambar 2.1 berikut ditunjukan suatu bahan dielektrik yang
ditempatkan diantara dua elektroda sejajar. Bila elektroda diberi tegangan V
maka timbul medan elektrik E. Medan elektrik ini merupakan beban bagi
dielektrik yang menekan dielektrik agar berubah menjadi konduktor dengan cara
memberikan gaya kepada elektron-elektron
agar
terlepas
dari
ikatannya
menjadi elektron bebas. Jika medan elektrik E yang dipikul dielektrik melebihi
kekuatan dielektrik dengan waktu yang melebihi atau sama dengan waktu
tunda tembus, maka dielektrik tembus listrik (breakdown).
Gambar 2.1 Dielektrik Dalam Medan Elektrik
Dalam menganalisis tegangan tembus minyak isolasi komersil dilakukan
dengan cara melakukan 6 (enam) kali pengujian tegangan tembus(Vbd) dan data
yang pertama tidak diambil, selanjutnya diambil nilai rata-rata dari 5 (lima)data
7
Universitas Sumatera Utara
tersebut pada setiap unit sampel sesuai dengan ASTM D-1816 dan ASTM 877.
Yang secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
(2.3)
Teori Kegagalan Dielektrik Cair
Minyak isolasi komersil adalah cairan yang secara kimia tidak murni.
Ketidakmurniannya disebabkan gelembung gas/udara, partikel yang melayang dan
lainnya. Ketidakmurnian ini menyebabkan menurunnya kekuatan kekuatan
dielektrik minyak isolasi. Mekanisme kegagalan cairan ini tergantung beberapa
faktor, seperti bentuk dan keadaaan dari elektroda, sifat fisik cairan,
ketidakmurnian dan kehadiran gelembung gas. Pada kebanyakan jenis benda cair
tingkat kemurniannya relatif tidak begitu tinggi karena biasanya masih terdapat
gelembung gas, partikel asing, dan lain-lain. Hal ini tentu menguragi kekuatan
benda cair terhadap peristiwa kegagalan. Mekanisme terjadinya kegagalan pada
benda cair merupakan mekanisme yang memerlukan suatu penyebab seperti
kondisi alami elektroda, keadaan mengenai isolasi cair itu sendiri dan keberadaaan
benda-benda asing (gelembung gas dan partikel benda padat) di dalam benda cair.
Beberapa teori telah dirancang untuk menjelaskan mekanisme kegagalan pada
benda cair. Mekanisme tersebut dapat digolongkan menjadi tiga, yaitu :
a. Mekanisme partikel yang melayang
Apabila jumlah partikel yang melayang relatif banyak, pertikel-partikel
tersebut akan membentuk semacam jembatan yang menghubungkan kedua
elektroda, sehingga mengakibatkan terjadinya peristiwa kegagalan .
Namun bila hanya terdapat sebuah partikel dia akan membuat perluasan
area medan yang luasnya ditemtukan olah bentuk partikel itu sendiri. Jika
perluasan area medan ini melebihi ketahanan benda cair, maka terjadilah
peristiwa kegagalan setempat (local breakdown), yaitu terjadi di dekat
partikel asing tersebut. Hal ini akan membuat terbentuknya gelembunggelembung gas yang pada akhirnya juga menyebabkan
peristiwa
8
Universitas Sumatera Utara
kegagalan pada benda cair tersebut. Sehingga dapat disimpulkan bahwa
ketidakmurnian
suatu
jenis
benda
cair
akan
menurunkan
nilai
ketahanannya dari peristiwa kegagalan . semakin besar ukuran partikel
yang melayang dalam benda cair tersebut, semakin besar pula penurunan
kekuatan benda cair terhadap peristiwa kegagalan.
b. Mekanisme gelembung gas
Kekuatan peristiwa kegagalan dipengaruhi oleh tekanan hidrostatis benda
cair itu sendiri. Hal ini dikarenakan adanya kaitan antara perubahan fase
pada medium benda cair dengan proses terjadinya peristiwa kegagalan,
dengan kata lain gelembung yang terbentuk karena peristiwa penguapan
(peristiwa perubahan fase) adalah penyebab terjadinya kegagalan pada
benda cair. Proses-proses di bawah ini adalah penyebab terbentuknya
gelembung-gelembung gas.
a. Gelembung gas yang mempel pada elektroda.
b. Tekanan repulsive elektrostatis di tengah ruangan yang bermuatan,
yang kemungkinan cukup kuat untuk mengatasi tegangan permukaan.
c. Terbentuknya benda gas yang disebabkan oleh disosiasi
molekul
cairan karena tabrakan electron.
d. Peristiwa penguapan benda cair yang disebabkan oleh pelepasan
muatan tipe korona pada titik elektroda yang tajam, dan oleh
ketidakteraturan permukaanelektroda tersebut.
c. Mekanisme kegagalan termal
Mekanisme kegagalan termal membahas tentang peristiwa kegagalan pada
saat “pulse condition”. Mekanisme ini berdasarkan eksperimen yang
menyelidiki arus yang relatif besar sesaat sebelum terjadi peristiwa
kegagalan. Pulsa arus yang relatif besar ini bersumber dari titik proyeksi
mikroskopik yang terdapat pada permukaan katoda, kepadatan pada titik
tersebut mencapai 1 A/cm3. Pulsa arus dengan kepadatan yang
demikian
tinggi memanaskan sebagian minyak sehingga terbentuk gelembunggelembung penguapan. Gelembung-gelembung tersebut dapat terbentuk
9
Universitas Sumatera Utara
jika besarnya energi mencapai 107 W/cm2. Pada saat
gelembung
terbentuk, maka peristiwa kegagalan akan mengikutinya. Peristiwa
kegagalan ini dapat disebabkan oleh perpanjangan ukuran gelembung dan
dapat juga disebabkan oleh terbentuknya jembatan diantara elektroda.
Kemudian yang terjadi selanjutnya adalah terbentuknya lecutan listrik.
Bersdasarkan mekanisme ini kekuatan kegagalan isolasi dipengaruhi oleh
tekanan dan struktur molekul benda cair. Sebagai contoh sesuai dengan
penyelidkan pada n-alkana . kekuatan peristiwa kegagalannya dipengaruhi
oleh panjang rantai molekulnya. Teori ini dapat berlaku ruang celah yang
amat pendek (<100mm), dan tidak dapat menjelaskan mengenai
penurunan kekuatan peristiwa kegagalan apabila panjang ruang dan celah
dinaikkan.
d.
Kegagalan karena adanya butiran cairan lain
Butiran ini mungkin air. Kegagalan dapat terjadi karena ketidakstabilan
butiran ini di medan listrik. Untuk butiran yang berbentuk bola dengan
jari-jari R (Cm) medan kritis dimana butiran ini kehilangan kestabilannya
dapat dituliskan sebagai berikut.
(2.4)
Dimana :
ε1 = permitivitas dari cairan
σ = tekanan permukaan (yang bekerja pada gelembung dalam Dyne/cm).
bilamana butiran tidak stabil, dia cepat memanjang sampai panjang tertentu.
Kanal tembus terjadi pada ujung butiran tersebut perambatan dari kanal ini
menyebabkan gagal total.[13]
Faktor-Faktor Pemburukan Minyak Isolasi
Untuk mengetahui apakah minyak isolasi sudah mengalami pemburukan
atau belum adalah dengan melakukan pengujian-pengujian yang sifatnya tidak
merusak. Kegagalan minyak isolasi sebagai bahan dielektrik pada
peralatan
10
Universitas Sumatera Utara
tegangan tinggi, biasanya terrjadi karena pemburukan dari minyak isolasi itu
sendiri[14].
Faktor-faktor yang mempengaruhi pemburukan dari minyak isolasi adalah :
1.
Panas
Pemanasan yang berlangsung cukup lama dan berlangsung secara
terus-menerus dapat merubah struktur kimia dari minyak isolasi
tersebut, sehingga merubah sifat-sifat dasarnya sebagai bahan isolasi.
2.
Kemurniaan bahan isolasi
Ketidakmurniaan dari bahan dielektrik cair mempunyai pengaruh
besar tehadap sifat isolasi bahan tersebut. Hal ini dapat kita lihat
pada minyak transformator. Jumlah uap air yang ada pada minyak
transformator akan mempengaruhi tegangan tembusnya.
Pengukuran minyak transformator yang terkontaminasi dengan
material pengotor biasanya mempunyai tkekuatan dielektrik berkisar
antara 0 – 25 kV/mm. Oleh karena itu minyak transformator yang
sudah lama dipakai, harus diuji secara periodik untuk mengetahui
kemampuannya. Minyak transformator yang diuji
adalah
minyak
bagian atas, tengah, dan bawah dan diuji dengan elektroda standard
dengan jarak
sela 2,5 mm. Jika Ebd lebih besar dari pada 20 kV ( Ebd
>> 20 kV) maka minyak transformator masih dikatakan baik. Namun
bila E bd lebih kecil daripada 20 kV (Ebd << 20 kV), maka minyak
transformator dikatakan sudah rusak.
3.
Kontak dengan udara
Jika minyak isolasi mengalami kontak dengan udara, maka minyak
isolasi
akan
teroksidasi.
Jika
hal
ini
terus
terjadi
akan
menyebabkan penurunan kualitas minyak yang berdampak pada
turunannya kekuatan dielektrik minyak isolasi.
4.
Korona
Percikan bunga api dari korona akan meningkatkan kadar karbon
pada minyak isolasi dan menimbulkan gelembung-gelembung
gas
yang bisa membuat minyak isolasi mengalami tembus listrik.
11
Universitas Sumatera Utara
5.
Faktor Alamiah
Dalam hal ini adalah faktor umur dari minyak isolasi, biasanya
semangkin lama minyak isolasi
digunakan,
maka
kualitas
dari
minyak isolasi tersebut akan berangsur-angsur menurun. Sehingga
pemburukan minyak isolasi lebih mudah terjadi.
Arus Bocor Pada Isolator
Isolator adalah alat listrik yang dipakai untuk menjalankan tugasnya
mengisolasi di dalam rangkaian listrik. Alat ini mempunyai sifat atau kemampuan
untuk dapat memisahkan secara elektris dua buah penghantar atau lebih yang
berdekatan sehingga tidak terjadi kebocoran arus atau dalam gradien yang tinggi
tidak terjadi loncatan api (flashover). Dengan demikian bahan isolasi haruslah
mempunyai kekuatan dielektrik yang baik sehingga sifat hantarannya dapat
ditiadakan.
Karena bahan isolator minyak bukan dielektrik sempurna, maka molekul molekul yang terdapat pada bahan tersebut tidak terikat erat tetapi masih terdapat
elektron-elektron yang dapat bergerak bebas atau dapat terlepas dari ikatan akibat
menerima beban tegangan dan menimbulkan aliran arus bocor (leakage current)
atau arus yang mengalir melalui media elektrik. Isolator minyak sebagian besar
berasal dari minyak bumi atau minyak mentah yang diolah secara
khusus
sehingga mempunyai sifat-sifat sebagai isolator dan juga sebagai pendingin.
Isolator minyak mineral mudah di dapat dan murah dibanding isolator minyak lain
(non minyak bumi).[1]
Secara teknis, sistem isolasi harus mampu memikul arus bocor tanpa
menimbulkan pemburukan pada isolator atau setidaknya pemburukan pada arus
bocor tersebut dapat dibatasi. Arus bocor menimbulkan panas pada permukaan
isolator, dan efek samping yang ditimbulkannya adalah penguraian bahan kimia
yang melapisi permukaan isolator.
Efek yang relatif nyata dari penguraian kimia ini adalah timbulnya jejak
arus pada permukaan isolator. Jejak arus inilah yang disebut kerak dielektrik.
Kerak dielktrik pada bahan isolasi dapat membentuk suatu jalur konduktif.
Keberadaan jalur konduktif ini menimbulkan peninggian tekanan medan elektrik
12
Universitas Sumatera Utara
pada bahan isolasi. Panas yang ditimbulkan arus rambat dapat juga menimbulkan
erosi dielktrik tanpa didahului adanya kerak konduktif.
Pada percobaan ini akan diukur besar arus bocor yang mengalir melalui
permukaan isolator. Arus bocor yang akan diukur diperkirakan berada dalam
kisaran
mikroampere
(μA)
sehingga
pengukuran
dengan
menggunakan
amperemeter praktis akan menghasilkan pembacaan yang tidak akurat. Oleh
karena itu untuk mengukur arus bocor, di dalam eksperimen ini ditambahkan
suatu rangkaian sederhana yang memanfaatkan hukum Ohm. Pada kabel
pembumian rangkaian percobaan dipasang tahanan dengan nilai yang telah
diketahui, selanjutnya akan disebut sebagai tahanan uji. Tahanan uji kemudian
dihubungkan pada voltmeter, sehingga pada saat tegangan kerja diberikan, pada
voltmeter akan terbaca nilai tegangan yang dialami tahanan [9] . Dari nilai
tegangan tersebut, diperoleh besar arus bocor yang mengalir melalui tahanan uji
dengan menggunakan persamaan berikut ini:
(2.5)
Dimana :
Ibocor
= Arus Bocor (Ampere)
V2
= Pembacaan V2 (Volt)
R
= Tahanan uji (Ohm)
Minyak Trafo Sebagai Bahan Isolasi
Pada peralatan tegangan tinggi, bahan dielektrik atau disebut juga sebagai
bahan isolasi relatif dibutuhkan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar
listrik yang bertegangan sehingga antar penghantar yang bertegangan tersebut
tidak terjadi hubung singkat yang dapat menyebabkan lompatan api atau percikan.
Salah satu peralatan tegangan tinggi yang digunakan dalam sistem tenaga listrik
adalah transformator tenaga. Pada transformator tenaga, digunakan suatu bahan
dielektrik yaitu minyak trafo yang berfungsi untuk memisahkan dua atau lebih
penghantar yang bertegangan dan sebagai pendingin dari trafo itu sendiri. Minyak
trafo termasuk jenis bahan dielektrik cair berupa minyak.[14]
13
Universitas Sumatera Utara
Minyak trafo sering digunakan dalam peralatan
tegangan tinggi. Minyak
trafo merupakan jenis minyak organik. Minyak trafo hampir tidak berwarna yang
tersusun dari senyawa hidrokarbon yang terdiri dari paraffin, iso-parafin,
naphthalene dan aromatic. Ketika diaplikasikan untuk jangka waktu tertentu,
minyak trafo difungsikan untuk mengalirkan panas dan pada suhu 95 0C akan
mengakibatkan proses penuaan pada minyak serta mengakibatkan warna minyak
akan menjadi lebih gelap karena adanya zat pengotor dan resin atau lumpur pada
minyak. Beberapa pengotor mempunyai sifat korosif terhadap material isolasi
padat dan bagian-bagian konduktor pada trafo. Lumpur yang menumpuk pada inti
trafo, lilitan dan didalam saluran minyak akan menghambat sirkulasi minyak
sehingga proses aliran panas akan terhambat.[7]
Minyak isolasi yang digunakan pada suatu trafo harus memenuhi syarat-syarat
sebagai berikut :
• Mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi
• Mempuyai daya hantar panas yang baik
• Mempunyai berat jenis yang rendah
• Memiliki kekentalan yang rendah
• Memiliki titik tuang rendah
• Mempunyai titik nyala yang tinggi
• Tidak merusak material isolasi dan material lain trafo
• Unsur kimianya harus stabil agar usia pemakaiannya panjang
Pemakaian dielektrik sebagai pemisah pada transformator daya dibagi
secara luas dalam beberapa hal, sebagai berikut :
1. Pemisah antar belitan
2. Pemisah antar kumparan
3. Pemisah kumparan tegangan rendah dengan bumi
4. Pemisah kumparan tegangan rendah dengan kumparan tegangan
tinggi
5. Pemisah kumparan tegangan tinggi dengan bumi
14
Universitas Sumatera Utara
Adapun spesifikasi minyak isolasi yang baik menurut SPLN 49-1-1982,
terlihat pada tabel berikut ini[15].
Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Isolasi Baru
No
Sifat
Kelas 1
Kelas 2
Metode Uji
1
Kejernihan
Jernih
Jernih
IEC 296
2
Massa Jenis 20 ° C (gr/cm3)
≤ 0.895
≤ 0.895
IEC 296
20°C (cST)
≤ 45
≤ 25
Kinematik - 15 °C (cST)
≤ 800
-
-
≤ 800
Viskositas
3
- 30°C ( cST)
IEC 296
4
Titik tuang (°C)
≤ - 35
IEC 296
5
Titik Bakar (°C)
≥ 140
IEC 296A
6
Angka Kenetralan (mg KOH/gr)
≤ 0.03
IEC 296
Tidak
7
Korosi Belerang
-
IEC 296
Korosi
Tegangan Tembus (KV/2.5mm)
8
9
IEC 156
a. Sebelum Diolah
≥ 30
≥ 30
b. Setelah Diolah
≥ 50
≥ 50
-
≤ 0.05
Faktor kebocoran Dielektrik
Ketahanan Oksidasi
10
IEC 296
IEC 250
IEC 474
Angka Kenetralan (mgKOH/gr)
≤ 0.4
≤ 0.4
Kotoran (%)
≤ 0.1
≤ 0.1
IEC 74
15
Universitas Sumatera Utara
Pengaruh Temperatur Terhadap Tingkat Viskositas Berbagai Minyak
Isolasi
Viskositas minyak isolasi dinyatakan dengan kemampuan daya alirnya
atau kemampuan untuk mendisipasikan panas yang terjadi pada peralatan.
Seperti pada transformator, kapasitor daya, kabel daya dan pemutus tenaga
digunakan minyak isolasi yang mempunyai viskositas yang rendah, agar aliran
atau sirkulasi minyak dapat mengisi celah atau rongga udara yang ada pada
peralatan tersebut[8].
Hubungan antara Viskositas dengan temperature dapat dilihat pada
persamaan ASTM D-341 Viscosity-Temperature Charts for Liquid Petroleum
Products sebagai berikut[20] :
Log log ( v +0.7 ) = A – B logT
(2.6)
Dimana :
V
= Viskositas (Cst)
A dan B= Konstanta
T
= Temperatur (°K)
Dimana A dan B adalah konstanta, dan T adalah suhu mutlak. Dalam bentuk
yang lebih kompleks, beberapa kecil Fungsi eksponensial ditambahkan ke
persyaratan di dalam kurung digunakan dalam merencanakan Data mencakup -40
sampai 150 ° C, dan kisaran viskositas 3 sampai 200.000 cst.
Pengaruh pemanasan terhadap viskositas minyak isolasi adalah, dengan
naiknya temperatur maka viskositas minyak isolasi akan turun. Tetapi kenaikan
temperatur ini mempunyai batas tertentu yang diijinkan, sehingga peralatan tidak
mengalami gangguan. Jika viskositas turun, pendisipasian panas secara konveksi
alamiah akan mempercepat pemburukan minyak isolasi atau kemacetan minyak
isolasi yang digunakan. Ini merupakan ciri minyak isolasi, jika temperatur naik
maka tegangan permukaan (kapilaritas) minyak isolasi akan turun yang akan
mempengaruhi viskositasnya, sehingga dapat menimbulkan formasi gelembung.
Pada saat temperatur minyak isolasi mengalami kenaikan,
maka
konduktifitas minyak isolasi juga akan mengalami kenaikan karena mobilitas
16
Universitas Sumatera Utara
ion- ion akan lebih besar dicapai oleh partikel – partikel pada minyak isolasi
hasil dari penurunan viskositas minyak isolasi tersebut.
Pengaruh Tingkat Viskositas Terhadap Tegangan Tembus Berbagai
Minyak Isolasi
Minyak isolasi pada peralatan tegangan tinggi, seperti transformator, kabel daya,
pemutus tenaga dan kapasitor daya ada kalanya mengalami kenaikan temperatur
di atas temperatur kerjanya. Mekanisme voltage breakdown bergantung pada
lingkungan dan Kondisi elektroda, sifat fisik dan Kemurnian cairan dan gas yang
ada dalam cairan[3].
Kenaikan temperatur akibat beban lebih terjadi apabila beban lebih
tersebut berlangsung cukup lama. Pada keadaan hubung singkat kenaikan
temperatur terjadi akibat arus yang cukup besar yang mengakibatkan pemanasan
pada minyak isolasi[8].
Pada keadaan temperatur tertentu kadar air diserap dalam minyak isolasi
dapat menguap dengan membentuk gelembung udara, sehingga kadar air
semakin rendah. Kenaikan temperatur ini dapat terjadi secara perlahan–lahan dan
secara tiba–tiba. Kenaikan temperatur secara tiba–tiba dapat juga menimbulkan
pemburukan, karena dapat menimbulkan gelembung–gelembung gas yang dapat
menyebabkan kegagalan pada minyak isolasi [2].
Kegagalan gelembung atau kavitasi merupakan bentuk kegagalan pada
minyak isolasi yang disebabkan oleh adanya gelembung–gelembung gas
di
dalam minyak isolasi. Sebab – sebab timbulnya gelembung gas ini adalah :
a. Permukaan elektroda yang tidak rata, sehingga terdapat rongga atau
celah udara di permukaannya.
b. Adanya tabrakan yang tidak rata, sehingga terdapat rongga atau celah
udara dipermukaannya.
c. Penguapan minyak isolasi karena adanya percikan bunga api pada
elektroda yang tajam dan tidak teratur.
d. Karena perubahan suhu dan tekanan pada minyak isolasi.
Karena pengaruh medan yang kuat di antara kedua elektroda, gelembunggelembung udara yang ada dalam minyak isolasi tersebut berubah menjadi
17
Universitas Sumatera Utara
memanjang searah dengan medan listrik seperti yang terlihat pada gambar 2.2 di
bawah ini. Hal ini disebabkan karena gelembung-gelembung tersebut berusaha
membuat energi potensialnya minimum.
Gambar 2.2 Arah medan listrik dalam gelembung udara pada
minyak isolasi.
Gelembung – gelembung yang memanjang tersebut kemudian akan
saling menyambung dan membentuk jembatan yang akhirnya akan
megawali terjadinya kegagalan. Jika viskositas turun, elektrokonveksi
dapat mempercepat kerusakan atau kemacetan minyak isolasi yang
digunakan. Ini merupakan ciri dari viskositas minyak isolasi yang turun
dengan naiknya temperatur sehingga menimbulkan formasi gelembung.
Gelembung – gelembung tersebut kemudian akan bertambah besar karena
energi lepas yang diberikan dan mungkin diameter gelembung tersebut
bertambah besar serta menghasilkan gelembung lainnya. Gelembunggelembung yang terjadi dalam minyak isolasi khususnya berdiameter 50 µ
m atau lebih dan batas tekanan internal bergerak sampai 4 bar.
Viskositas minyak isolasi dinyatakan dengan kemampuan daya
alirnya atau kemampuan untuk mendisipasikan panas yang terjadi pada
peralatan. Seperti pada transformator, kapasitor daya, kabel daya dan
pemutus tenaga digunakan minyak isolasi yang mempunyai viskositas
yang rendah, agar aliran atau sirkulasi minyak dapat mengisi celah atau
rongga udara yang ada pada peralatan tersebut.
18
Universitas Sumatera Utara