MAKALAH ILMU BAHAN LISTRIK “Bahan Isolasi Cair” Dibuat Oleh : Nama : Andi Iqbal Pangeran Kelas : 1B D3 Teknik Listrik Nim : 321 17 043 PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG MAKASSAR 2018 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT sehingga Makalah Ilmu Bahan Listrik dengan judul “Bahan Isolasi Cair” ini dapat diselesaikan meskipun dalam bentuk dan isi yang sangat sederhana. Proses penyusunan makalah ini tidak terlepas dari berbagai macam hambatan dan kesulitan, tapi atas bimbingan dan kerja sama berbagai pihak khususnya dosen dan asisten dosen serta rekan-rekan teknik pertambangan yang sangat bermanfaat sehingga hambatan dan kesulitan tersebut dapat diatasi. Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dari makalah ini, baik dari materi maupun teknik penyajiannya, mengingat kurangnya pengetahuan dan pengalaman menulis. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan. Akhir kata, semoga Allah SWT memberikan amalan yang setimpal atas segala bantuan dan amal baiknya dan penulis berharap kiranya makalah ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya penulis. Makassar, 03 April 2017 Penulis BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bahan-bahan listrik sangat banyak ragamnya pada pabrikasi peralatan listrik. Untuk itu, pengetahuan tentang bahan-bahan listrik sangay diperlukan bagi seorang ahli listrik, baik pada industri maupun dibidang jasa kelistrikan. Aplikasi dari peralatan listrik tidak saja digunakan oleh para ahli tetapi masyarakat luas yang tidak selalu memahami kelistrikan . Hal ini menyangkut keamanan peralatan maupun pemakaiannya, sehubung dengan ketetapan pemilihan bahan. Bahan listrik sangat diperlukan pada kehidupan sehai-hari. Bahan listrik merupakan suatu bahan yang digunakan dalam peralatan listrik. Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik. Isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrik atau percikan. Bahan isolasi akan mengalami pelepasan muatan yang merupakan bentuk kegagalan listrik apabila tegangan yang diterapkan melampaui kekuatan isolasinya. Kegagalan yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinuitas sistem terganggu. Bahan listrik sudah digunakan oleh masyarakat luas untuk berbagai macam aplikasi peralatan listrik dan tentunya peralatan tersebut didukung oleh keamanan peralatan serta keamanan konsumen atau pengguna. Untuk itu harus pengguna harus mengetahui bahan isolasi yang ada dan diperhatikan dalam ketepatan pemilihan bahan oleh para pengguna. Isolasi cair mempunyai dua fungsi sebagai bahan isolasi sekaligus sebagai bahan pendingin. Titik berat pembahasan adalah minyak trafo yang mengikuti: macam, sifat, cara permurnian, dan pengujiannya. Bahan isolasi digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan atau bagian-bagian yang aktif. Untuk itu sifat kelistrikkanya memegang peran sangat penting. Namun demikian sifat mekanis, sifat termal, ketahanan terhadap bahan kimia serta sifat-sifat lainnya. Pada kemajuan teknologi tegangan tinggi, isolasi listrik memegang peranan yang sangat penting dalam teknik tegangan tinggi, Isolasi listrik sangat diperlukan untuk menunjang keandala di dalam penyaluran tegangan listrik. Untuk itu diperlukan suatu informasi bagi pengguna agar dapa menentukan bahan-bahan isolasi yang digunakan pada peralatan listrik khususnya bahan isolasi cair yang merupakan bahan pengisi pada peralatan listrik seperti transformator, pemutus beban, rheostat. 1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada makalah ini adalah : 1. Apakah yang dimaksud dengan bahan isolasi cair? 2. Bagaimana sifat-sifat listrik cairan isolasi? 3. Apakah jenis-jenis bahan isolasi cair? 4. Bagaimana proses pemurnian dan mekanisme kegagalan minyak transformator? 1.3 Tujuan Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah : 1. Mengetahui pengertian bahan isolasi cair 2. Mengetahui sifat-sifat listrik cairan isolasi 3. Mengetahui jenis-jenis bahan isolasi cair 4. Mengetahui proses pemurnian dan mekanisme kegagalan minyak transformator. BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Bahan Isolasi Cair Isolator cair adalah isolator yang berbahan dasar minyak, dan terbagi berdasarkan bahan pembuatannya. Minyak isolasi berasal dari olahan minyak bumi, yang saat ini banyak digunakan dan diteliti adalah minyak isolasi yang berasal dari tumbuhan atau biasa disebut dengan minyak “Nabati” (Minyak Organik). Isolator ini biasaya digunakan pada peralatan Tranformator, pemutus tenaga. Bahan isolator cair memiliki 2 fungsi sebagai pemisah antara bagian yang bertegangan dan sebagai pendingin. Isolator ini harus memiliki tegangan tembus yang tinggi sebagai salah satu syaratnya. 2.2 Sifat-sifat Listrik Cairan Isolasi Sifat sifat listrik yang menentukan unjuk kerja cairan sebagai isolasi adalah: Withstand Breakdown kemampuan untuk tidak mengalami ketembusan dalam kondisi tekanan listrik (electric stress ) yang tinggi. Kapasitansi Listrik per unit volume yang menentukan permitivitas relatifnya. Minyak petroleum merupakan subtansi nonpolar yang efektif karena merupakan campuran cairan hidrokarbon. Minyak ini memiliki permitivitas kira-kira 2 atau 2.5 . Ketidak bergantungan permitivitas subtansi nonpolar pada frekuensi membuat bahan ini lebih banyak dipakai dibandingkan dengan bahan yang bersifat polar. Misalnya air memiliki permitivitas 78 untuk frekuensi 50 Hz, namun hanya memiliki permitivitas 5 untuk gelombang mikro. Faktor daya: Faktor dissipasi daya dari minyak dibawah tekanan bolak balik dan tinggi akan menentukan unjuk kerjanya karena dalam kondisi berbeban terdapat sejumlah rugi rugi dielektrik. Faktor dissipasi sebagai ukuran rugi rugi daya merupakan parameter yang penting bagi kabel dan kapasitor. Minyak transformator murni memiliki faktor dissipasi yang bervariasi antara 10-4 pada 20oC dan 10-3 pada 90oC pada frekuensi 50 Hz. Resistivitas: Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resitivitasnya lebih besar dari109 W-m. Pada sistem tegangan tinggi resistivitas yang diperlukan untuk material isolasi adalah 1016 W-m atau lebih. (W=ohm) Berdasarkan standar yang dikeluarkan oleh ASTM yakni dalam standar D-877 disebutkan bahwa suatu bahan isolasi harus memiliki tegangan tembus sebesar kurang lebih 30 kV untuk lebar sela elektroda 1 mm, dengan kata lain kekuatan dielektrik bahan isolasi kurang lebih 30 kV/mm. Sedangkan menurut standar ASTM D-1816 suatu bahan isolasi harus mampu menahan tegangan sebesar 28 kV untuk suatu lebar sela elektroda sebesar 1,2 mm. Standar ini merupakan standar yang diterima secara internasional dan harus dipenuhi oleh suatu bahan yang dikategorikan sebagai suatu bahan isolasi. 2.3 Jenis-jenis Bahan Isolasi Cair 2.3.1 Minyak transformator Minyak transformator adalah hasil pemurnian minyak bumi minyak ini terutama diperlukan sebagai pendingin sebab transpormator, tahanan pengasut, penghubung tenaga, utamanya yang bekerja pada tegangan tinggi sangat membutuhkan pendinginan, karena tanpa pendinginan yang baik maka akan merusak penyekat pada bagian inti, lilitan, dan pada bagian lain yang perlu. Contoh yaitu pada penampang transformator dengan pendinginan minyak yang dipompakan apabila suhunya meningkat tinggi maka akan terjadi hal–hal sebagai berikut : 1) suhu naik maka besar tahanan naik pula. 2) karena terdiri atas campuran logam maka akan menimbulkan retaknya penyekat. 3) karena suhu yang terlampau tinggi sehingga dapat merubah susunan dan bentuk bahan. Inti dan belitan pada trasformator atau seluruh kotak pada pemutus arus seluruhnya dimasukan ke dalam bak yang berisi minyak, karena itu minyak harus merupakan bahan penyekat, syarat–syarat mutlak yang dibutuhkan sebagai minyak transformator yaitu: 2.3.2 1) minyak harus cair dan jernih tidak berwarna 2) bebas dari air ,asam, alkali, aspal ,dan ret. 3) boleh mengandung campuran abu, asam, apabila memenuhi takaran tertentu Minyak kabel Minyak kabel juga merupakan salah satu hasil pemurnian minyak bumi. Minyak kabel digunakan untuk memadatkan penyekat kertas pada kabel tenaga ,kabel tanah, dan terutama kabel tegangan tinggi, kecuali untuk menguatkan baik daya sekat mekanisnya, penyekat kertas, juga untuk menjaga atau menahan air supaya tidak meresap. sekaligus sebagai elektrikum . Pada dasarnya penyekat bentuk cair digunakan sebagai bahan pembersih pada alat-alat listrik misalnya pada reustak. Hal ini banyak difungsikan sebagai pengisolasi atau bahan pengisi seperti pada minyak trafo yang merupakan pemurni bahan- bahan mineral. Oleh karena itu bahan isolasi bentuk cair banyak digunakan karena memiliki daya tembus tinggi dan daya hantar yang kuat. Adapun kendala–kendala yang biasa menghambat kerja yaitu misalnya pada minyak trapo biasa terdapat air dan asam . 2.3.3 Cairan sintesis Disamping bahan–bahan tersebut di atas terdapat pula isolasi cair sintesis yang juga digunakan pada teknik listrik. Isolasi cair sintesis yang sering digunakan pada teknik listrik adalah cairan yang berisi chloor (hidrokarbon) seperti difenil (CH) dimana 3 sampai 5. Atom hydrogen diganti dengan atom chloor .Bahan–bahan ini diantaranya adalah sovol, askarel, araclor, pyralen, shibanol. Sovol adalah bahan cair yang agak kental ,tidak berwarna, massa jenisnya. Lebih besar dari minyak trafo. dan tegangan tembusnya hampir sama dengan minyak trafo dan permiabilitasnya lebih tinggi . Sovol yang dicampur dengan sedikit trichlobenzena (CHCL)untuk mengurangi kekentalannya sehingga diperoleh bahan baru yang disebut sovtol. Karena sovol dan sovtol tidak terbakar bila dengan udara dan tidak menyebabkan ledakan. Maka itu trafo yang diisi sovtol tidak berisiko kebakaran dan ledakan sehingga sovtol tidak digunakan pada isolasi pada pemutus dan juga bahan ini beracun sehingga penggunaanya harus hati –hati. 2.3.4 Minyak Silikon Bahan ini lebih mahal harga daripada minyak transformator. Tetapi mempunyai kelebihan antara lain sudut kerugian dielektrik kecil, higroskopisitasnya dapat diabaikan dan resistivitas panasnya relative tinggi. Massa jenis ±1 g/cm3, permitivitas relatifnya 2,5; tan 0,OOO2 PADA 1000Hz, titik nyala tidak kurang dari 145˚C, titik beku tidak lebih rendah dari -60˚C. 2.4 Proses Pemurnian dan Mekanisme Kegagalan Minyak Transformator 2.4.1 Proses Pemurnian Minyak transformator dapat dikotori oleh uap air, fiber (misalnya: kertas, kayu, tekstil), dammar dsb. Hal ini dapat mempengaruhi kemurnian minyak transformator. Bentuk dari pengotoran dapat bermacam-macam yaitu: meleleh dan mencairnya bahan-bahan yang digunakan di dalam transformator, partikel-partikel yang mengendap di dasar tangki, pada belitan atau pada intinya. Dengan adanya pengotoran maka tegangan tembus minyakakan menurun dan ini berarti mengurangi atau menurunnya umur pemakaian minyak. Akhir-akhir ini usaha memperlambat terjadinya penurunan tegangan tembus minyak transformator untuk pemakaian pada transformator yang bertegangan kerja tinggi dan dayanya besar, ruangan yang terdapat di atas permukaan minyak diisi bdengan gas murni (biasanya nitrogen). Cara lain untuk memperpanjang umur minyak transformator adalah dengan mencampurkan senyawa tertentu antara lain: paraoksi diphenilamin. Senyawa tersebut dimasukan ke dalam minyak transformtor yang telah dipanasi 80˚ hingga 85˚C. campuran tersebut konsentrasinya dibuat 0,1% dan selanjutnya didinginkan. Minyak transformator yang sudah diberi senyawa paraoksi dipenilamin akan berwarna kemerah-merahan. a. Pemanasan Pada cara ini minyak transformator dipanasi hingga titik didih air pada perangkat khusus yang disebut Penggodok minyak (Oil Boiler). Air yang yang terkandung di dalam minyak akan menguap. Cara ini dianggap sebagai cara yag paling sederhana dalam hal pemurnian minyak transformator. Dengan cara ini bahan-bahan pencemar padat, misalnya: fiber, jelaga: akan tetap tinggal di dalam minyak. Apabila pemanasan tersebut mendekati titik penguapan minyak, akan menyebabkan umur minyak berkurang. Namun hal ini dapat diiatasi dengan cara memanaskan minyak di tempat pakem, sehingga air akan menguap pada suhu yang relative rendah. Namun demikian pencemar selain air akan tetap tinggal di dalam minyak. b. Penyaringan Pada metode ini digunakan kertas khusus untuk menyaring minyak yang tercemar. Untuk mempercepat waktu penyaringan, digunakan tekanan. Air yang terkandung dalam ninyak transformator diserap dengan kertas higriskopis. Dengan cara ini baik air maupun partikelpartikel pencemar lainnya akan tersaring sekaligus. Untuk menambah output mesin penyaring, minyak dipanasi 40˚ hingga 45˚C sehingga viskositas minyak menurun dan dengan demikian makin memudahkan penyaringan. Normalnya, minyak yang akan disaring dimasukkan ke filter atau penyaring dengan tekanan 3 hingga 5 atmosfir. Biasanya penyaring diganti setelah digunakan selama 4 jam, tetapi bila minyaknya sangat kotor, penggantiannya dilakukan setiap 0,5 hingga 1 jam. c. Pemusingan Pencemaran minyak transformator misalnya: fiber, karbon maupun lumpur adalah lebih besar daripada minyak transformator sehingga kotoran-kotoran tersebut suatu saat mengendap dan mudah dipisahkan secara kasar. Untuk mempercepat proses pemisahan, maka minyak dipanaskan 45˚ hingga 55˚ di dalam suatu tabung dan kemudian diputar atau dipusing dengan cepat. Karena gaya sentrifugal, maka subtansi yang lebih berat akan berada di bagian pinggir bejana dan minyaknya sendiri yang relative lebih ringan akan berada di tengah bejana. Bagian utama dari pemutar adalah sebuah silinder yang memiliki lempengan-lempengan (hingga 50 buah). Lempengan-lempengan tersebut berputar bersama-sama dengan poros. d. Regenerasi Pencemaran minyak transformtor seperti yang dijelaskan sebelumnya. Pencemaran akan lebih dapat dihilangkan dengan pemurnian khusus yaitu regenerasi. Cara ini mengunakan absorben untuk regenarasi minyak transformator. Dalam praktek, cara ini banyak digunakan pembangkit-pembangkit tenaga listrik dan gardu-gardu induk. Absorben adalah subtansi yang siap menyerap produk yang diakibatkan oleh pemakaian dan kelembaban pada minyak transformator. Regenerasi dengan absorben dapat lebih baik hasilnya jika dilakukan setelah minyak ditambah dengan H2SO4. Selanjutnya jika terjadi kelebihan asam dapat dinetralisir dengan kalium hidroksida (KOH) dan kemudian minyaknya dicuci dengan air yang dialirkan, ditambah dengan absorben dan kemudian disaring. Terdapat 2 cara untuk menambahjan absorben ke dalam minyak transformator, yaitu: – Minyak dipanaskan dan dicampur dengan absorben yang dipadatkan dan kemudian disaring. Cara atau metode ini disebut Metode Sentuhan (Contact Method). – Minyak yang telah dipanasi dialikan melalui lapisan tipis dari absorben yang disebut Metode Filtrasi. Filtrasi penyerap untuk regenerasi minyak transfortor terdiri dari sebuah silinder yang dilas dengan sebuah kawat kasa di dasarnya, di sini penyerap dimasukkan ke dalam minyak kemudian dialirkan melalui kawat kasa tersebut. Lama kelamaan kawat kasa akan tersumbat partikel-partikel halus dari absorben. Untuk membersihkan absorben yang tersaring dan sisa-sisa minyak, silinder dapat dibalikkan atau diputar 180˚. Instalasi ini akan lebih efisien jika 10% sampai 20% absorben dibuang dari dasar absorber dan ditambahkan absorben baru. Dapat digunakan 2 absorber yang dikopel secara seri sehingga minyak mengalir pada awal melalui absorber yang mash baru, kemudian minyak dialirkan ke absorber yang berikutnya. Absorber yang digunakan untuk regenerasi kebanyakan produk buatan misalnya: silikagel, alumina atau tanah liat khusus. 2.4.2 Mekanisme Kegagalan Minyak Transformator. Teori mengenai kegagalan dalam zat cair kurang banyak diketahui dibandingkan dengan teori kegagalan gas atau zat padat. Hal tersebut disebabkan karena sampai saat ini belum didapatkan teori yang dapat menjelaskan proses kegagalan dalam zat cair yang benar-benar sesuai antara keadaan secara teoritis dengan keadaan sebenarnya. Teori kegagalan zat isolasi cair dapat dibagi menjadi lima jenis sebagai berikut: 1. Teori Kegagalan Elektronik. Teori ini merupakan perluasan teori kegagalan dalam gas, artinya proses kegagalan yang terjadi dalam zat cair dianggap serupa dengan yang terjadi dalam gas. Oleh karena itu supaya terjadi kegagalan diperlukan elektron awal yang dimasukkan kedalam zat cair. Elektron awal inilah yang akan memulai proses kegagalan. 2. Teori Kegagalan Gelembung atau kavitasi merupakan bentuk kegagalanzat cair yang disebabkan oleh adanya gelembung-gelembung gas didalamnya. Penyebabnya adalah: a. Permukaan elektroda yang tidak rata. b. Tejadinya tabrakan elektron sehingga terjadi produk-produk baru berupa gas. c. Penguapan cairan karena adanya lucutan pada bagian elektroda yang tidak teratur dan tajam. d. Zat cair yang mengalami perubahan suhu dan tekanan. 3. Teori Kegagalan Bola Cair adalah jika suatu zat isolasi mengandung sebuah bola cair dari jenis cairan lain, maka dapat terjadi kegagalan akibat tidak stabilnya bola cair tersebut dalam medan listrik. Medan listrik akan menyebabkan tetesan bola cair yang tertahan didalam minyak yang memanjang searah medan dan pada medan yang kritis tetesan ini menjadi tidak stabil. Kanal kegagalan akan menjalar dari ujung tetesan yang memanjang sehingga menghasilkan kegagalan total. 4. Teori Kegagalan Tak Murnian Padat adalah jenis kegagalan yang disebabkan oleh adanya butiran zat padat (partikel) didalam isolasi cair. 5. Kegagalan campuran zat cair-padat (isolasi kertas dicelup ke dalam minyak) biasanya disebabkan oleh pemburukan. Pemburukan yang menyebabkan kegagalan isolasi cairpadat yaitu: Pemburukan karena pelepasan dalam. Pemburukan elektro-kimiawi. BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Adapun kesimpulan dari makalah ini adalah : 1. Isolator cair adalah isolator yang berbahan dasar minyak, dan terbagi berdasarkan bahan pembuatannya. 2. Sifat-sifat listrik cairan isolasi yaitu Withstand Breakdown, Kapasitansi Listrik per unit volume yang menentukan permitivitas relatifnya, dan Resistivitas. 3. Jenis-jenis bahan isolasi cair yaitu minyak transformator, minyak kabel, cairan sintesis dan minyak silikon. 4. Proses pemurnian yaitu pemanasan, penyaringan, pemusingan, dan regenerasi. Adapun mekanisme kegagalan minyak transformator yaitu teori kegagalan elektronik, teori kegagalan gelembung atau kavitasi, teori kegagalan bola cair, teori kegagalan tak murnian padat dan kegagalan campuran zat cair-padat. 3.2 Saran Adapun saran yang dapat dikemukakan bagi para pembaca dan peminat dalam bidang kelistrikan, khususnya mengenai isolasi cair dan kegagalan isolasi cair dapat terus melakukan berbagai penelitian dan pengujian tegangan tembus pada media isolasi cair. 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 Setiabudy, Rudy. 2007. Material Teknik Listrik. Jakarta: Universitas Indonesia. Zaky, A. A., Hawley, R. Conduction and Breakdown in Mineral Oil (London: Peter Peregrinus, 1973). Danikas M.G. “Breakdown of Transformer Oil”, IEEE Electrical Insulation Magazines Vol. 6, No. 5, Septembet/Oktober 1990. Kawaguchi Y., et. al., “Breakdown of Transformator Oil”, IEEE Transaction on Power App. System Vol. PAS-91 No.1 pp. 9-19, 1997. Petronas, Standar Kualitas dan Viskositas Oli Sintetis, Jakarta, 2005. Wahyuni Martiningsih, Analisis Pengaruh Kontaminasi Air dan Temperatur Terhadap Tegangan pada Minyak Transformator, Universitas Indonesia, 2003.
