karakteristik berbagai jenis bahan isolasi kabel instalasi tegangan

Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi
_______________________________________________________________________________
KARAKTERISTIK BERBAGAI JENIS
BAHAN ISOLASI KABEL INSTALASI
TEGANGAN RENDAH
Gatot Firmansyah1, T. Haryono2, B.Sugiyantoro2
Abstract—Cables are essential element in
conducting electricity. At this time, a house fire
often occurs due to failure of insulation and bad
cable connection. These events should be avoided
because it can threaten the safety of occupants and
damaging equipment. Therefore, it is required
sufficient knowledge in selecting the appropriate
low voltage cable to be used. Low voltage cable is
very easy to be found in the market with a variety
of brands and prices. For that, in this test it were
taken material samples from cables which are
widely sold in the market, especially in the city of
Yogyakarta. That cables are NYM 2 x 2,5 mm2 300
/500 volt and NYY 2 x 2,5 mm2 0,6/1 kV with
trademark eterna, and supreme. This study started
with the measurement of the thickness dimension of
the cable, the breakdown voltage, dielectric
strength and leakage currents against temperature.
Intisari—Kabel merupakan elemen penting
dalam menghantarkan listrik. Pada saat sekarang
ini, kebakaran rumah sering terjadi akibat
kegagalan isolasi dan sambungan kabel yang
buruk. Kejadian tersebut harus dihindari karena
dapat mengancam keselamatan penghuninya dan
merusak perlatan. Oleh karena itu, diperlukan
pengetahuan yang cukup dalam memilih kabel
tegangan rendah yang sesuai untuk digunakan.
Kabel tegangan rendah sangat mudah dijumpai di
pasaran dengan berbagai macam merk dan harga.
Untuk itu, pada pengujian ini diambil sampel
bahan uji dari kabel-kabel yang banyak dijual di
pasaran, terutama wilayah kota Yogyakarta. Kabel
tersebut adalah kabel NYM 2 x 2,5 mm2 300 /500
volt dan NYY 2 x 2,5 mm2 0,6/1 kV dengan merk
dagang eterna, dan supreme. Penelitian ini diawali
dengan pengukuran ketebalan dimensi kabel,
kemudian menguji tegangan tembus, kekuatan
dielektrik dan arus bocor terhadap suhu.
I. PENDAHULUAN
Kabel adalah peralatan pokok dalam instalasi yang
berfungsi menyalurkan energi listrik ke peralatanperalatan yang menggunakan energi listrik merupakan
peralatan yang paling rentan dalam hal keamanan
instalasi. Apabila kita perhatikan di televisi atau media
lainnya, cukup sering terjadi kebakaran rumah yang
disebabkan oleh hubungan pendek arus listrik (hubung
singkat). Hal ini bisa terjadi karena sambungan kabel
yang kurang baik ataupun buruknya kualitas isolasi
kabel. Untuk itu diperlukan kehati-hatian dalam hal
memilih kabel yang akan digunakan. Sedangkan untuk
mengantisipasi kerusakan isolasi kabel, diperlukan
pengetahuan tentang faktor-faktor penyebab kerusakan
isolasi dan seberapa besar faktor-faktor tersebut
berpengaruh terhadap kerusakan isolasi.
Maka diperlukan pengujian yang lebih mendalam
mengenai kualitas kabel yang dijual di pasaran,
terutama untuk kabel-kabel tegangan rendah yang
aplikasinya
bersinggungan
langsung
dengan
masyarakat luas. Untuk memilih dan mengaplikasikan
suatu jenis kabel ke dalam sistem tenaga listrik bukan
suatu hal yang mudah. Oleh karena itu, dibutuhkan
pengetahuan mengenai jenis isolasi dan komponen
penyusun kabel tersebut. Kemudian, penting pula untuk
melakukan
beberapa
pertimbangan
terhadap
pengetahuan dasar mengenai jenis kabel tersebut.[1]
Bahan isolasi adalah bahan yang digunakan untuk
memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang
bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar
tersebut tidak terjadi lompatan listrik atau percikan [2].
Pada umumnya, kegagalan alat-alat listrik (termasuk
kabel) pada waktu sedang dipakai disebabkan
kegagalan isolasinya dalam menjalankan fungsi sebagai
isolator [3].
Mekanisme kegagalan bahan isolasi padat terdiri
dari beberapa jenis sesuai fungsi waktu penerapan
tegangannya. Hal ini dapat dilihat dari Gambar 1:
Kata kunci—kabel, tegangan tembus, kekuatan
dielektrik, arus bocor, arus bocor terhadap suhu,
tegangan tinggi AC.
1Mahasiswa, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi
Informasi UGM, Jalan Grafika No.2 Yogyakarta 55281
INDONESIA(tlp: 0274-552305; fax: 0274-552305
2, 3 Dosen,Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi
Informasi UGM, Jalan Grafika No.2 Yogyakarta 55281
INDONESIA(tlp: 0274-552305; fax: 0274-552305
Gbr. 1 Grafik kegagalan isolasi
122
Volume 1 Nomor 3, Oktober 2014
_______________________________________________________________________________
Artikel Reguler
_____________________________________________________________________________
Uraian masing masing jenis kegagalan pada bahan
isolasi padat adalah sebagai berikut :
1. Kegagalan intrinsik
Kegagalan Intrinsik adalah kegagalan yang
disebabkan oleh jenis dan suhu bahan (dengan
menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan, bahan
elektroda, ketidakmurnian, kantong kantong udara).
2. Kegagalan elektromekanik
Kegagalan elektromekanik adalah kegagalan yang
disebabkan oleh adanya perbedaan polaritas antara
elektroda yang mengapit zat isolasi padat sehingga
timbul tekanan listrik pada bahan tersebut.
3. Kegagalan streamer
Kegagalan streamer adalah kegagalan yang terjadi
sesudah suatu banjiran (avalance). Sebuah elektron
yang memasuki band conduction di katoda akan
bergerak menuju anoda dibawah pengaruh medan
memperoleh energi antara benturan dan kehilangan
energi pada waktu membentur. Jika lintasan bebas
cukup panjang maka tambahan energi yang diperoleh
melebihi pengionisasi latis (latice). Akibatnya
dihasilkan tambahan elektron pada saat terjadi
benturan.
4. Kegagalan termal
Kegagalan termal adalah kegagalan yang terjadi
jika kecepatan pembangkitan panas di suatu titik dalam
bahan melebihi laju kecepatan pembuangan panas
keluar. Akibatnya terjadi keadaan tidak stabil sehingga
pada suatu saat bahan mengalami kegagalan.
5. Kegagalan erosi
Kegagalan erosi adalah kegagalan yang
disebabkan zat isolasi padat tidak sempurna, karena
adanya lubang-lubang atau rongga dalam bahan isolasi
padat tersebut. Lubang/rongga akan terisi oleh gas atau
cairan yang kekuatan gagalnya lebih kecil dari
kekuatan zat padat [4].
PVC atau Polivinil Klorida termasuk dalam jenis
polimer termoplastik/resin termoplastik. Untuk
penggunaan pada tegangan rendah, PVC banyak
digunakan sebagai isolasi dan jaket dari kabel. Karena
PVC adalah bahan termoplastik, PVC tidak dapat
menahan panas yang terlalu tinggi. Pada suhu tinggi
PVC dapat meleleh bahkan hangus atau plasticizersnya
menguap sehingga PVC menjadi rapuh. tersebut dapat
menyebabkan kegagalan insulasi kabel. Karena alasan
tersebut kabel dengan isolasi PVC jarang digunakan di
tempat yang mendapatkan panas secara berlebihan.
Kabel PVC pada saat terbakar akan menghasilkan gas
klorin dalam jumlah yang cukup besar. Hal tersebut
merupakan masalah yang cukup penting pada
penggunaan kabel dengan isolasi PVC [5].
- Supreme
- Eterna
Masing-masing merk di ambil 2 jenis kabel
B. Alat
Alat yang digunakan adalah sebagai berikut:[6]
1. Satu set pembangkit tegangan tinggi AC buatan
Jerman.
2. Satu set pembangkit tegangan tinggi AC
peralatan UGM EL 041 buatan Jepang.
3. Multimeter merk Constant no. A029214.
4. Osiloskop GW INSTEK model GDS-2104.
5. Thermometer, hygrometer, barometer.
6. Batang elektroda pentanah.
7. Sketmatch/jangka sorong.
8. Kamera.
C. Metode Pengujian
1) Pengukuran dimensi kabel
Diagram alir pengukuran adalah sebagai berikut:
II. METODOLOGI PENELITIAN
A. Pengembangan Perangkat
Kabel yang diuji adalah kabel jenis :
- NYM 2 x 2,5 mm2 300 /500 volt
- NYY 2 x 2,5 mm2 0,6/1 kV
Dengan merk dagang :
Gbr. 2 Diagram alir pengukuran dimensi kabel
123
Volume 1 Nomor 3, Oktober 2014
_______________________________________________________________________________
Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi
_______________________________________________________________________________
2) Pengujian tegangan gagal selubung luar dan isolasi
dalam
Rangkaian pengujian adalah sebagai berikut:
3) Pengujian tegangan tembus isolasi dalam antar 2
penghantar
Rangkaian pengujian adalah sebagai berikut:
Gbr. 3 Rangkaian pengujian tegangan gagal selubung luar dan
isolasi dalam
Gbr. 5 Rangkaian pengujian tegangan tembus isolasi dalam antar
2 penghantar
Diagram alir pengujian adalah sebagai berikut:
Diagram alir pengujian adalah sebagai berikut:
Gbr. 4 Diagram alir pengujian tegangan gagal selubung luar dan
isolasi dalam
Gbr. 6 Diagram alir pengujian tegangan tembus isolasi dalam
antar 2 penghantar
124
Volume 1 Nomor 3, Oktober 2014
_______________________________________________________________________________
Artikel Reguler
_____________________________________________________________________________
4) Pengujian arus bocor selubung luar dan isolasi
dalam terhadap suhu
Rangkaian pengujian adalah sebagai berikut:
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pengukuran dimensi kabel
Hasil pengukuran dimensi kabel adalah sebagai
berikut:
TABEL 1
HASIL PENGUKURAN DIMENSI KABEL
Gbr. 7 Rangkaian pengujian arus bocor selubung luar dan isolasi
dalam
Diagram alir pengujian adalah sebagai berikut:
B. Pengaruh jarak elektrode terhadap tegangan gagal
pada islolasi dalam dan selubung luar
Gbr. 9 Grafik hubungan jarak elektrode dengan tegangan gagal
untuk ketiga macam kabel
Gbr. 8 Diagram alir pengujian arus bocor selubung luar dan isolasi
dalam
Dari grafik terlihat bahwa telah terjadi tegangan
tembus pada jarak 25 cm untuk kabel eterna NYM, 35
cm untuk kabel eterna NYY, 35 cm untuk kabel
supreme NYM dan 40 cm untuk kabel supreme NYY.
Pada jarak-jarak tersebut, nilai tegangan tembus adalah
44,89 kv untuk kabel eterne NYM, 62,44 kv untuk
kabel eterna NYY, 56,85 kv untuk kabel supreme
NYM dan 69,28 kv untuk kabel supreme NYY.
Semakin besar tegangan tembus, maka semakin baik
pula isolasinya. Perbedaan nilai tegangan tembus untuk
masing-masing kabel dapat dipengaruhi oleh dua
faktor, yaitu faktor bahan yang diuji seperti ketebalan,
jenis bahan, dan proses produksi bahan. Faktor lain
terjadi pada saat pengujian, seperti adanya korona dan
perbedaan suhu, tekanan, kelembaban.
Ketebalan isolasi dalam dan selubung luar masingmasing kabel yang diuji berbeda-beda jika melihat
hasil pengujian dimensi kabel yang ditunjukkan oleh
Tabel 4.2. Walaupun perbedaannya tidak cukup besar,
nilai tersebut tetap berpengaruh terhadap nilai tegangan
tembus. Bahan isolasi yang ideal adalah bahan isolasi
yang tidak memiliki elektron bebas sama sekali. Akan
125
Volume 1 Nomor 3, Oktober 2014
_______________________________________________________________________________
Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi
_______________________________________________________________________________
tetapi, proses produksi bahan isolasi kabel untuk setiap
produsen tidak sama sehingga kebanyakan bahan
isolasi kabel yang diproduksi tidak homogen. Semakin
banyak elektron bebas dalam bahan isolasi, maka
semakin kecil tegangan tembus.
2) Eterna NYY
C. Pengujian tegangan tembus isolasi dalam antar 2
penghantar
Hasil pengujian tegangan tembus isolasi dalam
antar 2 penghantar adalah sebagai berikut:
TABEL 2
HASIL PENGUJIAN TEGANGAN TEMBUS ISOLASI DALAM ANTAR 2
PENGHANTAR
Gambar 11 Grafik hubungan arus bocor dengan suhu yang berbeda
pada kabel eterna NYY
3) Supreme NYM
D. Pengaruh tegangan input bahan uji terhadap arus
bocor dalam berbagai suhu.
1) Eterna NYM
Gambar 12 Grafik hubungan arus bocor dengan suhu yang berbeda
pada kabel supreme NYM
4) Supreme NYY
Gambar 10 Grafik hubungan arus bocor dengan suhu
berbeda pada kabel eterna NYM
yang
Gambar 13 Grafik hubungan arus bocor dengan suhu yang berbeda
pada kabel supreme NYY.
Pada pengujian arus bocor ini metode penelitian
hampir sama pada setiap jenis kabel. Dan diuji di suhu
ruangan, 500C dan 700C. Pengujian yang dilakukan
hanya diijinkan untuk nilai tegangan input bahan uji
maksimal 50% dari nilai tegangan tembus selubung
126
Volume 1 Nomor 3, Oktober 2014
_______________________________________________________________________________
Artikel Reguler
_____________________________________________________________________________
luar dan isolasi dalam agar osiloskop tidak mengalami
kerusakan. Untuk itu, data nilai arus bocor yang
diambil, yaitu pada saat nilai tegangan input bahan uji
sebesar 2 kV, 4 kV, 6 kV, 8 kV, 10 kV. Sedangkan
data nilai arus bocor diluar nilai tegangan input bahan
uji tersebut diatas dapat dicari atau diprediksi melalui
metode analisis regresi dengan menggunakan
persamaan regresi.
Tipe regresi ada yang berbentuk linier,
eksponensial, dan polinomial. Untuk setiap jenis kabel
instalasi, penulis menggunakan regresi polinomial
karena dari percobaan untuk masing-masing tipe
regresi tersebut menggunakan microsoft excel
didapatkan nilai koefisien determinasi (R2) terbesar
adalah regresi polinomial. Koefisien determinasi
merupakan ukuran untuk mengukur pengaruh x
(variabel bebas) dalam menurunkan keragaman y
(variabel terikat). Nilai R2 terletak antara 0 dan 1.
Semakin dekat dengan 1, maka semakin tinggi tingkat
hubungan linier antara x dan y.
Secara umum grafik diatas memberikan informasi
bahwa semakin besar tegangan input bahan uji, maka
semakin besar pula arus bocornya. Persamaan regresi
hubungan tegangan input bahan uji (x) dengan arus
bocor (y)
REFERENSI
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Gill, Paul, ”Electrical Power Equipment Maintenance and
Testing Second Edition,” CRC Press, New York, 2009
Tobing, Bonggas, L, “Dasar Teknik Tegangan Tinggi,” PT.
Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 2003.
Arismunandar, Artono, “Teknik Tegangan Tinggi,” Pradnya
Paramita, Jakarta, 1975.
Tadjuddin, “Mekanisme Kegagalan Bahan Isolasi Padat,”
Wikipedia. Polivinyl Chloride.
<http://en.wikipedia.org/wiki/Polyvinyl_chloride.htm>
Anonim, “Panduan Praktikum Teknik Tegangan Tinggi:
Peralatan Eks Jepang UGM-EL 041,” Laboratorium Teknik
Tegangan Tinggi Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi
Informasi Fakultas Teknik UGM, Yogyakarta, 2000.
IV. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian tegangan gagal dan arus bocor
untuk 4 kabel tegangan rendah, dapat diambil beberapa
kesimpulan sebagai berikut:
1. Pada pengujian tegangan tembus selubung luar
dan isolasi dalam pada masing-masing kabel,
didapatkan hasil bahwa nilai tegangan tembus
pada kabel supreme dan eterna pada jenis NYY
mempunyai nilai tegangan tembus yang lebih
tinggi daripada kabel NYM.
2. Besar kekuatan dielektrik selubung luar dan
isolasi dalam yang telah di uji, mendapatkan nilai
kekuatan dielektrik pada kabel supreme dan
eterna yang berjenis NYY mempunyai kekuatan
dielektrik yang tinggi dibandingkan dengan kabel
jenis NYM.
3. Pada pengujian tegangan tembus selubung isolasi
dalam antar 2 penghantar pada masing-masing
kabel, didapatkan hasil bahwa nilai tegangan
tembus pada kabel supreme jenis NYM dan NYY
mempunyai nilai tegangan tembus yang lebih
tinggi daripada kabel eterna jenis NYM maupun
NYY.
4. Besar kekuatan dielektrik isolasi dalam antar 2
penghantar yang telah di uji, mendapatkan nilai
dielektrik pada kabel supreme yang berjenis NYY
mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi
dibandingkan dengan kaber jenis NYM.
5. Pengaruh tegangan input terhadap arus bocor
untuk pengujian kabel dapat diasumsikan
menggunakan persamaan regresi pada setiap
kabel, untuk mendapatkan nilai Koefisien
determinasi.
127
Volume 1 Nomor 3, Oktober 2014
_______________________________________________________________________________