Emitor JMK TeganganFlashoverBahanIsolasi

Jatmiko , Tegangan Flashover pada Bahan Isolasi Resin Epoksi (DGEBA) yang Terpengaruh oleh Polutan Garam Parangtritis

51

Tegangan Flashover pada Bahan Isolasi Resin Epoksi (DGEBA) yang Terpengaruh oleh Polutan Garam Parangtritis

Jatmiko, Hasyim Asy’ari

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta

Abstrak Salah satu bahan polimer termoset yang digunakan sebagai bahan isolasi untuk

isolator tegangan tinggi adalah bisphenol A (DGEBA), yaitu suatu produk termoset terbuat dari suatu resin epoksi bisphenol A dan suatu agen pematangan (curing agent) untuk pembentukan ikatan silang. Perbandingan secara stokiometrik antara agen pematangan dengan resin epoksi bisphenol A selanjutnya disebut dengan Nilai Stokiometrik (NS). Dosis bahan pengisi (F) yang ditambahkan pada saat pembuatan bisphenol A dinyatakan dalam persen volume terhadap volume keseluruhan bisphenol A (DGEBA). Sampel uji yang digunakan dengan bahan utama adalah bisphenol A dan bahan pematangan adalah metaphenylene-diamine (MPDA) serta bahan pengisi pasir silika, dengan NS = 1 : 1 dan pasir silika 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%, dicetak dengan ukuran 70x70x5 (mm). Penelitian dilaksanakan untuk mengetahui berapa besar pengaruh polutan Garam dan penuaan dipercepat dengan penyinaran sinar ultra violet (UV) terhadap Tegangan Flashover. Dari hasil penelitian dan analisa data didapat bahwa semakin besar volume penyemprotan semakin besar pula nilai Equivalent Salt Deposit Density (ESDD) tetapi akan menurunkan nilai Tegangan Flashovernya.

Kata Kunci: Resin Epoksi, Tegangan Flashover, ESDD.

1. Pendahuluan Salah satu peralatan listrik yang sangat penting

pada penyaluran tenaga listrik adalah isolator tegangan tinggi yang berfungsi sebagai penyangga kawat saluran udara dan sebagai penyekat (isolasi) antara kawat tegangan tinggi dengan menara (tower) transmisi. Pemilihan bahan isolator tegangan tinggi merupakan faktor utama untuk mendapatkan suatu kinerja yang optimal. Salah satu alternatif adalah dengan menggunakan (memilih) bahan isolasi polimer sebagai isolator tegangan tinggi.

Dibanding dengan bahan keramik atau bahan gelas, maka bahan isolasi polimer memiliki keuntungan antara lain: sifat dielektris, resistivitas volume dan sifat termal lebih baik, konstruksi relatif lebih ringan (rapat massa rendah), kedap air (hidrophobik), dan proses pembuatan relatif lebih cepat. Sedangkan kekurangannya antara lain: kekuatan mekanis kurang bagus, kurang tahan terhadap perubahan cuaca, dan bahan mentah relatif mahal.

Resin epoksi yang berasal dari epiklorohidrin merupakan reaksi epiklorohidrin dengan suatu campuran yang memiliki hidrogen aktif (Hart, 1991). Bisphenol A dan epiklorohidrin sering dipakai sebagai bahan dasar untuk pembuatan resin epoksi. Senyawa

yang terbentuk disebut diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA), karena mengandung dua gugus glisidil eter per molekul.

Penelitian dilaksanakan terhadap bahan isolasi polimer jenis diglycidil ether of bisphenol A (DGEBA) yang diberi bahan pengeras (hardener) methyl-phenylenediamine (MPDA) dan pasir silika sebagai bahan pengisi (filler). Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui nilai Tegangan Flashover pada bahan isolasi resin epoksi dalam keadaan terpolutan garam dan penuaan (penyinaran ultraviolet) buatan yang dipercepat. Diharapkan dengan hasil penelitian ini diketahui sifat yang dimaksud dengan komposisi bahan yang optimal dari bahan isolasi polimer DGEBA untuk isolator tegangan tinggi, sehingga dengan mempertim-bangkan faktor-faktor lain, bahan ini bisa dijadikan alternatif untuk digunakan di daerah beriklim tropis, misalnya di Indonesia.

2. Landasan Teori 2.1. Isolator Padat

Isolator padat yang digunakan dalam peralatan sistem tenaga listrik adalah bahan organis, anorganis dan polimer sintetis. Contoh bahan organis adalah kertas, kayu, dan karet, sedang bahan anorganis adalah

JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER EMITOR Vol. 3, No. 2, September 2003

52

keramik dan mika. Contoh polimer sintetis adalah polyvinyl chloride dan resin epoksi. Bahan isolasi padat yang banyak digunakan adalah mika, keramik, dan gelas.

2.2. Polimer Polimer adalah molekul besar yang dibangun oleh

pengulangan kesatuan kimia kecil yang sederhana yang disebut monomer. Polimer umumnya diberi nama dengan menambahkan awalan poli- di depan nama monomer ia diturunkan. Sebagai contoh polyethylene diambil dari pengulangan ethylene, seperti diperlihatkan pada Gambar 1.

2.3. Hubungan ESDD dan Tegangan Flashover Kemampuan isolator sangat dipengaruhi oleh sifat

bahan isolator dan besar polutan yang menempel pada permukaan bahan isolator. Polutan akan menyebabkan permukaan lebih konduktif. Konduktifitas yang lebih besar ini akan menyebabkan aliran arus apabila diberi tegangan. Besar arus yang mengalir tergantung pada besar polutan, nilai arus yang mengalir pada permukaan isolator mempengaruhi nilai Tegangan Flashover, semakin besar nilai arus yang mengalir maka semakin kecil nilai Tegangan Flashover. Dalam hal ini intensitas polusi dinyatakan dalam ESDD (Equivalent Salt Deposit Density). Langkah-langkah perhitungan ESDD adalah sebagai berikut: 1. Konduktivitas

( )[ ]20120 −−= cb θσθσ 1

dengan: θ= suhu larutan, σ20= konduktivitas pada suhu 20oC, θC konduktivitas pada suhu θ b= faktor yang tergantung pada suhu θ, yang nilainya diberikan pada Tabel 1 di bawah ini.

2. Dengan nilai konduktivitas pada suhu 20oC tersebut dapat ditentukan konduktifitas NaCl dalam % menggunakan persamaan:

1010.7,5 20

4 σxD−

= 2

D: konsentrasi garam NaCl (%) σ20: konduktivitas garam (µS/cm) pada suhu 20oC 3. Setelah mendapatkan nilai konsentrasi garam NaCl,

selanjutnya didapatkan nilai ESDD dengan menggunakan persamaan:

( )S

DDxVxESDD 12 -10= 3

dengan: ESDD : Equivalent Salt Deposit Density (mg/cm2), V=: volume air pencuci (ml) D1: ekivalen konsentrasi garam dari air bersama

kapas sebelum ada polutan (%), D2: ekivalen konsentrasi garam dari air bekas cucian bersama kapas dan polutan (%), S: luas seluruh permukaan isolator (cm2).

Untuk menghitung nilai Tegangan Flashover maka diperlukan pengkonversian dari data yang diperoleh (tegangan pada sisi primer) dalam penelitian, data yang didapat harus dikalikan dengan perbandingan transformasi trafo sebesar 454 untuk mendapatkan tegangan pada sisi sekunder, karena dalam pengujian dilakukan sebanyak 5 kali maka untuk mencari tegangan primer rata–rata dengan metode sebagai berikut.

V(Primer rerata) = ( )

554321 VVVVV ++++

= ( )

56.721.725.713.678.52 ++++

= 67.26 Volt V(sek) = V(primer rerata) X perbandingan transformator

= 67.26 x 454 = 30536.04 Volt

3. Metode Penelitian 3.1. Bahan Penelitian

Bahan polimer resin epoksi yang digunakan dengan nama pasar PONAL. Sebagai bahan pengisi digunakan pasir silika yang dihaluskan sampai mesh 400. Bahan uji berukuran 70x70x5 mm dengan perbedaan bahan pengisi 10%, 20%, 30%, 40%, 50% dari volume bahan uji. Bahan uji diberi polutan yang ditambahkan kaolin sebagai inert melalui metode semprot (IEC 507). Setiap bahan uji berjumlah dua dengan satu keping diukur

Ethylene Polyethylene ⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−→=

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

|

|

|

|

|

|

|

|

Gambar 1. Contoh Penamaan Polimer

Tabel 1. Faktor koreksi b

Tabel 2. Komposisi Polutan Garam


53

kadar ESDD dan satu keping lain diuji Tegangan Flashover.

3.2. Peralatan Pengujian Peralatan pengujian terdiri atas seperangkat alat

pencetak bahan uji, alat penyinaran ultra violet, seperangkat alat penyemprotan Polutan garam (mulai 200 cc, 400 cc, 600 cc, 800 cc, 1000 cc) dan multimeter HIOKI type 3200 Digital Hi Tester pada sisi primer transformator uji, untuk komposisi unsur dalam polutan buatan, yang disemprotkan pada permukaan isolator adalah polutan garam (NaCl). Komposisi kimia hasil analisis polutan buatan yang disemprotkan pada permukaan isolator yang diuji dalam penelitian, seperti ditunjukkan dalam Tabel 2 dibawah ini.

3.3. Prosedur Penelitian a. Sampel dicetak dengan menggunakan kaca dengan

tebal 5 mm dengan lapisan plastik mika untuk mencegah sampel lengket dengan alat cetak.

b. Pemberian bahan polutan c. Penyinaran bahan uji dengan sinar ultra violet. d. Pengujian Tegangan Flashover

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh sinar ultraviolet terhadap bahan isolator resin epoksi. Kotak uji terbuat dari kayu dengan dilapisi alumunium foil (standar ASTM 2303). Sumber sinar UV berasal dari 4 buah lampu UV 15 watt merk Philips.

Tabel 3. Nilai konduktivitas dan hasil perhitungan ESDD

Keterangan : L : lama penyemprotan polutan V : volume polutan σ : konduktivitas air dan kapas σ20 : konduktivitas air dan kapas pada suhu 20oC t : suhu air dan kapas


54

4. Hasil Penelitian dan Pembahasan 4.1. Hasil Penelitian 1. Pengukuran ESDD dapat dilihat pada Tabel 3,

hubungan dengan volume polutan pada Gambar 3.

2. Pengukuran dan perhitungan Tegangan Flashover dapat dilihat pada Tabel 4, dan Gambar 4.

4.2. Pembahasan Volume polutan garam yang disemprotkan pada

bahan uji ini akan memberi dampak terhadap nilai ESDD.. Kenaikan volume polutan yang disemprotkan

Chart Title

y = -9E-07x2 + 0.0002x + 0.0059R2 = 0.9994

00.0020.0040.0060.0080.01

0.012

200

400

600

800

1000

Volume Polutan

Nila

i ESD

D Hubungan antaraNilai ESDD denganVolume Polutan

Poly. (Hubunganantara Nilai ESDDdengan VolumePolutan)

Gambar 3. Hubungan Volume Polutan dengan ESDD

Tabel 4. Nilai tegangan flashover hasil pengujian masing-masing persentase bahan pengisi(tegangan sekunder)


55

pada bahan uji akan diikuti kenaikan nilai ESDD, hubungan antara volume polutan yang disemprotkan pada bahan uji dengan nilai ESDD dapat dilihat pada Gambar 3, sedangkan hubungan antara nilai ESDD dengan Tegangan Flashover dapat dilihat pada Gambar 4, nilai Tegangan Flashover turun ketika nilai ESDD naik.

Fenomena ini terjadi karena kenaikan volume polutan yang disemprotkan mengakibatkan konduktifitas permukaan bahan meningkat, sehingga resistansi permukaan bahan menurun, akibatnya Tegangan Flashover menurun.

Hasil pengujian menunjukkan semakin besar kapasitas polutan yang disemprotkan pada bahan uji maka nilai ESDD semakin besar pula karena polutan merupakan faktor utama yang mempengaruhi nilai ESDD. Dapat kita lihat besarnya nilai ESDD untuk Volume polutan 200 (cc), 400 (cc), 600 (cc), 800 (cc) dan 1000 (cc) berturut – turut adalah: 0.0060254 (mg/cm2), 0.0068856 (mg/cm2), 0.0076524 (mg/cm2), 0.0083284 (mg/cm2) dan 0.0090826 (mg/cm2). lihat tabel (3).

Hubungan antara banyaknya penyemprotan polutan terhadap nilai ESDD dapat didekati dengan persamaan berikut ini:

100462.38 += XY 5

dengan Y = nilai ESDD (mg/cm2) X = volume penyemprotan polutan (ml) Persamaan di atas berlaku untuk semua persentase

bahan pengisi, karena untuk suatu volume penyemprotan polutan, besarnya nilai ESDD masing-masing persentase bahan pengisi hampir sama. Hubungan secara linear dipilih sebagai pendekatan persamaan karena memberikan faktor determinasi terbesar yakni 0,9615 yang berarti pengaruh volume penyemprotan polutan terhadap nilai ESDD adalah sebesar 96,15%, setiap kenaikan volume penyemprotan

maka akan diikuti dengan naiknya ESDD sesuai dengan persamaan (5)

Di sini pengaruh ESDD lebih dominan daripada penyinaran ultraviolet karena perubahan resistivitas permukaan lebih banyak dipengaruhi oleh jumlah polutan yang menempel pada permukaan isolator. Saat pengujian Tegangan Flashover dengan penerapan tegangan operasional 20 kV diperoleh korelasi antara ESDD dengan Tegangan Flashover yakni semakin besar nilai ESDD akan menyebabkan menurunnya nilai Tegangan Flashover. Hubungan tersebut didekati dengan persamaan berikut ini:

250934980540548.7 2 +−= XXy 6

dengan Y = nilai Tegangan Flashover pada tegangan 20 kV (mA) X = besar nilai ESDD (mg/cm2)

Persamaan di atas berlaku untuk semua persentase bahan pengisi, karena untuk suatu tingkat ESDD, besarnya Tegangan Flashover masing-masing persentase bahan pengisi hampir sama. Hubungan secara polynomial dipilih sebagai pendekatan persamaan karena memberikan faktor determinasi terbesar yakni 0,9366 yang berarti pengaruh ESDD terhadap Tegangan Flashover adalah sebesar 93,66%. Berdasarkan persamaan tersebut dapat diketahui bahwa setiap kenaikan ESDD akan diikuti penurunan nilai Tegangan Flashover sesuai dengan persamaan (6).

Bahan uji dari berbagai tingkat filler menunjukkan bahwa semakin besar volume polutan maka nilai ESDD semakin meningkat, ketika nilai ESDD meningkat maka Tegangan Flashover akan menurun/semakin kecil.

5. Kesimpulan 1. Pengukuran nilai ESDD menunjukkan bahwa

semakin besar volume polutan yang disemprotkan, maka nilai ESDD juga meningkat.

Hubungan Nilai ESDD dengan Tegangan Flashover

y = 6.356x2 - 429.85x + 22657R2 = 0.9999

0

5000

10000

15000

20000

25000

0.006

025

0.006

886

0.007

652

0.008

328

0.009

083

Nilai ESDD

Tega

ngan

Fla

shov

erHubungan nilai ESDD denganTegangan Flashover

Poly. (Hubungan nilai ESDDdengan TeganganFlashover)

Gambar 4. Hubungan ESDD dan Tegangan Flashover


56

2. Pengukuran Tegangan Flashover dipengaruhi nilai ESDD. Nilai Tegangan Flashover berbanding terbalik dengan nilai ESDD, semakin besar nilai ESDD, maka nilai Tegangan Flashover akan

menurun, karena dengan meningkatnya nilai ESDD maka nilai resistivitas dari permukaan bahan tersebut akan menurun sehingga menurunkan nilai Tegangan Flashovernya

Daftar Pustaka [1] Asy’ari, Hasyim, 2002, “Pengaruh Kontaminasi Polutan Garam Terhadap Tegangan Flashover Bahan

Isolasi Resin Epoksi” Tugas Akhir, UMS surakarta [2] Cowd, M.A., 1991, Kimia Polimer, cetakan ke-2, penerbit ITB, Bandung [3] Kind, D., 1993, Pengantar Teknik Eksperimental Tegangan Tinggi, Penerbit ITB, Bandung [4] Lee, H. Neville, K., 1967, Handbook of Epoxy Resins, Mc Ccaw-Hill Book Company [5] Malik, N.H., Al-Arainy, A.A., Qureshy, M.I., 1988, Electrical Insulation in Power System, Marcel

Dekkar, Inc, New York [6] SPLN 10-3B, 1993, Tingkat Intensitas Polusi Sehubungan dengan Pedoman Pemilihan Isolator, PT

PLN (Persero) Jakarta [7] Suhartin, Yeni, 2001, Tesis : Deccadasi Permukaan Material Isolator Tegangan Tinggi Polimer Resin

Epoksi Pada Penuaan Dipercepat, UGM, Yogyakarta.

Documents

Emitor JMK TeganganFlashoverBahanIsolasi