Secara umum, dielektrik cair lebih banyak digunakan sebagai material isolasi dalam peralatan tegangan tinggi karena dielektrik cair mempunyai beberapa kelebihan yaitu (Tadjuddin,1998) :
1. Dielektrik cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan dielektrik gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrikyang lebih tinggi.
14
2. Dielektrik cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi secara serentak melalui proses konversi dengan menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi.
3. Dielektrik cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge). Tetapi dielektrik cair juga memiliki kekurangan yaitu mudah terkontaminasi
Adanya tegangan lebih (over voltage) dan pemanasan termal (thermal stress) karena disipasi daya di dalam transformator menyebabkan pada bahan dielektrik cair akan timbul kontaminan yang berupa partikel padat, cair ataupun gas. Keberadaan kontaminan ini sangat merugikan, karena menurunkan kualitas dielektrik cair pada peralatan tegangan tinggi, terutama pada transformator. Bahkan untuk gas gas yang mudah terbakar, jika disertai dengan oksigen dan temperatur yang cukup tinggi dapat menyebabkan terjadinya kebakaran pada transformator.
Parameter fisis pada bahan dielektrik cair
Parameter fisis pada bahan dielektrik cair adalah (Pender & Del Mar, 1949) : 1.) Kerapatan (Density)
Densitas merupakan perbandingan massa dan volume material tertentu.
= 2.7
dengan m menyatakan massa dan V menyatakan volume zat cair. Densitas dielektrik cair (minyak dan oli) lebih kecil dibandingkan dengan air, oleh karena ituadanya air dalam minyak akan mudah terpisah.
2.) Kekentalan (Viscosity)
Viskositas adalah besaran yang menggambarkan kekuatan aliran zat cair. Bila sebuah bola bergerak dalam cairan statis, maka akan ada gaya penghambat.
Menurut hukum Stokes :
R = 6rv 2.8
dengan R menyatakan gaya penghambat, r jari-jari bola, v kecepatan relatif bola dan koefisien kekentalan yang digunakan dalam menentukan besarnya viskositas zat cair. Viskositas dielektrik cair diukur dari waktu alir minyak dengan volume dan kondisi tertentu. Dalam fungsinya sebagai media pendingin, maka viskositas bahan dielektrik cair merupakan faktor penting
dalam aliran konversi untuk memindahkan panas. Viskositas tergantung pada temperatur cairan.
3.) Tegangan Dadal (Breakdown Voltage)
Medan listrik memberi gaya kepada elektronelektron agar terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron bebas. Dengan kata lain, medan listrik merupakan suatu beban yang menekan dielektrik agar berubah sifat menjadi konduktor. Beban dari dielektrik dapat disebut sebagai terpaan medan listrik.
Jika terpaan listrik melebihi batas kekuatan dielektrik dan berlangsung cukup lama, maka dielektrik akan menghantar arus atau berubah fungsinya sebagai bahan isolasi. Dalam hal ini, dielektrik mengalami dadal. Tegangan yang menyebabkan dielektrik tersebut mengalami dadal disebut tegangan dadal (breakdown voltage). Besarnya tegangan dadal pada dielektrik sama dengan atau lebih besar dari kekuatan dielektriknya
Dari semua teori yang membahas tentang tegangan dadal pada material cair, dapat ditarik suatu hubungan antara jarak sela elektroda dengan kekuatan maksimum dielektrik. Hubungan antara jarak sela elektroda dengan tegangan dadal pada dielektrik cair dapat dirumuskan ke dalam persamaan umum yaitu:
Vbd = A d n 2.9
dengan Vbdmenyatakan besarnya tegangan dadal dan d menyatakan jarak sela elektroda, A dan n konstanta yang merupakan pendekatan logaritmis dari hubungan jarak sela elektroda dan tegangan dadal, dengan nilai n selalu < 1
Tegangan dadal pada bahan dielektrik cair juga dipengaruhi oleh sifat alami tegangan, sistem tegangan, dan durasi waktu penggunaan tegangan. Hubungan dari faktorfaktor tersebut perlu mendapatkan perhatian, karena tekanan listrik (electrical stress) yang dialami minyak dapat ditentukan dari hubungan faktor-faktor tersebut.
Banyak riset yang telah dilakukan oleh para ahli yang bertujuan untuk mengukur tegangan awal (inception voltage), peristiwa pelepasan muatan (discharge) pada minyak, serta mengukur besarnya tegangan dadal dielektrik cair yang volumenya relatif besar pada berbagai kondisi yang berbeda.
Tegangan Dadal pada Bahan Dielektrik Cair
16
Fenomena fisis dari peristiwa dielectric breakdown adalah lucutan/percikan api dalam zatcair. Bila tegangan dinaikkan secara kontinyu,maka pada suatu tegangan kritis tertentu akanterjadi percikan api diantara kedua elektrodatersebut. Dielektrik ideal hanya terdiri darimolekul-molekul netral, sehingga tidak dapatmengalirkan arus listrik. Dadal yang terjadi padadielektrik cair tergantung pada jumlah elektronbebas yang ada dalam dielektrik tersebut.Konsentrasi elektron bebas dalam dielektrik padakeadaan normal sangat kecil dan ditentukan olehpengaruh gaya dari luar. Jika diantara elektrodaditerapkan suatu tegangan listrik, maka akantimbul medan listrik yang mempunyai besar danarah tertentu.
Di dalam medan listrik, elektronelektronbebas akan mendapat energi yang cukupkuat, sehingga dapat menyebabkan prosesionisasi dalam bahan dielektrik cair.
Jika gradientegangan cukup tinggi, maka jumlah elektronyang diionisasikan akan lebih banyak daripadajumlah ion yang ditangkap menjadi molekul-molekul. Tiap elektron ini kemudian akan menuju anoda secara kontinyu, dan mengalami benturan dengan molekul cairan yang membebaskan lebih banyak elektron. Dengan banyaknya elektron yang terbebas dari molekul dan atomnya, maka sifat dielektrik cair menjadi hilang karena adanya aliran elektron yang menyebabkan adanya arus konduksi. Dan besarnya medan listrik setelah percikan dapat terukur dalam bentuk tegangan dadal. Percikan api dalam dielektrik cair ini disebabkan oleh beberapa faktor sebagai berikut :
1. Besar medan listrik yang diaplikasikan pada dielektrik cair.
2. Gelembung gas dan butir-butir zat padat hasil dekomposisi zat cair (tergantung dari sifat kimiawi zat cair).
3. Lubang pada elektroda atau permukaan elektroda yang tidak rata.
4. Tekanan impulsif dalam zat cair disertai suara ledakan.
Terjadinya dadal disebabkan oleh elektron bebas yang terdapat pada zat cair.
Elektron bebasinilah yang akan memulai proses dadal. Walaupun kuat medannya cukup besar, tetapi jika tidak terdapat elektron bebas maka tidak akan terjadi dadal.
Jika diantara elektroda diterapkan suatu medan listrik yang kuat, sedangkan pada elektroda tersebut terdapat permukaan yang tidak rata (runcing), maka kuat medan yang terbesar terdapat pada bagian yang runcing tersebut. Kuat medan maksimum
akan mengeluarkan elektron e1, yang akan memulai terbentuknya banjiran elektron, sehingga terjadilah proses ionisasi.
Mekanisme dadal dalam dielektrik minyak pada keadaan yang sesungguhnya bukanlah peristiwa yang sederhana, apalagi penentuan besarnya tegangan dadal hanya didapat dari hasil eksperimen saja. Penentuan tegangan dadal pada minyak bervolume kecil tidak dapat digunakan pada minyak yang bervolume besar.
Penelitian dilakukan pada minyak bervolume kecil menyesuaikan dengan pengujian oleh SPLN (Standar Perusahaan Listrik Negara) maupun standard IEC (International ElectrotechnicalCommission).
2.5 Oli
Revolusi industri yang terjadi di Inggris, mengakibatkan terjadinya perkembangan mesin-mesin berskala besar yang terbuat dari besi dan baja. Mesin- mesin ini memerlukan pelumasan, sehingga digunakan minyak pelumas yang terbuat dari lemak binatang. Minyak bumi mulai diproduksi sebagai minyak pelumas mulai tahun 1850-an di Amerika, Canada, Rusia dan Rumania. Sejak saat itulah pelumas mulai banyak dikembangkan. Pada awal tahun 1920-an, produksi minyak pelumas dari minyak bumi semakin dikembangkan. Minyak pelumas dibuat dari bahan dasar yang disebut dengan base oil. Base oil ini yang nantinya dicampur dengan bahan aditif dan diproses sedemikian rupa sehingga menghasilkan pelumas yang dikehendaki. Tujuan penambahan aditif adalah untuk meningkatkan performa base oil. Dilihat dari fisiknya diklasifikasi menjadi, minyak pelumas, gemuk pelumas, dan cairan pelumas. Pelumas atau oli merupakan sejenis cairan kental yang berfungsi sebagai pelicin, pelindung, dan pembersih bagi bagian dalam mesin.
Kode pengenal Oli adalah berupa huruf SAE yang merupakan singkatan dari Society of Automotive Engineers. Selanjutnya angka yang mengikuti dibelakangnya, menunjukkan tingkat kekentalan oli tersebut. SAE 40 atau SAE 15W-50, semakin besar angka yang mengikuti kode oli menandakan semakin kentalnya oli tersebut.
Sedangkan huruf “W” yang terdapat dibelakang angka awal, merupakan singkatan dari Winter. SAE 15W-50, berarti oli tersebut memiliki tingkat kekentalan SAE 10 untuk kondisi suhu dingin dan SAE 50 pada kondisi suhu panas. Dengan kondisi seperti ini, oli akan memberikan perlindungan optimal saat mesin start pada kondisi
18
ekstrim sekalipun. Sementara itu dalam kondisi panas normal, idealnya oli akan bekerja pada kisaran angka kekentalan 40-50 menurut standar SAE.
Oli bekas adalah oli yang sudah digunakan.oli ini berasal dari mesinkendaraan bermotor seperti motor, mobil, kapal, dan alat bermotor lain nya. Jenisoli bekas sama dengan oli baru, hanya berbeda warna dan kekentalan akibatpemanasan dan gesekan saat melakukan proses pelumasan. Dilihat dari fisik diklasifikasi menjadi, minyak pelumas, gemuk pelumas, dan cairan pelumas.
Gambar 2.3 Oli Bekas 2.1.1 Sifat-sifat Oli Mesin
a. Lubricant oli mesin bertugas melumasi permukaan logam yang saling bergesekan satu sama lain dalam blok silinder. Caranya denganmembentuk semacam lapisan film yang mencegah permukaan logamsaling bergesekan atau kontak secara langsung.
b. Coolant pembakaran pada bagian kepala silinder dan blok mesin menimbulkan suhu tinggi dan menyebabkan komponen menjadi sangatpanas. Jika dibiarkan terus maka komponen mesin akan lebih cepat mengalami keausan. Oli mesin yang bersirkulasi di sekitar komponen mesin akan menurunkan suhu logam dan menyerap panas sertamemindahkannya ke tempat lain.
c. Sealant oli mesin akan membentuk sejenis lapisan film di antara piston dan dinding silinder. Karena itu oli mesin berfungsi sebagai perapat untuk mencegah kemungkinan kehilangan tenaga. Sebab jika celah antara pistondan dinding silinder semakin membesar maka akan terjadi kebocoran kompresi.
d. Detergentkotoran atau lumpur hasil pembakaran akan tertinggal dalam komponen mesin. Dampak buruk 'peninggalan' ini adalah menambah hambatan
gesekan pada logam sekaligus menyumbat saluran oli. Tugas olimesin adalah melakukan pencucian terhadap kotoran yang masih 'menginap'.
e. Pressure absorbtionoli mesin meredam dan menahan tekanan mekanikal setempat yang terjadi dan bereaksi pada komponen mesin yang dilumasi.
2.6 Mosfet
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah sebuah perangkat semionduktor yang secara luas di gunakan sebagai switch dan sebagai penguat sinyal pada perangkat elektronik. MOSFET adalah inti dari sebuah IC (integrated Circuit) yang di desain dan di fabrikasi dengan single chip karena ukurannya yang sangat kecil. MOSFET memiliki empat gerbang terminal antara lain adalah Source (S), Gate (G), Drain (D) dan Body(B)
Struktur dari Sebuah transistor efek-medan semikonduktor–logam–oksida (MOSFET) adalah berdasarkan pada modulasi konsentrasi muatan oleh kapasitansi MOS di antara elektrode badan dan elektrode gerbang yang terletak di atas badan dan diisolasikan dari semua daerah peranti dengan sebuah lapisan dielektrik gerbang yang dalam MOSFET adalah sebuah oksida, seperti silikon dioksida. Jika dielektriknya bukan merupakan oksida, peranti mungkin disebut sebagai FET semikonduktor–logam–terisolasi (MISFET) atau FET gerbang–terisolasi (IGFET).
Pada rangkaian ini mosfet yang dipakai pada rangkaian ini adalah IRF540 yang digunakan sebagai driver
Gambar 2.4 Mosfet IRF540
2.7 PWM
20
PWM ( Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan mengubah lebar pulsa (duty cylce) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang tetap.
Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Duty Cycle merupakan representasi dari kondisi logika high dalam suatu periode sinyal dan di nyatakan dalam bentuk (%) dengan range 0%
sampai 100%, sebagai contoh jika sinyal berada dalam kondisi high terus menerus artinya memiliki duty cycle sebesar 100%. Jika waktu sinyal keadaan high sama dengan keadaan low maka sinyal mempunyai duty cycle sebesar 50%.
Aplikasi penggunaan PWM biasanya ditemui untuk pengaturan kecepatan motor dc, pengaturan cerah/redup LED, dan pengendalian sudut pada motor servo.
Contoh penggunaan PWM pada pengaturan kecepatan motor dc semakin besar nilai duty cycle yang diberikan maka akan berpengaruh terhadap cepatnya putaran motor.
Apabila nilai duty cylce-nya kecil maka motor akan bergerak lambat.
2.8 LCD 16 x 2
LCD liquid cell display merupakan suatu alat yang dapat menampilkankarakter ASCI sehingga kita bisa menampilkan campuran huruf dan angka. LCD didalamnya terdapat sebuah mikroprosesor yang mengendalikantampilan, ukuran lcd ada berbagai macam seperti:
lcd 16 x 2 ada 16 colom dan 2 baris
lcd 16 x 4 ada 16 colom dan 4 baris
Gambar 2.5 LCD 16 x 2 Fungsi Pin-Pin Lcd Yaitu:
Modul LCD berukuran 16 karakter x 2 baris dengan fasilitas backlighting memiliki 16 pin yang terdiri dari 8 jalur data, 3 jalur kontrol dan jalur-jalur catu daya, dengan
menampilkan data yang dikeluarkan oleh mikrokontroler, secara ringkasfungsi dan konfigurasi pin-pin lcd 16 x 2 sebagai berikut.
Tabel 2.2 Fungsi dan konfigurasi Lcd 16 x 2
Pin Nama Fungsi 5 R/W Read/Write, untuk memilih mode tulis ata baca
0 = mode tulis 1 = mode baca
6 E Enable
0 = Enable (mulai menahan data ke LCD) 1 = Disable