Analisis Tegangan Tembus Minyak Biji Karet (Rubber Seed Oil) Sebagai Alternatif Bahan Isolasi Cair

(1)

LAMPIRAN

FOTO PENELITIAN

Gambar L1.1 Satu Set Trafo Uji 220 V/100 kV, 50 kVA, 50 Hz

(2)

Gambar L1.3 Proses Pengadukan Minyak Sebelum Diuji untuk Menghilangkan Gelembung Gas yang Mungkin Ada

(3)

Gambar L1.5 Proses Pengujian Sampai Minyak Tembus Listrik

(4)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ahmad, Asep. “Analisis Tegangan Tembus Minyak Sawit (palm Oil) pada Tegangan Tinggi Bolak Balik Frekuensi Tenaga 50Hz,” Jurnal, Universitas Pendidikan Indonesia, 2012.

[2] Tobing, Bongas L, Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 2003.

[3] Abduh, Syamsir, Dasar Pembangkitan dan Pengukuran Teknik Tegangan Tinggi, Salemba Teknika, Jakarta, 2001.

[4] Hezkia, Rocky. “Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kekuatan Dielektrik Minyak Jarak,” skiripsi, Universitas Sumatera Utara, medan, 2011.

[5] Panggabean, Samuel, pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kekuatan Dielektrik Berbagai Minyak Isolasi Transformator (Gulf, Nynas, Shell Dialla B

dan Total), skripsi, Universitas Sumatera Utara, Medan, 2008.

[6] Nur Singgih, Sugeng. “Analisis Pengaruh Keadaan Suhu Terhadap Tegangan Tembus AC dan DC pada Minyak Transformator,” jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No. 2, 2009.

[7] SPLN 49 – 1 : 1982, “Specification For New Insulating Oils For Transformer dan Switchgear, ” Perusahaan Umum Listrik Negara.

[8] Pranata S, Yustinus, “Analisis Keadaan Minyak Isolasi Transformator Daya 150 kV Menggunakan Metode Dissolved Gas Analysis (DGA) Dan Fuzzy Logic Pada Gardu Induk Wilayah Sidoarjo, ” Skripsi, Teknik Elektro Universitas Jember, 2012.

(5)

[10] Sandra, Lean.”Pabrik Biodiesel dari Biji Karet (Havea Brasiliensis) dengan Proses Double Stage Transesterifikasi,” Tugas Akhir, ITS.

[11] Jose, D.F Melvin and Prasad Durga. “ Performance And Emission Characteristics Of A CI Engine Fueled With Methylesters Of Rubber Seed Oil,” Internasional Journal of Advanced Engieering Applications, Vol. 3, Iss.6, pp.68-76, Institute of Technology Tamilnadu, India, 2010.

[12] Ramadhas, A.S.” Characterization and effect of using rubber seed oil as fuel in the compression ignition engines,” Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology Calicut, Calicut 673 601, India, 2004.

[13] Dewi, Lisa.”Pabrik Asam Lemak dari Biji Bunga Matahari dengan Proses Hidrolisis Continuous Countercurrent,” Tugas Akhir, ITS.

[14] Anggraeni, Dewi.” Manfaat Minyak Zaitun (Olive Oil) Terhadap Kadar LDL (Low Density Lipoprotein) Dalam Darah Tikus Wistar Jantan Yang Diberi

Diet Hiperlipidemia,”Skripsi, Universitas Jember, 2011.

(6)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Umum

Metode penelitian ini merupakan suatu cara yang harus ditempuh dalam kegiatan penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu penelitian dapat memenuhi harga ilmiah. Dengan demikian penyusunan metode ini dimaksudkan agar peneliti dapat menghasilkan suatu kesimpulan yang dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah. Metode penelitian ini mencakup beberapa hal yang masing-masing menentukan keberhasilan pelaksanaan penelitian guna menjawab permasalahan guna disampaikan dalam penelitian, langkah-langkah yang telah ditetapkan adalah penetapan tempat dan waktu penelitian, penetapan prosedur percobaan, dan membuat flowchart pengujian.

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan mulai dari tanggal 10 Juli 2015 sampai bulan Agustus 2015 dan bertempat di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Universitas Sumatera Utara.

3.3 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang diperlukan dalam penelitian ini antara lain: 1. Satu set trafo uji 220 V/100 kV, 50 kVA, 50 Hz

2. Satu buah bejana dengan elektroda bola-bola standar 3. Satu buah termometer

4. Satu buah Heater cup 5. Satu buah voltmeter AC

6. Minyak yang akan di uji, antara lain:

 2 liter minyak biji karet (rubber seed oil)

(7)

Gambar 3.1 Rangkaian Pengujian Tegangan Tembus Minyak

S1 = Saklar 1 TU = Trafo uji

S2 = Saklar 2 AT = Autotrafo

PT = Potential Transformer EB = Elektroda Bola 3.5 Prosedur Pengujian

Untuk pengujian semua minyak pada suhu ruangan (tanpa pemanasan), prosedur penelitiannya adalah sebagai berikut:

1. Peralatan disiapkan dan rangkaian pengujian dibuat seperti Gambar 3.1. 2. Sebelum pengujian dilakukan, bejana elektroda disterilkan sampai bersih

kemudian dikeringkan.

3. Minyak dituangkan ke dalam bejana elektroda. Jarak elektroda diatur 2,5 mm. Suhu minyak diukur dan dicatat.

4. Saklar utama (S1) ditutup dan AT diatur hingga tegangan sekundernya nol. Tegangan input pada trafo uji (TU) dinaikkan secara perlahan sampai terjadi tembus listrik.

5. Nilai tegangan tembus yang ditunjukkan voltmeter dicatat. Saklar utama dan saklar sekunder (S2) dibuka. Suhu minyak kembali diukur.

6. Minyak pada bejana dibiarkan selama 10 menit untuk menghilangkan gelembung yang mungkin terjadi pada saat tembus listrik sambil diaduk perlahan lahan.

(8)

8. Selanjutnya data yang diperoleh dari pengujian tegangan tembus di atas dihitung nilai rata-ratanya.

Untuk pengujian semua minyak pada suhu 80oC, 60oC, dan 40oC, prosedur penelitiannya adalah sebagai berikut:

1. Peralatan disiapkan dan rangkaian pengujian dibuat seperti Gambar 3.1. 2. Minyak dituang ke dalam heater cup dan dipanaskan sampai suhu di atas

80oC.

3. Sebelum pengujian dilakukan, bejana elektroda disterilkan sampai bersih kemudian dikeringkan.

4. Apabila suhu minyak telah mencapai suhu di atas 80oC, minyak dituangkan ke dalam bejana elektroda. Jarak elektroda diatur 2,5 mm.

5. Suhu minyak kembali diukur untuk memastikan agar suhunya 80oC.

6. Apabila suhu minyak sudah mencapai 80oC, saklar utama (S1) ditutup dan AT diatur hingga tegangan sekundernya nol. Tegangan input pada trafo uji (TU) dinaikkan secara perlahan sampai terjadi tembus listrik.

7. Nilai tegangan tembus yang ditunjukkan voltmeter dicatat. Saklar utama dan saklar sekunder (S2) dibuka. Suhunya kembali diukur.

8. Minyak pada bejana dibiarkan selama beberapa saat untuk menghilangkan gelembung yang mungkin terjadi pada saat tembus listrik, kemudian diaduk perlahan lahan dan dibiarkan sampai suhunya turun menjadi 60oC.

9. Apabila suhunya sudah menjadi 60oC, kembali prosedur 6 dan 7 dilakukan. 10. Minyak pada bejana kembali dibiarkan selama beberapa saat untuk

menghilangkan gelembung yang mungkin terjadi pada saat tembus listrik, kemudian diaduk perlahan lahan dan dibiarkan sampai suhunya turun menjadi 40oC.

11. Apabila suhunya sudah menjadi 40oC, kembali prosedur 6 dan 7 dilakukan. 12. Prosedur 1-11 ini dilakukan untuk semua minyak yang diuji dan diulang

(9)

3.6 Flowchart Pengujian

a. Flowchart untuk pengujian semua minyak pada suhu ruangan (tanpa pemanasan)

Tidak

Ya Ya

Dipersiapkan alat dan bahan untuk pengujian

Minyak dituangkan ke dalam bejana elektroda dan diukur suhunya

Tegangan dinaikkan sampai minyak mengalami breakdown

Dicatat nilai tegangan tembus dan suhu minyak kembali diukur

Apakah sudah dapat 5 data

pengujian?

Diatur jarak elektroda 2,5 mm

Mulai

selesai

Didiamkan beberapa menit sambil diaduk untuk menghilangkan gelembung gas yang

(10)

b. Flowchart untuk pengujian semua minyak pada suhu 80oC, 60oC, dan 40oC

Tidak

Ya

Dipersiapkan alat dan bahan untuk pengujian

Minyak dipanaskan di heater cup sampai suhu yang diinginkan

Minyak dituangkan ke dalam bejana elektroda

Apakah suhu minyak sudah

80oC, 60oC, dan 40oC?

Diatur jarak elektroda 2,5 mm

Tegangan dinaikkan sampai minyak mengalami breakdown

Dicatat nilai tegangan tembus dan suhu minyak kembali diukur

Mulai

Didiamkan beberapa menit sambil diaduk untuk menghilangkan gelembung gas yang

(11)

Tidak

Ya

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Percobaan Apakah sudah

dapat 5 data pengujian?

A B

(12)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian

Dari pengujian yang telah dilakukan, maka diperoleh tegangan tembus minyak pada jarak elektroda 2,5 mm sebagai berikut.

 Minyak biji karet (rubber seed oil)

Tabel 4.1 Tegangan Tembus pada Suhu Ruangan 28,3oC

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 32,9

2 28,1

3 23,5

4 31

5 24,6

Rata – rata 28,02

Tabel 4.2 Tegangan Tembus pada Suhu 40oC

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 34,6

2 34

3 32,6

4 32,1

5 27,8

(13)

1 36,4

2 34,9

3 33,1

4 32,3

5 32,8

Rata – rata 33,9

1 28,3

2 27,4

3 26,9

4 27,1

5 25,8

Rata – rata 27,1

 Minyak biji bunga matahari (sunflower seed oil)

Tabel 4.5 Tegangan Tembus pada Suhu Ruangan 28,3oC

1 23.5

2 25,1

3 23,4

4 20,1

5 21,5

(14)

1 24,8

2 25

3 22,1

4 21,7

5 25,2

Rata – rata 23,76

1 30,1

2 28,2

3 33,4

4 29,7

5 31

Rata – rata 30,48

1 31,8

2 34,5

3 27,5

4 31,4

5 25

(15)

 Minyak biji anggur (grapeseed oil)

Tabel 4.9 Tegagan Tembus pada Suhu Ruangan 28,3 oC

1 23,7

2 24,4

3 15,1

4 17

5 21,6

Rata – rata 20,36

1 26

2 21,8

3 20,6

4 22,2

5 19,9

Rata – rata 22,1

1 29,1

2 26,8

3 25,1

4 24,4

5 26

(16)

1 31

2 30,6

3 33,3

4 28,4

5 28,9

Rata – rata 30,44

 Minyak zaitun (olive oil)

Tabel 4.13 Tegangan Tembus pada Suhu Ruangan 28,3 oC

1 23,4

2 21,8

3 20

4 22,7

5 19,8

Rata – rata 21,54

1 29,8

2 28,3

3 30

4 27,1

5 27,5

(17)

Dari data pengujian di atas dapat dihitung kekuatan dielektrik minyak dengan persamaan berikut [15]:

E =

(4.1)

dimana:

E = Kuat medan elektrik yang dapat dipikul dielektrik ( kV/cm) V = Teganga tembus yang dibaca alat ukur (kV)

s = Jarak sela elektroda (cm) � = Faktor efisiensi = f(p,q)

p,q = karakteristik geometri elektroda dengan:

(18)

s = jarak sela elektroda (cm) = 0,25 cm

r,R = radius masing-masing elektroda = 0,5 cm Maka:

= 1,5 = 1

Diperoleh nilai f(p,q) = (1,5; 1).

Berdasarkan tabel pada lampiran maka nilai faktor efisiensi untuk f (1,5 ;1) = 0,850.

Jadi besar kekuatan diektriknya adalah sebagai berikut.  Minyak biji karet (rubber seed oil)

 Suhu ruangan (28,3oC)

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 131,8 kV / cm

 Suhu 40oC

 Suhu 60oC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 159,52kV / cm

 Suhu 80oC

Kekuatan dilektriknya adalah E = = 127,52 kV / cm  Minyak biji bunga matahari (sunflower seed oil)

Kekuatan dilektriknya adalah E = = 106,92 kV / cm

 Suhu 40oC

 Suhu 60oC

(19)

 Suhu 80oC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 141,36 kV / cm  Minyak biji anggur (grapeseed oil)

 Suhu 40oC

Kekuatan dilektriknya adalah E = = 104 kV / cm

 Suhu 60oC

 Suhu 80oC

Kekuatan dielektriknya adalah E = = 143,24 kV / cm  Minyak zaitun (olive oil)

 Suhu 40oC

 Suhu 60oC

 Suhu 80oC

(20)

Berikut adalah data perbandingan tegangan tembus dari keempat minyak.

Tabel 4.17 Perbandingan Tegangan Tembus Minyak Nabati

Suhu

Diantara sifat-sifat yang ada, kekuatan tegangan tembus suatu bahan isolasi menjadi sifat yang pertama kali harus diperhatikan. Tegangan tembus merupakan sebuah ukuran kekuatan bahan isolasi dalam menahan suatu beda tegangan. Semakin tinggi tegangan tembus yang dimiliki suatu bahan isolasi, semakin baik bahan isolasi tersebut untuk digunakan . Oleh karena itu penelitian pada sifat dielektrik dari bahan isolasi cair sangat dititikberatkan dalam penentuan nilai tegangan tembus (breakdown voltage).

(21)

Dari Gambar 4.1 diatas, dapat dilihat bahwa perubahan suhu dari suhu 28,3oC sampai suhu 60oC tegangan tembus minyak biji karet selalu meningkat. Karena pada suhu rendah biasanya minyak mengandung kelembaban yang lebih tinggi jika dibandingkan pada suhu yang lebih tinggi. Peningkatan tegangan tembus ini disebabkan oleh berkurangnya kadar uap air yang terlarut dalam minyak akibat pemanasan, pada saat terdapat medan listrik yang tinggi molekul uap air yang terlarut memisah dari miyak dan terpolarisasi membentuk dipole. Jika jumlah molekul-molekul uap air ini banyak, maka akan terbentuk suatu jembatan yang menghubungkan kedua elektroda, sehingga terbentuk kanal peluahan, kanal ini akan merambat dan memanjang sampai menghasilkan tembus listrik. Dengan penurunan kadar uap air, jembatan akan lebih sulit terbentuk sehingga tegangan tembus pun meningkat [15]. Tetapi pada kisaran perubahan dari suhu 60oC hingga mencapai suhu 80oC tegangan tembus minyak biji karet menurun secara signifikan yaitu pada suhu 80oC tegangan tembus minyak biji karet menjadi 27,1 kV. Penurunan ini dapat terjadi karena adanya stress thermal yang terjadi pada minyak. Pada minyak yang telah mengalami panas yang terlalu tinggi akan merusak struktur minyak itu sendiri sehingga menyebabkan tegangan tembusnya mengalami penurunan. Hal Ini dapat membuktikan bahwa kinerja optimal minyak biji karet sebagai isolator hanya mencapai suhu 60oC.

(22)

Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Tegangan Tembus Minyak

Jika dibandingkan keempat bahan minyak nabati yang diuji, dari Gambar 4.2 dapat dilihat bahwa pada suhu28,3oC dan 40oC minyak biji karet mempunyai tegangan tembus yang paling tinggi yaitu 28,02 kV dan 32,22 kV. Dan pada suhu 60oC dan 80oC minyak zaitun yang mempunyai tegangan tembus paling tinggi yaitu 43,09 kV dan 41,36 kV. Pada suhu 80oC tegangan tembus minyak biji karet menjadi yang paling terendah dari keempat jenis minyak nabati yang diuji yaitu 27,1 kV. Dan jika dilihat berdasarkan nilai tegangan tembus pada suhu 40oC sesuai dengan standar IEC 296, hanya nilai tegangan tembus minyak biji karet yang berpotensi sebagai alternatif bahan isoalsi cair.

(23)

Tabel 4.18 Perbandingan Kandungan Minyak Nabati

Kandungan minyak

Minyak biji karet

Minyak biji bunga matahari

Minyak zaitun Minyak biji anggur

Asam linoleat 39,6% 55,4% 3,5-21% 60-67%

Asam oleat 24,6% 31,5% 55-83% 12-25%

Asam stearat 8,7% 5% 0,5-5% 3-6%

Asam palmitat 10,2% 6,8% 7,5-20% 6-8%

Air 3,71% 4,32% 2,1-3,6% 4,7%

(24)

BAB V

minyak biji karet mengalami penurunan yang signifikan yaitu pada suhu 80oC tegangan tembus minyak biji karet menjadi 27,1 kV.

2. Kinerja optimal minyak biji karet sebagai isolator hanya mencapai suhu 60oC.

3. Berdasarkan nilai tegangan tembus pada suhu 40oC sesuai dengan standar IEC 296, hanya minyak biji karet yang berpotensi sebagai alternatif bahan isolasi cair jika dibandingkan dengan minyak nabati lainya yang diuji dalam penelitian ini. Berdasarkan standar IEC 296 tegangan tembus isolasi cair pada suhu 40oC harus lebih besar dari 30 kV dan tegangan tembus minyak biji karet pada suhu 40oC adalah sebesar 32,22 kV.

4. Pada suhu 28,3oC dan 40oC minyak biji karet mempunyai tegangan tembus yang paling tinggi yaitu 28,02 kV dan 32,22 kV. Dan pada suhu 60oC dan 80oC minyak zaitun yang mempunyai tegangan tembus paling tinggi yaitu 43,09 kV dan 41,36 kV.

5. Semakin besar kadar air dalam minyak maka tegangan tembus minyak tersebut akan semakin rendah.

(25)

5.2 Saran

1. Perlu dilakukan penelitian dengan penambahan zat adiktif untuk menambah besar tegangan tembus minyak.

(26)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pembangkitan Tegangan Tinggi Bolak Balik (AC)

Tegangan tinggi bolak balik (AC) diperlukan untuk pengujian ketahanan peralatan sistem tenaga listrik terhadap tegangan tinggi bolak balik. Disamping untuk pengujian peralatan sistem tenaga listrik, tegangan tinggi bolak balik dibutuhkan juga untuk pengamatan sifat-sifat listrik bahan isolasi, antara lain untuk mengukur rugi-rugi dielektrik, mendeteksi peluahan parsial atau korona, pengukuran permivitas dan pengukuran kekuatan dielektrik suatu bahan isolasi [2]. Sebagai sumber tegangan tinggi bolak balik biasanya menggunakan transformator satu fasa. Hal ini disebabkan karena pengujian biasanya dilakukan untuk setiap fasa, dan setiap kali yang diuji hanyalah satu fasa. Cara ini akan memudahkan pengukuran dan pengamatan hasil pengukuran. Tegangan tinggi bolak-balik diperoleh dari suatu trafo satu fasa dengan perbandingan belitan yang jauh lebih besar daripada trafo daya yang biasa disebut trafo uji [3].

AT

TU

Gambar 2.1 Rangkain Pembangkit Tegangan Tinggi AC

(27)

2.2 Kekuatan Dielektrik

Suatu bahan isolasi ideal tidak mempunyai elektron-elektron bebas, tetapi mempunyai elektrron-elektron yang terikat pada inti atom unsur yang membentuk bahan isolasi tersebut. Setiap bahan isolasi mempunyai batas kekuatan untuk memikul medan elektrik. Jika kuat medan elektrik yang dipikul bahan isolasi melebihi batas tersebut dan adanya medan elektrik berlangsung cukup lama, maka bahan isolasi akan menghantar arus atau gagal melaksanakan fungsinya sebagai isolator. Dalam hal ini bahan isolasi disebut tembus listrik (electrical breakdown). Kuat medan elektrik tertinggi yang dapat dipikul suatu bahan isolasi tanpa menimbulkan bahan isolasi tersebut tembus listrik, disebut kekuatan dielektrik.

Gambar 2.2 Medan Elektrik Dalam Suatu Bahan Isolasi

Gambar 2.2 menunjukkan suatu bahan dilektrik yang ditempatkan di antara dua elektroda piring sejajar. Kekuatan dielektrik bahan isolasi yang digunakan untuk suatu peralatan listrik harus lebih besar daripada kuat medan dielektrik yang timbul pada bahan isolasi tersebut. Jika kuat medan elektrik yang dipikul suatu bahan isolasi melebihi kekuatan dielektrik bahan tersebut, maka di dalam bahan isolasi akan terjadi proses ionisasi berantai yang pada akhirnya dapat membuat bahan isolasi mengalami tembus listrik. Proses ionisasi sampai terjadinya tembus listrik membutuhkan waktu beberapa mikrodetik dan lamanya tidak tentu tetapi bersifat statistik. Jadi medan elektrik tidak selalu mengakibatkan bahan isolasi tembus listrik, tetapi ada 2 syarat yang harus dipenuhi supaya bahan isolasi tembus listrik yaitu:

(28)

2. Lama medan elektrik berlangsung lebih besar atau sama dengan waktu tunda tembus.

Tegangan yang menyebabkan suatu bahan isolasi tembus listrik disebut tegangan tembus atau “breakdown voltage”. Dengan demikian, dapat didefinisikan bahwa tegangan tembus adalah nilai tegangan yang menimbulkan kuat medan elektrik pada suatu bahan isolasi sama dengan atau lebih besar dari kekuatan dielektrik bahan isolasi tersebut.

Pada penerapan tegangan kekuatan dielektrik didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan yang menyebabkan kerusakan atau tembus listrik (V) dengan tebal isolasi (d) yang memisahkan antara elektroda. Hal ini dapat dilihat pada Persamaan 2.1 [2]:

E = (2.1) dimana :

E = Kuat medan listrik yang dapat ditahan oleh dielektrik (kV/cm) V = Tegangan maksimum yang dibaca alat ukur ( kV)

d = Tebal isolasi (cm)

2.3 Isolasi Cair

Bahan isolasi cair digunakan sebagai bahan pengisi pada beberapa peralatan listrik, misalnya : transformator, pemutus beban, rheostat. Dalam hal ini bahan isolasi cair berfungsi sebagai pengisolasi dan sekaligus sebagai pendingin. Karena itu persyaratan untuk bahan cair yang dapat digunakan untuk isolasi antara lain : mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas yang tinggi.

2.3.1 Karakteristik isolasi cair

(29)

a. Sifat listrik

Sifat-sifat listrik yang sangat penting dalam menentukan kinerja dielektrik dari dielektrik cair adalah:

i. Withstand breakdown kemampuan untuk tidak mengalami ketembusan dalam kondisi tekanan listrik (electric stress) yang tinggi.

ii. Permitivitas relatifnya menentukan kapasitansi listrik. Hal ini dapat dilihat dari Persamaan 2.2 berikut :

(30)

iii.Faktor dissipasi

Faktor dissipasi dari minyak dibawah tekanan bolak-balik dan tinggi akan menentukan kerja dari bahan isolasi cair, karena dalam kondisi berbeban terdapat sejumlah rugi-rugi dielektrik. Faktor dissipasi sebagai ukuran rugi-rugi daya merupakan parameter yang penting bagi kabel dan kapasitor. Misalnya minyak transformator murni memiliki faktor dissipasi yang bervariasi antara 10-4 pada suhu 20oC dan 10-3 pada 90oC pada frekuensi 50 Hz.

iv.Resistivitas

Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resistivitasnya lebih besar dari ohm-meter. Resistivitas yang diperlukan pada sistem tegangan tinggi untuk material isolasi adalah

ohm-meter atau lebih. b. Karakteristik perpindahan panas

Pada peralatan yang terisi oleh isolasi cair (transformer, kabel, circuit breaker, dll) perpindahan panas biasanya dipengaruhi secara konveksi.

Faktor utama yang mengontrol perpindahan panas adalah konduktivitas termal dan viskositas. Semakin tinggi nilai dari konduktivitas termal maka semakin dapat digunakan pada peralatan sebagaimana dapat dioperasikan secara berkelanjutan pada temperatur yang tinggi. Pada penggunaan yang lain, nilai konduktivitas termal yang rendah dan nilai viskositas yang tinggi dapat menjadi penyebab terjadinya pemanasan berlebihan pada area tertentu.

c. Kestabilan kimiawi

(31)

2.3.2 Mekanisme kegagalan isolasi cair

Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan antara lain, yang pertama adalah isolasi cair memiliki kerapatan seribu kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut Hukum Paschen. Kedua, isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konveksi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi. Ketiga, isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge). Namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi. Beberapa macam faktor yang diperkirakan memengaruhi kegagalan minyak transformator seperti luas daerah elektroda, jarak celah (gap spacing), pendinginan, perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak), pengaruh kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta kondisi pengujian atau minyak transformator itu sendiri juga memengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator [5]. Pengujian dilaksanakan bila kondisi minyak benar-benar stabil, cairan minyak tidak bergoyang dan tidak aliran naik turun, didiamkan dan dianjurkan sesuai petunjuk alat uji pabrik pembuat. Pemeriksaan berkala pada trafo tenaga dan termasuk pengamatan keadaan operasi dilakukan secara periodik. Jadwalnya dapat sekali setiap shift, sekali sehari, sekali seminggu atau lebih jarang, tergantung dari keperluannya, kondisi lingkungan kerja dan beban. Jadwal pemeriksaan masing-masing bagian adalah sebagai berikut:

 Pemeriksaan arus beban dilakukan setiap hari  Pemeriksaan temperatur dilakukan setiap hari  Pemeriksaan tegangan dilakukan setiap minggu  Pemeriksaan kebersihan dilakukan setiap bulan

(32)

berlaku untuk semua zat isolasi cair, karena data-data yang dihasilkan berbeda dan bahkan bertentangan satu sama lain. Hal ini disebabkan karena tidak adanya teori yang bersifat komprehensif yang berlaku untuk semua kasus mengenai dasar-dasar fisika keadaan cair untuk digunakan sebagai dasar-dasar perbandingan hasil penelitian.

Fenomena fisika lecutan kegagalan dalam zat cair hanyalah sebagian kecil gejala yang sudah banyak dimengerti. Bila suatu tegangan diterapkan pada sepasang elektroda yang dicelup dalam isolasi zat cair, maka terlihat arus konduksi yang kecil. Jika tegangan dinaikkan malar (continously), maka pada suatu tegangan kritis tertentu akan terjadi lecutan di antara kedua elektroda tersebut. Lecutan dalam zat cair ini terdiri dari unsur-unsur sebagai berikut [6]:

1. Aliran listrik yang besarnya ditentukan oleh karakteristik rangkaian. 2. Lintasan cahaya yang cerah dari elektroda yang satu ke yang lain.

3. Pembentukan gelembung gas dan butir-butir zat padat hasil dekomposisi zat cair (tergantung dari sifat kimiawi zat cair).

4. Pembentukan lubang pada elektroda.

5. Tekanan impulsif dalam zat cair disertai suara ledakkan.

Pada saat beroperasi, minyak sebagai isolator mengalami penurunan kualitas disebabkan karena banyak faktor misalnya pengaruh kontaminan padat, kontaminan cair dan gas-gas hasil reaksi di dalam minyak. Selain itu, juga dipengaruhi oleh kondisi minyak yang mengalami stress thermal pada saat beban puncak. Semakin banyak kontaminan yang terkandung dalam minyak, maka kualitas minyak akan semakin menurun.

Selama ini, ada 4 teori yang dikemukakan berkaitan dengan kegagalan isolasi minyak.

1. Teori kegagalan intrinsik

(33)

2.4 Syarat-Syarat Minyak Isolasi

Minyak isolasi yang mempunyai 2 fungsi utama sebagai media isolasi dan media pendingin memerlukan syarat-syarat sebagai berikut [7]:

1. Kejernian (apperance)

Artinya minyak isolasi tidak boleh mengandung suspensi atau endapan (sedimen).

Viskositas adalah suatu ukuran dari besarnya perlawanan yang diberikan oleh minyak untuk mengalir, atau ukuran dari besarnya tekanan geser bagian dalam dari suatu bahan cair. Viskositas memegang peranan dalam pendinginan,digunakan untuk menentukan kelas minyak dan kurang dipengaruhi oleh kontaminasi atau kerusakan minyak. Viskositas tidak boleh melebihi 12 cSt pada suhu 40oC.

4. Titik nyala (flash point)

Titik nyala adalah suhu terendah dimana uap minyak mulai menyala. Titik nyala yang rendah menunjukkan adanya kontaminasi zat yang mudah terbakar. Titik nyala minyak yang diperbolehkan adalah lebih dari 135oC.

5. Titik tuang (pour point)

(34)

6. Angka kenetralan merupakan harga yang menunjukan penyusun asam minyak isolasi dan dapat mendeteksi kontaminasi minyak, menunjukkan kecenderungan perubahan kimia atau cacat atau indikasi perubahan kimia dalam bahan tambahan (additive). Angka kenetralan dapat dipakai sebagai petunjuk umum untuk menentukan apakah minyak sudah harus diganti atau diolah. Angka kenetralan tidak boleh melebihi dari 0,03 mg KOH/gr.

7. Korosi belerang (korosive sulphur)

Pengujian ini menunjukan adanya kemungkinan korosi yang dihasilkan dari adanya belerang yang tidak stabil dalam minyak isolasi.

8. Tegangan tembus (breakdown voltage)

Tegangan tembus adalah tegangan dalam kV yang diperlukan untuk menembus lapisan minyak diantara dua buah elektroda. Tegangan tembus yang terlalu rendah menunjukan adanya kontaminasi berupa air, kotoran, atau partikel konduktif dalam minyak. Nilai tegangan tembus pada minyak baru minimal 30 kV dengan jarak sela 2,5 mm pada suhu 40oC menurut standar IEC 296.

9. Faktor kebocoran dielektrik (dielektrik dissipation factor)

Harga yang tinggi dari faktor ini menunjukan adanya kontaminasi misalnya air, hasil oksidasi, logam alkali, koloid bermuatan dan sebagainya. Nilai maksimal untuk faktor kebocoran dielektrik adalah 0,05%.

10. Stabilitas (oxydation stability)

Pengujian ini berguna untuk melihat apakah minyak tahan terhadap oksidasi.

11. Kandungan air (water content)

(35)

12. Kandungan gas

Adanya gas terlarut dan gas bebas dalam minyak isolasi dapat digunakan untuk mengetahui kondisi transformator dalam operasi. Adanya gas seperti hidrogen, metana, etana, etilen dan asetilin menunjukkan terjadinya dekomposisi minyak isolasi pada kondisi operasi, sedangkan adanya karbon dioksida dan karbon monoksida menunjukkan kerusakan pada bahan isolasi.

2.5 Degradasi Minyak Isolasi

Degradasi atau pemburukan minyak isolasi dapat menjadi penyebab utama terjadinya kegagalan isolasi karena kemampuannya untuk memikul terpaan medan elektrik sudah berkurang. Pemakaian yang berulang-ulang dalam jangka waktu Beberapa faktor penyebab degradasi minyak isolasi antara lain [8]:

1. Arcing (busur api)

Gas-gas yang timbul karena gangguan ini adalah H2, C2H2, (C2H4, C2H6, CH4). Munculnya busur api dalam minyak isolasi ditandai dengan pembentukan gas-gas hidrogen dan asetilena sebagai gas-gas yang paling dominan.

2. Reaksi dengan udara

Minyak isolasi yang bereaksi dengan udara akan menyebabkan minyak isolasi mengalami oksidasi. Proses oksidasi ini akan berpotensi menurunkan kekuatan dielektrik minyak itu sendiri.

3. Kemurnian minyak isolasi

(36)

transformator masih dikatakan baik. Namun bila tegangan tembus lebih kecil daripada 25 kV maka minyak transformator dikatakan sudah rusak dan harus digantidengan minyak yang baru.

4. 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.

5. Faktor alami

Pemakaian minyak isolasi dalam jangka waktu yang lama besar kemungkinan telah mengubah sifat-sifat fisis maupun sifat listrik dari minyak tersebut seperti viskositas, nilai tegangan tembus dan lain-lain. Oleh karena itu perlu dilakukan pengujian yang berkala, terutama jika umur minyak itu sudah lama.

2.6 Minyak Nabati

Minyak nabati adalah minyak yang diperoleh dari tumbuh-tumbuhan. Bagian buah dan biji-bijian merupakan penghasil minyak paling banyak. Minyak nabati dapat digunakan untuk keperluan memasak maupun untuk keperluan industri. Beberapa jenis minyak nabati tidak cocok untuk dikonsumsi tanpa pengolahan khusus seperti minyak biji kapas, minyak jarak, dan minyak biji lobak.

Banyak minyak nabati dikonsumsi secara langsung ataupun sebagai bahan campuran dalam makanan. Minyak cocok untuk memasak karena minyak mempunyai titik nyala tinggi. Untuk keperluan obat-obatan, kebanyakan minyak nabati dihasilkan dari proses pengepresan langsung (bukan ekstraksi). Dalam keperluan industri, minyak nabati dapat digunakan seperti pada pembuatan sabun (produk kesehatan kulit dan kosmetik), gen pengering dalam pembuatan cat, insulator, dan bahan bakar biodiesel [9].

(37)

sama sekali dan hanya dimanfaatkan sebagai benih generatif pohon karet. Kenyataannya biji karet mengandung minyak nabati yang dapat dimanfaatkan menjadi input yang berharga pada berbagai industri. Di Indonesia, tanaman karet menghasilkan komoditi yang sangat penting. Produktifitas biji karet di berbagai negara dilaporkan oleh beberapa peneliti berkisar antara 112 - 370 kg/ha-thn. Dengan asumsi produktifitas perkebunan karet besar di Indonesia sebesar 112 kg/Ha-thn dan perkebunan rakyat sebesar 78.4 kg/ha-thn maka dapat diperkirakan potensi biji karet Indonesia sebesar 170.390 ton/thn. Gambar 2.3 adalah bentuk fisik dari buah dari pohon karet.

Gambar 2.3 Buah Karet

(38)

Tabel 2.1 Sifat Minyak Biji Karet

Sifat Nilai

Spesific gravity 0,91

Viskositas (mm2/s) 76,4

Flash point (oC) 198

Sumber: D.F Melvin Josel, 2010 [11]

Tabel 2.2 Kandungan Minyak Biji Karet

No Kandungan minyak Kadar (%)

1 Asam linoleat 39,6

2 Asam oleat 24,6

3 Asam stearat 8,7

4 Asam palmitat 10,2

5 Air 3,71

Sumber: A.S. Ramadhas, 2004 [12]

Gambar 2.4 Minyak Biji Karet 2.6.2 Minyak biji bunga matahari (sunflower seed oil)

(39)

mendapatkan minyak biji bunga matahari, biasanya digunakan dengan metode expeller pressing atau pengepresan berulir. Biji bunga matahari ini memiliki

cangkang biji yang tipis. Kandungan minyaknya berkisar 48% hingga 52%. Untuk menghasilkan satu liter minyak diperlukan biji dari kira-kira 60 tandan bunga majemuk. Untuk kandungan minyak biji bunga matahari tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.3 berikut [13].

Tabel 2.3 Kandungan Minyak Biji Bunga Matahari

1 Asam linoleat 55,4

2 Asam oleat 31,5

3 Asam stearat 5

4 Asam palmitat 6,8

5 Air 4,32

Gambar 2.5 Minyak Biji Bunga Matahari 2.6.3 Minyak zaitun (olive oil)

(40)

Tabel 2.4 Kandungan Minyak Zaitun

1 Asam linoleat 3,5-21

2 Asam oleat 55-83

3 Asam stearat 0,5-5

4 Asam palmitat 7,5-20

5 Air 2,1-3,6

Gambar 2.6 Minyak Zaitun 2.6.4 Minyak biji anggur (grapeseed oil)

(41)

Tabel 2.5 Kandungan Minyak Biji Anggur

2.7 Faktor yang Memengaruhi Mutu Minyak

Mutu minyak yang berasal dari biji-bijian khususnya biji karet dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu:

1. Kualitas dan kemurnian bahan baku.

Adanya bahan asing atau biji yang berkualitas jelek yang tercampur dalam proses akan menyebabkan minyak cepat rusak dan berbau. 2. Usia biji.

Biji karet yang usianya cukup tua akan menghasilkan minyak yang lebih baik kuantitas dan kualitasnya dibanding dengan biji karet yang lebih muda.

3. Kadar air yang terkandung dalam biji.

Biji yang terlalu lama disimpan akan mengandung kadar air yang tinggi, sehingga dapat menghasilkan minyak dengan mutu yang kurang baik.

4. Perlakuan terhadap bahan baku pada saat proses dan pasca-proses (misalnya: halusnya hasil pencacahan yang dilakukan, pemilihan jenis pelarut, penyimpanan minyak hasil proses, dan sebagainya).

2.8 Metode Pengambilan Minyak

(42)

1. Metode rendering (krengseng)

Merupakan metode tradisional yang dilakukan dengan cara memanaskan biji karet sampai minyaknya keluar. Metode ini terdiri dari dua cara, yaitu krengseng kering dan krengseng basah. Metode ini tidak efektif karena hasil minyak masih banyak mengandung impurities. 2. Metode press (penekanan)

Merupakan metode dengan penekanan atau pengempaan biji karet hingga hancur dan mengeluarkan minyak. Sebelum biji karet ditekan, terlebih dahulu dibuang kulitnya. Ada dua cara pengepresan, yaitu pengepresan pada suhu rendah atau cold pressing dan pengepresan dengan pemanasan atau hot pressing. Pemanasan ini berfungsi untuk memecahkan sel-sel pelindung minyak serta mengurangi mikroorganisme dan enzim pengotor. Metode ini juga menghasilkan minyak yang masih cukup banyak mengandung impurities.

3. Metode Ekstraksi

Merupakan metode yang paling efektif untuk memperoleh minyak dari biji karet. Metode ini dilakukan dengan cara memasukkan biji karet ke dalam suatu larutan zat kimia. Sehingga minyak yang terkandung dalam biji karet akan terpisahkan dari ampasnya. Pemisahan minyak ini berdasarkan perbedaan antara kelarutan minyak dan bahan-bahan lainnya yang terkandung di dalam biji karet terhadap pelarutnya. Kemudian dengan cara menguapkan pelarutnya maka didapat minyak murni. Minyak yang diperoleh memiliki kemurnian yang tinggi dibandingkan dua metode sebelumnya, karena selektivitas dari pelarut yang digunakan. Metode ini nantinya yang akan digunakan untuk mendapatkan sampel percobaan dalam penelitian ini.

2.9 Dasar-dasar Pengujian Tegangan Tinggi

(43)

tegangan tinggi dikelompokkan menjadi dua jenis, yaitu: pengujian tidak merusak dan pengujian merusak [2].

1. Pengujian tidak merusak, antara lain meliputi: a. pengukuran tahan isolasi,

b. pengukuran faktor rugi-rugi dielektrik,

c. pengukuran korona atau peluahan sebahagian, d. pengukuran konduktivitas, dan

e. pemetaan medan elektrik.

2. Pengujian bersifat merusak seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8, antara lain meliputi:

a. pengujian ketahanan (withstand test), b. pengujaan peluahaan (discharge test),

c. pengujiaan kegagalan atau tembus listrik (breakdown test).

VB

VW

VF

t Waktu pengujian

Pengujian ketahanan pada tegangan Vw selama t menit Pengujian lompatan dengan tegangan lompatan VF Pengujian kegagalan dengan tegangan gagal VB

Gambar 2.8 Hubungan Tegangan Pengujian Terhadap Waktu Pengujian 2.10 Standarisasi Pengujian Tegangan Tembus

Standarisasi tingkat internasional dikerjakan oleh komisi teknik IEC. Pada tingkat nasional di Indonesia standarisasi dibuat dan diterbitkan oleh PLN yaitu SPLN yang mengacu pada IEC. Elektroda pada pengujian tegangan tembus pada media isolasi cair yang digunakan adalah pada gambar dibawah ini [7].

1 2 3

1

2

(44)

Gambar 2.9a

Gambar 2.9b

Gambar a dan b: Elektroda untuk Mengukur Tegangan Tembus Menurut IEC 156 (a) Elektroda bola-bola.

(b) Elektroda setengah bola.

(45)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik. Isolasi diperlukan untuk memisahkan bagian yang bertegangan dengan yang tidak bertegangan sehingga tidak terjadi lompatan listrik atau percikan diantaranya. Tegangan tembus isolasi merupakan tegangan yang mampu merusak ketahanan isolasi dari suatu bahan isolasi. Kerusakan pada sistem isolasi dapat terjadi jika sistem isolasi mengalami tekanan medan listrik yang tinggi.

Minyak merupakan salah satu bahan isolasi yang termasuk dalam bahan dielektrik. Minyak isolasi yang biasa digunakan adalah bahan yang terbuat dari minyak olahan bumi, seperti Shell Diala, Gulf, Nynas, dan lain-lain. Seperti yang diketahui, bahwa minyak bumi termasuk sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui, sehingga penggunaan bahan isolasi cair yang berasal dari minyak bumi dapat menghabiskan persedian minyak bumi di dunia. Salah satu alternatif lain adalah pemakaian minyak nabati. Hal ini dikarenakan minyak nabati termasuk sumber daya alam yang terbaharukan dan juga bersifat biodegradable. Khususnya Indonesia, penggunaan minyak nabati ini sangat potensial sekali karena Indonesia termasuk produsen minyak nabati yang cukup besar di dunia. Ada beberapa alasan yang harus dipertimbangkan dalam rangka mencari alternatif isolasi cair yang ramah lingkungan dan berasal dari minyak nabati, yaitu [1]:

1. Minyak bumi suatu saat akan habis dan sulit mendapatkannya lagi, sedangkan minyak nabati persediaannya melimpah.

(46)

3. Minyak isolasi yang berasal dari minyak bumi sulit terdegradasi secara biologis, sedangkan minyak nabati dapat terdegradasi secara biologis dengan sempurna.

Berdasarkan pertimbangan di atas maka dilakukan observasi alternatif sebagai pengganti minyak isolasi yaitu pemanfaatan dari minyak nabati. Dalam hal ini minyak nabati yang dipilih adalah minyak biji karet (rubber seed oil). Untuk mengetahui kelayakan minyak biji karet sebagai minyak isolasi dilakukan pengujian untuk mengetahui karakteristik tegangan tembus minyak tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Apakah nilai tegangan tembus minyak biji karet memenuhi standar sebagai

alternatif minyak isolasi?

2. Bagaimana pengaruh suhu terhadap nilai tegangan tembus minyak biji karet?

3. Bagaimana perbandingan tegangan tembus minyak biji karet terhadap minyak nabati lainnya seperti minyak biji anggur (grapeseed oil), minyak zaitun (olive oil), dan minyak biji bunga matahari (sunflower seed oil)? 1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini yaitu untuk mencari alternatif isolasi cair yang lebih murah dan ramah lingkungan serta menghemat penggunaan sumber energi minyak bumi di dunia.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah

1. Mengetahui apakah minyak biji karet dapat dijadikan sebagai isolasi cair berdasarkan tegangan tembus.

(47)

1.5 Batasan Masalah

Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada tugas akhir ini, maka penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Sehingga penulis membatasi penulisan tugas akhir ini kepada hal-hal sebagai berikut:

1. Sampel uji yang digunakan adalah minyak biji karet, minyak biji anggur, minyak zaitun, dan minyak biji bunga matahari.

2. Pengujian tegangan tembus dilakukan dengan variasi suhu, dimulai dengan suhu ruangan, 40oC, 60oC, dan 80oC.

3. Tidak membahas reaksi kimia yang terjadi selama pemanasan.

(48)

ABSTRAK

Minyak isolasi pada transformator digunakan sebagai media isolasi maupun sebagai pendingin. Agar dapat menjalankan fungsinya sebagai minyak trafo dengan baik, maka minyak harus memiliki tegangan tembus yang memenuhi standar. Tegangan tembus pada minyak dipengaruhi oleh beberapa hal antara lain: gelembung - gelembung gas, tingkat kemurnian dan umur minyak tersebut. Pengujian tegangan tembus minyak biji karet (rubber seed oil) dimaksudkan sebagai studi awal untuk mengetahui kelayakannya sebagai minyak isolasi alternatif. Pengujian dilakukan dengan menggunakan elektroda bola - bola standar dengan variasi suhu. Variasi suhu dilakukan karena adakalanya suhu minyak mengalami kenaikan terutama dalam kondisi beban yang tinggi. Dan sebagai pembanding juga diuji minyak nabati yaitu minyak biji bunga matahari (sunflower seed oil), minyak biji anggur (grapeseed oil), dan minyak zaitun (olive oil).

Dari hasil pengujian diperoleh bahwa tegangan tembus minyak biji karet pada kenaikan suhu sampai 60oC mengalami kenaikan yaitu pada suhu 28,3oC tegangan tembusnya adalah 28,02 kV dan pada suhu 60oC adalah 33,9 kV. Tetapi pada kisaran perubahan dari suhu 60oC hingga mencapai suhu 80oC tegangan tembus minyak biji karet menurun secara signifikan yaitu pada suhu 80oC tegangan tembus minyak biji karet menjadi 27,1 kV. Jika dibandingkan dengan minyak nabati yang lainnya, pada suhu 28,3oC dan 40oC minyak biji karet mempunyai tegangan tembus yang paling tinggi yaitu 28,02 kV dan 32,22 kV. Dan pada suhu 60oC dan 80oC minyak zaitun yang mempunyai tegangan tembus paling tinggi yaitu 43,09 kV dan 41,36 kV.

(49)

TUGAS AKHIR

Analisis Tegangan Tembus Minyak Biji Karet

(Rubber Seed Oil) Sebagai Alternatif Bahan Isolasi Cair

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

OLEH

MARTHIN SILALAHI

NIM : 100402081

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(50)

(51)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karunia-Nya yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :

Analisis Tegangan Tembus Minyak Biji Karet (Rubber Seed Oil)

Sebagai Alternatif Bahan Isolasi Cair

Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini banyak kendala yang dihadapi, namun atas saran, bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak akhirnya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Karena itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar - besarnya kepada :

1. Kedua orang tua penulis, M.Silalahi (Alm) dan E. br.Simorangkir atas segalanya.

2. Bapak Ir.Syahrawardi, selaku dosen pembimbing penelitian yang telah membimbing dan memberi dukungan dari awal penelitian hingga penyelesaian skripsi ini.

3. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. sebagai dosen penguji I yang telah memberikan kritik dan saran dalam pengerjaan laporan hasil penelitian ini.

4. Ibu Syska Yana, S.T.,M.T. sebagai dosen penguji II yang telah memberikan kritik dan saran dalam pengerjaan laporan hasil penelitian ini.

5. Bapak Ir.Syahrawardi selaku Dosen Wali penulis.

(52)

7. Para asisten Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi yang dengan kerelaan hati meluangkan waktunya untuk berdiskusi dan membantu pengambilan data Tugas Akhir ini.

8. Abang dan kakak-kakak saya tercinta yang selalu memberikan dukungan, hiburan dan doanya.

9. Keluarga besar Silalahi dan Simorangkir tanpa terkecuali yang sudah banyak membantu dari segi materiil maupun doa.

10.Rap Leanon P. Gorat yang selalu menyemangati saya selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

11.Teman - teman mahasiswa stambuk 2010 yang luar biasa yang banyak memberikan dukungan, motivasi maupun saran yang sangat berharga.

12.Serta untuk semua rekan dan kerabat yang tidak bisa disebutkan satu per satu, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar - besarnya.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih belum sempurna, sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.

Medan, September 2015 Penulis,

(53)

ABSTRAK

Minyak isolasi pada transformator digunakan sebagai media isolasi maupun sebagai pendingin. Agar dapat menjalankan fungsinya sebagai minyak trafo dengan baik, maka minyak harus memiliki tegangan tembus yang memenuhi standar. Tegangan tembus pada minyak dipengaruhi oleh beberapa hal antara lain: gelembung - gelembung gas, tingkat kemurnian dan umur minyak tersebut. Pengujian tegangan tembus minyak biji karet (rubber seed oil) dimaksudkan sebagai studi awal untuk mengetahui kelayakannya sebagai minyak isolasi alternatif. Pengujian dilakukan dengan menggunakan elektroda bola - bola standar dengan variasi suhu. Variasi suhu dilakukan karena adakalanya suhu minyak mengalami kenaikan terutama dalam kondisi beban yang tinggi. Dan sebagai pembanding juga diuji minyak nabati yaitu minyak biji bunga matahari (sunflower seed oil), minyak biji anggur (grapeseed oil), dan minyak zaitun (olive oil).

Dari hasil pengujian diperoleh bahwa tegangan tembus minyak biji karet pada kenaikan suhu sampai 60oC mengalami kenaikan yaitu pada suhu 28,3oC tegangan tembusnya adalah 28,02 kV dan pada suhu 60oC adalah 33,9 kV. Tetapi pada kisaran perubahan dari suhu 60oC hingga mencapai suhu 80oC tegangan tembus minyak biji karet menurun secara signifikan yaitu pada suhu 80oC tegangan tembus minyak biji karet menjadi 27,1 kV. Jika dibandingkan dengan minyak nabati yang lainnya, pada suhu 28,3oC dan 40oC minyak biji karet mempunyai tegangan tembus yang paling tinggi yaitu 28,02 kV dan 32,22 kV. Dan pada suhu 60oC dan 80oC minyak zaitun yang mempunyai tegangan tembus paling tinggi yaitu 43,09 kV dan 41,36 kV.

(54)

DAFTAR ISI

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 4

2.1 Pembangkitan Tegangan Tinggi Bolak Balik (AC) 4

2.2 Kekuatan Dielektrik 5

2.3 Isolasi Cair 6

2.3.1 Karakteristik Isolasi Cair 6

2.3.2 Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair 9

2.4 Syarat-syarat Minyak Isolasi 11

2.5 Degradasi Minyak Isolasi 13

2.6 Minyak Nabati 14

2.6.1 Minyak Biji Karet (Rubber Seed Oil) 14

2.6.2 Minyak Biji Bunga Matahari (Sunflower Seed Oil) 16

(55)

2.8 Metode Pengambilan Minyak 19

2.9 Dasar-dasar Pengujian Tegangan Tinggi 20

2.10 Standarisasi Pengujian Tegangan Tembus 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 23

3.1 Umum 23

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian 23

3.3 Alat dan Bahan 23

3.4 Rangkaian Pengujian 24

3.5 Prosedur Pengujian 24

3.6 Flowchart Pengujian 26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 29

4.1 Data Hasil Pengujian 29

4.2 Pengolahan Data 34

4.3 Analisis Data 37

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 41

5.1 Kesimpulan 41

5.2 Saran 42

DAFTAR PUSTAKA 43

(56)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.5 Minyak Biji Bunga Matahari 17

Gambar 2.6 Minyak Zaitun 18

Gambar 2.7 Minyak Biji Anggur 18

Gambar 2.8 Hubungan Tegangan Pengujian Terhadap Waktu Pengujian 21 Gambar 2.9a Elektroda Bola-Bola Untuk Mengukur Tegangan Tembus Menurut

IEC 156 22

Gambar 2.9b Elektroda Setengah Bola Untuk Mengukur Tegangan Tembus

Menurut IEC 156 22

Gambar 3.1 Rangkaian Pengujian Tegangan Tembus Minyak 24

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Percobaan 28

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Perubahan Suhu Terhadap Tegangan Tembus

Minyak Biji Karet 37

Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Tegangan Tembus Minyak 39 Gambar L1.1 Satu Set Trafo Uji 220 V/100 kV, 50 kVA, 50 Hz 44 Gambar L1.2 Proses Pemanasan Minyak Sampai Suhu yang Ingin Diuji 44 Gambar L1.3 Proses Pengadukan Minyak Sebelum Diuji untuk Menghilangkan

Gelembung Gas yang Mungkin Ada 45

Gambar L1.4 Proses Pengukuran Suhu Sebelum dan Sesudah Pegujian Tegangan

Tembus 45

(57)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Sifat Minyak Biji Karet 16

Tabel 2.2 Kandungan Minyak Biji Karet 16

Tabel 2.3 Kandungan Minyak Biji Bunga Matahari 17

Tabel 2.4 Kandungan Minyak Zaitun 18

Tabel 2.5 Kandungan Minyak Biji Anggur 19

Tabel 4.1 Tegangan Tembus Minyak Biji Karet pada Suhu Ruangan 28,3oC 29 Tabel 4.2 Tegangan Tembus Minyak Biji Karet pada Suhu 40oC 29 Tabel 4.3 Tegangan Tembus Minyak Biji Karet pada Suhu 60oC 30 Tabel 4.4 Tegangan Tembus Minyak Biji Karet pada Suhu 80oC 30 Tabel 4.5 Tegangan Tembus Minyak Biji Bunga Matahari pada Suhu

Ruangan 28,3oC 30

(58)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman