Studi Hidrofobik Terhadap Lama Penuaan Bahan Isolasi Resin Epoksi
dengan Pengisi Alumina
Umar
Abstrak
Isolator pasangan luar selalu terkena sinar ultra violet (UV). Kondisi ini memunculkan kekhawatiran terhadap kinerja isolator tersebut. Karena dengan seringnya terkena sinar UV, dapat menyebabkan penuaan terhadap isolator, yaitu dengan timbulmya alur (goresan) pada permukaan isolator yang akan menyebabkan mudahnya polutan menempel pada permukaan isolator. Selain itu juga dapat menurunkan sifat hidrfobik,Sifat hidrofobik permukaan bahan isolasi pasangan luar sangat penting, karena pada saat kondisi lembab/turun hujan pembentukan lapisan air pada permukaannya dapat dicegah, sehingga konduktifitas permukaan isolasi tetap rendah.
Permasalahan diatas memberikan gambaran bahwa perlu dirancang komposisi bahan isolasi yang handal terhadap sinar UV dan mampu mempertahankan sifat hidofobik Dalampenelitian ini bahan isolasi dirancang dengan menggunakan bahan polimer jenis DGEBA dan MPDA dengan pengisi Alumina. Bahan isolasi tersebut kemudian diberi polutan standar dengan volume tetap yaitu 20 gram/liter. Selain itu juga diberi variasi sinar UV antara 0 sampai 96 jam dengan perlakuan siang dan malam (on-off tiap 12 jam)Dalam penelitian ini, hubungan lama penuaan terhadap sudut kontak bahan isolasi resin epoksi dengan pengisi Alumina cenderung naik. Semakin lama penuaan, sifat hidofobik bahan tersebut makin baik.
Pendahuluan
Sejalan dengan perkembangan jaman dan pertumbuhan penduduk, kebutuhan permintaan akan energi listrik semakin meningkat. Maka keadaan ini mengharuskan untuk meningkatkan penyaluran energi listrik. Namun dalam penyaluran energi listrik ini biasanya banyak problem yang timbul pada peralatan teknik tegangan tinggi. Salah satu peralatan yang sering menjadi sorotan utama adalah isolator. Karena isolator yang mempunyai fungsi sangat penting, yaitu sebagai alat untuk memisahkan atau mengisolasi antara dua bagian yang bertegangan, dikhawatirkan tidak mampu menjalankan fungsinya.
Kekhawatiran ini muncul karena dalam teknik tegangan tinggi seperti pada jaringan transmisi, isolator banyak yang dipasang diluar. Sehingga kondisi lingkungan seperti sinar Ultraviolet ( UV ), dan pencemaran polutan akan mengurangi kinerja bahan isolasi pada isolator ini. Dan salah satu dari kinerja bahan isolasi tersebut adalah sifat hydrophobic, yaitu sifat penolakan terhadap bahan cair.
Teori Dasar
Sudut kontak merupakan sudut yang dibentuk antara permukaan bahan uji dengan air destilasi yang diteteskan ke permukaan bahan uji yang bersangkutan. Sudut kontak berkaitan dengan karakteristik isolator yaitu sifat menyerap air (hidrofilik) atau sifat menolak air (hidrfobik).
Nilai sudut kontak bisa menentukan apakah suatu bahan isolator bersifat hydrophobic atau hydrophilic. Apabila sudut kontak suatu isolator > 900, maka bahan isolator bersifat hydrophobic, bila sudutnya antara 300 sampai 890, maka bersifat partially weatted ( basah sebagian ),sedangkan bila sudut kontak < 290 maka bahan bersifat hydrophilic.
Sudut kontak dapat dicari dengan meneteskan air pada permukaan bahan isolator dan mengamati kemampuan bahan isolator dalam membentuk tetes air serta bentuk dari tetes air itu (Swedish Transmission Research Institute, STRI Guide 1, 92/1, Hydrophobicity Clasificatian Guide).
Gambar 1. Perhitungan sudut kontak
Sudut kontak kiri
Sudut kontak =
2
kanan kontak
Sudut kiri
kontak
Sudut
Hidrofobik merupakan sifat yang penting bagi sebuah isolator. Isolator yang bersifat hidrofobik lebih mampu menahan tegangan saat keadaan basah maupun saat berpolutan dibanding dengan isolator yang bersifat hydrophilic.
Metode Penelitian
Pengujian terhadap karakteristik bahan uji yang meliputi pengujian sudut kontak antara permukaan bahan uji dengan air destilasi untuk mengetahui apakah bahan tersebut hydrophobic atau hydrophilic serta ESDD untuk mengetahui kadar polutan yang menempel pada bahan uji, di lakukan pada isolator untuk mengetahui sejauh mana pengaruh sinar radiasi UV terhadap bahan uji, maka di lakukan sebelum pengujian seluruh bahan uji telah di semprot polutan garam dengan kadar polutan yang sama dan kemudian di sinari UV dengan lama penyinaran 0 sampai 96 jam.
Bahan pengujian
Bahan uji yang digunakan adalah bahan isolasi polimer DGEBA (Diglycidyl Ether of Bisphenol A) sebagai bahan utama, MPDA (Metaphenylene-diamine) sebagai bahan pengeras, dan alumina sebagai bahan pengisi.
Bahan uji dibentuk dalam dimensi 70 mm x 70 mm x 5 mm, dengan variasi bahan pengisi : 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50% terhadap bahan utama dan pengeras.
Bahan uji diberi polutan yang ditambahkan kaolin sebagai inert dengan cara disemprotkan dengan menggunakan metode semprot (IEC 507). Polutan yang dipergunakan adalah polutan standar.
Setelah penyemprotan selesai maka bahan uji dikeringkan dengan tujuan agar lapisan polutan dapat melekat erat pada permukaan bahan uji. Bahan uji
yang telah kering lalu disinari dengan sinar UV selama 0 sampai 96 jam dan bahan uji siap untuk diuji.
Peralatan pengujian
Peralatan pengujian yang digunakan untuk mengetahui pengaruh radiasi UV terhadap karakteristik bahan uji terdiri atas :
1. Seperangkat alat pencetak bahan uji 2. Seperangkat alat pemberi polutan 3. Seperangkat alat penyinaran ultra violet 4. Seperangkat alat pengukuran sudut kontak
Prosedur penelitian
Jalannya penelitian dilakukan dengan urutan sebagai berikut :
1. Pembuatan bahan uji 2. Pemberian polutan
3. Penyinaran ultra violet (UV) 4. Pengukuran sudut kontak
Pengukuran Sudut Kontak
Pengukuran sudut kontak dilakukan dengan menggunakan kamera digital untuk memotret bahan uji. Bahan uji diletakkan di atas meja membelakangi lampu penerang. Lampu penerang digunakan untuk menghindari terjadinya bayangan saat pengujian. Langkah pengujiannya :
1. Setelah bahan uji diletakkan, kamera digital dihidupkan. Bahan uji harus diposisikan sedemikian rupa sehingga pada layar kamera tidak terlihat permukaan bahan uji bagian belakang (bagian depan dan belakang dari permukaan bahan uji berimpit)
Gambar 2. Pengujian sudut kontak
Bahan uji
Mika putih
Lampu Penerang
10% Alumina
2. Setelah permukaan bahan uji tampak segaris, bahan uji ditetesi dengan air destilasi sebanyak 50 μl menggunakan assipette no. 100.
3. Mengambil gambar (memfoto) bahan uji dengan kamera digital. Hasil pengujian bisa langsung dimasukkan ke dalam komputer dan sudut kontak bisa segera dihitung.
Analisa dan Pembahasan
Sudut kontak pada penelitian ini diukur dengan melihat hasil pemotretan. Pengukuran sudut kontak dilakukan secara manual dengan menggunakan busur derajat.
Contoh perhitungan pengukuran sudut kontak dengan pengisi alumina.
Tabel berikut menunjukkan nilai hasil pengukuran sudut kontak dan perhitungan hasil sudut kontaknya.
Tabel 1. Data pengukuran sudut kontak
Jenis Filler
Lama UV
20% Alumina
Gambar 3. Grafik hubungan lama penuaan (UV) terhadap sudut kontak
Gambar 4. Grafik 3 dimensi hubungan sudut kontak permukaan terhadap lama penuaan dan
komposisi bahan pengisi
Perbandingan sudut kontak pengisi Alumina
0
Poly. (40%) Poly. (50%)
Gambar 5. Grafik perbandingan sudut kontak pengisi Alumina 10% sampai 50% terhadap
lama penuaan
bila berdasarkan dari seluruh grafik pengukuran sudut kontak yang ada, maka dapat terlihat bahwa pada sampel yang berpengisi alumina , menunjukkan sifat yang cenderung naik
Pada dasarnya, penambahan komposisi filler akan mempengaruhi sudut kontak yang dihasilkan. Ini artinya bahwa semakin banyak kandungan alumina pada bahan isolasi, maka sudut kontak yang dihasilkan akan semakin tinggi.
Akan tetapi dalam penelitian ini semakin tinggi komposisi pengisi tidak selalu menunjukkan nilai sudut kontak yang lebih tinggi (pada pengisi 40% dan 50% terjadi penurunan). Berdasarkan hasil pengamatan lapangan, ketidakakuratan beberapa data ini terjadi juga karena beberapa hal seperti:
1. Kondisi sampel yang sifatnya beragam. 2. Penyemprotan polutan yang tidak merata. 3. Pemotretan yang tidak ada standar waktu 4. Kesalahan pengukuran.
Kesimpulan
Dari pembahasan yang ada maka pada pengujian ini dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Berdasarkan tabel hasil pengukuran yang ada,
maka ada sampel yang bersifat hydrophobic, yaitu pada sampel dengan pengisi alumina UV 12 jam sebesar 900 Sedangkan yang lain masih bersifat Partially Wetted ( basah sebagian ). Yaitu interval antara 300 sampai dengan 890. 2. Berdasarkan gambar grafik hubungan lama UV
terhadap sudut kontak , bahan isolasi dengan pengisi Alumina nilai sudut kontaknya cenderung naik.Keseragaman sifat dan kualitas sampel mutlak diperlukan, agar data yang diperoleh bersifat kontinyu dan maksimal.
3. Penambahan pengisi akan meningkatkan nilai sudut kontak, dengan demikian semakin banyak bahan pengisi (sampai 30%) akan meningkatkan sifat hidrofobik Pengisi lebih dari 30%, bahan isolasi akan mengalami penurunan hidrofobik
DAFTAR PUSTAKA
Berahim, H., 2006, ” Pengaruh Silane sebagai Bahan Pengisi Material Isolasi Polimer Resin Epoksi di
Daerah Tropis”, Media Teknik No.3, Agustus, pp. 48-53.
Giriantari, I.A.D., 1999, “ Pengaruh Polusi Garam Terhadap Surface Discharge yang terjadi pada
isolator”, Seminar Nasional dan Workshop Teknik Tegangan Tinggi II, pp B1-4.1-B1.4.6,UGM, Yogyakarta
Gorur, R.S., Cherney, E.A., Hackam, R., 1990, “ Polimeric Insulator Propiles Evaluated in a fog
Chamber”, IEEE Trans. Power Delivary, Vol.5, No.2, April
IEC Standard 507, 1991, “ Artificial Pollution Test on High Voltage Insulators To Be Used on A.C. System”, Second Edition
IEC Standard 601, 1989, “High Voltage Test Techniques”, pp. 34 Second Edition
Lee, H., Neville, K., 1967, “ Hand Book of Epoxy Resin s”, Mc Graw-Hill Book Company.
NGK Insulators, Ltd., 1995 “ Pollution Map and Analysis of Contaminant ” PT PLN Persero, Jakarta
Samson, P.M., 2001, “ Cast Electrical Insulation Quality Enchancements through Improved Filler
