Pengaruh Ketebalan Isolasi Kabel Listrik dalam Pipa PVC terhadap Kesetimbangan Suhu Kabel

(1)

PENGARUH KETEBALAN ISOLASI KABEL LISTRIK

DALAM PIPA PVC TERHADAP KESETIMBANGAN SUHU

KABEL

Tugas Akhir ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi listrik

Oleh :

THANKS F.S

NIM: 090402089

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PENGARUH KETEBALAN ISOLASI KABEL LISTRIK DALAM PIPA PVC TERHADAP KESETIMBANGAN SUHU KABEL

Oleh : THANKS F.S NIM: 090402089

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 16 bulan Desember tahun 2015 di depan Penguji :

1. Ketua Penguji : Ir. Hendra Zulkarnain 2. Anggota Penguji : Ir. Windalina Syafiar

Disetujui oleh : Pembimbing Tugas Akhir,

Ir. Syahrawardi NIP: 195702231983031002

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro,

(3)

ABSTRAK

Arus listrik yang mengalir pada sebuah kabel selama selang waktu tertentu akan

menimbulkan panas pada kabel. Panas pada kabel akan meningkat seiring

bertambahnya waktu hingga mencapai kondisi setimbang (stedy state). Pada tugas akhir akan dibahas pengaruh ketebalan isolasi kabel berdiameter 1 mm2 yang

dimasukkan ke dalam pipa PVC. Ketebalan isolasi kabel dibuat bervariasi yaitu

2.07 mm, 2.62 mm, dan 2,99 mm. Kabel tersebut dimasukkan ke dalam pipa PVC

dengan diameter yang berbeda yaitu 0.5 inchi, 0.75 inchi, 1.25 inchi, dan 1.5 inchi

kemudian dihubungkan dengan sumber arus 11 A. Setelah itu kenaikan suhu pada

inti dan isolasi kabel dicatat setiap 5 menit sampai diperoleh suhu setimbang. Dari

data hasil percobaan yang dilakukan di peroleh bahwa semakin besar diameter pipa

PVC maka semakin tinggi pula suhu kesetimbangan inti dan isolasi kabel, serta

semakin besar diameter pipa PVC maka semakin lama pula waktu yang dibutuhkan

untuk mencapai suhu kesetimbangan inti dan isolasi kabel.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala

berkat dan anugerah-Nya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis

dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:

PENGARUH KETEBALAN ISOLASI KABEL LISTRIK DALAM PIPA PVC TERHADAP KESETIMBANGAN SUHU KABEL.

Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk

menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam

menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang antara lain kepada :

1. Orangtua saya Drs.Lumongga Simanjuntak dan Mariani Tambunan, BA

beserta saudara-saudari saya Win Ray Simanjuntak, Grace Simanjuntak,

Cherish Simanjuntak Crown Ita Simanjuntak dan Bribing Simanjuntak, juga

Oppung saya Oppung Bakti dan Bou saya Dahlia Simanjuntak serta semua

saudara dan orang tua yang tidak saya sebutkan satu persatu, yang selalu

membimbing, mendoakan dan selalu sabar mendukung Penulis dalam

menyelesaian Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, Bapak

Ir.Hendra Zulkarnaen, dan Ibu Ir.Windalina Syafiar selaku dosen penguji

yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan

Tugas Akhir ini.

3. Bapak Fakhruddin Rizal Batubara, ST, M.T.I selaku dosen wali penulis.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik

Elektro FT. USU

5. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

7. Teman Kerja Praktek di PLTBS Sei Mangke : Samson Tambunsaribu,

(5)

8. Rekan-rekan Penulis stambuk 2009, khususnya teman sekaligus

sahabat-sahabat Sendok Community yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

9. Serta untuk semua yang telah mendukung penyelesaian tugas akhir ini yang

tidak dapat disebutkan penulis satu per satu.

Penulis sadar bahwa tugas akhir ini masih kurang sempurna oleh karena itu

penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi memperbaiki

tugas akhir ini. Akhir kata semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi penulis dan

pembaca.

Medan, Desember 2015

Penulis,

(6)

DAFTAR ISI 1.1 Latar Belakang Masalah... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 1

1.3 Tujuan Penulisan ... 1

1.4 Manfaat Penelitian ... 2

1.5 Batasan Masalah ... 2

1.6 Metodologi Penulisan ... 2

1.7 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Perpindahan Panas ... 4

2.1.1 Konduksi ... 4

2.1.1.1Laju Perpindahan Panas ... 4

2.1.1.2Konduksi pada bidang Datar ... 7

2.1.1.3Konduksi pada Silinder ... 9

2.1.2 Konveksi ... 11

2.1.3 Radiasi ... 12

2.1.4 Perpindahan Panas Pada Kabel ... 13

2.2 Bahan Isolasi ... 16

2.2.1 Sifat Kelistrikan ... 16

2.2.1.1Kekuatan Dielektrik... 16

2.2.1.2Konduktansi ... 18

2.2.1.3Rugi-Rugi Dielektrik ... 20

2.2.1.4Tahanan Isolasi ... 22

2.2.2 Sifat Terhadap Panas ... 24

2.2.3 Sifat Kimia ... 25

(7)

2.2.3.2Resistansi Kimia ... 26

2.2.3.3Higroskopisitas ... 26

2.2.3.4Permeabilitas Uap ... 26

2.2.3.5Pengaruh Tropis... 27

2.2.3.6Resistansi Radiasi ... 27

2.2.4 Sifat-sifat Mekanis ... 28

2.2.4.1Kekuatan (Strength)... 28

2.2.4.2Modulus Elastisitas ... 28

2.2.4.3Kekerasan ... 29

BAB III METODOLOGI 3.1 Umum ... 30

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian ... 30

3.3 Objek Penelitian ... 30

3.4 Variasi Pengukuran ... 30

3.5 Teknik Analisa Data ... 30

3.6 Alat dan Bahan Pengujian ... 31

3.7 Rangkaian dan Prosedur Pengujian ... 32

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Percobaan ... 35

4.2 Analisa Data ... 35

4.2.1 Menentukan Suhu Setimbang Kabel ...

36

4.2.2 Menentukan Ketebalan Isolasi Kabel ...

36

4.2.3 Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dalam PVC

Berdiameter 0.5 inchi ...

36

Berdiameter 0.75 Inchi ...

(8)

43

47

4.2.7 Pengukuran Suhu Inti Dan Isolasi Kabel Dengan Tebal Isolasi

2.07 mm ...

51

2.62 mm ...

55

2.99 mm ...

59

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan ... 63

5.2Saran ... 63

Daftar Pustaka ... 64

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Perpindahan laju panas pada sebuah konduktor ... 5

Gambar 2.2 Konduktifitas pada bidang ... 7

Gambar 2.3 Dinding konduktor yang yang terdiri dari tiga lapisan ... 8

Gambar 2.4 Analogi listrik aliran panas pada konduktor berlapis tiga ... 8

Gambar 2.5 Aliran radial panas di dalam silinder ... 9

Gambar 2.6 Analogi listrik aliran panas pada silinder ... 10

Gambar 2.7 Silinder berlapis dan analogi listrik ... 10

Gambar 2.8 Perpindahan panas konveksi dari suatu plat ... 11

Gambar 2.9 Perpindahan panas pada kawat telanjang dan analogi listrik 13 Gambar 2.10 Perpindahan panas pada kabel berisolasi dan analogi listrik 15 Gambar 2.11 Perpindahan panas pada kabel berisolasi rangkap dan analogi listriknya ... 16

Gambar 2.12 Medan elektrik dalam dielektrik ... ...17

Gambar 2.13 Konduksi pada suatu bahan dielektrik ... 19

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen suatu dielektrik ... 20

Gambar 2.15 Rangkaian ekivalen penyederhanaan ... 21

Gambar 2.16 Komponen arus dielektrik ... 21

Gambar 2.17 Arus pada suatu dielektrik ... 23

Gambar 2.18 Pengaruh tegangan terhadap tahanan isolasi ... 23

Gambar 2.19 Perubahan tahanan terhadap waktu ... 24

Gambar 3.1 Isolasi dari bahan polyolefin ... 31

Gambar 3.2 Rangkaian percobaan ... 32

Gambar 3.3 Pemanasan kabel yang telah diberi isolasi ... 33

Gambar 3.4 Posisi kabel dan thermometer pada saat pengukuran... 33

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu inti kabel dalam pipa PVC 0.5 inchi ... 37

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu isolasi kabel dalam pipa PVC 0.5 inchi ... 38

(10)

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan suhu setimbang

pada pipa PVC 0.5 Inchi ... 40

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu inti kabel

dalam pipa PVC 0.75 inchi ... 41

Gambar 4.6 Grafik hubungan antara ketebalan isolasi dengan suhu isolasi

kabel dalam pipa PVC 0.75 inchi ... 42

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara tebal isolasi dengan waktu mencapai

suhu setimbang pada pipa PVC 0.75 Inchi ... 42

Gambar 4.17 Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu inti kabel

berisolasi 2.07 mm ... 52

Gambar 4.18 Grafik hubungan antara diameter PVC dengan waktu mencapai

suhu setimbang ... 52

Gambar 4.19 Grafik hubungan antara waktu dengan kenaikan suhu isolasi

(11)

Gambar 4.20 Grafik hubungan antara diameter pipa PVC dengan suhu

setimbang ... 54

kabel berisolasi 2.62 mm ... 58

setimbang ... 58

kabel berisolasi 2.99 mm ... 62

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konduktifitas thermal berbagai bahan ... 6

Tabel 2.2 Koefisien perpindahan panas konveksi ... 12

Tabel 2.3 Klasifikasi bahan isolasi ... 24

Tabel 2.4 Permeabilitas beberapa bahan ... 27

Tabel 2.5 Contoh isolator dan sifat mekanis terpenting ... 28

Tabel 4.1 Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi bervariasi dalam pipa PVC 0.5 inci ... 37

Tabel 4.2 Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi bervariasi dalam pipa PVC 0.5 inchi ... 38

Tabel 4.3 Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 0.5 Inchi... 39

Tabel 4.4 Tabel 4.4 Suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 0.5 Inchi ... 39

Tabel 4.5 Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi bervariasi dalam pipa PVC 0.75 inchi ... 40

Tabel 4.8 Suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 0.75 Inchi ... 43

Tabel 4.9 Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi bervariasi dalam pipa PVC 1.25 inchi ... 43

(13)

Tabel 4.13 Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi

bervariasi dalam pipa PVC 1.5 inchi ... 47

Tabel 4.14 Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi

bervariasi dalam pipa PVC 1.5 inchi ... 48

Tabel 4.15 Waktu pengujian untuk mencapai suhu setimbang inti dan isolasi

kabel pada pipa PVC 1.5 Inchi... 49

Tabel 4.16 Suhu setimbang inti dan isolasi kabel pada pipa PVC 1.5 Inchi

... 50

Tabel 4.17 Hasil pengukuran suhu inti kabel dengan ketebalan isolasi 2.07

mm ... 51

kabel ... 51

Tabel 4.19 Hasil pengukuran suhu isolasi kabel dengan ketebalan isolasi 2.07

mm ... 53

Tabel 4.20 Suhu setimbang isolasi kabel ... 53

mm ... 55

kabel ... 55

mm ... 57

Tabel 4.24 Suhu setimbang isolasi kabel ... 57

mm ... 59

kabel ... 59

mm ... 61