EFEK KONTAMINAN PADA BAHAN ISOLASI RESIN EPOKSI YANG MENGALAMI PERLAKUAN FILLER BERBEDA TERHADAP KINERJA SUDUT HIDROFOBIK

(1)

Proceedings Seminar Nasional Teknik Ketenagalistrikan (SNTK) 2007 Universitas Hasanuddin

Makassar, 17 – 18 Juli 2007 B - 57

EFEK KONTAMINAN PADA BAHAN ISOLASI RESIN EPOKSI

YANG MENGALAMI PERLAKUAN FILLER BERBEDA

TERHADAP KINERJA SUDUT HIDROFOBIK

Wa Ode Zulkaida

1

dan Siti Nawal Jaya

2,

(1&2)

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Haluoleo Jl. Mayjend. S. Parman Tlp (0401) 327506 Kendari 93121,

E-mail : ode94@yahoo.co.id

ABSTRAK

Penelitian ini melaporkan hasil eksperimen Laboratorium terhadap bahan isolasi resin epoksi jenis DGEBA berbahan pengeras MPDA dengan bahan pengisi pasir silika dicampur silicon rubber, yang terkontaminasi polutan buatan dan perlakuan uv bervariasi pada kondisi iklim tropis. Penelitian ini dilatar belakangi oleh kondisi geografis Indonesia sebagai Negara kepulaun yang pemakaian tenaga listriknya kebanyakan berada dipesisir pantai. Daerah tropis seperti Indonesia memiliki faktor iklim lebih tinggi di banding daerah subtropis, ditandai dengan lamanya penyinaran

matahari sekitar 12 jam pada siang hari dengan temperatur udara antara 16-35 OC. Penggunaan

bahan isolasi polimer untuk isolator tegangan tinggi pasangan luar akan mengalami pengaruh simultan dari terpaan iklim dan cuaca. Akumulasi lapisan kontaminan pada permukaan bahan isolasi yang mengalami perlakuan uv akan memperburuk sifat hidrofobik. Eksperimen ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kontaminan polutan parangtritis terhadap kinerja filer yang dicampurkan pada bahan dasar resin epoksi DGEBA berpematang MPDA dengan tolak ukur kinerja yang diteliti adalah sifat hidrofobik bahan isolasi yang mengalami perlakuan uv dan filer berbeda. Sampel dalam eksperimen ini berbentuk persegi berukuran (70 x 70 x 5 mm). Dengan tahap eksperimen:1) pembuatan sampel uji pada temperatur rtv; 2) penyemprotan polutan buatan; 3) perlakuan uv; 4) pengukuran sudut hidrofobik; 5) perhitungan kadar kontaminan. Hasil uji hidrofobik mencapai sudut

1300 untuk sampel dengan filer 60 %. Kesimpulan dari eksperimen ini menunujukkan bahwa kinerja

sifat hidrofobik akan naik seiring dengan perlakuan uv yang lama dan kenaikan prosentase filer, namun turun dengan jumlah polutan yang besar dalam takaran esdd.

Kata kunci : Sudut Hidrofobik, Filler, UV dan kontaminan

1. Pengantar

Tenaga listrik merupakan kebutuhan primer yang diperlukan secara kontinyu oleh seluru lapisan masyarakat mulai tingkat

bawah,menengah dan tinggi,lembaga

pendidikan,pemerintahan,swasta,industri,perto koan,pabrik sampai tempat hiburan lainya. Kontinyuitas kebutuhan akan listrik harus ditunjang oleh penyaluran sistem tenaga listrik yang juga diharapkan harus kontinyu, aman dan efisien. Kualitas penyaluran sistem tenaga listrik baik transmisi maupun distribusi sangat ditentukan oleh kinerja isolator yang dipakai dalam penyaluran.

Umumnya isolator pasangan luar

(outdoor) yang dipakai di Indonesia

mempunyai bahan dasar yang terbuat dari

keramik,gelas dan porselin.Bahan tersebut memiliki kelemahan jika diterapkan pada kondisi lingkungan yang lembab atau hujan disertai keadaan yang terkontaminasi.Isolator dengan bahan dasar keramik,gelas dan porselin cenderung memiliki sifat hidrofobik rendah yakni hanya memilki sudut kontak

dengan air kurang dari 30o, kondisi ini masuk

dalam kategori hydrophilic (Awad et al,1999), sehingga jika dioperasikan pada lingkungan yang tidak kondusif kinerja kelistrikannya kurang baik yaitu tidak maksimal mencegah terbentuknya lapisan air

pada permukaan isolator,sehingga

konduktivitas permukaan isolator menjadi tinggi dengan demikian arus bocor ikut tinggi.

(2)

Makassar, 17 – 18 Juli 2007 B - 58

Silicone rubber merupakan salah satu bahan polimer yang mulai diperkenalkan untuk bahan isolator. Keuntungan utama bahan ini dibandingkan keramik /porselin dan polimer lainnya adalah unggul terhadap polusi

karena memiliki sifat tolak air

(hydrophobicity) tahan gempa, murah, ringan,

muda penanganan/pemasangannya serta

sifatnya yang mudah disesuaikan melalui bahan aditif (Champion,1993).

Sifat hidrofobik bahan polimer sangat berperan penting sebagai bahan isolator pasangan luar karena saat kondisi lembab ataupun hujan tidak akan terjadi pembasahan yang signifikan karena permukaan bahan menolak air dengan sudut kontak lebih besar

dari 90o (Sirait et al,1998,Wang et al 1998).

Mengingat pentingnya sifat hidrofobik harus dimiliki oleh bahan isolator maka penelitian kali ini dipandang perlu mengkaji bagaimana hubungan variabel bahan pengisi, perlakuan uv dan kandungan esdd terhadap kinerja sudut hidrofobik bahan isolator yang akan dipergunakan sebagai bahan isolator polimer pasangan luar.

2. Landasan teori

Isolasi adalah sifat bahan yang

memisahkan secara elektrik dua buah

penghantar atau lebih yang bertegangan sehingga tidak terjadi kebocoran arus. Karet silikon (Silicone Rubber) yang ditangani silane merupakan salah satu bahan isolasi polimer yang dapat digunakan sebagai bahan isolator karena memiliki sifat hidrofobik. Sifat hidrofobik adalah sifat yang dimiliki bahan silicon, apabila dalam keadaan terpolusi mampu melindungi permukaan bahannya, Hal ini disebabkan karena terjadinya proses reaksi

berat molekul rendah (BMR) yang mendorong pergerakan molekul silicon dari bagian tengah

menuju kepermukaan bahan yang

terkontaminasi.

Sifat hidrofobik permukaan bahan isolasi dinotasikan dengan besarnya sudut kontak antara bahan yang terkena kontaminasi bersamaan dengan tetesan air permukaan yang mengenai bahan tersebut. Sudut kontak menurun pada saat awal terkontaminasi, Namun meningkat secara bertahab setelah sifat hidrofobik bahan telah tertransfer kepermukaan.

Para peneliti mengklasifikasikan

bahwa sudut kontak tetesan air pada permukaan bahan isolator yang kurang dari

300 dikategorikan basah (hydrophilic), antara

(30-89)0 kategori basah sebagian (partially

wetted) dan yang lebih besar dari 900 kategori

tolak air (hydrophobicity).Kategori-kategori tersebut digambarkan : θ Bahan Air Bahan air air

(a) Basah sebagian (b) Tidak basah ( c ) Basah keseluruhan

90 〈 θ _θ_≈₁₈₀0 _θ_≈₀0 Bahan

µ

3. Metode Penelitian 1. Bahan Uji

Resin Epoksi Diglysidil Ether of

Bisphenol A

Agen pematang

Metaphylene-Diamine

Silane (Silicone Rubber) terisi

(3)

Proceedings Seminar Nasional Teknik Ketenagalistrikan (SNTK) 2007 Universitas Hasanuddin Makassar, 17 – 18 Juli 2007 B - 59 Polutan ,Ka+ =1.2; Na++ = 183.3; Ca++ = 35.135, Mg++ = 28.807 dalam ppm 2. Alat Penelitian

Alat pengukur sudut kontak

a. Satu unit pengukur sudut

kontak yang dilengkapi kamera

handycam bellow

mikrozoom,pipet 50 mikroliter dan timer

b. Satu unit proyektor yang

dilengkapi grafik berskala

c. Satu unit komputer transfer

data pengukuran via kamera

d. Satu unit pencahayaan tidak

langsung

Alat ukur konduktivitas larutan

kontaminan

a. Satu (1) buah konduktometer

digital dilengkapi dengan

cairan kalibrasi

b. Gelas ukur cairan destilasi

c. Wadah penempatan sampel uji

Alat Pendukung lainnya seperti

kompresor,timbagan digital,ember dll.

3. Prosedur Penelitian

Pertama-tama menimbang

prosentase DGEBA dan MPDA dengan nilai Stoikiometri 1:1, Silika kuarsa dan Silikon Rubber dengan prosentase kenaikan

10% - 60%. Kemudian dicampur/diaduk ±

10 menit sampai rata. Setelah itu dituang dalam cetakan, ditekan dan dilakukan pengangkatan void kemudian dikeringkan.

Langkah kedua pemberian

polutan parangtritis dilakukan dengan

penyemprotan secara kontinyu ±5 menit

pada sampel uji yang digantung dalam

lemari lewat lubang kecil dengan posisi 45o

antara sampel uji dengan penyemprotan. Langkah ketiga penyinaran UV dilakukan denga cara simulasi radiasi UV dalam kotak disetting pada kapasitas penyinaran 3 V/cm dengan panjang gelombang sekitar 250 nm. .Sampel

disinari dengan waktu sesuai yang

diinginkan.

Langkah keempat mengukur sudut kontak hidrofobik dalam keadaan statis

menggunakan” Photographic Camera”

yang diilustrasikan seperti berikut :

Pencahayaan tidak langsung

Sampel uji

Kamerah digital

Sampel diletakan pada plat

sandaran yang dapat diatur keseimbangan posisi horizontal dan ketinggianya secara tepat. Kemudian air diteteskan pada

permukaan sebanyak 50 µl dan mendapat

penerangan secara tidak langsung agar tidak terjadi penguapan akibat panas yang ditimbulkan oleh lampu. Kamera yang

dilengkapi mikrozoom diatur untuk

mendapatkan pembesaran gambar tetesan

air yang fokus. Waktu pemotretan

dilakukan setelah 2 menit tetesan air diatas permukaan sampel. Hasil pemotretan diproses menjadi film negatif kemudian

diukur sudut kontaknya dengan

menggunakan suatu peralatn proyektor berskala. Selanjutnya sudut kontak sisi kiri dan kanan diukur dengan menggunakan busur derajat.

(4)

Makassar, 17 – 18 Juli 2007 B - 60

a. Hasil pengukuran sudut kontak hidrofobik

I SAMPEL RUJUKAN

Type sampel Filler (%) Sudut kiri

(derajat) Sudut kanan (derajat) Sudut hidrofobik (derajat ) Rerata Hidrofobik (derajat ) R9F1 10 85 85 85 85 R8F2 20 95 95 95 95 R7F3 30 100 90 95 95 R6F4 40 100 100 100 100 R5F5 50 110 100 105 105 R4F6 60 110 110 110 110

II. SAMPEL UV 1H, POLUTAN A Rerata III. SAMPEL UV 2 H, POLUTAN B

Type Filler

θ

kiri

θ

kanan

θ

hidrofobik hidrofobik Type Filler

θ

kiri

θ

kanan

θ

hidrofobik

sampel (%) (derjt ) (derj ) (derajat) ( derajat ) sampel (%) (derajt ) (derjt) (derjt)

Rerata hidrofobik (derjt) R9F1 10 70 70 70 70 R9F1 10 80 80 80 80 R8F2 20 80 70 75 75 R8F2 20 90 90 90 90 R7F3 30 80 80 80 80 R7F3 30 90 90 90 90 R6F4 40 80 80 80 80 R6F4 40 100 95 97.5 97.5 R5F5 50 90 80 85 85 R5F5 50 100 100 100 100 R4F6 60 90 90 90 90 R4F6 60 110 100 105 105

IV. SAMPEL UV 3 H, POLUTAN C V. SAMPEL UV 4H, POLUTAN E

Type Filler

θ

kiri

θ

kanan

θ

hidrofobik Type Filler

θ

kiri

θ

kanan

θ

hidrofobik

sampel (%) (derjt ) (derj ) (derjt )

Rerata hidrofobik

(derj ) sampel (%) (derjt ) (derj ) (derjt )

Rerata hidrofobik (derj ) R9F1 10 85 85 85 85 R9F1 10 80 80 80 80 R8F2 20 80 80 80 80 R8F2 20 90 80 85 85 R7F3 30 90 90 90 90 R7F3 30 95 95 95 95 R6F4 40 100 100 100 100 R6F4 40 11 100 105 105 R5F5 50 170 100 105 105 R5F5 50 110 110 110 110 R4F6 60 115 100 107.5 107.5 R4F6 60 130 130 130 130

Grafik sudut hidrofobik terhadap esdd, filler dan uv

(5)

Proceedings Seminar Nasional Teknik Ketenagalistrikan (SNTK) 2007 Universitas Hasanuddin Makassar, 17 – 18 Juli 2007 B - 61 y = 1,0714x2 - 3,7857x + 81,143 R2 = 0,1238 y = 1,7857x2 - 8,6429x + 91,571 R2 = 0,2686 y = 2,1429x2 - 7,5714x + 92,286 R2 = 0,4952 y = 2,5643x2 - 7,2571x + 95,539 R2 = 0,493 y = 2,8571x2 - 8,4286x + 100,71 R2 = 0,5521 y = 5,1786x2 - 14,964x + 107,36 R2 = 0,8611 60 70 80 90 100 110 120 130 140 0 1 2 3 4 UV (hari) S U D U T H ID R O F O B IK (d e ra ja t) R9F1 R8F2 R7F3 R6F4 R5F5 R4F6

b. Hubungan sudut hidrofobik terhadap

esdd, filler dan lama uv

0470 . 0 ; 9583 . 1 58333 . 89 566 . 0 ; 05629 . 0 7999 . 73 0615 . 0 ; 8983 . 666 6796 . 97 2 2 2 = + = = + = = − = R UV R FILLER R ESDD HIDROFOB θ

Kinerja sudut hidrofobik lebih

dominant ditentukan oleh filler dibanding pengaruh lingungan, Ini dapat dilihat dari setiap

kenaikan prosentase filler 10% dapat

memperbaiki hidrofobik bahan sebesar

5.6286o lebih signifikan dibanding

penurunanan sudut yang hanya sebesar

0.6660 oleh kenaikan esdd setiap 0.001

mg/cm2. Signifikan pengaruh filler terhadap

kinerja hidrofobik lebih diperkuat oleh perlakuan uv yang juga meningkatkan sudut

hidrofobik sebesar 1.960. Secara parsial

hidrofobik tertinggi mencapai sudut 130o

pada sampel R4F6 UV- 4 hari dengan polutan terbanya. Maka dapat disimpulkan bahwa bahan isolasi dengan filler yang baik tetap dapat mempertahankan kinerjanya walaupun diterapkan pada daerah berpolutan yang tinggi.

Fenomena hasil pengukuran diatas disebabkan karena sifat dominant silicon rubber yang semakin lama dikenai uv akan menyebabkan migrasi pergerakan molekuler silicon dari bagian tengah sampel menuju kepermukaan yang terkontaminasi. Proses

pergerakan ini terjadi karena adanya

peristiwa difusi BMR (berat molekul rendah) dari ruah (bulk) kelapisan polutan yang dipercepat oleh penerapan uv dan kenaikan temperature lingkungan.

c. Hubungan sudut hidrofobik, lama

(6)

Proceedings Seminar Nasional Teknik Ketenagalistrikan (SNTK) 2007 Universitas Hasanuddin Makassar, 17 – 18 Juli 2007 B - 62 5372 . 0 ; 9394 . 3130 357 . 10 4082 . 92 2 = − + = R ESDD UV HIDROFOB θ

Hubungan ini menujukan bahwa kinerja

sudut hidrofobik lebih dominant

dipengaruhi esdd dibanding dengan

pengaruh dari uv sebesar koefisien regresi mereka masing-masing dengan factor normalisasi 92.41 pada nilai signifikan 53.72%. Dapat disimpulkan bahwa setiap kenaikan kandungan esdd sebesar 0.001

mg/cm2 disertai kenaikan perlakuan uv

setiap hari akan dapat memberikan besar

sudut hidrofobik bahan sebesar 7.23 0.

5. Kesimpulan

1. Kinerja sudut hidrofobik sangat

ditentukan oleh prosentase filler

dibanding pengaruh lingungan, Setiap kenaikan prosentase filler 10% akan memperbaiki hidrofobik bahan sebesar

5.6286o lebih signifikan dibanding dengan

penurunanan sudut yang hanya 0.6660

terjadi akibat dari kenaikan esdd sebesar

0.001 mg/cm2. Signifikan pengaruh filler

terhadap kinerja hidrofobik lebih

diperkuat lagi oleh kondisi perlakuan uv yang juga dapat meningkatkan besar

sudut hidrofobik bahan uji sebesar 1.960 .

2. Signifikansi pengaruh kondisi iklim

(suhu, tekanan udara, kelembaban dan uv) terhadap kinerja dari masing-masing esdd, tegangan flashover, arus bocor dan sudut hidrofobik bahan uji memutuskan bahwa type sample terbaik yang memenuhi keempat kinerja dan uji mekanik diatas adalah bahan dengan filler 40% setelah itu filler 50% dan 60%.

6. Daftar Pustaka

Arismunandar, A., 1990, Teknik Tegangan

Tinggi, edisi ke-7, Pradnya Paramita, Jakarta

Berahim, H., 2002, “ Pengaruh Silane

sebagai Bahan Pengisi terhadap Kinerja Material Isolasi RTV Resin Epoksi di Daerah Beriklim

Tropis “, Seminar Nasional dan

Workshop Teknik Tegangan Tinggi V, UGM, Jogjakarta

Bruins, P.R. (1968), “ Epoxy Resin

(7)

Makassar, 17 – 18 Juli 2007 B - 63

Copyright by John Wiley & Sons, Inc., LCCCN : 68-21489,1-2

Dissado, L.A and Forhergill, J.C., 1992, “

Electrical Degradation and Breakdown in Polymer ”, Peter Peregrinus Ltd.,London

Fernando,M.A.R.M and Gubanski,1999,

“Leakage Current Patterns on Contaminated Polymeric Surface

“, IEEE Transaction on Electrical

Insulation , 6, no.5

Gorur, R.S., Karady, G.G., Jagota, A., Shah, M.m and Furumasu, B.C., 1992, “

Comparison of TRV Silicone

Rubber Coatings Under Artificial Contamination in A Fog Chamber

“, IEEE Transaction on Power

Delivery, 7 (2) pp 713-719

IEC 60-1, 1989, “Artificial Pollution Test on High Voltage Insulator to be used on

AC System”, Second Edition,

Geneva

Kahar N., Y., dan Sirait K.T., 1999, ”Kajian

Awal Tentang Kemungkinan

Penggunaan Epoksi Sikloalifatik Tuang (EST) Sebagai Material

Isolasi Tegangan Tinggi di

Indonesia”, Seminar Nasional dan

Workshop Teknik Tegangan Tinggi II, pp D.2.1 – D.2.6, UGM, Yogyakarta

Kind, D., 1993, Pengantar Teknik

Eksperimental Tegangan Tinggi, Penerbit ITB, Bandung

Looms, J.S., 1988, ”Insulator for High

Voltage”, IEE Power Engineering Series 7, Peter Pregrinus Ltd. On behalfof the Institution of Electrical Engineers, London, 12-13

Lee, H., and Neville, K .,1976, “Hand Book

Of Epoxy Resin” , Mc Graw-Hill Book Company

Malik, N.H., Al-Arainy, A .A. Qureshi, M.I.,

1998,” Electrical Insulation in

Power System”, Marcel Dekker,Inc., New York

Muhaimin, 1991, “Bahan – Bahan Listrik Untuk Politeknik”, Pradnya Paramita, Jakarta

Sahu, R., 1976, “Accelerated Ageing of Polymer High Voltage Insulator Material Under UV Light and

Temperature“, IEEE International

Symposium on Electric Insulation, pp 24-27

Saunders, K. J., 1973, “Organic Polymer Chemitstery”, Juhn Weley & Sons, 382-384

Soerjani, M., 1996, “The Tropical

Environment”, Proceedings of

Electropic ’96, Jakarta, paper I.2 Salama,1999,”Studi sifat hidrofobik polimer

silicone rubber untuk bahan isolator

tegangan tinggi “, Jurnal Teknik