BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Isolasi Sistem isolasi merupakan paduan dari beberapa bahan isolasi yang digunakan pada suatu peralatan listrik. Dengan demikian, dapat didefenisikan bahwa sistem isolasi adalah gabungan dari beberapa bahan yang dibangun untuk memisahkan bagian-bagian peratan listrik yang berbeda potensial. Agar suatu peralatan listrik bekerja dengan baik maka sistem isolasinya harus baik. Dalam menentukan dimensi suatu sistem isolasi dibutuhkan pengetahuan tentang jenis, besaran, dan durasi tekanan medan elektrik yang akan dialami masing-masing bahan yang membentuk sistem isolasi tersebut. Dielektrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang relatif kecil atau bahkan hampir tidak ada. Bahan dielektrik dapat berwujud padat, cair, dan gas. Tidak seperti konduktor, pada bahan dielektrik tidak terdapat elektron-elektron konduksi yang bebas bergerak di seluruh bahan oleh pengaruh medan listrik. Medan listrik tidak akan menghasilkan pergerakan muatan dalam bahan dielektrik. Sifat inilah yang menyebabkan bahan dielektrik itu merupakan isolator yang baik. Dalam bahan dielektrik, semua elektronelektron terikat dengan kuat pada intinya sehingga terbentuk suatu struktur regangan (lattices) benda padat, atau dalam hal cairan atau gas, bagianbagian positif dan negatifnya terikat bersama-sama sehingga tiap aliran massa tidak merupakan perpindahan dari muatan. Karena itu, jika suatu dielektrik diberi muatan listrik, muatan ini akan tinggal terlokalisir di daerah di mana muatan tadi ditempatkan. Masing-masing jenis dielektrik memiliki fungsi dan fungsi yang paling penting dari suatu isolasi adalah: 1. Untuk mengisolasi antara penghantar dengan pengahantar yang lain. Misalnya antara konduktor fasa dengan konduktor fasa, atau konduktor fasa dengan tanah. 2. Menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang diisolasi. 3

2 3. Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia. Agar dielektrik mampu menjalankan tugasnya dengan baik maka dielektrik harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut: 1. Mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi, agar dimensi sistem isolasi menjadi kecil dan pengunaan bahan dielektrik semakin sedikit, sehingga harganya semakin murah. 2. Rugi-rugi dielektrik yang rendah, agar temperatur bahan isolasi tidak melebihi batas yang ditentukan. 3. Memiliki kekuatan kerak tinggi agar tidak terjadi erosi karena tekanan elektrik permukaan. 4. Memiliki permitivitas yang tepat dan cocok, sehingga arus pemuatan (charging current) yang mengalir pada sistem isolasi tidak melebihi yang diizinkan. Tetapi dalam prakteknya tidak ada dielektrik yang mampu memenuhi semua syarat-syarat diatas. Sehingga diperlukan kompromi tentang sifat-sifat apa saja yang lebih diutamakan [5]. Dielektrik Cair Kekuatan dielektrik merupakan ukuran kemampuan suatu material untuk bisa menahan tegangan tinggi tanpa berakibat terjadinya kegagalan dielektrik. Kekuatan dielektrik cair tergantung pada sifat atom dan molekul cairan itu sendiri, material dari elektroda, suhu, jenis tegangan yang diberikan, gas yang terdapat dalam cairan, dan sebagainya yang dapat merubah sifat molekul cairan. Dalam isolasi cair kekuatan dielektrik setara dengan tegangan yang terjadi[6]. Dielektrik cair mempunyai kerapatan 1000 kali lebih besar daripada dielektrik gas sehingga kekuatan dielektriknya lebih tinggi daripada dielektrik gas Kelebihan lain dari dielektrik cair yaitu mempunyai kemampuan untuk memperbaiki diri sendiri jika terjadi suatu pelepasan muatan (discharge) [7]. Menurut hukum Paschen s, kekuatan dielektrik cair berkisar antara 10 7 V/cm. Dielektrik cair akan mengisi volume ruang yang harus diisolasi dan secara simultan akan mendisipasikan panas yang timbul secara konveksi [11]. 4

3 Kelebihan lain dari dielektrik cair murni yaitu mempunyai kemampuan untuk memperbaiki diri sendiri jika terjadi suatu pelepasan muatan (discharge). Salah satu kekurangan dielektrik cair yaitu mudah terkontaminasi. Sifat-sifat fisika isolasi cair menjelaskan sifat isolasi cair secara umum yang nantinya digunakan dalam proses perencanaan peralatan. Sifat-sifat fisika yang terpenting adalah[12]: a. Kejernihan (Appearance) b. Massa jenis ( Density) c. Viskositas kinematik (Kinematic viscosity) d. Titik nyala (Flash point) e. Titik tuang ( Pour point) f. Angka Kenetralan Adapun sifat-sifat kelistrikan dari isolasi cair antara lain[12]: 1. Tegangan tembus atau gagal ( Breakdown Voltage) 2. Resistivitas (Resistivity) 3. Faktor Kebocoran Dielektrik (Dielektric Dissipation Factor) 4. Permitivitas (Permitivity). Viskositas Viskositas atau biasa disebut kekentalan relatif penting pada isolasi cair. Hal ini dikarenakan viskositas berpengaruh pada kemurnian isolasi cair (banyaknya kontaminan partikel padat) dan pendinginan suatu peralatan listrik. Selain sebagai media isolasi biasanya isolasi cair juga berfungsi dalam proses pendinginan. Isolasi cair yang baik haruslah mempunyai viskositas yang rendah sehingga kemungkinan isolasi cair terkontaminasi akan kecil. Selain itu jika viskositas isolasi cair rendah, proses sirkulasi isolasi cair pada peralatan listrik akan berlangsung dengan baik sehingga akhirnya pendinginan inti dan belitan trasformator dapat berlangsung dengan sempurna. Viskositas Kinematik ASTM D 445 merupakan salah satu dari beberapa pengujian yang dilakukan oleh Laboratorium Minyak Bumi, dimana dalam melakukan pengujian Viskositas Kinematik ASTM D 445 untuk produk minyak seperti solar dan pelumas selalu diperlukan suatu viskometer Tube yang 5

4 digunakan untuk mengetahui viskositas dari cairan dengan metode gravitasi. Viskositas kinematis umumnya dinyatakan dalam centistokes (cst) yang berada dalam satuan metrik 1 mm 2 /s. Viskositas dinamis biasanya dinyatakan dalam Centipoise (cp), yang dalam satuan metrik adalah 1 mpa.s (0.001 Pas)[4]. Viskositas dinamis dalam isolasi cair dinyatakan dalam persamaan 2.1 [10]: (2.1) dimana : µ = viskositas (poise) r = jari-jari bola ukur (cm) g = gaya grafitasi (m/s 2 ) v = kecepatan bola ukur (cm/s) ρ = massa jenis bola ukur (g/cm 3 ) ρ 1 = massa jenis isolasi cair (g/cm 3 ) Sedangkan nilai viskositas pada minyak trafo dinyatakan dengan satuan cst, yaitu satuan untuk viskositas kinematik yang dinyatakan dengan persamaan 2.2 [4]: (2.2) dimana : V = viskositas kinematik (St) µ = viskositas dinamis (poise) ρ 1 = Densitas isolasi cair (g/cm 3 ) Pengertian Tegangan Tembus Kekuatan dielektrik Ek adalah terpaan tertinggi yang dapat dipikul suatu dielektrik sedangkantegangan tembus (breakdown voltage) suatu isolator adalah tegangan minimum yang dibutuhkan untuk membuat dielektrik menjadi tembus listrik (breakdown). Jika dielektrik telah tembus listrik maka dielektrik telah gagal menjalankan fungsinya. 6

5 Ada dua syarat agar dielektrik tembus listrik yaitu : 1. Terpaan elektrik yang dipikul dielektrik harus lebih besar atau sama dengan kekuatan dielektriknya (E Ek). 2. Lama terpaan elektrik berlangsung lebih besar atau sama dengan waktu tunda tembus. Hal tersebut disebabkan oleh proses ionisasi berantai yang membutuhkan waktu untuk membuat dielektirk tembus listrik. Waktu yang dibutuhkan untuk membuat dielektrik tembus listrik disebut waktu tunda tembus (time lag) yang tidak tentu dan bersifat statistik dan berlangsung dalam orde mikro detik. Jadi kedua syarat tersebut hanya berlaku untuk tegangan impuls, sedangkan untuk tegangan searah dan sinusoidal yang waktu puncak dalam orde millidetik hanya memerlukan satu syarat saja yaitu syarat nomor satu diatas. Pada Gambar 2.1 berikut ditunjukan suatu bahan dielektrik yang ditempatkan diantara dua elektroda sejajar. Bila elektroda diberi tegangan V maka timbul medan elektrik E. Medan elektrik ini merupakan beban bagi dielektrik yang menekan dielektrik agar berubah menjadi konduktor dengan cara memberikan gaya kepada elektron-elektron agar terlepas dari ikatannya menjadi elektron bebas. Jika medan elektrik E yang dipikul dielektrik melebihi kekuatan dielektrik dengan waktu yang melebihi atau sama dengan waktu tunda tembus, maka dielektrik tembus listrik (breakdown). Gambar 2.1 Dielektrik Dalam Medan Elektrik Dalam menganalisis tegangan tembus minyak isolasi komersil dilakukan dengan cara melakukan 6 (enam) kali pengujian tegangan tembus(v bd ) dan data yang pertama tidak diambil, selanjutnya diambil nilai rata-rata dari 5 (lima)data 7

6 tersebut pada setiap unit sampel sesuai dengan ASTM D-1816 dan ASTM 877. Yang secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut. (2.3) Teori Kegagalan Dielektrik Cair Minyak isolasi komersil adalah cairan yang secara kimia tidak murni. Ketidakmurniannya disebabkan gelembung gas/udara, partikel yang melayang dan lainnya. Ketidakmurnian ini menyebabkan menurunnya kekuatan kekuatan dielektrik minyak isolasi. Mekanisme kegagalan cairan ini tergantung beberapa faktor, seperti bentuk dan keadaaan dari elektroda, sifat fisik cairan, ketidakmurnian dan kehadiran gelembung gas. Pada kebanyakan jenis benda cair tingkat kemurniannya relatif tidak begitu tinggi karena biasanya masih terdapat gelembung gas, partikel asing, dan lain-lain. Hal ini tentu menguragi kekuatan benda cair terhadap peristiwa kegagalan. Mekanisme terjadinya kegagalan pada benda cair merupakan mekanisme yang memerlukan suatu penyebab seperti kondisi alami elektroda, keadaan mengenai isolasi cair itu sendiri dan keberadaaan benda-benda asing (gelembung gas dan partikel benda padat) di dalam benda cair. Beberapa teori telah dirancang untuk menjelaskan mekanisme kegagalan pada benda cair. Mekanisme tersebut dapat digolongkan menjadi tiga, yaitu : a. Mekanisme partikel yang melayang Apabila jumlah partikel yang melayang relatif banyak, pertikel-partikel tersebut akan membentuk semacam jembatan yang menghubungkan kedua elektroda, sehingga mengakibatkan terjadinya peristiwa kegagalan. Namun bila hanya terdapat sebuah partikel dia akan membuat perluasan area medan yang luasnya ditemtukan olah bentuk partikel itu sendiri. Jika perluasan area medan ini melebihi ketahanan benda cair, maka terjadilah peristiwa kegagalan setempat (local breakdown), yaitu terjadi di dekat partikel asing tersebut. Hal ini akan membuat terbentuknya gelembunggelembung gas yang pada akhirnya juga menyebabkan peristiwa 8

7 kegagalan pada benda cair tersebut. Sehingga dapat disimpulkan bahwa ketidakmurnian suatu jenis benda cair akan menurunkan nilai ketahanannya dari peristiwa kegagalan. semakin besar ukuran partikel yang melayang dalam benda cair tersebut, semakin besar pula penurunan kekuatan benda cair terhadap peristiwa kegagalan. b. Mekanisme gelembung gas Kekuatan peristiwa kegagalan dipengaruhi oleh tekanan hidrostatis benda cair itu sendiri. Hal ini dikarenakan adanya kaitan antara perubahan fase pada medium benda cair dengan proses terjadinya peristiwa kegagalan, dengan kata lain gelembung yang terbentuk karena peristiwa penguapan (peristiwa perubahan fase) adalah penyebab terjadinya kegagalan pada benda cair. Proses-proses di bawah ini adalah penyebab terbentuknya gelembung-gelembung gas. a. Gelembung gas yang mempel pada elektroda. b. Tekanan repulsive elektrostatis di tengah ruangan yang bermuatan, yang kemungkinan cukup kuat untuk mengatasi tegangan permukaan. c. Terbentuknya benda gas yang disebabkan oleh disosiasi molekul cairan karena tabrakan electron. d. Peristiwa penguapan benda cair yang disebabkan oleh pelepasan muatan tipe korona pada titik elektroda yang tajam, dan oleh ketidakteraturan permukaanelektroda tersebut. c. Mekanisme kegagalan termal Mekanisme kegagalan termal membahas tentang peristiwa kegagalan pada saat pulse condition. Mekanisme ini berdasarkan eksperimen yang menyelidiki arus yang relatif besar sesaat sebelum terjadi peristiwa kegagalan. Pulsa arus yang relatif besar ini bersumber dari titik proyeksi mikroskopik yang terdapat pada permukaan katoda, kepadatan pada titik tersebut mencapai 1 A/cm 3. Pulsa arus dengan kepadatan yang demikian tinggi memanaskan sebagian minyak sehingga terbentuk gelembunggelembung penguapan. Gelembung-gelembung tersebut dapat terbentuk 9

8 jika besarnya energi mencapai 10 7 W/cm 2. Pada saat gelembung terbentuk, maka peristiwa kegagalan akan mengikutinya. Peristiwa kegagalan ini dapat disebabkan oleh perpanjangan ukuran gelembung dan dapat juga disebabkan oleh terbentuknya jembatan diantara elektroda. Kemudian yang terjadi selanjutnya adalah terbentuknya lecutan listrik. Bersdasarkan mekanisme ini kekuatan kegagalan isolasi dipengaruhi oleh tekanan dan struktur molekul benda cair. Sebagai contoh sesuai dengan penyelidkan pada n-alkana. kekuatan peristiwa kegagalannya dipengaruhi oleh panjang rantai molekulnya. Teori ini dapat berlaku ruang celah yang amat pendek (<100mm), dan tidak dapat menjelaskan mengenai penurunan kekuatan peristiwa kegagalan apabila panjang ruang dan celah dinaikkan. d. Kegagalan karena adanya butiran cairan lain Butiran ini mungkin air. Kegagalan dapat terjadi karena ketidakstabilan butiran ini di medan listrik. Untuk butiran yang berbentuk bola dengan jari-jari R (Cm) medan kritis dimana butiran ini kehilangan kestabilannya dapat dituliskan sebagai berikut. (2.4) Dimana : ε1 = permitivitas dari cairan σ = tekanan permukaan (yang bekerja pada gelembung dalam Dyne/cm). bilamana butiran tidak stabil, dia cepat memanjang sampai panjang tertentu. Kanal tembus terjadi pada ujung butiran tersebut perambatan dari kanal ini menyebabkan gagal total.[13] Faktor-Faktor Pemburukan Minyak Isolasi Untuk mengetahui apakah minyak isolasi sudah mengalami pemburukan atau belum adalah dengan melakukan pengujian-pengujian yang sifatnya tidak merusak. Kegagalan minyak isolasi sebagai bahan dielektrik pada peralatan 10

9 tegangan tinggi, biasanya terrjadi karena pemburukan dari minyak isolasi itu sendiri[14]. Faktor-faktor yang mempengaruhi pemburukan dari minyak isolasi adalah : 1. 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. 2. Kemurniaan bahan isolasi Ketidakmurniaan dari bahan dielektrik cair mempunyai pengaruh besar tehadap sifat isolasi bahan tersebut. Hal ini dapat kita lihat pada minyak transformator. Jumlah uap air yang ada pada minyak transformator akan mempengaruhi tegangan tembusnya. Pengukuran minyak transformator yang terkontaminasi dengan material pengotor biasanya mempunyai tkekuatan dielektrik berkisar antara 0 25 kv/mm. Oleh karena itu minyak transformator yang sudah lama dipakai, harus diuji secara periodik untuk mengetahui kemampuannya. Minyak transformator yang diuji adalah minyak bagian atas, tengah, dan bawah dan diuji dengan elektroda standard dengan jarak sela 2,5 mm. Jika E bd lebih besar dari pada 20 kv ( E bd >> 20 kv) maka minyak transformator masih dikatakan baik. Namun bila E bd lebih kecil daripada 20 kv (E bd << 20 kv), maka minyak transformator dikatakan sudah rusak. 3. Kontak dengan udara Jika minyak isolasi mengalami kontak dengan udara, maka minyak isolasi akan teroksidasi. Jika hal ini terus terjadi akan menyebabkan penurunan kualitas minyak yang berdampak pada turunannya kekuatan dielektrik minyak isolasi. 4. Korona Percikan bunga api dari korona akan meningkatkan kadar karbon pada minyak isolasi dan menimbulkan gelembung-gelembung gas yang bisa membuat minyak isolasi mengalami tembus listrik. 11

10 5. Faktor Alamiah Dalam hal ini adalah faktor umur dari minyak isolasi, biasanya semangkin lama minyak isolasi digunakan, maka kualitas dari minyak isolasi tersebut akan berangsur-angsur menurun. Sehingga pemburukan minyak isolasi lebih mudah terjadi. Arus Bocor Pada Isolator Isolator adalah alat listrik yang dipakai untuk menjalankan tugasnya mengisolasi di dalam rangkaian listrik. Alat ini mempunyai sifat atau kemampuan untuk dapat memisahkan secara elektris dua buah penghantar atau lebih yang berdekatan sehingga tidak terjadi kebocoran arus atau dalam gradien yang tinggi tidak terjadi loncatan api (flashover). Dengan demikian bahan isolasi haruslah mempunyai kekuatan dielektrik yang baik sehingga sifat hantarannya dapat ditiadakan. Karena bahan isolator minyak bukan dielektrik sempurna, maka molekul - molekul yang terdapat pada bahan tersebut tidak terikat erat tetapi masih terdapat elektron-elektron yang dapat bergerak bebas atau dapat terlepas dari ikatan akibat menerima beban tegangan dan menimbulkan aliran arus bocor (leakage current) atau arus yang mengalir melalui media elektrik. Isolator minyak sebagian besar berasal dari minyak bumi atau minyak mentah yang diolah secara khusus sehingga mempunyai sifat-sifat sebagai isolator dan juga sebagai pendingin. Isolator minyak mineral mudah di dapat dan murah dibanding isolator minyak lain (non minyak bumi).[1] Secara teknis, sistem isolasi harus mampu memikul arus bocor tanpa menimbulkan pemburukan pada isolator atau setidaknya pemburukan pada arus bocor tersebut dapat dibatasi. Arus bocor menimbulkan panas pada permukaan isolator, dan efek samping yang ditimbulkannya adalah penguraian bahan kimia yang melapisi permukaan isolator. Efek yang relatif nyata dari penguraian kimia ini adalah timbulnya jejak arus pada permukaan isolator. Jejak arus inilah yang disebut kerak dielektrik. Kerak dielktrik pada bahan isolasi dapat membentuk suatu jalur konduktif. Keberadaan jalur konduktif ini menimbulkan peninggian tekanan medan elektrik 12

11 pada bahan isolasi. Panas yang ditimbulkan arus rambat dapat juga menimbulkan erosi dielktrik tanpa didahului adanya kerak konduktif. Pada percobaan ini akan diukur besar arus bocor yang mengalir melalui permukaan isolator. Arus bocor yang akan diukur diperkirakan berada dalam kisaran mikroampere (μa) sehingga pengukuran dengan menggunakan amperemeter praktis akan menghasilkan pembacaan yang tidak akurat. Oleh karena itu untuk mengukur arus bocor, di dalam eksperimen ini ditambahkan suatu rangkaian sederhana yang memanfaatkan hukum Ohm. Pada kabel pembumian rangkaian percobaan dipasang tahanan dengan nilai yang telah diketahui, selanjutnya akan disebut sebagai tahanan uji. Tahanan uji kemudian dihubungkan pada voltmeter, sehingga pada saat tegangan kerja diberikan, pada voltmeter akan terbaca nilai tegangan yang dialami tahanan [9]. Dari nilai tegangan tersebut, diperoleh besar arus bocor yang mengalir melalui tahanan uji dengan menggunakan persamaan berikut ini: Dimana : (2.5) I bocor V 2 R = Arus Bocor (Ampere) = Pembacaan V 2 (Volt) = Tahanan uji (Ohm) Minyak Trafo Sebagai Bahan Isolasi Pada peralatan tegangan tinggi, bahan dielektrik atau disebut juga sebagai bahan isolasi relatif dibutuhkan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antar penghantar yang bertegangan tersebut tidak terjadi hubung singkat yang dapat menyebabkan lompatan api atau percikan. Salah satu peralatan tegangan tinggi yang digunakan dalam sistem tenaga listrik adalah transformator tenaga. Pada transformator tenaga, digunakan suatu bahan dielektrik yaitu minyak trafo yang berfungsi untuk memisahkan dua atau lebih penghantar yang bertegangan dan sebagai pendingin dari trafo itu sendiri. Minyak trafo termasuk jenis bahan dielektrik cair berupa minyak.[14] 13

12 Minyak trafo sering digunakan dalam peralatan tegangan tinggi. Minyak trafo merupakan jenis minyak organik. Minyak trafo hampir tidak berwarna yang tersusun dari senyawa hidrokarbon yang terdiri dari paraffin, iso-parafin, naphthalene dan aromatic. Ketika diaplikasikan untuk jangka waktu tertentu, minyak trafo difungsikan untuk mengalirkan panas dan pada suhu 95 0 C akan mengakibatkan proses penuaan pada minyak serta mengakibatkan warna minyak akan menjadi lebih gelap karena adanya zat pengotor dan resin atau lumpur pada minyak. Beberapa pengotor mempunyai sifat korosif terhadap material isolasi padat dan bagian-bagian konduktor pada trafo. Lumpur yang menumpuk pada inti trafo, lilitan dan didalam saluran minyak akan menghambat sirkulasi minyak sehingga proses aliran panas akan terhambat.[7] Minyak isolasi yang digunakan pada suatu trafo harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut : Mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi Mempuyai daya hantar panas yang baik Mempunyai berat jenis yang rendah Memiliki kekentalan yang rendah Memiliki titik tuang rendah Mempunyai titik nyala yang tinggi Tidak merusak material isolasi dan material lain trafo Unsur kimianya harus stabil agar usia pemakaiannya panjang Pemakaian dielektrik sebagai pemisah pada transformator daya dibagi secara luas dalam beberapa hal, sebagai berikut : 1. Pemisah antar belitan 2. Pemisah antar kumparan 3. Pemisah kumparan tegangan rendah dengan bumi 4. Pemisah kumparan tegangan rendah dengan kumparan tegangan tinggi 5. Pemisah kumparan tegangan tinggi dengan bumi 14

13 Adapun spesifikasi minyak isolasi yang baik menurut SPLN , terlihat pada tabel berikut ini[15]. Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Isolasi Baru No Sifat Kelas 1 Kelas 2 Metode Uji 1 Kejernihan Jernih Jernih IEC Massa Jenis 20 C (gr/cm 3 ) IEC 296 Viskositas 20 C (cst) Kinematik - 15 C (cst) IEC C ( cst) Titik tuang ( C) - 35 IEC Titik Bakar ( C) 140 IEC 296A 6 Angka Kenetralan (mg KOH/gr) 0.03 IEC 296 Tidak 7 Korosi Belerang - IEC 296 Korosi Tegangan Tembus (KV/2.5mm) IEC a. Sebelum Diolah IEC 296 b. Setelah Diolah Faktor kebocoran Dielektrik IEC 250 Ketahanan Oksidasi IEC Angka Kenetralan (mgkoh/gr) Kotoran (%) IEC 74 15

14 Pengaruh Temperatur Terhadap Tingkat Viskositas Berbagai Minyak Isolasi Viskositas minyak isolasi dinyatakan dengan kemampuan daya alirnya atau kemampuan untuk mendisipasikan panas yang terjadi pada peralatan. Seperti pada transformator, kapasitor daya, kabel daya dan pemutus tenaga digunakan minyak isolasi yang mempunyai viskositas yang rendah, agar aliran atau sirkulasi minyak dapat mengisi celah atau rongga udara yang ada pada peralatan tersebut[8]. Hubungan antara Viskositas dengan temperature dapat dilihat pada persamaan ASTM D-341 Viscosity-Temperature Charts for Liquid Petroleum Products sebagai berikut[20] : Log log ( v +0.7 ) = A B logt (2.6) Dimana : V = Viskositas (Cst) A dan B= Konstanta T = Temperatur ( K) Dimana A dan B adalah konstanta, dan T adalah suhu mutlak. Dalam bentuk yang lebih kompleks, beberapa kecil Fungsi eksponensial ditambahkan ke persyaratan di dalam kurung digunakan dalam merencanakan Data mencakup -40 sampai 150 C, dan kisaran viskositas 3 sampai cst. Pengaruh pemanasan terhadap viskositas minyak isolasi adalah, dengan naiknya temperatur maka viskositas minyak isolasi akan turun. Tetapi kenaikan temperatur ini mempunyai batas tertentu yang diijinkan, sehingga peralatan tidak mengalami gangguan. Jika viskositas turun, pendisipasian panas secara konveksi alamiah akan mempercepat pemburukan minyak isolasi atau kemacetan minyak isolasi yang digunakan. Ini merupakan ciri minyak isolasi, jika temperatur naik maka tegangan permukaan (kapilaritas) minyak isolasi akan turun yang akan mempengaruhi viskositasnya, sehingga dapat menimbulkan formasi gelembung. Pada saat temperatur minyak isolasi mengalami kenaikan, maka konduktifitas minyak isolasi juga akan mengalami kenaikan karena mobilitas 16

15 ion- ion akan lebih besar dicapai oleh partikel partikel pada minyak isolasi hasil dari penurunan viskositas minyak isolasi tersebut. Pengaruh Tingkat Viskositas Terhadap Tegangan Tembus Berbagai Minyak Isolasi Minyak isolasi pada peralatan tegangan tinggi, seperti transformator, kabel daya, pemutus tenaga dan kapasitor daya ada kalanya mengalami kenaikan temperatur di atas temperatur kerjanya. Mekanisme voltage breakdown bergantung pada lingkungan dan Kondisi elektroda, sifat fisik dan Kemurnian cairan dan gas yang ada dalam cairan[3]. Kenaikan temperatur akibat beban lebih terjadi apabila beban lebih tersebut berlangsung cukup lama. Pada keadaan hubung singkat kenaikan temperatur terjadi akibat arus yang cukup besar yang mengakibatkan pemanasan pada minyak isolasi[8]. Pada keadaan temperatur tertentu kadar air diserap dalam minyak isolasi dapat menguap dengan membentuk gelembung udara, sehingga kadar air semakin rendah. Kenaikan temperatur ini dapat terjadi secara perlahan lahan dan secara tiba tiba. Kenaikan temperatur secara tiba tiba dapat juga menimbulkan pemburukan, karena dapat menimbulkan gelembung gelembung gas yang dapat menyebabkan kegagalan pada minyak isolasi [2]. Kegagalan gelembung atau kavitasi merupakan bentuk kegagalan pada minyak isolasi yang disebabkan oleh adanya gelembung gelembung gas di dalam minyak isolasi. Sebab sebab timbulnya gelembung gas ini adalah : a. Permukaan elektroda yang tidak rata, sehingga terdapat rongga atau celah udara di permukaannya. b. Adanya tabrakan yang tidak rata, sehingga terdapat rongga atau celah udara dipermukaannya. c. Penguapan minyak isolasi karena adanya percikan bunga api pada elektroda yang tajam dan tidak teratur. d. Karena perubahan suhu dan tekanan pada minyak isolasi. Karena pengaruh medan yang kuat di antara kedua elektroda, gelembunggelembung udara yang ada dalam minyak isolasi tersebut berubah menjadi 17

16 memanjang searah dengan medan listrik seperti yang terlihat pada gambar 2.2 di bawah ini. Hal ini disebabkan karena gelembung-gelembung tersebut berusaha membuat energi potensialnya minimum. Gambar 2.2 Arah medan listrik dalam gelembung udara pada minyak isolasi. Gelembung gelembung yang memanjang tersebut kemudian akan saling menyambung dan membentuk jembatan yang akhirnya akan megawali terjadinya kegagalan. Jika viskositas turun, elektrokonveksi dapat mempercepat kerusakan atau kemacetan minyak isolasi yang digunakan. Ini merupakan ciri dari viskositas minyak isolasi yang turun dengan naiknya temperatur sehingga menimbulkan formasi gelembung. Gelembung gelembung tersebut kemudian akan bertambah besar karena energi lepas yang diberikan dan mungkin diameter gelembung tersebut bertambah besar serta menghasilkan gelembung lainnya. Gelembunggelembung yang terjadi dalam minyak isolasi khususnya berdiameter 50 µ m atau lebih dan batas tekanan internal bergerak sampai 4 bar. Viskositas minyak isolasi dinyatakan dengan kemampuan daya alirnya atau kemampuan untuk mendisipasikan panas yang terjadi pada peralatan. Seperti pada transformator, kapasitor daya, kabel daya dan pemutus tenaga digunakan minyak isolasi yang mempunyai viskositas yang rendah, agar aliran atau sirkulasi minyak dapat mengisi celah atau rongga udara yang ada pada peralatan tersebut. 18