PENGARUH TEKANAN MEKANIS TERHADAP TEGANGAN TEMBUS DIELEKTRIK KERTAS TERIMPREGNASI MINYAK Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh : GOMGOM SIHOMBING 120402042 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Kertas sebagai isolasi pada peralatan listrik selalu dikombinasikan dengan bahan impregnasi yaitu minyak isolasi. Pada pengoperasiannya arus yang mengalir akan menimbulkan tekanan mekanis dan untuk mengatasinya isolasi perlu dirancang untuk mampu menahan gangguan akibat mekanis ataupun elektrik. Paper ini bertujuan mengetahui besar pengaruh tekanan mekanis terhadap tegangan tembus dielektrik kertas terimpregnasi minyak pada beberapa kondisi yaitu sebelum, sesudah diimpregnasi serta kenaikan suhu minyak dari 35 C - 85 C. Untuk mendapatkan hasil maka dilakukan pengujian menggunakan tegangan AC dengan mengasumsikan tekanan mekanis sebagai pemberat 0 3 Kg dan elektroda pelat-pelat berbentuk lingkaran terpasang di bejana uji. Dari analisis hasil penelitian terlihat semakin besar tekanan mekanis maka persentase penurunan nilai tegangan tembus kertas semakin besar. Persentase penurunan tegangan tembus terbesar sebelum kertas diimpregnasi minyak sebesar 33,93%, sesudah diimpregnasi minyak sebesar 16,06%, serta kenaikan suhu minyak 35 C sebesar 21,48%, suhu minyak 45 C sebesar 17,82%, suhu minyak 55 C sebesar 21,92%, suhu minyak 65 C sebesar 25,06%, suhu minyak 75 C sebesar 33,23%, dan suhu minyak 85 C sebesar 19,88%. Selain itu kertas diimpregnasi minyak pada berbagai kondisi mengakibatkan tegangan tembus semakin besar dibandingkan sebelum diimpregnasi. Namun semakin tinggi suhu minyak maka tegangan tembus kertas menurun. Dari hasil pengujian juga diperoleh bahwa kenaikan suhu minyak yang terlalu tinggi akan menyebabkan kertas lebih mudah rusak. Kata kunci : Tekanan mekanis, Kertas, Tegangan tembus, Impregnasi i
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur saya ucapkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Tugas akhir ini merupakan bagian kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: PENGARUH TEKANAN MEKANIS TERHADAP TEGANGAN TEMBUS DIELEKTRIK KERTAS TERIMPREGNASI MINYAK Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu : 1. Buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya, Bapakku tercinta Lukman Sihombing dan Mamaku tersayang Mindo Manullang yang telah memberikan dukungan finansial,motivasi,semangat,dan nasihat kepada saya. Ku persembahkan Tugas Akhir ini untuk Bapak, Mama dan Saudara/i Kak Riando, Bang Henry, dan Bang Guna. 2. Bapak Ir. Hendra Zulkarnain selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik ii
4. Bapak Rahmad Fauzi S.T, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 5. Ibu Syiska Yana S.T, M.T dan Bapak Ir. Syahrawardi selaku dosen penguji penulis yang banyak memberikan masukan dan arahan selama proses pengerjaan Tugas Akhir ini. 6. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Kepala Laboratorium Tegangan Tinggi yang telah mengijinkan penulis untuk mengambil data di Laboratorium Tegangan Tinggi FT-USU. 7. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 8. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro,Fakultas Teknik,. 9. Teman seperjuangan saya di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi TA. 2015/2016 yaitu Andika, Ellyani, Nova, dan Salim banyak memberi semangat dan masukan dalam pengerjaan Tugas Akhir. 10. Sahabat-sahabat saya yaitu valentino, begin, ray calvin yang banyak memberi semangat dan dengan kerelaan hati meluangkan waktunya untuk membantu pengambilan data Tugas Akhir. 11. Sahabat-sahabat stambuk 2012 yang telah banyak memberikan masukan, doa dan semangat selama pengerjaan Tugas Akhir ini. 12. Adik - adik stambuk 2013 dan 2014 yang telah banyak memberikan masukan, doa dan semangat selama pengerjaan Tugas Akhir ini. 13. Serta untuk semua yang telah mendukung penyelesaian Tugas Akhir ini yang tidak dapat disebutkan penulis satu persatu. iii
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, 21 September 2016 Penulis, Gomgom Sihombing NIM. 120402042 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Tekanan Mekanis... 4 2.2 Proses Terbentuknya Kertas... 5 2.3 Dielektrik... 6 2.4 Media Impregnasi Dielektrik... 8 2.4.1 Minyak Isolasi Mineral... 8 2.4.2 Faktor Faktor Penyebab Pemburukan Minyak Isolasi... 9 2.5 Tegangan Tembus... 11 2.6 Mekanisme Tegangan Tembus Pada Dielektrik Padat... 13 2.7 Pengaruh Tekanan Mekanis Terhadap Tegangan Tembus Dielektrik padat... 15 2.8 Penggunaan Dielektrik... 16 2.8.1 Penggunaan Pada Transformator Daya... 16 2.8.2 Penggunaan Pada Mesin Berputar... 17 v
2.8.3 Penggunaan Pada Circuit Breaker... 17 2.8.4 Penggunaan Pada Pada Kabel... 18 2.8.5 Penggunaan Pada Kapasitor Daya... 20 2.8.6 Penggunaan Pada Peralatan Elektronik... 21 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Umum... 22 3.2 Waktu dan Tempat Penelitian... 22 3.3 Alat dan Bahan... 22 3.4 Rangkaian Pengujian... 28 3.5 Prosedur Percobaan... 29 3.5.1 Prosedur Percobaan Tegangan Tembus Tanpa Minyak... 29 3.5.2 Prosedur Percobaan Tegangan Tembus Dengan Minyak... 30 3.6 Diagram Alir Pengujian... 33 3.6.1 Diagram Alir Pengujian Tegangan Tembus Tanpa Minyak... 33 3.6.2 Diagram Alir Pengujian Tegangan Tembus Dengan Minyak.. 34 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian Tegangan Tembus Kertas Tanpa Minyak... 35 4.2 Pengujian Tegangan Tembus Kertas Dengan Minyak... 41 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 86 5.2 Saran... 87 DAFTAR PUSTAKA... 88 LAMPIRAN Lampiran 1. Data Percobaan.... 90 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Medan elektrik dalam dielektrik... 12 Gambar 2.2 Grafik kegagalan isolasi... 13 Gambar 2.3 Kontruksi kapasitor bank... 21 Gambar 3.1 Trafo uji... 23 Gambar 3.2 Tahanan peredam... 23 Gambar 3.3 Elektroda pengujian... 24 Gambar 3.4 Barometer/humiditymeter/thermometer digital... 24 Gambar 3.5 Voltmeter digital... 25 Gambar 3.6 Thermometer alkohol... 25 Gambar 3.7 Beban pemberat... 26 Gambar 3.8 Bejana uji... 27 Gambar 3.9 Kertas Uji... 27 Gambar 3.10 Rangkaian Daya dan Kontrol Pengujian Tegangan Tembus Kertas sebelum dan sesudah diberi minyak... 28 Gambar 3.11 Diagram Alir Pengujian Tegangan Tembus Tanpa Minyak... 33 Gambar 3.12 Diagram Alir Pengujian Tegangan Tembus Dengan Minyak... 34 Gambar 4.1 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 3 lapisan tanpa minyak... 36 Gambar 4.2 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 4 lapisan tanpa minyak... 37 Gambar 4.3 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 5 lapisan tanpa minyak... 38 Gambar 4.4 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 6 lapisan tanpa minyak... 39 vii
Gambar 4.5 Penurunan tegangan tembus tiap lapisan kertas tanpa minyak... 40 Gambar 4.6 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 28 C... 42 Gambar 4.7 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 28 C... 43 Gambar 4.8 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 28 C... 44 Gambar 4.9 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 28 C... 45 Gambar 4.10 Penurunan tegangan tembus tiap lapisan kertas dengan minyak.. 46 Gambar 4.11 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 35 C... 48 Gambar 4.12 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 35 C... 49 Gambar 4.13 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 35 C... 50 Gambar 4.14 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 35 C... 51 Gambar 4.15 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 35 C... 52 Gambar 4.16 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 45 C... 54 Gambar 4.17 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 45 C... 55 Gambar 4.18 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 45 C... 56 viii
Gambar 4.19 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 45 C... 57 Gambar 4.20 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 45 C... 58 Gambar 4.21 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 55 C... 60 Gambar 4.22 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 55 C... 61 Gambar 4.23 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 55 C... 62 Gambar 4.24 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 55 C... 63 Gambar 4.25 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 55 C... 64 Gambar 4.26 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 65 C... 66 Gambar 4.27 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 65 C... 67 Gambar 4.28 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 65 C... 68 Gambar 4.29 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 65 C... 69 Gambar 4.30 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 65 C... 70 Gambar 4.31 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 75 C... 72 Gambar 4.32 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 75 C... 73 ix
Gambar 4.33 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 75 C... 74 Gambar 4.34 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 75 C... 75 Gambar 4.35 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 75 C... 76 Gambar 4.36 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 3 lapisan dengan suhu minyak 85 C... 78 Gambar 4.37 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 4 lapisan dengan suhu minyak 85 C... 79 Gambar 4.38 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 5 lapisan dengan suhu minyak 85 C... 80 Gambar 4.39 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap kenaikan pemberat pada kertas 6 lapisan dengan suhu minyak 85 C... 81 Gambar 4.40 Penurunan tegangan tembus dengan suhu minyak 85 C... 82 Gambar 4.41 Persentase penurunan tegangan tembus terhadap tekanan mekanis pada berbagai kondisi... 85 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Isolasi Baru... 9 Tabel 2.2 Jenis Bahan Dielektrik... 19 Tabel 4.1 Tegangan tembus kertas tanpa minyak... 35 Tabel 4.2 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 28 C... 41 Tabel 4.3 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 35 C... 46 Tabel 4.4 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 45 C... 51 Tabel 4.5 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 55 C... 57 Tabel 4.6 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 65 C... 62 Tabel 4.7 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 75 C... 68 Tabel 4.8 Tegangan tembus kertas dengan suhu minyak 85 C... 73 Tabel 4.9 Rata-rata persentase penurunan tegangan tembus... 83 xi