EFEK KONTAMINAN PADA BAHAN ISOLASI RESIN EPOKSI YANG MENGALAMI PERLAKUAN FILLER BERBEDA TERHADAP KINERJA SUDUT HIDROFOBIK Wa Ode Zulkaida 1 dan Siti Nawal Jaya, (1&) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Haluoleo Jl. Mayjend. S. Parman Tlp (0401) 37506 Kendari 9311, 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 1 jam pada siang hari dengan temperatur udara antara 16-35 O C. 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; ) penyemprotan polutan buatan; 3) perlakuan uv; 4) pengukuran sudut hidrofobik; 5) perhitungan kadar kontaminan. Hasil uji hidrofobik mencapai sudut 130 0 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 30 o, 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. Makassar, 17 18 Juli 007 B - 57
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 90 o (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.. 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 30 0 dikategorikan basah (hydrophilic), antara (30-89) 0 kategori basah sebagian (partially wetted) dan yang lebih besar dari 90 0 kategori tolak air (hydrophobicity).kategori-kategori tersebut digambarkan : 90 0 air Bahan 180 Air Bahan 0 0 air Bahan (a) Basah sebagian (b) Tidak basah ( c ) Basah keseluruhan 3. Metode Penelitian 1. Bahan Uji µ Resin Epoksi Diglysidil Ether of Bisphenol A Agen pematang Metaphylene- Diamine Silane (Silicone Rubber) terisi Kuarsa silica 35 mesh Makassar, 17 18 Juli 007 B - 58
Polutan,Ka + =1.; Na ++ = 183.3; Ca ++ = 35.135, Mg ++ = 8.807 dalam ppm. 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 4. Hasil dan Pembahasan penyemprotan secara kontinyu ±5 menit pada sampel uji yang digantung dalam lemari lewat lubang kecil dengan posisi 45 o 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 50 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 Kamerah digital tidak langsung Sampel uji 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 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. Makassar, 17 18 Juli 007 B - 59
a. Hasil pengukuran sudut kontak hidrofobik I SAMPEL RUJUKAN Sudut kiri Type sampel Filler (%) (derajat) Sudut kanan (derajat) Sudut hidrofobik (derajat ) Rerata Hidrofobik (derajat ) R9F1 10 85 85 85 85 R8F 0 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 H, POLUTAN B Type Filler kiri kanan hidrofobik hidrofobik Type Filler kiri kanan 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 R8F 0 80 70 75 75 R8F 0 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 Rerata V. SAMPEL UV 4H, POLUTAN E Rerata Type Filler kiri kanan hidrofobik hidrofobik Type Filler kiri kanan hidrofobik hidrofobik sampel (%) (derjt ) (derj ) (derjt ) (derj ) sampel (%) (derjt ) (derj ) (derjt ) (derj ) R9F1 10 85 85 85 85 R9F1 10 80 80 80 80 R8F 0 80 80 80 80 R8F 0 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 Makassar, 17 18 Juli 007 B - 60
SUDUT HIDROFOBIK (derajat) 140 130 10 R9F1 R8F R7F3 R6F4 R5F5 R4F6 110 100 90 80 70 60 0 1 3 4 UV (hari) y = 5,1786x - 14,964x + 107,36 y = 1,7857x - 8,649x + 91,571 y =,149x - 7,5714x + 9,86 R = 0,8611 R = 0,686 R = 0,495 y = 1,0714x - 3,7857x + 81,143 y =,8571x - 8,486x + 100,71 R = 0,138 y =,5643x - 7,571x + 95,539 R = 0,551 R = 0,493 b. Hubungan sudut hidrofobik terhadap esdd, filler dan lama uv memperbaiki hidrofobik bahan sebesar 5.686 o lebih signifikan dibanding penurunanan sudut yang hanya sebesar 0.666 0 oleh kenaikan esdd setiap 0.001 mg/cm. Signifikan pengaruh filler terhadap kinerja hidrofobik lebih diperkuat oleh perlakuan uv yang juga meningkatkan sudut hidrofobik sebesar 1.96 0. Secara parsial hidrofobik tertinggi mencapai sudut 130 o 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 perlakuan uv dan esdd HIDROFOB = 97.6796 666.8983 ESDD ; R = 73.7999 + 0.0569 FILLER ; R = 89.58333 + 1.9583 UV ; = 0.0615 R = 0.566 = 0.0470 Kinerja sudut hidrofobik lebih dominant ditentukan oleh filler dibanding pengaruh lingungan, Ini dapat dilihat dari setiap kenaikan prosentase filler 10% dapat Makassar, 17 18 Juli 007 B - 61
HIDROFOB 3130.9394 R = = 0.537 9.408 ESDD + 10.357 ; UV terhadap kinerja hidrofobik lebih 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 9.41 pada nilai signifikan 53.7%. Dapat disimpulkan bahwa setiap kenaikan kandungan esdd sebesar 0.001 mg/cm disertai kenaikan perlakuan uv setiap hari akan dapat memberikan besar sudut hidrofobik bahan sebesar 7.3 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 5.686 o lebih signifikan dibanding dengan penurunanan sudut yang hanya 0.666 0 terjadi akibat dari kenaikan esdd sebesar 0.001 mg/cm. Signifikan pengaruh filler diperkuat lagi oleh kondisi perlakuan uv yang juga dapat meningkatkan besar sudut hidrofobik bahan uji sebesar 1.96 0.. 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., 00, 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 Technology, Interscience Publisher, Makassar, 17 18 Juli 007 B - 6
Copyright by John Wiley & Sons, Inc., LCCCN : 68-1489,1- Dissado, L.A and Forhergill, J.C., 199, 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., 199, Comparison of TRV Silicone Rubber Coatings Under Artificial Contamination in A Fog Chamber, IEEE Transaction on Power Delivery, 7 () 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..1 D..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, 1-13 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 4-7 Saunders, K. J., 1973, Organic Polymer Chemitstery, Juhn Weley & Sons, 38-384 Soerjani, M., 1996, The Tropical Environment, Proceedings of Electropic 96, Jakarta, paper I. Salama,1999, Studi sifat hidrofobik polimer silicone rubber untuk bahan isolator tegangan tinggi, Jurnal Teknik Tegangan Tinggi I, ITB Bandung Makassar, 17 18 Juli 007 B - 63