Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi KARAKTERISTIK BERBAGAI JENIS BAHAN ISOLASI KABEL INSTALASI TEGANGAN RENDAH Gatot Firmansyah 1, T. Haryono 2, B.Sugiyantoro 2 Abstract Cables are essential element in conducting electricity. At this time, a house fire often occurs due to failure of insulation and bad cable connection. These events should be avoided because it can threaten the safety of occupants and damaging equipment. Therefore, it is required sufficient knowledge in selecting the appropriate low voltage cable to be used. Low voltage cable is very easy to be found in the market with a variety of brands and prices. For that, in this test it were taken material samples from cables which are widely sold in the market, especially in the city of Yogyakarta. That cables are NYM 2 x 2,5 mm 2 300 /500 volt and NYY 2 x 2,5 mm 2 0,6/1 kv with trademark eterna, and supreme. This study started with the measurement of the thickness dimension of the cable, the breakdown voltage, dielectric strength and leakage currents against temperature. Intisari Kabel merupakan elemen penting dalam menghantarkan listrik. Pada saat sekarang ini, kebakaran rumah sering terjadi akibat kegagalan isolasi dan sambungan kabel yang buruk. Kejadian tersebut harus dihindari karena dapat mengancam keselamatan penghuninya dan merusak perlatan. Oleh karena itu, diperlukan pengetahuan yang cukup dalam memilih kabel tegangan rendah yang sesuai untuk digunakan. Kabel tegangan rendah sangat mudah dijumpai di pasaran dengan berbagai macam merk dan harga. Untuk itu, pada pengujian ini diambil sampel bahan uji dari kabel-kabel yang banyak dijual di pasaran, terutama wilayah kota Yogyakarta. Kabel tersebut adalah kabel NYM 2 x 2,5 mm 2 300 /500 volt dan NYY 2 x 2,5 mm 2 0,6/1 kv dengan merk dagang eterna, dan supreme. Penelitian ini diawali dengan pengukuran ketebalan dimensi kabel, kemudian menguji tegangan tembus, kekuatan dielektrik dan arus bocor terhadap suhu. Kata kunci kabel, tegangan tembus, kekuatan dielektrik, arus bocor, arus bocor terhadap suhu, tegangan tinggi AC. 1 Mahasiswa, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi UGM, Jalan Grafika No.2 Yogyakarta 55281 INDONESIA(tlp: 0274-552305; fax: 0274-552305 2, 3 Dosen,Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi UGM, Jalan Grafika No.2 Yogyakarta 55281 INDONESIA(tlp: 0274-552305; fax: 0274-552305 I. PENDAHULUAN Kabel adalah peralatan pokok dalam instalasi yang berfungsi menyalurkan energi listrik ke peralatanperalatan yang menggunakan energi listrik merupakan peralatan yang paling rentan dalam hal keamanan instalasi. Apabila kita perhatikan di televisi atau media lainnya, cukup sering terjadi kebakaran rumah yang disebabkan oleh hubungan pendek arus listrik (hubung singkat). Hal ini bisa terjadi karena sambungan kabel yang kurang baik ataupun buruknya kualitas isolasi kabel. Untuk itu diperlukan kehati-hatian dalam hal memilih kabel yang akan digunakan. Sedangkan untuk mengantisipasi kerusakan isolasi kabel, diperlukan pengetahuan tentang faktor-faktor penyebab kerusakan isolasi dan seberapa besar faktor-faktor tersebut berpengaruh terhadap kerusakan isolasi. Maka diperlukan pengujian yang lebih mendalam mengenai kualitas kabel yang dijual di pasaran, terutama untuk kabel-kabel tegangan rendah yang aplikasinya bersinggungan langsung dengan masyarakat luas. Untuk memilih dan mengaplikasikan suatu jenis kabel ke dalam sistem tenaga listrik bukan suatu hal yang mudah. Oleh karena itu, dibutuhkan pengetahuan mengenai jenis isolasi dan komponen penyusun kabel tersebut. Kemudian, penting pula untuk melakukan beberapa pertimbangan terhadap pengetahuan dasar mengenai jenis kabel tersebut.[1] Bahan isolasi adalah bahan yang digunakan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrik atau percikan [2]. Pada umumnya, kegagalan alat-alat listrik (termasuk kabel) pada waktu sedang dipakai disebabkan kegagalan isolasinya dalam menjalankan fungsi sebagai isolator [3]. Mekanisme kegagalan bahan isolasi padat terdiri dari beberapa jenis sesuai fungsi waktu penerapan tegangannya. Hal ini dapat dilihat dari Gambar 1: Gbr. 1 Grafik kegagalan isolasi 122
Artikel Reguler Uraian masing masing jenis kegagalan pada bahan isolasi padat adalah sebagai berikut : 1. Kegagalan intrinsik Kegagalan Intrinsik adalah kegagalan yang disebabkan oleh jenis dan suhu bahan (dengan menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan, bahan elektroda, ketidakmurnian, kantong kantong udara). 2. Kegagalan elektromekanik Kegagalan elektromekanik adalah kegagalan yang disebabkan oleh adanya perbedaan polaritas antara elektroda yang mengapit zat isolasi padat sehingga timbul tekanan listrik pada bahan tersebut. 3. Kegagalan streamer Kegagalan streamer adalah kegagalan yang terjadi sesudah suatu banjiran (avalance). Sebuah elektron yang memasuki band conduction di katoda akan bergerak menuju anoda dibawah pengaruh medan memperoleh energi antara benturan dan kehilangan energi pada waktu membentur. Jika lintasan bebas cukup panjang maka tambahan energi yang diperoleh melebihi pengionisasi latis (latice). Akibatnya dihasilkan tambahan elektron pada saat terjadi benturan. 4. Kegagalan termal Kegagalan termal adalah kegagalan yang terjadi jika kecepatan pembangkitan panas di suatu titik dalam bahan melebihi laju kecepatan pembuangan panas keluar. Akibatnya terjadi keadaan tidak stabil sehingga pada suatu saat bahan mengalami kegagalan. 5. Kegagalan erosi Kegagalan erosi adalah kegagalan yang disebabkan zat isolasi padat tidak sempurna, karena adanya lubang-lubang atau rongga dalam bahan isolasi padat tersebut. Lubang/rongga akan terisi oleh gas atau cairan yang kekuatan gagalnya lebih kecil dari kekuatan zat padat [4]. PVC atau Polivinil Klorida termasuk dalam jenis polimer termoplastik/resin termoplastik. Untuk penggunaan pada tegangan rendah, PVC banyak digunakan sebagai isolasi dan jaket dari kabel. Karena PVC adalah bahan termoplastik, PVC tidak dapat menahan panas yang terlalu tinggi. Pada suhu tinggi PVC dapat meleleh bahkan hangus atau plasticizersnya menguap sehingga PVC menjadi rapuh. tersebut dapat menyebabkan kegagalan insulasi kabel. Karena alasan tersebut kabel dengan isolasi PVC jarang digunakan di tempat yang mendapatkan panas secara berlebihan. Kabel PVC pada saat terbakar akan menghasilkan gas klorin dalam jumlah yang cukup besar. Hal tersebut merupakan masalah yang cukup penting pada penggunaan kabel dengan isolasi PVC [5]. - Supreme - Eterna Masing-masing merk di ambil 2 jenis kabel B. Alat Alat yang digunakan adalah sebagai berikut:[6] 1. Satu set pembangkit tegangan tinggi AC buatan Jerman. 2. Satu set pembangkit tegangan tinggi AC peralatan UGM EL 041 buatan Jepang. 3. Multimeter merk Constant no. A029214. 4. Osiloskop GW INSTEK model GDS-2104. 5. Thermometer, hygrometer, barometer. 6. Batang elektroda pentanah. 7. Sketmatch/jangka sorong. 8. Kamera. C. Metode Pengujian 1) Pengukuran dimensi kabel Diagram alir pengukuran adalah sebagai berikut: II. METODOLOGI PENELITIAN A. Pengembangan Perangkat Kabel yang diuji adalah kabel jenis : - NYM 2 x 2,5 mm 2 300 /500 volt - NYY 2 x 2,5 mm 2 0,6/1 kv Dengan merk dagang : Gbr. 2 Diagram alir pengukuran dimensi kabel 123
Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi 2) Pengujian tegangan gagal selubung luar dan isolasi dalam Rangkaian pengujian adalah sebagai berikut: 3) Pengujian tegangan tembus isolasi dalam antar 2 penghantar Rangkaian pengujian adalah sebagai berikut: Gbr. 3 Rangkaian pengujian tegangan gagal selubung luar dan isolasi dalam Gbr. 5 Rangkaian pengujian tegangan tembus isolasi dalam antar 2 penghantar Diagram alir pengujian adalah sebagai berikut: Diagram alir pengujian adalah sebagai berikut: Gbr. 4 Diagram alir pengujian tegangan gagal selubung luar dan isolasi dalam Gbr. 6 Diagram alir pengujian tegangan tembus isolasi dalam antar 2 penghantar 124
Artikel Reguler 4) Pengujian arus bocor selubung luar dan isolasi dalam terhadap suhu Rangkaian pengujian adalah sebagai berikut: III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengukuran dimensi kabel Hasil pengukuran dimensi kabel adalah sebagai berikut: TABEL 1 HASIL PENGUKURAN DIMENSI KABEL Gbr. 7 Rangkaian pengujian arus bocor selubung luar dan isolasi dalam Diagram alir pengujian adalah sebagai berikut: B. Pengaruh jarak elektrode terhadap tegangan gagal pada islolasi dalam dan selubung luar Gbr. 8 Diagram alir pengujian arus bocor selubung luar dan isolasi dalam Gbr. 9 Grafik hubungan jarak elektrode dengan tegangan gagal untuk ketiga macam kabel Dari grafik terlihat bahwa telah terjadi tegangan tembus pada jarak 25 cm untuk kabel eterna NYM, 35 cm untuk kabel eterna NYY, 35 cm untuk kabel supreme NYM dan 40 cm untuk kabel supreme NYY. Pada jarak-jarak tersebut, nilai tegangan tembus adalah 44,89 kv untuk kabel eterne NYM, 62,44 kv untuk kabel eterna NYY, 56,85 kv untuk kabel supreme NYM dan 69,28 kv untuk kabel supreme NYY. Semakin besar tegangan tembus, maka semakin baik pula isolasinya. Perbedaan nilai tegangan tembus untuk masing-masing kabel dapat dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu faktor bahan yang diuji seperti ketebalan, jenis bahan, dan proses produksi bahan. Faktor lain terjadi pada saat pengujian, seperti adanya korona dan perbedaan suhu, tekanan, kelembaban. Ketebalan isolasi dalam dan selubung luar masingmasing kabel yang diuji berbeda-beda jika melihat hasil pengujian dimensi kabel yang ditunjukkan oleh Tabel 4.2. Walaupun perbedaannya tidak cukup besar, nilai tersebut tetap berpengaruh terhadap nilai tegangan tembus. Bahan isolasi yang ideal adalah bahan isolasi yang tidak memiliki elektron bebas sama sekali. Akan 125
Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi tetapi, proses produksi bahan isolasi kabel untuk setiap produsen tidak sama sehingga kebanyakan bahan isolasi kabel yang diproduksi tidak homogen. Semakin banyak elektron bebas dalam bahan isolasi, maka semakin kecil tegangan tembus. 2) Eterna NYY C. Pengujian tegangan tembus isolasi dalam antar 2 penghantar Hasil pengujian tegangan tembus isolasi dalam antar 2 penghantar adalah sebagai berikut: TABEL 2 HASIL PENGUJIAN TEGANGAN TEMBUS ISOLASI DALAM ANTAR 2 PENGHANTAR Gambar 11 Grafik hubungan arus bocor dengan suhu yang berbeda pada kabel eterna NYY 3) Supreme NYM D. Pengaruh tegangan input bahan uji terhadap arus bocor dalam berbagai suhu. 1) Eterna NYM Gambar 12 Grafik hubungan arus bocor dengan suhu yang berbeda pada kabel supreme NYM 4) Supreme NYY Gambar 10 Grafik hubungan arus bocor dengan suhu berbeda pada kabel eterna NYM yang Gambar 13 Grafik hubungan arus bocor dengan suhu yang berbeda pada kabel supreme NYY. Pada pengujian arus bocor ini metode penelitian hampir sama pada setiap jenis kabel. Dan diuji di suhu ruangan, 50 0 C dan 70 0 C. Pengujian yang dilakukan hanya diijinkan untuk nilai tegangan input bahan uji maksimal 50% dari nilai tegangan tembus selubung 126
Artikel Reguler luar dan isolasi dalam agar osiloskop tidak mengalami kerusakan. Untuk itu, data nilai arus bocor yang diambil, yaitu pada saat nilai tegangan input bahan uji sebesar 2 kv, 4 kv, 6 kv, 8 kv, 10 kv. Sedangkan data nilai arus bocor diluar nilai tegangan input bahan uji tersebut diatas dapat dicari atau diprediksi melalui metode analisis regresi dengan menggunakan persamaan regresi. Tipe regresi ada yang berbentuk linier, eksponensial, dan polinomial. Untuk setiap jenis kabel instalasi, penulis menggunakan regresi polinomial karena dari percobaan untuk masing-masing tipe regresi tersebut menggunakan microsoft excel didapatkan nilai koefisien determinasi (R 2 ) terbesar adalah regresi polinomial. Koefisien determinasi merupakan ukuran untuk mengukur pengaruh x (variabel bebas) dalam menurunkan keragaman y (variabel terikat). Nilai R 2 terletak antara 0 dan 1. Semakin dekat dengan 1, maka semakin tinggi tingkat hubungan linier antara x dan y. Secara umum grafik diatas memberikan informasi bahwa semakin besar tegangan input bahan uji, maka semakin besar pula arus bocornya. Persamaan regresi hubungan tegangan input bahan uji (x) dengan arus bocor (y) REFERENSI [1] Gill, Paul, Electrical Power Equipment Maintenance and Testing Second Edition, CRC Press, New York, 2009 [2] Tobing, Bonggas, L, Dasar Teknik Tegangan Tinggi, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 2003. [3] Arismunandar, Artono, Teknik Tegangan Tinggi, Pradnya Paramita, Jakarta, 1975. [4] Tadjuddin, Mekanisme Kegagalan Bahan Isolasi Padat, [5] Wikipedia. Polivinyl Chloride. <http://en.wikipedia.org/wiki/polyvinyl_chloride.htm> [6] Anonim, Panduan Praktikum Teknik Tegangan Tinggi: Peralatan Eks Jepang UGM-EL 041, Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Fakultas Teknik UGM, Yogyakarta, 2000. IV. KESIMPULAN Dari hasil penelitian tegangan gagal dan arus bocor untuk 4 kabel tegangan rendah, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Pada pengujian tegangan tembus selubung luar dan isolasi dalam pada masing-masing kabel, didapatkan hasil bahwa nilai tegangan tembus pada kabel supreme dan eterna pada jenis NYY mempunyai nilai tegangan tembus yang lebih tinggi daripada kabel NYM. 2. Besar kekuatan dielektrik selubung luar dan isolasi dalam yang telah di uji, mendapatkan nilai kekuatan dielektrik pada kabel supreme dan eterna yang berjenis NYY mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi dibandingkan dengan kabel jenis NYM. 3. Pada pengujian tegangan tembus selubung isolasi dalam antar 2 penghantar pada masing-masing kabel, didapatkan hasil bahwa nilai tegangan tembus pada kabel supreme jenis NYM dan NYY mempunyai nilai tegangan tembus yang lebih tinggi daripada kabel eterna jenis NYM maupun NYY. 4. Besar kekuatan dielektrik isolasi dalam antar 2 penghantar yang telah di uji, mendapatkan nilai dielektrik pada kabel supreme yang berjenis NYY mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi dibandingkan dengan kaber jenis NYM. 5. Pengaruh tegangan input terhadap arus bocor untuk pengujian kabel dapat diasumsikan menggunakan persamaan regresi pada setiap kabel, untuk mendapatkan nilai Koefisien determinasi. 127