PENGARUH KONTAMINAN ABU VULKANIK GUNUNG MERAPI PADA TEGANGAN LEWAT DENYAR DAN KINERJA BAHAN ISOLATOR EPOKSI RESIN DENGAN PENGISI PASIR PANTAI KUKUP T. Haryono 1, Avrin Nur Widiastuti 1, Arya Bagus Sanjaya 2 1 Dosen Jurusan Teknik Elektro, FT UGM 2 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, FT UGM Abstrak- Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh lama penyemprotan abu vulkanik Gunung Merapi dan mengetahui pengaruh komposisi bahan pengisi terhadap karakteristik tegangan lewat denyar, arus bocor dan nilai ESDD. Penelitian ini diawali dengan pembuatan bahan uji epoksi resin yang memiliki variasi banyaknya kandungan bahan pengisi pasir pantai Kukup sebesar 10%, 20%, dan 30% dari berat keseluruhan bahan uji. Setelah itu dilakukan penyemprotan abu Merapi pada bahan uji, kemudian dilakukan pengujian tegangan lewat denyar. Setelah itu dilakukan pengujian terhadap arus bocornya. Pengujian arus bocor menggunakan setengah nilai dari tegangan kritis lewat denyarnya. Dan yang terakhir adalah pengukuran ESDD. Dari hasil pengujian dan analisa data didapat bahwa semakin besar lama penyemprotan polutan abu Merapi maka semakin besar pula arus bocor dan nilai ESDD nya sehingga menurunkan nilai tegangan lewat denyarnya. Hal ini didapatkan dari pengujian dengan bahan uji dengan pengisi 10%. Pada keadaan bersih diperoleh tegangan lewat denyar sebesar 32.5 kv dengan nilai ESDD sebesar 0.0055 mg/cm 2 dan arus bocor sebesar 48.93 µa pada tegangan masukan 25 V. Sementara pada keadaan lama penyemprotan 6 menit diperoleh tegangan lewat denyar 29.1 kv dengan nilai ESDD sebesar 0.052 mg/cm 2 dan arus bocor sebesar 55.6 µa pada tegangan masukan 25 V. Dari pengujian arus bocor, pengukuran ESDD, dan tegangan lewat denyar maka bahan uji dengan pengisi 10% memiliki sifat isolasi yang paling baik diantara bahan uji lainnya. Kata kunci : Epoksi resin, Tegangan lewat denyar, Arus bocor, ESDD, Pasir Pantai Kukup. dalam penelitian ini yang akan diuji adalah isolator yang terbuat dari bahan epoksi resin, karena memiliki sejumlah kelebihan dibandingkan dengan isolator yang terbuat dari porselin dan kaca, antara lain dalam hal pembuatan dan berat bahan [1]. Meskipun mempunyai berbagai keunggulan yang dimiliki, material epoksi resin, umumnya rentan terhadap pengaruh lingkungan [2]. Sebagai pengisi epoksi resin digunakan pasir Pantai Kukup karena banyak mengandung unsur kalsium karbonat (CaCO 3 ). Kalsium karbonat merupakan unsur yang sangat melimpah di dunia ini. Sehingga memiliki nilai ekonomis yang tinggi. Dan merupakan unsur yang sangat stabil dalam hal kimiawi dan mekanis [3]. Meletusnya Gunung Merapi pada bulan Oktober 2010 menyebabkan terjadinya hujan abu vulkanik di wilayah Jogjakarta dan sekitarnya. Material abu vulkanik Gunung Merapi menyebabkan PLN terpaksa melakukan pemadaman listrik di beberapa pemukiman. Hal ini disebabkan oleh abu vulkanik yang menempel pada isolator dan instalasi jaringan kabel berpotensi menimbulkan arus hubung singkat. B. Dasar Teori 1. Epoksi Resin sebagai Bahan Dasar [4] Jenis epoksi resin yang digunakan pada penelitian ini adalah dyglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA). Struktur kimia dari DGEBA dapat dilihat sebagai berikut: I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Pada sistem tenaga listrik, mulai dari pembangkitan, transmisi sampai dengan distribusi ke konsumen, diperlukan suatu perlakuan yang benar agar sistem tersebut tetap aman. Agar aliran listrik tersebut mengalir sesuai dengan jalur yang dikehendaki, maka digunakan suatu alat yang mampu mengisolasi aliran listrik agar selalu berada dalam jalurnya yang disebut dengan isolator. Sampai sekarang ini, isolator yang banyak digunakan pada jaringan listrik adalah isolator yang terbuat dari bahan porselin dan kaca. Akan tetapi, Gbr.1- Struktur Kimia DGEBA 2. Pematangan pada Epoksi Resin [4] Pematang yang digunakan pada penelitian ini adalah metaphenylene-diamine (MPDA). Gbr.2- Struktur Kimia MPDA Perbandingan antara epoksi resin (DGEBA) dengan pematangnya/inisiatornya (MPDA) adalah 1:1, reaksi yang terjadi antara kedua bahan ini adalah sebagai berikut, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta, 28 Juli 2011 147
ISSN: 2085-6350 Teknis CITEE 2011 Gbr.3- Reaksi antara DGEBA dan MPDA 3. Bahan Pengisi [5] Untuk meningkatkan kinerja bahan isolasi padat diberikan bahan tambahan (pengisi) berupa pasir Pantai Kukup 325 mesh dicampur dengan silane. Divariasikannya bahan pengisi pada material isolasi diharapkan dapat memperbaiki kinerja isolasi, berupa pengurangan esdd dan arus bocor serta peningkatan tegangan lewat denyar. II. METODOLOGI PENELITIAN A. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah polimer epoksi resin, Silikon rubber, Pasir pantai Kukup, polutan abu vulkanik Gunung Merapi 200 gr, dan air destilasi (aquades) 1 Liter. Sementara alat yang digunakan adalah peralatan pengujian tegangan tinggi, sprayer, kompresor, thermometer, barometer, osiloskop dan kamera. B. Metode Penelitian Tabel.1- Faktor b θ ( o C) b 5 0.031556 10 0.02817 20 0.02277 30 0.01905 Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa nilai dari hasil pengukuran kadar polutan yang menempel pada permukaan isolator resin epoksi. Langkah-langkah perhitungan ESDD adalah sebagai berikut: σ 20 = σ θ [1-b(θ-20)] (1) θ = suhu larutan ( o C) σ 20 = konduktivitas pada suhu 20 o C (µs/cm) σ θ = konduktivitas pada suhu θ o C (µs/cm) b = faktor yang tergantung pada suhu θ, (tabel 1) Dari konduktivitas pada suhu 20 o C kemudian dapat ditentukan konsentrasi polutan dalam % dengan menggunakan persamaan: D = (2) D = konsentrasi polutan (%) σ 20 =konduktivitas polutan pada suhu 20 o C (µs/cm) ESDD dihitung dengan menggunakan persamaan: ESDD = 10 x V x (3) Gbr.4- Rangkaian pengujian tegangan lewat denyar Pengujian tegangan lewat denyar dilakukan dengan menaikan tegangan hingga tercapai kondisi lewat denyar. ESDD = Equivalent Salt Deposit Density (mg/cm 2 ) V = Volume air pencuci (ml) D 1 = Konsentrasi larutan sebelum ada polutan (%) D 2 = Konsentrasi larutan sesudah ada polutan (%) S = Luas seluruh permukaan isolator (cm 2 ) III. ANALISIS DAN PEMBAHASAN A. Pengujian Tegangan Lewat Denyar Berikut adalah tabel hasil pengujian tegangan lewat denyar: Tabel.2- Pengujian Tegangan Lewat Denyar (kv) Gbr.5- Rangkaian Pengujian Arus Bocor Pengujian Arus Bocor dilakukan pada tegangan masukan 5V, 10V, 15V, 20V dan 25V. Kemudian pengukuran nilai ESDD terlebih dahulu diukur nilai konduktivitas sebelum dan setelah bahan uji dicuci. Kemudian hasil tersebut kemudian dikoversikan ke suhu 20 o C dengan menggunakan faktor koreksi (b). Hubungan antara tegangan lewat denyar dengan lama penyemprotan polutan dapat dinyatakan dalam grafik gambar 6. 148 Yogyakarta, 28 Juli 2011 Universitas Gadjah Mada
ESDD. Bertambahnya lama penyemprotan pada bahan uji akan diikuti dengan kenaikan nilai ESDD. Dari grafik 7 terlihat bahwa bahan uji dengan pengisi 10% memiliki kinerja yang baik, ditunjukan oleh nilai ESDD yang lebih kecil dari bahan uji lainnya untuk seluruh keadaan penyemprotan. Hal ini menandakan bahwa bahan uji dengan pengisi 10% memiliki kekuatan untuk menolak polutan lebih baik dibandingkan bahan uji yang lain. Gbr.6-Tegangan lewat denyar vs lama penyemprotan Dari gambar 6 terlihat bahwa lama penyemprotan polutan abu vulkanik Gunung Merapi akan menyebabkan penurunan nilai tegangan lewat denyar. Semakin lama penyemprotan polutan maka semakin besar nilai penurunan tegangan lewat denyar. Hal ini terjadi karena pertambahan lama penyemprotan mengakibatkan konduktivitas permukaan bahan meningkat, sehingga resistansi permukaan bahan menurun, akibatnya tegangan lewat denyar akan menurun. Secara keseluruhan, bahan uji dengan pengisi 10% memiliki kinerja yang baik karena memiliki tegangan lewat denyar yang tertinggi diantara bahan uji yang lain. B. Pengukuran ESDD Berikut adalah tabel hasil pengukuran ESDD: Tabel.3- Pengukuran ESDD Hubungan antara pengukuran ESDD dengan lama penyemprotan polutan dapat dinyatakan dalam grafik gambar 7. Gbr.7- ESDD vs lama penyemprotan Lama penyemprotan polutan pada bahan uji akan memberikan dampak terhadap nilai ESDD. Lama penyemprotan polutan berbanding lurus dengan nilai C. Pengujian Arus Bocor Tabel.4- Pengujian arus bocor Pengisi Penyemprotan Tegangan (V) Arus Bocor (µa) 5 25.26 10 28.29 10% 0 menit 15 33.27 20 39.83 25 47.93 5 25.92 10 29.01 20% 0 menit 15 34.96 20 42.02 25 48.93 5 25.51 10 31.64 30% 0 menit 15 38.10 20 47.12 25 52.38 5 26.38 10 29.93 10% 2 menit 15 34.93 20 41.99 25 50.74 5 26.17 10 31.91 20% 2 menit 15 35.77 20 43.43 25 51.05 5 28.80 10 32.37 30% 2 menit 15 40.12 20 51.31 25 63.96 5 29.35 10 31.84 10% 4 menit 15 35.91 20 42.75 25 51.19 5 30.81 10 33.05 20% 4 menit 15 36.74 20 43.52 25 51.31 5 31.51 10 33.65 30% 4 menit 15 41.73 20 52.44 25 64.68 5 29.84 10 33.59 10% 6 menit 15 39.56 20 46.78 25 55.59 5 33.17 10 38.57 20% 6 menit 15 44.45 20 51.30 25 59.61 5 35.39 10 38.86 30% 6 menit 15 45.93 20 56.62 25 68.69 Universitas Gadjah Mada Yogyakarta, 28 Juli 2011 149
ISSN: 2085-6350 Teknis CITEE 2011 Dari tabel 3, dapat dibuat grafik hubungan antara nilai arus bocor dengan tegangan masukan untuk tiap bahan uji dengan pengisi 10%, 20% dan 30% dalam berbagai variasi lama penyemprotan sebagai berikut: rendah tegangan yang diberikan maka akan semakin rendah medan listriknya sehingga arus bocor yang terjadi juga akan semakin kecil. Sementara itu, semakin lama waktu penyemprotan polutan maka arus bocor yang terjadi akan semakin besar. Peristiwa ini terjadi untuk seluruh bahan uji. Hal ini dikarenakan nilai konduktivitas permukaan bahan uji akan naik dengan menempelnya polutan, sehingga arus bocor akan lebih cepat terjadi. Berikut adalah grafik perbandingan setiap jenis bahan uji untuk setiap lama penyemprotan polutan berdasarkan arus bocornya : Gbr.8-Arus bocor vs Tegangan masukan pengisi 10% Gbr.11-Arus bocor vs lama penyemprotan 0 menit Gbr.9-Arus bocor vs Tegangan masukan pengisi 20% Gbr.12-Arus bocor vs lama penyemprotan 2 menit Gbr.10-Arus bocor vs tegangan masukan pengisi 30% Pada pengujian arus bocor ini, tegangan masukan yang diberikan disamaratakan agar dapat mengetahui perbandingan arus bocornya. Dari gambar grafik diatas, terlihat bahwa semakin besar nilai tegangan masukan yang diberikan maka semakin besar arus bocor yang terjadi. Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh medan listrik yang ditimbulkan dari sisi tegangan tingginya. Jadi, semakin tinggi tegangannya maka akan semakin tinggi medan listrik dan arus bocornya. Semakin Gbr.13-Arus bocor vs lama penyemprotan 4menit Gbr.14-Arus bocor vs lama penyemprotan 6menit 150 Yogyakarta, 28 Juli 2011 Universitas Gadjah Mada
Pada grafik perbandingan setiap jenis bahan uji untuk setiap lama penyemprotan polutan berdasarkan arus bocornya, terlihat bahwa bahan uji dengan pengisi 10% memiliki kinerja yang lebih baik di antara bahan uji yang lain, karena arus bocor yang dihasilkan lebih kecil dari bahan uji yang lain dalam seluruh lama penyemprotan. Hal ini mengindikasikan bahwa bahan uji dengan pengisi 10% memiliki ketahanan terhadap polutan lebih baik daripada bahan uji yang lain IV. KESIMPULAN 1. Pada pengujian tegangan lewat denyar didapatkan hasil bahwa bahan uji dengan pengisi 10% memiliki tegangan lewat denyar tertinggi untuk seluruh keadaan penyemprotan. 2. Pada pengujian arus bocor bahan uji dengan pengisi 10% memiliki arus bocor yang paling rendah. 3. Pada pengukuran nilai ESDD, bahan uji dengan pengisi 10% memiliki nilai ESDD yang paling kecil dari bahan uji yang lain untuk seluruh keadaan penyemprotan. 4. Pada pengukuran nilai ESDD terlihat bahwa semakin lama polutan yang disemprotkan, maka nilai ESDD juga semakin meningkat. 5. Pengukuran tegangan lewat denyar dan arus bocor dipengaruhi oleh nilai ESDD. Nilai tegangan lewat denyar berbanding terbalik dengan nilai ESDD dan nilai arus bocor, semakin besar nilai ESDD, maka semakin besar pula arus bocornya sementara nilai tegangan lewat denyar akan menurun, karena dengan meningkatnya nilai ESDD maka nilai resistivitas dari permukaan bahan tersebut akan menurun sehingga menurunkan nilai tegangan lewat denyarnya. 6. Semakin besar nilai tegangan masukan yang diberikan maka semakin besar pula arus bocor yang terjadi pada bahan uji tersebut. Hal itu disebabkan karena adanya pengaruh medan listrik yang ditimbulkan dari sisi tegangan tingginya. Jadi semakin tinggi tegangannya maka akan semakin tinggi pula medan listriknya. [3] Azmi, M. A. R., 2008, The Effect of Calcium Carbonate and Calcined Clay Micro Filler Materials on The Electrical Characteristics of Polyvinyl Chloride for Cable Insulation, Faculty of Electrical Engineering, Universiti Teknologi Malaysia. [4] Suyatmoko, 2006, Pengujian Arus Bocor dan Komposisi Kimia Permukaan Pada Material Isolasi Berbahan Dasar Resin Epoksi dengan Pengisi Pasir Silika dan ATH Terkontaminasi Polutan Industri Gresik, Skripsi S1, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi FT UGM. Tidak Dipublikasikan. [5] Arrahman, Zet, 2006, Pengujian Arus Bocor dan Komposisi Kimia Permukaan Pada Material Isolasi Berbahan Dasar Resin Epoksi dengan Bahan Pengisi Pasir Silika dan ATH Terkontaminasi Polutan Standar IEC 507, Skripsi S1, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi FT UGM. Tidak Dipublikasikan. V. REFERENSI [1] Syafriyudin, 2009, Pengujian Kandungan ESDD dan Sifat Hidrofobik Bahan Isolasi Resin Epoksi dengan Bahan Pengisi Sekam Padi, Jurusan teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri Institut Sains dan Teknologi AKPRIND, Yogyakarta. [2] Jatmiko dan Asy ari, H., 2003, Tegangan Flashover pada Bahan Isolasi Resin Epoksi (DGEBA) yang Terpengaruh oleh Polutan Garam Parangtritis, Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. Universitas Gadjah Mada Yogyakarta, 28 Juli 2011 151