Isolasi adalah salah satu bentuk peralatan tegangan tinggi yang berfungsi sebagai tahanan atau pelindung agar tidak terjadi tembus yang tidak diinginkan. Secara umum isolasi dibagi menjadi 3 (tiga) macam yaitu isolasi padat, cair dan gas

Pengertian Isolator Cair

Bahan isolasi cair ini biasanya digunakan pada peralatan seperti transformator, pemutus beban, rheostat. Bahan isolasi cair memiliki dua fungsi yaitu sebagai p e misah a nta ra b agi an ya ng be rt ega ng an a tau pengi sol asi d an ju ga seb ag ai pendingin. Persyaratan agar bahan cair dapat digunakan sebagai bahan isolasi adalah mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas yang tinggi . Beberapa alasan digunakannya bahan isolasi cair adalah sebagai berikut:

I s o l a s i c a i r m e m i l i k i k e r a p a t a n 1 0 0 0 k a l i a t a u l e b i h d i b a n d i n g k a n d e n g a n isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen.

Isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat r u g i e n e r g i .

Isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing ) jika terjadi p e l e p a s a n m u a t a n ( discharge). Namu n k eku r ang an utam a isol asi c air ad a lah mudah terkontaminasi.

2. Penerapan Isolasi Cair

a. Minyak Transformator

Min ya k tr ans form at or ad al ah m in ya k miner al ya ng dipe rol eh de nga n pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya, minyak ini karena pengaruh panas dari rugi-rugi di dalam transformator akan timbul hidrokarbon. Selain berasal dari minyak mineral, minyak transformator dapat pula yang dapat dibuat dari b ah an o rga nik, misaln ya mi n ya k t ra fo pi r anol, silic o n. S eb ag ai b ah an

isolasi , minyak transformator harus mempunyai tegangan tembus yang tinggi. Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.

Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

Kekuatan isolasi tinggi.

P en ya l u r p ana s ya ng bai k m emilik i b er at j enis ya n g k eci l, sehin gg a pa rtik el - partikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.

Visko sit as ya n g r end ah a ga r l ebih mu dah ber sirk ula si da n kem am pu an pendinginan menjadi lebih baik.

Titik n ya la ya ng ti ng gi, tida k muda h men g ua p ya ng d ap at memb ah a ya ka n.

Tida k me rus ak ba ha n isolasi pa dat .

S i f a t k i m i a y a n g s t a b i l . Sebagai bahan isolasi, minyak transfomator harus mempunyai tegangan tembus yang tinggi. Pengujian tegangan tembus minyak transformator dapatdilakukan dengan mengunakan peralatan seperti ditunjukanpada gambar di bawah ini.

Alat pengujian tegangan tembus minyak transformator

Jarak elektoda dibuat 2,5 cm, sedangkan tegangannya dapat diatur dengan menggunakan autotransformator sehingga dapat diketahui tegangan sebelum saat terjadinya kegagalan isolasi yaitu terjadinya loncatan bunga api. Loncatan bungaapi dapat dilihat lewat lubang yang diberi kaca. Selain itu dapat dilihat dari voltmeter tegangan tertinggi sebelum terjadinya kegagalan isolasi (karena setelah terjadinya kegagalan isolasi voltmeter akan menunjukan harga nol). Tegangan tembus nominal minyak transformator untuk tegangan kerja tertentu dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tegangan tembus standar minyak transformator

Tegangan kerja

Tegangan tebus (kV) untuk jarak 2,5 mm

Minyak baru Sedang dipakai

Di atas 35 kV 40 35

6 s/d 35 kV 30 25

Di bawah 6kV 30 20

Berdasarkan standar yang dikeluarkan oleh ASTM yakni dalam standar D-877 dis e bu tkan b ahw a s uat u b ah an is ola si h ar u s memilik i te ga nga n te mbus s eb es ar ku ra n g lebih 30 kV unt uk leb ar s el a ele ktro da 1 m m, d eng a n kat a l ain kekuatan dielektrik bahan isolasikurang lebih 30 kV/mm. Sedangkan menurut stan d a r AS TM D -1 816 s uat u ba han isol as i h a r us mam pu m en ah a n teg ang an se bes a r 28 V untuk s uat u leb ar s ela ele ktr oda s eb e s ar1,2 mm. S tand ar ini meru p a ka n stand a r yang dit erim a se c ar a inte rna sion al d an har us di pen uhi ol e h suatu bahan yang dikategorikan sebagai suatu bahan isolasi.

Kegunaan minyak trafo adalah selain untuk bahan isolasi juga sebagai media pendingin antara kumparan kawat atau inti besi dengan sirip pendingin. Untuk minyak isolasi pakai berlaku untuk transformator berkapasitas > 1 MVA atau bertegangan >30 kV.

Minyak Transformator

b. Minyak Kabel

Minyak kabel juga merupakan salah satu hasil pemurnian minyak bumi. Minyak kabel digunakan untuk memadatkan

penyekat kertas pada kabel tenaga ,kabel tanah, dan terutama kabel tegangan tinggi, kecuali untuk menguatkan baik daya sekat mekanisnya, penyekat kertas, juga

untuk menjaga atau menahan air supaya tidak meresap. sekaligus sebagai elektrikum .

Pada dasarnya penyekat bentuk cair digunakan sebagai bahan pembersih pada alat-alat listrik misalnya pada reustak. Hal ini banyak difungsikan sebagai pengisolasi atau bahan pengisi seperti pada minyak trafo yang merupakan pemurni bahan- bahan mineral. Oleh karena itu bahan isolasi bentuk cair banyak digunakan karena memiliki daya tembus tinggi dan daya hantar yang kuat. Adapun kendala–kendala yang biasa menghambat kerja yaitu misalnya pada minyak trapo biasa terdapat air dan asam.

c. Cairan Sintesis

Di samping bahan–bahan tersebut di atas terdapat pula isolasi cair sintesis yang juga digunakan pada teknik listrik. Isolasi cair sintesis yang sering digunakan pada teknik listrik adalah cairan yang berisi chloor (hidrokarbon) seperti difenil (CH) dimana 3 sampai 5. Atom hydrogen diganti dengan atom chloor .Bahan–bahan ini diantaranya adalah sovol, askarel, araclor, pyralen, shibanol.

Sovol adalah bahan cair yang agak kental ,tidak berwarna, massa jenisnya. Lebih besar dari minyak trafo. dan tegangan tembusnya hampir sama dengan minyak trafo dan permiabilitasnya lebih tinggi .

Sovol yang dicampur dengan sedikit trichlobenzena (CHCL)untuk mengurangi kekentalannya sehingga diperoleh bahan baru yang disebut sovtol. Karena sovol dan sovtol tidak terbakar bila dengan udara dan tidak menyebabkan ledakan. Maka itu trafo yang diisi sovtol tidak berisiko kebakaran dan ledakan sehingga sovtol tidak digunakan pada isolasi pada pemutus dan juga bahan ini beracun sehingga penggunaanya harus hati –hati

Senyawa Hidrokarbon

Senyawa hidrokarbon adalah senyawa kimia yang terdiri dari unsur-unsur hidrogen dan karbon. Senyawa hidrokarbon yang merupakan bagian terbesar dari minyak dapat dibagi atas tiga kelompok besar yaitu senyawa parafin, senyawa naphtena, dan senyawa aromatik

Minyak Isolasi Sintetis

Penggunaan minyak islasi mineral masih memiliki keterbatasan karena memiliki sifat yang mudah beroksidasi dengan udara, mudah mengalami pemburukan

serta sifat kimianya yang dapat berubah akibat kenaikkan temperatur yang terjadi ketika memadamkan busur api saat peralatan beroperasi. Penggunaan minyak isolasi sintetis untuk masa akan yang datang diharapkan mampu menutupi keterbatasan – keterbatasan minyak isolasi mineral. Oleh sebab itu saat ini banyak dikembangkan penelitian – penelitian tentang kemungkinan pemakaian dari beberapa jenis minyak isolasi sintetis pada peralatan tegangan tinggi.

Minyak isolasi sintetis adalah minyak isolasi yang diolah dengan proses kimia untuk mendapatkan karakteristik yang lebih baik. Sifat – sifat penting dari minyak isolasi sintetis bila dibandingkan dengan minyak isolasi mineral adalah :

1. Kekuatan dielektriknya diatas 40 kV.

2. Harganya murah, sukar terbakar, dan tidak mengendap.

3. Berat jenisnya adalah 1,56 dan jika dicampur dengan air, minyak isolasi berada di bawah permukaan air sehingga mempermudah dalam proses pemurnian dan pemisahan kadar air dalam minyak.

4. Mempunyai daya hantar panas yang sama dengan minyak isolasi mineral.

5. Pada kondisi pemakaian yang sama dengan minyak mineral, uap lembab akan menyebabkan oksidasi yang berlebih serta penurunan kekuatan dielektrik lebih cepat pada minyak sintetis bila dibandingkan dengan minyak mineral akan tetapi karena umurnya lebih panjang dan sifat pendinginnya lebih baik, maka pada beberapa pemakaian minyak isolasi sintetis banyak digunakan.

Berikut adalah jenis – jenis minyak isolasi sintetis :

1. Askeral

Askeral adalah minyak isolasi sintetis yang tidak mudah terbakar apabila terjadi percikan api dan tidak menghasilkan gas yang mudah terbakar. Salah satu jenis askeral yang banyak digunakan adalah dari jenis chlorinated hidrokarbon. Chlorinated hidrokarbon adalah hasil senyawa dari hidrokarbon seperti benzene (C6H6) dan diphenyl (C6H5 - C6H5) dengan atom clor (Cl) pada suhu tinggi sehingga sebagian atom hidrogen diganti oleh clor.

Kelebihan – kelebihan dari minyak askeral adalah :

- Mempunyai kekuatan dielektrik yang lebih tinggi

- Mempunyai sifat thermal, sifat kimia, dan sifat listrik yang stabil

Tetapi disamping itu minyak askeral memiliki kelemahan yaitu apabila terjadi percikan api dapat menghasilkan asam klorida (HCL) yang bersifat korosif pada logam.2. Silikon Cair ( Silicon Liquids )

Minyak isolasi silikon cair adalah campuran dari atom silikon (Si) dan oksigen (O2) dengan bahan organic seperti methyl dan penhyl. Minyak isolasi silikon sebagai bahan isolasi cair mempunyai ketahanan yang baik terhadap temperatur yang tinggi yaitu sekitar 200 ºC, mempunyai permitifitas yang rendah (2,20-2,27) dan juga tahan terhadap tegangan dengan frekuensi yang tinggi sampai 1 MHz. Oleh karena sifat dielektrik tersebut silikon cair digunakan pada peralatan radar, penerbangan, dan

transformator radio. Silikon cair juga digunakan untuk isolator keramik dengan tujuan memperbesar tahanan permukaan isolator.

Kekurangan dari isolator cair adalah menghasilkan gas yang banyak apabila terjadi percikan api yang akan menurunkan kekuatan dielektriknya. Selain itu minyak isolasi ini relatif mahal sehingga jarang digunakan pada transformator tenaga yang besar.3. Flourinasi Cair ( Flourinated Liquids)

Flourinasi cair adalah jenis minyak isolasi yang bahan dasarnya adalah senyawa organik yang sebagian atom karbonnya telah diganti dengan atom flour (F). Dalam beberapa tahun ini telah dikembangkan beberapa senyawa flour organik, diantaranya adalah (C4H9)3N dan (C4F9)2O. Cairan ini mempunyai sifat kimia yang sangat stabil dan dapat digunakan secara kontiunitas pada suhu 200 ºC bahkan lebih. Secara umum karakteristik listrik dari flourinasi cair adalah :

• Tg δ tidak lebih dari 0,0005

• Resistivitas berkisar antara 1014 - 1017 Ω.cm

• Konstanta dielektrik 1,77 – 1,86

Cairan flour organik mempunyai transfer panas yang lebih baik dari minyak isolasi tambang dan juga dari minyak isolasi silikon. Penggunaan minyak isolasi ini adalah pada peralatan elektronika dan transformator elektronik.

Kekurangan dari minyak isolasi ini adalah penurunan sifat – sifat dielektriknya yang disebabkan kandungan uap air dan mempunyai sifat mudah

menguap. Minyak fluorinated mempunyai harga yang relatif lebih mahal dibandingkan dengan minyak mineral.4. Ester Sintetis

Jenis minyak ini adalah minyak isolasi cair yang diolah sedemikian rupa dari minyak paraffin untuk mendapatkan karakteristik elektrik yang lebih baik. Sehingga didapatkan sifat – sifat seperti dibawah ini :

• Mempunyai sifat thermal yang lebih stabil

• Tidak mudah terbakar

• Dapat digunakan diatas suhu 300 ºC

Ester yang digunakan dalam kelistrikan adalah terbuat dari proses kimia yang lebih bersih seperti pentaerythrinol dan asam heptanoik. Hasil dari esterifikasi adalah minyak putih yang mempunyai struktur molekul yang simetris dan terbebas dari kandungan ionik, sehingga mempunyai karakteristik listrik yang lebih baik.