## EFEKTIFITAS PEMANFAATAN BATU ALAM BERSILIKA, SILANE, DAN VINYL SILANE SEBAGAI PENGISI BAHAN ISOLASI VAKUM KOMPOSIT RESIN EPOKSI UNTUK ISOLATOR LISTRIK
Moh Toni Prasetyo 1* , Solechan 2
1,2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Semarang Jl. Kasipah No.12 Semarang
*Email : toniprast@gmail.com

## ABSTRACT
Insulation  materials  that  commonly  used  in  air  insulation,  which,  is  operated  at  high voltage, are the porcelain, glass, and polymer materials. One of the insulating polymer materials that  are  used  is  epoxy  resin  because  it  has  several  advantages  compared  to  that.  However,  this insulation  material  has  a  degradation  of  the  surface  due  to  environmental  and  cause  insulation coated with dirt and chemicals in the long time.
This research was conducted on resin epoxy by comparison of MPDA, DGEBA, and filler (stone and silane) with a percentage value of 10%; 20%; 30%; 40% and 50%, sample size 120 x 50mm. vinyl silane is mixed as a coupling agent of composite materials. Vacuum method to left out void..
Research was done in laboratory according to standard IEC 587: 1984. In this study, the effect  of  variation  in  stoichiometry  to  the  hydrophobic  contact  angle  value,  leakage  current waveforms, and surface degradation caused by erosion and tracking processes and tracking time were analyzed.
From the results of the research, it was obtained that the epoxy resin that was used in this research are categorized as hydrofobik and partially wetted. The increase concentration of silane dan Kukup coastal sand as filler caused the increase in contact angle which meant the increase in surface insulation resistance, so that leakage currents flew on the surface not easily and slow down the aging or the degradation decreasing on the surface of insulating material. Concentration value of filler that had the optimal performance of the tracking process and erosion was 40%.
Keywords : angle of contact, epoxy resin, hidropobik, isolator, leaky current, materials filler

## 1. P ENDAHULUAN
Material  polimer  khususnya  resin epoksi  sekarang  ini  telah  digunakan secara  luas  sebagai  isolasi  peralatan tegangan tinggi karena mempunyai banyak  keunggulan  dibanding  dengan material  lain.  Sebagai  isolator  pasangan luar, kondisi lingkungan cukup berpengaruh    terhadap  material  isolasi (Jauhari,  E.,  2005).  Adanya  polutan  di
udara  dapat  menyebabkan  permukaan isolator  dilapisi  oleh  polutan  yang mengendap.  Saat  terjadi  hujan,  polutan pada permukaan isolator akan larut dalam air  dan  membentuk  jalur  konduktif  yang kontinyu  sehingga  dapat  menyebabkan arus  bocor.  Adanya  arus  bocor  ini menimbulkan panas yang akan mengeringkan  polutan  pada  permukaan isolator.  Hal  inilah  yang  menyebabkan
terbentuknya  pita  kering.  Adanya  pita kering  memicu  terjadinya  pelepasan muatan  ke  udara  dikarenakan  distribusi medan listrik pada pita kering lebih tinggi dibanding  daerah  lainnya  (Berahim,
Hamzah, 2005). Jika pita kering semakin meningkat,  maka  semakin  lama  akan menyebabkan  terjadinya flashover yang merupakan kegagalan suatu isolator. Dari fenomena  arus  bocor  dan  dampak  yang ditimbulkan seperti di atas melatarbelakangi  pentingnya  dilakukan penelitian  mengenai  arus  bocor  di laboratorium  (Chandrasekar,  S.  et.al., 2007),  khususnya  pada  material  resin epoksi  dengan  silane  dan  pasir  pantai Kukup sebagai pengisi.
Dalam  melakukan  penelitian terhadap  arus  bocor  pada  permukaan isolator  ini  digunakan  metode Inclined- Plane  Tracking ( IPT )  yang  diatur  dalam IEC  587:1984  (British  Standar,  1986).
Dalam  metode  ini,  sampel  material dengan ukuran tertentu diposisikan dengan  sudut  45°  dan  diberikan  cairan polutan  buatan  dengan  aliran  tertentu, sehingga  metode  ini  sangat  cocok  untuk merepresentasikan keadaan isolator pasangan luar di Indonesia yang memiliki curah hujan yang tinggi
Penelitian ini adalah penyempurnaan dari
penelitian sebelumnya  yang  menggunakan  material
dengan  pengisi  pasir  yang  berkalsium tinggi  yang  belum  menggunakan  sistem pem-vakuman  komposit    (Moh  Toni, 2012).

## 2. M ETODOLOGI P ENELITIAN

## A. Bahan Penelitian
Bahan  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah :
1. Polimer resin epoksi dengan DGEBA
( Diglycidyl  Ether  of  Bisphenol  A ) sebagai bahan dasar, MPDA ( Metaphenylenediamine ) sebagai bahan pengeras.
2. Batu alam yang bersilika
3. Silane (Lem  Kaca) , dan  pasir  pantai yang  banyak  mengandung  kalsium sebagai bahan pengisi/ filler .
4. Vinyl silane sebagai kopling agen
5. Polutan  berupa  NH 4 Cl  ( Ammonium Chloride ).
Tabel 1. Komposisi campuran resin epoksi, dan bahan pengisi/ filler

## B. Peralatan Penelitian
Peralatan  yang  digunakan  dalam penelitian ini meliputi:
1. Seperangkat  alat  pencetak  bahan uji  (kaca,  kertas  mika,  pengaduk, tempat mencampur bahan uji).
2. Seperangkat  alat  untuk  mengukur sudut kontak (Kotak lampu
dengan  lampu  1000W,  pipet  tetes 50µl,  tempat  menaruh  polutan, kaca)
3. Seperangkat  alat  untuk  pengujian
arus  bocor  (Elektroda  atas  dan elektroda bawah yang terbuat dari
alumunium ( stainless steel ),
support , untuk meletakkan sampel yang telah dijepit elektroda, kertas saring, pompa peristaltik
( peristaltik pump ))
4. Transformator  AC
5. Osiloskop
6. Alat Vakum komposit
7. Kamera
8. Seperangkat komputer
C. Langkah-langkah  Pengujian
C.1  Prosedur Pelaksanaan Penelitian
Penelitian ini dilakukan melalui beberapa  tahapan  dengan  standar  prosedur penelitian  sesuai  dengan  diagram  alir penelitian pada gambar 1.

## C.2  Pengujian Sudut Kontak
Pengujian sudut kontak ini dimaksudkan  untuk  mengetahui  sifat permukaan bahan uji. Sifat yang dimaksud  yaitu  sifat  hidrofobik.  Jika sudut yang didapat semakin besar, artinya besar kemungkinan bahan tersebut memiliki sifat hidrofobik. Semakin hidrofobik suatu permukaan bahan, maka semakin besar pula kekuatan bahan untuk menahan  air  agar  tidak  masuk  ke  dalam bahan (Amin, M. Et.al, 2007 Shaowu, W. et.al.,  2002,).  Langkah  pengujian  sudut kontak yaitu sebagai berikut.
Gambar 1 . Diagram Alir Penelitian Pengujian Persiapan Alat dan Bahan Perumusan Masalah, Tujuan Penelitian Studi Pustaka Pembuatan
Bahan Uji Pembuatan Rangkaian Uji
Penyiapan Kontaminan NH 4 Cl, Pemvakuman Pengaliran Kontaminan Pengujian Sudut Kontak Pengujian Arus Bocor Pengujian Foto Mikro Penyusunan Laporan Hasil Penelitian Mulai Selesai Pembersihan dan Pengeringan
1. Meletakkan sampel dan menghidupkan kamera, keduanya diposisikan sedemikian  rupa  sehingga  pada  layar kamera,  permukaan  sampel  tampak
seperti garis lurus.
2. Meneteskan  air  sebanyak  50  µl.  Air yang  diteteskan  ini  berupa  polutan yang akan digunakan.
3. Menghidupkan  sumber  cahaya  agar ketika  diambil  foto,  titik  air  pada permukaan sampel tampak jelas.
4. Memfoto  dengan  kamera  digital, sehingga  hasilnya  dapat  langsung dimasukkan ke dalam komputer untuk mendapatkan  besar  sudut  kontak  yang terukur.
Berikut  adalah  gambar  rangkaian pengujian sudut kontak.
Gambar 2 . Rangkaian penelitian sudut

## kontak
Hasil pengujian sudut kontak didapatkan  berupa  data-data  besaran sudut tiap masing-masing sampel.
Gambar 3. Penghitungan sudut kontak sampel

## C.3  Pengujian Arus Bocor
Pengujian arus bocor yang menghasilkan  proses tracking dan  erosi dari isolator polimer resin  epoksi dengan pengisi silane terkontaminasi  dilakukan melalui langkah-langkah berikut ini :
1. Meletakkan elektroda atas dan bawah pada  sampel.  Pada  elektroda  atas, sebelum dipasang pada sampel diberi kertas  saring  sebanyak  8  layer. Kemudian meletakkan sampel
tersebut pada  support sehingga bagian permukaan sampel menghadap  ke  bawah  dengan  sudut 45 0 terhadap sumbu horizontal.
Gambar 4. Penempatan elektroda pada bahan uji
2. Mengatur kecepatan aliran polutan pada 0,3 ml/menit, kemudian  mengalirkan  ke  sampel melalui  kertas  saring.  Fungsi  dari
penggunaan  kertas  saring  ini adalah agar terjadi aliran kontaminan  yang  uniform  dari elektroda  atas  sampai  elektroda bawah sebelum tegangan diaplikasikan. Nilai aliran polutan ini  berhubungan  dengan  tegangan aplikasi  dan  resistor  seri  yang sesuai dengan IEC 587:1984.
Gambar 5 . Diagram rangkaian penelitian
3. Menerapkan  tegangan  3,5  kV  pada sampel, yang didapatkan dari pembangkit  tegangan  tinggi  melalui elektroda  atas,  sedangkan  elektroda bawah dihubungkan dengan peralatan ukur.
4. Mengukur  arus  bocor  menggunakan osiloskop. Untuk mengatasi tegangan besar  masuk  ke  dalam  osiloskop, maka  digunakan  rangkaian  pembagi tegangan.

## C.4  Pengujian Degradasi Permukaan
Proses pengukuran degradasi permukaan  bahan  dilakukan  dengan menggunakan  foto  mikro  yang  pada
hakekatnya merupakan pengamatan terhadap  perubahan  struktur  penuaan bahan  uji,  dengan  prosedur  kerja  sebagai berikut :
1. Bahan  ditoto  dengan  menggunakan foto  biasa,  kemudian  dibandingkan setiap konsentrasinya.
2. Bahan difoto menggunakan foto makro  pada  bagian  terjadinya  jalur konduksi
3. HasiI  rekaman  film  dicetak  dalam bentuk foto gambar

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## A. Pengujian Sudut Kontak Hidropobik
Besarnya  sudut  kontak  permukaan bahan  terhadap  tetesan  cairan  diperoleh berdasarkan  hasil  pengamatan  langsung melalui  pemotretan  kamera  digital  yang kemudian disimpan pada komputer. Hasil pemotretan diolah menggunakan software Image Pro Plus untuk mendapatkan sudut kontak  pada  sisi  kanan  dan  sisi  kiri sampel uji yang diukur.
Hasil  pengukuran  dan  perhitungan sudut  kontak  hidrofobik  bahan  uji  resin epoksi  silaneterhadap  variasi  komposisi bahan  pengisi  dengan  polutan  NH 4 Cl dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2. Hasil Pengujian sudut kontak
Gambar 6. Grafik hubungan sudut kontak dan konsentrasi pengisi komposit resin epoksi
Dari  data  hasil  pengujian  dan Gambar  6  dapat  dilihat  bahwa  komposit resin  epoksi  yang  digunakan  pada penelitian  ini  bersifat  basah  sebagian ( partially  wetted )  dan  hidrofobik.  Nilai sudut  kontak  berkisar  antara  65°  sampai 91,5°  yang    bisa  dikategorikan  bersifat partially  wetted (basah  sebagian)  sampai hidofobik.  Sudut  kontak  yang  paling besar  adalah  resin  epoksi  RTV40.  Sifat hidrofobik  pada  material  resin  epoksi
didapatkan  dari  pengisinya  yaitu silane yang memiliki karakteristik menolak air.

## B. Pengujian Arus Bocor
Bahan  uji  ditempatkan  dengan sudut kemiringan 45 o . Pada penelitian ini,
polutan  NH 4 Cl,  dan  polutan  Pantai Parangtritis dengan kecepatan 0,3
ml/menit  mengalir  di  permukaan  bahan uji  melalui  kertas  saring  8  layer  yang dijepitkan  di  antara  bahan  uji  dan elektroda atas menuju ke bawah. Elektroda  atas  diterapkan  tegangan  AC 3,5 kV.
Hasil  pengujian  arus  bocor  ini ditunjukkan  oleh  gambar  gelombang tegangan pada osiloskop. Nilai
gelombang  tegangan  ini  merupakan tegangan masukan osiloskop dari rangkaian  pembagi  tegangan.  Rangkaian pembagi  tegangan  diperlukan  untuk mengatasi    input  tegangan  besar  masuk ke  dalam  osiloskop.  Besarnya  nilai  arus bocor  dapat dihitung menggunakan persamaan berikut.
I 1 = 0,0240735 V CF ….1 dengan :  I 1 = Arus bocor (A)
V CF = Tegangan  yang terbaca di osiloskop (V).
Hasil pengujian arus bocor komposit  resin  epoksi  dengan  variasi nilai konsentrasi pengisi sebagai berikut :
a)
b)
Gambar 7 a) Hasil pengujian arus bocor komposit resinepoksi RTV10 sampel 3. b) Hasil pembesaran 10x range saat sebelum breakdown
Berdasarkan  gambar  7,  dapat disimpulkan bahwa terjadi lucutan muatan  ( flashover )  pada  detik  ke-200.
Pelucutan  muatan  ini  ditandai  dengan adanya  perubahan  magnitude  arus  bocor secara  mendadak.  Pelucutan  muatan  ini terjadi  hingga  berkali-kali,  kemudian terjadi  kegagalan  isolasi  yang  ditandai dengan  gelombang  sinusoidal  arus  bocor pada detik ke-2087. Gelombang sinusoidal  ini  menunjukkan  bahwa  telah terjadi jalur konduksi utuh dari  elektroda tegangan tinggi ke elektroda pentanahan.
Hal  yang  seupa  juga  terjadi  pada variasi  nilai  konsentrasi  yang  lain,  tetapi yang  berbeda  pada  frekuensi  dan  waktu terjadinya flash  over sampai  terjadinya
breakdown.
Waktu  pengujian  arus  bocor untuk  polutan  NH 4 Cl  dapat  dilihat  pada tabel berikut.
Tabe1 3 . Waktu penjejakan permukaan ( tracking )
Dari  hasil  pengujian,  dapat  pula diperoleh  waktu  penjejakan  rata-rata masing - masing konsentrasi pengisi resin epoksi. Hubungan antara waktu penjejakan rata - rata dan nilai konsentrasi  komposit  resin  epoksi  dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Grafik hubungan waktu tracking dengan konsentrasi pengisi komposit
Dari gambar 8 diatas, dapat dilihat bahwa  kenaikan  nilai  konsentrasi  pengisi
% filler Early flash over time (s) Breakdown time (s) Tacking time (s) 10% 75 2950 2879
87
1905 1600
187 2180
1980
20% 50
1208 1246
400 1750
1406
310 2005
1750 30% 460 2157 1800 310 2960 2930
70 1870
2107 40% 200 2578 2486 630 2650 1990
190
2007 1978
50%
55 1800 1780
125 1300 1257
54 2157
1900
komposit resin epoksi cenderung menyebabkan
kenaikan waktu penjejakan.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa semakin tinggi konsentrasi pengisi
komposit  resin  epoksi  maka  proses terjadinya jalur konduksi dan jalur karbon pada  permukaan  bahan  isolasi  akan cenderung  semakin  lambat,  sehingga dapat memperlambat terjadinya degradasi permukaan.

## C. Pengujian Degradasi Permukaan
Untuk mengetahui degradasi permukaan dalam bentuk erosi, keretakan dan  pengapuran  diperlukan  suatu  cara untuk mengkarakterisasi permukaan.
Salah satu metode  yang digunakan untuk keperluan ini adalah teknik foto makro.
(a)                     (b)                     (c)
Gambar 9. Hasil foto (a) tanpa pembesaran
(b) makro10x  dan (c) makro 30x dari  permukaan sampel  komposit resin epoksi RTV30
Hasil foto makro permukaan sampel  komposit  resin  epoksi  yang digunakan pada peneiitian ini
menunjukan bahwa telah terjadi perubahan  struktur  pada  permukaan komposit isolator resin epoksi.

## IV. K ESIMPULAN
Berdasarkan  data  yang  diperoleh dan  hasil  analisis  data  yang  telah  diolah, maka dapat disimpulkan:
1. Kenaikan nilai konsentrasi batu bersilika, silane dan vinyl  silane sebagai  pengisi  komposit  resin  epoksi cenderung menyebabkan:
a. Kenaikan  sudut  kontak,  sudut kontak  yang  paling  besar  adalah resin  epoksi  RTV40  dengan konsentrasi  pengisi  20%  batu alam bersilika dan 20% silane dan perbandingan bahan pengeras
metaphenylene  diamine  (MPDA) bahan  dasar diglycidyl  ether  of bisphenol A (DGEBA) 1:1
dengan penambahan kopling agen vinyl silane b. Memperlambat terjadinya kegagalan isolasi atau
mempersulit terjadinya arus bocor permukaan  bahan  isolasi  epoksi resin.  Kenaikan  nilai  konsentrasi batu  alam  bersilika  dan silane sebagai pengisi menyebabkan kenaikan  sudut  kontak  yang berarti kenaikan resistansi
permukaan
bahan isolasi, sehingga  arus  bocor  tidak  mudah mengalir  di  permukaan  bahan isolasi. Kenaikan nilai konsentrasi pengisi  batu  alam  bersilika  dan silane tidak  akan  mempermudah terjadinya lompatan listrik
( flashover )  yang  akan  memicu terjadinya kegagalan isolasi.
c. Memperlambat  proses  terjadinya jalur  karbon  pada  permukaan bahan isolasi
d. Menurunkan kerusakan (degradasi) permukaan bahan
isolasi epoksi resin. Pola penjejakanterjadi  dari  elektroda tegangan  rendah  ke  tegangan tinggi.  Hal  ini  disebabkan  karena arah  aliran  elektron  secara  aktual adalah  dari  elektroda  negatif  ke elektroda positif
2. Nilai konsentrasi  batu  bersilika, silane dan vinyl silane sebagai  pengisi komposit akan berbanding lurus terhadap waktu penjejakan dan besarnya sudut kontak akan mempengaruhi waktu penjejakan,
berbanding  lurus  terhadap  waktu penjejakan.
Nilai  konsentrasi  batu  bersilika, silane dan vinyl silane sebagai pengisi komposit  resin  epoksi  yang  mempunyai
kinerja optimal terhadap proses penjejakan dan erosi adalah 40%

## V. D AFTAR P USTAKA
Amin, M. Et.al., 2007. Hidrophobicity of
Silicone Rubber Used For Outdoor Insulation ( An Overview)
Advanced Study Center CO.Ltd . Berahim,  Hamzah,  2005. Metodologi Untuk  Mengkaji  Kinerja  Isolasi Polimer Resin Epoksi Silane Sebagai Material Isolator Tegangan Tinggi di Daerah Tropis .  Disertasi.  Fakultas  Ilmu Teknik  Jurusan  Teknik  Elektro Universitas Gadjah Mada British  Standar,  BSi.,  1986 .  Metode  for Evaluating  Resistance  to  Tracking and Erosion of Electrical insulating  materials  used  under severe  ambient  conditions ,  IEC 587 :1982.
Chandrasekar, S. et.al.,  2007. Analysis of Surface  Degradation  of  Silicone Rubber Insulation Due To
Tracking  under  Different  Voltage Profiles ,  Elecr.Eug  (2007)  89  : 489-50 L Jauhari, E., 2005. Isolator Saluran Udara. Eri Jauhari-EnJ's Blog
Moh  Toni,  2012. Analisis  Degradasi Permukaan  Bahan  Isolasi  Resin Epoksi  dengan  Pengisi  Pasir
Pantai  yang  Banyak  Mengandung
Kalsium ,  Tesis,    Fakultas  Teknik
Universitas Gadjah
Mada,
Yogyakarta.
Moh Toni, 2014, Efektifitas Pemanfaatan
Pasir  Pantai  Berkalsium  Tinggi Sebagai  Material  Pengisi  Bahan
Isolasi Resin Epoksi Untuk
Isolator  Lstrik ,  Media  Elektrika,
Vol. 7 No.2,  Semarang Shaowu,  W.  et.al.,  2002, Hydrophobicity
Changing of Silicone Rubber
Insulators  in  Service ,  21,  rue
d'artois F-5008, Paris