REKAYASA IDE ILMU BAHAN LISTRIK
EBONITE SEBAGAI PENGGANTI ISOLASI KABEL DIDALAM TANAH Dosen Pengampu : Dr. Adi Sutopo, M.Pd, M.T
OLEH:
Paulinson Riki Marpaung
( 5173530022 )
Dean T.R.P. Manullang
( 5173530008 )
Dyki Setiawan
( 5173530011 )
PRODI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI MEDAN MEDAN, DESEMBER 2017 i
DAFTAR ISI
Halaman Sampul
i
Daftar Isi
ii
Ringkasan
iii
BAB 1 Pendahuluan
1
A. Latar Belakang Masalah
1
B. Tujuan dan Manfaat
2
BAB 2 Kerangka Pemikiran / Gambaran Umum
2
BAB 3 Metode Pelaksanaan
4
BAB 4 Pembahasan
4
BAB 5 Kesimpulan dan Saran
10
RINGKASAN Rekayasa ide ini disajikan untuk memudahkan masyarakat dalam menyelesaikan masalah yang sering terjdi di masyarakat umum. Seperti pada tatanan susunan kota yang saat ini sering terlihat. Selain itu, kesembrrautan
ii
tatanan kota menyebabkan seringnya terjadi kerusakan terutama pada kabel-kabel PLN yang banyak berlalu lalang di tengah perumahan masyarakat. Atas alasan inilah yang menjadikan para penyaji menyampaikan rekayasa idenya mengenai pembuatan kabel PLN dalam tanah. Pembuatan kabel PLN dalam tanah ini dilakukan dengan mengganti isolasi yang terdapat pada lapisan pembungkus kabel. Biasanya lapisan pembungkus kabel hanya terdiri dari lapisan tipis isolasi yang menggunakan bahan isolasi yang diserapi minyak bertekanan yang kurang tahan saat terkena air dan sinar matahari. Kemudian penyaji akan menjadikan bahan isolasi ini lebih tahan air dan sinar matahari dengan menambahkan lagi isolasi berbahan ebonite pada lapisan pembungkus kabel tersebut. Pembuatan kabel PLN dalam tanah ini dapat dilakukan dengan menggunakan tahapan-tahapan, yaitu mulai dari pembuatan bahan ebonite, pengambilan data langsung mengenai analisis kegagalan dan ketehanan kabel dengan isolasi bahan ebonite, hingga analisis data. Kemudian setelah dilakukannya serangkaian tahap-tahap penelitian ini, maka para penyaji pun berharap bahwa rangkaian ide ini dapat menjadikan kondisi tatanan kota lebih teratur lagi dan dapat mengurangi kerusakan-kerusakan yang disebabkan oleh kabel-kabel PLN yang biasanya sering tertimpa pohon, terkena banjir, dan lain sebagainya.
iii
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah
Penggunaan tiang listrik yang sekarang sudah kurang baik dan banyaknya kerusakan yang diakibatkan kurangnya ketahanan kabel serta kesemrautan tatanan kota sehingga sering terjadi korselting yang menyebabkan trafo meledak dan pemadaman listrik dan tidak rapinya tatanan kota. Dimana dalam memperbaiki kabel tersebut membutuhkan waktu yang cukup lama sehingga banyak pekerjaan yang memerlukan aliran listrik mejadi terhambat. Dan dampak dari terhamabatnya pekerjaan tersebut akan menghambat jumlah produksi dan menyebabkan pendapatan ekonomi berkurang, maka dari itu kami akan membuat kabel-kabel yang diatas tiang tersebut menjadi berada di dalam tanah agar tidak menggagu jalanan. Namun karena pembungkus kabel-kabel tersebut tidak dapat bertahan di dalam tanah dan cepat mengalami kerusakan maka dari itu kami membuat pembungkus tersebut dengan bahan dielektrik. Dimana bahan dielektrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang sangat kecil atau bahkan hampir tidak ada. Bahan dielektrik dapat berwujud padat, cair dan gas.Tidak seperti konduktor, pada bahan dielektrik tidak terdapat elektron-elektron konduksi yang bebas bergerak di seluruh bahan oleh pengaruh medan listrik. Medan listrik tidak akan menghasilkan pergerakan muatan dalam bahan dielektrik. Sifat inilah yang menyebabkan bahan dielektrik itu merupakan isolator yang baik. Dalam bahan dielektrik, semua elektron-elektron terikat dengan kuat pada intinya sehingga terbentuk suatu struktur regangan (lattices) benda padat, atau dalam hal cairan atau gas, bagian-bagian positif dan negatifnya terikat bersama-sama sehingga tiap aliran massa tidak merupakan perpindahan dari muatan. Karena itu, jika suatu dielektrik diberi muatan listrik, muatan ini akan tinggal terlokalisir di daerah di mana muatan tadi ditempatkan. Berdasarkan fakta di atas, penulis merumuskan solusi bagaimana cara meningkatkan ketahanan kabel listrik didalam tanah. Solusi tersebut disesuaikan dengan upaya pemerintah untuk mengurangi kerusakan bahan dielektrik dalam penggunaan kabel PLN didalam tanah.
1
B. Tujuan Dan Mafaat
Tujuan dari penulisan ini adalah untuk mengurangi terjadinya kerusakan pada trafo dan mengurangi terjadinya pemadaman listrik yang diakibatakan putusnya kabel-kabel pada tiang listrik, selain itu, penulis juga ingin menjadikan gagasan ide ini sebagai upaya pengendalian tatanan kota. Dan manfaat penulisan ini adalah agar mengurangi pemadaman listrik akibat putusnya kabel listrik yang berada pada tiang listrik. Dengan adanya bahan dielektrik sebagai pembungkus kabel yang ketahanannya mampu melindungi kabel didalam tanah. BAB II KERANGKA PEMIKIRAN / GAMBARAN UMUM
Bahan dielektrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang sangat kecil atau bahkan hampir tidak ada. Bahan dielektrik dapat berwujud padat, cair dan gas.Tidak seperti konduktor, pada bahan dielektrik tidak terdapat elektron-elektron konduksi yang bebas bergerak di seluruh bahan oleh pengaruh medan listrik. Medan listrik tidak akan menghasilkan pergerakan muatan dalam bahan dielektrik. Sifat inilah yang menyebabkan bahan dielektrik itu merupakan isolator yang baik. Dalam transmisi dan distribusi tenaga kabel listrik banyak dilakukan dengan banyak cara diantaranya melalui saluran udara (Over Head line) dan saluran kabel bawah tanah (underground transmission). Akan tetapi transmisi dan distribusi saluran udara menjadi sangat sulit untuk dilaksanakan khususnya pada daerah yang jumlah penduduknya banyak seperti di kota-kota dengan alasan beresiko tinggi dan mengurangi keindahan lingkungan, dan juga pengggunaan melalui saluran udara sangat beresiko pada daerah yang jangkauannya berada di pegunungan, karena cukup banyak resiko yang akan merusak saluran listrik tersebut seperti di pegunungan dan daerah yang banyak ditumbuhi pepohonan, hal ini sangat beresiko tinggi apabila terjadi pohon tumbang ataupun disebabkan peristiwa-peristiwa alam lainnya. Sehingga melalui saluran dibawah tanah merupakan salah satu cara yang cukup baik untuk menanggulangi permasalahan tersebut.
2
Namun agar penggunaan saluran listrik bawah tanah dapat dijalankan dengan baik, tentu saja kita harus bisa mempertimbangka ketahanan kabel listrik ang kita gunakan di dalam tanah nanti. Untuk itu, kita harus bisa membuat dan merancangkan kabel listrik yang dapat tahan lama dan awet di dalam tanah, dengan menammbah ketahanan kabel terhadap kejadian yang dapat membuat kabel listrik rusak sehingga transmisi listrik terganggu. Untuk itu, kami mencoba merancangkan pembuatan kabel llistrik yang tahan dan awet dalam penggunaannya di dalam tanah. Ide yang kami akan tuangkan dalam tulisan ini adalah penggunaan karet ebonite sebagai bahan dielektrik atau kabel listrik yang dapat bertahan dan kuat dalam penggunaanya sebagai lapisan tembaga sebagai konduktor jaringan listrik. Dalam penggunaan kabel bawah tanah ada beberapa bagian yang sangat penting dalam menjaga pemakaiannya yaitu penghantar, isolasi, tahir, dan selubung. Namun dalam tullisan ini kita akan lebih endalami dalam pemakaian dan penggunaan isolasinya yaitu yang kita gunakan ebonite sebagai isolasinya. Isolasi merupakan bagian utama kabel yang berfungsi mencegah terjadinya hubung singkat
pada kabel. Salah satu gangguan pada penyaluran
tenaga llistrik dapat menggunakan kabel tanah adalah terjadinya kerusakan pada lapisan isolasi. Bahan isolasi disesuaikan engan kemampuan kabel sehingga dalam istalasi suatu kabel, harus disesuaikan penggunaanya. Secara umum isolasi harus mempunyai sifat sebagai berikut:
Ketahanan dielektrik yang tinggi
Tahanan jenis yang tinggi
Dapat bekerja pada temperature tinggi atau rendah
Tidak menghisap air dan uap air
Mudah dibengkok-bengkokkan (fleksibel)
Tidak mudah terbakar
Sanggup enahan tegangan impuls yang tinggi
3
Dari semua sifat yang harus dipenuhi untuk menjadi isolasi yang baik, ebonite memiliki sifat yang cenderung kaku. Untuk itu, sifat kekakuan pada ebonite harus kita kurangi dengan cara menambah bahan karet alami dalam pembuatan ebonite agar dapat digunakan sebagai isolasi kabel listrik bawah tanah yang baik. Serta untuk mengurangi dan memperkecil daya serap ebonite pada air dan uap air, ebonite dapat dicampur dengan suatu cairan minyak yang berfungsi untuk membuat tidak menyerap air maupun uap air. Sehingga ebonite, dapat menjadi isolasi yang sangat baik dalam penggunaanya sebagai isolasi kabel listrik dalam transmisi saluran bawah tanah. Karena transmisi listrik dengan melalui bawah tanah sangat mengurangi resiko terjadinya kerusakan-kerusakan jaringan listrik daripada dibandingkan degan penggunaan jaringan listrik dalam saluran udara. BAB III METODE PELAKSANAAN
Bahan/Materi Penelitian Ebonit (hard rubber) dibuat dari karet alam dan ataupun karet sintetis (butadiene rubber, styrene butadiene rubber, nitril butadiene rubber) yang dicampur dengan belerang dalam jumlah mencapai 25-60 bagian perseratus bagian karet. Penelitian ini dilakukan dengan melalui tahap-tahap sebagai berikut : 1.
Melakukan pembuatan bahan ebonite sebagai pengganti bahan isolasi pada kabel.
2.
Pengambilan data langsung dengan menganalisis kegagalan dan ketahanan isolasi bahan dielektrik (ebonite) pada kabel.
3.
Analisis data
4
BAB IV PEMBAHASAN
Bahan dielektrik ideal adalah bahan yang tidak memiliki muatan bebas. Medan listrik menimbulkan gaya pada setiap partikel bermuatan. Muatan positif dan negatif dari setiap molekul berpindah dari letak kesetimbangannya ke arah yang berlawanan. Tetapi, perpindahan ini dibatasi oleh gaya pemulih yang kuat yang terjadi akibat perubahan susunan muatan dalam molekul. Perpindahan relatif muatan positif dalam dielektrik terhadap muatan negatif, menyebabkan dielektrik tersebut terpolarisasi. Besarnya polarisasi tidak hanya bergantung pada medan listrik, tetapi juga pada sifat molekul penyusun bahan dielektrik tersebut. Dengan adanya sifat melemahkan medan listrik awal, dielektrik merupakan isolator, bersifat inert (lembam) dalam medan listrik dan memiliki kekuatan dielektrik. Kekuatan dielektrik dapat didefinisikan sebagai tekanan dielektrik maksimum yang dapat mengalirkan arus listrik dalam bahan dielektrik atau ukuran ketahanan suatu material terhadap tegangan tinggi tanpa berakibat terjadinya kedadalan listrik (electrical breakdown). Kedadalan listrik umumnya terjadi akibat adanya pengotor, retak, garit (flaw), dan ketaksempurnaan lainnya, dan bukan merupakan karakteristik listrik bawaan material tersebut. Ketika medan listrik memasuki bahan dielektrik, dan mencapai medan kritisnya, medium mengalami dielectric breakdown, sehingga aliran arus dapat mel ewati dielektrik. Ebonit merupakan salah satu dari bagian bahan dielektrik. Ebonit adalah karet kaku yang dibuat dari karet alam yang ditambah dengan belerang (30-40%), kemudian dipanaskan agar terjadi ikatan silang antarmolekul dengam belerang. Terbentuklah bahan seperti resin yang kaku dan hitam. Ebonit bersifat resistan terhadap alkohol, gliserol, aseton, dan hidrokarbon alifatik lainnya. Ebonit mempunyai sifat fisik relative bagus antara lain kuat tarik, ketahanan pukul, kekakuan pada suhu normal, daya tahan terhadap listrik dan daya tahan terhadap bahan-bahan kimia serta cairan yang bersifat korosif dan stabil pada kondisi lembab. Bahan ini digunakan secara luar digunakan sebagai komponen dari alata listrik atau untuk industri kimia. Ebonit (hard rubber) dibuat dari karet alam dan ataupun karet sintetis (butadiene rubber, styrene butadiene rubber, nitril butadiene rubber) yang 5
dicampur dengan belerang dalam jumlah mencapai 25-60 bagian perseratus bagian karet kemudian divulkuanisasi dengan cara pemanasan alam waktu yang relative lama. Bila vulkuanisasi dilakukan pada suhu 100
℃
maka dierlukan
waktu sampai 10 jam, sedangkan jika pada suhu 155 ℃ diperlukan waktu sekitar 3-5 jam. Ebonite bersifat resistan terhadap alcohol, gliserol, aseton dan hidrokarbon alifatik lainnya. Ebonite merupakan bahan yang mmempunyai sifat fifik relative bagus antara lain kuat tarik, ketahanan pukul, kekakuan pada suhu normal, daya tahan terhadap listrik dan dayan tahan terhadap bahan-bahan kimia serta cairan yang cersifat korosif dan stabil pada kondisi lembab. Oleh karna itu ebinit sangat cocok untuk keperluan pembuatan alat-alat listrik atau komponen pesawar telpon, mesin tekstil dan sebagai rancangan kita yang akann kita gunakan sebagai bahan dielektrik sebagai kabel listrik dalam transmisi saluran bawah tanah. Untuk meminimalkan kabel di atas permukaan tanah dengan tujuan untuk menghindari pemadaman listrik akibat gangguan dari kegiatan publik dan demi keindahan tatanan kota, dapat diatasi dengan pembuatan saluran kabel bawah tanah (underground transmission). Dalam gagasan ini, bahan dielektrik yang digunakan sebagai pelindung pada kabel adalah ebonit. Konstruksi Kabel Bawah Tanah
Sebagai penghantar, konstruksi kabel ada dua bagian yaitu : a. Bagian utama : yaitu bagian yang harus ada pada setiap kabel anta ra lain : -
Penghantar (conduktor)
-
Isolasi (Insulation)
-
Tabir (screen)
-
Selubung (Sheath)
b. Bagian pelengkap yaitu : bagian yang hanya di pergunakan untuk memperkuat (memperbaki) sifat – sifat kabel tenaga atau untuk melindungi kabel tenaga antara lain yaitu : -
Bantalan (bedding)
-
Perisai (armour)
6
-
Bahan pengisi (filler)
-
Sarung kabel (serving)
Gambar II.10. Bagian Utama dari Kabel Keterangan 1. Selubung 2. Isolasi 3. Penghantar 4. Tabir
Gambar II.11. Bagian pelengkap dari kabel Keterangan 1. 2. 3. 4.
Sarung kabel Perisai Bantalan Bahan pengisi
7
a.
Bagian Utama 1. Penghantar (konduktor) Berdasarkan dari inti kabel, maka sebagai penghantar yang banyak di pakai adalah -
Tembaga : yaitu kabel tembaga polos (plain wire) tanpa lapisan dan kawat tembaga berlapis timah atau (finned lopper wire).
-
Aluminium
:
dalam
penggunaan
kabel,
untuk
penghantar
aluminium terdiri : penghantar bulat tanpa rongga, penghantar bentuk sektoral penghantar bulat berongga. 2. Isolasi Isolasi adalah sifat atau bahan yang dapat memisahkan secara elektris beberapa buah penghantar yang berdekatan, sehingga tidak terjadi kebocoran arus. 3. Tabir (screen) Tabir adalah suatu lapisan yang ada pada kabel yang di pasang sesudah bahan isolasi, dimana tabir ini biasa di jumpai pada kabel tegangan tinggi. 4. Selubung (sheath) Selubung (sheath) di gunakan untuk melindungi inti kabel dari pengaruh luar, seperti : pelindung terhadap korosi, penahan gaya mekanis, mencegah keluarnya minyak dan mencegah masuknya uap air (cairan) kedalam kabel. b.
Bagian Pelengkap 1. Bantalan (Bedding) Bantalan (bedding) adalah lapisan yang terbuat dari serat – serat yang berguna untuk tempat duduk perisai (armour) dan mencegah proses elektrolisa sehingga tidak merusak bagian dalamnya. 2. Perisai (Armour) Perisai (armour) ini berfungsi untuk melindungi bahan isolasi dari kerusakan mekanis. 3. Bahan Pengisi (Filler)
8
Bahan pengisi biasanya di pakai pada konstruksi kabel yang berinti tiga yaitu di gunakan untuk mengisi ruang (celah) yang kosong sewaktu pemasangan intinya, sehingga dapat bentuk bulat.
4.
Sarung kabel (serving) Sarung kabel adalah suatu lapisan bahan serat yang di resapi dengan campuran kedap air. Sarung kabel ini biasanya dipasang diatas armour, yang berfungsi adalah selain untuk bertahan bagi perisai, juga sebagai kompnen yang berhubungan langsung dengan tanah, sehingga sarung kabel adalah bagian pertama yang berhubungan dengan (serkena) pengaruh luar.
Kabel
yang
akan
dipasang
dalam
tanah,
pada
mulanya
hanya
menggunakan isolasi kertas yang diserapi minyak (oil impranated ) namun bahan ini tidak tahan air dan sinar matahari. Dengan mengganti
menggunakan isolasi
menggunakan bahan ebonite yang diserapi minyak bertekanan akan menjadikan bahan isolasi ini lebih tahan air dan sinar matahari. Bahan isolasi ini digunakan sebagai pelindung luar kabel. Teknik penyambungan kabel berisolasi bahan ebonite
Teknik Panas Ciut (Heat Strink), isolasi berupa ebonite bahan tipis dan fleksibel diselongsongkan pada konduktor kabel yang akan disambung. Selongsong isolasi ini kemudian dipanasi dan setelah selesai pemanasan akan menciut lalu mencengkeram konduktor kabel bersangkutan, kemudian sambungan konduktor kabel ini diletakkan dalam kotak sambungan yang kedap air dan kotak sambung ini berfungsi juga sebagai pelindung mekanis. Dengan menggunakan teknik ini akan tidak aka nada air yang akan masuk melewati bhannisolasi pelindung kabel sehingga dapat mencegah terjadinya arus pendek, akibat terjadi konsleting pada kabel yang tekena air.
9
Gambar Kabel dengan menggunakan bahan isolasi ebonite
Penghantar tembaga
Isolasi (ebonite)
Lapisan pembungkus inti
Perisai besi atau baja
Selubung (ebonite)
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Pada rekayasa ide yang disajikan oleh penyaji di atas dapat terlihat jelas bahwa dalam pembuatan kabel PLN dalam tanah, penyaji ingin memperkuat ketahanan kabel PLN dalam tanah ini terletak pada lapisan pembungkus kabel yang biasanya hanya terbuat dari isolasi yang diserapi minyak bertekanan akan menjadikan bahan dari isolasi bahan ebonite ini
lebih tahan air dan sinar
matahari. Sehingga kabel PLN yang biasanya digunakan di dalam tanah itu
10
mengandung bahan yang ketahannannya kurang saat tanah tersebut terkena sinar matahari dan air menjadi sebuah kabel yang memiliki ketahannan yang lebih tinggi. Kabel inilah yang kemudian dapat dijadikan kabel PLN dalam tanah. Dengan kabel PLN yang telah diletakkan di dalam tanah ini, diharapkan akan menjadikan lingkungan kota lebih rapi dari biasanya. Selain itu, karena diletakkannya kabel PLN dalam tanah ini juga yang akan diharapkan dapat mengurangi terjadinya korsleting arus listrik baik yang disebabkan oleh badai, pohon tumbang, banjir,dan bencana lainnya.
11
12
