APLIKASI MATERIAL ISOLASI

BAB 5

APLIKASI MATERIAL ISOLASI

5.1 Pengenalan

Terdapat 4 prinsip area dimana isolasi harus digunakan:

1.      Antara koil dan bumi (fasa ke bumi)

2.      Antara koil dari fasa yang berbeda (fasa ke fasa)

3.      Antara lilitan dalam koil (inter-turn)

4.      Antara koil dari fasa yang sama (inter-coil)

Isolasi secara umum diklasifikasikan berdasarkan ketahanan panas. Performansi dari isolasi tergantung dari temperatur operasinya. Semakin tinggi temperatur, semakin tinggi tingkat kerusakan kimianya.

Material isolasi dikelompokkan dalam kelas-kelas berbeda O, A, B, dan C dengan batas temperatur 90°C, 105°C, 130°C untuk 3 kelas pertama dan tidak ada batasan khusus untuk kelas C. Kelas O dan A mencakup berbagai bahan organik tanpa dan dengan impregnasi. Kelas B dan C mencakup bahan anorganik dengan dan tanpa bahan pengikat.

Kategori baru dari IEC (International Electrotechnical Commission):

1. Kelas Y(dahulu O): 90°C: kertas, katun, sutra, karet alami, polyvinyl chloride, dll tanpa impregnasi.
2. Kelas A: 105°C: sama dengan kelas Y tetapi tidak diimpregnasi, ditambah nilon.
3. Kelas E: 120°C: Polythylene terephthalate(terylene fibre, melinex film), cellulose triacetate, polyurethanes, polyvinyl acetate enamel.
4. Kelas B: 130°C: mika, fibreglass(alkali free alumino borosilicate), bitumenized asbestos, bekalite, polyester enamel.
5. Kelas F: 155°C: sama dengan kelas B namun dengan alkyd dan epoxy based resins.
6. Kelas H: 180°C: sama dengan kelas B dengan silicone resin binder, karet silikon, aromatic polyamide(nomex paper and fibre), polymide film(enamel, varnish, and film) dan estermide enamel.
7. Kelas C: diatas 180°C: sama dengan kelas B namun dengan pengikat non-organik yang sesuai; teflon(polytetraflouroethylene)

5.2 Aplikasi pada transformator daya

Transformator adalah hal yang pertama berhadapan dengan kilat dan berbagai tegangan tinggi lainnya. Isolasi transformator harus dapat menahan tegangan sangat tinggi seringkali ketika frekuensi daya sedang mengoperasikan tegangan. Isolasi transformator dibagi atas:

a.       Konduktor atau isolasi turn to turn

b.      Isolasi kumparan ke kumparan

c.       Kumparan tegangan rendah ke isolasi bumi

d.      Kumparan tegangan tinggi ke isolasi kumparan tegangan rendah

e.       Kumparan tegangan tinggi ke isolasi tanah

Kumparan tegangan rendah ke tanah dan isolasi kumparan tegangan tinggi ke kumparan tegangan rendah biasanya terdiri dari tabung padat yang digabung dengan cairan atau gas pengisi. Cairan atau gas ini membantu untukmemindahkan panas dari inti dan struktur kumparan dan juga meningkatkan kemampuan isolasi. Isolasi antar turn langsung diaplikasikan pada konduktor sebagai pelapis organik pada transformator yang lebih sederhana. Pada transformator yang lebih besar kertas atau kaca dibalutkan pada konduktor segi empat. Pada isolasi lapisan ke lapisan, kumparan ke kumparan dan kumparan ke tanah, kertas Kraft digunakan pada transformator yang kecil, sedangkan ruang yang lebih tebal, serat kaca, porselen digunakan pada transformator kompleks.

Semua material, kertas mengandung oli, dan papan tekan digunakan secara luas pada transformator yang berisi cairan. Kelemahan stabilitas thermal pada temperatur tinggi membatasi pemakaian isolasi jenis ini sampai 105⁰C. Kertas dan bagiannya menyerap uap secara cepat dari atmosfer, isolasi jenis ini harus dijaga dari uap ketika tansformator aktif.

Oli transformator memberikan kekuatan dielektrik dan isolasi yang dibutuhkan dan juga mendinginkan transformator dengan cara mengelilingi inti dan struktur kumparan. Oli transformator, harus berada dalam bentuk cairan saat keadaan operasi komplek pada temperatur antara -40⁰C dan 50⁰C. Oli tersebut teroksidasi ketika bertemu oksigen pada suhu tinggi, dan hasil oksidasi dalam bentuk peroksida, asam organik dan lumpur. Hasil-hasil ini menyebabkan kemunduran kimia dari isolasi kertas dan bagian logam dari transformator. Lumpur yang banyak, mengurangi kemampuan transfer panas dari oli, dan juga lapisan isolasi panas pada struktur kumparan, inti dan dinding tangki. Pada transformator masa sekarang, efek oksidasi dikurangi dengan membuat desain untuk membatasi adanya oksigen. Hal ini dilakukan dengan cara (a). Transformator tertutup (b). Mengisi ruang udara dengan gas nitrogen, dan (c). Menyediakan penyerap oksigen seperti lempung aktif atau oksidasi aluminium.

Ketika arc discharge terjadi dalam tansformator, dekomposisi oli terjadi. Hasil dari dekomposisi terdiri dari hidrogen dan gas-gas hidrokarbon yang dapat menyebabkan ledakan. Dan isolasi oli transformator jarang digunakan dalam bangunan-bangunan atau lokasi berbahaya seperti tambang. Di bawah kondisi tipe kering dan askarel atau belerang hexaflorida (SF₆) digunakan pada transformator berisi gas. Askarel adalah suatu cairan fireproof dan merupakan nama umum dari sejumlah hidrokarbon aromatik sintetis klorin. Ini lebih stabil pada oksidasi dan tidak menghasilkan asam atau lumpur. Di bawah busur, mereka sangat stabil dan tidak memberi kenaikan pada gas yang mudah terbakar. Bagaimanapun juga, mereka menghasilkan asam hidroklorik yang beracun yang menyerang isolasi kertas. Ini dapat dihilangkan dengan timah atau tetraphenil. Bagaimanapun, jika arc sangat berat, asam hidroklorik tidak dapat diserap sepenuhnya. Untuk alasan-alasan ini isolasi gas transformator SF₆ sangat terkenal. Juga, askarel tidak dapat digunakan pada transformator tegangan tinggi, karena kekuatan impuls kertas askarel sangat rendah dibandingkan kertas oli. Dan juga, kekuatan dielektriknya berkurang sangat pesat pada suhu tinggi dan pada frekuensi tinggi mengeluarkan asam hidroklorik.

Bahkan saat ini tidak ada cairan transformator yang sempurna. Tahun belakangan, ada kemajuan pada cairan florokarbon dan gas SF₆. Bagaimanapun cairan-cairan ini tidak terlalu terkenal karena biayanya yang tinggi.

5.3 Aplikasi pada mesin berputar

Mesin berputar biasanya terbagi menjadi dua kategori: orang-orang dengan peringkat voltase kurang dari 6.600 V disebut mesin listrik tegangan rendah, dan yang lainnya adalah mesin bertegangan tinggi. Karena kesulitan isolasi tegangan tinggi, mesin di atas 22 peringkat KV tidak dibangun kecuali dalam kondisi khusus. Kelas Y dan C isolasi temukan pada aplikasi di mesin berputar. Kelas E yang secara luas digunakan dalam mesin tegangan rendah selama lebih dari 20 tahun sekarang sedang digantikan oleh F kelas yang dimaksudkan untuk mesin tegangan tinggi. Juga, F Kelas sedang semakin digunakan di tempat B. Jadi kelas kelas F tampaknya menjadi isolasi masa depan. kemajuan yang cukup besar telah dicapai dalam beberapa tahun terakhir, dalam mengurangi ukuran mesin untuk peringkat yang diberikan oleh penggunaan bahan H kelas, khususnya, untuk mesin kecil. Namun, biaya bahan kelas H (silikon, Teflon) sangat tinggi, dan karenanya mereka digunakan hanya dalam kondisi khusus seperti parah selama beban di motor traksi dan millmotors. Variasi bahan yang digunakan dalam mesin berputar modern ditabulasikan masuk.

Mika telah digunakan dalam industri listrik sejak awal. Biasanya. Mika tersedia dalam bentuk spittings sangat tipis. Oleh karena itu pasti akan lembaran pendukung kertas atau kain grade listrik kaca dengan agen pengikat yang cocok. Mika lembaran yang dihasilkan dikenal sebagai micanite. Sejak spiittings mika yang cukup luas permukaan yang besar tidak tersedia, metode yang berkembang untuk membuat kertas mika menggunakan mika dari berbagai ukuran. Kertas mika sehingga diperoleh tidak cukup kuat atau mandiri. Oleh karena itu, harus diberi dukungan dari kain kaca atau bahan perekat lain seperti epoxy resin. Epoxy resin kertas mika dibatasi secara ekstensif digunakan di kedua mesin rendah dan tegangan tinggi. Untuk sistem non-epoxy impregnasi pernis sangat penting untuk mengisi void dan juga bertindak sebagai penghalang terhadap kelembaban dan bahan kimia ada di atmosfer. Untuk tujuan ini pernis harus memiliki sifat yang membentuk sebuah film cukup flexiole perekat erat utuh dan belum. Pelarut dalam pernis tidak harus menyerang salah satu bahan isolasi yang digunakan, dan resin harus memiliki kompatibilitas jangka panjang dengan bahan-bahan tersebut.

Pemeliharaan sifat mekanik yang baik juga sama pentingnya untuk pengoperasian mesin yang handal. isolasi harus menahan exspension dan kontraksi selama siklus suhu di mesin besar. Efek ini menjadi sangat parah pada temperatur tinggi diamati pada kekuatan generator ukuran yang sangat besar. Pemeliharaan sifat mekanik yang baik dan ketahanan termal sangat penting dalam mesin tegangan rendah juga.