Perbaikan kinerja isolator keramik tegangan tinggi pasangan luar menggunakan pelapis Room Temperature Vulcanized (RTV) silikon dengan aditif nano silika

Prof. Dr. Ir. Suwarno, MT.
School of Electrical Engineering and Informatics

Dr. Eng. Rachmawati, S.T., M. Eng.
School of Electrical Engineering and Informatics

Retno Aita Diantari, S.T., M.T.
School of Electrical Engineering and Informatics

Della Vega Zulfa, S.T., M.T.
School of Electrical Engineering and Informatics

Abstract

Indonesia menghadapi tantangan keandalan sistem transmisi listrik akibat polusi di wilayah industri dan pantai. Penelitian ini meningkatkan kinerja isolator keramik tegangan tinggi dengan pelapis Room Temperature Vulcanized (RTV) silikon yang mengandung nano silika (nSiO2). Penambahan nSiO2 meningkatkan hidrofobisitas dan resistivitas permukaan, mengurangi arus bocor. Beberapa komposisi nSiO2 diuji untuk menemukan konsentrasi optimal, dengan alternatif pencampuran material gondorukem untuk peningkatan performa lapisan.

Keyword: nanosilica filler, RTV Silicone Rubber, arus bocor, isolator pasangan luar.

Screenshot 2024-12-16 023055 — Gambar 1. Isolator pasangan luar pada Menara transmisi dan rantai isolator yang mengalami kegagalan.

Introduction

Keandalan sistem kelistrikan sangat dipengaruhi oleh isolator tegangan tinggi, yang menyumbang hingga 35% terhadap kegagalan sistem. Di daerah berpolusi, seperti kawasan industri dan pantai, polutan meningkatkan konduktivitas permukaan isolator, memicu arus bocor, dry band arcing, hingga flashover. Hal ini menyebabkan gangguan signifikan, terutama di Indonesia dengan iklim tropis dan garis pantai yang panjang.

Penelitian ini bertujuan meningkatkan kinerja isolator dengan pelapis Room Temperature Vulcanized (RTV) silikon yang mengandung nano silika (nSiO2). Aditif ini meningkatkan hidrofobisitas dan ketahanan terhadap polusi, mengurangi risiko arus bocor dan korosi. Solusi ini diharapkan dapat mendukung keandalan sistem transmisi listrik di wilayah tropis berpolusi tinggi (Gambar 1).

Research Method

Pada penelitian ini, 2 alternatif material baru digunakan, yaitu material matriks karet silikon dengan partikel pengisi nanosilica dengan diameter ~11 nm (Gambar 4), dan material Gondorukem dicampur dengan matriks karet silikon. Pada kedua campuran material, dilakukan optimisasi komposisi material melalui uji permitivitas, resisitivitas permukaan, dan hidrofobisitas.

Material campuran dengan komposisi optimum dipilih dan kemudian diaplikasikan pada isolator keramik dengan metode semprot (spraying). Selanjutnya, uji arus bocor, hidrofobisitas, dan uji SEM dilakukan pada sample isolator dengan/tanpa lapisan, seperti pada Gambar 2.

NaCl dan kaolin digunakan sebagai polutan. 512,65 mg NaCl sebagai ESDD dan 2563,24 mg kaolin sebagai NSDD. Menurut IEC 60815 (2008), konsentrasi ini menunjukkan tingkat keparahan polusi lokasi yang sangat tinggi.

Screenshot 2024-12-16 023117 — Gambar 2. (a) Isolator tanpa lapisan, (b) Isolator dengan lapisan karet silicon & nanosilica

Gambar 3. Setup eksperimen pengukuran arus bocor pada isolator dengan kondisi buatan

Screenshot 2024-12-16 023142 — Gambar 3. Setup eksperimen pengukuran arus bocor pada isolator dengan kondisi buatan

Discussion & Result

Hasil Uji TEM & Distribusi diameter partikel pengisi nanosilica [1]
Karakteristik elektrik pelapis RTVSiR/nSiO2 [2]

16c — Gambar 4. (a) Distribusi diameter partikel nSiO2 berdasarkan hasil pengukuran TEM pada (b).

Screenshot 2024-12-16 024343 — Gambar 5. Permitivitas & resistivitas permukaan RTV SiR/nSiO2

16e — Gambar 6. Sudut kontak permukaan sample RTV SiR/nSiO2

Komposisi optimal untuk lapisan RTV SiR/nSiO2 adalah 4 wt% nSiO2 dengan sifat :
• Tahanan permukaan tertinggi (Gambar 5)
• Permitivitas: Peningkatan signifikan pada 4 dan 4,5 wt%c, kinerja optimal (Gambar 5).
• Permukaan hidrofobik dengan sudut kontak lebih besar dari 90° (Gambar 6)

Hasil uji yang sama dengan material Gondorukem/RTV SiR menunjukkan hasil bahwa penambahan 5 wt% gum rosin pada karet silikon RTV dapat meningkatkan karakteristik bahan pelapis isolator yang ditunjukkan dengan peningkatan sudut kontak sebesar 7,850 dan penurunan besarnya arus bocor hingga 9,42% pada kelembaban relatif 70%, 7,1% pada kelembaban relatif 80% dan 10,02% pada kelembaban relatif 90%, jika dibandingkan dengan pelapis RTV SiR saja [3].

Conclusion

Modifikasi material karet silikon RTV berhasil diimplementasikan yaitu dengan penambahan aditif nanosilica dimana 4 wt% adalah konsentrasi optimumnya. Sebagai alternative, material alam Gondorukem juga dapat meningkatkan karakteristik permukaan pelapis jika dicampurkan dengan material karet silikon RTV dengan komposisi 5 wt%/95wt%. Modifikasi material tersebut, meningkatkan hidrofobisitas, permitivitas, resistivitas permukaan, sehingga dapat menekan besar arus bocor pada permukaan isolator. Penurunan cross product arus bocor dan THD adalah sbb.

– 27-52% untuk kondisi kabut garam
– 12-31% untuk kondisi kabut bersih
– 68-76% untuk kondisi kering

Referensi/Output

[1] Della Vega Zulfa, et al, ICE3IS, online, Indonesia, Agustus 2024 (presented).
[2] Agustinus D. Nalendra, et al, ICPERE 2024, 11B-7, Nov 2024 (presented).
[3] Retno A. Diantari, et al, Emerging Science Journal, Nov 2024 (submitted)