Memperbaiki Kekuatan Dielektrik Isolasi Minyak Transformator Dengan High Vacuum Oil Purifier

(1)

MEMPERBAIKI KEKUATAN DIELEKTRIK ISOLASI

MINYAK TRANSFORMATOR DENGAN HIGH

VACUUM OIL PURIFIER

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) Pada

Departemen Teknik Elektro

O l e h Rudy Irwanto NIM : 060402001

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Minyak transformator tenaga berfungsi sebagai media isolasi dan pendingin. Pada saat minyak transformator ini digunakan kekuatan dielektrik isolasi minyak akan menurun di sebabkan oleh beberapa hal antara lain terpaan listrik yang terus-menerus, adanya impurity partiket padat, gelembung gas dan cairan. Minyak yang memiliki kekuatan dielektrik rendah dapat dilakukan pengembalian kekuatan dielektrik sesuai dengan standar yaitu 40 kV / 2,5 mm (IEC 156) dengan melakukan proses Purification / Filter pada minyak. Hasil pengujian menunjukan terjadinya kenaikan kekuatan dielektrik setelah dilakukan proses Purification / Filter dengan High Vacuum Oil Purifier. Kenaikan kekuatan dielektrik terendah terjadi setelah sirkulasi pertama yaitu 1,3 kV / mm sedangkan tertinggi terjadi setelah sirkulasi keenam yaitu 16,6 kV / mm.

Kata Kunci : Kekuatan Dielektrik, High Vacuum Oil Purifier dan Degradasi Minyak Isolasi

(3)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena berkat dan rahmat, serta hidayah-Nya sehingga sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :

“Memperbaiki Kekuatan Dielektrik Isolasi Minyak Transformator

Dengan High Vacuum Oil Purifier”

Tugas Akhir ini merupakan syarat bagi setiap mahasiswa untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. Penulis menyadari dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini banyak kendala-kendala yang dihadapi, namun atas saran, bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak akhirnya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Karena itu penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Syahrawardi, sebagai pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelasaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Sarianto dan Abdul Hamid sebagai pembimbing lapangan penulis yang telah memberikan masukan serta arahan dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Bapak Yusuf Nainggolan dan Bapak Suryanto P yang telah memberikan masukan dan buku menyangkut Tugas Akhir.

3. Ibu Ir. Windalina Syafiar selaku Dosen Wali penulis.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Rachmad Fauzi, ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

(4)

7. Ayah dan Ibu yang tercinta, yang senantiasa berdoa untuk keberhasilan penulis dan yang telah begitu banyak memberikan dukungan moril maupun spirituil kepada penulis dari kecil hingga saat ini.

8. Kakak Tony Gusprianto sekeluarga, Henky Susanto sekeluarga, Frengky Anto sekeluarga, Dedy Ariyanto sekeluarga dan si bungsu Putry Guspriani yang telah banyak memberikan dukungan bagi penulis.

9. Teman istimewa saya Beta Liana Putri Nst yang telah banyak memberi dukungan serta motivasi.

10. Teman-teman Mahasiswa stambuk 2006 dan khususnya mantan asisten Laboratorium Dasar Konversi yang senantiasa memberikan semangat.

11. Abang - abang senior dan adik - adik Junior Fakultas Teknik Elektro USU.

12. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah memberikan kontribusinya kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini jauh dari sempurna. Untuk itu dengan kerendahan hati penulis mengharapkan saran dan kritik dari setiap pembaca untuk kesempurnaan tugas akhir ini dan bermanfaat bagi siapapun yang membacanya. Terima kasih.

Medan, 29 Oktober 2011 Penulis,

RUDY IRWANTO NIM : 060402001

(5)

DAFTAR ISI

HALAMAN

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR ... v

DAFTAR TABEL ... vi

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang ... 1

I.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian... 1

I.3. Batasan Masalah ... 2

I.4. Metode Penulisan ... 3

I.5. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II ISOLASI MINYAK II.1. Umum ... 5

II.2. Bahan Dasar Minyak Transformator ... 5

II.2.1. Senyawa Hidrokarbon ... 6

II.2.2. Senyawa Non Hidrokarbon ... 7

II.3. Jenis – Jenis Minyak Isolasi ... 10

II.3.1. Minyak Isolasi Mineral ... 10

II.3.2. Minyak Isolasi Sintetis ... 10

II.4. Syarat – Syarat Minyak Isolasi ... 14

II.5. Persyaratan Umum Minyak Isolasi Pada Peralatan Listrik ... 18

II.6. Penggunaan Minyak Isolasi ... 19

BAB III DEGRADASI MINYAK ISOLASI TRANSFORMATOR TENAGA III.1. Umum ... 22

(6)

III.3. Medan Dielektrik ... 24

III.4. Ionisasi ... 25

III.5. Teori Kegagalan Minyak Isolasi... 27

III.6. Mekanisme Tembus Listrik Dielektrik Cair Murni ... 28

III.7. Mekanisme Kegagalan Minyak Isolasi ... 30

III.8. Faktor – Faktor Penyebab Terjadinya Degradasi Minyak Isolasi ... 32

BAB IV ANALISIS KENAIKAN KEKUATAN DIELEKTRIK ISOLASI MINYAK TRANSFORMATOR IV.1. Peralatan – Peralatan Yang Digunakan ... 35

IV.2. Prosedur Pengujian ... 37

IV.2.1. Pengujian Tegangan Tembus Minyak ... 37

IV.2.1.1. Pengambilan Sampel ... 37

IV.2.1.2. Pengujian Minyak ... 38

IV.2.1.3. Pengambilan Data ... 39

IV.2.2. Proses Purification / Filter Pada Minyak ... 40

IV.2.2.1. Persiapan ... 42

IV.2.2.2. Proses Sirkulasi ... 43

IV.2.2.3. Proses Purification Transformator ... 44

IV.2.2.4. Proses Mematikan Mesin ... 46

IV.3. Data Hasil Pengujian ... 48

IV.4. Analisis Data ... 51

BAB V PENUTUP V.1. Kesimpulan ... 60

V.2. Saran ... 60

(7)

DAFTAR GAMBAR

HALAMAN

Gambar 3.1. Medan Elektrik Dalam Dielektrik ... 24

Gambar 3.2. Proses Ionisasi ... 25

Gambar 3.3. Proses Ionisasi Benturan ... 26

Gambar 3.4. Muatan Netral dan Elektron Diantara Elektroda ... 28

Gambar 3.5. Elektron Mengalami Gaya (F) Akibat Adanya Medan Listrik 29

Gambar 3.6. Elektron Bebas Bergerak Menuju Anoda dan Ion Positif Bergerak Menuju katoda ... 29

Gambar 3.7. Banjiran Elektron Pada Dielektrik Cair ... 30

Gambar 4.1. Rangkaian Pengujian Tegangan Tembus Minyak ... 38

Gambar 4.2. Pengujian Tegangan Tembus Minyak Dengan Portatest 80A-2 ... 39

Gambar 4.3. Rentang Waktu Sirkulasi ... 42

Gambar 4.4. Diagram Proses Purification / Filter Pada Minyak ... 45

Gambar 4.5. Diagram High Vacuum Oil Purifier ... 47

Gambar 4.6. Kurva Perubahan Kenaikan Kekuatan Dielektrik Minyak Transformator Tiap Sirkulasi ... 58 Gambar 4.7. Kurva Kenaikan Kekuatan Dielektrik (E) Vs Lama Sirkulasi . 58

(8)

DAFTAR TABEL

HALAMAN

Tabel 2.1. Nilai Viskositas Kinematik Berdasarkan Kelas Minyak ... 15

Tabel 2.2. Nilai Flash Point Minimun Berdasarkan Kelas Minyak ... 15

Tabel 2.3. Nilai Pour Point Minimun Berdasarkan Kelas Minyak ... 16

Tabel 4.1. Jenis – Jenis Motor Pada High Vacuum Oil Purifier... 35

Tabel 4.2. Nilai Tegangan Tembus Sebelum di Purification ... 48

Tabel 4.3. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Pertama ... 48

Tabel 4.4. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Kedua ... 49

Tabel 4.5. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Ketiga ... 49

Tabel 4.6. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Keempat ... 50

Tabel 4.7. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Kelima ... 50

Tabel 4.8. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Keenam ... 51

Tabel 4.9. Nilai Faktor Efisiensi Medan (

η

) Untuk Berbagai Susunan Elektroda ... 52

Tabel 4.10. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik Sebelum di Purification ... 54

Tabel 4.11. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik Setelah Sirkulasi Pertama ... 54

Tabel 4.12. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik Setelah Sirkulasi Kedua ... 55 Tabel 4.13. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik

(9)

Setelah Sirkulasi Ketiga ... 55 Tabel 4.14. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik

Setelah Sirkulasi Keempat ... 56 Tabel 4.15. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik

Setelah Sirkulasi Kelima ... 56 Tabel 4.16. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik

(10)

ABSTRAK

Kata Kunci : Kekuatan Dielektrik, High Vacuum Oil Purifier dan Degradasi Minyak Isolasi

(11)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Pada transformator tenaga dengan kapasitas yang besar, kumparan dan inti transformator direndam dalam minyak isolasi transformator. Minyak sebagai salah satu bagian dari sistem isolasi juga perlu dipelihara, dijaga kemurniannya dan harus diperiksa kualitasnya agar dapat berfungsi dengan baik. Minyak yang digunakan lama kelamaan akan mengalami penurunan tingkat isolasinya, hal itu dapat disebabkan beberapa hal diantaranya berupa endapan partikel padat, uap air dan gelembung gas.[12]

Salah satu syarat minyak sebagai isolasi adalah mempunyai kekuatan dielektrik (dielectric strenght) yang tinggi atau sesuai standar yang diizinkan. Kekuatan dielektrik (dielectric strenght) yang tinggi merupakan dasar penulisan Tugas Akhir ini. Untuk mengembalikan kekuatan dielektrik agar memenuhi syarat sebagai minyak isolasi dilakukan Purification / Filter dengan High Vacuum Oil Purifier.

I.2. Tujuan Dan Manfaat Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk menyelidiki kenaikan kekuatan dielektrik isolasi minyak transformator setelah dilakukan proses Purification / Filter dengan

(12)

High Vacuum Oil Purifier hingga isolasi minyak tersebut dapat mencapai kekuatan dielektrik berdasarkan standar ≥ 40 kV / 2.5 mm (IEC 156).

Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah memberikan informasi kenaikan kekuatan dielektrik minyak transformator setiap tahap dari proses Purification / Filter menggunakan High Vacuum Oil Purifier, serta memberi informasi pada mahasiswa tentang proses memperbaiki kekuatan dielektrik minyak transformator menggunakan alat High Vacuum Oil Purifier.

I.3. Batasan Masalah

Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :

1. Sampel Uji yang digunakan adalah isolasi minyak transformator yang biasa digunakan PT PLN (Persero).

2. Hanya membahas secara sederhana tentang proses Purification / Filter dengan menggunakan High Vacuum Oil Purifier tidak dengan hasil laboratorium.

3. Proses Purification / Filter dilakukan sebagaimana PT PLN (Persero) melaksanakan.

4. Tidak membahas tentang proses Reklamasi pada minyak.

5. Pengujian tidak melibatkan tes DGA (Disolved Gas Analysis) tetapi hanya untuk pengujian tegangan tembus.

(13)

I.4. Metode Penulisan

Metode yang digunakan penulis dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Studi literatur

Yaitu dengan mempelajari buku referensi, manual book, artikel dan bahan kuliah yang mendukung dan berkaitan dengan topik tugas akhir ini.

2. Studi Bimbingan

Yaitu dengan melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing tugas akhir, mentor – mentor dilapangan dan juga senior serta teman – teman.

3. Pengumpulan data secara langsung

Data yang didapat dalam penulisan tugas akhir ini diambil dari hasil tes uji tegangan tembus dengan menggunakan alat Portatest 80A-2 setelah minyak di Purification / Filtrasi oleh PT PLN (Persero).

I.5. Sistematika Penulisan

Tugas Akhir ini disusun berdasarkan sistematika pembahasan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II : ISOLASI MINYAK

Bab ini menjelaskan tentang bahan dasar minyak transformator, jenis – jenis minyak isolasi, syarat – syarat minyak isolasi, persyaratan umum

(14)

minyak isolasi digunakan pada peralatan listrik, dan penggunaan minyak isolasi

BAB III : DEGRADASI MINYAK ISOLASI TRANSFORMATOR TENAGA

Bab ini menjelaskan kekuatan dielektrik minyak isolasi, medan dielektrik, ionisasi, teori kegagalan minyak isolasi, mekanisme tembus listrik dielektrik cair murni, mekanisme kegagalan minyak isolasi, dan faktor – faktor penyebab terjadinya degradasi pada minyak isolasi.

BAB IV : ANALISIS DATA

Bab ini berisi tentang peralatan yang digunakan, prosedur dan rangkaian pengujian, data hasil pengujian, serta analisis data hasil pengujian.

BAB V : PENUTUP

Bagian ini berisikan kesimpulan dan saran dari penulisan Tugas Akhir ini.

(15)

BAB II

ISOLASI MINYAK

II.1. Umum

Didalam transformator ada dua bagian yang secara aktif membangkitkan panas yaitu kumparan (tembaga) dan inti (besi). Jika panas itu tidak diberi pendingin akan menyebabkan kumparan dan inti itu mencapai suhu yang terlalu tinggi, sehingga bahan isolasi yang ada pada kumparan (kertas isolasi) akan menjadi rusak. Untuk menghindari kerusakan tersebut maka dimasukan minyak isolasi.

Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan, antara lain :

1. Isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas (nitrogen dan udara tidak termasuk gas Sf6), sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen.

2. Isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul.

3. Ketiga isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge).[1]

II.2. Bahan Dasar Minyak Transformator

Bahan dasar pembuatan minyak transformator adalah minyak mentah (crude oil). Namun pabrik – pabrik pembuat minyak transformator menambah zat – zat tertentu untuk mendapatkan kualitas dielektrik lebih yang baik.

(16)

Pada umumnya minyak transformator tersusun atas senyawa-senyawa hidrokarbon dan non hidrokarbon.

II.2.1. 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.[2]

1. Senyawa parafin

Parafin adalah senyawa hidrokarbon jenuh yang mempunyai rantai karbon lurus atau bercabang, yang dalam kimia organik dikenal sebagai senyawa dengan rantai terbuka atau senyawa alifatis.

2. Senyawa Naphtena

Senyawa naphtena digolongkan sebagai senyawa hidrokarbon yang mempunyai rantai tertutup atau struktur berbentuk cincin. Senyawa ini dikenal pula sebagai senyawa alisiklis. Masing-masing cincin dapat berisi lima atau enam atom karbon. Senyawa naphtena dapat berupa monosiklik, disiklik, dan seterusnya tergantung pada jumlah cincin yang dimilikinya. Pada masing-masing cincin dapat pula terhubung.

3. Senyawa Aromatik

Senyawa ini memiliki satu atau lebih cincin aromatik yang dapat bergabung dengan cincin alisiklik. Beberapa senyawa aromatik berfungsi sebagai penghambat

(17)

oksidasi (inhibitor) dan penjaga kestabilan, tetapi jika jumlahnya terlalu banyak akan bersifat merugikan yaitu berkurangnya kekuatan dielektrik, serta berkurangnya sifat pelarutan minyak terhadap isolasi padat di dalamnya.

Ketiga hidrokarbon diatas memiliki fungsi yang berbeda pada minyak mentah. Minyak isolasi transformator merupakan minyak mineral yang antara ketiga jenis minyak dasar tersebut tidak boleh dilakukan pencampuran karena memiliki sifat fisik maupun kimia yang berbeda.

II.2.2. Senyawa Non Hidrokarbon

Unsur pokok nonhidrokarbon yang terdapat dalam minyak transformator adalah substansi asphalt / tar, senyawa organik yang mengandung belerang dan nitrogen, asam naphtena, ester, alkohol dan senyawa organometalik.

1. Ter

Selama Proses Pemurnian minyak trafo, sebagian besar ter dihilangkan. Pada minyak hasil pemurnian ini hanya terdapat ter dengan konsentrasi rendah yaitu antara 2 – 2.5% berat. Walaupun jumlahnya sangat sedikit, beberapa jenis senyawa ini mempunyai pengaruh pada sifat kerja minyak transformator. Senyawa ini memberikan warna yang khas pada minyak, beberapa diantaranya memiliki efek sebagai penghambat. Ter juga mempercepat proses oksidasi. Ter diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Ter netral, senyawa yang larut dalam minyak eter yang berwujud cair atau semi cair dengan masa jenis sekitar satu.

(18)

b. Asphaltena, substansi padat yang tidak larut dalam minyak eter tetapi larut dalam benzena, senyawa benzena seri, kloroform dan karbon disulfida.

Bermassa jenis lebih besar dari satu.

c. Karbena, substansi yang tidak larut dalam pelarut konvensional tetapi dapat larut sebagian dalam pridin dan karbon disulfida.

2. Senyawa Sulfur (belerang)

Senyawa sulfur selalu terdapat pada semua minyak mentah, jumlahnya bervariasi mulai lebih kecil dari 1% sampai dengan 20% berat. Senyawa ini mempunyai pengaruh pada sifat-sifat minyak dan turut menentukan proses yang diperlukan untuk mengolah minyak. Bagian dari hasil penyulingan minyak yang mempunyai titik didih rendah hampir semua senyawa sulfur terdapat didalamnya, tetapi untuk hasil penyulingan yang mempunyai titik didih di atas 200 ºC kebanyakan mengandung senyawa sulfur dengan struktur siklis. Beberapa kelompok besar senyawa sulfur yang terdapat dalam minyak adalah :

a. Mercaptan (tiol), senyawa ini mempunyai rumus kimia RSH, dimana R besar adalah radikal parafin dengan rantai lurus atau bercabang atau, radikal hidrokarbon siklik (aromatik atau alisiklik).

b. Sulfida (thiaalkana), senyawa ini mempunyai rumus kimia RSR1, dimana R dan R1 adalah radikal hidrokarbon.

c. Disulfida (bithiaalkana), dengan rumus kimia RSSR.

d. Thiopena, struktur dasar dari senyawa ini adalah struktur cincin dengan lima atom, salah satunya atom belerang.

(19)

Beberapa senyawa belerang yang terdapat di dalam minyak rafo bersifat kororsif dan tidak stabil. Oleh karena itu dalam proses destilasi minyak diusahakan untuk menghilangkann atau menekan jumlah senyawa belerang agar pengkorosian tembaga (yang berhubungan langsung dengan minyak transformator) dapat dicegah atau dikurangi.

3. Senyawa Nitrogen

Jumlah senyawa nitrogen yang terkandung dalam minyak cukup kecil, paling tinggi 0.8%. Walaupun senyawa ini sangat sedikit terdapat dalam minyak, senyawa ini memegang peranan yang sangat penting pada proses oksidasi yang bersifat katalis sehingga kehadirannya tidak diharapkan.

4. Asam Naphtena dan beberapa senyawa yang mengandung oksigen

Asam naphtena juga terdapat dalam minyak bumi dalam jumlah yang cukup besar. Sebagian besar diantaranya terbuang selama proses pemurnian minyak sehingga jumlahnya tinggal sedikit sekali sekitar 0.02%. Disamping asam-asam naphtena, minyak juga mengandung asam-asam dari senyawa alifatik dan aromatik dalam jumlah yang kecil sekali, selain itu masih terdapat pula senyawa ester, alkohol, keton, peroksida.

5. Senyawa yang mengandung logam

Minyak trafo selalu mengandung garam-garam dari asam organik dan senyawa metal kompleks. Minyak juga mengandung logam besi, tembaga,

(20)

aluminium, titanium, kalsium, molibdenum, timah, magnesium, krom dan perak walaupun dalam jumlah yang sangat sedikit.[14]

II.3. Jenis – Jenis Minyak Isolasi

Minyak isolasi terdiri dari beberapa jenis baik dari segi pembuatan maupun dari segi bahannya. Pembagian jenis isolasi ditentukan berdasarkan bahan dan cara pembuatannya.Saat ini minyak isolasi yang sering digunakan adalah :

- Minyak isolasi mineral

- _{Minyak isolasi sintetis}[3] II.3.1. Minyak Isolasi Mineral

Minyak isolasi mineral adalah minyak isolasi yang bahan dasarnya berasal dari minyak bumi yang diproses dengan cara destilasi. Minyak isolasi hasil destilasi ini harus mengalami beberapa proses lagi agar diperoleh tahanan isolasi yang tinggi, stabilitas panas yang baik, mempunyai karakteristik panas yang stabil, dan memenuhi syarat – syarat teknis yang lain.

Minyak isolasi mineral banyak digunakan pada transformator daya, kabel, pemutus daya (CB), dan kapasitor. Dalam hal ini minyak isolasi dapat berfungsi sebagai bahan dielektrik, bahan pendingin, dan pemadam busur api.

II.3.2. Minyak Isolasi Sintetis

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

(21)

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.

(22)

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

(23)

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

(24)

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.

II.4. Syarat – Syarat Minyak Isolasi

Menurut SPLN 49 – 91 : 1982 minyak isolasi harus memiliki beberapa syarat[7-8], yaitu :

1. Kejernihan (Appearance)

Minyak tidak boleh mengadung suspensi atau endapan (sedimen).

2. Massa Jenis (Density)

(25)

3. Viskositas Kinematik (Kinematic Viscosity)

Viskositas atau biasa disebut kekentalan sangat penting pada isolasi cair. Hal ini dikarenakan viskositas berpengaruh pada kemurnian isolasi cair (banyaknya kontaminan partikel padat) dan pendinginan suatu peralatan listrik. Isolasi cair yang baik haruslah mempunyai viskositas yang rendah sehingga kemungkinan isolasi cair terkontaminasi akan kecil. Selain itu jika viskositas isolasi cair rendah, proses sirkulasi isolasi cair pada peralatan listrik akan berlangsung dengan baik sehingga akhirnya pendinginan inti dan belitan transformator dapat berlangsung dengan sempurna. Viskositas juga memegang peranan dalam menentukan kelas minyak. Viskositas Kinematik tidak boleh melebihi batas yang ditunjukan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Nilai Viskositas Kinematik Berdasarkan Kelas Minyak

4. Titik Nyala (Flash Point)

Titik nyala juga tergantung dari kelas minyaknya, berikut nilai titik nyala dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 2.2. Nilai Flash Point Minimun Berdasarkan Kelas Minyak

Kelas Minyak Flash Point Minimum

Kelas I 140 oC

Kelas II 130 oC

Suhu

Kelas

Minyak _{Kelas I} _{Kelas II}

20 oC -15 oC -30 oC

40 cSt 800 cSt

25 cSt 1800 cSt

(26)

-5. Titik Tuang (Pour Point)

Minyak dengan titik tuang yang rendah akan berhenti mengalir pada suhu yang rendah. Titik tuang digunakan untuk mengidentifikasi dan menentukan jenis peralatan yang akan menggunakan minyak isolasi. Titik tuang juga bergantung pada kelas minyaknya, hal ini dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

Tabel 2.3. Nilai Pour Point Minimun Berdasarkan Kelas Minyak

Kelas Minyak Pour Point Maksimum

Kelas I -30 oC

Kelas II -45 oC

6. Tegangan Tembus (Breakdown Voltage)

Tegangan tembus yang terlalu rendah menunjukan adanya kontaminasi berupa air, kotoran, atau partikel konduktif dalam minyak. Nilai tegangan tembus pada minyak baru minimal 30 kV sebelum mengalami perawatan dan 50 kV setelah perawatan dengan jarak sela 2,5 mm.

7. Kandungan Air (Water Content)

Adanya air dalam minyak isolasi akan menurunkan tegangan tembus dan tahanan jenis minyak isolasi dan juga adanya air akan mempercepat kerusakan kertas pengisolasi (insulating paper).

8. Angka kenetralan

Angka kenetralan merupakan harga yang menunjukan penyusun asam minyak isolasi dan dapat mendeteksi kontaminasi minyak, menunjukkan kecendrungan

(27)

perubahan kimia atau cacat atau indikasi perubahan kimia dalam bahan tambahan (additive). Angka kenetralan dapat dipakai sebagai petunjuk untuk menentukan apakah minyak sudah harus diganti atau diolah. Angka kenetralan tidak boleh melebihi dari 0,03 mg KOH/gr.

9. Faktor Kebocoran Dielektrik (Dielektrik Dissipation Factor)

Harga yang tinggi dari factor ini menunjukan adanya kontaminasi atau hasil kerusakan (deterioration product), misalnya air, hasil oksidasi, logam alkali, koloid bermuatan dan sebagainya. Nilai maksimal untuk faktor kebocoran dielektrik adalah 0,05%.

10.Korosi Belerang (Korosive Sulphur)

Pengujian ini menunjukan adanya kemungkinan korosi yang dihasilkan dari adanya belerang yang tidak stabil dalam minyak isolasi.

11.Tahanan Jenis (Resistivity)

Tahanan jenis yang rendah menunjukan terjadinya kontaminasi yang bersifat konduktif (konductive contaminants).

12.Tegangan Permukaan (Interfacial Tension = Dyne / cm)

Adanya kontaminasi zat yang terlarut dan gas bebas (soluble contamination) atau hasil – hasil kerusakan minyak umumnya menurunkan nilai tegangan permukaan. Penurunan tegangan permukaan juga menurunkan indikator yang peka bagi awal kerusakan minyak.

13.Kandungan Gas

Adanya gas terlarut dan gas bebas dalam minyak isolasi dapat digunakan untuk mengetahui kondisi tranformator dalam keadaan operasi. Adanya gas seperti

(28)

hydrogen (H2), metana (CH4), etana (C2H6), etilen (C2H4), dan asetilin (C2H2)

menunjukan terjadinya dekomposisi minyak isolasi pada kondisi operasi, sedangkan adanya karbon dioksida (CO2) dan karbon monoksida menunjukan kerusakan pada

beban isolasi.

14.Ketahanan Oksidasi (Oxidation Stability)

Nilai setelah mengalami oksidasi adalah :

- Angka kenetralan tidak lebih dari 0,4 mg KOH/gr - Kotoran tidak lebih dari 0,1% dari beratnya.

II.5. Persyaratan Umum Minyak Isolasi Pada Peralatan Listrik

Persyaratan umum minyak isolasi dapat ditemukan pada beberapa standar. Salah satu diantaranya dapat dilihat pada standar JIS 2320. Menurut JIS 2320, tegangan tembus minyak isolasi adalah 30 kV dengan sela bola 0.25 cm sehingga kekuatan dielektrik minyak isolasi tersebut adalah 30/0.25 kV/cm yaitu 120 kV/cm.[3]

Adapun syarat – syarat yang harus dipenuhi minyak isolasi tersebut adalah :

• Kekuatan dielektrik pada suhu 20ºC

• Permitifitas relative 2,2 – 2,3

• Tg δ (50 Hz) = 0.001 dan pada 1 kHz = 0,0005

• Resistifitas (em) = 1012 - 1043

• Kandungan air maksimum yang diizinkan = 50 ppm

• Spesifikasi grafitasi pada suhu 20ºC = 0,89

(29)

II.6. Penggunaan Minyak Isolasi

Minyak isolasi secara umum digunakan pada peralatan tegangan tinggi yaitu sebagai bahan dielektrik, bahan pendingin, dan bahan pemadam busur api. Berikut akan diuraikan penggunaan minyak isolasi pada peralatan – peralatan tegangan tinggi antara lain[3] :

1. Transformator Tenaga

Penggunaan tranformator daya dalam sistem tenaga listrik memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dengan kebutuhan dan ekonomis untuk tingkat- tingkat keperluan, misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh. Transformator tenaga adalah suatu peralatan yang dirancang untuk mampu menahan tegangan lebih, baik surja petir maupun surja hubung. Isolasi transformator tenaga harus sanggup menahan tegangan lebih impuls yang datang dalam waktu yang lama. Transformator memerlukan minyak isolasi sebagai bahan pengisolasi bagian – bagian dari transformator, seperti isolasi antar belitan, belitan dengan inti dan belitan dengan body atau dinding transformator tenaga. Saat ini pada transformator kapasitas besar dilengkapi dengan sirip – sirip radiator yang membantu untuk mendinginkan suhu transformator ketika suhu naik. Pada saat minyak bersirkulasi, panas yang berasal dari belitan akan dibawa oleh minyak sesuai jalur sirkulasinya dan akan didinginkan pada sirip – sirip radiator. Adapun proses pendinginan ini dapat dibantu oleh adanya kipas dan pompa sirkulasi guna meningkatkan efisiensi pendinginan

(30)

2. Kapasitor Daya

Kapasitas daya banyak digunakan pada peralatan – peralatan tenaga listrik, baik yang berfungsi sebagai perbaikan factor daya (Cos φ) pada sistem distribusi tenaga listrik maupun pengaturan tegangan tinggi pada sistem transmisi daya. Pemasangan kapasitor pada sistem tegangan listrik menimbulkan daya reaktif untuk memperbaiki faktor daya dan tegangan karena menambah kapasitansi sistem dan mengurangi rugi – rugi daya dan tegangan pada jaringan yang jauh.

Penggunaan minyak isolasi pada kapasitor berfungsi sebagai bahan dielektrik, sebagai pendingin, dan sebagai pencegah terjadinya rongga udara di antara elektroda kapasitor. Sifat – sifat yang harus dimiliki minyak isolasi pada suatu kapasitor adalah faktor daya dielektrik ( Tg δ) yang rendah, viskositas yang rendah dan sifat penyalaan yang rendah.

3. Kabel Daya

Selama beroperasi terus –menerus isolasi akan mengalami kenaikan suhu dalam waktu yang lama. Sehingga perlu adanya isolasi yang cukup baik untuk menahan penuaan pada suhu yang cukup tinggi. Penggunaan minyak isolasi pada kabel daya adalah sebagai bahan isolasi antara perisai konduktornya dengan isolasi terluarnya. Minyak isolasi juga berfungsi sebagai bahan pendingin pada kabel daya.

Sifat – sifat yang harus dimiliki isolasi pada kabel daya adalah mampu menahan paparan sinar matahari yang lama, bahan – bahan kimia, viskositas minyak isolasi harus sangat rendah, tahanan isolasi tinggi, koefisien muai yang rendah, dan tidak bereaksi dengan asam atau alkali pada suhu kerja serta bebas dari kandungan

(31)

4. Pemutus Tenaga ( Circuit Breaker)

Jenis pemutus tenaga yang biasa dipakai pada system tenaga listrik adalah dengan media pemadam busur api udara, minyak, vacuum, dan Sf6. Pemadaman busur api saat bekerjanya pemutus tenaga sangat penting sekali, karena busur api tersebut dapat merusak peralatan maupun pemutus tenaga itu sendiri. Minyak pada pemutus tenaga berfungsi sebagai pemadam busur api tersebut. Sifat – sifat yang harus dimiliki minyak isolasi pada peralatan pemutus tenaga adalah sifat penyalaan yang rendah dan tidak menimbulkan perkaratan pada peralatan. Namun saat ini pemutus tenaga dengan media minyak sebagai pemadam busur api pada peralatan pemutus tenaga sudah jarang dipakai karena masalah pemeliharaan berupa penggantian minyak yang harus dilakukan setiap terjadinya lepas masuk pemutus pada keadaan berbeban atau setelah terjadinya pemadaman busur api oleh minyak.

(32)

BAB III

DEGRADASI MINYAK ISOLASI TRANSFORMATOR TENAGA

I.1. Umum

Seperti telah disebutkan sebelumnya, dielektrik cair adalah yang paling umum digunakan untuk isolasi transformator pada tegangan tinggi. Cairan ini hampir tak berwarna terdiri dari campuran hidrokarbon yang meliputi paraffin, napthen atau aromatik. Selain itu isolasi cair memiliki kelebihan diantara isolasi lain untuk mengisolasi bagian dari transformator tenaga. Akan tetapi disamping itu isolasi cair juga memiliki kelemahan yaitu mudah terkontaminasi. Ketika di operasikan cairan dalam sebuah transformator akan mengalami pemanasan pada suhu tinggi sekitar 95ºC dalam waktu lama dan konsekuensinya minyak mengalami proses penuaan bertahap. Selain itu dalam jangka waktu yang lama minyak menjadi lebih gelap akibat pembentukan asam dan resin, atau lumpur di dalam minyak. Beberapa asam korosif terhadap bahan isolasi padat dan bagian logam dalam transformator. Timbunan lumpur pada inti transformator, kumparan dan di dalam saluran minyak mengurangi sirkulasi minyak dan panas sehingga kemampuan transfer sangat berkurang. Selain itu faktor paling penting yang mempengaruhi kekuatan listrik minyak isolasi adalah air dalam bentuk tetesan halus dalam minyak. Kehadiran 0,01% air di minyak transformator mengurangi kekuatan dielektrik untuk 20% dari nilai minyak kering.[1]

(33)

III.2. Kekuatan Dielektrik Minyak Isolasi

Sifat – sifat listrik dari minyak isolasi yang perlu diketahui adalah, dielektrik, konduktansi, rugi – rugi dielektrik, tahanan isolasi, dan pelepasan muatan sebagian. Sifat – sifat listrik dari minyak isolasi yang akan diuraikan pada tulisan ini adalah kekuatan dielektrik minyak isolasi.

Kekuatan dielektrik minyak isolasi adalah kuat medan maksimum (medan listrik) yang dapat dipikul oleh minyak isolasi tersebut. Peristiwa kegagalan minyak isolasi melaksanakan fungsinya sebagai bahan dielektrik disebut tembus listrik (breakdown).

Peristiwa tembus listrik ini terjadi bila kuat medan listrik yang dipikul melebihi kekuatan dielektriknya. Breakdown terjadi jika :

ED > EC

Dimana : ED = kuat medan yang dipikul isolator

EC = kekuatan dielektrik isolator

Pemanasan atau kenaikan temperature minyak isolasi, terjadi bila panas yang timbul lebih besar dari panas yang didisipasikannya, maka temperatur minyak isolasi akan naik. Apabila hal ini berlangsung terus menerus, maka dapat mengakibatkan struktur kimia minyak isolasi tersebut berubah. Dengan berubahnya struktur kimia minyak isolasi tersebut, kekuatan dielektrik minyak isolasi juga akan berubah, jadi kekuatan dielektrik minyak isolasi tergantung pada kenaikan suhu dielektriknya, oleh karena itu sangat penting dilakukan pengujian secara teratur tentang kekuatan dielektrik minyak isolasi untuk menghindarkan kegagalan suatu bahan dielektrik yang digunakan pada peralatan listrik.[6]

(34)

E

III.3. Medan Dielektrik

Suatu dielektrik tidak mempunyai elektron – elektron bebas, melainkan elektron – elektron terikat pada inti atom unsur yang membentuk dielektrik tersebut. Pada gambar dibawah ditujukkan suatu bahan dielektrik yang ditempatkan di dua elektroda piring sejajar. Bila elektroda diberi tegangan searah V, maka timbul medan elektrik (E) di dalam dielektrik. Medan elektrik ini memberikan gaya pada elektron – elektron agar terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron bebas. Dengan kata lain, medan elektrik merupakan suatu bahan yang menekan dielektrik agar berubah menjadi konduktor.

Beban yang dipikul dielektrik ini disebut juga terpaan medan elektrik, setiap dielektrik mempunyai batas kekuatan untuk memikul terpaan elektrik. Jika terpaan elektrik yang dipikulnya melebihi batas tersebut dan terpaan berlangsung cukup lama. Maka isolator akan menghantar arus atau gagal melaksanakan fungsinya sebagai isolator. Dalam hal ini dielektrik tersebut tembus listrik atau mengalami

-

Elektroda

Elektroda Dielektrik

V

+

E

(35)

Terpaan listrik yang tertinggi yang dapat dipikul suatu dielektrik tampa menimbulkan dielektrik tersebut tembus listrik disebut kekuatan dielektrik. Jika suatu dielektrik memiliki kekuatan dielektrik Ek, maka terpaan elektrik yang dapat dipikulnya adalah < Ek.

Pada penerapan tegangan kekuatan dielektrik didefinisikan sebagai gradient potensial dalam volt/cm yang merupakan perbandingan tegangan yang menyebabkan kerusakan atau kegagalan pada dielektrik V dengan tebal isolasi d yang memisahkan antara elektroda dapat dilihat pada persamaan berikut ini [6] :

(

kV cm

)

d V

E= / ...(3-1)

Dimana :

E = Kuat medan listrik yang dapat ditahan oleh material isolasi V = Tegangan maksimumyang tercatat pada alat ukur

d = Tebal isolasi

III.4. Ionisasi

Ionisasi adalah peristiwa terlepasnya elektron dari ikatan molekul netral (atom netral) sehingga menghasilkan satu elektron bebas dan ion positif, seperti yang ditunjukan pada gambar dibawah ini :

Atom Netral

Proton

Neutron _Elektron

Terikat

TERIONISASI

(36)

Jika dilihat dari penyebabnya, inonisasi dibagi menjadi :

1. Ionisasi benturan

Jika ada suatu muatan (eb) yang bergerak dengan kecepatan kinetis sebesar

MV2 membentur suatu atom yang elektronnya (ea) mempunyai energi ikat terhadap

intinya sebesar Wie, apabila Energi kinetis eb lebih besar daripada energi ikat ea maka

akan terjadi ionisasi. Peristiwa inilah yang disebut ionisasi benturan (Gambar 3.3)

2. Ionisasi ultraviolet (Ionisasi Foton / Radiasi)

Ionisasi ini dibagi lagi menjadi tiga jenis, yaitu :

• Ionisasi Radiasi, yang disebabkan oleh penyinaran sinar ultraviolet

• Ionisasi Radioaktif Bumi

• Ionisasi Karena Radiasi Sinar Kosmis

Proses ionisasi terjadi jika energi radiasi (hu) lebih besar daripada energi ikat

elektron (Wie). 3. Ionisasi thermal

Ionisasi ini terjadi jika udara pada ruang tertutup dipanaskan menyebabkan molekul-molekul udara bergerak, sehingga terjadi benturan antar molekul. Hal ini

+ ea

TERIONISASI

Ekeb >> Wie

Ion Positif

V ea

Elektron bebas lama + baru

eb Membentur ea

(37)

akan menyebabkan terjadinya ionisasi benturan yang menghasilkan ion positif dan elektron.[5]

III.5. Teori Kegagalan Minyak Isolasi

Teori kegagalan isolasi yang terjadi pada minyak transformator dibagi menjadi empat jenis sebagai berikut :

1. Teori kegagalan elektronik

Teori ini merupakan perluasan dari teori kegagalan pada gas, artinya proses kegagalan yang terjadi dalam dielektrik cair karena adanya banjiran elektron (electron avalanche) pada gas. Jika diantara elektroda diterapkan suatu kuat medan yang sangat kuat, sedangkan pada elektroda tersebut terdapat permukaan yang tidak rata, maka kuat medan yang terbesar terdapat pada bagian yang tidak rata tersebut. Pancaran medan elektron dari katoda di asumsikan bertabrakan dengan atom dielektrik cair. Jika energi medan yang dihasilkan dari tabrakan sudah cukup besar, sebagian elektron akan terlepas dari atom dan akan bergerak menuju anoda bersama dengan elektron bebas. Banjiran elektron ini serupa dengan peluahan yang terjadi pada gas dan peristiwa ini akan mengawali proses terjadinya kegagalan.

2. Teori kegagalan karena adanya gelembung gas

Yaitu ketakmurnian (misalnya gelembung udara) mempunyai tegangan gagal yang lebih rendah dari zat cair, disini adanya gelembung udara dalam cairan merupakan awal dari pencetus kegagalan total dari pada zat cair. Kegagalan gelembung merupakan bentuk kegagalan isolasi cair yang disebabkan oleh gelembung gelembung gas didalamnya.

(38)

3. Teori kegagalan partikel padat

Partikel debu atau serat selulosa yang ada disekeliling isolasi padat (kertas) sering kali ikut tercampur dengan minyak. Selain itu partikel padat ini pun dapat terbentuk ketika terjadi pemanasan dan tegangan lebih. Pada saat terjadi medan listrik, partikel – partikel ini akan terpolarisasi dan membentuk jembatan. Arus akan mengalir melalui jembatan dan menghasilkan pemanasan lokal serta menyebabkan terjadinya kegagalan.

4. Teori kegagalan uap cair

Air dan uap air terdapat pada minyak, terutama pada minyak yang telah lama digunakan. Jika terdapat medan listrik, maka molekul uap air yang terlarut memisah dari minyak dan terpolarisasi membentuk suatu dipole. Jika jumlah molekul molekul uap air ini banyak, maka akan tersusun semacam jembatan yang menghubungkan kedua elektroda, sehingga terbentuk suatu kanal peluahan. Kanal ini akan merambat dan memanjang sampai terjadi tembus listrik.[13]

III.6. Mekanisme Tembus Listrik Dielektrik Cair Murni

Dielektrik cair murni biasanya tidak mengandung elektron bebas, kalaupun ada hal itu terjadi karena adanya emisi medan tinggi yang menyebabkan sejumlah elektron terlepas dari permukaan elektroda seperti pada gambar 3.4.

N N

-N

= Elektron Bebas Hasil Emisi Medan Tinggi

-N = Muatan Netral

(39)

Jadi proses tembus listrik dimulai dari elektron bebas tersebut bergerak

menuju anoda yang diakibatkan karena adanya medan listrik yang dihasilkan dari sumber tegangan, sehingga menghasilkan gaya (F) pada elektron yang arahnya berlawan dengan arah medan listrik (Gambar 3.5).

Gambar 3.5. Elektron Mengalami Gaya (F) Akibat Adanya Medan Listrik

Jika energi kinetis elektron awal yang bergerak (WK) lebih besar daripada

energi ikat elektron molekul netral (Wie) maka terjadilah ionisasi yang menghasilkan

satu elektron bebas dan satu ion positif. Elektron bebas hasil emisi dan hasil ionisasi tadi bersama-sama bergerak menuju anoda sedangkan ion positif hasil ionisasi akan bergerak menuju katoda, tapi pergerakannya lambat karena massanya lebih besar (Gambar 3.6).

Dalam perjalanan elektron bebas menuju anoda, elektron - elektron tersebut membentur molekul netral yang lain. Sehingga jumlah elektron - elektron yang

-

A K

-ea

Gambar 3.6. Elektron Bebas Bergerak Menuju Anoda dan Ion Positif Bergerak Menuju katoda

(40)

menuju anoda semakin banyak. Untuk ion positif yang bergerak ke katoda, ion positif tersebut akan membentur permukaan elektroda katoda sehingga terjadilah emisi dampak ion positif yang menghasilkan elektron lagi, sehingga akan terjadi banjiran elektron (Gambar 3.7).

Gambar 3.7. Banjiran Elektron Pada Dielektrik Cair

Jika medan elektrik masih ada atau terus meningkat, maka banjiran elektron akan semangkin besar, sehingga antara elektroda akan terhubung, menyebabkan arus mengalir sehingga terjadilah tembus listrik.[1]

III.7. Mekanisme Kegagalan Minyak Isolasi

Beberapa macam faktor yang diperkirakan mempengaruhi kegagalan minyak transformator seperti luas daerah elektroda, jarak celah (gap spacing), pendinginan, perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak ), pengaruh kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta kondisi pengujian atau minyak transformator itu sendiri juga mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator.

Kegagalan isolasi (insulation breakdown, insulation failure) disebabkan karena beberapa hal antara lain isolasi tersebut sudah lama dipakai, berkurangnya

+ -+ + + -- -A K

(41)

kekuatan dielektrik dan karena isolasi tersebut dikenakan tegangan lebih. Pada perinsipnya tegangan pada isolator merupakan suatu tarikan atau tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya dalam isolator itu sendiri agar isolator tidak gagal. Dalam struktur molekul material isolasi, elektron - elektron terikat erat pada molekulnya, dan ikatan ini mengadakan perlawanan terhadap tekanan yang disebabkan oleh adanya tegangan. Bila ikatan ini putus pada suatu tempat maka sifat isolasi pada tempat itu hilang. Bila pada bahan isolasi tersebut diberikan tegangan akan terjadi perpindahan elektron-elektron dari suatu molekul ke molekul lainnya sehingga timbul arus konduksi atau arus bocor. Karakteristik isolator akan berubah bila material tersebut kemasukan suatu ketidakmurnian (impurity) seperti adanya arang atau kelembaban dalam isolasi yang dapat menurunkan tegangan gagal.[1]

Jika suatu tegangan dikenakan tehadap dua elektroda yang dicelupkan kedalam cairan (isolasi) maka terlihat adanya konduksi arus yang kecil. Jika tegangan dinaikkan secara kontinyu maka pada titik kritis tertentu akan terjadi lucutan diantara kedua elektroda.

Lucutan dalam zat cair ini akan terdiri dari unsur – unsur sebagai berikut :

• Aliran listrik yang besarnya ditentukan oleh karakteristik rangkaian.

• Lintasan cahaya yang cerah dari elektroda yang satu ke elektroda yang lain.

• Terjadi gelembung gas dan butir – butir zat padat hasil dekomposisi zat cair.

(42)

III.8. Faktor – Faktor Penyebab Terjadinya Degradasi Minyak Isolasi

Minyak isolasi yang dipakai dalam jangka waktu yang lama akan mengalami proses degradasi atau menurunnya kemampuan minyak sebagai media isolasi, hal tersebut dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya :

1. Panas

Pemanasan yang berlangsung cukup lama dan terus – menerus pada minyak isolasi akan merusak struktur kimia dari minyak isolasi, sehingga akan merubah sifat – sifat dasar sebagai media isolasi.

2. Kerusakan karena ionisasi

Kerusakan karena ionisasi akan terjadi jika

W = E . q . λ > Wionisasi ………..(3-2) λcair< λgas

Ecair > Egas

Dari pernyataan diatas dapat diketahui bahwa bahan dielektrik cair dapat lebih baik dari bahan dielektrik gas (untuk beberapa jenis gas) jika tidak dicampur dengan bahan – bahan lain yang dapat merusak dielektrik cair sebagai media isolasi. Karena dibutuhkan E yang sangat besar agar W > Wionisasi, sehingga terjadi kegagalan isolasi.

Adanya kuat medan yang besar menyebabkan timbulnya polaritas elektron antara kedua elektrodanya dan dapat menyebabkan kerusakan pada dielektrik cair.

Adanya ketidakmurnian pada bahan dielektrik cair sangat besar pengaruhnya terhadap sifat suatu bahan dielektrik (isolasi), hal ini dapat dilihat pada minyak transformator. Jumlah uap air yang ada pada minyak transformator ternyata sangat

(43)

Dalam pengukuran minyak transformator yang terkontaminasi dengan material pengotor, biasanya mempunyai tegangan gagal EBd 0 s/d 25 kV/mm. Minyak

transformator maupun pemutus tenaga yang telah lama digunakan harus di uji secara periodik untuk mengetahui kemampuannya. Minyak yang diuji dengan elektroda standar pada jarak 2,5 mm.

3. Kontak dengan udara

Kontak dengan udara akan menyebabkan minyak isolasi beroksidasi dengan udara yang akan mengakibatkan minyak tercemar sehingga mengakibatkan turunnya kekuatan dielektrik minyak isolasi.

4. Partikel – partikel yang merusak minyak isolasi

Partikel – partikel mekanis yang merusak minyak isolasi seperti perkaratan (korosi) dan partikel – pertikel yang terbentuk dari bagian – bagian peralatan yang diisolasi dengan minyak transformator sehingga minyak terkontaminasi dengan partikel tersebut.

5. Korona

Percikan bunga api korona menyebabkan kadar karbon minyak meningkat dan menyebabkan gelembung – gelembung gas N2 dan O2 pada minyak isolasi.

6. Faktor alamiah

Umur yang cukup lama merupakan salah satu faktor yang menyebabkan minyak mengalami penurunan kualitas isolasinya.[3]

(44)

BAB IV

ANALISIS KENAIKAN KEKUATAN DIELEKTRIK ISOLASI MINYAK TRANSFORMATOR

Untuk mengetahui kenaikan kekuatan dielektrik isolasi minyak transformator maka diambil data hasil Purification / Filter yang dilakukan oleh PT PLN (Persero) UPT Medan. Proses Purification / Filter ini dilaksanakan di Gardu Induk Labuhan, Tragi Paya Pasir.

Untuk mengembalikan kualitas minyak isolasi transformator, maka dilakukan tindakan berupa :

1. Purification / Filter

Proses purification/filter ini dilakukan apabila berdasarkan hasil kualitas minyak diketahui bahwa pengujian kadar air dan tegangan tembus berada pada kondisi buruk.

2. Reklamasi

Hampir sama dengan proses purification / filter, proses reklamasi dilengkapi dengan melewatkan minyak pada fuller earth (bejana panas dan dicampur lumpur) yang berfungsi untuk menyerap asam, basa dan produk - produk oksidasi pada minyak. Reklamasi dilakukan apabila berdasarkan hasil kualitas minyak diketahui bahwa pengujian kadar asam berada pada kondisi buruk.[12]

(45)

IV.1. Peralatan – Peralatan Yang Digunakan

Untuk melakukan proses Purification / Filter, maka digunakan peralatan – peralatan yang biasa digunakan oleh PT PLN (Persero) yaitu High Vacuum Oil Purifier dengan data – data sebagai berikut [10]:

1. Model : KLVC - 4BAXC – MIA/KCF-100X2 2. Serial No. E-0134C

3. Kapasitas : 4000 L/Jam

4. Operating temperatur : 20ºC - 50ºC 5. Tegangan sumber : 380 V (3 ph), 50 Hz 6. Heater : 3 ph 48 kW (3 buah)

7. Motor Total : 6,7 kW

Tabel 4.1. Jenis – Jenis Motor Pada High Vacuum Oil Purifier

8. Delivery Pressure : 5 Kg/Cm2 9. Micron Rating : 0,5 µ

10.Filter Pressure : 3 Kg/Cm2 11.Operating Vacuum : 2 – 6 Tor

NO Phasa Pole

Output Arus

Aplikasi

(kW) (Amper)

1 3 4 1,5 3,2 Oil Inlet Pump

2 3 4 3,7 7,7 Vacuum Pump

(46)

12.Vacuum Pump : 3000 L/M.

Sedangkan untuk pengujian tegangan tembus PT. PLN (Persero) menggunakan alat Portatest 80A-2, No. 4018301 dengan data :

1. Tegangan Input AC : 110 V, 220 V, 240 V / 50, 60 Hz 2. Tegangan Output : 0 – 80 kV

3. Jarak Ukur : 2,5 mm 4. Daya Max : 900 VA

5. Waktu tes 1 – 10 kali, lama waktu tes tercepat 5 menit, waktu mampu menahan tegangan uji 1 menit – 24 jam.

6. Temperatur : 0 – 50 ºC

7. Ukuran : 540mm x 400mm x 440mm

8. Standar : IEC 156/95, VDE 370/96, BS 5874/80, UTE C27-221/74,UNE 21309/89, NEN 10156, SEV 3141/69, CEI 10-1/73, ASTM D1816/90, ASTM D877/90, JIS 2101-82, JIS Silicon 2101/82

9. Berat : 39 kg

(47)

IV.2. Prosedur Pengujian

IV.2.1. Pengujian Tegangan Tembus Minyak

Pada pengujian minyak transformator ada beberapa tahapan yang diantaranya adalah :

IV.2.1.1. Pengambilan Sample

Karena isolasi minyak sensitif terhadap pencemaran, maka pengambilan sample harus dilakukan dengan hati-hati. Pastikan tempat / wadah alat uji dalam kondisi bersih. Gunakan selang dan corong untuk mengisi minyak kedalam wadah (selang dan corong harus dalam kondisi bersih) serta gunakan juga masker untuk menghindari pencemaran ketika berbicara. Pengambilan sample yang dilakukan sebagai berikut :

1. Buang sedikit minyak dengan membuka valve agar kotoran didalam valve terbuang, juga pada selang dan corong.

2. Isi wadah dengan minyak secukupnya lewat valve yang sama untuk membersihkan kotoran / unsur lain didalam wadah, selanjutnya dibilas wadah hingga benar – benar bersih dengan minyak tersebut (bila perlu dua sampai tiga kali).

3. Isi wadah hingga penuh dan meluap sehingga jika adanya gelembung akan ikut terbuang dan jangan sampai minyak tersentuh oleh kulit kita.

4. Tutup rapat minyak tersebut dengan penutup wadah agar minyak tidak terkontaminasi dan bersihkan wadah bagian bawah dan sisi samping yang terkena minyak dengan kain majun.

(48)

IV.2.1.2. Pengujian Minyak

Pengujian minyak dilakukan dengan langkah – langkah sebagai berikut : 1. Sambungkan alat uji dengan supplay 220 V, 50 Hz.

2. Aktifkan alat uji dengan menekan tombol switch on. 3. Tekan tombol menu, pilih standar IEC.

4. Setting alat uji sampai enam kali uji dengan waktu pengujian pertama 300 detik dan selanjutnya 120 detik.

Berikut ini rangkaian pengujian tegangan tembus minyak (Gambar 4.1).

Keterangan :

TU = Trafo Uji EU = Elektroda Uji PT = Trafo Ukur S = Saklar

V = Meter Digital

S

AC 220 V

TU

PT

EU

V

BEJANA

(49)

IV.2.1.3. Pengambilan Data

Pengambilan data dapat secara langsung dari penampakan display alat ataupun memprint hasil uji tersebut, penulis secara langsung mencatat hasil penampakan display sampai uji tegangan tembus berakhir (uji keenam). Pengambilan data terus berlangsung sampai sirkulasi keenam.

(50)

IV.2.2. Proses Purification / Filter Pada Minyak

Alat Purification / Filter terdiri dari rangkaian komponen berupa pipa, tabung, vakum, filter, heater, pompa, flowmeter dll. Berikut komponen – komponen tersebut : 1. Pompa / motor penyalur minyak pada mesin (Inlet Pump).

2. Strainer

Setelah terhisap oleh motor pompa Inlet yang dilengkapi dengan safety valve dan dikontrol oleh inverter, maka minyak akan memasuki mesin melalui strainer yang fungsinya sebagai penyaringan minyak dari partikel-partikel zat padat dan akan diteruskan kembali oleh pompa menuju heater.

3. Oil Heater / pemanas minyak

Dalam perangkat ini elemen pemanas listrik ditempatkan pada protection tubes (tabung-tabung pengaman).

4. Oil pre-filter / penyaring minyak depan

Prefilter melakukan proses penyaringan dengan kerapatan sebesar 0,5 mikron yang dilengkapi juga dengan pressure gauge, drain valve dan oil sample valve. Dalam perangkat ini dilengkapi 1 set saringan penampung dengan kerapatan 0,5 micron. 5. Degassing Chamber / ruang penguapan :

Pada perangkat ini dengan bagian pendistribusian penguapan minyak, pada ruangan / bagian yang dilindungi dengan tutup pembuka.

• 1 set sight glass ( tabung )

• 3 set Oil level switch / pengunci level minyak

(51)

Di dalam vacuum chamber yang dilengkapi pressure gauge, vacuum gauge, nozzle, sigh glass, dan valve pengatur vacuum akan dipisahkan antara minyak dangan kandungan gas dan air dengan cara pemecahan dan pemacuuman oleh vacuum pump. 6. Pompa / motor penyalur minyak keluar (Outlet Pump).

7. Fine Filter / Penyaring akhir :

Pada perangkat ini dilengkapi dengan tutup dan lapisan filter yang mudah diganti.

• 1 buah kran minyak

• 6 buah lapisan penyaring 0,5 Micron 8. Pompa Vacum

9. Katup valve

10. Measuring Instruments / Alat pengukuran 11. Panel kontrol

Proses Sirkulasi dilakukan pada proses Purification / Filter adalah minimal 6 (enam) dan maksimal 20 (dua puluh kali) jika minyak tersebut belum mencapai nilai tegangan tembus yang diinginkan (sesuai PT. PLN (Persero) dengan syarat setiap sirkulasi harus diambil sample untuk di uji tegangan tembusnya. PT PLN (Persero) menetapkan batas minyak sudah tidak dapat di sirkulasikan lagi atau dapat dibuang jika setelah mengalami proses pemurnian masih diperolah nilai kekuatan dielektrik 30 kV / 2,5 mm, endapan > 0, 5 ppm dan moisture > 120 ppm.[12]

(52)

Pada penelitian saya ini, trafo yang di Purification / Filter adalah Trafo Gardu Induk Labuhan yang tidak beroperasi, berarti proses purification / Filter berlangsung dalam keadaan OFFLOAD. Trafo Gardu Induk Labuhan memiliki Kapasitas 31,5 MVA (Merk Pawell) dengan kapasitas minyak 19776,5 liter. Karena alat Purification / Filter dengan type KLVC - 4BAXC – MIA/KCF-100X2 mampu mengalirkan 4000 liter tiap jamnya maka untuk memperoleh satu sirkulasi dibutuhkan sekitar 5 (lima) jam, untuk itu dibutuhkan waktu 30 jam untuk menyelesaikan 6 (enam) sirkulasi. Jadi 5 (lima) jam disini adalah waktu yang dibutuhkan oleh mesin untuk mensirkulasi seluruh minyak (19776,5 liter) dalam trafo. Berikut adalah gambar rentang waktu sirkulasi (Gambar 4.3).

IV.2.2.1. Persiapan

1. Sumber Tegangan AC

• Sambungkan ke sumber 3 phasa 380 Volt

• Hidupkan circuit breaker

• Pastikan Tidak ada masalah pada sumber 3 phasa yang masuk karena besarnya tegangan yang masuk mempengaruhi kerja dari peralatan.

Start Sirkulasi I Sirkulasi II Sirkulasi III Sirkulasi IV Sirkulasi V

5 Jam 5 Jam 5 Jam 5 Jam

30 Jam

5 Jam

Sirkulasi VI

5 Jam

(53)

2. Sambungan selang

• Sambungkan selang antara valve V1 (Inlet) ke Valve bawah transformator

• Sambungkan selang antara valve V2 (Outlet) ke Valve atas transformator 3. Sebelumnya menjalankan mesin Purifier periksa dahulu keadaan – keadaan

berikut :

• Mesin harus diletakkan pada permukaan yang datar dan berada tidak jauh dari transformator juga minyak yang akan diproses (purifier).

• Setelah menyambungkan kabel power, periksalah kembali pada volt meter di kontrol panel, apakah telah sesuai dengan kebutuhan mesin. Apabila telah sesuai periksa juga arah putaran motor in / out atau motor vacuum.

• Periksa kembali valve yang ada pada mesin apakah sudah sesuai dengan aliran minyak.

• Banyaknya oli pada vacuum pump sesuai dengan instruksi dari pembuat. Jangan diisi melebihi yang ditentukan.

• Periksalah apakah masih ada minyak yang tersisa pada Vapor Trap. Jika masih ada, keluarkan minyak yang tersisa (buang).

• Pastikan sambungan pada selang sudah tersambung rapat.

IV.2.2.2. Proses Sirkulasi

1. Buka valve inlet V1 dan valve outlet (V2)

2. Sirkulasi minyak pada mesin untuk menghilangkan gelembung udara pada mesin.

(54)

3. Jalankan motor vacuum, kemudian motor inlet dan outlet secara bersamaan. 4. Setelah sirkulasi pada mesin dan transformator stabil, hidupkan heater (H1

sampai dengan H3) secara bertahap, hingga temperatur pada mesin sama dengan temperatur pada transformator namun apabila terjadi perbedaan temperatur antara mesin dengan transformator maka metode mematikan heater harus secara bertahap pula sehingga temperatur antara mesin dengan transformator tetap sama.

5. Periksa ulang pada tabung mesin apakah sudah stabil. Jika sudah stabil dapat dilanjutkan pada proses berikutnya.

IV.2.2.3. Proses Purification Transformator

1. Buka Valve atas dan Valve bawah transformator 2. Buka Valve inlet V1 dan Valve outlet V2.

3. Pastikan ketinggian minyak di konservator sight glass berada pada posisi tengah dengan cara mengatur minyak keluar dari valve outlet (V2) dan minyak masuk dari valve inlet (V1).

4. Setelah sirkulasi berjalan selama beberapa jam, ambil contoh minyak dari valve pada filter out untuk pengetesan tegangan tembus.

5. Apabila tegangan tembus telah memenuhi standar, lanjutkan pada proses mematikan mesin.

(55)

Dibawah ini adalah gambar Diagram Proses Purification / Filter Pada Minyak (Gambar 4.4).

Heater _{Pree Filter} Oil Inlet

Strainer

Vacuum Valve

Inlet Pump _{Vacuum Pump}

Vacuum Chamber

Fine Filter

Oil Outlet _{Outlet Pump}

Stabilizing

(56)

IV.2.2.4. Proses Mematikan Mesin

1. Pertama-pertama matikan heater dan Vacuum selanjutnya motor in, motor out secara bersamaan.

2. Tutup valve atas dan valve bawah transformator 3. Tutup valve inlet (V1) dan Outlet (V2)

4. Buka selang valve (V1) dan (V2) dari mesin.

5. Matikan circuit breaker dan lepas kabel power setelah itu lepaskan semua sambungan selang.

Berikut adalah proses sederhana dari kerja Purifier / Filter

Minyak dikeluarkan dari valve transformator melalui selang dialirkan ke inlet

valve mesin purifier, pada tahap petama partikel-partikel kasar dari minyak disaring

pada bagian stranier, kemudian dipompakan ke heater, disini minyak mengalami proses pemanasan yang bertujuan untuk menguapkan kadar air dan gas pada minyak, setelah itu pada bagian filter minyak difilter kembali, penyaringan pada tahap ini bertujuan untuk menyaring partikel kotoran, kerak karbon serpihan logam dll, kemudian minyak dialirkan ke bagian ruang vacuum, pada bagian ini terjadi proses penebaran dan pemisahan minyak yang mengandung kadar air dan gas, lalu kadar air dan gas dihisap oleh vacuum, kemudian dibuang sehingga minyak yang keluar dari ruang vacuum ini adalah minyak yang sudah bersih dari kadar air dan gas. Kemudian minyak yang sudah divacuum ini dipompakan kembali ke transformator untuk digunakan, sebelum dialirkan ke transformator minyak difilter lagi pada bagian filter untuk menyaring partikel-partikel karbon dan serpihan kadar logamnya selanjutnya

(57)

volume minyak yang akan dimasukkan ke dalam transformator dengan minyak yang keluar dari transformator.

Minyak yang sudah melewati tahap-tahap Purifier / Filter adalah minyak yang mempunyai kualitas lebih tinggi dari minyak sebelum di Purifier / Filter. Sebagai pengujian atau pembuktian bahwa minyak yang sudah dimurnikan / dipurifier mempunyai kualitas kekuatan dielektrik yang lebih tinggi dari sebelumnya maka dilakukan kembali test tegangan tembus. Berikut adalah gambar diagram High Vacuum Oil Purifier (Gambar 4.5).

(58)

IV.3. DATA HASIL PENGUJIAN

1. Sebelum di Purification dengan High Vacuum Oil Purifier

Tabel 4.2. Nilai Tegangan Tembus Sebelum di Purification Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 31,0

2 32,0

3 30,1

4 37,6

5 26,3

6 26,0

Rata - rata 30,5

2. Sirkulasi Pertama

Tabel 4.3. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Pertama Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 33,0

2 38,5

3 33,2

4 31,4

5 32,3

6 34,3

(59)

3. Sirkulasi Kedua

Tabel 4.4. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Kedua

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 39,4

2 38,8

3 36,7

4 35,6

5 37,3

6 36,6

Rata - rata 37,4

4. Sirkulasi Ketiga

Tabel 4.5. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Ketiga

Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 45,3

2 48,4

3 45,2

4 40,1

5 41,2

6 38,4

(60)

5. Sirkulasi Keempat

Tabel 4.6. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Keempat Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 67,1

2 40,8

3 51,4

4 51,4

5 73,1

6 46,7

Rata - rata 55,0

6. Sirkulasi Kelima

Tabel 4.7. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Kelima Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 70,1

2 80,0

3 65,5

4 70,3

5 71,2

6 63,3

(61)

7. Sirkulasi Keenam

Tabel 4.8. Nilai Tegangan Tembus Setelah Sirkulasi Keenam Pengujian Tegangan Tembus (kV)

1 80,0

2 71,9

3 75,9

4 71,5

5 66,2

6 67,8

Rata - rata 72,2

IV.4. ANALISIS DATA

Dari hasil data pengujian, dapat dicari nilai kekuatan dielektrik minyak transformator, dengan rumus [4] :

(

kV mm

)

s V

E /

η

= ... (4-1) Dimana :

E = Kuat medan listrik yang dapat ditahan oleh dielektrik (kV/mm) V = Tegangan maksimum yang dibaca alat ukur ( kV)

S = Jarak sela antar elektroda = 2,5 mm

(62)

r r s p= + ,

r R

q= , dengan R,r = radius masing-masing elektroda = 36 mm

Maka, didapat nilai p = 1,069 maka dapat dianggap 1 dan q = 1, kemudian berdasarkan Tabel 4.9, maka faktor efisiensi untuk f(1,1) = 1

Tabel 4.9. Nilai Faktor Efisiensi Medan (

η

) Untuk Berbagai Susunan Elektroda

p q = 1

1 1

1,5 0,850

2 0,732

3 0,563

4 0,449

5 0,372

6 0,318

7 0,276

8 0,244

9 0,218

10 0,197

15 0,133

2r s 2r 2r

2r s 2r

(63)

Sehingga nilai kekuatan dielektrik minyak transformator tersebut adalah :

1. Sebelum di Purification / Filter

5 , 2 5 , 30 =

E = 12,2 kV/mm 2. Sirkulasi Pertama

5 , 2 7 , 33 =

E = 13,5 kV/mm 3. Sirkulasi Kedua

5 , 2 4 , 37 =

E = 14,9 kV/mm 4. Sirkulasi Ketiga

5 , 2 1 , 43 =

E = 17,2 kV/mm 5. Sirkulasi Keempat

5 , 2 0 , 55 =

E = 22,1 kV/mm 6. Sirkulasi Kelima

5 , 2 0 , 70 =

E = 28,0 kV/mm 7. Sirkulasi Keenam

5 , 2 2 , 70 =

E = 28,8 kV/mm

Dengan rumus yang sama maka didapat nilai kekuatan dielektrik dari setiap tegangan tembus pada Table 4.2 sampai dengan Tabel 4.8 sebagai berikut :

(64)

1. Sebelum di Purification / Filter dengan High Vacuum Oil Purifier

Tabel 4.10. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik Sebelum di Purification

Pengujian Tegangan Tembus (kV) Kekuatan Dielektrik (kV/mm)

1 31,0 12,4

2 32,0 12,8

3 30,1 12,0

4 37,6 15,0

5 26,3 10,5

6 26,3 10,4

Rata - rata 30,5 12,2

2. Sirkulasi Pertama

Tabel 4.11. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik Setelah Sirkulasi Pertama

Pengujian Tegangan Tembus (kV) Kekuatan Dielektrik (kV/mm)

1 33,0 13,2

2 38,5 15,4

3 33,2 13,3

4 31,4 12,5

5 32,3 12,9

6 34,3 13,7

(65)

3. Sirkulasi Kedua

Tabel 4.12. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik Setelah Sirkulasi Kedua Pengujian Tegangan Tembus (kV) Kekuatan Dielektrik (kV/mm)

1 39,4 15,7

2 38,8 15,5

3 36,7 14,7

4 35,6 14,2

5 37,3 14,9

6 36,6 14,6

Rata - rata 37,4 14,9

4. Sirkulasi Ketiga

Tabel 4.13. Nilai Tegangan Tembus Kekuatan dan Dielektrik Setelah Sirkulasi Ketiga

Pengujian Tegangan Tembus (kV) Kekuatan Dielektrik (kV/mm)

1 45,3 18,1

2 48,4 19,3

3 45,2 18,1

4 40,1 16,0

5 41,2 16,5

6 38,4 15,3

(66)

5. Sirkulasi Keempat

Tabel 4.14. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik Setelah Sirkulasi Keempat

Pengujian Tegangan Tembus (kV) Kekuatan Dielektrik (kV/mm)

1 67,1 26,8

2 40,8 16,3

3 51,4 20,5

4 51,1 20,4

5 73,1 29,2

6 46,7 18,7

Rata - rata 55,0 22,0

6. Sirkulasi Kelima

Tabel 4.15. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik Setelah Sirkulasi Kelima

Pengujian Tegangan Tembus (kV) Kekuatan Dielektrik (kV/mm)

1 70,1 28,0

2 80,0 32,0

3 65,2 26,1

4 70,3 28,1

5 71,2 28,5

6 63,3 25,3

(67)

7. Sirkulasi Keenam

Tabel 4.16. Nilai Tegangan Tembus dan Kekuatan Dielektrik Setelah Sirkulasi Keenam

Pengujian Tegangan Tembus (kV) Kekuatan Dielektrik (kV/mm)

1 80,0 32,0

2 71,9 28,7

3 75,9 30,3

4 71,5 28,6

5 66,2 26,5

6 67,8 27,1

Rata - rata 72,2 28,9

Dari hasil data pengujian dan hasil perhitungan kekuatan dielektrik minyak transformator maka dapat dibuat kurva perubahan kenaikan kekuatan dielektrik minyak transformator tiap sirkulasi dan kenaikan kekuatan dielektrik (E) Vs lama sirkulasi.

(68)

Gambar 4.6. Kurva Perubahan Kenaikan Kekuatan Dielektrik Minyak Transformator Tiap Sirkulasi

(69)

Kurva pada gambar 4.6 dan gambar 4.7 diperoleh melalui proses Purification / Filter berupa kenaikan kekuatan dielektrik terhadap lama di Purification / Filter, dapat diketahui bahwa terjadi kenaikan kekuatan dielektrik setelah di Purification / Filter. Hal ini disebabkan telah terjadi proses pemurnian berupa filterisasi partikel – partikel, kerak karbon, serpihan logam dan pemisahan kandungan air serta gas dari minyak. Sebagai contoh kekuatan dielektrik sebelum di Furification / Filter adalah 12,2 kV / mm, sedangkan setelah sirkulasi keenam kekuatan dielektrik naik menjadi 28,8 kV / mm. Kenaikan kekuatan dielektrik terendah terjadi setelah sirkulasi pertama yaitu 1,3 kV / mm sedangkan tertinggi terjadi setelah sirkulasi keenam yaitu 16,6 kV / mm. Hal ini menunjukan semakin lama dilakukan proses sirkulasi maka akan terjadi peningkatan kekuatan dielektrik karena minyak didalam transformator akan mengalami proses Furification / Filter berulang – ulang.

(70)

BAB V PENUTUP

III.1. Kesimpulan

1. Terjadi kenaikan kekuatan dielektrik setelah dilakukan Purification / Filter. 2. Semakin lama di Purificatian / Filter, maka semakin besar kenaikan kekuatan

dielektriknya yaitu pada sirkulasi keenam sebesar 16,6 kV/mm.

3. Jika setelah di Purifikasi / Filter kekuatan dielektrik sudah tidak bisa naik lagi (endapan > 0,5 ppm, moisture >120 ppm dan kekuatan dielektrik < 30 kV/2,5 mm) sebaiknya minyak dibuang.

V.2. Saran

Karena penelitian ini hanya membahas tentang Purification / Filter dengan High Vacuum Oil Purifier maka perlu adanya penelitian lebih mendalam yang membahas tentang proses Reklamasi.

(71)

DAFTAR PUSTAKA

1. Naidu, M.S dan V. Kamaraju, High Voltage Engineering Second Edition, McGraw Hill, New Delhi. 1996

2. HASIL REVIEW SE 032 : 2009, “Pedoman Operasi dan Pemeriharaan Transformator Tenaga”, PT PLN (Persero) P3b Sumatera, Padang. 2009

3. Panggabean, Samuel, Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kekuatan Dielektrik Berbagai Minyak Isolasi Transformator (Gulf, Nynas, Shell Dialla B, dan Total), skripsi, Medan : Universitas Sumatera Utara. 2008

4. L. Tobing, Bonggas, “ Diktat Kuliah Gejala Medan Tinggi Jurusan Teknik Elektro FT-USU”, Medan. 2005

5. L. Tobing, Bonggas, Peralatan Tegangan Tinggi, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. 2003

6. L. Tobing, Bonggas, Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. 2003

7. SPLN 49 – 1 : 1982, “ Specification for New Insulating Oils for Transformers and Switchgear”, Perusahaan Umum Listrik Negara. 1982

8. SPLN 49 – 2 : 1982, “Minyak Isolasi”, Perusahaan Umum Listrik Negara. 1982

9. Arismunandar, A, Teknik Tegangan Tinggi Suplemen, Ghalia Indonesia, Jakarta, 1983

(72)

10.Kato Electric MFG. CO, LTD, “ Operation and Maintenace Instruction. Manual For High Vacuum Oil Purifier”, Kato Electric MFG. CO, LTD, Tokyo, Japan. 1994

11.Wadhwa, C L, High Voltage Engineering Second Edition, New Age International (P) Ltd, Publishers, New Delhi. 2007

12.Tim Penyusun Materi Pelatihan Operasi dan Pemeliharaan Trafo Tenaga : 2003,” Pedoman Pemeliharaan Trafo Tenaga”, PT PLN (Persero) P3B, Jakarta. 2003

13.Supriyanto, David, Analisis Karakteristik Tegangan Tembus Minyak Trafo Sebelum Dan Sesudah Di Purifikasi Dengan Fenol, Skripsi. Semarang : Universitas Diponegoro.

14.Suhariadi, Ichwan, Studi Pengaruh Temperatur Terhadap Karakteristik Dielektrik Minyak Sawit, Skripsi. Bandung : Institut Teknologi Bandung. 2002