Pengaruh Suhu Terhadap Tegangan Tembus Minyak Transformator Sesudah Dipurifikasi Fenol
BAB II
ISOLASI CAIR
II.1. Umum
Bahan isolasi cair digunakan pada peralatan-peralatan listrik seperti
transformator, kapasitor, dan pemutus daya (circuit breaker). Selain sebagai isolasi
juga berfungsi sebagai pendingin bagi peralatan. Untuk melaksanakan tugasnya
sebagai bahan isolasi maka bahan-bahan isolasi cair yang digunakan harus
mempunyai tegangan tembus yang tinggi.
Beberapa alasan digunakannya bahan isolasi cair adalah sebagai berikut:
1. Isolasi cair memiliki kerapatan jenis 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan
isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi.
2. Isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara
serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat
rugi energi.
3. Isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi
pelepasan muatan (discharge).
Namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi.
Adapun sifat-sifat listrik yamg menentukan kerja bahan isolasi cair adalah :
1. Tembus listrik
Yaitu kemampuan untuk tidak mengalami tembus listrik dalam kondisi tekanan
listrik (electric stress) yang tinggi.
6
Universitas Sumatera Utara
2. Kapasitansi listrik per unit volume.
Kapasitansi listrik per unit volume menentukan permitivitas relatifnya. Pada
minyak petroleum biasanya memiliki permitivitas relatif 2 sampai 2,5 sedangkan
untuk minyak silikon 2 sampai 73 dan asrekal 4,5 sampai 5,0[4].
3. Faktor disipasi (Tg ∂)
Faktor disipasi adalah faktor yang menentukan besarnya rugi-rugi dielektrik pada
bahan isolasi yang dikenai tegangan bolak-balik (AC). Faktor disipasi merupakan
parameter yang penting b. Minyak transformator murni pada frekuensi 50 Hz
memiliki faktor disipasi sebesar 10-4 pada suhu 20 oC dan 10-3 pada 90 oC.
4. Resistivitas
Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resistivitasnya lebih
besar dari 109 Ω-m. Pada sistem tegangan tinggi, resistivitas yang diperlukan
untuk material isolasi adalah 1016 Ω-m atau lebih.
II.2 Jenis-Jenis Bahan Isolasi Cair
Minyak isolasi terdiri dari beberapa jenis. Berdasarkan bahan pembuatnya,
minyak isolasi terdiri dari minyak isolasi yang berasal dari olahan minyak bumi dan
minyak isolasi berasal dari tumbuh-tumbuhan atau disebut minyak nabati ( minyak
organik). Bahan-bahan ini sedang dikembangkan agar layak menjadi bahan isolasi
cair alternatif. Selain ekonomis bahan ini juga terbarukan tidak seperti minyak bumi.
Bahan-bahan ini antara lain adalah minyak jarak, minyak kelapa murni, minyak
jagung, minyak kedelai, dan lain-lain.
Minyak olahan dari minyak bumi terdiri dari minyak isolasi mineral dan
minyak sintesis.
7
Universitas Sumatera Utara
1. Minyak Isolasi Mineral
Minyak isolasi mineral adalah minyak yang berasal dari minyak bumi yang diproses
secara destilasi. Minyak bumi yang telah didestilasi ini, harus mengalami beberapa
proses lagi untuk mendapatkan tahanan isolasi yang tinggi. Minyak isolasi mineral
umumnya banyak digunakan pada peralatan tegangan tinggi seperti :
-
Transformator daya
-
Kapasitor daya
-
Kabel daya
-
Circuit breaker (pemutus daya)
Dalam hal ini minyak isolasi berfungsi sebagai bahan dielektrik, bahan pendingin
dan pemadam busur api.
2. Minyak Isolasi Sintesis
Minyak isolasi sintesis adalah minyak isolasi yang diproses secara kimia untuk
mendapatkan karakteristik yang lebih baik dari minyak isolasi mineral. Minyak
isolasi sintesis
memilki beberapa kelemahan, yaitu sifatnya mudah beroksidasi
dengan udara, mengalami pemburukan yang cepat dan sifat kimianya bisa berubah
akibat kenaikan temperatur, serta tidak dapat terurai sempurna, sehingga apabila
mengalami kebocoran bisa menimbulkan pencemaran lingkungan. Beberapa jenis
dari minyak ini antara lain adalah askarel, silikon cair, dan ester sintesis.
II.3. Minyak Transformator
Minyak transformator adalah minyak mineral yang diperoleh melalui
pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya, minyak ini karena pengaruh panas
dari rugi-rugi di dalam transformator akan timbul hidrokarbon. Selain berasal dari
8
Universitas Sumatera Utara
minyak mineral, minyak transformator dapat pula dibuat dari bahan organik, seperti
minyak transformator piranol dan silicon. Sebagai bahan isolasi minyak
transformator harus mempunyai tegangan tembus yang tinggi.
Pada sebagian besar transformator daya, kumparan-kumparan dan intinya
direndam di dalam minyak, terutama transformator-transformator daya yang
berkapasitas besar, karena selain sebagai bahan isolasi minyak transformator harus
berfungsi sebagai pemindah panas. Untuk itu minyak transformator harus memenuhi
persyaratan sebagai berikut :
1. Kekuatan isolasi tinggi.
2. Penyalur panas yang baik.
3. Memiliki berat jenis yang kecil, sehingga partikel-partikel dalam minyak
dapat mengendap dengan cepat.
4. Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi.
5. Daya hantar panas yang baik.
6. Titik nyala yang tinggi agar tidak mudah terbakar dan tidak mudah
menguap.
7. Tidak merusak bahan isolasi padat.
8. Sifat kimia yang stabil.
II.4 Tembus Listrik Isolasi Cair
Tembus listrik minyak isolasi disebabkan oleh isolasi tersebut sudah lama
dipakai, berkurangnya kekuatan dielektrik dan karena isolasi tersebut diterpa
tegangan lebih. Pada prinsipnya tegangan pada isolator merupakan suatu desakan
atau tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya dalam isolator itu sendiri agar
9
Universitas Sumatera Utara
isolator tidak tembus. Dalam struktur molekul bahan isolasi, elektron-elektron terikat
sangat erat pada intinya, 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 bahan tersebut kemasukan suatu ketidakmurnian(impurity) seperti
adanya arang atau kelembaban dalam isolasi yang dapat menurunkan kekuatan
tembus listriknya.
Kekuatan dielektrik minyak transformator dapat menurun karena pengaruh
asam dan dapat pula karena kandungan air. Keasaman minyak transformator dapat
dinetralisir dengan menggunakan potas hidroksida (KOH). Sedangkan kandungan air
di dalam minyak transformator dapat dihilangkan dengan memakai bahan
higroskopis yaitu silikagel.
10
Universitas Sumatera Utara
II.5 Pengujian Minyak Transformator
Pengujian tegangan tembus minyak transformator dapat dilakukan dengan
mengunakan peralatan seperti ditunjukan pada Gambar 2.1.
Keterangan :
AT = Autotrafo; TU = Trafo Uji; PT = Trafo Ukur; V = Voltmeter AC;
EB = Elektroda Bola
Gambar 2.1. Peralatan Pengujian Tembus Minyak
82 mm
Min 15 mm
r = 2,5 mm
46 mm
Bejana uji terbuat dari bahan transparan. Seperti ditunjukan pada Gambar 2.2.
2,5 mm
90 mm
Gambar 2.2 Bejana Uji Tegangan Tembus Isolasi Cair
Jarak elektoda dibuat 2,5 mm, sedangkan tegangannya dapat diatur dengan
menggunakan auto transformator, sehingga dapat diketahui tegangan saat terjadinya
11
Universitas Sumatera Utara
tembus listrik. Kejadian tembus listrik terlihat jika ada loncatan bunga api pada sela
elektroda.
Beberapa faktor yang diperkirakan mempengaruhi tegangan tembus minyak
transformator pada saat pengujian di atas, adalah
1. Luas permukaan elektroda.
2. Jarak celah (gap spacing).
3. Pendinginan.
4. Perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak).
5. Kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diuji.
Kegunaan minyak transformator adalah selain untuk bahan isolasi juga
sebagai media pendingin antara kumparan kawat atau inti besi dengan sirip
pendingin. Agar minyak transformator berfungsi sebagai pendingin yang baik, maka
kekentalannya tidak boleh terlalu tinggi agar mudah bersirkulasi di dalam tangki
sehingga dapat mendinginkan transformator dengan baik.
II.6 Pemburukan Minyak Transformator
Kualitas minyak isolasi akan semakin memburuk setelah minyak isolasi
digunakan dalam waktu yang lama. Hal ini terjadi karena :
a. Kenaikan temperatur isolasi setelah peralatan beroperasi.
b. Penurunan kemurniaan bahan isolasi.
c. Kontak dengan udara.
d. Korona pada bagian-bagian peralatan yang runcing yang berdekatan
dengan minyak isolasi.
e. Faktor alamiah.
12
Universitas Sumatera Utara
Ad.a Kenaikan temperatur
Pemanasan yang berlangsung cukup lama dan berlangsung secara terusmenerus dapat merubah struktur kimia dari minyak isolasi tersebut, sehingga
merubah sifat-sifat dasarnya sebagai bahan isolasi.
Ad.b Penurunan Kemurniaan Bahan Isolasi
Ketidakmurniaan bahan dielektrik cair mempunyai pengaruh besar tehadap
sifat isolasi bahan tersebut. Hal ini dapat kita lihat pada minyak transformator.
Jumlah uap air yang ada pada minyak transformator akan mempengaruhi tegangan
tembusnya.
Ad. c Kontak Dengan Udara
Jika minyak isolasi mengalami kontak dengan udara, maka minyak isolasi
akan teroksidasi. Jika hal ini terus terjadi akan menyebabkan penurunan kualitas
minyak yang berdampak pada turunannya kekuatan dielektrik minyak isolasi.
Ad. d Korona
Percikan bunga api dari korona akan meningkatkan kadar karbon pada
minyak isolasi dan menimbulkan gelembung-gelembung gas yang bisa membuat
minyak isolasi mengalami tembus listrik.
Ad. e Faktor Alamiah
Dalam hal ini adalah faktor umur dari minyak isolasi, biasanya semakin lama
minyak isolasi digunakan, maka kualitas dari minyak isolasi tersebut akan berangsurangsur menurun. Sehingga pemburukan minyak isolasi lebih mudah terjadi.
13
Universitas Sumatera Utara
Memburuknya minyak isolasi dapat dilihat dari nilai tan δ yang semakin
besar dan tahanan isolasi yang semakin kecil. Oleh karena itu pengukuran tan δ dan
ketahanan isolasi harus rutin dilakukan, agar kondisi buruk yang akan terjadi dapat
dideteksi sedini mungkin.
Untuk mengetahui apakah minyak isolasi sudah mengalami pemburukan atau
belum adalah dengan melakukan pengujian-pengujian yang sifatnya tidak merusak.
Kegagalan minyak isolasi sebagai bahan dielektrik pada peralatan tegangan tinggi,
biasanya terrjadi karena pemburukan dari minyak isolasi itu sendiri.
II.7 Syarat-Syarat Minyak Transformator
Menurut SPLN 49 – 1 :1982, minyak isolasi harus memiliki beberapa syarat
yaitu:
a. Kejernihan
Minyak harus bebas dari materi suspensi atau endapan.
b. Massa Jenis (Density)
Tidak boleh melebihi 0,859 g/cm2 pada suhu 20 oC.
c. Viskositas Kinematik
Tergantung pada kelas minyak, viskositas kinematik tidak boleh melebihi
batas seperti yang ditunjukan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Nilai Viskositas Kinematik Berdasarkan Kelas Minyak
Kelas Minyak
Suhu
Kelas I
Kelas II
200 C
40
25
-150 C
800
-
0
-
1800
-30 C
14
Universitas Sumatera Utara
d. Titik Nyala (Flash Point)
Titik Nyala juga bergantung pada kelas minyaknya, hal ini dapat dilihat pada
Tabel di bawah ini.
Tabel 2.2 Nilai Flash Point Minimun Berdasarkan Kelas Minyak
Kelas Minyak
Flash Point Minimun
Kelas I
1400 C
Kelas II
130 oC
e. Titik Tuang (Pour Point)
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
f. Angka Kenetralan (Neutralization value)
Tidak boleh melebihi dari 0,03 mg KOH/g.
g. Korosi Belerang (Corrosive sulphur)
Klasifikasi strip belerang tidak boleh melebihi 2.
h. Tegangan Tembus
Untuk minyak baru tegangan tembus minyak paling tidak 30 kV. Jika nilai ini
tidak terpenuhi, maka minyak perlu dilakukan perawatan. Setelah perawatan
tegangan tembus minyak sekurang-kurangnya 50 kV untuk jarak sela 2,5
mm[7].
15
Universitas Sumatera Utara
i. Faktor Kebocoran Dielektrik ( Tan δ)
Nilai maksimal untuk Tan δ adalah 0,005.
j. Ketahanan Oksidasi (Oxidation Stability)
Setelah mengalami oksidasi minyak harus :
Angka Kenetralan = maksimum 0,40 mg KOH/g
Total Lumpur = maksimum 0,10 % dari beratnya
II.7 Pemurnian Minyak Transformator
Minyak transformator dapat terkontaminasi oleh berbagai macam
pengotor seperti kelembaban, serat, resin dan sebagainya. Ketidakmurnian dapat
tinggal di dalam minyak karena pemurnian yang tidak sempurna. Pengotoran dapat
terjadi saat pengangkutan, penyimpanan; dan ketika pemakaian. Pengotoran dapat
terjadi karena meleleh dan mencairnya bahan-bahan yang digunakan di dalam
transformator. Material yang mengotori minyak transformator antara lain adalah
partikel-partikel yang mengapung pada minyak dan partikel-partikel yang
mengendap di dasar tangki, pada belitan dan pada intinya. Dengan adanya
pengotoran maka tegangan tembus minyak akan menurun dan ini berarti mengurangi
umur pemakaian minyak.
Beberapa metode permurnian minyak transformator adalah sebagai berikut:
1. Pemanasan
Minyak dipanaskan di dalam boiler hingga suhunya mencapai titik didih air.
Air yang ada dalam minyak akan menguap karena titik didih minyak lebih tinggi
dari pada titik didih air. Metode ini merupakan metode yang paling sederhana
namun memiliki kekurangan. Pertama, hanya air yang dipindahkan dari minyak,
16
Universitas Sumatera Utara
sedangkan serat, arang dan pengotor lainnya tetap tinggal. Kedua, minyak dapat
menua
dengan
cepat
karena
suhu
tinggi
dan
adanya
udara.
Kekurangan yang kedua dapat diatasi dengan memanaskam minyak dalam
sebuah boiler minyak hampa udara (vacum oil boiler). Air mendidih pada suhu
rendah dalam ruang hampa oleh sebab itu air menguap lebih cepat daripada
minyak. Alat ini tidak menghilangkan kotoran pada kendala pertama, sehingga
pengotor tetap tinggal[10].
2. Sentrifugal
Air serat, karbon dan lumpur yang lebih berat dari minyak dapat dipindahkan
minyak setelah mengendap. Untuk masalah ini memerlukan waktu lama, sehingga
untuk mempercepatnya minyak dipanaskan hingga 45 - 550 C dan diputar dengan
cepat dalam alat sentrifugal. Pengotor akan tertekan ke sisi bejana oleh gaya
sentrifugal, sedangkan minyak yang bersih akan tetap berada ditengah bejana. Alat
ini mempunyai efesiensi yang tinggi. Alat sentrifugal hampa merupakan
pengembangannya.
Bagian utama dari alat sentrifugal adalah
suatu drum. Di dalam drum
terdapat ±50 piring / pelat yang dipasang pada poros vertikal dan berputar bersamasama. Jika poros diputar pengotor berat akan terdorong keluar.
3. Penyaringan
Dengan metode ini, minyak disaring dengan kertas penyaring sehingga
pengotor tidak dapat melalui pori-pori penyaring yang kecil. Embun atau uap
diserap oleh kertas
penyaring tersebut karena kertas penyaring mempunyai
hygroscopicity yang tinggi. Cara ini sangat efesien karena dapat memindahkan
pengotor padat dan uap dari minyak. Walaupun cara ini sederhana dan lebih mudah
17
Universitas Sumatera Utara
untuk dilakukan, keluaran yang dihasilkan lebih sedikit jika dibandingkan dengan
alat sentrifugal. Cara ini cocok digunakan untuk memisahkan minyak dalam circuit
breaker (CB), yang biasanya tercemari oleh partikel jelaga (arang) yang kecil dan
sulit dipisahkan dengan menggunakan alat sentrifugal.
Normalnya, minyak yang akan disaring dimasukkan ke filter atau penyaring
dengan tekanan 3 hingga 5 atmosfir. Biasanya penyaring dilakukans elama 4 jam,
tetapi bila minyaknya sangat kotor, penggantian kertas saring dilakukan setiap 0,5
hinga 1 jam[10].
4. Regenerasi
Material pengotor tidak dapat dipindahkan dari minyak dengan cara
sebelumnya. Penyaringan hanya baik untuk memindahkan bagian endapan yang
masih tersisa dalam minyak. Semua sifat-sifat minyak yang tercemar dapat
dikembalikan kepada sifat semula dengan pemurnian menyeluruh yang disebut
regenerasi,
yaitu
dengan
memasukan
adsorben
kedalam
minyak.
Regenerasi minyak transformator pada gardu induk dan pembangkit sering
digunakan. Adsorben adalah substansi yang partikel-partikelnya dapat menyerap
material pengotor dan air. Hal yang sama dilakukan adsorben dalam ruang
penyaring tabung gas yang menyerap gas beracun dan membiarkan udara bersih
mengalir. Regenerasi dengan adsorben dapat dilakukan lebih baik bila minyak
dicampur dengan asam sulfur (H2SO4). Selanjutnya jika terjadi kelebihan asam
dapat dinetralisir dengan kalium hidroksida (KOH.
Ada dua cara memurnikan minyak dengan adsorben yaitu :
• Pertama, minyak dipanaskan kemudian dicampur dengan serbuk adsorben
dan kemudian disaring.
18
Universitas Sumatera Utara
• Kedua, minyak
dipanaskan kemudian dilewatkan melalui lapisan tebal
adsorben yang disebut perkolasi[10].
19
Universitas Sumatera Utara
ISOLASI CAIR
II.1. Umum
Bahan isolasi cair digunakan pada peralatan-peralatan listrik seperti
transformator, kapasitor, dan pemutus daya (circuit breaker). Selain sebagai isolasi
juga berfungsi sebagai pendingin bagi peralatan. Untuk melaksanakan tugasnya
sebagai bahan isolasi maka bahan-bahan isolasi cair yang digunakan harus
mempunyai tegangan tembus yang tinggi.
Beberapa alasan digunakannya bahan isolasi cair adalah sebagai berikut:
1. Isolasi cair memiliki kerapatan jenis 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan
isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi.
2. Isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara
serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat
rugi energi.
3. Isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi
pelepasan muatan (discharge).
Namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi.
Adapun sifat-sifat listrik yamg menentukan kerja bahan isolasi cair adalah :
1. Tembus listrik
Yaitu kemampuan untuk tidak mengalami tembus listrik dalam kondisi tekanan
listrik (electric stress) yang tinggi.
6
Universitas Sumatera Utara
2. Kapasitansi listrik per unit volume.
Kapasitansi listrik per unit volume menentukan permitivitas relatifnya. Pada
minyak petroleum biasanya memiliki permitivitas relatif 2 sampai 2,5 sedangkan
untuk minyak silikon 2 sampai 73 dan asrekal 4,5 sampai 5,0[4].
3. Faktor disipasi (Tg ∂)
Faktor disipasi adalah faktor yang menentukan besarnya rugi-rugi dielektrik pada
bahan isolasi yang dikenai tegangan bolak-balik (AC). Faktor disipasi merupakan
parameter yang penting b. Minyak transformator murni pada frekuensi 50 Hz
memiliki faktor disipasi sebesar 10-4 pada suhu 20 oC dan 10-3 pada 90 oC.
4. Resistivitas
Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resistivitasnya lebih
besar dari 109 Ω-m. Pada sistem tegangan tinggi, resistivitas yang diperlukan
untuk material isolasi adalah 1016 Ω-m atau lebih.
II.2 Jenis-Jenis Bahan Isolasi Cair
Minyak isolasi terdiri dari beberapa jenis. Berdasarkan bahan pembuatnya,
minyak isolasi terdiri dari minyak isolasi yang berasal dari olahan minyak bumi dan
minyak isolasi berasal dari tumbuh-tumbuhan atau disebut minyak nabati ( minyak
organik). Bahan-bahan ini sedang dikembangkan agar layak menjadi bahan isolasi
cair alternatif. Selain ekonomis bahan ini juga terbarukan tidak seperti minyak bumi.
Bahan-bahan ini antara lain adalah minyak jarak, minyak kelapa murni, minyak
jagung, minyak kedelai, dan lain-lain.
Minyak olahan dari minyak bumi terdiri dari minyak isolasi mineral dan
minyak sintesis.
7
Universitas Sumatera Utara
1. Minyak Isolasi Mineral
Minyak isolasi mineral adalah minyak yang berasal dari minyak bumi yang diproses
secara destilasi. Minyak bumi yang telah didestilasi ini, harus mengalami beberapa
proses lagi untuk mendapatkan tahanan isolasi yang tinggi. Minyak isolasi mineral
umumnya banyak digunakan pada peralatan tegangan tinggi seperti :
-
Transformator daya
-
Kapasitor daya
-
Kabel daya
-
Circuit breaker (pemutus daya)
Dalam hal ini minyak isolasi berfungsi sebagai bahan dielektrik, bahan pendingin
dan pemadam busur api.
2. Minyak Isolasi Sintesis
Minyak isolasi sintesis adalah minyak isolasi yang diproses secara kimia untuk
mendapatkan karakteristik yang lebih baik dari minyak isolasi mineral. Minyak
isolasi sintesis
memilki beberapa kelemahan, yaitu sifatnya mudah beroksidasi
dengan udara, mengalami pemburukan yang cepat dan sifat kimianya bisa berubah
akibat kenaikan temperatur, serta tidak dapat terurai sempurna, sehingga apabila
mengalami kebocoran bisa menimbulkan pencemaran lingkungan. Beberapa jenis
dari minyak ini antara lain adalah askarel, silikon cair, dan ester sintesis.
II.3. Minyak Transformator
Minyak transformator adalah minyak mineral yang diperoleh melalui
pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya, minyak ini karena pengaruh panas
dari rugi-rugi di dalam transformator akan timbul hidrokarbon. Selain berasal dari
8
Universitas Sumatera Utara
minyak mineral, minyak transformator dapat pula dibuat dari bahan organik, seperti
minyak transformator piranol dan silicon. Sebagai bahan isolasi minyak
transformator harus mempunyai tegangan tembus yang tinggi.
Pada sebagian besar transformator daya, kumparan-kumparan dan intinya
direndam di dalam minyak, terutama transformator-transformator daya yang
berkapasitas besar, karena selain sebagai bahan isolasi minyak transformator harus
berfungsi sebagai pemindah panas. Untuk itu minyak transformator harus memenuhi
persyaratan sebagai berikut :
1. Kekuatan isolasi tinggi.
2. Penyalur panas yang baik.
3. Memiliki berat jenis yang kecil, sehingga partikel-partikel dalam minyak
dapat mengendap dengan cepat.
4. Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi.
5. Daya hantar panas yang baik.
6. Titik nyala yang tinggi agar tidak mudah terbakar dan tidak mudah
menguap.
7. Tidak merusak bahan isolasi padat.
8. Sifat kimia yang stabil.
II.4 Tembus Listrik Isolasi Cair
Tembus listrik minyak isolasi disebabkan oleh isolasi tersebut sudah lama
dipakai, berkurangnya kekuatan dielektrik dan karena isolasi tersebut diterpa
tegangan lebih. Pada prinsipnya tegangan pada isolator merupakan suatu desakan
atau tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya dalam isolator itu sendiri agar
9
Universitas Sumatera Utara
isolator tidak tembus. Dalam struktur molekul bahan isolasi, elektron-elektron terikat
sangat erat pada intinya, 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 bahan tersebut kemasukan suatu ketidakmurnian(impurity) seperti
adanya arang atau kelembaban dalam isolasi yang dapat menurunkan kekuatan
tembus listriknya.
Kekuatan dielektrik minyak transformator dapat menurun karena pengaruh
asam dan dapat pula karena kandungan air. Keasaman minyak transformator dapat
dinetralisir dengan menggunakan potas hidroksida (KOH). Sedangkan kandungan air
di dalam minyak transformator dapat dihilangkan dengan memakai bahan
higroskopis yaitu silikagel.
10
Universitas Sumatera Utara
II.5 Pengujian Minyak Transformator
Pengujian tegangan tembus minyak transformator dapat dilakukan dengan
mengunakan peralatan seperti ditunjukan pada Gambar 2.1.
Keterangan :
AT = Autotrafo; TU = Trafo Uji; PT = Trafo Ukur; V = Voltmeter AC;
EB = Elektroda Bola
Gambar 2.1. Peralatan Pengujian Tembus Minyak
82 mm
Min 15 mm
r = 2,5 mm
46 mm
Bejana uji terbuat dari bahan transparan. Seperti ditunjukan pada Gambar 2.2.
2,5 mm
90 mm
Gambar 2.2 Bejana Uji Tegangan Tembus Isolasi Cair
Jarak elektoda dibuat 2,5 mm, sedangkan tegangannya dapat diatur dengan
menggunakan auto transformator, sehingga dapat diketahui tegangan saat terjadinya
11
Universitas Sumatera Utara
tembus listrik. Kejadian tembus listrik terlihat jika ada loncatan bunga api pada sela
elektroda.
Beberapa faktor yang diperkirakan mempengaruhi tegangan tembus minyak
transformator pada saat pengujian di atas, adalah
1. Luas permukaan elektroda.
2. Jarak celah (gap spacing).
3. Pendinginan.
4. Perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak).
5. Kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diuji.
Kegunaan minyak transformator adalah selain untuk bahan isolasi juga
sebagai media pendingin antara kumparan kawat atau inti besi dengan sirip
pendingin. Agar minyak transformator berfungsi sebagai pendingin yang baik, maka
kekentalannya tidak boleh terlalu tinggi agar mudah bersirkulasi di dalam tangki
sehingga dapat mendinginkan transformator dengan baik.
II.6 Pemburukan Minyak Transformator
Kualitas minyak isolasi akan semakin memburuk setelah minyak isolasi
digunakan dalam waktu yang lama. Hal ini terjadi karena :
a. Kenaikan temperatur isolasi setelah peralatan beroperasi.
b. Penurunan kemurniaan bahan isolasi.
c. Kontak dengan udara.
d. Korona pada bagian-bagian peralatan yang runcing yang berdekatan
dengan minyak isolasi.
e. Faktor alamiah.
12
Universitas Sumatera Utara
Ad.a Kenaikan temperatur
Pemanasan yang berlangsung cukup lama dan berlangsung secara terusmenerus dapat merubah struktur kimia dari minyak isolasi tersebut, sehingga
merubah sifat-sifat dasarnya sebagai bahan isolasi.
Ad.b Penurunan Kemurniaan Bahan Isolasi
Ketidakmurniaan bahan dielektrik cair mempunyai pengaruh besar tehadap
sifat isolasi bahan tersebut. Hal ini dapat kita lihat pada minyak transformator.
Jumlah uap air yang ada pada minyak transformator akan mempengaruhi tegangan
tembusnya.
Ad. c Kontak Dengan Udara
Jika minyak isolasi mengalami kontak dengan udara, maka minyak isolasi
akan teroksidasi. Jika hal ini terus terjadi akan menyebabkan penurunan kualitas
minyak yang berdampak pada turunannya kekuatan dielektrik minyak isolasi.
Ad. d Korona
Percikan bunga api dari korona akan meningkatkan kadar karbon pada
minyak isolasi dan menimbulkan gelembung-gelembung gas yang bisa membuat
minyak isolasi mengalami tembus listrik.
Ad. e Faktor Alamiah
Dalam hal ini adalah faktor umur dari minyak isolasi, biasanya semakin lama
minyak isolasi digunakan, maka kualitas dari minyak isolasi tersebut akan berangsurangsur menurun. Sehingga pemburukan minyak isolasi lebih mudah terjadi.
13
Universitas Sumatera Utara
Memburuknya minyak isolasi dapat dilihat dari nilai tan δ yang semakin
besar dan tahanan isolasi yang semakin kecil. Oleh karena itu pengukuran tan δ dan
ketahanan isolasi harus rutin dilakukan, agar kondisi buruk yang akan terjadi dapat
dideteksi sedini mungkin.
Untuk mengetahui apakah minyak isolasi sudah mengalami pemburukan atau
belum adalah dengan melakukan pengujian-pengujian yang sifatnya tidak merusak.
Kegagalan minyak isolasi sebagai bahan dielektrik pada peralatan tegangan tinggi,
biasanya terrjadi karena pemburukan dari minyak isolasi itu sendiri.
II.7 Syarat-Syarat Minyak Transformator
Menurut SPLN 49 – 1 :1982, minyak isolasi harus memiliki beberapa syarat
yaitu:
a. Kejernihan
Minyak harus bebas dari materi suspensi atau endapan.
b. Massa Jenis (Density)
Tidak boleh melebihi 0,859 g/cm2 pada suhu 20 oC.
c. Viskositas Kinematik
Tergantung pada kelas minyak, viskositas kinematik tidak boleh melebihi
batas seperti yang ditunjukan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Nilai Viskositas Kinematik Berdasarkan Kelas Minyak
Kelas Minyak
Suhu
Kelas I
Kelas II
200 C
40
25
-150 C
800
-
0
-
1800
-30 C
14
Universitas Sumatera Utara
d. Titik Nyala (Flash Point)
Titik Nyala juga bergantung pada kelas minyaknya, hal ini dapat dilihat pada
Tabel di bawah ini.
Tabel 2.2 Nilai Flash Point Minimun Berdasarkan Kelas Minyak
Kelas Minyak
Flash Point Minimun
Kelas I
1400 C
Kelas II
130 oC
e. Titik Tuang (Pour Point)
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
f. Angka Kenetralan (Neutralization value)
Tidak boleh melebihi dari 0,03 mg KOH/g.
g. Korosi Belerang (Corrosive sulphur)
Klasifikasi strip belerang tidak boleh melebihi 2.
h. Tegangan Tembus
Untuk minyak baru tegangan tembus minyak paling tidak 30 kV. Jika nilai ini
tidak terpenuhi, maka minyak perlu dilakukan perawatan. Setelah perawatan
tegangan tembus minyak sekurang-kurangnya 50 kV untuk jarak sela 2,5
mm[7].
15
Universitas Sumatera Utara
i. Faktor Kebocoran Dielektrik ( Tan δ)
Nilai maksimal untuk Tan δ adalah 0,005.
j. Ketahanan Oksidasi (Oxidation Stability)
Setelah mengalami oksidasi minyak harus :
Angka Kenetralan = maksimum 0,40 mg KOH/g
Total Lumpur = maksimum 0,10 % dari beratnya
II.7 Pemurnian Minyak Transformator
Minyak transformator dapat terkontaminasi oleh berbagai macam
pengotor seperti kelembaban, serat, resin dan sebagainya. Ketidakmurnian dapat
tinggal di dalam minyak karena pemurnian yang tidak sempurna. Pengotoran dapat
terjadi saat pengangkutan, penyimpanan; dan ketika pemakaian. Pengotoran dapat
terjadi karena meleleh dan mencairnya bahan-bahan yang digunakan di dalam
transformator. Material yang mengotori minyak transformator antara lain adalah
partikel-partikel yang mengapung pada minyak dan partikel-partikel yang
mengendap di dasar tangki, pada belitan dan pada intinya. Dengan adanya
pengotoran maka tegangan tembus minyak akan menurun dan ini berarti mengurangi
umur pemakaian minyak.
Beberapa metode permurnian minyak transformator adalah sebagai berikut:
1. Pemanasan
Minyak dipanaskan di dalam boiler hingga suhunya mencapai titik didih air.
Air yang ada dalam minyak akan menguap karena titik didih minyak lebih tinggi
dari pada titik didih air. Metode ini merupakan metode yang paling sederhana
namun memiliki kekurangan. Pertama, hanya air yang dipindahkan dari minyak,
16
Universitas Sumatera Utara
sedangkan serat, arang dan pengotor lainnya tetap tinggal. Kedua, minyak dapat
menua
dengan
cepat
karena
suhu
tinggi
dan
adanya
udara.
Kekurangan yang kedua dapat diatasi dengan memanaskam minyak dalam
sebuah boiler minyak hampa udara (vacum oil boiler). Air mendidih pada suhu
rendah dalam ruang hampa oleh sebab itu air menguap lebih cepat daripada
minyak. Alat ini tidak menghilangkan kotoran pada kendala pertama, sehingga
pengotor tetap tinggal[10].
2. Sentrifugal
Air serat, karbon dan lumpur yang lebih berat dari minyak dapat dipindahkan
minyak setelah mengendap. Untuk masalah ini memerlukan waktu lama, sehingga
untuk mempercepatnya minyak dipanaskan hingga 45 - 550 C dan diputar dengan
cepat dalam alat sentrifugal. Pengotor akan tertekan ke sisi bejana oleh gaya
sentrifugal, sedangkan minyak yang bersih akan tetap berada ditengah bejana. Alat
ini mempunyai efesiensi yang tinggi. Alat sentrifugal hampa merupakan
pengembangannya.
Bagian utama dari alat sentrifugal adalah
suatu drum. Di dalam drum
terdapat ±50 piring / pelat yang dipasang pada poros vertikal dan berputar bersamasama. Jika poros diputar pengotor berat akan terdorong keluar.
3. Penyaringan
Dengan metode ini, minyak disaring dengan kertas penyaring sehingga
pengotor tidak dapat melalui pori-pori penyaring yang kecil. Embun atau uap
diserap oleh kertas
penyaring tersebut karena kertas penyaring mempunyai
hygroscopicity yang tinggi. Cara ini sangat efesien karena dapat memindahkan
pengotor padat dan uap dari minyak. Walaupun cara ini sederhana dan lebih mudah
17
Universitas Sumatera Utara
untuk dilakukan, keluaran yang dihasilkan lebih sedikit jika dibandingkan dengan
alat sentrifugal. Cara ini cocok digunakan untuk memisahkan minyak dalam circuit
breaker (CB), yang biasanya tercemari oleh partikel jelaga (arang) yang kecil dan
sulit dipisahkan dengan menggunakan alat sentrifugal.
Normalnya, minyak yang akan disaring dimasukkan ke filter atau penyaring
dengan tekanan 3 hingga 5 atmosfir. Biasanya penyaring dilakukans elama 4 jam,
tetapi bila minyaknya sangat kotor, penggantian kertas saring dilakukan setiap 0,5
hinga 1 jam[10].
4. Regenerasi
Material pengotor tidak dapat dipindahkan dari minyak dengan cara
sebelumnya. Penyaringan hanya baik untuk memindahkan bagian endapan yang
masih tersisa dalam minyak. Semua sifat-sifat minyak yang tercemar dapat
dikembalikan kepada sifat semula dengan pemurnian menyeluruh yang disebut
regenerasi,
yaitu
dengan
memasukan
adsorben
kedalam
minyak.
Regenerasi minyak transformator pada gardu induk dan pembangkit sering
digunakan. Adsorben adalah substansi yang partikel-partikelnya dapat menyerap
material pengotor dan air. Hal yang sama dilakukan adsorben dalam ruang
penyaring tabung gas yang menyerap gas beracun dan membiarkan udara bersih
mengalir. Regenerasi dengan adsorben dapat dilakukan lebih baik bila minyak
dicampur dengan asam sulfur (H2SO4). Selanjutnya jika terjadi kelebihan asam
dapat dinetralisir dengan kalium hidroksida (KOH.
Ada dua cara memurnikan minyak dengan adsorben yaitu :
• Pertama, minyak dipanaskan kemudian dicampur dengan serbuk adsorben
dan kemudian disaring.
18
Universitas Sumatera Utara
• Kedua, minyak
dipanaskan kemudian dilewatkan melalui lapisan tebal
adsorben yang disebut perkolasi[10].
19
Universitas Sumatera Utara