Analisis Kinerja Isolasi Transformator Tenaga Akibat Pengaruh Pembebanan (Studi Kasus Transformator Tenaga 3 Gardu Induk Gas Insulated Switchgear Listrik Medan)

SKRIPSI

ANALISIS KINERJA ISOLASI TRANSFORMATOR TENAGA
AKIBAT PENGARUH PEMBEBANAN
(STUDI KASUS TRANSFORMATOR TENAGA 3 GARDU
INDUK GAS INSULATED SWITCHGEAR LISTRIK MEDAN)

Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh

RONALDO SARAGIH
NIM : 100402101

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Perkiraan umur normal transformator tidak dapat dihitung secara pasti
karena bemacam-macam faktor. Transformator tenaga didesain untuk beroprasi
dengan suhu lingkungan sekitar 20 0C. Semakin tinggi suhu lingkungan semakin
pendek umur operasional dan semakin besar juga susut umur dari transformator
tenaga tersebut. Susut umur transformator tenaga dipengaruhi oleh isolasi belitan
trafo dan minyak trafo. Salah satu kerusakan atau kegagalan isolasi dari minyak
trafo diakibatkan dari perubahan suhu atau suhu sekitar pada transformator tenaga
terendam minyak tersebut. Pemanasan pada belitan trafo dapat mengakibatkan
isolasi menjadi rusak dan kenaikan temperatur minyak akan mengubah sifat serta
komposisi minyak trafo. Pada Skripsi ini meneliti pengaruh pembebanan
tranformator tenaga dan pengaruh suhu lingkungan kota Medan terhadap susut
umur dilihat dari penurunan isolasi belitan transformator serta menganalisis susut
umur trafo tenaga 3 Gardu Induk Gas Insulated Switchgear (GI GIS) Listrik

Medan dengan mengacu pada pada standar IEC 354 tahun 1972. Suhu rata-rata
tahunan kota Medan berdasarkan data BMKG tahun 2016 berada di antara 27 0C
hingga 29 0C dimana hal ini akan mengakibatkan penurunan umur isolasi
transformator. Hasil penelitian diperoleh pembebanan tranformator tenaga 80%
daya pengenal mengakibatkan susut umur sebesar 39%, pembebanan 90%
mengakibatkan susut umur sebesar 130%, dan pembebanan 100% menghasilkan
susut umur sebesar 483%. Berdasar data pembebanan tahun 2016 susut umur
transformator tenaga 3 GI GIS Listrik dengan pembebanan maksimum tanggal 30
Nopember

menghasilkan

susut

umur

19,03%

dengan

perkiraan

umur

transformator sebesar 229 tahun
Kata Kunci : Transformator Tenaga, susut umur, pembebanan.

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala berkat dan rahmat yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga
penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul “Analisis Kinerja Isolasi
Transformator Tenaga Akibat Pengaruh Pembebanan (Studi Kasus Transformator
Tenaga 3 Gardu Induk Gas Insulated Switchgear Listrik Medan”. Penulisan
Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan
memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Skripsi ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah
membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Mudi

Saragih dan Mayurlina Tondang, saudara kandung penulis Fenry Saragih,
Chandra Saragih, Rosdiana Saragih, serta Mery Saragih, atas kasih, perhatian, dan
dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Skripsi ini, penulis
mendapat dukungan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus
hari penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya
kepada :
1. Bapak Dr. Ir. Fahmi, ST, M.Sc, IPM sebagai Ketua Departemen Teknik
Elektro FT USU serta Bapak Ir. Arman Sani, MT sebagai Sekretaris
Departemen Teknik Elektro FT USU
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si sebagai Dosen Pembimbing Skripsi
yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan
bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan
Skripsi ini. Terima kasih sebesar-besarnya penulis ucapkan untuk Beliau.
3. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S dan Bapak Ir. Raja Harahap, MT sebagai
dosen pembanding Skripsi yang turut menyusun Skripsi ini.
4. Seluruh staf dosen dan pengajar serta pegawai administrasi Departemen
Teknik Elektro Fakultas Teknik USU
5. Teman–teman stambuk 2010: Enjoi Capital Sinaga, Reikson Parhusip,
Novenri Amabarita, Daniel Sembiring, Andry Marpaung, Christoper

Universitas Sumatera Utara

Pasaribu, Meikolin Saimara dan teman – teman 2010 lain yang tidak dapat
penulis sebutkan satu per satu terima kasih atas dukungan dan semangat
yang diberikan kepada penulis.
6. Semua abang – kakak senior dan adik – adik junior yang telah mau
berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis.
7. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, penulis
ucapkan terima kasih banyak.
Penulis menyadari bahwa Skripsi ini tidak luput dari kesalahan –
kesalahan, baik segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis akan
menerima dengan terbuka, segala saran dan kritik yang ditujukan untuk
memperbaiki Skripsi ini. Akhir kata, semoga Skripsi ini bermanfaat bagi penulis
dan pembaca.

Medan, April 2017
Penulis

Ronaldo Saragih

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

ABSTRAK ........................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ......................................................................................... ii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vi
DAFTAR TABEL .............................................................................................. vi
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................... 2
1.3 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 2
1.4 Batasan Masalah ........................................................................................ 2
1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................................... 2
1.6 Metode Penulisan ....................................................................................... 3
1.7 Sistematika Penulisan ................................................................................. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 5
2.1 Umum ........................................................................................................ 5

2.2 Konstruksi Transformator........................................................................... 6
2.2.1

Tipe Inti (Core Type) ...................................................................... 6

2.2.2

Tipe Cangkang (Shell Type) ........................................................... 7

2.3 Prinsip Kerja Transformator ....................................................................... 7
2.3.1 Keadaan Transformator Tanpa Beban .................................................. 8
2.3.2 Keadaan Transformator Berbeban...................................................... 10
2.4 Rugi-rugi Pada Transformator .................................................................. 11
2.5 Isolasi Kumparan Transformator Daya Tegangan Tinggi .......................... 12
2.6 Jenis Pendingin Transformator Daya ........................................................ 13
2.7 Temperatur Hot-spot ................................................................................ 14
2.8 Pengaruh Pembebanan Terhadap Umur Isolasi ......................................... 16
2.8.1 Pada Kondisi Beban Stabil................................................................. 16
2.8.2 Pada Kondisi Untuk Beban Berubah-ubah ......................................... 17
2.9 Penentuan Umur Isolasi Transformator..................................................... 18

2.10 Umur Pemakaian Relatif ........................................................................ 19
2.11 Persamaan Diagram Kehilangan Umur dalam Periode 24 Jam ................ 19

Universitas Sumatera Utara

BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................... 21
3.1 Tempat dan Waktu ................................................................................... 21
3.2 Metode Pengumpulan Data....................................................................... 21
3.3 Tahapan Perhitungan ................................................................................ 22
3.4 Flowchart Penyelesaian Perhitungan Susut Umur Isolasi Transformator ... 23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 24
4.1

Data Masukan ...................................................................................... 24

4.2.

Pengaruh Pembebanan Transformator Dengan Beban Konstan ............ 25

4.2.1. Perhitungan-perhitungan ................................................................... 25

4.2.2 Pengaruh Suhu Sekitar....................................................................... 32
4.2.3. Menentukan Perkiraan Umur ............................................................ 34
4.3. Analisa Real Dengan Data Yang Ada ...................................................... 35
4.3.1. Perhitungan-Perhitungan .................................................................. 35
BAB V PENUTUP ............................................................................................ 43
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 43
5.2 Saran ........................................................................................................ 43
Daftar Pustaka ................................................................................................... 44

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konstruksi transformator tipe inti (core type)
Gambar 2.2 Konstruksi transformator tipe cangkang (shell type)
Gambar 2.3 Transformator dalam keadaan tanpa beban
Gambar 2.4 Transformator dalam keadaan berbeban
Gambar 4. 1 Grafik Hubungan Antara Susut Umur Dengan Umur Transformator

DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Pembebanan Gardu Induk GIS Listrik Medan Tanggal 30 Nopember

2016.
Tabel 4.2 Tabel Variasi Beban
Tabel 4.3 Suhu Udara Kota Medan sekitarnya pada periode Desember 2015
sampai Nopember 2016
Tabel 4.4 Tabel Pengaruh Suhu Ambient
Tabel 4.5 Susut umur dari berbagai macam pembebanan
Tabel 4.6 Perhitungan-perhitungan untuk jenis pendingin ONAN
Tabel 4.7 Perhitungan-perhitungan untuk jenis pendingin ONAF

Universitas Sumatera Utara