BAB 2 DASAR TEORI
2.4.2 Oil-Immersed Transformer
Pada transformator ini terbagi atas beberapa macam, diantaranya adalah sebagai berikut[5] :
Natural cooling yaitu Pendinginan ini bekerja sendiri dan hanya dibantu dengan pemasangan radiator untuk sirkulasi minyaknya.
Air blast cooling yaitu Pendinginan ini dibantu dengan pemasangan radiator dan kipas angin (blower).
Forced Oil Circulation : Pendinginan ini terbagi tiga yaitu:
o Natural cooling dengan sirkulasi minyak.
o Airblast cooling dengan sirkulasi minyak.
o Water cooling dengan sirkulasi minyak.
Sebagai lambang pengenal dalam jenis pendinginan pada transformator dikenal empat jenis lambang pengenal, diantaranya adalah sebagai berikut :
Transformator ONAN (Oil Natural Air Natural) yaitu transformator dengan
minyak sebagai pendingin belitan yang bersirkulasi secara alamiah dan udara sebagai pendingin luar yang bersirkulasi secara alamiah pula.
Transformator ONAF (Oil Natural Air Forced) yaitu transformator dengan minyak sebagai pendingin belitan yang bersirkulasi secara alamiah dan udara sebagai pendingin luar yang bersirkulasi secara paksa atau buatan.
Transformator OFAF (Oil Forced Air Forced) yaitu transformator dengan
minyak sebagai pendingin belitan yang bersirkulasi secara paksa atau buatan dan udara sebagai pendingin luar yang bersirkulasi secara paksa atau buatan.
Transformator OFWF (Oil Forced Water Forced) yaitu transformator
dengan minyak sebagai pendingin belitan yang bersirkulasi secara paksa atau buatan dan air sebagai pendingin luar yang bersirkulasi secara paksa atau buatan.
Fungsi Minyak Transformator
Pada sebuah transformator terdapat dua komponen yang secara aktif membangkitkan energy panas yaitu besi (inti) dan tembaga (belitan). Bila energi panas itu tidak disalurkan melalui suatu sistem pendinginan, maka besi dan tembaga akan mencapai suhu tertinggi sehingga dapat merusak minyak isolasi. Oleh karena itu belitan dan inti besi direndam (impregnant) ke dalam minyak transformator.
Minyak ini mempunyai fungsi ganda yaitu sebagai pendingin dan isolasi[5].
Fungsi minyak transformator pada peralatan tegangan tinggi, dapat dibagi menjadi beberapa bagian[6]:
(a) Minyak Transformator Sebagai Pendingin.
Minyak transformator berfungsi sebagai pendingin karena minyak transformator mampu menghantarkan panas dengan baik.
(b) Minyak Transformator sebagai isolator pada peralatan tegangan tinggi.
Minyak transformator yang baik harus bisa menjadi pemisah tegangan antara bagian-bagian yang memiliki beda fasa. Hal ini dimaksudkan agar
diantara bagian-bagian yang memiliki beda fasa tidak terjadi lompatan listrik (flash over) ataupun percikan listrik (spark over).
Jenis-Jenis Kegagalan Transformator Akibat Kontiminasi Minyak Isolasi
Faktor-faktor yang mempengaruhi kegagalan transformator akibat kontiminasi minyak isolasi pemburukan dari suatu minyak isolasi, diantaranya adalah sebagai berikut[4]:
a. Overheating
Ketika transformator yang beroperasi kelebihan beban, maka akan menghasilkan panas yang berlebih dan dapat memperburuk isolasi. Berdasarkan hasil penelitian yang pernah dilakukan hasil DGA menunjukkan karbon monoksida dan karbon dioksida tinggi. Dalam kasus dengan suhu yang lebih hasil penelitian menunjukkan gas metana dan etilena berada pada tingkat yang lebih tinggi.
b. Korona
Korona adalah terlepasnya muatan listrik dari permukaan konduktor.
Modus terlepasnya muatan ini dalam skala besar dapat terlihat oleh mata telanjang, sedangkan dalam skala kecil tidak dapat terlihat oleh mata. Korona terjadi dikarenakan kadar hidrogen yang tinggi pada minyak isolasi. Gas hidrogen adalah gas satu-satunya yang menghasilkan korona namun terkadang gas hidrogen juga terbentuk akibat adanya reaksi kimia antara kandungan air yang berada dalam minyak logam.
c. Arcing (busur api)
Arcing adalah gangguan yang paling berbahaya pada minyak isolasi dan transformator yang diakibatkan oleh gas asetilena pada minyak isolasi. Gas-gas yang timbul karena gangguan ini adalah : H2, C2H2, (C2H4, C2H6, CH4), munculnya busur api dalam minyak isolasi ditandai dengan pembentukan gasgas hidrogen dan asetilena sebagai gas-gas yang paling dominan.
Pengaruh Pembebanan Transformator
Transformator dalam keadaan bertegangan dan belum dibebani akan timbul rugi-rugi yang dapat menimbulkan kondisi trafo tersebut panas, namun panas yang timbul kecil. Apabila transformator tersebut dibebani maka kumparan dan minyak di dalam trafo akan bertambah panas sesuai dengan kenaikan bebannya atau sebesar I2R. Panas yang timbul pada kumparan akan diteruskan secara konduksi pada minyak trafo yang berfungsi sebagai pendingin. Baik kumparan maupun minyak trafo mempunyai batas-batas operasi panas yang diijinkan. Isolasi kumparan yang terdiri dari kertas kraft mempunyai batas panas yang diijinkan sesuai dengan kelas isolasi spesifikasi trafo. Demikian juga minyak isolasi trafo mempunyai batas panas yang diijinkan. Apabila panas-panas tersebut dilampaui maka isolasi akan rusak dan secara keseluruhan transformator tersebut akan rusak. Panas tersebut harus direduksi dengan memasang sistem pendingin[7].
Pengaruh Temperatur Pada Transformator
Salah satu kerugian pada saat transformator beroperasi pada kondisi temperatur lebih adalah terjadinya penuaan isolasi. Komponen yang paling penting
dari sistem isolasi adalah isolasi kertas pada belitan dan coil yang tidak mudah pembatas dalam operasi transformator[8].
Suhu Lingkungan (Ambient)
Transformator daya yang digunakan di Indonesia, baik produksi lokal maupun produksi luar negeri, kebanyakan didesain untuk digunakan pada suhu lingkungan 20oC, sesuai dengan standar IEC. Standar pembebanan transformator daya menggunakan standar IEC yang telah ditetapkan menjadi standar PLN.
Berdasarkan standar PLN tersebut, dijelaskan bahwa pada suhu titik-panas belitan sebesar 98oC (110oC Standar IEEE), maka transformator daya akan mengalami pemburukan isolasi yang normal. Suhu 98oC ini ditetapkan berdasarkan suhu sekitar (lingkungan) sebesar 20oC, (30oC Standar IEEE). Dengan kata lain bahwa transformator daya tidak akan mengalami kenaikan susut-umur jika suhu titik-panas (hot-spot temperatur) tidak melebihi nilai 98oC (110 oC untuk Standar IEEE).
Suhu lingkungan (ambient temperature) adalah suhu udara sekeliling transformator. Untuk transformator pasangan luar yang berpendingin udara, suhu lingkungan yang diambil adalah suhu udara dimana transformator tersebut ditempatkan. Jika suhu lingkungan berubah-ubah selama pembebanan, maka digunakan nilai suhu lingkungan efektif. Suhu lingkungan efektif (weighted ambient temperature) adalah suhu lingkungan yang konstan pada selang waktu tertentu yang menyebabkan penuaan yang sama dengan pengaruh suhu lingkungan yang berubah-ubah pada selang waktu tersebut (hari, bulan, tahun). Jika perubahan suhu tersebut besar, maka digunakan persamaan (2.4) untuk memperoleh nilai suhu
lingkungan efektif, karena nilainya berbeda dengan nilai rata-rata yang dihitung secara aritmetika[5].
θA = 20 log {1
N∑Nn=110an/20} 2.4
Hubungan antara suhu lingkungan efektif dengan beban yang diizinkan
untuk memperoleh susut-umur normal menurut standar IEC 345, dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Hubungan antara beban dengan suhu lingkungan
Suhu lingkungan (0 C) 0 10 20 30 40
Beban (p.u) 1.17 1.09 1.00 0.91 0.81
Hukum Thermal
Hukum Thermal menentukan bahawa aliran fluks termal dari temperature yang lebih tinggi ke bagian temperatur yang lebih rendah, sampai tercapai kesetimbangan termal. Transisi suhu panas diantara bagian – bagian yang lebih tinggi dan lebih rendah dapat dicapai melalui konduksi, konveksi dan radiasi.
Masing – masing mekanisme perpindahan panas bergantung pada karakteristik bahan tertentu (kapasitas termal, dan koefisien konduktivitas, konveksi, radiasi), bahan anisotropi atau isotropi, parameter geomeetrik beberapa karakteristik tergantung pada suhu[5].
Perpindahan panas dari sumber panas ke medium pendingin dapat dibagi menjadi empat bagian, yaitu[5]:
1. Dari bagian dalam komponen aktif (gulungan dan inti) ke permukaan luarnya yang berhubungan dengan minyak, disini mekanisme perpindahan
panas terutama disebabkan konduktivitas.
2. Dari permukaan luar bagian aktif keminyak, disini mekanisme perpindahan panas ini terutama disebabkan oleh konveksi minyak.
3. Dari minyak ke permukaan luar tangki dengan mengabaikan lebar tangki (dimana perpindahan panas disebabkan konduktivitas) dapat disumsikan bahwa konveksi minyak adalah mekanisme utama perpindahan panas.
4. Dari bagian luar permukaan tangki ke media pendinginan luar (udara) di sini, panas yang hilang dengan konveksi udara dan radiasi.
Dampak Suhu Minyak
Peningkatkan beban transformator akan meningkatkan suhu minyak isolasi, sehingga beban di atas rating perancangan menimbulkan resiko. Salah satu kerugian dalam transformator pada saat kondisi suhu-lebih adalah hilangnya umur isolasi. Umur isolasi kertas halus ini didasarkan pada suhu, kadar air, dan kadar oksigen dari waktu ke waktu. Penggunaan minyak untuk meminimalkan dampak kelembaban dan oksigen pada umur isolasi. Oleh karena itu, studi umur transformator menggunakan suhu titik - terpanas minyak memiliki hubungan yang berkaitan dengan menentukan umur transformator[5]. Tabel 2.2 menunjukkan batasa suhu dan umur trafo pada suhu lingkungan 300C.
Tabel 2.2 Batasan suhu dan umur trafo pada suhu lingkungan 300C
Variabel Suhu (0C) Keterangan
Kenaikan suhu belitan rata-rata 65 Diatas suhu lingkungan Kenaikan suhu titik – panas 80 Diatas suhu lingkungan Kenaikan suhu minyak – atas 65 Diatas suhu lingkungan
Batas suh titik – panas maksimum 110 Absolut Rata – rata umur trafo normal 20.55 tahun
(180000 jam)