TRANSFORMATOR DAYA DAN ISOLASI CAIR
2.2 Isolasi Minyak pada Transormator
Isolator atau isolasi merupakan suatu sifat bahan yang mampu untuk memisahkan dua buah penghantar atau lebih yang mempunyai jarak yang berdekatan untuk mencegahnya adanya kebocoran arus atau hubung singkat, dan dapat melindungi sebagai pelindung mekanik dari kerusakan diakibatkan oleh korosif atau tekanan, baik tekanan elektrik ataupun tekanan mekanik. Salah satu isolator pada transformator yaitu isolasi minyak transformator.
Isolasi minyak transformator sebagai isolator cair pada transformator yang mempunyai beberapa tugas utama, yaitu sebagai media isolator, media pendingin, media untuk memadamkan busur api, dan media pelindung terhadap oksidasi maupun korosi.
10 2.2.1 Jenis Isolasi Minyak Transformator
Berdasarkan pembuatan, Isolasi minyak pada transformator terdapat tiga jenis, yaitu minyak mineral, minyak sintetik, dan minyak organik. Isolasi minyak mineral merupakan minyak yang berasal dari minyak bumi yang diproses secara destilasi, untuk mendapatkan tahanan yang tinggi dan stabilitas panas yang baik diperlukan beberapa proses destilasi. Isolasi minyak sintetik merupakan minyak yang diproses secara kimia untuk mendapatkan karakteristik yang lebih baik dari isolasi minyak mineral namun isolasi minyak sintetik memiliki kekurangan, yaitu berbahaya terhadap lingkungan. Isolasi Minyak Organik merupakan minyak yang diperoleh dari ekstraksi beberapa tumbuhan seperti jarak, kedelai, dan kelapa[4].
2.2.2 Isolasi Minyak Mineral
Minyak bumi telah digunakan pada tahun 1891 oleh Sebastian de Ferranti pada isolasi minyak transformator. Minyak bumi merupakan campuran dari beberapa hidrokarbon yang terdapat dalam fase cair dalam reservoir di bawah permukaan tanah dan yang tetap cair pada tekanan atmosfer melalui fasilitas destilasi. Minyak bumi terdiri dari senyawa hidrokarbon dan sedikit sulfur. Berdasarkan susunan rantai hidrokarbon, maka senyawa inti dalam minyak bumi dibedakan menjadi beberapa kelompok utama, yaitu:
1. Linear (Senyawa Parafinis)
Rumus umum pada senyawa Parafinis adalah CnH2n+2, misalnya metana CH4 dalam bentuk gas dan normal butana C4H10. Minyak bumi linear digolongkan sebagai fraksi hidrokarbon jenuh yang mempunyai titik didih relatif rendah.
2. Sikloalifatik (Senyawa Naftenis)
Rumus umum pada senyawa Neftenis adalah CnH2n. Minyak bumi Sikoloafatik mempunyai struktur ikatan berbentuk lingkaran dengan enam atom karbon atau 14 atom karbon dengan tiga kelompok lingkaran.
3. Aromatik
Minyak bumi aromatik merupakan senyawa yang mempunyai struktur enam atom karbon, terbagi menjadi dua golongan yakni monoaromatik (satu ikatan lingkaran) dan poliaromatik (dua atau lebih ikatan lingkaran). Minyak bumi Aromatik digolongkan dengan fraksi hidrokarbon paling berbahaya, dikarenakan mempunyai titik didih tinggi dan mudah terlarut dalam air laut.
11
Kelompok minyak bumi berdasarkan struktur molekul hidrokarbon dapat dilihat pada Gambar 2.3.
(a) (b) (c)
Gambar 2.3 Struktur hidrokarbon pada minyak mineral dari Parafins (a),struktur dari Neftinis (b), struktur dari Aromatik [4]
Minyak bumi memerlukan proses penyulingan sehingga menjadi minyak yang mempunyai kegunaan untuk aplikasi tertentu. Proses minyak bumi menggunakan unit destilasi vakum melalui beberapa proses, yaitu ekstraksi, filtrasi, re-distalasi, dan hidrogenasi. Minyak mineral hasil penyulingan dari minyak bumi diketahui baik sebagai bahan isolator untuk peralatan listrik, khususnya pada peralatan listrik transformator, karena memiliki karakteristik fisik dan elektrik yang baik. Tetapi dalam permasalahan dalam penggunaan minyak mineral pada transformator dapat membahayakan lingkungan dan memicu ledakan pada transformator. Sehingga isolasi minyak harus memiliki beberapa karakteristik supaya dapat menjalankan fungsi sebagai bahan isolasi pada transformator.
2.2.3 Karakteristik Fisik Isolasi Minyak
Isolasi minyak transformator yang baik mempunyai karakteristik fisik diantaranya, yaitu :
1. Kejernihan penampilan
Kejernihan penampilan dilihat dari warna minyak, warna minyak yang baik memiliki warna yang jernih, bersih, dan bebas endapan. Selama transformator dioperasikan, isolasi minyak akan melarutkan suspensi atau endapan. Semakin banyak isolasi minyak mengalami endapan yang terlarut, maka warna minyak akan semakin gelap.
2. Viskositas Kinematik
Viskositas Kinematik merupakan nilai tahanan dari cairan untuk mengalir secara kontinu dan merata tanpa adanya gaya gesekan
12
ataupun gaya yang lain. Sebagai media pendingin, nilai viskositas memegang peranan penting dalam pendinginan, sebagai faktor pemindahan panas secara aliran konveksi.
Semakin rendah nilai viskositas dari minyak, semakin bagus konduktivitas termalnya, sehingga semakin baik kualitas dari isolasi minyak transformator.
3. Massa Jenis
Massa jenis merupakan perbandingan massa suatu volume cairan pada suhu 15,560C dengan massa volume air. Massa jenis isolasi minyak transformator harus lebih ringan dari pada massa jenis air.
4. Titik Nyala
Titik nyala merupakan nilai batas isolasi minyak dapat dipanaskan sampai temperatur tertentu sebelum uap yang timbul menjadi api yang berbahaya. Semakin tinggi nilai titik nyala semakin baik isolasi minyak transformator.
5. Titik Tuang
Titik tuang merupakan merupakan nilai batas isolasi minyak akan terus mengalir saat didinginkan pada temperatur di bawah normal. Semakin rendah nilai titik tuang semakin baik isolasi minyak transformator[5].
2.2.4 Karakteristik Elektrik Isolasi Minyak
Isolasi minyak transformator yang baik mempunyai karakteristik fisik diantaranya, yaitu :
1. Tegangan Tembus
Tegangan tembus merupakan nilai batas kemampuan untuk menahan tekanan elektrik. Kandungan air dan partikel-partikel pada isolasi minyak dapat menurunkan nilai batas tegangan tembus. Sehingga isolasi minyak yang baik memiliki batas tegangan tembus yang tinggi.
2. Tahanan Jenis
Nilai tahanan jenis sangat berpengaruh pada kontaminan yang bersifat konduktif, semakin banyak kontaminan konduktif maka semakin rendah tahanan jenis isolasi minyak.
3. Faktor Disipasi Dielektrik
Faktor disipasi elektrik merupakan ukuran dari rugi-rugi dielektrik minyak. Tingginya nilai faktor disipipasi dilektrik menunjukkan adanya kontaminasi atau kerusakan disebabkan
13
oleh air, hasil oksidasi, koloid bermuatan, logam alkali, dan lainya. Faktor disipasi dielektrik berhubungan dengan tahanan jenis, sehingga tingginya faktor nilai disipasi dielektrik akan menunjukkan rendahnya tahanan jenis minyak.
4. Tegangan Antar Permukaan
Hasil kerusakan isolasi minyak diantaranya ada kontaminasi dengan zat terlarut dan gas bebas umumnya akan menurunkan nilai tegangan antar permukaan. Penurunan tegangan permukaan sebagai pertanda bagi awal kerusakan isolasi minyak[5].
2.2.5 Karakteristik Kimia Isolasi Minyak
Isolasi minyak transformator yang baik mempunyai karakteristik kimia diantaranya, yaitu :
1. Angka Kenetralan
Angka kenetralan merupakan angka yang menunjukkan kadar penyusun asam minyak isolasi, dapat mendeteksi kontaminasi minyak, menunjukkan kecenderungan perubahan kimia, dan cacat kimia atau terdapatnya indikasi perubahan kimia dalam penambahan bahan tambahan (additive). Angka kenetralan sebagai penunjuk umum untuk menentukan pergantian atau purifikasi isolasi minyak.
2. Stabilitas Oksidasi
Stabilitas oksidasi merupakan nilai untuk mempertahankan dari proses oksidasi yang terjadi pada isolasi minyak. Proses oksidasi menyebabkan bertambahnya kecenderungan isolasi minyak untuk membentuk zat asam dan zat padat (pengotor) yang akan membentuk endapan. Zat asam yang dibentuk akan menyebabkan korosi pada logam dalam peralatan transformator sedangkan zat padat akan menyebabkan naiknya viskositan kinematik sehingga konduktivitas termal menjadi terganggu. Isolasi minyak diharapkan memiliki stabilitas oksidasi yang tinggi dan kemampuan pelarutan yang rendah sehingga presentase terjadinya proses oksidasi semakin kecil.
3. Kandungan Air
Nilai kandungan air berpengaruh terhadap tegangan tembus dan tahanan jenis isolasi minyak. Naiknya temperatur akan menyebabkan air mengalir dari isolasi kertas menuju isolasi minyak dan menurunkan tegangan tembus. Isolasi minyak
14
yang baik mempunyai nilai kandungan air serendah mungkin[5].
2.2.6 Standar Pengujian Karakteristik Isolasi Minyak
Stanadar dan metode pengujian karakteristik fisik, elektrik dan kimia isolasi minyak transformator dapat mengacu pada standar di tabel berikut.
Tabel 2.1 Karakteristik isolasi minyak dan standar metode pengujian[5].
No Karakteristik Standar IEC Standar ASTM