Analisis Pengaruh Kenaikan Suhu Isolasi Minyak Dan Kertas Serta Jumlah
Lapisan Isolasi Kertas Terhadap Tegangan Tembus Isolasi Transformator
Prof.Dr.Ir.Iwa Garniwa M.K,M.T1, Reza Nugraha Bustami2
Departemen Teknik Elektro, Universitas Indonesia, Depok 16424 Tel: (021) 78888805. Fax: (021) 78885656
Email: 1iwa@ee.ui.ac.id,2 reza.nugraha89@gmail.com
Abtrak
Tegangan tembus merupakan suatu indikator penting dalam menentukan baik buruknya kualitas isolasi transformator. Pada Transformator terdapat bahan isolasi berupa isolasi minyak dan isolasi kertas. Karna faktor pentingnya fungsi isolasi pada transformator baik isolasi kertas maupun isolasi minyak maka dilakukanlah penelitian tentang kedua isolasi tersebut yang bertujuan untuk mengetahui karakteristik tegangan tembus isolasi minyak terhadap perubahan temperatur minyak itu sendiri dan mengetahui karakteristik tegangan tembus isolasi kertas yang direndam kedalam minyak terhadap pengaruh kenaikan suhu dan ketebalan lapisan isolasi. Dari penelitian yang telah dilakukan terlihat bahwa tegangan tembus isolasi minyak murni memiliki pola dimana pada suhu tinggi, nilai tegangan tembusnya turun. Sedangkan tegangan tembus untuk isolasi kertas di rendam minyak memiliki pola kenaikan nilai tegangan tembus bila berada di suhu tinggi. Dari penelitian juga diperoleh bahwa semakin tebal lapisan isolasi kertas, maka tegangan tembus akan semakin tinggi.
Analysis of Effects of Temperature Rise in Oil and Paper Insulation and Thickness in Paper Insulation on Breakdown Voltage of Transformer
Abstract
Breakdown voltage is an important indicator in determining whether the poor quality of the isolation transformer . At the transformer insulating materials are in the form of insulating oil and paper insulation . Because the factors essential functions of insulation on both isolation transformer insulating paper and oil we conducted research on both the isolation that aims to determine the characteristics of insulating oil breakdown voltage to temperature changes it's own oil and know the characteristics of the breakdown voltage of insulation oil soaks into the paper on the effect of temperature rise and the thickness of the insulating layer . From the research that has been conducted shows that the breakdown voltage isolation of pure oil has a pattern in which at high temperatures , the value of breakdown voltage drops . While the breakdown voltage of insulating oil soaked paper has a pattern of increase in the value of breakdown voltage when at high temperature . From the study also found that the thicker the insulation layer of paper , then breakdown voltage will be higher .
Pendahuluan
Isolasi merupakan masalah yang penting dalam sistem tenaga listrik. Bahan isolasi akan mengalami pelepasan yang merupakan bentuk kegagalan listrik apabila tegangan yang diterapkan melampaui batas kekuatan isolasinya. Kegagalan yang terjadi saat peralatan beroperasi dapat menyebabkan kerusakan alat. Maka daripada itulah, setiap peralatan listrik memerlukan isolasi yang baik, untuk menjaga peralatan listrik dari kerusakan saat beropersi. Sistem tenaga listrik baik tegangan tinggi maupun tegangan menengah pada gardu induk dan gardu distribusi terdapat komponen yang disebut Transformator. Pada Transformator terdapat bahan isolasi berupa isolasi minyak dan isolasi kertas. Karena faktor pentingnya fungsi isolasi pada transformator baik isolasi kertas maupun isolasi minyak maka dilakukanlah penelitian tentang kedua isolasi tersebut yang bertujuan untuk mengetahui bagaimana karakteristik tegangan tembus pada isolasi minyak terhadap perubahan temperatur minyak itu sendiri dan mengetahui bagaimana karakteristik tegangan tembus isolasi kertas yang direndam kedalam minyak terhadap pengaruh kenaikan suhu dan ketebalan lapisan isolasi.
Hipotesis dan Identifikasi Masalah
Dalam skripsi ini penelitian yang dilakukan adalah pengujian untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan suhu isolasi minyak dan isolasi kertas terhadap tegangan tembus yang terjadi pada kedua isolasi tersebut. Seperti yang telah diketahui pada transformator daya, transformator menggunakan beberapa isolasi dan diantaranya merupakan isolasi padat dan cair. Pada trafnsformator daya, diutamakan berisolasi kertas dan minyak.
Isolasi padat yang digunakan pada tranformator adalah isolasi kertas dimana pada transformator, isolasi kertas sendiri berfungsi sebagai pembungkus, isolasi dan partisi. Pembungkus adalah isolasi dari satu lilitan dalam satu elemen kumparan atau biasa disebut sebagai isolasi inter-lilitan. Isolasi ini melekat dan tidak merubah intensitas medan elektrik disekelilingnya. Isolasi kertas juga digunakan sebagai isolasi fasa yaitu isolasi antar kumparan tegangan tinggi dengan kumparan tegangan tinggi lain pada transformator tiga fasa. Selain sebagai isolasi, isolasi kertas juga berperan merintangi atau menghalang partikel-partikel sehingga tidak menempel pada elektroda, hal ini mencegah penbentukan jembatan konduktif. Isolasi cair yang digunkan adalah berupa minyak transformator, untuk minyak transformator
selain digunakan sebagai isolasi, minyak juga berfungsi sebagai media pendingin atau media penghantar panas yang terjadi pada inti dan kumparan ke medium sekitarnya.
Pada saat pengoperasian, transformator mengalirkan arus yang bernilai tinggi pada masing-masing kumparannya dan nilai arus ini berbanding lurus dengan beban, dimana semakin tinggi beban, maka arus yang akan disuplai juga akan semakin besar dan arus yang mengalir pada kumparan juga akan semakin besar. Ketika terdapat arus yang mengalir melalui suatu hambatan, maka akan timbul panas sebagai akibat disipasi energi, dan panas akan berbanding lurus dengan kuadrat nilai arus, sehingga dengan naiknya nilai arus maka suhu pada kumparan juga akan meningkat. Sehingga pada trnasformator, semakin tinggi beban maka semakin tinggi juga suhu pada kumparan.
Permasalahan yang terjadi adalah panas yang dihasilkan oleh arus akibat tingginya beban akan mengalami konveksi dan akan mempengaruhi suhu pada isolasi transformator baik isolasi minyak maupun isolasi kertas. Tingginya suhu yang terjadi akan menyebabkan terdegradasinya isolasi kertas dan isolasi minyak yang juga dapat menyebabkan resiko terjadinya loncatan listrik atau tegangan tembus akan semakin besar. Hal tersebut dapat dilihat dimana isolasi minyak ketika berada pada suhu tinggi minyak akan menghasilkan gelembung-gelembung mikroskopis dan partikel karbon sehingga membuat isolasi minyak menjadi tidak murni, perubahan tersebut dapat dilihat dari warna minyak yang semakin gelap karna adanya kontaminasi karbon. Ketidak murnian tersebut berakibat menurunkan nilai resistansi dari isolasi minyak yang beresiko meningkatnya resiko terjadinya kegagalan isolasi.
Dari identifikasi masalah sebelumnya, dapat dibuat hipotesa dimana semakin tingginya suhu pada sistem yang secara tidak langsung meningkatnya suhu isolasi, maka akan meningkatkan resiko terjadinya kegagalan isolasi atau dengan kata lain semakin tingginya suhu maka nilai tegangan tembus pada isolasi akan semakin kecil.
Metode Pengujian
Dalam penelitian ini dilakukan beberapa metode, yaitu dengan studi literatur, berlanjut ke pengumpulan informasi, berlanjut ke pengujian dan terakhir adalah analisis. Diagram alir dari metode penelitian yang dilakukan dalam skripsi ini adalah seperti pada gambar 1
Studi Literatur Pengumpulan Informasi Pengujian Analisi
Gambar 1 Diagram alir metode penelitian
Peralatan Pengujian
1. 1 buah Transformator Penguji 100kV/10kVA (TEO 100/10) 2. 3 buah Connecting Rod (V)
3. 2 buah Connecting Cup (K) 4. 2 buah Floor Pedestal (F) 5. 1 buah Support Insulator (IS) 6. 1 buah bejana pengujian VDE 370
7. 1 buah Earthing / Grounding Switch (ES)
8. 1 buah Measuring Capacitor 100kV, 100pF (CM) 9. 1 buah Electrode (EL)
10. 2 buah Elektroda tipe bola
11. Instumen Pengukuran Digital (DMI 551) 12. Isolator zat cair (minyak trafo)
13. Isolator kertas
14. 1 buah pemanas (heater) 15. 1 buah thermometer
Gambar 2 Sampel isolasi minyak Diala B (kiri) dan Sampel isolasi kertas merk Kremer (kanan) Rangkaian Pengujian
Gambar 3 Rangkaian pengujian isolasi minyak
Elektroda Uji
Gambar 5 Elektroda setengah bola
Dalam pengujian ini jenis elektroda yang digunakan adalah jenis elektroda setengah bola. Elektroda setengah bola yang digunakan untuk pengukuran tegangan tembus isolasi cair mempunyai diameter 12,5 mm. Elektroda setengah bola dibuat dengan menggunakan bahan alumunium dan permukaannya sangat halus. Elektroda ini dimasukkan kedalam bejana yang terbuat dari bahan isolasi trnasparan. Jarak elektroda pada saat pengujian adalah 0,5 cm hal ini dilakukan karena jarak sela elektroda akan mempengaruhi tegangan tembus yang diterapkan pada isolasi cair.
Prosedur Pengujian dan Pengambilan Data
Pengambilan data ini bertujuan untuk mengetahui tegangan tembus dari minyak trafo dan isolasi kertas. Terdapat 2 prosedur pengujian yang dilakuakan yaitu, pengujian yang hanya menggunakan isolasi minyak murni atau isolasi minyak baru tanpa digabungkan dengan isolasi kertas yang kemudian dinaikkan temperaturnya atau dipanaskan dan pengujian menggunakan isolasi minyak murni yang digabungkan dengan isolasi kertas diantara elektroda yang kemudian dipanaskan atau dinaikkan temperaturnya. Pada pengujian tegangan tembus ini tegangan diterapkan pada salah satu elektroda dan elektroda yang lain dihubungkan dengan tanah (ground), tegangan akan terus naik sampai terjadi tembus pada bahan uji.
Pengujian dilakukan dengan variasi suhu dari suhu normal minyak trafo sampai suhu 140oC dengan kelipatan suhu pengujian setiap 20oC dan variasi jarak sela antar elektroda 0,5 cm. Pengujian ini diharapkan dapat memberikan gambaran mengenai tegangan tembus dari isolasi
minyak trafo baru dan isolasi kertas yang direndam kedalam minyak trafo dengan membandingkan nilai tegangan tembus dengan perbedaan suhu.
Pengujian Isolasi Minyak Murni
Mulai Hidupkan alat pengujian Susun rangkaian pengujian Catat tegangan tembus yang terjadi masukkan minyak kedalam bejana Matikan alat Prosedur selsai / tidak Plot tegangan tembus ke dalam
kurva ya
Ambil minyak baru Panaskan Minyak ++200C dari suhu percobaan sebelumnya tidak Selesai Suhu percobaan = 1400C Naikkan tegangan hingga terjadi tegangan tembus Ambil minyak baru
Tidak
Ya
Gambar 6 Diagram alir pengujian isolasi minyak murni
Pada pengujian minyak murni, sesuai dengan diagram alir gambar 6. pengujian dilakukan pertama dengan mempersiapkan semua alat dan bahan yang akan digunakan. Untuk pertama kali, pengujian dilakukan dengan menggunakan minyak baru ( minyak murni yang belum dipakai dan terkontaminasi ). Pengujian pertama ini dilakukan dengan nilai suhu yang digunakan adalah suhu normal dari minyak atau dengan kata lain minyak tidak dipanaskan. Setelah itu, minyak dimasukkan kedalam bejana uji yang telah disiapkan dan kemudian susun rangkaian pengujian, setelah disusun dan siap diuji, setelah itu alat pengujian dihidupkan dan tegangan dinaikkan secara bertahap hingga terjadi loncata listrik terlihat. Ketika loncara linstrik telah terlihat, maka nilai tegangan tersebut merupakan nilai dari tegangan tembus yang terjadi, nilai tersebut kemudian dicatat, setelah itu alat dimatikan.
Percobaan berikutnya kemudian dilakukan denagn menggunakan minyak yang baru kembali, minyak yang baru tersebut kemudian dipanaskan +20oC dari suhu percobaan yang
sebelumnya. Kemudian minyak yang telah dipanaskan tersebut dimasukka kedalam bejana uji, prosedur yang dilakukan sama seperti prsedur percobaan sebelumnya dimana setelah minyak dituang kedalam bejana uji, alat kemudian disiapkan dan alat uji dinyalakan. Tegangan dinaikkan secara bertahap hingga terjadi loncata listrik terlihat. Ketika loncara linstrik telah terlihat, maka nilai tegangan tersebut merupakan nilai dari tegangan tembus yang terjadi, nilai tersebut kemudian dicatat, setelah itu alat dimatikan.
Setelah itu percobaan dilakukan kembali dengan isolasi minyak yang baru dan minyak tersebut dipanaskan +20oC dari percobaan sebelumnya. Percobaan seperti ini dilakukan terus dengan prosedur yang sama hingga nilai dari suhu isolasi minyak saat percobaan sebesar 140oC. Pengujian dengan nilai suhu 140oC merupaka pengujian yang terakhi dalam pengujian minyak murni ini dan pengujian untuk minyak murni ini telah selesai. Setelah semua selesai dilakukan, maka nilai tegangan tembus yang telah dicatat tersebut dibuat kedalam table dan dibuat kedalam bentuk kurva.
Pengujian Isolasi Kertas Direndam Minyak Mulai Hidupkan alat pengujian Susun rangkaian pengujian Catat tegangan tembus yang terjadi masukkan minyak & kertas kedalam
bejana
Matikan alat
Prosedur selesai / tidak
Plot tegangan tembus ke dalam
kurva
Ambil minyak & kertas baru Panaskan bahan minyak & kertas ++200C dari suhu sebelumnya Selesai Suhu percobaan = 1400C Naikkan tegangan hingga terjadi tegangan tembus Ambil minyak baru
& kertas baru
Tambahkan jumlah lapisan kertas ++2 dari lapisan sebelumnya tidak ya tidak Jumlah lapisan = 5 lapis Suhu percobaan = 1400C ya tidak ya ya tidak Gambar 7 Diagram alir pengujian isolasi kertas direndam minyak
Pada pengujian tegangan tembus kertas yang direndam isolasi minyak, sesuai dengan diagram alir gambar 7, pengujian dilakukan pertama dengan mempersiapkan semua alat dan bahan yang akan digunakan. Untuk pertama kali, pengujian dilakukan dengan menggunakan
minyak baru ( minyak murni yang belum dipakai dan terkontaminasi ) dan isolasi kertas yang baru juga. Untuk isolasi kertas, digunakan isolasi kertas dengan variasi jumlah lapisan dari kertas yaitu 1 lembar atau dengan ketebalan 0,2 mm. Pengujian pertama ini dilakukan dengan nilai suhu yang digunakan adalah suhu normal dari minyak dan kertas atau dengan kata lain tidak terjadi pemanasan pada minyak dan kertas. Setelah itu, minyak dan kertas dimasukkan kedalam bejana uji yang telah disiapkan, untuk isolasi kertas, isolasi kertas ditempatkan diantara atau tepat ditengah-tengah elektroda uji pada bejana uji. Setelah itu kemudian susun rangkaian pengujian, setelah disusun dan siap diuji, setelah itu alat pengujian dihidupkan dan tegangan dinaikkan secara bertahap hingga terjadi loncata listrik terlihat. Ketika loncatan linstrik telah terlihat, maka nilai tegangan tersebut merupakan nilai dari tegangan tembus yang terjadi, nilai tersebut kemudian dicatat, setelah itu alat dimatikan.
Percobaan berikutnya kemudian dilakukan dengan menggunakan minyak dan isolasi kertas yang baru dan masih dengan menggunakan kertas 1 lembar kembali, minyak dan isolasi kertas yang baru tersebut kemudian dipanaskan +20oC dari suhu percobaan yang sebelumnya menggunakan alat pemanas berupa kompor listrik. Kemudian minyak dan isoalsi kertas yang telah dipanaskan tersebut dimasukkan kedalam bejana uji, prosedur yang dilakukan sama seperti prsedur percobaan sebelumnya dimana setelah minyak dituang kedalam bejana uji dan isolasi kertas ditempatkan ditengah-tengah elektroda uji, alat kemudian disiapkan dan alat uji dinyalakan. Tegangan dinaikkan secara bertahap hingga terjadi loncatan listrik terlihat. Ketika loncatan linstrik telah terlihat, maka nilai tegangan tersebut merupakan nilai dari tegangan tembus yang terjadi, nilai tersebut kemudian dicatat, setelah itu alat dimatikan.
Setelah itu percobaan dilakukan kembali dengan isolasi minyak dan isolasi kertas yang baru dan minyak serta isolasi kertas tersebut dipanaskan +20oC dari percobaan sebelumnya. Percobaan seperti ini dilakukan terus dengan prosedur yang sama hingga nilai dari suhu isolasi minyak dan isolasi kertas saat percobaan sebesar 140oC dengan variasi antar suhu sebesar 20oC. Pengujian dengan nilai suhu 140oC merupaka pengujian yang terakhir dalam pengujian tegangan tembus isolasi kertas dengan variasi 1 lembar yang direndam kedalam minyak trafo.
Setelah itu pengujian diulang kembali dengan menggunakan minyak trafo murni dengan suhu normal namun variasi isolasi kertas yang digunakan adlah berupa isolasi kertas dengan jumlah lapisan 3 lembar atau +2 lembar dari perobaan yang sebelumnya. Pengujian dilakukan sama seperti prosedur penguian yang sebelumnya, pengujian dilakuakan hingga terjadi loncatan
listrik terlihat dan kemudian tegangan tembusnya dicatat. Setelah itu percobaan berikutnya masih dengan isolasi kertas dengan jumlah lapisan 3 lembar namun isolasi kertas dan minyak trafo yang digunakan diganti yang baru dan dipanaskan +20oC dari percobaan sebelumnya. Kemudian dilakukan pengujian hingga terjadi tegangan tembus, dan nilai tegangan tembus tersebut dicatat. Percobaan seperti ini dilakukan terus dengan prosedur yang sama hingga nilai dari suhu isolasi minyak dan isolasi kertas saat percobaan sebesar 140oC dengan variasi antar suhu sebesar 20oC. Kemudian pengujian tegangan tembus diulang kembali dengan menggunakan isolasi kertas dengan jumlah lapisan 5 lembar atau +2 lembar dari perobaan yang sebelumnya, pengujian dilakukan dengan variasi suhu dari normal hingga suhu 140oC dengan variasi antar suhu sebesar 20oC. Setelah semua pengujian telah dilakukan, semua nilai tegangan tembus yang telah dicatat
tersebut dibuat kedalam table dan dibuat kedalam bentuk kurva.
Hasil Pengujian Tegangan Tembus Minyak Transformator Murni
Pengujian dilakukan di Laboraterium Tegangan Tinggi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Pengujian dilakukan pertamakali tanpa memanaskan isolasi minyak, hal itu dilakukan guna mendapatkan nilai dari tegangan tembus isolasi minyak murni dengan keadaan suhu pada minyak berada pada suhu normal atau suhu ruangan. Minyak yang digunakan adalah isolasi minyak trafo diala B. Pada saat dilihat pada thermometer, besar suhu normal dari isolasi minyak adalah 26oC. setelah itu minyak dituang ke dalam bejana uji dan pengujian kemudian dilakukan dengan cara menaikkan tegangan hingga terjadi loncatan elektron atau terjadinya tegangan tembus. Pada pengujian pertama, besar tegangan tembus yang terjadi adalah sebesar 3,5 kV Setelah itu, pengujian dengan suhu yang sama dan menggunakan isolasi minyak yang baru kembali didapatkan nilai tegangan tembus adalah sebesar 3,7 kV. Dilakukannya kembali pengujian yang sama dimaksudkan untuk mendapatkan nilai perbandingan yang nantinya nilai tersebut akan diratakan. Maka setelah didapatkan kedua nilai, nilai rata-ratanya adalah 3,6 kV
Pengujian berikutnya dilakukan dengan memvariasikan suhu dengan menaikan suhu isolasi minyak 20oC dari suhu percobaan sebelumnya. Prosedur pengujian yang dilakukan sama seperti pengujian sebelumnya dan dilakukan dua kali untuk mendapatan nilai perbandingan dan akan dirata-ratakan. Begitupula seterusnya pengujian dilakukan hingga variasi suhu mencapai 140oC. Tabel 1 adalah data hasil pengujian yang telah dilakuakan.
Tabel 1. Tabel tegangan tembus minyak murni
Percobaan Suhu Minyak
26oC 40oC 60oC 80oC 100oC 120oC 140oC Tegangan tembus (kV) 3,5 4 4,33 4,3 4,16 3,65 3 3,7 4,2 4,206 4,1 4 3,55 3 Rata-‐Rata (kV) 3,6 4,1 4,268 4,2 4,08 3,6 3 Hasil Pengujian Tegangan Tembus Isolasi Kertas Direndam Minyak Transformator
Pengujian dilakukan di Laboraterium Tegangan Tinggi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Pengujian dilakukan pertama kali dengan suhu normal sebesar 26oC tanpa
dilakukannya pemanasan pada isolasi minyak. Minyak dituang ke dalam bejana uji yang kemudian diantara elektroda pada bejana uji ditaruh isolasi kertas seperti pada gambar 8. peletakkan isolasi kertas dalam pengujian diusahakan berada ditengah-tengah elektroda dan tidak bersentuhan dengan elektroda. Isolasi kertas yang digunakan adalah isolasi kertas dengan merk
Kremer dengan ketebalan 0,2 mm. Setelah diatur sedemikian rupa, kemudian pengujian
dilakukan dengan cara menaikkan tegangan perlahan-lahan hingga terjadi loncatan elektron atau terjadinya tegangan tembus.
Gambar 8 Peletakan isolasi kertas pada bejana uji VDE 370
Pada pengujian pertama, besar tegangan tembus yang terjadi adalah sebesar 4,04 kV. Setelah itu, pengujian dengan suhu yang sama dan menggunakan isolasi minyak yang baru kembali dilakukan dan didapatkan nilai tegangan tembus adalah sebesar 4,28 kV. Dilakukannya kembali pengujian yang sama dimaksudkan untuk mendapatkan nilai perbandingan yang
nantinya nilai tersebut akan diratakan. Maka setelah didapatkan kedua nilai, nilai rata-ratanya adalah 4,16 kV
Dengan prosedur pengujian yang sama dengan pengujian sebelumnya, Kemudian pengujian selanjutnya dilakukan dengan memvariasikan ketebalan dari isolasi kertas, dimana isolasi kertas yang digunakan adalah isolasi kertas baru yang ditambahkan lapisannya menjadi 3 lapisan dan pengujian dilakukan hingga terjadi tegangan tembus, begitu pula prosedur yang sama juga dilakukan pada variasi isolasi kertas dengan ketebalan 5 lembar. Dan untuk setiap percobaan dilakukan sebanyak dua kali untuk mendapatkan nilai perbandingan yang nantinya nilai tersebut akan dirata-ratakan.
Pengujian berikutnya dilakukan dengan memvariasikan suhu dengan menaikan suhu isolasi minyak dan kertas 20 oC dari suhu percobaan sebelumnya. Prosedur pengujian yang
dilakukan sama seperti pengujian sebelumnya dan dilakukan dua kali untuk mendapatan nilai perbandingan dan akan dirata-ratakan. Begitu pula seterusnya pengujian dilakukan hingga variasi suhu sampai dengan 140oC. Tabel 2 adalah hasil pengujian tegangan tembus isolasi kertas direndam ke dalam minyak yang telah didapatkan nilai rata-rata.
Tabel 2. Tabel tegangan tembus isolasi kertas direndam minyak trafo Lapisan Isolasi Kertas Suhu Minyak 26oC 40oC 60oC 80oC 100oC 120oC 140oC 1 4,16 4,28 4,5 4,26 4,694 5,116 5,7 3 4,44 4,8 5 4,88 5,24 6,054 6,28 5 4,86 5 5,2 5,32 5,4 6,354 6,576
Tabel 3 adalah data gabungan hasil pengujian isolasi minyak murni dan isolasi kertas yang direndam ke dalam isolasi minyak Transformator
Tabel 3 Tabel tegangan tembus hasil pengujian Lapisan Isolasi Kertas Suhu Minyak 26oC 40oC 60oC 80oC 100oC 120oC 140oC – 3,6 4,1 4,268 4,2 4,08 3,6 3 1 4,16 4,28 4,5 4,26 4,694 5,116 5,7 3 4,44 4,8 5 4,88 5,24 6,054 6,28 5 4,86 5 5,2 5,32 5,4 6,354 6,576
Analisa Hubungan Tegangan Tembus Isolasi Minyak dan Kertas Direndam Minyak Terhadap Kenaikan Suhu Minyak
Dari data hasil pengujian yang telah dilakukan maka data tersebut diplotkan ke dalam grafik.
Gambar 9 Grafik pengaruh perubahan suhu terhadap tegangan tembus minyak murni
Dari grafik gambar 9, dimana merupakan grafik dari pengaruh perubahan suhu pada isolasi minyak transformator terhadap tegangan tembus isolasi minyak transformator, terlihat bahwa pada kondisi suhu normal atau suhu 26oC hingga mencapai suhu 60oC tegangan tembus yang terjadi adalah semakin meningkat dari 3,6 kV meningkat hingga 4,268 kV seperti yang terlihat pada grafik. Namun ketika suhu mencapai 80oC dari grafik terlihat tegangan tembus yang terjadi menjadi lebih kecil dibandingkan ketika isolasi minyak bersuhu 60oC. atau dengan kata lain tegangan tembus yang terjadi menjadi turun ketika suhu berada diatas suhue 80oC.
Kenaikkan nilai tegangan tembus yang terjadi pada suhue 26oC hingga 60oC terjadi dikarenakan dilihat dari pengujian yang dilakukan selalu dengan menggunakan minyak murni yang belum terpakai atau baru . Pada suhu 26oC hingga 60oC tegangan tembus minyak
Transformator semakin meningkat seiring dengan semakin naiknya suhu pada minyak Transformator. Hal ini disebabkan faktor kontaminasi atau ketidakmurnian zat, misalnya seperti
adanya bola cair dari jenis cairan yang lain (air) dan gelembung–gelembung udara sehingga pada saat terjadi pemanasan minyak Transformator maka akan terjadi penguapan pada bola cair dan gelembung udara tersebut. Pemanasan minyak Transformator dapat membuat bola cair dan
3.6 4.1 4.268 4.2 4.08 3.6 3 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 0 20 40 60 80 100 120 140 160
Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Tegangan Tembus Minyak Murni
Suhu (oC)
gelembung udara tersebut menguap sehingga minyak Transformator menjadi lebih stabil yang memyebabkan tingkat ketahanan isolasi meningkat pada saat tegangan diterapkan.
Sedangkan pada suhu 80oC ketas nilai tegangan tembus dari minyak Transformator menjadi semakin kecil dibandingkan pada suhu dibawah 80oC. bila perhatikan dan dianalisa secara detail, tegangan tembus yang terjadi pada suhu 80oC hingga 100oC, penurunan nilai tegangan tembus dibanding nilai tegangan tembus pada suhu 60oC tidaklah terlalu jauh. Hal tersebut terjadi dikarenakan pada suhu 80oC hingga 100oC molekul-molekul pada minyak
Transformator mulai rusak atau pecah namun rusaknya molekul-molekul pada fase suhu 80oC
hingga 100oC tidaklah terlalu menyebabkan penurunan nilai tegangan tembus yang terlalu significan. Sedangkan pada suhu diatas 100oC, seperti 120oC dan 140oC penurunan nilainya
menjadi semakin besar. Penurunan yang cukup besar ini terjadi disebabkan molekul-molekul pada minyak Transformator sudah rusak dimana besar kerusakan pada molekul-molekul minyak
Transformator semakin besar berbanding lurus dengan kenaikan nilai suhu dari minyak Transformator tersebut. Kerusakan pada molekul-molekul minyak Transformator inilah yang
menyebabkan nilai tegangan tembus yang terjadi semakin turun atau semakin kecil.
Selain itu, factor lain yang menyebabkan penurunan tegangan tembus isolasi minyak pada saat dipanaskan dengan suhu diatas 80oC adalah timbulnya residua tau zat buang hasil perubahan kimia zat isolasi cair yang mendapat suhu tinggi. Isolasi cair yang dipanaskan secara terus menerus pada suhu tinggi akan mengalami kerusakan pada molekul. Molekul akan mengalami pemecahan dan pecahnya molekul tersebut akan menghasilkan zat residu. Pada umumnya zat buangan dapat berupa karbon atau gas. Terdapatnya zat residu dalam isolasi minyak tersebut akan menyebabkan meningkatnya resiko terjadinya loncatan electron, oleh karena itu nilai tegangan tembus yang dibutuhkan untuk terjadinya loncatan electron akan semakin rendah. Hal ini dapat terlihat dari warna yang berubah pada isolasi minyak trafo dari warna minyak yang awalnya bening menjadi kuning bahkan coklat. Hal ini disebabkan banyaknya partikel karbon didalam minyak dan perubahan moleul-molekul minyak.
Gambar 10 grafik tegangan tembus isolasi kertas terendam minyak
Pada pengujian tegangan tembus pada isolasi kertas yang direndam ke dalam minyak
Transformator, seperti yang telihat pada garik gambar 10, terlihat bahwa nilai tegangan tembus
yang terjadi memiliki pola dimana pada suhu normal (26oC) hingga suhu 60oC nilai tegangan tembus yang terjadi semakin naik, sedangkan pada suhu 80oC nilai tegangan tembusnya menjadi turun. Hal tersebut terjadi karna pada suhu tersebut pola tegangan tembus yang terjadi sama seperti pola tegangan tembus pada isolasi minyak Transformator murni dimana pada suhu 26oC hingga suhu 60oC nilai tegangan tembus yang terjadi adalah semakin meningkat hal ini disebabkan faktor kontaminasi atau ketidakmurnian zat untuk isolasi minyak, seperti adanya bola cair dari jenis cairan yang lain (air) dan gelembung–gelembung udara sehingga pada saat terjadi pemanasan minyak Transformator maka akan terjadi penguapan pada bola cair dan gelembung udara tersebut yang mengakibatkan ketahanan pada isolasi minyak menjadi meningkat.
Pola berikutnya adalah pada suhu 100oC dimana nilai tegangan tembus yang terjadi adalah menjadi meningkat, seperti yang telihat pada grafik. Peningkatan nilai tegangan tembus yang terjadi tersebut terus meningkat berbanding lurus dengan kenaikan nilai suhu pada isolasi minyak. Kenaikan nilai tegangan tembus pada suhu 100oC ke atas ini disebabkan karna kandungan kelembaban atau unsur air dari isolasi kertas mulai memuai dan berkurang, dimana kandungan air dalam isolasi kertas tersebut menguap dan hal tersebut terlihat dari banyaknya gelembung-gelembung udara yang terbentuk. Gelembung-gelembung udara yang terbentuk ketika pengujian seperti yang terlihat pada gambar 11 dan gambar 12.
4.16 4.28 4.5 4.26 4.694 5.116 5.7 4.44 4.8 5 4.88 5.24 6.054 6.28 4.86 5 5.2 5.32 5.4 6.354 6.576 4 4.3 4.6 4.9 5.2 5.5 5.8 6.1 6.4 6.7 0 20 40 60 80 100 120 140 160 kertas 1 lapis kertas 3 lapis kertas 5 lapis Tegangan Te m bus (k V) Suhu (oC)
Gambar 11 Gelembung udara saat isolasi dipanaskan
Gambar 12 Gelembung udara saat pengujian (dari samping)
Gambar 11 dan gambar 12 adalah gambar dimana fenomena gelembung udara yang terbentuk ketika isolasi kertas dipanaskan dalam minyak, gelembung udara yang terbentuk keluar dari isolasi kertas dan banyaknya gelembung yang terbentuk benrbanding lurus dengan naiknya suhu yang diterapkan. Dari gelembung udara yang keluar dari isolasi kertas inilah dapat dianalisa bahwa terdapat air yang menguap dikarenakan kenaikan suhu, dan kandungan air tersebut terdapat dalam isolasi kertas dikarenakan gelembung terbentuk atau keluar dari isolasi kertas yang dipanaskan dengan suhu tinggi didalam minyak.
Seperti yang telah disebutkan, bahwa pada proses pembentukan kertas awal, kandungan air dalam kertas bisa mencapai 98% dan pada proses selanjutnya kertas dikeringkan dan kandungan air atau kelembaban didalamnya diturunkan menjadi 10%. Akibat proses pemanasan yang dilakukan dalam pengujian ini, kandungan air dalam isolasi kertas menjadi menguap dan kelembapan isolasi kertas semakin berkurang. Karna faktor kelembapan atau kandungan air yang semakin berkurang tersebut menyebabkan sifat dielektrik dari isolasi kertas menjadi semakin baik. Semakin baiknya sifat dielektrik dari isolasi kertas tersebut juga berpengaruh terhadap
peningkatan tegangan tembus yang terjadi. Dan hal tersebut yang membuat nilai tegangan tembus dalam percobaan ini menjadi meningkat ketika berada pada suhu diatas 80 oC.
Analisa Hubungan Tegangan Tembus Isolasi Kertas Dengan Jumlah Lapisan Kertas
Dilihat dari data pengujian yang telah dilakukan maka, dari data pengujian tersebut dapat dibuat grafik berdasarkan jumlah lapisan dari isolasi kertas guna melihat pola tegangan tembus yang terjadi. Variasi yang dilakukan selain variasi jumlah lapisan dari isolasi kertas, juga variasi dari suhu isolasi minyak yang merendam isolasi kertas. Hasil plot grafik dari data-data tersebut adalah seperti pada gambar 13.
Gambar 13 tegangan tembus isolasi kertas berdasarkan jumlah lapisan
Dapat dianalisa bahwa grafik yang telah dibuat memiliki pola yang sama dimana nilai tegangan tembus menjadi naik bila jumlah lapisan dari isolasi kertas bertambah. Atau dengan kata lain kenaikkan nilia tegagan tembus meningkat seiring dengan jumlah dari lapisan isolasi kertas yang digunakan. Kenaikan nilai tegangan tembus tersebut terjadi dikarenakan untuk satu lapisan dari isolasi kertas memiliki nilai tahanannya atau nilai tegangan tembusnya sendiri, bila kertas tersebut digabungkan maka besar nilai tahanan dari isolasi kertas juga akan semakin bertambah dan menyebabkan tegangan tembus yang tejadi juga semakin meningkat.
Namun bila dilihat lebih detail lagi, terlihat bahwa perbedaan nilai kenaikan tegangan tembus menjadi lebih besar ketika suhu berada dinilai 100oC hingga 140oC. Hal tersebut
4.16 4.44 4.86 4.28 4.8 5 4.5 5 5.2 4.26 4.88 5.32 4.694 5.24 5.4 5.116 6.054 6.354 5.7 6.28 6.576 4 4.3 4.6 4.9 5.2 5.5 5.8 6.1 6.4 6.7 0 1 2 3 4 5 6 suhu 26oC suhu 40oC suhu 60oC suhu 80oC suhu 100oC suhu 120oC suhu 140oC Jumlah Lapisan Tegangan Te m bus (k V)
dikarenakan ketika berada di suhu 100oC sampai 140oC, isolasi kertas mengalami proses dimana kandungan air didalamnya menguap karna suhu tinggi. Menguapnya kandungan air dalam isolasi minyak menyebabkan isolasi kertas menjadi murni atau tidak terkontaminasi/tercampur dengan air, sehingga nilai tegangan tembusnya menjadi semakin tinggi.
Kesimpulan
1. Nilai tegangan tembus untuk isolasi minyak murni mengalami kenaikan ketika berada disuhu diatas suhu normal minyak (26oC) hingga suhu 60oC. Namun ketika berada disuhu 80oC hingga 140oC, Nilai tegangan tembus isolasi minyak mengalami penurunan.
2. Penurunan nilai tegangan tembus ketika berada di suhu 80oC hingga 140oC dikarnakan molekul-molekul pada isolasi minyak telah rusak dikarnakan terpapar oleh suhu tinggi dan menyebabkan penurunan kualitas dari isolasi minyak.
3. Nilai tegangan tembus untuk isolasi kertas yang direndam dengan minyak trafo mengalami kenaikan dari suhu normal (26oC) hingga suhu 60oC. Sedangkan pada fase suhu dari 60oC hingga 80oC mengalami penurunan nilai tegangan tembus. Namun pada fase suhu 80oC hingga 140oC nilai tegangan tembus menjadi meningkat.
4. Semakin banyak jumlah lapisan isolasi kertas, maka nilai tegangan tembus yang terjadi semakin meningkat.
Daftar Pustaka
I Made Yulistya. TEKNIK TEGANGAN TINGGI. Prinsip dan Aplikasi Praktis. Indonesia. Graha Ilmu. 2013
Djiteng Marsuadi. Pembangkitan Energi Listrik. Indonesia. Erlangga. 2011
Chapman, Stephen J. Electric Machinery and Power System Fundamentals. Mc Graw Hill. New York. 2002
Nasrat Loai. (2012). Aging Effect on Characteristics of Oil Impregnated Insulation Paper for
Wang Youyuan. (2011). Reliability Evauation Method of Oil-Paper Insulation. Energies ISSN 1996-1073
Suwarno (2011). Effect of Temperature on the Breakdown Voltage and Partial Discharge pattern
of Biodegradable Oil. IEEE
Fritz Jonathan (2011). Analisis Pengaruh Kenaikan Temperatur Dan Umur Minyak
Transformator Terhadap Degradasi Tegangan Tembus Minyak Transformator. Universitas
