REMAINING LIFE ASSESSMENT TRANSFORMATOR 150/20KV DENGAN METODE DEGRADASI ISOLASI (APLIKASI GARDU INDUK TITI KUNING )

(APLIKASI GARDU INDUK TITI KUNING

)

Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh :

MUADZZAH RAHMAT 120402048

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2017

) Oleh:

MUAPZA,AHRAITII'AI hlIM: 120H/0l2048

Tugas Akhir ini diajulon untuk melcngkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK EI,EKIRO

*,*ffiHffi

MEI'AN

Sidang pqda tanggsl $ bulan Febmnri tahun

Zlii

dideean penguji :

1. KetuiPcnguji

^{: Ir.} Syahrewardi

2.

Anggotc PonguJi : Ir. Eendra Zullcarnain"

Disetr;uiolch:

ffi

1M{9

ltrIP; tgffi5rll9ffi01l002

REDfi{INWG Lr FA

aSSgSSmWtrM

150/20

Kv

Oleh:

M.$ADe4at,nAmtufT

^{t,'' 1,..}

NIIU: r2ll4020at

TrU$r **eir Ini @ir*m ^untuk nrclengkpi,selah satE syarat untuk rnempmlcilr gslar Soriana Teknik

uur*n ryE:IuIOf[{,EIiE

^{(IR.O' '}

TAI(ULTAS IEIN\[II(.

T'XIVTNSTTAS SIIIIAIERA UTARA Ii&DAT{

.,t

ryH&eigset

8'buhF€bmrtd talurn ?0t7di

@et

,1,

a

l

Ir. Sythrrwrrdl

trr.

'.

Hcndn Zntlrurlsin ,t

'l Kolur Fopgqfi, :

*negsmrupir

ABSTRAK

Umur suatu transformator ditentukan oleh beberapa keadaan yang dialami transformator pada saat transformator tersebut dibebani, salah satu keadaan yang sangat mempengaruhi umur transformator adalah besarnya suhu kerja pada transformator. Tinggi rendahnya suhu transformator pada saat berbeban ditentukan oleh besarnya beban yang dihasilkan, kemampuan transformator untuk melepas panas yang dihasilkan dan keadaan sekitar transformator. Pada penelitian ini dilakukan penentuan umur transformator dengan menggunakan metode degradasi isolasi dengan mengukur suhu top – oil, suhu hot – spot, dan besar beban yang dihasilkan transformator. Penelitian dilakukan dengan mengambil studi kasus transformator 150KV/20KV pada Gardu Induk Titi Kuning. Dari hasil penelitian pada transformator type trafostar diperoleh sisa umur transformator 2 di Gardu Induk Titi Kuning dapat bertahan 11 tahun. Dengan faktor beban 0.72 pu, total suhu hot – spot 169.2⁰C, dan suhu lingkungan 26⁰C.

Kata Kunci : Transformator daya, pembebanan, Faktor Susut – Umur

ii KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbil’alamin senantiasa penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat, kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tak lupa pula shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW yang selalu menjadi panutan umat muslim di seluruh dunia

Tugas akhir ini merupakan bagian kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

REMAININGLIFEASSESSMENTTRANSFORMATOR150/20KV DENGANMETODEDEGRADASIISOLASI

(APLIKASIGARDUINDUKTITIKUNING)

Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu :

1. Yang teristimewa, Kepada kedua orang tua penulis, Ayahanda H.

Rahmatsyah dan Ibunda Ir Hj. Dessy Arniza yang telah menjadi panutan dan mengajari penulis dalam banyak hal di hidup ini. Semoga pengorbanan ayah bunda tidak sia – sia hingga penulis menjadi anak yang dapat membahagiakan kedua orang tua dan keluarga. Serta abang dan adik penulis Muhammad Rizqi, Thariq Mustaqa dan Nurul Kautsarah Rahmat yang

selalu membantu dan memberikan semangat kepada penulis untuk segera menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi S.T, M.T selaku Ketua dan Sekertaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Dr. Ir. Fahmi, MSc selaku penasehat akademik penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menjalani perkuliahan selama ini.

4. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

5. Bapak Ir. Syahrawardi dan Bapak Ir. Hendra Zulkarnain selaku dosen penguji penulis yang banyak memberikan masukan dan arahan selama proses pengerjaan Tugas Akhir ini.

6. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.

7. Sahabat - sabahat terbaik Chairunnisa Sebastian, May Sarah, Safty Awaliyah, Siti Mukhayyaroh yang selalu memberikan semangat dan dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

9. Sahabat – sahabat teristimewa dari semester 1, dan juga sebagai pendamping disaat apapun. Agida Putranti N, Elyani Br. Surbakti, Fauziah Nur Siregar, Leily Handayani Utama, Rini Mulia Sari, terimakasih telah menjadi sahabat terbaik selama perkuliahan dan untuk selamanya.

10. Teman-teman angkatan 2012 di Teknik Elektro, Andika Yogy, Arif Piliang,

iv Sudarmin, Dody, Ibas, Ibnu, Iqbal, Fajar, Habib, Rasyid, Fajar, Fauzi, Yudha, Roso, dan lain-lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu, semoga silatuhrahmi kita terus terjaga.

11. Teman – teman perjuangan kerja praktek di PLTU Pangkalan Susu, Dody Purmadani, Elyani Br Surbakti, Fauzi Arif Pratama, Guntur Gusmao Lintang, M Arif, Mahatir Muhammad yang telah bersedia berbagi pengalaman kepada penulis selama menjalankan kerja praktek.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini.

Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Februari 2017 Penulis,

Muadzzah Rahmat NIM. 120402048

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... ix

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

Latar Belakang ... 1

Rumusan Masalah ... 2

Batasan Masalah... 2

Tujuan Penelitian ... 3

Manfaat Penelitian ... 3

Metodologi Penelitian ... 3

Sistematika Penulisan ... 4

BAB 2 DASAR TEORI ... 6

Pengertian Transformator... 6

Prinsip Kerja Transformator ... 7

Bagian-Bagian Transformator Dan Fungsinya. ... 9

Pendingin Transformator ... 14

2.4.1 Dry Type Transformer ... 15

2.4.2 Oil-Immersed Transformer ... 15

vi

Fungsi Minyak Transformator ... 16

Jenis-Jenis Kegagalan Transformator Akibat Kontiminasi Minyak Isolasi ... 17

Pengaruh Pembebanan Transformator ... 18

Pengaruh Temperatur Pada Transformator ... 18

Suhu Lingkungan (Ambient)... 19

Hukum Thermal ... 20

Dampak Suhu Minyak ... 21

2.11.1 Suhu minyak – Atas (Top – Oil) ... 22

2.11.2 Suhu Titik – Panas (Hot – Spot) ... 23

Susut Umur Transformator ... 24

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 26

Umum ... 26

Waktu dan Tempat Penelitian ... 26

Alat Ukur Thermovisi ... 26

Prosedur Penelitian... 29

Transformator Daya di Gardu Induk Titi Kuning PT PLN (Persero) ... 32

3.5.1 Transformator Daya 1 ... 32

3.5.2 Transformator Daya 2 ... 32

3.5.3 Tranformator Daya 3 ... 33

Single Line Diagram Gardu Induk Titi Kuning PT PLN

(PERSERO) ... 33

BAB 4 HASIL DAN ANALISIS ... 35

Umum ... 35

Data Masukan... 35

A. Data Transformator ... 35

B. Data Suhu ... 36

Perhitungan Total Suhu Top - Oil ... 37

Perhitungan Total Suhu Hot–Spot ... 39

Hubungan Suhu Hot–Spot Belitan Terhadap Umur Transformator ... 41

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 44

Kesimpulan ... 44

Saran ... 44

DAFTAR PUSTAKA ... 45

viii DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Transformator Daya 150/20 KV Gardu Induk Titi Kuning ... 7

Gambar 2.2 Arus bolak-balik mengelilingi inti besi ... 7

Gambar 2.3 Prinsip Kerja Transformator ... 8

Gambar 2.4 Inti Besi ... 10

Gambar 2.5 Belitan Transformator ... 10

Gambar 2.6 Bushing ... 11

Gambar 2.7 Kipas transformator daya GI Titi Kuning ... 12

Gambar 2.8 Konservator transformator daya GI Titi Kuning ... 12

Gambar 2.9 Silica Gel transformator daya GI Titi Kuning... 13

Gambar 2.10 Konservator dengan rubber bag di dalamnya ... 13

Gambar 3.1 Alat Ukur Thermovisi yang digunakan di Gardu Induk Titi Kuning ... 28

Gambar 3.2 Diagram alir proses penelitian Tugas Akhir ... 31

Gambar 3.3 Single Line Diagram Gardu Induk Titi Kuning ... 34

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Hubungan antara beban dengan suhu lingkungan ... 20 Tabel 2.2 Batasan suhu dan umur trafo pada suhu lingkungan 30⁰C ... 21 Tabel 4.1 Suhu Hot – Spot dan Suhu Top – Oil Gardu Induk Titi Kuning 36 Tabel 4.2 Hasil perhitungan kenaikan suhu top – oil dan suhu hot - spot . 40 Tabel 4.3 Pengaruh Suhu lingkungan terhadap total suhu hot-spot ... 41 Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Kenaikan Suhu Hot-Spot Dan Sisa Umur

Transformator ... 42

BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang

Transformator adalah salah satu peralatan penting dalam suatu sistem tenaga listrik. Fungsi utama transformator untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan). Pada pemakaian transformator diperlukan isolasi untuk mengisolasi antara bagian yang bertegangan dan bagian yang tidak bertegangan serta untuk mengisolasi bagian-bagian antara fasa yang bertegangan. Kelangsungan operasi dari transformator sangat bergantung pada umur dan kualitas sistem isolasinya.

Minyak transformator berfungsi sebagai isolasi dan pendingin. Selama transformator beroperasi maka minyak transformator di dalamnya akan mengalami beban berupa medan listrik dan juga beban thermal yang berasal dari belitan maupun inti transformator[1].

Dikarenakan trafo merupakan peralatan yang mahal, maka diusahakan agar peralatan ini memiliki umur penggunaan yang panjang. Ada beberapa faktor yang menyebabkan berkurangnya umur transformator pada isolasinya karena pengaruh thermal adalah suhu sekitar (ambient temperatur), suhu minyak trafo, cuaca, kelembapan udara, pengelolaan terhadap transformator dan pengaruh pembebanan terhadap transformator tersebut[2]. Pembebanan mengakibatkan peningkatan temperatur yang menimbulkan panas pada trafo. Panas mengakibatkan terjadinya peguraian dari bahan-bahan trafo yang dapat mempercepat proses penuaan suatu trafo. Untuk pengelolaan transformator berkaitan dengan pemeliharaan rutin yang dilaksanakan, baik itu pemeliharaan preventif, korektif maupun detektif.

Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat dirumuskan permasalahan dalam tugas akhir ini adalah :

1. Bagaimana pengaruh pembebanan transformator terhadap suhu minyak transfomator.

2. Bagaimana cara mengukur suhu hot – spot dan top – oil di Gardu Induk Titi Kuning.

3. Berapa lama umur transformator agar dapat melakukan kerja dengan maksimal dan secara kontinyu dalam menyalurkan daya.

4. Apa saja parameter yang digunakan dalam perhitungan sisa umur transformator.

Batasan Masalah

Adapun pembatasan masalah yang dilakukan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Objek pengukuran suhu hot – spot yaitu dinding transformator karena sulit mengukur objek secara langsung.

2. Objek pengukuran suhu top - oil yaitu bagian konservator karena sulit mengukur objek secara langsung.

3. Perhitungan yang akan dilakukan adalah sirkulasi kenaikan suhu minyak dan kenaikan suhu hot – spot karena pembebanan.

4. Perhitungan perkiraan sisa umur transformator dengan metode degradasi isolasi.

Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian tugas akhir ini adalah :

1. Untuk mengetahui batasan suhu terendah dan suhu tertinggi dari suhu top-oil dan suhu hot-spot.

2. Menentukan harapan-hidup (umur) dari transformator.

Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang diharapkan dalam penelitian ini adalah memberikan masukan kepada PLN Gardu Induk wilayah Titi Kuning untuk melakukan peningkatan kinerja manajemen perawatan dan kehandalan jaringan transmisi dan distribusi.

Metodologi Penelitian

Agar Tugas Akhir ini dapat diselesaikan, digunakan metode penyusunan Tugas Akhir dalam langkah-langkah sebagaiberikut:

 Studi literatur dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik

tugas akhir ini, yaitu berupa buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis maupun dari perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain - lain.

 Studi bimbingan dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini

dengan dosen pembimbing, dengan dosen-dosen bidang energi dan teman-teman sesama mahasiswa.

 Proses selanjutnya adalah pengumpulan data. Data yang dikumpulkan diperoleh langsung dari Gardu Induk Titi Kuning berupa data suhu top

oil, hot spot, suhu lingkungan dan faktor beban. Setelah data dikumpulkan, data selanjutnya diolah untuk menentukan sisa umur transformator.

 Tahap selanjutnya adalah pembahasan dan penarikan kesimpulan berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan.

Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini, secara singkat penulis menyusun sistematika penulisan dan pembahasan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisikan tentang latar belakang, rumusan masalah, manfaat penelitian, tujuan Tugas Akhir yang ingin dicapai, batasan masalah, metodologi penelitian dan pembahasan Tugas Akhir, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini berisi penjelasan penjelasan tentang transformator secara umum, faktor terjadinya kegagalan transformator, pengaruh pembebanan dan temperatur transformator, dampak suhu minyak transformator, susut umur transformator, suhu lingkungan dan model thermal

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini membahas tentang metode penelitian, pengambilan data dan parameter yang digunakan untuk mengukur kualitas harapan hidup transformator.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisikan analisis perhitungan sisa umur transformator dengan parameter yang telah ditetapkan.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan dan saran-saran yang dapat diberikan berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan.

BAB 2 DASAR TEORI

Pengertian Transformator

Transformator adalah suatu alat statis yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet berdasarkan prinsip induksi- elektromagnet yang dapat menurunkan tegangan dengan frekuensi yang sama.

Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika.

Dalam bidang tenaga listrik tegangan tinggi, transformator digunakan untuk mengirim daya listrik jarak jauh. Sedangkan dalam bidang elektronika, transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk memisahkan satu rangkaian dari rangkaian yang lain, dan untuk meghambat arus searah atau mengalirkan arus bolak-balik anatara rangkaian[3].

Penggunaan transformator pada sistem penyaluran tenaga listrik dapat dibagi menjadi beberapa bagian yaitu[2]:

a. Trafo penaik tegangan (Step up) atau disebut trafo daya, untuk menaikkan tegangan pembangkit menjadi tegangan transmisi.

b. Trafo penurun tegangan (Step down), dapat disebut trafo distribusi, untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi.

c. Trafo instrumen, untuk pengukuran yang terdiri dari trafo tegangan dan trafo arus, dipakai menurunkan tegangan dan arus agar dapat masuk ke meter-meter pengukuran.

BAB II

Transformator daya 150/20KV pada Gardu Induk Titi Kuning dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Transformator Daya 150/20 KV Gardu Induk Titi Kuning

Prinsip Kerja Transformator

Transformator menggunakan prinsip hukum induksi Faraday dan hukum Lorentz dalam menyalurkan daya, dimana arus bolak balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnet. Dan apabila magnet tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda potensial. Gambar 2.2 menunjukkan prinsip kerja Transformator suatu arus listrik mengelilingi inti besi berubah menjadi magnet.

Gambar 2.2 Arus bolak-balik mengelilingi inti besi

Arus yang mengalir pada belitan primer akan menginduksi inti besi transformator sehingga didalam inti besi akan mengalir flux magnet dan flux magnet ini akan menginduksi belitan sekunder sehingga pada ujung belitan sekunder akan terdapat beda potensial[4].

Dari prinsip kerja diatas suatu transformator dapat dilihat pada gambar 2.3 dibawah ini.

Gambar 2.3 Prinsip Kerja Transformator

Bagian utama dari suatu transformator adalah inti, dua set atau lebih kumparan, dan isolasi. Inti transformator terbuat dari lembaran-lembaran baja silicon yang satu dengan lainnya diisolasi dengan pernis. Kumparan terbuat dari bahan tembaga. Kumparan yang dihubungkan ke sumber energi disebut kumparan primer, sedangkan kumparan yang dihubungkan ke beban disebut kumparan sekunder. Bahan isolasi transformator tersusun dari kombinasi bahan dielektrik cair dengan dielektrik padat.

Jika kumparan primer dihubungkan ke sumber tegangan bolak balik, sementara kumparan sekunder dalam keadaan tidak dibebani, maka di kumparan primer mengalir arus yang disebut dengan arus beban nol (I0). Arus ini akan

membangkitkan fluks bolak-balik pada inti. Fluks bolak-balik ini dilingkupi oleh kumparan primer dan kumparan sekunder, sehingga pada kedua kumparan timbul gaya gerak listrik yang besarnya:

E₁ = 4,44 f N₁ ϕ (Volt) 2.1

E₂ = 4,44 f N₂ ϕ (Volt) 2.2

Pada persamaan di atas: E1 adalah gaya gerak listrik pada kumparan primer;

E2 adalah gaya gerak listrik pada kumparan sekunder; N1 adalah jumlah belitan kumparan primer; N2 adalah jumlah belitan kumparan sekunder; f adalah frekuensi tegangan sumber dalam Hz; dan ϕ adalah fluks magnetik pada inti dalam Weber.

Jika kumparan sekunder dibebani, maka pada kumparan tersebut mengalir arus sekunder (I2). Arus sekunder akan menimbulkan fluks pada inti transformator yang berlawanan dengan fluks yang ditimbulkan I0. Dengan kata lain, arus sekunder menimbulkan demagnetisasi pada inti transformator. Untuk mengimbanginya, maka arus di kumparan primer harus bertambah menjadi I1, hingga dipenuhi:

N₁ I₀ = N₁ I₁− N₂ I₂ 2.3

Bagian-Bagian Transformator Dan Fungsinya.

Transformator daya memiliki beberapa komponen penting untuk dapat beroperasi, antara lain sebagai berikut[4]:

a. Electromagnetic Circuit (Inti besi)

Inti besi digunakan sebagai media jalannya flux yang timbul akibat induksi arus bolak balik pada kumparan yang mengelilingi inti besi sehingga dapat menginduksi kembali ke kumparan yang lain. Dibentuk dari lempengan-lempengan besi tipis berisolasi yang disusun sedemikian rupa ditunjukkan pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Inti Besi b. Current carying circuit (Winding)

Belitan terdiri dari batang tembaga berisolasi yang mengelilingi inti besi,dimana saat arus bolak balik mengalir pada belitan tembaga tersebut, inti besi akan terinduksi dan menimbulkan flux magnetik. Gambar 2.5 menunjukkan belitan transformator bagian dari transformator.

Gambar 2.5 Belitan Transformator c. Bushing

Bushing merupakan sarana penghubung antara belitan dengan jaringan luar, seperti ditunjukkan pada gambar 2.6. Bushing terdiri dari sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator. Isolator tersebut berfungsi sebagai penyekat antara

Gambar 2.6 Bushing

Secara garis besar bushing dapat dibagi menjadi empat bagian utama yaitu isolasi, konduktor, klem koneksi, dan asesoris. Isolasi pada bushing terdiri dari dua jenis yaitu oil impregnated paper dan resin impregnated paper. Pada tipe oil impregnated paper isolasi yang digunakan adalah kertas isolasi dan minyak isolasi sedangkan pada tipe resin impregnated pape isolasi yang digunakan adalah kertas isolasi dan resin.

d. Pendingin

Suhu pada transformator yang sedang beroperasi akan dipengaruhi oleh kualitas tegangan jaringan, losses pada transformator itu sendiri dan suhu lingkungan. Suhu operasi yang tinggi akan mengakibatkan rusaknya isolasi kertas pada transformator. Oleh karena itu pendinginan yang efektif sangat diperlukan.

Minyak isolasi transformator selain merupakan media isolasi juga berfungsi sebagai pendingin. Pada saat minyak bersirkulasi, panas yang berasal dari belitan akan dibawa oleh minyak sesuai jalur sirkulasinya dan akan didinginkan pada sirip – sirip radiator. Adapun proses pendinginan ini dapat dibantu oleh adanya kipas (seperti gambar 2.7a) dan pompa sirkulasi guna meningkatkan efisiensi pendinginan (seperti gambar 2.7b).

(a) (b)

Gambar 2.7a Kipas transformator daya GI Titi Kuning 2.7b Radiator transformator daya GI Titi Kuning e. Konservator (Oil preservation & expansion)

Saat terjadi kenaikan suhu operasi pada transformator, minyak isolasi akan memuai sehingga volumenya bertambah. Sebaliknya saat terjadi penurunan suhu operasi,maka minyak akan menyusut dan volume minyak akan turun. Konservator digunakan untuk menampung minyak pada saat transformator mengalamui kenaikan suhu seperti ditunjukkan pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Konservator transformator daya GI Titi Kuning

Seiring dengan naik turunnya volume minyak dikonservator akibat pemuaian dan penyusutan minyak, volume udara didalam konservator akan

konservator akan berhubungan dengan udara luar. Agar minyak isolasi transformator tidak terkontaminasi oleh kelembaban dan oksigen dari luar, maka udara yang akan masuk kedalam konservator akan difilter melalui silicagel.

Agar minyak isolasi transformator tidak terkontaminasi oleh kelembaban dan oksigen dari luar, maka udara yang akan masuk ke dalam konservator akan difilter melalui silica gel. Silica pada Gardu Induk Titi Kuning dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Silica Gel transformator daya GI Titi Kuning

Untuk menghindari agar minyak transformator tidak berhubungan langsung dengan udara luar, maka saat ini konservator dirancang dengan menggunakan breather bag/rubber bag, yaitu balon karet yang dipasang dalam tangka konservator, seperti ditunjukkan pada gambar 2.10.

Gambar 2.10 Konservator dengan rubber bag di dalamnya

f. Tap Changer

Kestabilan tegangan dalam suatu jaringan merupakan salah satu hal yang dinilai sebagai kualitas tegangan. Transformator dituntut memiliki nilai tegangan output yang stabil sedangkan besarnya tegangan input tidak selalu sama. Dengan mengubah banyaknya belitan pada sisi primer diharapkan dapat merubah rasio antara belitan primer dan sekunder dan dengan demikian tegangan output/sekunder pun dapat disesuaikan dengan kebutuhan sistem berapapun tegangan input/primernya. Penyesuaian ratio belitan ini disebut Tap changer.

Proses perubahan ratio belitan ini dapat dilakukan pada saat transformator sedang berbeban (On load tap changer) atau saat transformator tidak berbeban (Off load tap changer). Tipe On Load Tap Changer dapat bekerja secara manual ataupun otomatis dengan program yang tertanam pada control transformator tersebut.

Namun, pada jenis Off Load Tap Changer, perubahan ratio belitan hanya bekerja secara manual.

Pendingin Transformator

Panas yang timbul pada belitan maupun inti transformator pada saat transformator dibebani tidak boleh berlebihan karena dapat merusak dan menurunkan tahanan isolasi belitan. Untuk mengatasi agar panas yang timbul tidak berlebihan maka digunakan minyak pendingin transformator. Selain pendingin, minyak pendingin transformator juga berfungsi sebagai isolator. Selain itu pendinginan transformator juga terjadi secara alami, yaitu berupa udara di sekitar transformator tersebut. Menurut jenis pendinginnya, transformator dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu Dry Type Transformer dan Oil-Immersed Transformer[5].

2.4.1 Dry Type Transformer

Transformator jenis ini paling mudah dalam pengoperasiannya, karena sistem pendinginan secara alamiah dengan memanfaatkan udara di sekitar transformator sehingga tidak memerlukan biaya dalam perawatan[5].

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 20^oC, 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 98^oC (110^oC Standar IEEE), maka transformator daya akan mengalami pemburukan isolasi yang normal. Suhu 98^oC ini ditetapkan berdasarkan suhu sekitar (lingkungan) sebesar 20^oC, (30^oC Standar IEEE). Dengan kata lain bahwa transformator daya tidak akan mengalami kenaikan susut-umur jika suhu titik- panas (hot-spot temperatur) tidak melebihi nilai 98^oC (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∑^N_n=110^an/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)

2.11.1 Suhu minyak – Atas (Top – Oil)

Suhu top oil adalah suhu dari minyak isolasi yang diukur bagian atas tangki transformator. Kenaikan suhu top oil sepadan dengan kuadrat arus sesuai standar IEEE, rating kenaikan suhu minyak – atas adalah 65⁰C diatas suhu lingkungan.

Kenaikan awal suhu top oil merupakan factor arus beban ditetapkan dengan persamaan 2.5 berikut:

∆θ_TO,i = ∆θ_TO,R(^1+RK2

1+R )ⁿ 2.5

Keterangan:

K = factor beban

R = Rasio rugi-rugi(rugi beban total/rugi tanpa beban) n = nilai eksponen minyak

∆θ_TO,R = Kenaikan suhu top oil awal ranting beban

Kenaikan suhu top oil secara langsung berkaitan dengan arus beban dan karakteristik termal transfonsformator, ditetapkan dengan persamaan 2.6 berikut:

∆θ_TO = (∆θ_{TO,u −} ∆θ_TO,i ) (1 − e^−τTO1 ) + ∆θ_TO,i 2.6 Keterangan:

∆θ_TO,u = kenaikan suhu top oil terbesar

∆θ_TO,i = kenaikan suhu top oil awal τTO =konstanta top oil

Maka total suhu top oil, ditetapkan dengan persamaan 2.7 berikut:

θ_TO= θ_A+∆θ_TO 2.7

Keterangan :

θ_A= suhu lingkungan

2.11.2 Suhu Titik – Panas (Hot – Spot)

Suhu titik-panas adalah suhu terpanas didalam belitan transformator. Lokasi belitan terpanas adalah tergantung pada desain fisik transformator. Panduan untuk Pembebanan menetapkan batas desain untuk suhu titik-panas normal 110 º C, atau 80 ºC di atas suhu lingkungan yang diasumsikan sebesar 30 ºC (Standard IEEE).

Untuk situasi beban lebihdarurat, Panduan untuk Pembebanan mengizinkan suhu titik-panas tidak melebihi 110 ºC (Standard IEEE). Karena suhu yang berlebihan dapat menyebabkan kerugian yang tidak bisa diterima dari umur isolasi.

Kenaikan awal suhu hot spot merupakan factor arus beban, ditetapkan dengan persamaan 2.8 berikut:

∆θ_H,i= (∆θ_H,R)(K^2y) 2.8

Keterangan:

K = factor beban y = eksponen belitan

∆θ_H,R = kenaikan suhu titik - panas ranting beban

Kenaikan suhu hot spot belitan tergantung pada beban transformator dan karakteristik termal transformator, ditetapkan dengan persamaan 2.9 berikut:

∆θ_H = (∆θ_{H,u −} ∆θ_H,i )(1 − e^1/τw) + ∆θ_H,i 2.9 Keterangan:

∆θ_H,u = kenaikan suhu titik – panas terbesar τw = konstanta belitan

Suhu hot – spot tergantung pada suhu lingkungan dan total suhu top oil, ditetapkan dengan persamaan berikut:

Maka total suhu titik-panas, ditetapkan dengan persamaan 2.10 berikut:

θ_H= θ_A+∆θ_TO+ ∆θ_H 2.10

Susut Umur Transformator

Penurunan kemampuan suatu bahan isolasi akibat panas disebut penuaan (aging). Faktor utama yang membatasi kemampuan pembebanan/kemampuan memepertahankan umur perkiraan dari transformator, akibat adanya pembebanan lebih akan menimbulkan panas pada lilitan kumparan transformator sehingga pada suatu saat akan menurunkan umur transformator (penyusutan umur) dari yang diharapkan[9]. Umur transformator secara normal diharapkan berkisar 30 tahun ketika beroperasi dengan rating yang sudah ditentukan. Namun dalam beberapa kondisi tertentu,kemungkinan terjadi overload transformator[10].

Pemburukan isolasi akan semakin cepat apabila isolasi tersebut bekerja dengan suhu yang melebihi dari batas yang diizinkan (suhu hot spot). Sebuah transformator akan mengalami umur yang normal pada kondisi “suhu hot spot 98⁰c pada pembebanan yang terus–menerus”. Apabila transformator tersebut mengalami suhu hot spot yang lebih besar dari 98⁰c, susut umurnya akan semakin cepat sehingga dapat memperpendek umur dari yang diharapkan[10]. Dalam perhitungan nilai umur transformator dengan metode degradasi isolasi dikenal dengan istilah FAA (aging acceleration factor) atau faktor laju penuaan isolasi ditetapkan dengan

persamaan 2.11 berikut.

Faktor Laju Penuaan Isolasi F_AA = ^dL

dT = e^[39,164−

15.000 θC+273]

2.11

Faktor Susut Umur (Loss of Life), ditetapkan dengan persamaan 2.16 berikut:

F_EQA = ¹

T∫ F₀^T _AAdt 2.12

Setelah mendapatkan nilai FEQA, dapat dihitung nilai persentase pengurangan umur transformator dengan persamaan 2.13 berikut:

% susut umur transformator =. ^FEQAxT

UmurNormalx100 2.13

Dimana : T = periode waktu

Nilai periode waktu diasumsikan selama 24 jam dan nilai umur normal transformator diasumsikan adalah 180.000 jam.

Perhitungan sisa umur transformator, ditetapkan dengan persamaan 2.14 berikut:

Maka sisa umur transformator = Umur dasar −2

susut umur 2.14

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN Umum

Metode penelitian merupakan suatu cara yang harus dilakukan dalam kegiatan penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu penelitian dapat memenuhi nilai-nilai ilmiah. Dengan demikian penyusunan metode ini dimaksudkan agar peneliti dapat menghasilkan suatu kesimpulan yang dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah. Metode penelitian ini mencakup beberapa hal yang masing-masing tujuannya untuk menentukan keberhasilan pelaksanaan penelitian guna menjawab permasalahan disampaikan dalam penelitian. Langkah – langkah yang telah ditetapkan adalah penetapan tempat dan waktu penelitian, penetapan prosuder penelitian, dan membuat flowchart penelitian.

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan mulai dari tanggal 1 September 2016 sampai 30 September 2016, diambil dari data harian PT. PLN (PERSERO) Gardu Induk Titi kuning dan bertempat di PT. PLN (PERSERO) Gardu Induk Titi kuning.

Alat Ukur Thermovisi

Thermovisi adalah sebuah alat ukur suhu yang berfungsi untuk mengukur temperatur atau suhu tanpa bersentuhan pada peralatan listrik seperti transformator, PMT, CT dan peralatan lainnya pada switchyard dengan obyek yang akan diukur suhunya (gambar 3.1). Thermovision digunakan untuk melihat hot spot pada instalasi listrik, dengan Infrared thermovision dapat dilihat losses yang terjadi di

jaringan. Ada beberapa hal yang harus diperhatikan saat menggunakan thermovisi diantaranya adalah suhu udara di sekitar (Ambient), kelembapan udara sekitar, beban peralatan yang dapat mempengaruhi nilai thermovisi tersebut. Tujuan dari foto thermovision adalah sebagai petunjuk penginderaan noktah panas (hot spot) pada instalasi listrik[11].

Cara menggunakan thermovisi adalah dengan melihat suhu dari jauh menggunakan infrared yang di miliki Thermovisi, suhu dapat dilihat pada skala warna (Gradasi). Semakin tinggi suhu hotspot yang terjadi maka semakin besar losses yang terjadi. Losses dapat diakibatkan oleh sambungan yang kurang baik.

Selain itu, dengan citra yang dihasilkan oleh thermovision, maka dapat dilihat pada bagian mana terjadi gangguan. Sehingga dengan thermovision dapat dilihat bagian yang perlu untuk dipelihara secara dini[11].

Dalam menggunakan Thermovisi, beberapa hal yang harus diperhatikan adalah[11]:

1. Instruksi kerja ini dilakasakan dalam keadaan bertegangan, berbeban maupun tidak berbeban.

2. Alat ini membangkitkan energy radio frekuensi sehingga dapat mempengaruhi frekuensi komunikasi, maka wajib memahami isi dari buku manual alat.

3. Jangan menggunakan sinar laser langsung ke mata karena akan menimbulkan iritasi.

4. Jangan membongkar baterai atau memodifikasi, karena baterai asli telah dilengkapi dengan pengaman terhadap hubung singkat dan pemanasan yang berlebihan.

5. Jangan melanjutkan penginderaan noktah panas jika diketahui kapasitas baterai sudah rendah, maka segera diganti dengan baterai yang sudah baik kapasitasnya. Gunakan baterai yang sudah kecil kapasitasnya jika alat akan disimpan dengan baterai terpasang.

6. Jangan menggunakan kamera ini pada kondisi sinar matahari dalam kondisi penuh tanpa dilengkapi dengan pelindung lensa. Seperti digunakan untuk mengukur panas matahari langsung dalam waktu yang lama sebab akan merusak keakuratan kamera menyebabkan rusaknya alat pendeteksi di dalam kamera.

7. Hindari pemakaian kamera dalam kondisi hujan karena hasil pengukuran tidak optimal dan dapat merusak alat thermovision.

8. Jangan menggunakan kamera pada daerah atau ruangan dengan temperature diatas 50^oC sebab akan merusak alat termovision.

9. Buanglah baterai bekas sesuai penempatan jangan dibakar pada api.

10. Jangan menggunakan thinner atau cairan lain yang sama pada kamera, kabel, dan peralatan bantu (accessories) yang lain.

Gambar 3.1 Alat Ukur Thermovisi yang digunakan di Gardu Induk Titi Kuning

Prosedur Penelitian

Adapun metode penelitian dalam Tugas Akhir ini, beberapa tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini. Berikut penjelasan tahapan yang dilakukan yaitu:

1. Pengambilan Data Penelitian

Parameter data ditentukan berdasarkan penyebab kenaikan suhu belitan dan minyak. Data – data tersebut berupa faktor beban, rasio rugi – rugi, nilai eksponen minyak dan belitan,kostanta minyak dan belitan, suhu lingkugan, suhu top – oil dan suhu hot - spot.

2. Perhitungan Kenaikan Awal Top oil dan Hot Spot

Perhitungan Kenaikan Awal Top oil dan Hot Spot dilakukan dengan memasukkan parameter-parameter berupa Faktor beban, rasio rugi-rugi, eksponen minyak dan eksponen belitan, kenaikan suhu top-oil ranting beban dan kenaikan hot-spot ranting beban

Kenaikan awal suhu top oil merupakan factor arus beban, dan ditetapkan dengan rumus berikut:

∆θ_TO,i = ∆θ_TO,R(^1+RK2

1+R )ⁿ 3.1

Kenaikan awal suhu hot spot merupakan factor arus beban, dan ditetapkan dengan rumus berikut:

∆θ_H,i= (∆θ_H,R)(K^2y) 3.2

3. Perhitungan kenaikan suhu Top Oil dan Hot Spot

Parameter yang digunakan berupa perhitungan dari kenaikan awal Top oil dan Hot Spot, konstanta top-oil dan hot-spot.

Kenaikan suhu top oil secara langsung berkaitan dengan arus beban dan karakteristik termal transfonsformator,ditetapkan dengan rumus berikut:

∆θ_TO = (∆θ_{TO,u −} ∆θ_TO,i ) (1 − e^−τTO1 ) + ∆θ_TO,i 3.3 Kenaikan suhu hot spot belitan tergantung pada beban transformator dan karakteristik termal transformator,ditetapkan dengan rumus berikut:

∆θ_H = (∆θ_{H,u −} ∆θ_H,i )(1 − e^1/τw) + ∆θ_H,i 3.4 4. Perhitungan total suhu top oil

Suhu hot – spot tergantung pada suhu lingkungan dan total suhu top oil,ditetapkan dengan rumus berikut:

Total suhu titik-panas:

θ_H= θ_A+∆θ_TO+ ∆θ_H 3.5

5. Menentukan Faktor Penuaan Transformator, % sisa hidup transformator dan harapan hidup transformator.

Menentukan Faktor Laju Penuaan Isolasi F_AA = ^dL

dT = e^[39,164−

15.000 θC+273]

3.6

Menentukan Faktor Susut Umur(Loss of Life) F_EQA = ¹

T∫ F₀^T _AAdt 3.7

Setelah mendapatkan nilai FEQA, dapat dihitung nilai persentase pengurangan umur transformator dengan persamaan:

% susut umur transformator =. ^FEQAxT

UmurNormalx100 3.8

Maka sisa umur transformator = Umur dasar −2

susut umur 3.9

Pada saat melakukan kajian dan perhitungan sisa umur transformator dengan metode degradasi isolaso diperlukan tahapan-tahapan untuk membantu

START

Pengambilan data pelitian yaitu faktor

beban, rasio rugi – rugi, nilai eksponen minyak dan belitan,kostanta minyak dan

belitan, suhu lingkugan

Hitung kenaikan awal Top Oil

Hitung kenaikan

Hot Spot

Tentukan harapan umur

transformator

Selesai

Hitung kenaikan Hot Spot Hitung kenaikan

Top Oil

Suhu Lingkungan

Hitung total suhu

Hot -Spot

Tentukan:

- Faktor Penuaan Trafo - Sisa Umur Trafo (%)

Gambar 3.2 Diagram alir proses penelitian Tugas Akhir

Transformator Daya di Gardu Induk Titi Kuning PT PLN (Persero) Pada gardu induk Titi Kuning, terdapat 3 unit transformator daya yang digunakan untuk menyalurkan daya dengan kapasitas 60 MVA. Berikut spesifikasi dari transformator daya pada gardu induk Titi Kuning PT PLN ( PERSERO).

3.5.1 Transformator Daya 1

Serial Number : 93P002

Reference Power : 60 MVA

Cooling : ONAN/OFAF

Frequency : 50 HZ

Phases : 3

Winding Temperature Alarm : 104⁰C.

Winding Temperature Trip : 120⁰C.

Oil Temperature Alarm : 96⁰C.

Oil Temperature Trip : 105⁰C.

3.5.2 Transformator Daya 2

Type : TrafoStar

Serial Number : 502024 Rated Power : 42/60 MVA

Cooling : ONAN/OFAF

Winding Temperature Alarm : 84⁰C.

Winding Temperature Trip : 105⁰C.

Oil Temperature Alarm : 90⁰C.

Oil Temperature Trip : 100⁰C.

3.5.3 Tranformator Daya 3

Serial Number : 3011150096 Rated Power : 36/60 MVA

Cooling : ONAN/OFAF

Frequency : 50 HZ

Phases : 3

Winding Temperature Alarm : 92⁰C.

Winding Temperature Trip : 112⁰C.

Oil Temperature Alarm : 96⁰C.

Oil Temperature Trip : 100⁰C.

Single Line Diagram Gardu Induk Titi Kuning PT PLN (PERSERO) Single line diagram pada gardu induk Titi Kuning ditunjukkan pada gambar 3.3 berikut.

Gambar 3.3 Single Line Diagram Gardu Induk Titi Kuning

BAB 4

HASIL DAN ANALISIS Umum

Pada bab ini akan dibahas tentang hasil perhitugan hubungan suhu hot spot belitan terhadap sisa umur transformator berdasarkan data spesifikasi dan data parameter pengukuran. Analisa akan menentukan tingkat kelayakan dari umur transformator.

Data Masukan

Pada penilitan ini, akan dilakukan perhitungan sisa umur transformator pada transformator daya 2. Adapun data – data transformator daya 2 di gardu induk Titi Kuning:

A. Data Transformator

Type : TrafoStar

Rated Power : 42 / 60 MVA

Cooling : ONAN / OFAF

Frequency : 50 HZ

Tegangan primer : 20 KV

Tegangan sekunder : 150 KV

Rugi tembaga : 440 KW

Rugi beban nol : 92 KW

Winding Temperature Alarm : 84⁰C.

Winding Temperature Trip : 105⁰C.

Oil Temperature Alarm : 90⁰C.

Oil Temperature Trip : 100⁰C.

B. Data Suhu

Dari pengambilan yang telah dilakukan pada tanggal 01 September 2016 sampai 30 September 2016 dari data harian Gardu Induk Titi Kuning, maka didapat data suhu sebagai berikut:

Tabel 4.1 Suhu Hot – Spot dan Suhu Top – Oil Gardu Induk Titi Kuning Suhu Top – Oil (⁰C) Suhu Hot – Spot (⁰C)

Rata- Rata Tertinggi Rata - Rata Tertinggi

55 110 57 103

C. Data Hasil Perhitungan Faktor Beban

Nilai faktor beban yaitu perbandingan antara besar beban rata–rata terhadap beban puncak tertinggi yang dihitung untuk periode harian, bulanan, dan tahunan.

Dalam penelitian ini diteliti faktor beban untuk periode bulanan, yaitu:

Faktor Beban =Beban Rata−Rata Beban Puncak

=

^24.6

33.8 = 0.72 pu

Jadi nilai faktor beban (K) pada bulan September sebesar 0.72 pu dengan beban rata – rata sebesar 24.6 MW dan beban puncaknya sebesar 33.8 MW.

D. Menentukan Perbandingan Rugi

Dari data transformator yang didapat bahwa, besar rugi beban nol adalah 92 KW dan rugi tembaga untuk kapasitas daya 60 MVA adalah 440 KW.

R = Rugi tembaga pada kapasitas daya Rugi beban nol

R = ⁴⁴⁰ 92 ^{= 4.7}

Perhitungan Total Suhu Top - Oil

Sebelum melakukan perhitungan total suhu top–oil (𝜃_𝑇𝑂), maka dilakukan perhitungan kenaikan suhu top–oil awal (∆𝜃_{𝑇𝑂,𝑖}) dan perhitungan suhu top–oil (∆𝜃_𝑇𝑂).

A. Data masukan untuk menghitung kenaikan suhu top oil awal 1. Faktor beban K (per Unit)

Nilai faktor beban (K) yaitu sebesar 0.72 pu.

2. Nilai rasio rugi–rugi (R)

Nilai rasio rugi–rugi (R) untuk transformator daya yaitu perbandingan rugi tembaga pada kapasitas daya terhadap daya rugi beban nol. Dan hasil perhitungan didapat:

R = Rugi tembaga pada kapasitas daya

Rugi beban nol

=

⁴⁴⁰

92

= 4.7

3. Nilai eksponen minyak (n)

Nilai eksponen minyak adalah nilai kontanta yang ditentukan dengan jenis pendingin.

n = 0,9 (ONAN) dan 1 (OFAF) 4. Kenaikan suhu top-oil ( ∆𝜃_{𝑇𝑂,𝑅})

Yang diukur langsung dalam interval waktu dengan alat ukur suhu. Alat ukur yang digunakan yaitu Thermovisi.

Menentukan kenaikan awal suhu top – oil (∆𝜃_{𝑇𝑂,𝑖}), untuk jenis pendingin ONAN:

∆𝜃_{𝑇𝑂,𝑖} = 55 (1+4.7 (0.72)² 1+4.7 )

0.9

= 55 ( 0.62 )

= 34.26⁰C Untuk jenis pendingin OFAF:

∆𝜃_{𝑇𝑂,𝑖} = 55 (1+4.7 (0.72)² 1+4.7 )¹

= 55 ( 0.60 )

= 33.15⁰C

B. Data masukan untuk menghitung kenaikan suhu top oil akhir 1. Kenaikan suhu top–oil terbesar (∆𝜃_{𝑇𝑂,𝑢})

Kenaikan suhu top–oil terbesar (∆𝜃_{𝑇𝑂,𝑢}) pada transformator daya gardu induk saat beroperasi yaitu sebesar 110⁰C.

2. Konstanta top-oil ( 𝜏𝑇𝑂)

Nilai konstanta berdasarkan jenis pendingin.

𝜏𝑇𝑂 = 3 (ONAN) dan 2 (OFAF).

Menentukan kenaikan suhu top – oil akhir (∆𝜃_𝑇𝑂), untuk jenis pendingin ONAN:

∆θ_TO = ( 110 − 34.26) (1 − e⁻¹³) + 34.26

= (75.74)(0.29) + 34.26

= 21.96 + 34.26

= 56.22⁰C Untuk jenis pendingin OFAF:

∆θ_TO = ( 110 − 33.15) (1 − e⁻¹²) + 33.15

= (76.85) (0.4) + 33.15

= 30.74 + 33.15

= 63.89⁰C

Perhitungan Total Suhu Hot–Spot

Sebelum melakukan perhitungan total suhu hot-spot (𝜃_𝐻), maka dilakukan perhitungan kenaikan suhu hot–spot awal (∆𝜃_𝐻,𝑖) dan perhitungan suhu hot-spot (∆𝜃_𝐻).

A. Data masukan untuk menghitung kenaikan suhu hot-spot awal 1 Faktor beban K (per Unit)

Nilai faktor beban (K) yaitu sebesar 0.72 pu.

2. Nilai eksponen belitan (y)

Nilai eksponen belitan adalah nilai konstanta yang ditentukan dengan jenis pendingin.

y = 1.6 (ONAN) dan (OFAF) 3. Kenaikan suhu hot-spot ( ∆𝜃_𝐻,𝑅)

Yang diukur langsung dalam interval waktu dengan alat ukur suhu. Alat ukur yang digunakan yaitu Thermovisi.

Menentukan kenaikan awal suhu Hot – Spot (∆𝜃_𝐻,𝑖), untuk jenis pendingin ONAN dan OFAF:

∆θ_H,i = ( 57 )(0.72^2(1.6))

= ( 57 )(0.82)

= 47.27⁰C

B. Data masukan untuk menghitung kenaikan suhu hot-spot akhir

1. Kenaikan suhu hot–spot terbesar (∆𝜃_𝐻,𝑢)

Kenaikan suhu hot-spot terbesar (∆𝜃_{𝑇𝑂,𝑢}) pada transformator daya gardu induk saat beroperasi yaitu sebesar 103⁰C.

2. Konstanta belitan (𝜏𝑤)

Nilai konstanta belitan yaitu 1.

Menentukan kenaikan suhu hot – spot akhir(∆𝜃_𝐻), untuk jenis pendingin ONAN dan OFAF:

∆θ_H = (103 − 47.27) (1 − e¹¹) + 47.27 = ( 55.73)(0.64) + 47.27

= 35.66 +47.27 = 82.98 ⁰C

Tabel 4.2 Hasil perhitungan kenaikan suhu top – oil dan suhu hot - spot

Jenis Pendingin

Top - Oil (⁰C) Hot - Spot (⁰C) Kenaikan

Awal

Kenaikan Akhir

Kenaikan Awal

Kenaikan Akhir

ONAN 34.26 56.22

47.27 82.98

OFAF 33.15 63.89

C. Pengaruh suhu lingkungan (θ_A) terhadap total suhu hot-spot (𝜃_𝐻)

Suhu lingkungan sangat berpengaruh terhadap total suhu hot-spot. Dari tabel 4.3 dapat dilihat bahwa hasil perhitungan total suhu hot-Spot (𝜃_𝐻) diperoleh dari hasil penjumlahan suhu lingkungan (θ_A), kenaikan suhu top–oil, kenaikan suhu hot–spot. Sehingga suhu lingkungan (θ_A) akan mengakibatkan peningkatan

Tabel 4.3 Pengaruh Suhu lingkungan terhadap total suhu hot-spot Jenis

Pendingin

Suhu Lingkungan (⁰C)

Kenaikan Suhu Akhir Total Suhu Hot Spot (⁰C) Top - Oil (⁰C) Hot - Spot (⁰C)

ONAN

30

56.22

82.98

169.2

OFAF 63.89 176.87

Hubungan Suhu Hot–Spot Belitan Terhadap Umur Transformator Dari hasil perhitungan suhu hot–spot dapat ditentukan sisa umur transformator.

1. Untuk suhu hot–spot 169.2⁰C dan jenis pendingin ONAN, perhitungan umur transformator yaitu:

Faktor Laju Penuaan Isolasi FAA = 𝑒^[39,164−

15.000 169.2+273]

= 𝑒[39,164 −33.92 ]

= 188.67

Faktor Susut Umur(Loss of Life) F_EQA = 1

24∫ 188.67 dt

24

0

= 188.36

Penilaian % susut umur transformator = ^188.36x24

180.000 x 100

= 2.51 Maka sisa umur transformator = ³⁰⁻²

2.51%

= 11 𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛

2. Untuk suhu hot–spot 176.87⁰C dan jenis pendingin OFAF, perhitungan umur transformator yaitu:

Faktor Laju Penuaan Isolasi FAA = 𝑒^{[39,164−176.87+27315.000 ]}

= 𝑒[39,164 − 33.34]

= 336.97

Faktor Susut Umur(Loss of Life) F_EQA = 1

24∫ 336.97 dt

24

0

= 336.43

Penilaian % susut umur transformator = ^336.43x24

180.000 x 100

= 4.48 Maka sisa umur transformator = ³⁰⁻²

4.48%

= 6 𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛 2 𝑏𝑢𝑙𝑎𝑛

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Kenaikan Suhu Hot-Spot Dan Sisa Umur Transformator

Dari analisa data yang didapat bahwa semakin besar nilai total suhu hot – spot maka sisa umur transformator semakin pendek. Hal tersebut disebabkan

Jenis Pendingin

Total Suhu Hot Spot (⁰C)

Umur Transformator

ONAN 169.2 11 Tahun

OFAF 176.87 6 Tahun 2 Bulan

1 Nilai faktor beban dan jenis pendingin pada transformator berpengaruh besar terhadap perhitungan besar nilai kenaikan awal suhu hot – spot dan top - oil .

2 Suhu puncak yang pernah dicapai oleh suhu hot – spot dan suhu top – oil.

3 Penjumlahan perhitungan kenaikan suhu hot – spot dan kenaikan suhu top – oil dan suhu lingkungan yang semakin besar, maka nilai total suhu hot – spot juga semakin besar dan sebaliknya.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Berdasarkan hasil dari perhitungan yang diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa:

1. Sisa umur transformator dari hasil perhitungan yaitu sekitar 11 tahun dengan faktor beban sebesar 0.72 pu, total suhu hot – spot sebesar 169.2⁰C, dan suhu lingkungan sebesar 30⁰C.

2. Beban yang dihasilkan transformator berpengaruh besar terhadap penurunan sisa umur transformator, jika faktor bebannya lebih besar dari 1 maka sisa umur transformator akan semakin cepat.

3. Suhu lingkungan sangat berpengaruh terhadap total suhu hot – spot.

Semakin tinggi suhu lingkungan, maka semakin tinggi total suhu hot – spot sehingga kondisi ini mengakibatkan sisa umur transformator cepat .

Saran

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, terdapat beberapa saran untuk penelitian selanjutnya, antara lain :

1. Agar penelitan dilakukan dalam jangka 1 tahun agar dapat dilihat berapa lama umur transformator bertahan saat pemakaian beban yang paling tinggi.

2. Pada penelitian selanjutnya untuk menganalisa nilai temperatur hotspot dan sisa umur transformator yang lebih akurat maka dapat menggunakan sistem pemodelan simulink pada Matlab.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Iryanto, Irwan. 2011. “Studi Pengaruh Penuaan (Aging) Terhadap Laju Degradasi Kualitas Minyak Isolasi Transformator Tenaga”. Skripsi.

Universitas Diponegoro.

[2] Sigid, Purnama. 2009. “Analisa Pengaruh Pembebanan Terhadap Susut Umur Transformator Tenaga”. Skripsi. Universitas Diponegoro.

[3] Zuhal, Muhammad. 1988. Dasar Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya.

Edisi ketiga. Jakarta: Penerbit Gramedia.

[4] Yustinus, Pranata Sinuhaji. 2012. “Analisis Keadaan Minyak Isolasi Transformator Daya 150 kv Menggunakan Metode Dissolved Gas Analysis (DGA) Dan Fuzzy Logic Pada Gardu Induk Wilayah Sidoarjo”. Skripsi.

Universitas Jember.

[5] Only Wuwung, Janny. 2010. “Pembebanan Terhadap Kenaikan Suhu Pada Belitam Transformator Daya Jenis Terendam”. Skripsi.Universitas Sam Ratulangi.

[6] Sayogi, Hanum. 2011. “Analisis Mekanisme Kegagalan Isolasi Pada Minyak Trafo Menggunakan Polaritas Berbeda Pada Jarum – Bidang”. Skripsi.

Universitas Diponegoro.

[7] Ekosurya Harsono, Agung. 2012. “Analisis Pengaruh Pembebanan Transformator Terhadap Kandungan Gas Terlarut Minyak Isolasi”. Skripsi.

Universitas Diponegoro.

[8] Kuniawan, Firdaus. 2016. “ Studi Analisa Pengaruh Pembebanan Dan Temperatur Lingkungan Terhadap Susut Umur Tranformator Daya Pada Gardu Induk Garuda Sakti”. Skripsi. Universitas Riau.

[9] Risty, Emilly. 2015. “Analisis Perhitungan Susut Umur Transformator Distribusi Pada PLN Area Ciputat”. Skripsi. Universitas Mercu Buana.

[10] Fritz Simamora, Jonathan. 2011. “Analisis Pengaruh Kenaikan Temperatur Dan Umur MInyak Transformator Terhadap Degradasi Tegangan Tembus Minyak Transformator. Skripsi. Universitas Indonesia.

[11] Panduan Pemeliharan Trafo Oleh PLN P3B, 2003.