ASSESSMENT MODEL PENUAAN TRANSFORMATOR DAYA SESUAI STANDAR IEC/IEEE DAN PENENTUAN NILAI EKONOMIS DENGAN METODE TINGKAT TAHUNAN

ASSESSMENT MODEL PENUAAN TRANSFORMATOR DAYA SESUAI

STANDAR IEC/IEEE DAN PENENTUAN NILAI EKONOMIS DENGAN METODE TINGKAT TAHUNAN

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalamMenyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi

Teknik Energi Listrik

Oleh :

CHRISTIAN SIAHAAN

NIM : 130402069

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2018

ABSTRAK

Dalam penetuan masa guna atau umur sangat transformator daya bergantung pada suhu lingkungan (temperatur ambient) dan kenaikan suhu (Hot-spot).

Berdasarkan perhitungan yang dilakukan pada transformator daya 3 di Gardu Induk Glugur dengan menggunakan beban harian selama satu tahun (2017) didapat pengurangan masa guna adalah 0.157321% dan didapat umur sisa dari transformator daya 3 adalah enam belas tahun, sedangkan perhitungan susut umur menggunakan jenis pendingin ONAN ONAF didapat pengurangan masa guna 0.983 pu dan didapat sisa umur transformator daya 3 adalah enam belas tahun.

Penentuan nilai ekonomis dilakukan agar pergantian transformator tidak dilakukan secara tiba-tiba pada umur yang ditentukan sehingga pergantian trappnsformator dapat direncanakan pada saat nilai ekonomis didapat. Dalam menentukan nilai ekonomis umur transformator daya nilai n sebesar 4.553, Ar sebesar 1.21, pertumbuhan beban selama satu tahun sebesar 8% dan pada hasil perhitungan terakhir nilai ekonomis penggunaan transformator daya adalah lima belas tahun. Pada umur lima belas tahun ke depan, sudah dapat dilakukan perencanaan pergantian transformator karena transformator daya akan sering mengalami penurunan nilai guna.

Kata kunci : Transformator Daya; Susut Umur; Arrhenius; Changeout.

KATA PENGANTAR

Segala syukur dan puji hanya bagi Tuhan Yesus Kristus, oleh karena anugerah-Nya yang melimpah, kemurahan dan kasih setia yang besar akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul :

“Assessment Model Penuaan Transformator Daya Sesuai Standar IEC/IEEE dan Penentuan Nilai Ekonomis Dengan Metode Tingkat Tahunan”

Skripsi ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara.

Skripsi ini penulis persembahkan kepada Ayah (Ir. Richard Siahaan) dan Ibu (Peggy Ferdinandus) yang telah membimbing penulis dengan kasih sayang hingga saat ini, serta untuk Opa (J.A. Ferdinandus), Oma (Yvonne de Saire), Abang (Reggy Siahaan S.E.)yang telah memberikan semangat kepada penulis serta dukungan selama masa studi hingga selesainya skripsi ini.

Selama masa kuliah hingga penyelesaian skripsi ini, penulis juga banyak mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan ucapan rasa terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T., selaku dosen Pembimbing Skripsi yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan skripsi ini.

2. Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T.selaku dosen pembimbing akademik yang telah banyak memberikan arahan selama masa perkuliahan.

3. Bapak Ir. Syafruddin Hasan, Ph.D selaku Dosen Penguji Skripsi yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan skripsi ini serta senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.

4. Bapak Ir. Surya Hardi, M.S., Ph.D selaku Dosen Penguji Skripsi yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan skripsi ini serta senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.

5. Bapak Dr. Fahmi, S. T., M.Sc, IPM selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT – USU, dan Bapak Ir. Arman Sani, M. T. selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT – USU.

6. Seluruh Dosen Teknik Elektro tercinta yang telah memberikan pelajaran dan juga ilmu selama proses perkuliahan.

7. Seluruh Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT- USU yang telah banyak membantu proses dan segala administrasi perkuliahanmahasiswa.

8. Bapak Suherman selaku Supervisor dan pegawai Gardu Induk GIS Glugur yang telah membantu dalam pengambilan data dan masukan selama penulisan skripsi.

9. Rebeka Martina Simbolon yang telah banyak membantu dan tidak pernah putus memberikan semangat dalam pengerjaan tugas akhir ini.

10. Teman-teman seperjuangan yang membantu dalam penulisan skripsi ini Jackson, Febriant, Basado, Kevin, Kiel, Alex, Bahtera, Ade, Johanes, Yosua, Alexander, Gerico, Perry, Andrian, Avoca, Moses, Frido, Ramot, Martin, Jul, Risky, Rony, John dan yang tidak dapat disebutkan satu per

satu dan abang-abang adik-adik stambuk 2011,2012, 2014, 2015, 2016, 2017.

11. Teman-teman tongkrongan yang memberi semangat dan doa Ricky, Mima, Estha, Mira, Calvin, Michael, Jonathan, Anka, Eigar, Anok, Fayo, Randrey, Boni, Kudus, Tony, Dwi, Bobo, Ijos, Kevin, Hendrak, Josep, Andrew, Jemy, Aldo, Natha, Ivan, David, Geby, Danyie, Davin, Cindy dan teman-teman yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

12. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung selama menjalani perkuliahan di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih belum sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan skripsi ini dapat berguna bagi kita semua dan hanya kepada Tuhan Yesus penulis menyerahkan diri.

Medan, Agustus 2018

Christian Siahaan

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... viii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penulisan ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Transformator ... 5

2.2 Rugi – rugi pada Transformator ... 8

2.3 Transformator Daya ... 10

2.3.1 Konstruksi Transformator Daya ... 14

2.3.2 Karakteristik Pembebanan dan Rugi-rugi Berbeban ... 19

2.3.4 Perhitungan Umur Ekonomis dengan Menggunakan Metode Tingkat

Tahunan ... 23

2.3.5 Perhitungan Umur dengan Jenis Pendingin yang Digunakan Sesuai Standar IEEE ... 25

2.3.6 Metode Dalam Penilaian Transformator Daya ... 28

BAB III METODE PENELITIAN ... 33

3.1 Tempat dan Waktu ... 33

3.4 Variabel yang diamati ... 35

3.5 Prosedur Penelitian ... 36

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN ... 37

4.1 Umum ... 37

4.2 Perhitungan Menurut Standar IEC ... 37

4.2.1 Menentukan Nilai Hot-spot ... 39

4.2.2 Menentukan Umur dari Transformator Daya ... 41

4.3 Perhitungan Umur dengan Jenis Pendingin yang Digunakan Sesuai Standar IEEE ... 42

4.4 Perhitungan Nilai Ekonomis Menurut Metode Nilai Tahunan ... 45

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 49

5.1 Kesimpulan ... 49

5.2 Saran ... 50

DAFTAR PUSTAKA ... 51

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Rangkaian Ekivalen Transformator ... 6

Gambar 2.2 Transformator penaik tegangan (Step up) ... 6

Gambar 2.3 Transformator penurun tegangan (Step down) ... 7

Gambar 2.4 Rugi – rugi yang terjadi pada Transformator ... 9

Gambar 2.5 Transformator daya ... 14

Gambar 2.6 Inti besi pada transformator daya ... 14

Gambar 2.7 Belitan pada transformator daya ... 15

Gambar 2.8 Bushing pada transformator daya ... 16

Gambar 2.9 Keadaan Transformator saat tidak berbeban ... 19

Gambar 2.10 Keadaan Transformator saat berbeban ... 20

Gambar 3.1 Diagram satu garis penelitian ... 36

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Macam - macam pendingin Transformator ... 18

Tabel 2.2 Standarisasi International Electrotechnical Commission ... 21

Tabel 3.1 Spesifikasi transformator daya ... 33

Tabel 4.1 Rata-rata pembebanan dalam satu bulan ... 38

Tabel 4.2Daftar rata-rata pembebanan dalam satu tahun ... 39

Tabel 4.3 Hasil perhitungan nilai Hot-spot dalam satu tahun ... 40

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan 𝐹𝐴𝐴 dan 𝐹𝐸𝑄𝐴 ... 41

1. BAB I

2. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perusahaan Listrik Negara (PLN) merupakan perusahaan yang menyuplai energi listrik ke rumah tangga maupun industri. PLN sendiri memiliki tempat untuk menyalurkan energi listrik itu sendiri, bernama Gardu Induk. Gardu Induk ini merupakan sub sistem dari sistem penyaluran (transmisi) tenaga listrik, atau merupakan satu kesatuan dari sistem penyaluran. Pada Gardu Induk sendiri memiliki suatu peralatan yang sangat penting dalam menyuplai energi listrik tersebut, yaitu transformator daya. Transformator daya adalah salah satu komponen utama pada gardu induk yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan yang akan disuplai.

Mengingat bahwa transformator daya tersebut akan bekerja setiap hari selama 24 jam maka akan menimbulkan rugi-rugi atau losses. Besar kecilnya rugi- rugi dapat menunjukan efisiensi dari transformator daya sehingga dapat menyebabkan berkurangnya nilai guna dan umur pakai dari transformator daya tersebut dan mengurangi nilai ekonomis dari suatu transformator daya tersebut, hal ini dapat menyebabkan penyaluran daya listrik yang tidak optimal bahkan pada kondisi yang buruk dapat merusak transformator daya tersebut.

Pada salah satu penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Anggi

kVA Menggunakan Metode Tingkat Tahunan pada PT.PLN (PERSERO) APJ Cirebon” hanya melakukan perhitungan umur ekonomis dari transformator daya sedangkan di skripsi ini akan membahas perhitungan susut umur dengan beban harian dan jenis pendingin yang digunakan.

Pada penelitian selanjutnya yang dilakukan Ingrid Juniar yang berjudul

“Analisis Pengaruh Pembebanan Terhadap Transformator Daya 275/150 kV (Aplikasi pada Gardu induk Binjai)” pembahasan tentang perhitungan susut umur dari transformator daya dengan menggunakan data beban harian tetapi tanpa menghitung susut umur dengan jenis pendingin dan perhitungan umur ekonomis transformator daya[17], sedangkan untuk skripsi ini akan membandingkan perhitungan susut umur melalui data beban harian dan jenis pendingin yang digunakan menggunakan standar dari IEC/IEEE berserta perhitungan nilai umur ekonomis dari transformator daya sehingga dapat mengetahui transformator daya dapat bekerja handal sampai pada umur berapa sehingga dapat dilakukan pergantian sebelum umur yang di tentukan.

Maka dari ini harus dilakukan studi tentang faktor penuaan transformator (perhitungan umur) dan menentukan umur ekonomis dengan metode nilai tahunan dan pertumbuhan beban selama satu tahun.

Penelitian ini akan dilakukan dengan mengambil data pada salah satu transformator daya 3 yang bertempat di Gardu Induk GIS Glugur yang berkapasitas 42/60 MVA. Perhitungan ini akan dilakukan menggunakan standar dari IEC/IEEE dan metode tingkat tahunan.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari skripsi ini:

1. Menghitung efisiensi dari transformator daya dalam menentukan umur pakai transformator daya.

2. Bagaimana cara perhitungan efisiensi dalam menentukan umur dari transformator daya dan umur isolasi berdasarkan standar internasional.

3. Mengetahui nilai pakai ekonomis dari suatu transformator daya melalui metode tingkat tahunan.

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan skripsi ini:

1. Memperkirakan umur pakai dari transformator daya melalui sistem beban harian dan jenis pendingin yang dipakai pada transformator daya.

2. Memahami cara mudah dalam perhitungan umur transformator daya dengan menggunakan standar IEC/IEEE dan umur ekonomis.

3. Mendapatkan pengaruh pembebanan terhadap umur transformator.

1.4 Batasan Masalah

1. Skripsi ini hanya membahas pengaruh pembebanan dan jenis pendingin untuk mendapatkan umur transformator daya.

2. Skripsi ini membahas tentang perkembangan beban tahunan dan panas minyak berbeban pada transformator daya dalam menentukan umur ekonomis.

3. Skripsi ini hanya membahas umur dari transformator daya dan umur ekonomis pada salah satu transformator daya di Gardu Induk GIS Glugur.

1.5 Manfaat Penelitian

1. Memberikan informasi lebih lanjut tentang perhitungan dari pembebanan dan jenis pendingin dalam menentukan umur transformator daya dengan menggunakan standar IEC/IEEE dan metode tingkat tahunan.

2. Membantu perusahaan PT.PLN dalam menghitung umur pakai dari salah satu transformator daya.

3. Menambah informasi yang berkaitan tentang disiplin ilmu elektro khususnya dalam bidang faktor penuaan dan umur ekonomis pada transformator daya.

3. BAB II

4. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Transformator

Transformator adalah suatu peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi yang sama dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetis, dimana perbandingan tegangan antara sisi primer dan sekunder berbanding lurus dengan perbandingan lilitan dan berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya.[6,11]

Prinsip kerja pada transformator yaitu pada transformator sendiri memiliki dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reduktansi rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibatnya fluks pada kumparan primer akan mengalami induksi (self induction) dan pada kumparan sekunder akan mengalami induksi juga dikarenakan pengaruh induksi dari kumparan primer tersebut, atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction). Rangkaian ekivalen dari transformator dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Rangkaian Ekivalen Transformator [6]

Berdasarkan penggunaan transformator pada sistem penyaluran tenaga listrik:

1. Transformator penaik tegangan (Step up)

Transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan bolak balik (AC) pembangkit menjadi tegangan transmisi. Pada transformator ini jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak dari lilitan kumparan primer, gambar dari transformator penaik tegangan dapat dilihat pada Gambar 2.2. Transformator step up banyak dijumpai pada rangkaian

inverter, televisi, dan rangkaian yang memerlukan tegangan tinggi lainnya.

Gambar 2.2 Transformator penaik tegangan (Step up)

2. Transformator penurun tegangan (Step down)

Transformator ini dapat disebut trafo distribusi, untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi. Pada transformator Step Down ini, rasio jumlah lilitan pada kumparan primer lebih banyak jika dibandingkan dengan jumlah lilitan pada kumparan sekundernya, gambar dari transformator penurun tegangan dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Transformator step down ini biasanya digunakan untuk mengubah tegangan grid yang tinggi menjadi tegangan rendah yang bisa digunakan untuk peralatan rumah tangga. Sedangkan di rumah tangga, kita sering menggunakannya untuk menurunkan taraf tegangan listrik yang berasal dari PLN (220V) menjadi taraf tegangan yang sesuai dengan peralatan elektronik.

Gambar 2.3 Transformator penurun tegangan (Step down)

Suhu pada transformator harus dijaga dalam keadaan normal, karena suhu pada transformator dipengaruhi kualitas jaringan tegangan, rugi-rugi pada transformator itu sendiri dan suhu di sekitar transformator tersebut. Minyak pada transformator sangat berguna sebagai pendingin

transformator karena pada saat minyak bersirkulasi, panas yang berasal dari belitan akan dibawa oleh minyak tersebut sesuai dengan jalur sirkulasinya dan akan didinginkan pada sirip-sirip radiator transformator.

Minyak transformator sebagai bahan isolasi sekaligus sebagai media penghantar panas dari bagian yang panas (belitan dan inti) kedinding tangki atau radiator pendingin memiliki karakteristik sebagai berikut : [15]

• Berat jenis (Specific grafity) 0,85 sampai 0,90 pada suhu 13,5^oC

• Kekentalan (Viscocity) cukup rendah untuk memperlancar sirkulasi dari bagian yang panas ke bagian yang dingin, yaitu 100 sampai 110 Saybolts second pada 40^o C .

• Titik didih tidak kurang dari 135^o C.

• Titik beku tidak lebih dari -40^o C.

• Tegangan tembus tidak kurang 30 kV per 2,5 mm atau 120 kV per 1 cm.

• Koefisien muai 0,00065 per 1^oC.

• Titik api (flash point) 180^o C sampai 190^o C.

• Titik nyala api(burning point) 205^o C.

• Kelembaban terhadap uap air (moisture) nihil.

2.2 Rugi – rugi pada Transformator 1. Rugi-rugi tembaga

Rugi-rugi yang disebabkan oleh pemanasan yang timbul akibat arus mengalir pada hambatan kawat penghantar yang terdapat pada kumparan

primer dan sekunder dari transformator. Rugi-rugi tembaga sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir pada kumparan.

2. Rugi-rugi arus eddy

Rugi-rugi yang disebabkan oleh pemanasan akibat timbulnya arus eddy (pusar) yang terdapat pada inti besi transformator. Rugi-rugi ini terjadi karena inti besi terlalu tebal sehingga terjadi perbedaan tegangan antara sisinya maka mengalir arus yang berputar-putar di sisi tersebut. Rugi-rugi arus eddy sebanding dengan kuadrat tegangan yang disuplai ke transformator.

3. Rugi-rugi hysteresis

Rugi-rugi yang berkaitan dengan penyusunan kembali medan magnetik di dalam inti besi pada setiap setengah siklus, sehingga timbul fluks bolak-balik pada inti besi. Gambar 2.4 menunjukkan rugi-rugi yang terjadi pada transformator.

Gambar 2.4 Rugi – rugi yang terjadi pada Transformator [11]

2.3 Transformator Daya

Transformator daya memiliki peranan sangat penting dalam sistem tenaga listrik.Transmisi sistem tenaga listrik harus memiliki tegangan yang tinggi agar rugi-rugi daya tidak melebihi rugi-rugi yang diinginkan, maka dari itu dibutuhkan transformator daya untuk menyalurkan daya dari generator yang bertegangan menengah ke transmisi bertegangan tinggi dan juga menyalurkan daya dari transmisi bertegangan tinggi ke jaringan distribusi.Dalam sistem tenaga, transformator daya digunakan untuk menaikan tegangan dari sisi pembangkitan ke sisi transmisi (transformator step up) dan digunakan untuk menurunkan tegangan dari sisi transmisi ke sisi distribusi (transformator step down).Hal ini bertujuan agar losses (daya yang hilang menjadi panas) saat transmisi tidak begitu besar.Losses yang dihasilkan ini berasal dari arus pada kawat penghantar. Untuk mengurangi losses ini maka kita harus memperkecil arus pada saluran transmisi yang dapat kita peroleh dengan menaikan level tegangan pada saluran transmisi.

Jika kita ingin menaikan atau menurunkan tegangan yang kecil, kita dapat menggunakan autotransformer.

Istilah transformator daya mengacu pada transformator-transformator yang digunakan diantara generator dan rangkaian distribusi dan umumnya dengan rating diatas 500 kVA. Sistem daya biasaya terdiri dari banyaknya lokasi pembangkitan, titik distrbusi dan interkoneksi dalam sistem yang terdekat.

Dalam pembuatan transformator daya harus tergantung pada aplikasi penggunaan transformator tersebut, untuk transformator indoor biasanya bertipe kering tetapi bisa juga dicelupkan air sedangkan untuk tipe outdoor biasanya transformator terendam atau berisi cairan (minyak). [6]

1. Rating

Di Amerika Serikat, transformator diberi rating berdasarkan output daya yang mampu mereka kirimkan pada tegangan dan frekuensi pengenal yang ditentukan dalam kondisi operasi ”biasa” tanpa melebihi batas suhu internal yang ditentukan dalam rating. Standar yang telah ada bahwa suhu dalam transformator harus sesuai dengan suhu kamar, karena apabila sesuai dengan suhu lingkungan dapat berubah-ubah dalam kondisi saat beroperasi.

Harapan umur normal dari transformator daya umumnya diasumsikan sekitar 30 tahun apabila dioperasikan sesuai dengan rating nya. Namun, dalam kondisi tertentu mungkin saat kelebihan beban dan dioperasikan di luar rating, dapat membuat umur transformator tidak sesuai perkiraan. Trnaformator-transformator daya telah dikelompokan menjadi 3 bagian berdasarkan rentang kapasitas pada pasar penjualan, yaitu :

• Transformator daya kecil (500 – 7500 kVA)

• Transformator daya menengah (7.5 – 100 MVA)

• Transformator daya besar (100 MVA keatas)

Sudah tercatat bahwa pegujian transformator didasarkan pada ketentuan “biasa”, seperti yang dijelaskan dalam standar baku. Kondisi layanan tidak biasa dapat diidentifikasi dari hal-hal yang secara khusus sehingga hasil yang diinginkan dapat berhubungan dengan kondisi operasional yang sebenarnya. Kondisi layanan yang tidak biasa meliputi hal-hal berikut : suhu lingkungan tinggi (di atas 40°C) atau rendah (di bawah -20°C), ketinggian lebih dari 1000m di atas permukaan laut, kondisi seismik, dan beban dengan total distorsi harmonik di atas 0.05 per unit.

2. Kelas-kelas Isolasi

Tingkat isolasi dari transformator dapat ditentukan berdasarkan level kedudukan yang mampu dicapai.

Kelas isolasi dari transformator ditentukan berdasarkan tingkat pengujian yang mana transformator tersebut mampu bertahan. Penyekatan transformator diurutkan oleh BIL, atau dorongan dasar dari tingkatan isolasi, dalam hubungannya dengan tingkat tegangan. Secara internal, sebuah transformator dikatakan sebagai sistem pemulihan isolasi non mandiri, kebanyakan berisikan lubang pori, bahan selulosa yang dibuahi oleh media penyekatan yang cair. Secara eksternal, busing trafo, dan yang lebih penting, peralatan pengaman harus terkoordinasi dengan tingkat trafo untuk melindungi trafo dari lonjakan dan kelebihan daya sementara. Standar kelas isolasi telah ditetapkan oleh organisasi- organisasi tertentu yang membuat parameter pengukuran yang harus dilakukan.

Batas ketetapan standar untuk kenaikan suhu diatas suhu lingkungan:

• Kenaikan suhu belitan rata-rata : 65°C

• Kenaikan titik panas (Hot-spot) : 80°C

• Kenaikan suhu pendingin permukaan : 65°C

Rating dasar yang sering ditentukan dan di uji sebagai kenaikan suhu 55°C 4. Efisiensi

Transformator daya listrik sangatlah efisien, pada umumnya 99.5% atau bahkan lebih besar, dengan kata lain, kehilangan daya yang sebenarnya biasanya kurang dari 0.5% dari tingkat kVA saat beban penuh. Tingkat efisiensi diturunkan dari tingkat keluar (output) dan hilang (loss) dari transformator.

5. Evaluasi Ekonomi dari Kerugian (Loss)

Kerugian/kegagalan transformator mewakili energi yang tidak bisa terkirim kepada konsumen yang kemudian menimbulkan biaya ekonomi bagi pengguna/pemilik transformator. Pengurangan dalam kerugian trafo biasanya berimbas pada meningkatnya biaya transformator. Berdasarkan penggunaannya, mungkin terdapat manfaat ekonomi bagi transformator dengan kerugian yang terminimalisir serta harga yang tinggi atau sebaliknya. Proses ini secara umum berkaitan dengan penggunaan “loss evaluations”, yang menempatkan harga per dollar ke dalam kerugian transformator untuk menghitung jumlah biaya kepemilikan yang merupakan kombinasi dari harga beli dan kerugiannya.

6. Kebijakan

Kebijakan diartikan sebagai perubahan (peningkatan) dari daya keluaran yang terjadi saat beban dalam transformtor dikurangi dari beban terukur dengan beban nol saat proses input daya sedang dilakukan secara konstan. Biasanya disimbolkan dalam bentuk persentase, atau per unit, dari tingkat daya keluaran saat beban terukur. Dapat dicatat bahwa semakin rendah nilai impedansi, secara spesifik reaktansi AC, dapat berakibat pada kebijakan yang lebih rendah, yang biasanya dapat diterima. Akan tetapi, hal ini dilihat dari pengeluaran kegagalan arus, yang pada akhirnya bisa berakibat pada meningkatnya pengurangan impedansi, terkait dengan terbatasnya pada impedansi dari transformator. Sebagai tambahan, kebijakan meningkat seiring dengan faktor daya dari beban menjadi lebih tertinggal (induktif).

Gambar 2.5 adalah salah satu contoh gambar transformator daya atau transformator tenaga.

Gambar 2.5 Transformator daya [6]

2.3.1 Konstruksi Transformator Daya

Pembangunan dasar konstruksi dari transformator daya, yaitu:

1. Inti (Core)

Bagian ini berfungsi sebagai jalur magnetik tempat menyalurkan fluks yang terdiri dari lempeng besi yang timbul akibat arus bolak balik yang mengelilingi inti besi tersebut dan akan menyalurkan ke kumparan lainnya.

Gambar dari inti tersebut dapat dilihat dari Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Inti besi pada transformator daya [3,6]

2. Belitan (Winding)

Belitan yang terdiri dari konduktor pembawa arus yang mengelilingi inti besi dimana saat arus bolak balik mengalir pada belitan tembaga tersebut inti besi akan terinduksi dan menimbulkan fluksmagnetik. Gambar 2.7 adalah gambar yang menunjukan belitan pada transformator daya.

Gambar 2.7 Belitan pada transformator daya [3,6]

3. Bushing

Bushing merupakan sarana penghubung antara belitan dengan jaringan luar Bushing terdiri dari sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator. Isolator tersebut berfungsi sebagai penyekat antara konduktor bushing dengan body main tank transformator dan Gambar 2.8 menunjukan gambar dari bushing. Bushing terdiri dari :

a. Bushing kondenser yaitu bushing yang dipakai pada rating 72,5 kV keatas.

Dalam bushing kondenser terdapat banyak lapisan kapasitansi yang disusun secara seri sebagai pembagi tegangan.

b. Bushing non-kondenser yaitu yang dipakai ada rating 72,5 kV kebawah.

Media isolasi utama adalah isolasi seperti porcelain atau keramik.

Gambar 2.8 Bushing pada transformator daya [3,6]

4. Pendingin

Suhu pada transformator yang sedang beroperasi akan dipengaruhi oleh kualitas teganganjaringan, rugi-rugi pada trafo itu sendiri dan suhu lingkungan.

Suhu operasi yang tinggimengakibatkan 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. Macam-macam jenis pendingin pada

transformator dapat dilihat pada Tabel 2.1. Adapun proses pendinginan ini dapat dibantu oleh adanya kipas dan pompa sirkulasi yang berfungsi meningkatkan efisiensi pendinginan.

Karena tidak adanya transformator yang benar-benar “ideal”, masing- masing transformator akan mengalami kehilangan energi dalam jumlah tertentu, yang biasanya berubah dalam bentuk energi panas. Cara dalam menghilangkan panas ini dapat bergantung pada pengaplikasiannya, ukuran unit, serta jumlah energi panas yang perlu dilepas. Perantara isolasi di dalam transformator, biasanya minyak, memiliki banyak fungsi, pertama berperan sebagai isolator, dan kedua untuk menyediakan perantara terbaik untuk menghilangkan energi panas.

Belitan dan inti adalah sumber utama dari energi panas, meskipun bagian metalik di dalam bisa juga berperan sebagai sumber panas. Sangat penting untuk melakukan pendinginan saluran dan bagian yang sempurna dalam jarak yang dekat dengan sumber panas melalui perantara pendingin yang bisa mengalir, sehingga energi panas bisa secara efektif diangkat dari transformator. Sirkulasi alami dari minyak melalui transformator dalam proses konveksi disebut dengan efek “thermosiphon”. Transformator yang lebih besar tidak bisa secara efektif didinginkan menggunakan radiator dan kipas yang bergantung pada pompa yang menyalurkan minyak melalui transformator dan melalui pemindah panas external, atau pendingin, yang bisa menggunakan udara atau air sebagai perantara pendingin sekunder. [6]

Macam-macam pendingin pada transformator:

Tabel 2.1 Macam - macam pendingin Transformator [6]

No

Macam Sistem Pendingin

Media

Dalam Trafo Diluar Trafo Sirkulasi

Alamiah

Sirkulasi Paksa

Sirkulasi Alamiah

Sirkulasi Paksa

1 AN Udara

2 AF Udara

3 ONAN Minyak Udara

4 ONAF Minyak Udara

5 OFAN Minyak

6 OFAF Minyak Udara

7 OFWF Minyak Air

8 ONAN/ONAF Kombinasi 3 dan 4

9 ONAN/OFAN Kombinasi 3 dan 5

10 ONAN/OFAF Kombinasi 3 dan 6

11 ONAN/OFWF Kombinasi 3 dan 7

Untuk menghitung umur isolasi atau minyak trafo dapat menggunakan rumus: [8]

𝑃𝑒𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑡 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑔𝑢𝑛𝑎 = 𝐴𝑒^{[𝜃𝐻𝑆+273𝐵 ]} (2.1)

𝐴 = Konstanta bernilai 9.8 × 10⁻¹⁸ (Berdasarkan standard IEEE)

𝐵 = Konstanta bernilai 15.000 (Berdasarkan standard IEEE)

𝜃𝐻𝑆 = Temperatur hot-spot belitan (^oC)

2.3.2 Karakteristik Pembebanan dan Rugi-rugi Berbeban

Umur pakai dari suatu transformator daya sangat dipengaruhi oleh beban yang dilayani oleh transformator tersebut. Beban harian ini dapat berasal dari perumahan (rumah tangga), industri, perdagangan, dan lain-lain. Jumlah beban yang dipikul harus sesuai dengan rating nameplate transformator tersebut.

Rugi-rugi berbeban pada transformator daya akibat tahanan pada rangkaian yang dialiri arus beban karena rugi-rugi ini terjadi pada belitan transformator yang terbuat dari tembaga sehingga sering disebut rugi-rugi tembaga. [11]

1. Keadaan Transformator saat tidak berbeban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan sesaat 𝑉1 yang sinusoidal dan kumparan sekundernya merupakan rangkaian yang tidak dibebani (no load), maka akan mengalir arus primer 𝑖₀ yang juga sinusoidal dan dengan menganggap kumparan 𝑁₁ reaktif murni, 𝑖₀ akan tertinggal 90^° dari 𝑉₁ (induktif). Keadaan transformator saat tidak berbeban dapat dilihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Keadaan Transformator saat tidak berbeban [11]

2. Keadaan Transformator saat berbeban

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban 𝑍₁, maka 𝐼₂ akan mengalir pada kumparan sekunder, dimana :𝐼2 = ^𝑉2

𝑍1 , dengan faktor daya

∅₂. Keadaan Transformator saat berbeban dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Keadaan Transformator saat berbeban [11]

2.3.3 Perhitungan Umur dan Efisiensi Transformator Daya

Karena pendistribusian temperatur tidak seragam, maka bagian yang beroperasi paling tinggi suhu biasanya akan mengalami deteriorasi atau penurunan mutu paling besar. Karena itu, tingkat penuaan akan mengacu pada suhu panas yang berliku. Dalam hal ini tingkat penuaan relatif V ditentukan menurut persamaan (2.2) untuk kertas yang tidak di-upgrade secara elektronik dan untuk persamaan (2.3) untuk termal kertas yang ditingkatkan, sedangkan untuk standarisasi dari International Electrotechnical Commission dapat dilihat pada Tabel 2.2. [6]

Tabel 2.2 Standarisasi International Electrotechnical Commission 𝞱𝒉 (^oC) Non-Thermally upgraded

paper

Thermally upgraded paper

80 0.125 0.036

86 0.25 0.073

92 0.5 0.145

98 1 0.282

104 2.0 0.536

110 4.0 1.0

116 8.0 1.83

122 16.0 3.29

128 32.0 5.8

134 64.0 10.1

140 128.0 17.2

Untuk menghitung umur relatif non-thermally upgraded : [7,8]

V = 2^{(𝜃ℎ−98)/6} (2.2)

Untuk menghitung umur relatif thermally upgraded : [7,8]

V = 𝑒^{(110+27315.000 – 𝜃ℎ+27315.000)} (2.3)

Dimana 𝜃ℎ adalah suhu hot-spot dalam ^oC, ini berarti penuaan sangat sensitif terhadap suhu dan B adalah rating nilai dari penuaan transformator (15.000).

Menetukan nilai hot-spot dengan rumus : [8]

𝜃ℎ = 𝜃𝐴 + ∆𝜃𝑇𝑂+ ∆𝜃ℎ (2.4)

dimana :

𝜃_𝐴 = temperature ambient (suhu lingkungan)

∆𝜃𝑇𝑂 = nilai dari temperature minyak bagian atas (𝜃𝑇𝑂− 𝜃𝐴)

∆𝜃_ℎ = menetukan nilai kenaikan hot-spot

Menentukan nilai kenaiakan hot-spot : [8,10]

∆𝜃_ℎ = 𝐻 𝑥 𝑔 𝑥 𝐾^2𝑚 (2.5)

dimana :

H = faktor hot-spot berdasarkan standar IEC

g = selisih temperature belitan dengan temperature minyak pada rating beban

K = faktor beban (suplai beban/rating beban) m = kostanta tergantung jenis pendingin

Setelah mendapatkan nilai dari persamaan diatas maka kita harus melanjutkan dengan memasukan nilai dari factor aging acceleration (𝐹_𝐴𝐴). Nilai 𝐹_𝐴𝐴 dapat dicari menggunakan rumus : [8]

𝐹𝐴𝐴= 𝑒^{(15000383 − 𝜃ℎ+27315000)} (2.6)

Dalam menentukan umur kita juga harus menentukan ekivalen dari masa guna transformator daya (𝐹𝐸𝑄𝐴) tersebut dengan menentukan jangka waktu pemakaian transformator daya dengan rumus : [8]

𝐹_𝐸𝑄𝐴= ^{∑𝑁𝑛=1}_∑ ^{𝐹𝐴𝐴,𝑛}_∆𝑡^∆𝑡𝑛

𝑁 𝑛

𝑛=1 (2.7)

dimana :

n = Indeks dari interval waktu, t

N = Jumlah total interval waktu

∆𝑡_𝑛 = Interval waktu (hari)

Untuk perhitungan loss of life :[8]

L = ^{𝐹𝐸𝑄𝐴𝑥 100 𝑥𝑡}

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑔𝑢𝑛𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 (2.8)

dimana:

L = loss of life transformator 𝑡_𝑛 = interval waktu ke-n

Maka perhitungan dalam menentukan umur transformator dapat diperoleh dengan rumus :

𝑈_𝑛 = (100% − 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑟𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑔𝑢𝑛𝑎) × (𝑢𝑚𝑢𝑟 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 − 𝑛)(2.9)

𝑛 = waktu pemakaian (jam/tahun)

2.3.4 Perhitungan Umur Ekonomis dengan Menggunakan Metode Tingkat Tahunan

Periode chageout adalah waktu penggantian transformator karena sudah tidak memadai akibat pertumbuhan beban. Periode changeout dapat menggunakan rumus : [1]

𝐿𝑛=( 1 + 𝑟)^𝑛 (2.10)

dimana :

r = pertumbuham beban tahunan (%) 𝐿𝑛 = Periode changeout

Setelah itu dalam mencari nilai umur relative per periode changeout dalam perunit rating dasar (Ar) menggunakan rumus :[1,14]

Ar = ^{log 𝑅𝐵}

log 𝑅 × 𝑙𝑜𝑔⁻¹�6250 �_𝑇𝐵¹ −_𝑇𝑇¹�� (2.11)

dimana :

RB =Faktor pertumbuhan beban tahunan transformator daya R = Jumlah antara faktor pertumbuhan dengan rating TB = Temperature terpanas pada beban puncak TT = Rating transformator menurut papan nama

Untuk mencari temperatur terpanas pada beban puncak (𝛥𝜃𝑢) dapat menggunakan rumus berikut : [1]

𝛥𝜃𝑢 = 𝜃(𝑓𝑙) × 𝜃𝑛 × �^𝑃𝐵2 _𝑄𝐵+1^×𝑄𝐵+1�^0.8 (2.12) dimana :

𝜃(𝑓𝑙) = perbandingan antara keadaan sesungguhnya dengan batas kenaikan tertinggi pada beban

𝜃𝑛 = kenaikan rata-rata minyak pada beban nominal PB = beban puncak tahunan per unit

QB = perbandingan antara rugi beban dengan rugi tanpa beban Sehingga, ratting transformator menurut suhu dapat dicari : [1]

T = 𝛥𝜃𝑜 + 𝛥𝜃ℎ (2.13)

Mencari 𝛥𝜃𝑜 harus menggunakan harga dasar dari data yang didapat dalam mencari TT (suhu total) [1] :

𝛥𝜃𝑜 = 𝜃(𝑓𝑙) × 𝜃𝑛 × �^𝑃2 _𝑄+1^{×𝑄 +1}�^0.8 (2.14)

Sehingga perkiraan jumlah periode changeout (EL) sampai akhir mendapatkan umur transformator ditulis sebagai berikut [1] :

𝐸𝐿 = _{𝑁𝐶×𝐴𝑟}^𝑁 (2.15)

dimana :

EL = Perkiraan jumlah periode chageout N = Umur transformator yang diharapkan NC = Umur rata-rata transformator

Ar = Arhenius

2.3.5 Perhitungan Umur dengan Jenis Pendingin yang Digunakan Sesuai Standar IEEE

Dalam melakukan perhitungan umur dari jenis minyak yang digunkan pertama harus mencari rasio pembebanan dari transformator daya (K) yang akan dihitung dengan rumus :[15,16]

K =^𝑆

𝑆𝑟 (2.16)

dimana :

S = Presentase pembebanan yang dipikul trasformator daya Sr = 100%

Kenaikan temperature Hot-spot (∆𝜃_𝑐𝑟) dihitung dengan rumus : [15,16]

∆𝜃𝑐𝑟 = ∆𝜃𝑏𝑟+ 1.1 ∆𝜃𝑊𝑂 (2.17)

dimana :

∆𝜃_𝑏𝑟 = kenaikan temperatur top oil

∆𝜃_𝑊𝑂 = kenaikan temperatur minyak

Mencari kenaikan temperature top oil (

∆𝜃

_𝑏

)

: [15,16]

∆𝜃

_𝑏

= ∆𝜃

_𝑏𝑟

(

^1+𝑑𝐾_1+𝑑²

)

^{x (2.18)}

dimana :

K = ratio pembebanan

∆𝜃𝑏𝑟 = kenaikan temperatur top oil

d = 𝑟𝑢𝑔𝑖−𝑟𝑢𝑔𝑖 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑛𝑎𝑙 𝑟𝑢𝑔𝑖 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑛𝑜𝑙

x = kostanta

x = 0.9 (ONAN dan ONAF) x = 0.1 (OFAF dan OFWF)

Kenaikan beban Hot-spot (∆𝜃_𝑐) untuk beban yang stabil dapat dihitung dengan rumus : [8,15,16]

∆𝜃𝑐 = ∆𝜃𝑏𝑟

(

^1+𝑑𝐾_1+𝑑²

)

^x

+ (

_{∆𝜃𝑐𝑟 − ∆𝜃𝑏𝑟)𝐾}^2𝑦 (2.19)

dimana :

y = kostanta

y = 0.8 (ONAN dan ONAF) y = 0.9 (OFAF dan OFWF)

Menghitung selisih hot-spot (∆𝜃𝑐𝑟) dan top oil (∆𝜃𝑜𝑛)dapat menggunakan persamaan berikut : [15,16]

∆𝜃𝑡𝑑 = (∆𝜃𝑐𝑟− ∆𝜃𝑏𝑟) 𝐾^2𝑦 (2.20)

dimana :

∆𝜃_𝑐𝑟 = Kenaikan temperature Hot-spot

∆𝜃_𝑏𝑟 = kenaikan temperatur top oil

Menghitung kenaikan top oil pada waktu t setelah pemberian beban : [15,16]

∆𝜃_𝑜𝑛 = ∆𝜃_𝑜 (𝑛 − 1) + (∆𝜃_𝑏− ∆𝜃_𝑜 (𝑛 − 1) �1 − 𝑒^−𝜏𝑡� (2.21) dimana :

𝜃_𝑜 (𝑛 − 1) = kenaikan temperatur awal minyak

∆𝜃𝑏 = kenaikan temperatur akhir minyak yang telah di stabilkan

𝜏𝜏 = 3(ONAN dan ONAF)

𝜏𝜏 = 2(OFAF dan OFWF) t = waktu dalam jam

Kenaikan temperature hot spot pada waktu tertentu dapat dicari dengan rumus : [15,16]

𝜃𝑐 = 𝜃𝑎+ ∆𝜃𝑜𝑛+ ∆𝜃𝑡𝑑 (2.22)

dimana :

𝜃_𝑎 = temperatur ambient (suhu lingkungan sekitar)

∆𝜃_𝑜𝑛 = kenaikan temperatur top oil

𝜃𝑡𝑑 = Selisih temperatur antara hot spot dengan top oil

Perhitungan laju penuaan thermal relatif (V) dapat menggunakan rumus : [15,16]

V = 10^{(𝜃𝑐−𝜃𝑐𝑟)/19,93} (2.23)

dimana :

𝜃_𝑐𝑟 = standard IEC (98 ^oC)

Perhitungan pengurangan umur transformator menggunakan rumus : [15,16]

L = ^ℎ

3𝑇 {V + ∑4 Vodd+ ∑ 2 Veven + V} (2.24) dimana :

h = kostanta (1) t = waktu

Vodd, Veven = laju penuaan thermal relative Perhitungan sisa umur transformator daya : [15,16]

n = 𝑢𝑚𝑢𝑟 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 (𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛)−𝑙𝑎𝑚𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑠𝑢𝑑𝑎ℎ 𝑑𝑖𝑝𝑎𝑘𝑎𝑖 (𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛)

𝑠𝑢𝑠𝑢𝑡 𝑢𝑚𝑢𝑟 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑡𝑜𝑟 (𝑝.𝑢) (2.25)

2.3.6 Metode Dalam Penilaian Transformator Daya

Pada penulisan skripsi ini perlu memperhatikan konstruksi bagian-bagian dari transformator daya dalam penilaian sebagai acuan tahap awal dalam memperkirakan umur transformator ini, pemeriksaan dari konstruksi ini juga harus diperhatikan bagaimana kondisi fisik dari alat-alat tersebut.

Metode-metode untuk memantau transformator daya : [2,4]

1. Pengukuran faktor disipasi (tan δ) dan kapasitansi

Faktor disipasi faktor daya adalah sumber data yang penting untuk memantau kondisi bushing dan transformator.Pengujian ini dilakukan untuk menentukan kondisi isolasi kapasitif diantara ruang-ruang dan belitan yang berbeda.

2. Analisis gas terlarut atau Dissolved Gas Analysis (DGA)

Digunakan secara luas untuk mendeteksi gangguan awal pada transformator. Gas-gas utama yang dibentuk oleh penguraian minyak dan kertas yaitu terdiri dari hidrogen, metana, etana, etilen, asetil, karbon monoksida, karbon dioksida, oksigen, dan nitrogen.Gas-gas ini larut dalam minyak atau terkumpul diatasnya dan dianalisis oleh DGA.

3. Tahanan isolasi

Pengukuran ini mungkin adalah pengukuran yang paling sederhana dengan pengujian dilapangan tetapi juga bisa menentukan apakah keadaan objek yang diuji dalam keadaan buruk.

4. Arus bocor

Pengukuran arus bocor mempunyai pengujian rangkaian yang sama dengan pengukuran tahanan isolasi tetapi dengan tegangan yang jauh lebih

tinggi dan memiliki sensitivitas yang lebih tinggi akan memudahkan dalam mendeteksi kerusakan dan kegagalan isolasi.

2.3.7 Pemeliharan Tahunan Transformator Daya

Pemeliharaan adalah suatu kegiatan atau proses kegiatan untuk mempertahankan kondisi dan menyakini bahwa peralatan dapat berfungsi sebagaimana fungsinya.

Tujuan utama dari pemeliharaan peralatan listrik tegangan tinggi (Transformator Daya) diantaranya untuk :

1. Menjamin kontinyuitas penyaluran tenaga listrik 2. Meningkatkan reliability, availability, dan efficiency 3. Mempoerpanjang umur peralatan

4. Mengurangi resiko terjadinya kegagalan atau kerusakan pada perlatan listrik

5. Mengurangi waktu pemadaman listrik

Dalam menjaga efektivitas dan daya tahan pada peralatan sistem tenaga listrik khususnya transformator daya agar selalu bekerja dengan keadaan baik dapat dilakukan pemeliharaan transformator daya. Jenis-jenis pemeliharaan dibedakan menjadi : [5,13]

1. Pemeliharaan preventive (time base maintenance)

Pemeliharaan ini dilakukan untuk mencegah terjadinya kerusakan secara tiba-tiba dan untuk mempertahankan kemampuan kerja peralatan yang optimum sesuai dengan umur pakai teknisnya.

2. Pemeliharaan korektif (corrective maintenance)

Pemeliharaan ini dilakukan dengan terencana saat peralatan listrik mengalami kelainan atau kemampuan kerja pada saat menjalankan fungsinya.

3. Pemeliharan prediktif (conditional maintenance)

Pemeliharan ini dilakukan dengan cara memprediksi peralatan listrik apakah dan kapan kemungkinan peralatan tersebut menuju kerusakan dan kapan harus dilakukan pergantian alat.

4. Pemeliharaan darurat (breakdown maintenance)

Pemeliharan ini dilakukan setelah terjadi kerusakan mendadak atau secara tiba-tiba yang waktunya tidak tertentu

Daftar pemeriksaan pemeliharaan Transformator Daya dalam satu tahun meliputi : [12,13]

1. Diafragma

Diafragma dapat dibersihkan dan dilakukan pemeriksaan apa terjadi kebocoran atau tidak.

2. Tahanan pentanahan

Ukur dan periksan rangkaian pada tahanan pentanahan.Apabila ada aut yang kendor dapat diketatkan dan apabila tahanan nilanya berubah dapat diperbaiki.

3. Ratio belitan trafo

Ukur ratio belitan apa terjadi perubahan atau tidak.

4. Kekuatan dieletrik minyak Transformator

Uji kekuatan dieltrik minyak Transformator sesuai dengan standar yang digunakan.

5. Kadar asam pada minyak (Acidity), kekentalan minyak (Viscoscity), dan kadar air dalam minyak (Water Content) Transformator

Lakukan pada daftar pemeliharaan tersebut memenuhi standar yang ada atau sesuai dengan standar yang dipakai.

6. Warna minyak

Periksa dan uji minyak transformator apakah masih sesuai standar yang dipakai.

7. Kandungan gas dalam minyak

Lakukan pengujian gas tersebut dengan menggunakan DGA (Dissolved Gas Analysis).

8. Peralatan pengaman Transformator (Bucholz, Sudden Pressure, Rele Suhu, Jansen)

Bersihkan terminal-terminal dari debu, karat, oksidasai, dan beri vet pada bagian terminal, periksa seal pada lubang kabel, bersihkan rongga tempat sambungan kabel dari soket Sudden Pressuredan seal pada lubang kabel, uji alarm saat trip.

9. Body, Bushing Transformator Bersihkan dari debu dan karat.

10. Roda gigi On Load Tap Changer (OLTC)

Periksa, kencangkan mur, dan apabila perlu diberi pelumas pada roda gigi.

11. Baut terminal, baut bushing, baut body dan baut pentanahan Bersihkan dan kencangkan semuanya.

12. Spark gap dan Bushing sekunder dan primer

Periksa baut dan jarak Spark gap. Bila kendor kencangkan dan bilajarak berubah perbaiki.

13. Baut terminal pada panel ontrol dan panel proteksi Periksa baut apabila ada yang kedor dapat dikencangkan.

14. Tahanan isolasi, control mekanik, limit switch, indikator dari OLTC Ukur tahanan isolasi dan IP pada transformator. Uji control danlimit switch apakah bekerja normal dan ujiindikator OLTC sesuai posisinya atau tidak.

15. Tegangan tembus minyak

Uji tegangan tembus apakah masih sesuai standar atau tidak.

16. Pondasi

Periksa apakah ada keretakan atau perubahan kedudukan transformator atau tidak.Periksa isolasi antara tanki dengan pentanahanmasih baik (transformator memakai pengaman tangka.

5. BAB III

6. METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian ini disimulasikan pada transformator daya di Gardu Induk GIS Glugur Medan yang beralamat di Jalan KL. Yos Sudarso (LR. XII Glugur), Medan, Sumatera Utara, Indonesia. Penelitian ini akan dilaksanakan kurang lebih tiga bulan.

3.2 Bahan dan Peralatan

Bahan yang digunakkan dalam penelitian ini adalah merek dan spesifikasi dari Transformator Daya yang terdapat pada Tabel 3.1 dan data-data beban harian selama satu tahun (tahun 2017).

Tabel 3.1 Spesifikasi transformator daya

Tragi GLUGUR

Gardu Induk GLUGUR

No. Trafo 3

Merk/Type UNINDO

Serial Number P060LEC676-05

Pabrik INDONESIA

Kapasitas 42/60 MVA

Ratio 150/20

Minyak Shell Diala S4 ZX-1

Pendingin ONAN/ONAF

Impedansi 12.50%

Tahun Pembuatan 2011 Tahun Pengoperasian 2012

3.3 Pelaksanaan Penelitian

Dalam melaksanakan perhitungan, dibutuhkan pengambilan data yang diperlukan terlebih dahulu. Kemudian data – data yang diperoleh selanjutnya dianalisis dan dihitung untuk mendapatkan umur pakai dan nilai ekonomis transformator.

1. Pengumpulan Data

Melakukan studi pengumpulan data yang dibutuhkan dalam perhitungan, yaitu sebagai berikut :

• Data-data parameter transformator daya

• Data pertumbuhan beban selama satu tahun

• Data pembebanan transformator daya dan jenis pendingin yang digunakan

2. Melakukan analisis

Dari data yang telah diperoleh selanjutnya dilakukan perhitungan untuk mengetahui susut umur (dari beban harian dan jenis pendingin) dan nilai ekonomis pemakaian dari transformator daya

3. Menarik Kesimpulan

Dari hasil pengambilan data dan perhitungan dapat ditarik kesimpulan susut umur transformator daya dengan beban harian dan jenis pendingin yang dipakai dan penurunan tingkat efisiensi karena berbagai faktor termasuk nilai ekonomis dari tranformator daya.

3.4 Variabel yang diamati

Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini yaitu :

 Parameter-parameter transformator daya

 Beban transformator daya dalam waktu 24 jam dan jenis pendingin yang digunakan

 Pertumbuhan beban dalam tahun 2017

3.5 Prosedur Penelitian

Gambar 3.1 Diagram satu garis penelitian

7. BAB IV

8. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

Masa guna transformator dapat dihitung dengan menggunakan standar dari IEC/IEEE dan pertumbuhan beban tahunan dan jenis pendingin yang digunakan dari suatu transformator daya melalui beban harian yang didata. Untuk perhitungan menggunakan standar dari IEC/IEEE perhitungan sangat dipengaruhi temperatur hot-spot yang dimana temperatur hot-spot sangat dipengaruhi dari nilai suhu lingkungan (temperatur ambient) dan kenaikan minyak (top oil) tetapi dari keseluruhan faktor beban harian sangat berpengaruh dalam menentukan susut umur, maka dari itu harus meratakan beban harian yang ada sampai memperoleh beban rata-rata per bulan nya. Perhitungan pertama yang dilakukan harus meratakan beban harian selama per jam nya sehingga mendapat total beban harian perhari selama 1 bulan penuh, selanjutnya harus mengulangi perhitungan pada bulan-bulan berikutnya sampai mendapat perhitungan selama 1 tahun penuh (perhitungan per bulan dapat dilihat pada Tabel yang berada pada lampiran).

4.2 Perhitungan Menurut Standar IEC

Rata-rata perhitungan pada tanggal 1-31 Januari 2017 dapat dilihat pada Tabel 4.1 dan rata-rata pada bulan lainnya dapat dilihat pada lampiran.

Contoh rata-rata pembebanan dalam satu bulan yang sudah dilakukan perhitungan (pada bulan Januari)

Tabel 4.1 Rata-rata pembebanan dalam satu bulan

Tanggal KV MW MVAR Top Oil ( ̊C)

1 Januari 127.4583 14.9854 4.4750 35.4375 2 Januari 92.6250 17.0291 5.1700 29.0000 3 Januari 149.5000 28.8312 8.9208 44.7791 4 Januari 149.9166 29.4341 8.9979 49.5625 5 Januari 148.0000 32.5562 9.7250 52.2083 6 Januari 144.1700 33.6895 10.2375 53.7083 7 Januari 143.0416 33.1020 10.0104 53.1458 8 Januari 145.6250 30.9062 9.5291 53.5625 9 Januari 146.3000 34.7917 10.3625 56.3750 10 Januari 146.3000 34.1833 10.0041 56.2291 11 Januari 146.6250 33.8895 10.0200 54.8333 12 Januari 146.5000 33.7562 10.2687 52.9583 13 Januari 146.4583 33.7395 10.2333 49.8700 14 Januari 147.2083 32.7895 9.9854 53.3125 15 Januari 148.7000 30.0229 8.7062 50.6458 16 Januari 146.1667 32.6541 9.9521 52.6041 17 Januari 146.4583 33.8958 24.0000 49.2916 18 Januari 146.5000 29.1145 8.8916 51.0000 19 Januari 147.0000 26.8270 8.0520 50.9583 20 Januari 148.9583 29.7479 8.7000 49.2916 21 Januari 148.7500 33.6700 10.3041 51.0000 22 Januari 148.2916 30.8425 8.7812 49..6250 23 Januari 146.2083 32.4062 9.9875 47.9167 24 Januari 146.8700 31.3291 9.9583 48.2708 25 Januari 147.4000 31.7229 10.1041 51.2917 26 Januari 146.5416 32.7020 10.1729 50.9583 27 Januari 146.3333 31.5541 9.3187 47.3333 28 Januari 148.8300 28.4270 8.2958 50.7708 29 Januari 151.8300 27.5895 7.9395 49.6042 30 Januari 149.4583 22.7500 6.6541 49.0833 31 Januari 148.0833 34.4625 7.9200 49.7292 Rata-rata 144.9067 30.4323 9.5380 49.8180

Rata-rata pembebanan dalam satu tahun (Januari 2017-Desember 2017) dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Daftar rata-rata pembebanan dalam satu tahun

Bulan KV MW MVAR Top Oil

(^oC)

Ambient (^oC) Januari 144.9067 30.4323 9.5380 49.8180 28.6000 Februari 146.5930 31.9338 9.5757 52.0695 29.0000 Maret 144.5774 34.8809 10.1532 54.0784 28.6000 April 144.2513 34.3932 10.1830 55.4426 30.0000

Mei 143.1811 35.3003 9.8913 54.9839 29.3000

Juni 144.0312 34.3478 9.9684 57.0742 30.4000

Juli 142.4719 34.7680 10.1249 56.2197 29.3000 Agustus 142.4988 36.3922 10.3517 55.4258 31.3000 September 146.4481 34.5263 10.2349 52.5790 29.4000 Oktober 144.9552 35.9619 9.8688 55.7556 29.7000 November 146.1333 30.1624 8.6531 54.9931 28.7000 Desember 143.2567 29.2636 8.0868 63.1300 30.3000 Rata-rata 144.4421 33.5302 9.7192 55.1308 29.5917

4.2.1 Menentukan Nilai Hot-spot

Pertama kali dalam menentukan susut umur harus menentukan nilai hot- spot menggunakan rumus pada persamaan 2.4 :

𝜃ℎ = 𝜃𝐴+ ∆𝜃𝑇𝑂+ ∆𝜃ℎ

Untuk mencari nilai ∆𝜃_𝑇𝑂 kita dapat menggunakan rumus :

∆𝜃_𝑇𝑂 = 𝜃_𝑇𝑂− 𝜃_𝐴

Dari Tabel 4.2 terlihat nilai suhu lingkungan dan suhu top oil pada bulan Januari maka dapat diperoleh:

∆𝜃𝑇𝑂= 49,8180 ^oC – 28,6^oC = 21,218 ^oC

Selanjutnya dapat menentukan nilai ∆𝜃_ℎ dengan menggunakan rumus persamaan 2.5 :

∆𝜃_ℎ = 𝐻 𝑥𝑔 𝑥 𝐾^2𝑚

Berdasarkan perhitungan dengan menggunakan standar IEC 60076 nilai faktor hot-spot sesuai dengan ketentuan adalah 1,3. Dalam menentukan nilai g dapat melalu pengurangan antara temperatur low voltage dan temperatur oli sehingga pada bulan Januari didapat nilai g = 3,96. Nilai K sendiri didapat dari pembagian antara suplai beban dengan rating beban. Nilai akhir dari nilai hot-spot bulan Januari 2017 dapat dihitung dengan persamaan 2.4 :

𝜃_ℎ = 𝜃_𝐴 + ∆𝜃_𝑇𝑂+ ∆𝜃_ℎ

𝜃ℎ = 28,6^oC + 21,218^oC + 1,86^oC 𝜃_ℎ = 51,67^oC

Untuk perhitungan nilai hot-spot pada bulan-bulan selanjutnya dapat dilihat pada Table 4.3.

Tabel 4.3 Hasil perhitungan nilai Hot-spot dalam satu tahun

Bulan Beban (MW)

Top Oil (^oC)

Ambient (^oC)

Faktor Beban (p.u)

Kenaikan Temperatur

Top Oil(^oC)

Kenaikan Temperatur

Hotspot(^oC)

Temperatur Hotspot (^oC) Januari 30.4323 49.8180 28.6 0.53 21.218 1.86 51.67

Februari 31.9338 52.0695 29 0.58 23.9 2.34 55.24

Maret 34.8809 54.0784 28.6 0.44 25.47 3.05 57.12

April 34.3932 55.4426 30 0.39 25.44 2.28 57.72

Mei 35.3003 54.9839 29.3 0.6 26.68 2.7 58.68

Juni 34.3478 57.0742 30.4 0.59 26.67 1.95 59.02

Juli 34.7680 56.2197 29.3 0.6 26.91 2.14 58.35

Agustus 36.3922 55.4258 31.3 0.57 24.12 2.14 57.56

September 34.5263 52.5790 29.4 0.59 23.17 0.429 53

Oktober 35.9619 55.7556 29.7 0.62 26.05 2.22 57.97

November 30.1624 54.9931 28.7 0.6 26.29 2.45 57.44

Desember 29.2636 63.1300 30.3 0.48 32.83 1.31 64.44

4.2.2 Menentukan Umur dari Transformator Daya

Dalam penentuan umur transformator terlebih dahulu dapat menghitung nilai faktor percepatan masa guna (𝐹_𝐴𝐴) untuk beban dan temperatur yang berubah-ubah. Sebagai contoh dapat melakukan perhitungan pada bulan Januari 2017 dengan menggunakan persamaan 2.6, maka diperoleh nilai 𝐹𝐴𝐴 :

𝐹_𝐴𝐴 = 𝑒^{(110+27315000 − 𝜃ℎ+27315000)}

𝐹𝐴𝐴 = 𝑒^{(110+27315000 − 51,678+27315000 )}

𝐹𝐴𝐴= 0,0008

Dari hasil perhitungan 𝐹_𝐴𝐴 selama satu tahun maka akan dapat mencari nilai ekivalen kumulatif (𝐹𝐸𝑄𝐴) selama satu tahun yang hasilnya seperti terdapat pada Tabel 4.4 dengan menggunakan persamaan 2.7 :

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan 𝐹_𝐴𝐴 dan 𝐹_𝐸𝑄𝐴

Bulan Temperatu Hot-spot 𝐹𝐴𝐴 per bulan 𝐹𝐸𝑄𝐴per bulan

Januari 51.67 0.0008 0.0008

Februari 55.24 0.0014 0.0022

Maret 57.12 0.0018 0.0040

April 57.72 0.0020 0.0060

Mei 58.68 0.0023 0.0083

Juni 59.02 0.0024 0.0107

Juli 58.35 0.0022 0.0129

Agustus 57.56 0.0019 0.0148

September 53.00 0.0010 0.0158

Oktober 57.97 0.0021 0.0179

November 57.44 0.0019 0.0198

Desember 64.44 0.0050 0.0248

Dari Tabel 4.4 dapat dilihat nilai ekivalen komulatif (𝐹_𝐸𝑄𝐴) selama satu

Dari perhitungan sebelumnya dapat menentukan nilai pengurangan nilai masa guna dengan menggunakan persamaan 2.8 diketahui bahwa transformator daya telah 5 tahun digunakan yang berarti sudah 43.800 jam sedangkan masa guna normal isolasi adalah 180.000 maka dari itu masa guna transformator daya 3 pada Gardu Induk GIS Glugur adalah 136.200, maka perhitungan loss of life dari transformator daya :

L = ^{𝐹𝐸𝑄𝐴𝑥 100 𝑥𝑡}

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑔𝑢𝑛𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙

L = 0.0248 𝑥 100 𝑥 720 𝑥 12 136.200

L = 0.157321 %

Setelah mendapat % masa guna dari transformator daya yang telah digunakan selama 5 tahun, maka sisa umur dari transformator daya tersebut :

𝑈𝑛 = (100% − 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑟𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑔𝑢𝑛𝑎) × (𝑢𝑚𝑢𝑟 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 − 𝑛)

𝑈𝑛 = (100% − 0.157321 %) × (180.000 − 43.800)

𝑈𝑛 = 99.84% × 136.200

𝑈𝑛= 135.982,08 jam = 15,52306 = ±16 tahun

4.3 Perhitungan Umur dengan Jenis Pendingin yang Digunakan Sesuai Standar IEEE

Dari data yang diperoleh data-data untuk mencari umur dari jenis pendingin yang dipakai yaitu :

• Kenaikan temperature rata-rata kumparan : 65 ^oC

• Kenaikan top oil transformator (∆𝜃_𝑏𝑟) : 55.1 ^oC

• Kenaikan rata-rata minyak (∆𝜃_𝑊𝑂) : 21 ^oC

• Perbandingan rugi berbeban dan tanpa beban : 4.095

Pertama harus mencari berapa nilai pembebanan yang dibebankan pada transformator dengan persamaan 2.16 :

K = ^𝑆

𝑆𝑟 = ^90%

100% = 0.9

Selanjutnya dapat menghitung nilai kenaikan temperature Hot-spot (∆𝜃_𝑐𝑟) dan kenaikan temperature top oil dengan persamaan 2.17 dan 2.18

∆𝜃_𝑐𝑟 = ∆𝜃_𝑏𝑟+ 1.1 ∆𝜃_𝑊𝑂 = 55.1 + 1.1 (21) = 78.2

∆𝜃

_𝑏

= ∆𝜃

_𝑏𝑟

(

^1+𝑑𝐾_1+𝑑²

)

^x

=

^55.1

(

1+4.095(0.9)² 1+4.095

)

^0.9

=

55.1 × 0.827 = 45.58

Menghitung kenaikan top oil pada waktu t setelah pemberian beban dapat digunakan dengan rumus pada persamaan 2.21 :

∆𝜃_𝑜𝑛 = ∆𝜃_𝑜 (𝑛 − 1) + (∆𝜃_𝑏− ∆𝜃_𝑜 (𝑛 − 1) �1 − 𝑒^−𝜏𝑡�

=

50 (45.58 – 50) (1 - 𝑒^−1/3)

= 48.58

Menghitung selisih hot-spot dan top oil dapat menggunakan rumus pada persamaan 2.20 :

∆𝜃𝑡𝑑 = (∆𝜃𝑐𝑟− ∆𝜃𝑏𝑟) 𝐾^2𝑦 = ( 78.2 – 55.1) 0.9^2(0.8) = 23.1 × 0.844

= 19.49

Kenaikan temperature hot spot pada waktu tertentu dapat dicari dengan rumus pada persamaan 2.22 :

𝜃𝑐 = 𝜃𝑎+ ∆𝜃𝑜𝑛+ ∆𝜃𝑡𝑑

= 29.59 + 48.74 + 19.49 = 97.8

Perhitungan laju penuaan thermal relatif dapat menggunakan rumus pada persamaan 2.23 :

V = 10^{(𝜃𝑐−𝜃𝑐𝑟)/19,93} = 10(97.8−98)/19,93

= 10^(−0.01) = 0.97

Perhitungan pengurangan umur transformator menggunakan rumus yang terdapat pada persamaan 2.27 :

L = ^ℎ

3𝑇 {V + ∑4 Vodd+ ∑ 2 Veven+ V}

= ¹

3×24 { 0.97 + 4 (0.97 + 0.97 + 0.97 +0.97 + 0.97 + 0.97 + 0.97 + 0.97 + 0.97 + 0.97 + 0.97 +0.97) + 2 (0.97 + 0.97 + 0.97 +0.97 + 0.97 + 0.97 + 0.97 + 0.97 + 0.97 + 0.97 + 0.97 + 0.97) }

= ¹

72 × 70.81 = 0.983 p.u

Perhitungan sisa umur transformator daya dapat dihitung menggunakan rumus pada persamaan 2.25 :

n = 𝑢𝑚𝑢𝑟 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 (𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛)−𝑙𝑎𝑚𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑠𝑢𝑑𝑎ℎ 𝑑𝑖𝑝𝑎𝑘𝑎𝑖 (𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛) 𝑠𝑢𝑠𝑢𝑡 𝑢𝑚𝑢𝑟 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑡𝑜𝑟 (𝑝.𝑢)

= ^20.5−5 0.983

= 15.76 = ±16 tahun

4.4 Perhitungan Nilai Ekonomis Menurut Metode Nilai Tahunan

Tahap pertama dalam perhitungan metode ini dapat melakukan perhitungan untuk mencari pertumbuhan beban degan menggunakan persamaan 2.10 :

𝐿_𝑛=( 1 + 𝑟)^𝑛

60

42 = ( 1 + 0.08)^𝑛 n = ^𝑙𝑛1.42

ln 1.08

n = 4.559

Dari data yang diamati pada transformator daya 3 maka dapat diasumsikan :

• Beban puncak tahunan per unit : 1.06 p.u

• kenaikan rata-rata minyak pada beban nominal (𝜃𝑛) : 54.074 ^oC

• perbandingan antara keadaan sesungguhnya dengan batas kenaikan tertinggi pada beban 𝜃(𝑓𝑙) : 0.85

• perbandingan rugi berbeban dan tanpa beban _{: 4.095}

• faktor pertumbuhan beban tahunan : 1.08

• kenaikan temperature saat beban puncak (𝜃𝑜) : 53 ^oC