Analisis Kinerja Isolasi Transformator Tenaga Akibat Pengaruh Pembebanan (Studi Kasus Transformator Tenaga 3 Gardu Induk Gas Insulated Switchgear Listrik Medan) Chapter III V

(1)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian ini akan dilakukan di PT. PLN (PERSERO) GI GIS Listrik Medan, Sumatera Utara. Penelitian ini akan dilakukan pada Transformator Tenaga 3. Penelitian ini direncanakan selama 2 bulan.

3.2 Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data untuk penelitian ini dilakukan dengan mengambil data langsung pada PT. PLN (PERSERO) GI GIS Listrik Medan. Adapun data-data yang dibutuhkan dalam penelitian ini meliputi:

1. Data transformator Yang meliputi:

Daya pengenal Jenis pendingin Tegangan primer Tegangan sekunder Rugi tembaga Rugi beban nol

2. Data pembebanan dari GI GIS Listrik Medan 3. Data temperatur maksimal pada tahun 2016.

(2)

data BMKG Wilayah I Medan selama periode Desember 2015 sampai dengan Nopember 2016. Data yang diambil meliputi suhu udara rata-rata kota Medan dan suhu udara maksimum rata-rata-rata-rata.

3.3 Tahapan Perhitungan

Adapun tahapan perhitungan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Menentukan daya semu pada trafo (S)

2. Menentukan rasio pembebanan (K) 3. Menentukan rugi tembaga Pcu 4. Menentukan perbandingan rugi (d)

5. Menentukan kenaikan temperatur top oil (∆�_�)

6. Menentukan kenaikan temperatur hot-spot (∆�_�) 7. Menentukan laju penuaan thermal relatif (V₎

(3)

(4)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Masukan

Data yang dibutuhkan untuk dapat melakukan perhitungan meliputi: 1. Data Transformator

Transformator 3 phasa

Daya Pengenal : 36 /60 MVA Jenis Pendingin : ONAN /ONAF Tegangan Primer : 150 KV

Tegangan Sekunder : 20 KV Rugi tembaga : 220 KW Rugi beban nol : 38 KW 2. Data Temperatur

Temperatur Rata-rata harian : 27,88 0C

Temperatur harian maksimum bulan Nopember 2016 : 31 0C Temperatur harian maksimum rata-rata tahun 2016 : 33,64 0 3. Data pembebanan

C

(5)

Tabel 4.1 Pembebanan trnasformator tenaga 3 Gardu Induk GIS Listrik Medan Tanggal 30 Nopember 2016.

JAM MW MVAR

4.2. Pengaruh Pembebanan Transformator Dengan Beban Konstan

4.2.1. Perhitungan-perhitungan

(6)

Tabel 4.2 Tabel Variasi Beban

No Beban Transformator (%)

1 100

2 90

3 80

1. Perhitungan-Perhitungan untuk beban transformator 100% Langkah-langkah perhitungan

a. Menentukan ratio pembebanan (K) K = �

Sr

= 100% 100%

= 1

b. Menentukan Perbandingan Rugi (d)

d = ��

��

= 220 38

= 5,78

c. Menentukan Kenaikan Temperatur Stabil Tap Oil ∆θ_� = ∆θ_br

�

1+d K

2

1+�

�

∆θ_� = 55

�

1+5,78 (1) 2

1+5,78

�

0,9

∆θ_� = 55

�

6,78 6,78

�

0,9

∆θ_� = 55 0C

(7)

Tabel 4.3 Suhu Udara Kota Medan sekitarnya pada periode Desember 2015 sampai Nopember 2016

Sumber Data : Kantor BMKG Wilayah I Keterangan :

Suhu Udara Dalam Derajad Celcius (0

d. Menentukan Kenaikan Temperatur Top Oil (∆θ_bt ) C)

∆θbt = ∆θbo + (∆θb− ∆θbo)�1−e−t/τ� ∆θbt = 55 + (55-55) �1−e−t/3�

∆θbt = 55 0

∆θc = (∆θcr − ∆θbr)K2y C

e. Menentukan selisih temperatur antara hot spot dengan top oil

∆θc = (78−55)12 (0,8) ∆θc = 23 0

θc = θa + ∆θbt + ∆θc C

f. Menentukan temperatur hot spot

θc = 33,64 + 55 + 23 θc = 111,64 0

V = 10(θc− 98)/19,93 C

g. Menentukan laju penuaan thermal relatif dalam bentuk logaritma

V = 10(111 ,64−98)/19,93 V = 4,83 pu/jam

Unsur Data 2015 2016

Des Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nop

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1. Suhu Udara

Maks Rata-Rata 32,3 32,8 32,0 34,1 34,7 33,9 34,7 33,9 34,3 34,2 33,2 31,0

2. Suhu Udara

(8)

Karena bebannya konstan maka besarnya laju penuaan relatif untuk tiap jam perhari sama.

h. Menghitung pengurangan umur

Besarnya susut umur pada transformator saat dibebani 100% karena pengaruh penurunan isolasi belitan saja tanpa memperhitungkan pengaruh yang lain dapat dihitung sebagai berikut:

L = h

3T{ ∑4 Vodd + ∑2Veven}

L = 1

3 x 24{4 ( 4,83 + 4,83 + 4,83 + 4,83 + 4,83 + 4,83 + 4,83 + 4,83 +

4,83 + 4,83 + 4,83 + 4,83) + 2 (4,83 + 4,83 + 4,83 + 4,83 +

(9)

2. Perhitungan-perhitungan untuk beban transformator 90 % a. Menentukan ratio pembebanan (K)

K = � Sr

= 90% 100%

= 0,9

d = ��

��

= 220 38

= 5.78

c. Menentukan Kenaikan Temperatur Stabil Tap Oil ∆θ_� = ∆θ_br

�

1+d K

d. Menentukan Kenaikan Temperatur Top Oil (∆θ_bt ) C

(10)

f. Menentukan temperatur hot spot θc = θa + ∆θbt + ∆θc

θc = 33,64 +46,91 + 19,43 θc = 99,98 0

V = 10(θc− 98)/19,93 C

g. Menentukan laju penuaan thermal relatif

V = 10(99,98−98)/19,93

V = 1,25

L = h

L = 1

3 x 24{4 ( 1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25 +

1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25) + 2 (1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25 +

1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25 + 1,25)} L = 1,25

3. Perhitungan-perhitungan untuk beban transformator 80 % a. Menentukan ratio pembebanan (K)

K = � Sr

= 80% 100%

(11)

c. Menentukan Kenaikan Temperatur Stabil Tap Oil ∆θ� = ∆θbr

�

d. Menentukan Kenaikan Temperatur Top Oil (∆θ_on ) C

∆θc = (78−55)0,82 (0,8) ∆θc = 16,09 0

θc = θa + ∆θbt + ∆θtd C

f. Menentukan temperatur hot spot

θc = 33,64 + 39,53 + 16,09 θc = 89,27 0

V = 10(θc− 98)/19,93 C

g. Menentukan laju penuaan thermal relatif

V = 10(89,27−98)/19,93

(12)

L = h

L = 1

3 x 24{4 ( 0,36 + 0,36 + 036 + 0,36 + 0,36 + 0,36 + 0,36 + 0,36 +

0,36 + 0,36 + 0,36 + 0,36) + 2 (0,36 + 0,36 + 0,36 + 0,36 +

0,36 + 0,36 + 0,36 + 0 ,36 + 0,36 + 0,36 + 0,36 + 0,36)} L = 0,36

4.2.2 Pengaruh Suhu Sekitar

Pengaruh suhu terhadap transformator maka beban transformator dibuat menjadi 3 yaitu 100 %, 90 %, dan 80 % sedangkan suhunya diatur dari 20 0C sampai 38 0

θc = θa + ∆θbt + ∆θc

C. Karena ∆θ_bt dan ∆θ_c dipengaruhi oleh pembebanan, sedangkan pembebanan dibuat konstan maka ∆θ_bt dan ∆θ_c akan konstan juga. Oleh karena itu yang mempengaruhi temperatur hot spot dalam hal ini adalah temperatur ambient. Hasil perhitungannya dapat dilihat pada Tabel 4.4

(13)

Tabel 4.4 Tabel Pengaruh Suhu Ambient

Temperatur sekitar atau ambient menentukan perubahan temperatur hot spot, semakin besar temperatur sekitar maka semakin besar temperatur hot spot begitu pula sebaliknya. Kenaikan temperatur minyak dan suhu sekeliling akan mempengaruhi besarnya temperatur hot spot.

NO Suhu (0

Susut umur (p.u/hari) Pada pembebanan C)

100% 90% 80%

1 20 1 0,27 0,08

2 21 1,12 0,30 0,09

3 22 1,25 0,34 0,10

4 23 1,41 0,38 0,11

5 24 1,58 0,42 0,12

6 25 1,78 0,48 0,14

7 26 2 0,54 0,16

8 27 2,24 0,60 0,18

9 28 2,51 0,68 0,20

10 29 2,82 0,76 0,25

11 30 3,17 0,85 0,25

12 31 3,56 0,96 0,28

13 32 4 1,08 0,32

14 33 4,48 1,21 0,36

15 34 5,03 1,36 0,40

16 35 5,65 1,52 0,45

17 36 6,34 1,71 0,51

18 37 7,12 1,92 0,57

(14)

4.2.3. Menentukan Perkiraan Umur

Transformator yang digunakan pada Gardu Induk GIS Listrik tahun beroprasinya adalah tahun 2014 sehingga umur oprasinya adalah 2 tahun. Perkiraan sisa umur isolasi transformator karena pembebanan dapat dihitung sebagai berikut. Perhitungan perkiraan umur di bawah ini hanya memperhitungkan pengaruh penurunan isolasi belitan karena pengaruh suhu lingkungan transformator saja tanpa memperhitungkan faktor beban atau pengaruh yang lain. Adapun perhitungannya diperlihatkan sebagai berikut:

Sisa umur pada tahun ke-n = umur dasar - ( n x susut umur ) 2 = umur dasar - ( n x susut umur ) 2 + ( n x susut umur ) = umur dasar

n = umur dasar − 2 susut umur

= 30−2

4,83

= 5,79 tahun

Sedangkan untuk pembebanan yang lain seperti pada Tabel 4.4 umurnya juga dapat ditentukan dengan cara yang sama, sehingga didapatkan tabel sebagai berikut:

Tabel 4.5 Susut umur transformator dari berbagai macam pembebanan

NO Beban (%)

Susut umur (pu/hari)

Umur (tahun)

1 100 4,83 5,79

2 90 1,30 22,26

(15)

Gambar 4. 1 Grafik Hubungan Antara Nilai Susut Umur Dengan Umur Isolasi Transformator

4.3. Analisa Real Dengan Data Yang Ada

4.3.1. Perhitungan-Perhitungan

Berdasarkan data pembebanan Gardu Induk GIS Listrik Medan tahun 2016 dapat diambil sebagai contoh untuk perhitungan pengaruh pembebanan. Data yang diambil adalah data tanggal 30 Nopember tahun 2016 yaitu pada saat penelitian dimulai dengan pembebanan maksimalnya sekitar 75% dari daya terpasang transformator.

Perhitungan-perhitungan untuk pembebanan tanggal 30 Nopember 2016. Seperti terlihat pada Tabel 4.1, besarnya daya pengenal dari trafo yang digunakan 36 MVA / 60 MVA ( ONAN / ONAF ). Besarnya beban trafo pada tanggal 30 Nopember 2016 maksimum terjadi pada jam 16:00, yaitu sebesar 28 MW daya aktif dan 10,7 MVAR daya reaktif.

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%

0 10 20 30 40 50 60 70 80

S

us

ut

U

m

ur

(

%

)

Umur Isolasi Transformator (Tahun)

(16)

Tahapan perhitungan

1. Menghitung daya semu/total S = ��2 ₊_�2

S = �282_{+ 10,7}2 S = 29,97 MVA

2. Menentukan Load Factor

Perbandingan Pembebanan atau Load Factor _{nya adalah}

K = �

��

K = 29,97 36

K = 0,8326 untuk jenis pendingin ONAN

K = �

��

K = 29,97 60

K = 0,49958 untuk jenis pendingin ONAF 3. Menetukan rugi tembaga

Besarnya rugi beban nol adalah 38 KW dan rugi tembaga untuk daya pengenal 60 MVA adalah 220 KW

Besarnya Arus

Untuk daya pengenal 36 MVA Sr = V1 I

Untuk daya pengenal 60 MVA Sr = V1 I1

(17)

I1 =

4. Menentukan perbandingan rugi (d) Untuk daya pengenal 36 MVA

d = 162 38

d = 4,26

Untuk daya pengenal 60 MVA

d = ��

��

d = 220 38

(18)

5. Menentukan kenaikan temperatur stabil oil Δθb = Δθbr

�

1+d K2 1+d

�

Pendingin yang digunakan adalah tipe ONAN/ONAF sehingga nilai Δθbr

Δθ

6. Menentukan kenaikan temperatur top oil

Kenaikan temperatur top oil dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini: Δθbt = Δθb0 + (Δθb – Δθb0) ( 1-e-t/τ )

Pendingin ONAN memiliki nilai τ = 3

Untuk besarnya Δθbo diasumsikan sama dengan Δθb

7. Menentukan selisih temperatur antara hot spot dengan top oil

∆θc = (78−55)0,83262 (0,8) ∆θc = 17,15 0C

8. Menentukan temperatur hot spot

Suhu rata-rata pada bulan Nopember adalah 31 0 θc = θa + ∆θbt + ∆θc

C

(19)

9. Menentukan thermal Ageing

Menentukan Laju Penuaan Thermal Relatif Berdasarkan Persamaan V = 10(θc− 98)/19,93

V = 10(90,69−98)/19,93 V = 0,4298

(20)

(21)

(22)

10. Menghitung Pengurangan Umur Untuk jenis pendingin ONAN L = h

3T { ∑4 Vodd + ∑2Veven + Vn}

L = 1

3 x 24 {4 ( 0,0130 + 0,0112 + 0,0097 + 0,0091 + 0,0079 + 0,0069 +

0,0082 + 0,0139 + 0,0677 + 0,2565 + 0,3544 + 0,3439) +

2 (0,2624 + 0,4169 + 0,3952 + 0,4298 + 0,2833 + 0,1668 +

0,0994 + 0,0630 + 0,0413 + 0,0218 + 0,0110 ) + 0,0108 } L = 0,1222 p.u/hari

Untuk jenis pendingin ONAF L = h

3T { ∑4 Vodd + ∑2Veven + Vn}

L = 1

3 x 24 {4 ( 0,0031 + 0,0029 + 0,0027 + 0,0026 + 0,0025 + 0,0024 +

0,0025 + 0,0031 + 0,0061 + 0,0106 + 0,0121 + 0,0120 ) +

2 (0,0107 + 0,0130 + 0,0127 + 0,0132 + 0,0111 + 0,0089 =

0,0071 + 0,0059 + 0,0049 + 0,0038 + 0,0029) + 0,0028} L = 0,1115 p.u/hari

Dari perhitungan diperoleh bahwa susut umur akibat pengaruh suhu lingkungan diperoleh untuk jenis pendingin ONAN sebesar 0,1222 p.u/hari atau 12,22 % dan jenis pendingin ONAF sebesar 0,1115 p.u/hari atau 11,15%.

Perhitungan umur isolasi transformator pendingin ONAN Sisa umur pada tahun ke n = umur dasar - ( n x susut umur )

2 = umur dasar - ( n x susut umur ) 2 + ( n x susut umur ) = umur dasar

n = umur dasar − 2 susut umur

(23)

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Semakin besar nilai pemebebanan maka semakin besar susut umur suatu transformator dan sebaliknya. Untuk pembebanan sebesar 100%, 90%, dan 80 %. Nilai susut umur terbesar diperoleh pada pembebanan 100% yaitu sebesar 483% dan yang terkecil pada pembebanan 80% yaitu sebesar 39%. 2. Diperoleh dari hasil penelitian bahwa suhu sekitar memengaruhi susut

umur transformator dapat dilihat dari Tabel 4.4. Dengan rentang suhu antara 20 0C hingga 38 0

3. Menurut standar IEC suatu Transformator beroprasi pada suhu lingkungan 20

C pembebanan 100% diperoleh rentang susut umur 100% hingga 800%, pembebanan 90% susut umurnya antara 27% hingga 216%, dan pembebanan 80% susut umurnya antara 8% hingga 65%.

0

C dengan pembebanan maksimum 100% menghasilkan susut umur sebesar 100%. Berdasarkan data real yang ada pada trafo tenaga 3 GIS Listrik Medan pembebanan maksimum pada tanggal 30 Nopember 2016 dengan suhu bulanan 31 0

5.2 Saran

C diperoleh susut umur sebesar 12,22%.

Saran penulis untuk mengembangkan penelitian lebih lanjut untuk kedepannya adalah sebagai berikut :

1. Melakukan penelitian pada trafo yang melakukan pencatatan suhu lingkungan langsung pada lingkungan Transformator.