Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Periode III Yogyakarta, 3 November 2012
ISSN: 1979-911X
PENGUJIAN ISOLASI MINYAK TROFO TEGANGAN TINGGI TERHADAP PERUBAHAN SUHU Slamet Hani1 1
Jurusan Teknik Elektro Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta, e-mail :
[email protected] ABSTRACT
Transformer oil is a liquid oil that is used as insulation and cooling transformer, therefore the purity of transformer oil should always be considered, the temperature must be monitored because it can cause the expansion to allow the contamination due to increased volume, these factors lead to losses that can reduce dielectric strength of the transformer oil thus speeding up the breakdown process. Test methods for determining the voltage of insulation oil breakdown voltage using spherical electrodes, applying the test electrodes from zero up to the breakdown voltage in a span of 10-20 seconds. the distance between electrodes of 2.5 mm and 3 mm. From the test results at 30 º C with a distance of 3 mm and 5 times the test scored an average voltage of 16.32 kV oil fail, much larger than the temperature of 25 º C with an average value of the voltage of 15.54 kV oil fails. While the distance between the ball of 2.5 mm with the same test result in average voltage of 9.52 kV failed oil at 30 º C and at 25 º C is obtained 8.78 kV. Keywords: transformers, electrodes, dielectric.
INTISARI Minyak transformator merupakan cairan minyak yang digunakan sebagai isolasi dan pendingin transformator, oleh sebab itu kemurnian minyak transformator harus selalu diperhatikan, temperatur harus selalu dipantau karena dapat menyebabkan terjadinya pemuaian sehingga memungkinkan terjadinya kontaminasi akibat pertambahan volume, faktor tersebut menyebabkan rugi-rugi dielektrik yang dapat mengurangi kekuatan dielektrik minyak transformator sehingga mempercepat proses breakdown. Metode pengujian untuk menentukan besarnya tegangan dadal dari minyak isolasi dengan menggunakan elektrode berbentuk bola, yaitu menerapkan pada elektroda pengujian dari nol sampai dengan tegangan tembusnya dalam rentang waktu 10 - 20 detik . dengan jarak sela elektroda 2,5 mm dan 3 mm. Dari hasil pengujian pada suhu 30ºC dengan jarak 3 mm dan 5 kali pengujian memperoleh nilai rata-rata tegangan gagal minyak sebesar 16,32 kV, jauh lebih besar dari pada suhu 25ºC yang memiliki nilai rata-rata tegangan gagal minyak sebesar 15,54 kV. Sedangkan jarak sela bola 2,5 mm dengan pengujian yang sama mengahasilkan nilai rata-rata tegangan gagal minyak sebesar 9,52 kV pada suhu 30ºC dan pada suhu 25ºC diperoleh 8,78 kV. Kata kunci : transformator, elektrode, dielektrik.
PENDAHULUAN
Minyak transformator merupakan cairan minyak yang digunakan sebagai isolasi dan pendingin transformator, oleh sebab itu kemurnian minyak transformator harus selalu diperhatikan. Di samping itu temperatur minyak transformator harus selalu dipantau karena dapat menyebabkan terjadinya pemuaian sehingga memungkinkan terjadinya kontaminasi akibat pertambahan volume. Faktor tersebut di atas menyebabkan rugi-rugi dielektrik yang dapat mengurangi kekuatan dielektrik minyak transformator sehingga mempercepat proses breakdown minyak transformator. Bila terjadi pertambahan volume minyak transformator akibat suhu dingin oleh embun air di sekitar trafo yang dikarenakan penurunan dari suhu normal (280C) dan dapat menyebabkan terkontaminasinya minyak transformator akibat embun air tersebut, yang berakibat dapat mempercepat proses breakdown. Kegagalan isolasi (insulation breakdown, insulation failure) disebabkan karena beberapa hal antara lain isolasi tersebut sudah lama dipakai, berkurangnya kekuatan dielektrik B-153
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Periode III Yogyakarta, 3 November 2012
ISSN: 1979-911X
dan karena isolasi tersebut dikenakan tegangan lebih. Pada prinsipnya tegangan pada isolator merupakan suatu tarikan atau tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya dalam isolator itu sendiri agar isolator tidak gagal. Dalam struktur molekul material isolasi, elektron-elektron terikat erat pada molekulnya, dan ikatan ini mengadakan perlawanan terhadap tekanan yang disebabkan oleh tegangan. Bila ikatan ini putus pada suatu tempat maka sifat isolasi pada tempat itu hilang. Bila pada bahan isolasi tersebut diberikan tegangan akan terjadi perpindahan elektronelektron dari suatu molekul ke molekul lainnya sehingga timbul arus konduksi atau arus bocor. Karakteristik isolator akan berubah bila material tersebut kemasukan suatu ketidakmurnian (impurity) seperti adanya arang atau kelembaban dalam isolasi yang dapat menurunkan tegangan gagal (Ariawan, Putu Rusdi, 2010). Bahan isolasi digunakan untuk memisahkan bagian-bagian bertegangan atau bagianbagian yang aktif. Untuk itu sifat kelistrikannya memegang peran yang sangat penting, namun demikian sifat mekanis, sifat termal, ketahanan terhadap bahan kimia serta sifat lainnya perlu diperhatikan (Muhaimin, 1999). Tegangan lompatan api dari isolator sangat dipengaruhi oleh bentuk elektroda dan benda yang ada disekelilingnya. Oleh sebab itu pada waktu pengujian elektroda dan benda yang mengelilinginya harus diatur sedemikian rupa sehingga keadaan yang sebenarnya diturunkan (Artono Arismunandar, 2001). Isolator cair memiliki dua fungsi yaitu sebagai pemisah antara bagian yang bertegangan dan juga sebagai pendingin sehingga banyak digunakan pada peralatan seperti transformator, pemutus tenaga, switchgear. Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan, antara lain adalah isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas, namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi (Artono Arismunandar, 1994). Kekuatan dielektrik merupakan ukuran kemampuan suatu material untuk bisa tahan terhadap tegangan tinggi tanpa berakibat terjadinya kegagalan. Kekuatan dielektrik ini tergantung pada sifat atom dan molekul cairan itu sendiri. Namun demikian dalam prakteknya kekuatan dielektrik tergantung pada material dari elektroda, suhu, jenis tegangan yang diberikan, gas yang terdapat dalam cairan dan sebagainya yang dapat mengubah sifat molekul cair. Dalam isolasi cairan kekuatan dielektrik setara dengan tegangan kegagalan yang terjadi Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah: - Untuk mengetahui ketahanan isolasi minyak transformator pada suhu dingin. - Untuk mengetahui pengaruh suhu dingin terhadap kemurnian minyak transformator. Dengan melakukan penelitian Analisis mekanisme kegagalan isolasi minyak trafo pada suhu dingin, diharapkan dapat membantu memudahkan menganalisa isolator listrik yang ada, terutama isolator cair. Serta untuk mengetahui bagaimana kinerja minyak dalam mengisolasi serta mendinginkan transformator dan apa saja yang mempengaruhi kinerja dari minyak transformator. METODE
Metode yang digunakan dengan cara pengujian waktu singkat (Short Time Test) yaitu menerapkan pada elektroda pengujian dari nol sampai dengan tegangan tembusnya dalam rentang waktu 10 - 20 detik, kecepatan kenaikan tegangan dalam penelitian ini sebesar 1,5 kV/detik. B-154
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Periode III Yogyakarta, 3 November 2012
ISSN: 1979-911X
Pelaksanaan untuk pengujian kekuatan dielektrik (dielektrik strength) minyak dengan jarak sela elektroda 2,5 mm dan 3 mm dan diletakkan dalam tempat minyak (oil tank). Adapun langkah-langkah dalam pengujian sebagai berikut: 1. Menyiapkan rangkaian pembangkit dan pengukuran tegangan tinggi serta tempat pengujian (sel tes). 2. Membersihkan sel tes dengan minyak isolasi untuk memastikan tidak adanya zat pengotor dalam tempat tersebut 3. Menurunkan suhu minyak transformator dengan proses pendinginan, dimulai dari pengujian suhu ruangan 28ºC terlebih dahulu, hal ini dimaksudkan supaya mengetahui tegangan tembus pada suhu norma. 4. Memindahkan minyak isolasi yang telah diturunkan suhunya ke sel tes, dengan terlebih dahulu mengatur sela elektroda 2,5 mm dan 3 mm karena dalam pengujian ini dilakukan perbedaan jarak sela elektroda, ukur kembali suhu minyak dalam sel tes, bila suhu masih dibawah suhu yang dikehendaki, biarkan sebentar sampai suhu naik mencapai yang dikehendaki sambil menunggu tidak adanya gelembung-gelembung udara pada minyak isolasi dalam sel tes. 5. Tegangan diterapkan pada elektroda dinaikkan dengan 1,5 kV/detik mulai dari nol sampai harga yang menunjukkan tegangan gagal (breakdown voltage), kemudian dicatat berapa tegangan ketika terjadi flash over, tegangan tembus untuk tiap-tiap suhu minyak. Tes dilakukan sebanyak 5 kali untuk setiap pengujian, dimulai dari suhu 0ºC setelah tiap breakdown terjadi suhu minyak diukur untuk pengujian suhu yang selanjutnya, berulangulang dengan kelipatan 5 sampai dengan suhu 25ºC. 6. Setelah pengujian selesai rangkaian dibuka secara normal (di ground), bila lompatan busur api transien terjadi diantara 2 elektroda. Elektroda dalam sel dibersihkan dengan kain kasa yang bersih, kering untuk menghilangkan karbon yang dihasilkan oleh aksi busur api, dan menuang kembali minyak yang sudah didinginkan untuk pengujian yang selanjutnya. Tegangan breakdown adalah tegangan yang dicapai saat terjadi lompatan api/busur diantara dua elektroda. Dari 5 kali pengetesan yang dilakukan, diambil nilai rata-rata nilai tegangan gagal. Kekuatan dielektrik merupakan rata-rata dari tegangan gagal dibagi dengan lebar sela. PEMBAHASAN
Dari hasil pengujian dengan jarak sela bola 2,5 mm dan 3 mm, kelembaban udara : 70%, tekanan udara : 980 mmHg dan volume minyak: 225 ml. menghasilkan suatu nilai tegangan gagal pada isolasi minyak. Adapun Hasil Tegangan Uji Kegagalan Isolasi Pada Minyak Trafo Dengan JarakSela Bola 2,5 mm Yang Dilakukan Sebanyak 5 Kali.
B-155
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Periode III Yogyakarta, 3 November 2012
ISSN: 1979-911X
Tabel 1. Hasil Tegangan Uji Kegagalan Isolasi Pada Minyak Trafo Dengan Jarak Sela Bola 2,5 mm Yang Dilakukan Sebanyak 5 Kali. No
Suhu ºC
1 2 3 4 5 6 7
30 ºC 25 ºC 20 ºC 15 ºC 10 ºC 5 ºC 0 ºC
I 9,4 8,7 8,4 7,9 7,3 6,9 6,4
Tegangan Gagal (kV) II III 9,3 9,7 8,7 8,9 8,4 8,2 7,8 7,9 7,3 7,3 6,9 6,8 6,3 6,2
Tabel 2. Nilai Rata-rata Tegangan Gagal Minyak SUHU ºC 30 ºC 25 ºC 20 ºC 15 ºC 10 ºC 5 ºC 0 ºC
Nilai Rata-Rata Tegangan Gagal (kV) 9,52 8,78 8,34 7,82 7,26 6,82 6,24
Tabel 3.Tegangan gagal isolasi minyak berdasarkan persamaan regresi
IV 9,5 8,8 8,3 7,7 7,2 6,7 6,2
V 9,7 8,8 8,4 7,8 7,2 6,8 6,1
SUHU ºC
Rata-Rata Regresi Tegangan Gagal (kV)
30 ºC
9,415
25 ºC
8,885
20 ºC
8,335
15 ºC
7,825
10 ºC
7,295
5 ºC
6,765
0 ºC
6,235
Gambar 1. Kurva regresi pengujian tegangan gagal isolasi minyak
B-156
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Periode III Yogyakarta, 3 November 2012
ISSN: 1979-911X
Tabel 4.Hasil Tegangan Uji Kegagalan Isolasi Pada Minyak Trafo Dengan Jarak Sela Bola 3 mm Yang Dilakukan Sebanyak 5 Kali
No
Suhu ºC
1
Tegangan Gagal Isolasi Minyak (kV) I
II
III
IV
V
30 ºC
16,7
16,3
16,1
16,2
16,3
2
25 ºC
15,8
15,3
15,3
15,4
15,9
3
20 ºC
14,7
14,8
14,3
14,3
14,3
4
15 ºC
13,9
13,3
13,2
13,8
13,7
5
10 ºC
12,7
12,7
12,1
12,8
12,3
6
5 ºC
11,7
11,7
11,2
11,6
11,2
7
0 ºC
10,6
10,7
10,2
10,2
10,1
Tabel 5. Nilai Rata-rata Tegangan Gagal Minyak SUHU ºC 30 ºC 25 ºC 20 ºC 15 ºC 10 ºC 5 ºC 0 ºC
Tabel 6. Tegangan gagal isolasi minyak berdasarkan persamaan regresi
Nilai Rata-Rata Tegangan Gagal (kV) 16,32 15,54 14,48 13,58 12,52 11,48 10,36
Suhu ºC 30 ºC 25 ºC 20 ºC 15 ºC 10 ºC 5 ºC 0 ºC
Rata-Rata Regresi Tegangan Gagal (kV) 16,44 15,445 14,45 13,445 12,46 11,465 10,47
Gambar 2. Kurva regresi pengujian tegangan gagal isolasi minyak
B-157
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Periode III Yogyakarta, 3 November 2012
ISSN: 1979-911X
KESIMPULAN
Dengan hasil penelitian mengenai tegangan tembus yang terjadi pada isolator minyak transformator, dapat disimpulkan: 1. Kemampuan isolator minyak transformator menahan tegangan dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya perubahan suhu, kemurnian unsur material sewaktu proses pembuatan, terjadinya kontaminasi ketika isolator bekerja menahan tegangan, kadar asam, kadar air, kadar endapan, viscositas dan faktor-faktor lainnya. 2. Pada pengujian dengan perubahan lebar sela dapat disimpulkan bahwa semakin besar sela makin tinggi tegangan yang mampu ditahannya karena pada saat lebar sela antara dua elektroda sama dengan nol, berarti rangkaian terhubung singkat. Apabila semakin jauh, makan arus hubung singkatnya akan semakin jauh. 3. Pengaruh suhu pada isolator minyak transformator yaitu akan menghasilkan tegangan tembus yang semakin kecil apabila suhunya semakin rendah, karena suhu sangat mempengaruhi kekentalan minyak tersebut. Hal itu bisa dilihat pada hasil yang diperoleh dari pengujian pada suhu 30ºC dengan jarak 3 mm dan 5 kali pengujian memperoleh nilai rata-rata tegangan gagal minyak sebesar 16,32 kV. Itu jauh lebih besar daripada suhu 25ºC yang memiliki nilai rata-rata tegangan gagal minyak sebesar 15,54 kV. 4. Kekentalan sangat mempengaruhi kecepatan aliran minyak di dalam transformator. Dan kecepatan aliran tersebut sangat mempengaruhi kekuatan listrik karena dapat mempercepat perkembangan percikan bunga api di dalam minyak tersebut. Apabila suhu semakin dingin maka, kekentalan juga akan semakin tinggi. Serta apabila suhu semakin dingin maka kandungan air dalam minyak tersebut akan semakin naik. DAFTAR PUSTAKA
Abdul Syamsir, 2003, “Teori Kegagalan Isolasi”, Universitas Trisakti. Ariawan Putu Rusdi, 2010, “Analisis Kegagalan Minyak Transformator”, Universitas Udayana Denpasar. Artono Arismunandar, 1983, “Teknik Tegangan Tinggi”, Fakultas Teknik UI. Awaluddin Ahmad, 2006, “Analisis Kegagalan Isolasi Cair dengan Pengujian Tegangan Tembus Minyak Baru dan Lama”, IST-Akprind Yogyakarta. Hanung Sayogi, 2010, “Analisis Mekanisme Kegagalan Isolasi Pada Minyak Trafo Menggunakan Elektroda Berpolaritas Berbeda Pada Jarum – Bidang” , Teknik Elektro Universitas Diponegoro Semarang. Muhaimin, 1999, “Bahan-Bahan Listrik”, Pradnya Paramita, Jakarta.
B-158
