UNIVERSITAS INDONESIA. ANALISIS KONDISI HASIL PENGUKURAN IBT 1 500/150 kv DALAM KEADAAN PADAM PADA GITET GANDUL SKRIPSI BAHRI ZEN

Transkripsi

1 UNIVERSITAS INDONESIA ANALISIS KONDISI HASIL PENGUKURAN IBT 1 500/150 kv DALAM KEADAAN PADAM PADA GITET GANDUL SKRIPSI BAHRI ZEN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO DEPOK JULI 2011

2 UNIVERSITAS INDONESIA ANALISIS KONDISI HASIL PENGUKURAN IBT 1 500/150 kv DALAM KEADAAN PADAM PADA GITET GANDUL SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik BAHRI ZEN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO DEPOK JULI 2011

3 HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk telah saya nyatakan dengan benar. Nama : Bahri Zen NPM : Tanda Tangan : Tanggal : 11 Juli 2011 ii

4 iii

5 KATA PENGANTAR Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-nya, saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro pada Fakultas Teknik. Saya menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ir. I Made Ardita Y M.T. selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan arahan, bimbingan, dan diskusi sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik; 2. Orang tua dan keluarga tercinta yang telah memberikan bantuan doa, moril, maupun materiil; 3. Staff operasional dan pemeliharaan PT PLN Persero RJKB Gandul; 4. Sahabat-sahabat dekat atas dukungan moril yang telah diberikan; 5. Rekan-rekan di Departemen Teknik Elektro yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan skripsi ini. Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga skripsi ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu. Depok, 11 Juli 2011 Penulis iv

6 v

7 ABSTRAK Nama Program Studi Judul Skripsi : Bahri Zen : Teknik Elektro : Analisis Kondisi Hasil Pengukuran IBT 1 500/150 kv dalam Keadaan Padam pada GITET Gandul Sebagai perusahaan listrik milik negara, PT PLN persero berusaha untuk menyuplai energi listrik secara optimal. Untuk menjaga kualitas energi listrik yang disalurkan, sistem pengaman dan pemeliharaan perlatan listrik suatu gardu induk sangat diperlukan. Pengujian pada transformator dilakukan untuk menjaga durability dan reliability dari sebuah sistem tenaga listrik terutama transformator daya yang berperan penting dalam penyaluran tenaga listrik. Untuk itu diperlukan pengujian transformator daya secara berkala. Sehingga jika ditemukan ketidaknormalan pada suatu transformator, dapat segera dilakukan penyelidikan lebih lanjut. Dengan demikian tidak akan terjadi kegagalan saat transformator beroperasi. Kata kunci : Transformator daya, pengujian vi

8 ABSTRACT Name Study Program Judul Skripsi : Bahri Zen : Electrical Engineering : Off-line Measurement Analysis of IBT 1 500/150 kv at GITET Gandul As state-owned enterprises, PT PLN persero manage to supply the electric energy optimally. In order to utilize and maintain the quality of the electrical energy, a system of maintenance and protection of substation electrical equipment are required. Transformer testing performed to maintain the durability and reliability of power system, especially power transformers that have an important role in the distribution of electricity. Therefor, periodic testing of power transformer is needed, so that in case there is an abnormality on the transformer, a further investigation can be done immediately. thus the failure of the transformer during operation can be avoided. Keywords : Power Transformer, Testing vii

9 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii KATA PENGANTAR... iv HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR... v ABSTRAK... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xi BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penulisan Pembatasan Masalah Sistematika Penulisan Sistematika Penulisan... 2 BAB 2 DASAR TEORI Pengertian Sistem Tenaga Listrik Pengertian dan Fungsi Transformator Bagian-bagian Transformator dan Fungsinya Pengertian Bahan Isolasi Tingkat Ketahanan Isolasi... 8 BAB 3 POLA UJI TRANSFORMATOR DALAM KEADAAN PADAM Pengertian Pengujian Transformator Pengujian Transformator dalam Keadaan Padam Pengujian pada Belitan Transformator Pengujian pada Bushing Pengujian pada OLTC Pengujian Tegangan Tembus Minyak Spesifikasi Peralatan (Standard Uji) Pengujian Tahanan Isolasi Pengujian Tangen Delta Pengujian Tahanan Belitan (R dc) Pengujian OLTC Pengujian Tegangan Tembus Minyak BAB 4 ANALISIS DATA PENGUKURAN TRANSFORMAOTR DALAM KEADAAN PADAM Operasi Kerja Transformator Kondisi Pengukuran Analisis Data BAB 5 KESIMPULAN DAFTAR REFERENSI viii

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Perubahan level tegangan dari pembangkit sampai konsumen... 3 Gambar 2.2 Prinsip kerja transformator... 4 Gambar 2.3. Inti besi... 5 Gambar 2.4 Belitan trafo... 5 Gambar 2.5 Bushing... 5 Gambar 2.6 Konservator dan Silica gel... 6 Gambar 2.7 OLTC pada transformator... 7 Gambar 3.1. alat ukur megaohmmeter Gambar 3.2. Rangkaian ekivalen isolasi dan diagram phasor arus pengujian tangen delta Gambar 3.3. Rangkaian ekivalen isolasi trafo Gambar 3.4. Skema rangkaian pengujian tan delta trafo Gambar 3.5. Micro Ohmmeter Gambar 3.6. Rangkaian jembatan Wheatstone Gambar 3.7. Skema rangkaian pengujian Tahanan dc dengan micro ohmmeter Gambar 3.8. Skema rangkaian pengujian Tahanan dc dengan jembatan wheatstone Gambar 3.9. Struktur bushing Gambar Diagram pengujian tangen delta C1 pada bushing Gambar Diagram pengujian tangen delta C2 pada bushing Gambar Diagram pengujian tangen delta hot collar pada bushin Gambar Gambar On-load Tap Changer Gambar 4.1. IBT ELIN 500/150 kv 500 MVA Gambar 4.2. Kurva dari komponen arus total yang muncul saat pengukuran tahanan isolasi Gambar 4.3. Arus bocor Iv dan Ip pada bahan isolasi Gambar 4.4. llustrasi perhitungan resistansi Gambar 4.5 hubungan vektor tegangan dan arus Gambar 4.6 Kurva tan δ terhadap suhu ( o t) pada porselen ix

11 DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Evaluasi dan rekomendasi metoda index polarisasi pada pengujian tahanan isolasi Tabel 3.2. Evaluasi dan rekomendasi pengujian tangen delta Tabel 3.3. Evaluasi dan rekomendasi pengujian OLTC Tabel 3.4 Justifikasi kondisi pada pengujian kualitas minyak Tabel 3.5 Kategori peralatan berdasarkan tegangan operasinya Tabel 4.1.a Nameplate - three-winding Transformer fasa-r Tabel 4.1.b Nameplate - three-winding Transformer fasa-s Tabel 4.1.c Nameplate - three-winding Transformer fasa-t Tabel 4.2 Kondisi Pengukuran Interbus Transformer! (IBT!) Tabel 4.3 Tabel Pengukuran Indeks Polarisasi IBT Tabel 4.4 Tabel Pengukuran Tangen Delta pada Isolasi Belitan Tabel 4.5 Tabel Pengujian Tegangan Tembus Minyak Tabel 4.6 Standard Minyak sebagai isolasi pada transformator Tabel 4.7a Pengujian Tangen Delta pada Bushing C Tabel 4.7b Pengujian Tangen Delta pada Bushing C Tabel 4.8 Pengujian Tahanan Belitan Tabel 4.9 Pengujian OLTC continuity test x

12 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Gardu Induk merupakan kumpulan peralatan listrik tegangan tinggi yang mempunyai fungsi dan kegunaan dari masing-masing peralatan yang satu sama lain saling terkait sehingga penyaluran energi listrik dapat terlaksana dengan baik. Salah satu peralatan utama yang terdapat di Gardu Induk adalah transformator daya. Pemeliharaan dan pengoperasian yang tidak benar terhadap transformator daya akan memperpendek umur transformator daya dan akan menimbulkan gangguan-gangguan pada saat beroperasi sehingga kontinuitas penyaluran menjadi tidak lancar. 1.2 Tujuan Penulisan Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk menganalisis kondisi transformator melalui data hasil pengukuran transformator daya yang terdapat di Gardu Induk Tegangan Extra Tinggi 500 kv Gandul. Untuk dapat mencapai tujuan tersebut maka dilakukan pengukuran pada Interbus Transformer 1 dalam keadaan padam (off-line). pengukuran yang dilakukan meliputi pengukuran tahanan isolasi belitan, pengukuran tangen delta pada bushing dan isolasi belitan, pengukuran tahanan belitan (R dc test), OLTC contonuity test dan pengujian tegangan tembus minyak transformator. Data yang didapat selanjutnya akan dianalisis dengan standard yang ada dan berbagai referensi untuk menentukan kondisi keseluruhan dari Interbus Transformer Pembatasan Masalah Makalah ini disusun untuk mempelajari jenis dan bagian-bagian transformator daya yang terdapat di GITET 500 kv Gandul. Untuk mempersempit masalah, maka hanya dibahas mengenai pengujian pada transformator daya Metodelogi Penulisan 1

13 2 Dalam penulisan skripsi ini digunakan beberapa cara dalam melakukan pengumpulan data, yaitu: 1. Studi Literatur Dalam metode ini digunakan landasan teori dari beberapa buku dan referensi yang berhubungan dengan topik yang akan dibahas. Selain beberapa buku sebagai sumber pustaka didapatkan juga dari situs-situs internet (open source). Dan sengan melakukan bimbingan kepada dosen yang ditunjuk serta melakukan diskusi dengan teman. 2. Observasi/ Pengamatan Melakukan pengamatan langsung di lapangan, yaitu di P3BJB PT PLN Persero. 3. Wawancara Langsung Melakukan wawancara langsung dengan narasumber staf operasional dan pemeliharaan PT PLN Persero Sistimatika Penulisan Sistematika penulisan skripsi ini terbagi menjadi 5 (lima) bab, yaitu: BAB I PENDAHULUAN Berisi latar belakang, masalah, tujuan penulisan, pembatasan masalah, serta metode dan sistematika penulisan. BAB II LANDASAN TEORI Berisi penjelasan tentang sistem tenaga listrik, teori daya, teorii arus dan tegangan. BAB III POLA UJI TRANSFORMATOR DALAM KEADAAN PADAM Berisi tentang pengertian pengujian transformator dalam keadaan padam beserta tujuan dan cara melakukannya, juga disertai dengan standard yang dipakai dalam menganalisis suatu data hasil pengujian transformator dalam keadaan padam. BAB IV ANALISIS DATA PENGUKURAN TRANSFORMATOR DALAM KEADAAN PADAM Berisi analisis data hasil pengukuran transformator dalam padamuntuk mengetahui kondisi IBT 1 500/150 kv pada GITET Gandul. BAB V Kesimpulan

14 BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian Sistem Tenaga Listrik Sistem tenaga listrik merupakan suatu sistem yang mengubah suatu macam energi menjadi energi listrik dan mentransmisikannya kepada konsumen. Pembangkitan dan transmisi listrik relatif efisien dan murah, meskipun listrik sulit disimpan seperti bentuk energi yang lain. Sehingga listrik harus digunakan pada saat yang sama dengan waktu produksinya. Sistem tenaga listrik modern terdiri dari enam komponen utama, yaitu 1. Stasiun pembangkit (Generator) 2. Trafo untuk menaikkan tegangan listrik yang dibangkitkan yang digunakan pada saluran transmisi 3. Saluran transmisi 4. Gardu (trafo) dimana tegangan diturunkan pada saluran distribusi 5. Saluran distribusi 6. Trafo yang menurunkan tegangan distribusi ke level tegangan yang digunakan oleh peralatan listrik konsumen Berikut ini adalah diagram yang menunjukkan perubahan level-level tegangan dari pembangkit sampai ke konsumen : Gambar 2.1. Perubahan level tegangan dari pembangkit sampai konsumen [1] 3

15 4 2.2 Pengertian dan Fungsi Transformator Transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk menyalurkan daya/tenaga listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. 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). 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 (Gambar 2.2). Gambar 2.2 Prinsip kerja transformator [2] Berdasarkan fungsinya transformator tenaga dapat dibedakan menjadi: Trafo pembangkit Trafo gardu induk / penyaluran Trafo distribusi 2.3 Bagian bagian transformator dan fungsinya 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 di susun sedemikian rupa.

16 5 Gambar 2.3. Inti besi [3] 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 2.4 Belitan trafo [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. Gambar 2.5 Bushing [3]

17 6 Secara garis besar bushing dapat dibagi menjadi empat bagian utama yaitu isolasi, konduktor, klem koneksi, dan asesoris Oil preservation & expansion (Konservator) 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. Gambar 2.6 Konservator dan Silica gel [3] Seiring dengan naik turunnya volume minyak di konservator akibat pemuaian dan penyusutan minyak, volume udara didalam konservator pun akan bertambah dan berkurang. Penambahan atau pembuangan udara didalam 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 Dielektrik ( Minyak isolasi transformator & Isolasi kertas ) Minyak isolasi pada transformator berfungsi sebagai media isolasi, pendingin dan pelindung belitan dari oksidasi. Minyak isolasi trafo merupakan minyak mineral yang secara umum terbagi menjadi tiga jenis, yaitu parafinik, napthanik dan aromatik. Antara ketiga jenis minyak dasar tersebut tidak boleh dilakukan pencampuran karena memiliki sifat fisik maupun kimia yang berbeda.

18 Pengubah Belitan 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 ratio 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 trafo tidak berbeban (Off load tap changer). Tap changer terdiri dari : Kontak selektor Kontak diverter Tahanan transisi Keterangan : 1. Kompartemen kontak diverter 2. Kontak selektor Gambar 2.7 OLTC pada transformator [3] 2.4 Pengertian Bahan Isolasi Bahan isolasi merupakan peralatan yang digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan atau bagian-bagian yang aktif. Bahan isolasi dibedakan menjadi: bahan isolasi gas, bahan isolasi padat, bahan isolasi cair. Pada dasarnya suatu bagian yang aktif peralatan listrik harus diisolasi sehingga mempunyai sistem keamanan dan kenyamanan. bahan isolasi cair (liquid

19 8 insulation material) telah digunakan sebagai bahan pengisi pada peralatanperalatan listrik seperti transformator, kapasitor, pemutus beban (circuit breaker). Fungsi bahan ini selain sebagai islolasi juga berfungsi sebagai pendingin bagi peralatan. Oleh karena itu bahan-bahan isolasi cair yang akan digunakan harus mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas yang tinggi serta sifat listrik dan sifat kimia yang dapat menunjang ketahanan isolasi tersebut. Koordinasi isolasi dapat di definisikan sebagai korelasi antara daya isolasi alat-alat dan sirkuit listrik disatu pihak, dan karakteristik alat-alat pelindungnya dilain pihak, sehingga isolasi tersebut terlindung dari bahaya-bahaya tegangan lebih. Koordinasi isolasi dilakukan dengan menentukan kesesuaian yang diperlukan antara daya isolasi alat-alat listrik dan karakteristik alat-alat pelindung terhadap tegangan lebih, yang masing-masing ditentukan oleh tingkat ketahanan impuls dan tingkat perlindungan impulsnya.koordinasi isolasi mempunyai tujuan untuk perlindungan terhadap peralatan dan penghematan. Beberapa sistem yang perlu diperhatikan dalam koordinasi isolasi adalah: 1. Penentuan sifat gangguan 2. Penentuan daya isolasi petralatan seperti: isolator, bushing, dan transformer. 3. Penentuan tegangan impuls standart. 4. Karakteristik alat-alat pelindung seperti CB, Arrester. 5. Penentuan tingkat isolasi impuls dasar ( BIL ) yang disingkat Basic Impuls Insulation Level. Bil ini merupakan suatu besar tegangan yang masih mampu ditahan oleh peralatan listrik, atau kemampuan peralatan listrik menahan tegangan maksimum pada saat terjadi tegangan lebih. 2.5 Tingkat Ketahanan Isolasi (Basic Impuls Insulation Level/BIL) Ketahanan isolasi minyak dapat dipengaruhi oleh kondisi iklim, yaitu berupa suhu dan kelembaban udara disekitarnya. Oksigen yang terdapat di udara dan suhu minyak yang tinggi dapat menyebabkan oksidasi pada permukaan minyak yang cenderung meningkatkan keasaman minyak. Kadar asam yang terdapat dalam minyak adalah merupakan ukuran kerusakan (deteriorasi) bahan isolasi. Jika keasaman minyak tinggi, maka terjadi endapan pada dinding trafo

20 9 maupun pada lapisan isolasi belitan sehingga mempersulit proses pendinginan. Suatu endapan dengan ketebalan 0,2 mm - 0,4 mm dapat menaikkan suhu 10 o C 15 o C. Selain itu endapan-endapan ini akan meningkatkan kemungkinan terjadinya bunga api antara bagian-bagian transformator yang terbuka. Bila dalam minyak terdapat kelembaban, maka akan terbentuk jalur-jalur yang membuka jalan terhadap terjadinya hubung singkat. Kelembaban tidak hanya menurunkan ketahanan isolasi minyak, tetapi kelembaban juga diserap oleh bahan isolasi lain seperti isolasi belitan, sehingga dapat merusak gulungan kawat tembaga transformator. Pemeliharaan minyak transformator secara berkala sangat penting untuk mencegah terjadinya kerusakan isolasi dengan konsekuensi pemadaman. Sebuah transformator yang bekerja dengan baik selama sekian tahun, dapat mengalami kerusakan seketika disebabkan oleh kegagalan isolasi. Pemeliharaan yang dilakukan secara teratur pada minyak transformator merupakan cara yang paling baik untuk mempertahankan kondisi operasional sebuah transformator sehingga masa pemanfaatan menjadi relatif panjang.

21 Bab III POLA UJI TRANSFORMATOR DALAM KEADAAN PADAM 3.1 Pengertian Pengujian Transformator Pengujian transformator pada gardu induk adalah kegiatan untuk mengumpulkan informasi kondisi sebuah transformator. Dari data yang didapat nantinya akan dilakukan analisis dan evaluasi yang akan menentukan tindakan selanjutnya. Secara tidak langsung pengujian ini bertujuan untuk mempertahankan kondisi dan meyakinkan bahwa transformator dapat berfungsi sebagai mana mestinya, sehingga dapat mempertahankan reliability, availability dan efficiency sistem secara keseluruhan. Faktor yang paling dominan dalam suatu peralatan listrik tegangan tinggi adalah pada sistem isolasi. Isolasi pada transformator meliputi isolasi keras (padat), dan isolasi minyak (cair). Isolasi merupakan bagian terpenting dan sangat menentukan umur suatu transformator. Pengujian pada transformator dibagi menjadi dua, yaitu pengujian transformator saat kondisi bertegangan dan pengujian transformator dalam keadaan padam. Pengujian transformator dalam keadaan bertegangan mempunyai tujuan untuk mengetahui kondisi transformator tanpa melakukan pemadaman. Pengujian yang dilakukan meliputi : 1. Thermovisi / Thermal Image 2. Dissolve Gas analysis (DGA) 3. Pengujian kualitas minyak isolasi (karakteristik) 4. Pengujian Furan 5. Pengujian Corrosive Sulfur 6. Pengujian Partial Discharge 7. Vibrasi dan Noise Pengujian transformator dalam keadaan padam (off-line) adalah pengujian yang dilakukan pada saat transformator dalam keadaan tidak bertegangan. Pengujian ini dilakukan secara berkala, dalam hal ini dilakukan dua tahun sekali 10

22 11 (dua tahunan), dan berpedoman pada instruction manual dari pabrik pembuat transformator, standard-standard yang ada (IEC, CIGRE, ANSI, dll) dan pengalaman operasional dilapangan. Pengujian transformator dalam keadaan padam juga dilakukan saat inspeksi ketidaknormalan atau saat dimana transformator mengalami unjuk kerja rendah ketika beroperasi. Pengujian ini dilakukan pada komponen-komponen transformator yang sangat vital, seperti bushing, kumparan atau belitan, on-load tap changer (OLTC) dan sistem proteksi internal pada transformator. Pengujian-pengujian ini akan dibahas pada sub bab berikutnya. 3.2 Pengujian Transformator dalam Keadaan Padam Pengujian pada Belitan / Kumparan Transformator Pada belitan dilakukan tiga macam pengujian, yaitu pengukuran tahanan isolasi, pengukuran tangen delta dan pengukuran tahanan belitan (R dc test). 1. Pengukuran Tahanan Isolasi Belitan Pengukuran tahanan isolasi pada belitan bertujuan untuk mengetahui kondisi isolasi atara dua belitan atau antara belitan dan ground. Dengan memberikan sumber arus DC akan didapatkan tahanan isolasi dalam megaohm. Dalam hal ini digunakan alat yang bernama Megaohm meter yang biasanya memiliki kapasitas pengujian sebesar 500, 1000 atau 2500 kv. Gambar 3.1. alat ukur megaohmmeter [1] Tahanan isolasi yang diukur merupakan fungsi dari arus bocor yang menembus isolasi atau arus yang melalui jalur bocor pada permukaan eksternal. Oleh karena itu, hal ini dipengaruhi oleh suhu, kelembaban dan jalur bocor pada permukaan dipengaruhi oleh kotoran yang menempel pada isolasi. Kebocoran

23 12 arus memang tidak dapat dihindari, tetapi harus memenuhi syarat dan ketentuan yang berlaku. 2. Pengukuran Tangen Delta Isolasi Belitan Kegagalan yang terjadi pada peralatan listrik tegangan tinggi yang sedang beroperasi seringkali disebabkan oleh kondisi isolasi yang memburuk karena terjadi kegagalan yang terjadi pada bagian-bagiannya. Tan delta atau sering disebut sudut kehilangan atau pengujian faktor disipasi adalah metoda diagnostik secara elektikal untuk mengetahui kondisi isolasi. Jika isolasi bebas dari cacat, maka isolasi tersebut akan bersifat kapasitif sempurna seperti halnya sebuah isolator yang berada diantara dua elektroda pada sebuah kapasitor. Sebuah kapasitor sempurna arusnya akan mendahului tegangan dengan sudut 90 0 apabila diberikan sebuah sumber AC. Jika ada kontaminasi pada isolasi, maka nilai tahanan dari isolasi berkurang dan berdampak kepada tingginya arus resistif yang melewati isolasi tersebut. Isolasi tersebut tidak lagi merupakan kapasitor sempurna. Tegangan dan arus tidak lagi bergeser 90 o tapi akan bergeser kurang dari 90 o. Besarnya selisih pergeseran dari 90 o merepresentasikan tingkat kontaminasi pada isolasi. Dibawah merupakan gambar rangakaian ekivalen dari sebuah isolasi dan diagram phasor arus kapasitansi dan arus resistif dari sebuah isolasi. Dengan mengukur nilai Ir / Ic dapat diperkirakan kualitas dari isolasi. Pada isolasi yang sempurna, sudut akan mendekati nol. Menigkatnya sudut mengindikasikan meningkatnya arus resistif yang melewati isolasi yang berarti kontaminasi. Semakin besar sudut semakin buruk kondisi isolasi. Ir R Ic C Gambar 3.2. Rangkaian ekivalen isolasi dan diagram phasor arus pengujian tangen delta [2]

24 13 Sistem isolasi trafo secara garis besar terdiri dari isolasi antara belitan dengan ground dan isolasi antara dua belitan. Primer Ground Sekunder Ground Tertier Ground Primer Sekunder Sekunder Tertier Primer Tertier Input A Input B oltc conservator HV radiator Gambar 3.3. Rangkaian ekivalen isolasi trafo [2] Gambar 3.4. Skema rangkaian pengujian tan delta trafo[2] Prosedur pengujian tan delta pada isolasi belitan adalah sebagai berikut : 1. Bersihkan transformator dan isolasinya. 2. Lepaskan seluruh konduktor pada bushing 3. Short-circuit bushing HV dan LV dengan jumper. 4. Hubungkan kabel kontrol HV, LV dan kabel ground dari alat uji ke objek uji 5. Mulai pengujian. 6. Uji pada tap yang berbeda jika ada.

25 14 3. Pengukuran tahanan belitan (R dc) Kumparan pada transformator merupakan gulungan dari konduktor, sehingga terdapat tahanan impedansi yang terdiri dari tahanan listrik induktansi (X L ) dan tahanan listrik murni (R). Pengukuran yang menggunakan sumber AC akan didapat Z = R + jx Sedangkan untuk mendapatkan nilai tahanan murni (R) dapat dilakukan dengan memberikan sumber DC pada belitan transformator. Pengujian tahanan belitan (R dc) selain untuk mendapatkan nilai tahanan belitan murni (R) juga dilakukan untuk mengetahui apakah sambungansambungan pada belitan, termasuk kontak-kontak pada tap-changer, dalam kondisi baik atau tidak. Gambar 3.5. Micro Ohmmeter [2] Peralatan yang digunakan adalah Microohm meter dengan skala µω, mω sampai dengan Ω. Dengan sistem tegangan Volt dan skala arus 0.01, 1 dan 10 Ampere.prosedur pengujian tahanan belitan transformator adalah sebagai berikut : 1. Pastikan objek uji tidak bertegangan. 2. Sebelum pengukuran tahanan belitan transformator, energi yang tersimpan pada objek uji harus dibuang terlebih dahulu dengan cara mentanahkan terminal bushing. 3. Untuk keamanan alat ukur, salah satu terminal transformator harus diground. 4. Bersihkan permukaan yang akan diukur.

26 15 5. Pastikan kontak antara kabel pengukuran dengan alat tersambung dengan baik. 6. Pilih skala yang sesuai. 7. Bila tidak dapat memperkirakan besarnya tahanan alat uji pada skala tertinggi. 8. Jalankan. Alat lainnya yang digunakan adalah jembatan wheatstone yang umumnya dipakai pada trafo-trafo berdaya rendah. Pada alat ini terdiri dari sebuah galvanometer, 2 buah tahanan yang nilainya tetap (R1 & R2) dan sebuah tahanan yang nilainya variable dengan lokasi bersebrangan dengan tahanan belitan yang akan diuji (Rx). Gambar 3.6. Rangkaian jembatan Wheatstone [7] Dengan memposisikan nilai dari tahanan variable sampai nilai pada galvanometer menunjukan nilai nol (arus seimbang, dimana nilai Rx sama dengan nilai tahanan variable), dapat diketahui berapa nilai pasti dari tahanan belitan yang diukur. R T S R T S

27 16 Gambar 3.7. Skema rangkaian pengujian Tahanan dc dengan micro ohmmeter [7] R T S R T S Gambar 3.8. Skema rangkaian pengujian Tahanan dc dengan jembatan wheatstone Pengujian pada 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. Isolator pada bushing inilah yang diuji dengan pengukuran tangen delta. Pengukuran tangen delta pada bushing bertujuan untuk mengetahui kondisi isolasi pada C1 (isolasi antara konduktor dengan center tap) yang menggambarkan kondisi isolasi kertas bushing, C2 (isolasi antara center tap dengan Ground) yang menggambarkan kondisi isolasi minyak bushing. Pengujian hot collar dilakukan untuk mengetahui kondisi keramik. Gambar 3.9. Struktur bushing[8]

28 17 (C1 adalah isolasi antara tap electrode dengan konduktor, C2 adalah isolasi antara tap electrode dengan ground) Gambar Diagram pengujian tangen delta C1 pada bushing [8] Gambar Diagram pengujian tangen delta C2 pada bushing [8]

29 18 Gambar Diagram pengujian tangen delta hot collar pada bushing [8] Pengujian pada OLTC Pengujian pada OLTC ada tiga, yaitu continuity test, dynamic resistance test dan pengukuran Tahanan Transisi & Ketebalan Kontak Diverter. Dimana tidak semua pengujian ini harus dilakukan. Apabila continuity test tidak memenuhi standard uji maka harus dilakukan dynamic resistance test, begitu juga jika dynamic resistance test tidak memenuhi standard uji yang digunakan maka harus dilakukan pengukuran Tahanan Transisi & Ketebalan Kontak kontak diverter. 1. Continuity Test OLTC adalah bagian trafo yang berfungsi sebagai mekanisme tapping dari perubahan ratio belitan trafo. Nilai tahanan belitan primer pada saat terjadi perubahan ratio tidak boleh terbuka (open circuit). Pengujian ini memanfaatkan ohmmeter yang dipasang serial dengan belitan primer trafo. Setiap perubahan tap/rasio, nilai tahanan belitan diukur. Prosedur pengujian continuity test pada OLTC adalah sebagai berikut : 1. Pastikan transformator sudah tidak bertegangan.

30 19 2. Matikan supply AC / DC ke motor PMS 500 kv transformator dan pasang pengunci otomatis. 3. Opened PMT 150 kv dari kubikel. 4. Pasang grounding lokal pada sisi primer dan sekunder transformator. 5. Lepas klem bushing primer netral 6. Posisikan tap di +14 (paling tinggi). 7. Posisikan AVO meter di skala ohm. 8. Pindahkan posisi tap secara berurutan dan perhatikan kondisi AVO meter. Gambar gambar On-load Tap Changer [4] 2. Dynamic Resistance Test OLTC merupakan satu satunya bagian trafo yang bergerak secara mekanik. Pada umumnya OLTC dibagi menjadi dua bagian utama yaitu kontak diverter dan kontak selektor. Fungsi daripada kontak diverter adalah sebagai kontak bantu pada saat perubahan kontak selektor. Karena terjadi pergerakan mekanik pada OLTC terutama pada kontak kontak diverter maupun kontak selektor, maka pada suatu saat tertentu kontak kontak tersebut akan mengalami aus, sedangkan komponen lainnya yang terkait dengan kontak akan mengalami

31 20 kelelahan bahan/fatik. Apabila keausan kontak terjadi maka luas permukaan kontak untuk mengalirkan arus tidak terpenuhi sehingga akan terjadi panas dan dapat juga terjadi arcing pada saat perpindahan kontak. Untuk mengetahui ketidaknormalan kerja pada OLTC khususnya yang berkaitan dengan kontak diverter maupun kontak selektor maka dilakukan pengukuran dynamic resistance. 3. Pengukuran Tahanan Transisi & Ketebalan Kontak Kontak Diverter Transisi resistor berfungsi untuk meredam arus yang mengalir melalui OLTC agar pada saat perpindahan kontak selektor tidak terjadi arcing. Untuk memastikan resistor masih tersambung dan nilai tahanannya masih memenuhi syarat, harus dilakukan pengukuan tahanan transisi. Akibat dari kerja mekanik antara kontak gerak dan kontak diam pada diverter, kontak dapat mengalami keausan. Untuk menjaga kinerja kontak tetap baik pabrikan telah menentukan batasan dari ketebalan kontak tersebut Pengujian Tegangan Tembus Minyak Pengujian tegangan tembus dilakukan untuk mengetahui kemampuan minyak isolasi dalam menahan stress tegangan. Pengujian ini mengacu standar IEC Pengujian ini dilakukan ketika pengujian transformator dalam keadaan padam untuk menghemat waktu. ketika pengujian ini berlangsung dilakukan juga penggantian minyak pada tangki konservator. Minyak transformator diberi tegangan frekuensi sistem dengan cara meletakkan dua elektroda. Jarak elektroda tergantung pada standard yang digunakan, dalam hal ini 2.5 mm. Prosedur pengujian tegangan tembus minyak adalah sebagai berikut : 1. Atur celah antara elektroda uji. 2. Tutup pengaman alat uji. 3. Aktifkan. 4. Naikkan tegangan elektroda dengan kecepatan 2 kv/detik sampai terjadi loncatan listrik. 5. Turunkan tegangan kembali ke nol. 6. Biarkan minyak bersilkulasi selama dua menit. 7. Ulangi sampai 6 kali. 8. Hasil pengujian adalah nilai rata-ratanya.

32 Spesifikasi Peralatan (Standard Uji) Pengujian Tahanan Isolasi Hasil pengujian tahanan isolasi dilihat dari nilai tahanan isolasinya itu sendiri (megohm) dan indeks polarisasi (perbandingan hasil pengujian tahanan isolasi pada menit ke 10 dengan menit ke 1). Tabel 3.1. Evaluasi dan rekomendasi metoda indeks polarisasi pada pengujian tahanan isolasi [1] No Hasil Uji Keterangan Rekomendasi 1 < 1,0 Berbahaya Investigasi 2 1,0 1,1 Jelek Investigasi 3 1,1 1,25 Dipertanyakan Uji kadar air minyak, uji tan delta 4 1,25 2,0 Baik - 5 > 2,0 Sangat Baik Pengujian Tangen Delta Kondisi isolasi trafo dapat perkirakan dengan melihat hasil pengujian tangen deltanya. Dimana untuk interpretasi hasil pengujian merujuk ke standar ANSI C Tabel 3.2. Evaluasi dan rekomendasi pengujian tangen delta [1] No Hasil Uji (%) Keterangan Rekomendasi 1 < 0,5 Baik - 2 0,5 0,7 Pemburukan - 3 0,5 1 Periksa ulang Periksa ulang, bandingkan dengan uji lainnya 4 > 1 Buruk Periksa kadar air pada minyak isolasi dan kertas isolasi Pengujian Tahanan Belitan (R dc) Analisa hasil pengujian R dc harus diperhatikan terlebih dahulu dengan temperatur pada saat pengujian dimana pengujian yang dilakukan harus

33 22 dikonversi ke temperature 85 o C ( Pengujian factory test ) dengan formula ( standart IEEEC ) pengujian belitan yang terbuat dari Cu ( tembaga ). 234,5 Tt Rt Rtest. 234,5 Tw Dimana : Rt Rtest = R saat suhu belitan di 85 o C = R saat uji Tt = Suhu pengujian ( o C) Tw = Suhu belitan Dan untuk belitan yang terbuat dari AL ( Alluminium ) maka dipakai angka 225, pengujian yang dilakukan bisa semua tap atau jika pengujian dilaksanakan bersama dengan pengujian continuity atau dinamic resistance cukup hanya pada tap 1 (satu). Jika hasil pengujian tidah sesuai dengan hasil perhitungan formula maka disarankan untuk melakukan pengujian-pengujian lainnya. Dikatakan normal apabila setelah dibandingkan dengan fasa lainnya atau nilai pengujian pabrik terdapat deviasi < 5% Pengujian OLTC Tabel 3.3. Evaluasi dan rekomendasi pengujian OLTC [1] Rekomendasi bila No Item pemeriksaan Kondisi Normal kondisi normal tidak 1 Pengujian kontinuitas Tidak terjasi discintinuity arus saat perubahan tap terpenuhi Lakukan pengujian dynamic resistance 2 Pengujian Dynamic resistance Pola grafik tahanan terhadap waktu pada tiap tap sama. lakukan inspeksi visual 3 Pengukuran tahanan transisi Sesuai dengan nameplate Ganti 4 Pengukuran luas permukaan kontak Sesuai dengan manual peralatan Ganti

34 Pengujian Tegangan Tembus Minyak Minyak yang sudah terkontaminasi atau teroksidasi perlu dilakukan treatment untuk mengendalikan fungsinya sebagai minyak isolasi. Treatment terhadap minyak isolasi dapat berupa filter atau reklamasi. Untuk menentukan kapan minyak tersebut harus di treatment didasarkan atas perbandingan hasil uji terhadap batasan batasan yang termuat pada standar IEC Tabel 3.4 Justifikasi kondisi pada pengujian kualitas minyak (karakteristik) Kategori Kondisi Minyak Tindakan yang Disarankan Tegangan Bagus Cukup Buruk Catatan Warna yang gelap Jernih dan Gelap adalah gejala dari Semua Kategori tanpa kontaminasi dan / atau Sesuai yang dituliskan oleh oleh pengujian lain kontaminasi atau penuaan. visual keruh Kekeruhan adalah gejala dari tingginya kadar air. O, A, D > < 50 B, E > < 40 C > < 30 tap changer of neutral end tap changer pada trafo O, A, B, C F < 25. single-phase or connected tap changer pada trafo O, A, B < 40. G < 30 Bagus : lanjutkan pengambilan sample secara normal. Cukup : pengambilan sample lebih sering. Cek parameter uji lain seperti kadar air, kadar partikel dan mungkin DDF / resistivity dan kadar asam. Buruk : rekondisi atau alternatif lain jika lebih ekonomis karena penguaian lainnya menunjukan penuaan yang sangat, ganti minyaknya.

35 24 Tabel 3.5 Kategori peralatan berdasarkan tegangan operasinya [1] Kategori O A B C D E F G Tipe Peralatan Transformator tenaga dengan nominal sistem 400 kv dan diatasnya. Trafo tenaga dengan tegangan nominal sistem antara kv. Juga trafo tenaga dengan tegangan manapun dimana keberlangsungan pasokan listrik sangat vital dan peralatan yang mirip untuk aplikasi yang beroperasi dikondisi yang vital. Trafo tenaga dengan tegangan nominal antara 72.5 kv kv Trafo tenaga untuk aplikasi MV / LV e.g tegangan sistem nominal sampai 72,5 kv dan trafo traction Trafo instrumen atau proteksi dengan tegangan nominal diatas 170 kv Trafo instrumen atau proteksi dengan tegangan nominal sampai 170 kv Tangki deverter dari OLTC, termasuk type combined tank selector / diverter PMT dengan type oil-filled dengan tegangan sistem nominal diatas sampai 72,5 kv Switches type oil-filled, a.c metal enclosed switchgear dan control gear dengan tegangan sistem nominal dibawah 16 kv

36 BAB IV ANALISIS DATA PENGUKURAN TRANSFORMATOR DALAM KEADAAN PADAM 4.1 Operasi Kerja Transformator Gambar 4.1. IBT ELIN 500/150 kv 500 MVA [3] Keterangan gambar : 1. Isolator pentanahan paralel titik netral. 2. Indikator minyak konservator. 3. Tangki konservator. 4. Isolator bushing sisi primer. 5. Isolator bushing sisi sekunder. 6. Isolator bushing sisi tertier. 7. Isolator bushing sisi netral. 8. Radiator. 9. Kotak panel transformer. 10. Kipas transfomator. 11. Tangki utama. 25

37 26 Batasan operasi interbus transformer 1 dengan merek ELIN adalah sebagai berikut, Kapasitas : 1. Daya 500 MVA 2. Arus nominal sisi 500kV 1670 A 3. Arus nominal sisi 150kV 2500A Setting Suhu : 1. Primary Winding Temp. a. Temp. trip = 125 C b. Temp. alarm = 105 C c. Setting Fan 1 start = 75 C d. Setting Fan 2 start = 85 C Secondary Winding Temp. 2. Temp. trip = 125 C a. Temp. alarm = 105 C b. Setting Fan 1 start = 75 C c. Setting Fan 2 start = 85 C d. Tertier Winding Temp. e. Temp. trip = 129 C f. Temp. alarm = 105 C g. Setting Fan 1 start = 79 C h. Setting Fan 2 start = 88 C Temperatur minyak 1. Temp. trip = 108 C 2. Temp. alarm = 93 C Pengaturan tap OLTC , normal operasi pada tegangan system sisi sekunder 150 kv. Tegangan Nominal Sekunder : 150 kv Operasi kerja interbus transformer 1 (IBT1), dengan mengambil sampel 21 sampai 27 maret 2011, bisa dilihat pada lampiran. 4.2 Kondisi Pengukuran Nameplate dan kondisi pengukuran transformator adalah sebagai berikut

38 27 Tabel 4.1.a Nameplate - three-winding Transformer fasa-r PLN UPT Jakarta Company Selatan Serial Number Location GITET Gandul Special ID IBT 1 Division HAR Jakarta Selatan Circuit Designation FASA R Manufacturer Elin Configuration Wye - Wye - Delta Year Manufacturer 1983 Tank Type SEALED-CONSER Manufacturer Location AUSTRIA Class ONAN/ONAF Winding config.(h-l) Wye - Wye Coolant OIL Winding config.(h-t) Wye - Delta Oil Volume Winding config.(l-t) Wye - Delta Weight Phases 3 BIL 1175 kv kv 500 VA Rating 500 MVA Tabel 4.1.b Nameplate - three-winding Transformer fasa-s PLN UPT Jakarta Company Selatan Serial Number Location GITET Gandul Special ID IBT 1 Division HAR Jakarta Selatan Circuit Designation FASA S Manufacturer Elin Configuration Wye - Wye - Delta Year Manufacturer 1983 Tank Type SEALED-CONSER Manufacturer Location AUSTRIA Class ONAN/ONAF Winding config.(h-l) Wye - Wye Coolant OIL Winding config.(h-t) Wye - Delta Oil Volume Winding config.(l-t) Wye - Delta Weight Phases 3 BIL 1175 kv kv 500 VA Rating 500 MVA

39 28 Tabel 4.1.c Nameplate - three-winding Transformer fasa-t PLN UPT Jakarta Company Selatan Serial Number Location GITET Gandul Special ID IBT 1 Division HAR Jakarta Selatan Circuit Designation FASA T Manufacturer Elin Configuration Wye - Wye - Delta Year Manufacturer 1983 Tank Type SEALED-CONSER Manufacturer Location AUSTRIA Class ONAN/ONAF Winding config.(h-l) Wye - Wye Coolant OIL Winding config.(h-t) Wye - Delta Oil Volume Winding config.(l-t) Wye - Delta Weight Phases 3 BIL 1175 kv kv 500 VA Rating 500 MVA Pengukuran dilakukan pada hari libur, saat beban kecil, sehingga IBT 2 dan IBT 3 dapat menanggung beban saat IBT 1 padam. Pengukuran IBT 1 ini dilakuakn dalam 2 tahap, tanggal 13 Februari dan 6 Maret 2011, untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Pengukuran tahap pertama meliputi pengukuran tangen delta pada bushing dan isolasi belitan, pengambilan sample minyak dan pengukuran relay internal transformator. Sedangkan pengukuran pada tahap 2 meliputi OLTC continuity test, pengukuran tahanan belitan dan pengukuran tahanan isolasi belitan serta dilakukan penggantian minyak pada tangki konservator. Tabel 4.2 Kondisi Pengukuran Interbus Transformer 1 (IBT1) Fasa R Fasa S Fasa T Tanggal Pengujian 06/03/ /03/ /03/2011 Suhu Udara 37 ᵒC 38 ᵒC 31 ᵒC Suhu Tangki Utama 32 ᵒC 32 ᵒC 34 ᵒC Alasan Pengujian Rutin Rutin Rutin Cuaca Cerah Cerah Cerah

40 Analisis Data Tahanan isolasi belitan Pengukuran tahanan belitan adalah pengukuran tahanan dari isolasi antara konduktor tembaga dan inti besi suatu transformator. Idealnya tahanan isolasi ini bernilai tak hingga, karena pada dasarnya tahanan isolasi bertujuan untuk memblok aliran arus antara belitan dan inti besi. Namun pada kenyataannya nilai tahanan isolasi ini berhingga, dan semakin kecil nilai tahanannya berarti ada masalah pada isolasi tersebut. Indeks polarisasi (IP) adalah variasi dari pengukuran tahanan belitan. IP adalah rasio dari tahanan isolasi yang diukur setelah tegangan DC steady-state diberikan setelah 10 menit (R 10 ) dan tahanan isolasi yang diukur setelah 1 menit (R 1 ). IP = R10 R1 100% polarization index IP yang rendah mengindikasikan bahwa belitan telah terkontaminasi oleh kotoran, air, serangga, dll. Dibutuhkan referensi waktu dari arus yang diukur, karena arus yang mengalir pada tahanan isolasi biasanya tidak konstan. Ada tiga arus yang mengalir saat sumber DC steady-state diberikan pada belitan, yaitu capasitive current, leakage current dan absorption current. 1. Capasitive current Saat sumber DC diberikan pada sebuah kapasitor akan mengalir charging current yang sangat besar dan berkurang sampai nol secara eksponensial. Besarnya kapasitansi dan hambatan internal dari sumber tegangan, biasanya beberapa kilo ohm, menentukan kecepatan menghilangnya arus ini. Untuk belitan yang mempunyai total kapasitansi sekitar 100 nf, arus ini biasanya akan menghilang menjadi nol dalam waktu kurang dari 10 detik. Karena arus kapasitif ini berisi sedikit informasi, maka tahanan isolasi awal diukur saat arus ini menghilang. Pengukuran pertama adalah pada menit ke-1, ini dimaksudkan untuk memastikan bahwa arus ini tidak mempengaruhi pengukuran tahanan isolasi.

41 30 2. Leakage current Leakage current merupakan arus konduksi nyata pada isolasi. Leakage current nilainya bervariasi tergantung tegangan uji. Leakage current juga meliputi arus bocor pada permukaan akibat adanya kontaminasi. 3. Absorption current Arus ini terjadi karena proses molecular charge shifting pada isolasi. Setiap bahan isolasi mengandung molekul polar yang memiliki medan listrik internal karena distribusi elektron dalam molekul. Contoh, molekul air sangatlah polar. Saat air diberikan medan listrik, molekul air menyelaraskan semua, seperti domain-domain magnetik yang menjadi selaras dalam medan magnet. Energi yang dibutuhkan untuk menyelaraskan molekul-molekul ini berasal dari arus dari sumber DC. Saat molekul-molekul telah selaras arus ini akan berhenti. Arus ini adalah arus polarisasi yang merupakan salah satu komponen absorption current. Pengalaman dilapangan menunjukan bahwa setelah sumber DC diberikan pada sebuah material, absorption current yang muncul relatif besar dan akan menghilang sampai nol setelah 10 menit. Pada semua hal praktis, absorption current berperilaku seperti rangkaian RC dengan konstanta waktu yang lama. Seperti capasitive current, absorption current yang terjadi tidak menunjukan bagus atau tidaknya suatu isolasi. Absorption current hanyalah sifat dari material isolasi. Arus total (I t ) adalah jumlah semua komponen arus tersebut. Sayangnya, masing-masing komponen arus tersebut tidak dapat diukur langsung. Arus yang menjadi perhatian disini adalah leakage current.

42 31 Gambar 4.2. Kurva dari komponen arus total yang muncul saat pengukuran tahanan isolasi [9] Jika hanya R 1 (nilai tahanan pada menit ke-1) yang diukur, absorption current belum bernilai bernilai nol. Dengan hanya mengukur R 1 tidak akan cukup, karena pengukuran ini sangat bergantung pada temperatur. Kenaikan temperatur 10 0 C bisa mengurangi nilai R 1 5 sampai sepuluh kali, dan pengaruh suhu ini berbeda untuk setiap bahan isolasi dan jenis kontaminasinya. Meskipun grafik beberapa koreksi temperatur dan formula ada pada IEEE 43, tetap tidak bisa diandalkan untuk perhitungan diatas 10 0 C. Hasilnya adalah setiap R 1 yang diukur pada temperatur yang berbeda didapatkan R 1 yang sama sekali berbeda dengan. Untuk itulah, hanya dengan mengukur R 1 hampir tidak bisa diandalkan, kecuali kita bisa memastikan suhu pengukuran akan selalu sama. Indeks polarisasi (IP) dilakukan untuk membuat interpretasi yang tidak terlalu sensitif terhadap tempertur. Jika kita mengasumsikan R 1 dan R 10 diukur pada temperatur belitan yang sama, maka faktor koreksi temperatur akan sama

43 32 untuk kedua nilai tahanan yang akan dirasiokan. Selain itu PI memungkinkan kita untuk menggunakan absorption current sebagai tolok ukur untuk mengetahui apakah arus bocor yang ada berlebihan. Jika arus terakhir ini lebih besar dari absorption current, PI akan bernilai sekitar satu. Pengalaman di lapangan menunjukan bahwa PI yang bernilai sekitar satu menunjukan arus bocor yang terjadi cukup besar dan dapat mengakibatkan kegagalan isolasi. Dan sebaliknya, jika arus bocor lebih rendah dari absorption current, nilai PI akan lebih besar dari 1, mengindikasikan tahanan isolasi belitan yang bagus. Berikut adalah data hasil pengujian indeks polarisasi yang dilakukan pada Interbus Transformer 1 di GITET Gandul.

44 33 Tabel 4.3 Tabel Pengukuran Indeks Polarisasi IBT 1 Pengujian Indeks Polarisasi Fasa-R Tahanan Isolasi Belitan IP Sebelelumnya IP Hasil Pengujian IP 1 IP2 IP3 IP4 Penurunan IP (%) Primer - Ground 3,60 3,10 2,67 2,30 1,98 1,70 13,9 Senkunder - Ground 2,96 2,80 2,41 2,08 1,79 1,54 5,4 tertier - Ground 2,88 2,90 2,50 2,15 1,85 1,59-0,7 Primer - Sekunder 3,03 2,80 2,41 2,08 1,79 1,54 7,6 Primer -Tertier 2,00 2,00 1,72 1,48 1,28 1,10 0 Sekunder - Tertier 2,20 2,10 1,81 1,56 1,34 1,15 4,5 Pengujian Indeks Polarisasi Fasa-S Tahanan Isolasi Belitan IP Sebelelumnya IP Hasil Pengujian IP 1 IP2 IP3 IP4 Penurunan IP (%) Primer - Ground 1,47 1,49 1,19 0,95 0,76 0,60-1,4 Sekunder - Ground 1,78 1,42 1,13 0,90 0,72 0,58 20,2 tertier - Ground 1,99 2,04 1,63 1,30 1,04 0,83-2,5 Primer - Sekunder 1,63 2,44 1,95 1,55 1,24 0,99-49,7 Primer -Tertier 1,89 2,35 1,88 1,50 1,19 0,95-24,3 Sekunder - Tertier 2,25 2,37 1,89 1,51 1,20 0,96-5,3 Pengujian Indeks Polarisasi Fasa-T Tahanan Isolasi Belitan IP Sebelelumnya IP Hasil Pengujian IP 1 IP2 IP3 IP4 Penurunan IP (%) Primer - Ground 2,66 3,2 1,97 1,21 0,75 0,46-20,3 Senkunder - Ground 3,48 3,5 2,16 1,33 0,82 0,50-0,6 tertier - Ground 3,57 2,2 1,36 0,83 0,51 0,32 38,4 Primer - Sekunder 3,34 2,6 1,60 0,99 0,61 0,37 22,2 Primer -Tertier 3,23 3,0 1,85 1,14 0,70 0,43 7,1 Sekunder - Tertier 3,86 3,6 2,22 1,37 0,84 0,52 6,7

45 34 Dari tabel tersebut terdapat IP sebelumnya, yang merupakan hasil pengukuran 2 tahun sebelumnya, IP hasil pengujian, IP1, IP2, IP3, IP4 dan pernurunan IP (%). Penurunan IP merupakan persentase penurunan dari IP sebelumnya dan IP hasil pengujian. Dimana pada fasa-r persentase penurunan IP yang terbesar terjadi pada tahanan isolasi belitan antara belitan primer dan ground yaitu sebesar 13,9 %, persentase penurunan inilah yang dipakai untuk menentukan nilai IP1 sampai IP4 pada fasa-r. 2,50 2,00 FASA-R I P 1,50 1,00 Primer -Tertier 0,50 0,00 IP Hasil PengujianIP1 IP2 IP3 IP4 Grafik 4.1 grafik persentase penurunan IP pada fasa-r Dengan melihat standard uji yang dipakai dan dengan persentase penurunan sebesar 13,9 %, tahanan isolasi belitan antara belitan primer dan belitan tertier adalah yang pertama kali akan mengalamai pemburukan, yaitu pada pengujian ke-4 dari sekarang (IP4). Jika pemburukan seperti ini terjadi, maka perlu diadakannya pengujian kadar minyak dan pengujian tangen delta untuk investagasi lebih lanjut.

46 35 I P 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 IP Hasil Pengujian FASA-S IP1 IP2 IP3 IP4 Sekunder - Ground Grafik 4.2 grafik persentase penurunan IP pada fasa-s Grafik diatas adalah penurunan tahanan belitan pada Interbus Transformer fasa-s, dengan persentase penurunan sebesar 20.2 %. Dengan persentase penurunan ini maka tahanan isolasi belitan antara belitan sekunder dan ground akan mengalami pemburukan pada pengujian berikutnya (IP1). 2,5 2,0 FASA-T I P 1,5 1,0 tertier - Ground 0,5 0,0 IP Hasil Pengujian IP1 IP2 IP3 IP4 Grafik 4.3 grafik persentase penurunan IP pada fasa-t Pada fasa-t persentase penurunan IP yang terbesar terjadi pada tahanan isolasi antara belitan tertier dan ground yaitu sebesar 38,4 %, persentase

47 36 penurunan inilah yang dipakai untuk menentukan nilai IP1 sampai IP4 pada fasa- T. Dengan melihat standard uji yang dipakai dan dengan persentase penurunan sebesar 38,4 %, tahanan isolasi belitan antara belitan tertier dan ground adalah yang pertama kali akan mengalamai pemburukan, yaitu pada pengujian ke-2 dari sekarang (IP2) dengan nilai indeks polarisasi sebesar 0,83. Sesuai dengan fungsinya, bahan isolasi yang baik adalah bahan isolasi yang resistivitasnya besar tak terhingga. Tetapi pada kenyataannya bahan yang demikian itu belum bisa diperoleh. Sampai saat ini semua bahan isolasi pada teknik listrik masih mengalirkan arus listrik (walaupun kecil) yang lazim disebut arus bocor. Hal ini menunjukkan bahwa resistansi bahan isolasi bukan tidak terbatas besarnya. Besarnya resistansi bahan isollasi sesuai dengan Hukum Ohm adalah 'Ri = v / Ib Keterangan: Ri = resistansi isolasi (ohm) V = tegangan yang digunakan (volt) Ib = arus bocor (ampere) Kalau diperhatikan lebih jauh, terdapat 2 macam resistansi yaitu resistansi volume (Rv) dan resistansi permukaan (Rp). Resistansi volume mengakibatkan mengalirnya arus bocor Iv, sedangkan resistansi permukaan menyebabkan mengalirnya arus bocor lp. Gambar 4.3. Arus bocor Iv dan Ip pada bahan isolasi [9] RY dan Rp adalah paralel. Sehingga berdasarkan Hukum Kirchoff 1 : Ib= Iv + Ip Dan 1/ Ri =1/ Rv + 1/ Rp Ri = (Rv. Rp)/ (Rv + Rp)

48 37 Resistivitas volume pada umumnya disebut resistivitas saja. Besarnya resistivitas volume adalah Rv = py 1 / S Keterangan: pv - adalah resistivitas volume dengan (ohm - meter) 1 - adalah panjang bagian yang dilewati arus (m) S - adalah luas penampang (m2) Besarnya resistivitas permukaan di antara 2 bidang selebar b pada jarak a adalah : Rp = ps (a/ b) Keterangan: PS adalah resistivitas permukaan dengan satuan ohm. Definisi darl resistivitas permukaan PS adalah resistansi pada permukaan persegi suatu bahan waktu arus mengalir di sisi lain dari penampang tersebut. Gambar 4.4. llustrasi perhitungan resistansi [9] Beberapa hal yang harus diperhatikan sehubungan dengan resistivitas adalah : a. Baik resistivitas volume maupun resistivitas permulaan akan berkurang besarnya jika suhu dinaikkan. Banyak bahan yang mempunyai pv dan pp yang besar pada suhu kamar, tetapi turun drastis pada suhu 1000 C. b. Untuk bahan isolasi yang higroskopis, di daerah-daerah yang lembab resistivitasnya akan turun secara mencolok. c. Resistivitas akan turun jika tegangan yang diberikan naik

49 38 Dari 3 hal tersebut diatas, maka pada pemakaian sehari-hari dalam pemakaian bahan isolasi misainya untuk daerah kerja yang suhunya tinggi kalau lembab, harus dipilih bahan yang sesuai baik bahan maupun tegangan kerjanya. Faktor-faktor yang mempengaruhi kegagalan isolasi antara lain adanya partikel padat, uap air dan gelembung gas. Teori mengenai kegagalan dalam zat cair kurang banyak diketahui dibandingkan dengan teori kegagalan gas atau zat padat. Hal tersebut disebabkan karena sampai saat ini belum didapatkan teori yang dapat menjelaskan proses kegagalan dalam zat cair yang benar-benar sesuai antara keadaan secara teoritis dengan keadaan sebenarnya. Setiap bahan isolasi mempunyai permitivitas. Hal ini bagi bahan-bahan yang digunakan sebagai elektrik kapasitor. Kapasitansi suatu kapasitor tergantung beberapa faktor yaitu : luas permukaan, jarak antara keping-keping kapasitor serta dielektriknya. Besarnya kapasitansi C (farad) dapat dihitung dengan : C h 10 9 S 36 h adalah permitivitas bahan elektrik (F/m) adalah jarak keping-keping kapasitor (m) S adalah luas permukaan keping-keping kapasitor (m 2 ) Besarnya permitivitas udara hampir 1 yaitu , sedangkan besarnya permitivitas untuk zat padat dan zat cair selalu lebih besar dari 1. Jika kita melihat pada rumus diatas, maka kontaminasi pada suatu bahan isolasi akan mempengaruhi nilai ɛ, sehingga jika terjadi kontaminasi nilai ɛ akan menurun sehingga mempengaruhi nilai kapasitansi (C) secara keseluruhan Tangen delta pasa isolasi belitan Isolasi pada transformator yang diuji diibaratkan sebagai kapasitor. Sebuah kapasitor yang sempurna arusnya akan mendahului tegangan (leading) sebesar 90 0 apabila diberi sebuah tegangan bolak balik (AC).

50 39 Ic = ωcv kehilangan δ Gambar 4.5 hubungan vektor tegangan dan arus [4] Sudut fasa (φ) dan faktor daya cos φ dalam hubungannya dengan sudut δ = 90 φ Jadi faktor daya juga dapat dinyatakan dengan sin δ. Dalam kapasitor sempurna sudut fasa φ akan bernilai 90 0 dan δ akan bernilai 0 0 yang menunjukan bahwa loss pada kapasitor sempurna sama dengan nol, oleh karena itu kehilangan daya dielektrik dapat dinyatakan oleh atau PD = VI cos φ PD = VI sin δ Pada kapasitor yang tidak sempurna dapat diperoleh Ic = I cos δ C = I ωv Sehingga akan didapat persamaan cos δ PD = V sin δ VωC cos δ PD = V 2 ωc tan δ

51 40 no Pengukuran Tabel 4.4 Tabel Pengukuran Tangen Delta pada Isolasi Belitan Arus (ma) Fasa-R Fasa-S Fasa-T Daya (W) Tan δ (%) Arus (ma) Daya (W) Tan δ (%) Arus (ma) Daya (W) Tan δ (%) 1 CH +CHL 68,554 1,279 0,18 68,554 1,279 0,18 68,027 1,480 0,20 2 CH 16,597 0,267 0,15 16,597 0,267 0,15 16,377 0,301 0,17 3 CHL(UST) 51,904 0,983 0,18 51,904 0,983 0,18 51,579 1,151 0,20 4 CHL 51,957 1,012 0,18 51,957 1,012 0,18 51,650 1,179 0,21 5 CL+CLT 5,792 0,134 0,22 5,792 0,134 0,22 5,811 0,152 0,24 6 CL 4,471 0,113 0,24 4,471 0,113 0,24 4,470 0,124 0,26 7 CLT(UST) 1,323 0,025 0,18 1,323 0,025 0,18 1,346 0,028 0,20 8 CLT 1,321 0,021 0,15 1,321 0,021 0,15 1,341 0,028 0,20 9 CT+CHT 117,840 2,254 0,18 117,840 2,254 0,18 116,850 2,636 0,21 10 CT 62,326 1,275 0,19 62,326 1,275 0,19 61,972 1,492 0,22 11 CHT(UST) 55,769 1,002 0,17 55,769 1,002 0,17 55,362 1,178 0,20 12 CHT 55,514 0,979 0,17 55,514 0,979 0,17 54,878 1,144 0,20 Berdasarkan Gambar 3.3, kita dapat membaca data hasil pengukuran tangen delta isolasi belitan dengan mudah. UST = Ungrounded Specimen Test artinya objek uji tidak ditanahkan CH + CHL = Pengukuran antara kumparan primer dan sekunder CL + CLT = Pengukuran antara kumparan sekunder dan tertier CT + CHT = Pengukuran antara kumparan Primer dan tertier CH = Pengukuran antara kumparan primer dengan ground CL = Pengukuran antara kumparan sekunder dengan ground CT = Pengukuran antara kumparan tertier dengan ground Dengan melihat standard uji yang dipakai, yaitu ANSI C , tidak ada nilai tangen delta isolasi belitan yang melebihi 0.5. hal ini mengindikasikan isolasi belitan berada dalam kondisi yang sangat bagus, dengan nilai rata-rata tangen delta 0.18 pada fasa-r dan fasa-t serta 0.21 pada fasa-t. tan PD V 2 2π f C Pada saat bahan isolasi diberi tegangan bolak balik, maka terdapat energi yang diserap oleh bahan tersebut. Akibatnya terdapat faktor kapasitif. Hubungan vektoris antara tegangan dan arus pada bahan isolasi adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 4.5. Dengan melihat dari persamaan sebelumnya, maka besarnya

52 41 kerugian yang diserap bahan isolasi PD adalah berbanding lurus dengan tegangan V volt, frekuensi f hertz, kapasitansi C farad, dan sudut kerugian dielektrik tan δ. Semakin besar tegangan, frekuensi dan kapasitansi untuk kerugian yang sama, maka makin kecil harga tan atau makin kecil sudut antara arus kapasitif I C dengan arus total I dan makin besar sudut antara arus resistif I r dengan arus total I. Seperti yang kita ketahui sebelumnya, kontaminasi pada suatu isolasi akan mempengaruhi nilai permitivitas bahan isolasi tersebut (ɛ). Semakin banyak kontaminasi yang terjadi pada suatu bahan isolasi akan menurunkan nilai (ɛ), sehingga akan membuat nilai kapasitansi suatu bahan isolasi (C) ikut menurun, hal ini otomatis akan membuat nilai tan δ suatu bahan isolasi menjadi besar (memburuk) Tegangan Tembus Minyak Pada pengujian minyak transformator, pengujian tegangan tembus merupakan hal utama yang sangat penting. Minyak transformator dirancang untuk memberikan isolasi listrik sesuai dengan standard yang ada. Beberapa hal yang dapat mengurangi nilai dielektrik suatu minyak transformator adalah kontaminasi oleh air, debu, serangga, dll. Tabel 4.5 Tabel Pengujian Tegangan Tembus Minyak IBT 1 Fasa- R Fasa-S Fasa-T Bagian Atas ,6 Nilai Rata-rata Hasil Sebelumnya (kv) Bagian Bawah 80 78,5 80 OLTC 49,9 78,4 67,86 Bagian Atas 60,2 62,5 62,5 Nilai Rata-rata Hasil Pengujian (kv) Bagian Bawah 60,2 62,5 62,5 OLTC 60,2 62,5 62,5 Bagian Atas 24,8 21,9 21,5 Persentase Penurunan (%) Bagian Bawah 24,8 20,4 21,9 OLTC -20,6 20,3 7,9 Bagian Atas 45,3 48,8 49,1 Perkiraan Hasil Pengujian Berikutnya (kv) Bagian Bawah 45,3 49,8 48,8 OLTC 45,3 49,8 48,8

53 42 Pengujian tegangan tembus minyak pada OLTC fasa-r mengalami kenaikan sebesar 20%. Hal ini disebabkan minyak pada bagian tersebut telah melalui proses pemurnian atau telah diganti dengan minyak yang baru setelah pengujian sebelumnya. Karena pada pengujian sebelumnya didapatkan hasil 49,9 kv, yang menyatakan bahwa minyak transformator telah mengalami pemburukan menurut standard uji yang mengacu kepada IEC sehingga harus segera diganti atau dilakukan proses pemurnian. Untuk itulah persentase penurunan yang dipakai adalah 24,8 %, yaitu persentase penurunan terbesar yang terjadi pada fasa- R. Begitu juga minyak pada OLTC fasa-t, dimana tegangan tembus minyak hanya mengalami penurunan sebesar 7 %, maka dipakai persentase penurunan terbesar pada fasa-t, yaitu 21,9 %. Dari data hasil pengukuran tegangan tembus minyak, maka dapat disimpulkan bahwa minyak isolasi trafo dalam keadaan bagus dan masih bisa digunakan karena masih dalam batas yang diijinkan menurut standar pengujian yang digunakan, yaitu IEC Tidak ada tegangan tembus minyak transformator yang berada di bawah 60 kv/2,5 mm. Tetapi dengan didapatkannya nilai penurunan tegangan tembus minyak sebesar 20,4 % - 24,8 % setiap diadakannya pengujian, yaitu 2 tahun sekali, maka dapat diperkirakan bahwa nilai tegangan tembus minyak akan berada dibawah 50 kv pada pengujian berikutnya, yang berarti minyak transformator berkondisi buruk. Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa minyak transformator harus dimurnikan atau diganti setiap kali pengujian, dalam hal ini 2 tahun sekali, untuk mencegah adanya kegagalan dielektrik pada transformator. Beberapa macam faktor yang diperkirakan mempengaruhi kegagalan minyak transformator, yaitu: 1. Luas daerah elektroda 2. Jarak celah (gap spacing) 3. Pendinginan 4. Perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak) 5. Pengaruh kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta kondisi pengujian atau minyak transformator itu sendiri juga mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator.

54 43 Kegagalan isolasi (insulation breakdown, insulation failure) disebabkan karena beberapa hal antara lain isolasi tersebut sudah lama dipakai, berkurangnya kekuatan dielektrik 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 supaya isolator tidak tembus. Dalam struktur molekul material isolasi, electron-elektron terikat erat pada molekulnya, dan ikatan ini mengadakan perlawanan terhadap tekanan yang disebabkan oleh adanya 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 elektron-elektron 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 tembus. Ketahanan listrik transformator dapat menurun karena pengaruh asam dan dapat pula karena kandungan air. Keasaman minyak transformator dapat dinetralisir dengan menggunakan potas hidroksida (KOH). Sedangkan kandungan air di dalam minyak transformator dapat dihilangkan dengan memakai bahan higroskopis yaitu silikagel. Kegunaan minyak trafo adalah selain untuk bahan isolasi juga sebagai media pendingin antara kumparan kawat atau inti besi dengan sirip pendingin. Agar minyak trafo berfungsi dengan baik, kualitas minyak harus sesuai dengan standar kebutuhan ditunjukkan pada tabel dibawah ini. Tabel 4.6 Standard Minyak sebagai isolasi pada transformator [9]