Analisis Pengaruh Kenaikan Suhu Isolasi Minyak Dan Kertas Serta Jumlah Lapisan Isolasi Kertas Terhadap Tegangan Tembus Isolasi Transformator

Transkripsi

1 Analisis Pengaruh Kenaikan Suhu Isolasi Minyak Dan Kertas Serta Jumlah Lapisan Isolasi Kertas Terhadap Tegangan Tembus Isolasi Transformator Prof.Dr.Ir.Iwa Garniwa M.K,M.T 1, Reza Nugraha Bustami 2 Departemen Teknik Elektro, Universitas Indonesia, Depok Tel: (021) Fax: (021) iwa@ee.ui.ac.id, 2 reza.nugraha89@gmail.com Abtrak Tegangan tembus merupakan suatu indikator penting dalam menentukan baik buruknya kualitas isolasi transformator. Pada Transformator terdapat bahan isolasi berupa isolasi minyak dan isolasi kertas. Karna faktor pentingnya fungsi isolasi pada transformator baik isolasi kertas maupun isolasi minyak maka dilakukanlah penelitian tentang kedua isolasi tersebut yang bertujuan untuk mengetahui karakteristik tegangan tembus isolasi minyak terhadap perubahan temperatur minyak itu sendiri dan mengetahui karakteristik tegangan tembus isolasi kertas yang direndam kedalam minyak terhadap pengaruh kenaikan suhu dan ketebalan lapisan isolasi. Dari penelitian yang telah dilakukan terlihat bahwa tegangan tembus isolasi minyak murni memiliki pola dimana pada suhu tinggi, nilai tegangan tembusnya turun. Sedangkan tegangan tembus untuk isolasi kertas di rendam minyak memiliki pola kenaikan nilai tegangan tembus bila berada di suhu tinggi. Dari penelitian juga diperoleh bahwa semakin tebal lapisan isolasi kertas, maka tegangan tembus akan semakin tinggi. Analysis of Effects of Temperature Rise in Oil and Paper Insulation and Thickness in Paper Insulation on Breakdown Voltage of Transformer Abstract Breakdown voltage is an important indicator in determining whether the poor quality of the isolation transformer. At the transformer insulating materials are in the form of insulating oil and paper insulation. Because the factors essential functions of insulation on both isolation transformer insulating paper and oil we conducted research on both the isolation that aims to determine the characteristics of insulating oil breakdown voltage to temperature changes it's own oil and know the characteristics of the breakdown voltage of insulation oil soaks into the paper on the effect of temperature rise and the thickness of the insulating layer. From the research that has been conducted shows that the breakdown voltage isolation of pure oil has a pattern in which at high temperatures, the value of breakdown voltage drops. While the breakdown voltage of insulating oil soaked paper has a pattern of increase in the value of breakdown voltage when at high temperature. From the study also found that the thicker the insulation layer of paper, then breakdown voltage will be higher. Keywords: Breakdown Voltage, Paper Insulation, Oil Insulation

2 Pendahuluan Isolasi merupakan masalah yang penting dalam sistem tenaga listrik. Bahan isolasi akan mengalami pelepasan yang merupakan bentuk kegagalan listrik apabila tegangan yang diterapkan melampaui batas kekuatan isolasinya. Kegagalan yang terjadi saat peralatan beroperasi dapat menyebabkan kerusakan alat. Maka daripada itulah, setiap peralatan listrik memerlukan isolasi yang baik, untuk menjaga peralatan listrik dari kerusakan saat beropersi. Sistem tenaga listrik baik tegangan tinggi maupun tegangan menengah pada gardu induk dan gardu distribusi terdapat komponen yang disebut Transformator. Pada Transformator terdapat bahan isolasi berupa isolasi minyak dan isolasi kertas. Karena faktor pentingnya fungsi isolasi pada transformator baik isolasi kertas maupun isolasi minyak maka dilakukanlah penelitian tentang kedua isolasi tersebut yang bertujuan untuk mengetahui bagaimana karakteristik tegangan tembus pada isolasi minyak terhadap perubahan temperatur minyak itu sendiri dan mengetahui bagaimana karakteristik tegangan tembus isolasi kertas yang direndam kedalam minyak terhadap pengaruh kenaikan suhu dan ketebalan lapisan isolasi. Hipotesis dan Identifikasi Masalah Dalam skripsi ini penelitian yang dilakukan adalah pengujian untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan suhu isolasi minyak dan isolasi kertas terhadap tegangan tembus yang terjadi pada kedua isolasi tersebut. Seperti yang telah diketahui pada transformator daya, transformator menggunakan beberapa isolasi dan diantaranya merupakan isolasi padat dan cair. Pada trafnsformator daya, diutamakan berisolasi kertas dan minyak. Isolasi padat yang digunakan pada tranformator adalah isolasi kertas dimana pada transformator, isolasi kertas sendiri berfungsi sebagai pembungkus, isolasi dan partisi. Pembungkus adalah isolasi dari satu lilitan dalam satu elemen kumparan atau biasa disebut sebagai isolasi inter-lilitan. Isolasi ini melekat dan tidak merubah intensitas medan elektrik disekelilingnya. Isolasi kertas juga digunakan sebagai isolasi fasa yaitu isolasi antar kumparan tegangan tinggi dengan kumparan tegangan tinggi lain pada transformator tiga fasa. Selain sebagai isolasi, isolasi kertas juga berperan merintangi atau menghalang partikel-partikel sehingga tidak menempel pada elektroda, hal ini mencegah penbentukan jembatan konduktif. Isolasi cair yang digunkan adalah berupa minyak transformator, untuk minyak transformator

3 selain digunakan sebagai isolasi, minyak juga berfungsi sebagai media pendingin atau media penghantar panas yang terjadi pada inti dan kumparan ke medium sekitarnya. Pada saat pengoperasian, transformator mengalirkan arus yang bernilai tinggi pada masing-masing kumparannya dan nilai arus ini berbanding lurus dengan beban, dimana semakin tinggi beban, maka arus yang akan disuplai juga akan semakin besar dan arus yang mengalir pada kumparan juga akan semakin besar. Ketika terdapat arus yang mengalir melalui suatu hambatan, maka akan timbul panas sebagai akibat disipasi energi, dan panas akan berbanding lurus dengan kuadrat nilai arus, sehingga dengan naiknya nilai arus maka suhu pada kumparan juga akan meningkat. Sehingga pada trnasformator, semakin tinggi beban maka semakin tinggi juga suhu pada kumparan. Permasalahan yang terjadi adalah panas yang dihasilkan oleh arus akibat tingginya beban akan mengalami konveksi dan akan mempengaruhi suhu pada isolasi transformator baik isolasi minyak maupun isolasi kertas. Tingginya suhu yang terjadi akan menyebabkan terdegradasinya isolasi kertas dan isolasi minyak yang juga dapat menyebabkan resiko terjadinya loncatan listrik atau tegangan tembus akan semakin besar. Hal tersebut dapat dilihat dimana isolasi minyak ketika berada pada suhu tinggi minyak akan menghasilkan gelembung-gelembung mikroskopis dan partikel karbon sehingga membuat isolasi minyak menjadi tidak murni, perubahan tersebut dapat dilihat dari warna minyak yang semakin gelap karna adanya kontaminasi karbon. Ketidak murnian tersebut berakibat menurunkan nilai resistansi dari isolasi minyak yang beresiko meningkatnya resiko terjadinya kegagalan isolasi. Dari identifikasi masalah sebelumnya, dapat dibuat hipotesa dimana semakin tingginya suhu pada sistem yang secara tidak langsung meningkatnya suhu isolasi, maka akan meningkatkan resiko terjadinya kegagalan isolasi atau dengan kata lain semakin tingginya suhu maka nilai tegangan tembus pada isolasi akan semakin kecil. Metode Pengujian Dalam penelitian ini dilakukan beberapa metode, yaitu dengan studi literatur, berlanjut ke pengumpulan informasi, berlanjut ke pengujian dan terakhir adalah analisis. Diagram alir dari metode penelitian yang dilakukan dalam skripsi ini adalah seperti pada gambar 1

4 Studi Literatur Pengumpulan Informasi Pengujian Analisi Gambar 1 Diagram alir metode penelitian Peralatan Pengujian 1. 1 buah Transformator Penguji 100kV/10kVA (TEO 100/10) 2. 3 buah Connecting Rod (V) 3. 2 buah Connecting Cup (K) 4. 2 buah Floor Pedestal (F) 5. 1 buah Support Insulator (IS) 6. 1 buah bejana pengujian VDE buah Earthing / Grounding Switch (ES) 8. 1 buah Measuring Capacitor 100kV, 100pF (CM) 9. 1 buah Electrode (EL) buah Elektroda tipe bola 11. Instumen Pengukuran Digital (DMI 551) 12. Isolator zat cair (minyak trafo) 13. Isolator kertas buah pemanas (heater) buah thermometer

5 Gambar 2 Sampel isolasi minyak Diala B (kiri) dan Sampel isolasi kertas merk Kremer (kanan) Rangkaian Pengujian Gambar 3 Rangkaian pengujian isolasi minyak Gambar 4 Rangkaian pengujian isolasi kertas terendam minyak

6 Elektroda Uji Gambar 5 Elektroda setengah bola Dalam pengujian ini jenis elektroda yang digunakan adalah jenis elektroda setengah bola. Elektroda setengah bola yang digunakan untuk pengukuran tegangan tembus isolasi cair mempunyai diameter 12,5 mm. Elektroda setengah bola dibuat dengan menggunakan bahan alumunium dan permukaannya sangat halus. Elektroda ini dimasukkan kedalam bejana yang terbuat dari bahan isolasi trnasparan. Jarak elektroda pada saat pengujian adalah 0,5 cm hal ini dilakukan karena jarak sela elektroda akan mempengaruhi tegangan tembus yang diterapkan pada isolasi cair. Prosedur Pengujian dan Pengambilan Data Pengambilan data ini bertujuan untuk mengetahui tegangan tembus dari minyak trafo dan isolasi kertas. Terdapat 2 prosedur pengujian yang dilakuakan yaitu, pengujian yang hanya menggunakan isolasi minyak murni atau isolasi minyak baru tanpa digabungkan dengan isolasi kertas yang kemudian dinaikkan temperaturnya atau dipanaskan dan pengujian menggunakan isolasi minyak murni yang digabungkan dengan isolasi kertas diantara elektroda yang kemudian dipanaskan atau dinaikkan temperaturnya. Pada pengujian tegangan tembus ini tegangan diterapkan pada salah satu elektroda dan elektroda yang lain dihubungkan dengan tanah (ground), tegangan akan terus naik sampai terjadi tembus pada bahan uji. Pengujian dilakukan dengan variasi suhu dari suhu normal minyak trafo sampai suhu 140 o C dengan kelipatan suhu pengujian setiap 20 o C dan variasi jarak sela antar elektroda 0,5 cm. Pengujian ini diharapkan dapat memberikan gambaran mengenai tegangan tembus dari isolasi

7 minyak trafo baru dan isolasi kertas yang direndam kedalam minyak trafo dengan membandingkan nilai tegangan tembus dengan perbedaan suhu. Pengujian Isolasi Minyak Murni Mulai Ambil minyak baru masukkan minyak kedalam bejana Susun rangkaian pengujian Hidupkan alat pengujian Naikkan tegangan hingga terjadi tegangan tembus Catat tegangan tembus yang terjadi Panaskan Minyak C dari suhu percobaan sebelumnya Tidak Matikan alat Suhu percobaan = C Prosedur selsai / tidak tidak Ambil minyak baru Ya ya Plot tegangan tembus ke dalam kurva Selesai Gambar 6 Diagram alir pengujian isolasi minyak murni

8 Pada pengujian minyak murni, sesuai dengan diagram alir gambar 6. pengujian dilakukan pertama dengan mempersiapkan semua alat dan bahan yang akan digunakan. Untuk pertama kali, pengujian dilakukan dengan menggunakan minyak baru ( minyak murni yang belum dipakai dan terkontaminasi ). Pengujian pertama ini dilakukan dengan nilai suhu yang digunakan adalah suhu normal dari minyak atau dengan kata lain minyak tidak dipanaskan. Setelah itu, minyak dimasukkan kedalam bejana uji yang telah disiapkan dan kemudian susun rangkaian pengujian, setelah disusun dan siap diuji, setelah itu alat pengujian dihidupkan dan tegangan dinaikkan secara bertahap hingga terjadi loncata listrik terlihat. Ketika loncara linstrik telah terlihat, maka nilai tegangan tersebut merupakan nilai dari tegangan tembus yang terjadi, nilai tersebut kemudian dicatat, setelah itu alat dimatikan. Percobaan berikutnya kemudian dilakukan denagn menggunakan minyak yang baru kembali, minyak yang baru tersebut kemudian dipanaskan +20 o C dari suhu percobaan yang sebelumnya. Kemudian minyak yang telah dipanaskan tersebut dimasukka kedalam bejana uji, prosedur yang dilakukan sama seperti prsedur percobaan sebelumnya dimana setelah minyak dituang kedalam bejana uji, alat kemudian disiapkan dan alat uji dinyalakan. Tegangan dinaikkan secara bertahap hingga terjadi loncata listrik terlihat. Ketika loncara linstrik telah terlihat, maka nilai tegangan tersebut merupakan nilai dari tegangan tembus yang terjadi, nilai tersebut kemudian dicatat, setelah itu alat dimatikan. Setelah itu percobaan dilakukan kembali dengan isolasi minyak yang baru dan minyak tersebut dipanaskan +20 o C dari percobaan sebelumnya. Percobaan seperti ini dilakukan terus dengan prosedur yang sama hingga nilai dari suhu isolasi minyak saat percobaan sebesar 140 o C. Pengujian dengan nilai suhu 140 o C merupaka pengujian yang terakhi dalam pengujian minyak murni ini dan pengujian untuk minyak murni ini telah selesai. Setelah semua selesai dilakukan, maka nilai tegangan tembus yang telah dicatat tersebut dibuat kedalam table dan dibuat kedalam bentuk kurva.

9 Pengujian Isolasi Kertas Direndam Minyak Mulai Ambil minyak baru & kertas baru masukkan minyak & kertas kedalam bejana Susun rangkaian pengujian Panaskan bahan minyak & kertas C dari suhu sebelumnya Hidupkan alat pengujian Naikkan tegangan hingga terjadi tegangan tembus Catat tegangan tembus yang terjadi tidak Tambahkan jumlah lapisan kertas ++2 dari lapisan sebelumnya tidak Matikan alat Suhu percobaan = C ya Jumlah lapisan = 5 lapis ya tidak Prosedur selesai / tidak tidak Ambil minyak & kertas baru Suhu percobaan = C ya ya Plot tegangan tembus ke dalam kurva Selesai Gambar 7 Diagram alir pengujian isolasi kertas direndam minyak Pada pengujian tegangan tembus kertas yang direndam isolasi minyak, sesuai dengan diagram alir gambar 7, pengujian dilakukan pertama dengan mempersiapkan semua alat dan bahan yang akan digunakan. Untuk pertama kali, pengujian dilakukan dengan menggunakan

10 minyak baru ( minyak murni yang belum dipakai dan terkontaminasi ) dan isolasi kertas yang baru juga. Untuk isolasi kertas, digunakan isolasi kertas dengan variasi jumlah lapisan dari kertas yaitu 1 lembar atau dengan ketebalan 0,2 mm. Pengujian pertama ini dilakukan dengan nilai suhu yang digunakan adalah suhu normal dari minyak dan kertas atau dengan kata lain tidak terjadi pemanasan pada minyak dan kertas. Setelah itu, minyak dan kertas dimasukkan kedalam bejana uji yang telah disiapkan, untuk isolasi kertas, isolasi kertas ditempatkan diantara atau tepat ditengah-tengah elektroda uji pada bejana uji. Setelah itu kemudian susun rangkaian pengujian, setelah disusun dan siap diuji, setelah itu alat pengujian dihidupkan dan tegangan dinaikkan secara bertahap hingga terjadi loncata listrik terlihat. Ketika loncatan linstrik telah terlihat, maka nilai tegangan tersebut merupakan nilai dari tegangan tembus yang terjadi, nilai tersebut kemudian dicatat, setelah itu alat dimatikan. Percobaan berikutnya kemudian dilakukan dengan menggunakan minyak dan isolasi kertas yang baru dan masih dengan menggunakan kertas 1 lembar kembali, minyak dan isolasi kertas yang baru tersebut kemudian dipanaskan +20 o C dari suhu percobaan yang sebelumnya menggunakan alat pemanas berupa kompor listrik. Kemudian minyak dan isoalsi kertas yang telah dipanaskan tersebut dimasukkan kedalam bejana uji, prosedur yang dilakukan sama seperti prsedur percobaan sebelumnya dimana setelah minyak dituang kedalam bejana uji dan isolasi kertas ditempatkan ditengah-tengah elektroda uji, alat kemudian disiapkan dan alat uji dinyalakan. Tegangan dinaikkan secara bertahap hingga terjadi loncatan listrik terlihat. Ketika loncatan linstrik telah terlihat, maka nilai tegangan tersebut merupakan nilai dari tegangan tembus yang terjadi, nilai tersebut kemudian dicatat, setelah itu alat dimatikan. Setelah itu percobaan dilakukan kembali dengan isolasi minyak dan isolasi kertas yang baru dan minyak serta isolasi kertas tersebut dipanaskan +20 o C dari percobaan sebelumnya. Percobaan seperti ini dilakukan terus dengan prosedur yang sama hingga nilai dari suhu isolasi minyak dan isolasi kertas saat percobaan sebesar 140 o C dengan variasi antar suhu sebesar 20 o C. Pengujian dengan nilai suhu 140 o C merupaka pengujian yang terakhir dalam pengujian tegangan tembus isolasi kertas dengan variasi 1 lembar yang direndam kedalam minyak trafo. Setelah itu pengujian diulang kembali dengan menggunakan minyak trafo murni dengan suhu normal namun variasi isolasi kertas yang digunakan adlah berupa isolasi kertas dengan jumlah lapisan 3 lembar atau +2 lembar dari perobaan yang sebelumnya. Pengujian dilakukan sama seperti prosedur penguian yang sebelumnya, pengujian dilakuakan hingga terjadi loncatan

11 listrik terlihat dan kemudian tegangan tembusnya dicatat. Setelah itu percobaan berikutnya masih dengan isolasi kertas dengan jumlah lapisan 3 lembar namun isolasi kertas dan minyak trafo yang digunakan diganti yang baru dan dipanaskan +20 o C dari percobaan sebelumnya. Kemudian dilakukan pengujian hingga terjadi tegangan tembus, dan nilai tegangan tembus tersebut dicatat. Percobaan seperti ini dilakukan terus dengan prosedur yang sama hingga nilai dari suhu isolasi minyak dan isolasi kertas saat percobaan sebesar 140 o C dengan variasi antar suhu sebesar 20 o C. Kemudian pengujian tegangan tembus diulang kembali dengan menggunakan isolasi kertas dengan jumlah lapisan 5 lembar atau +2 lembar dari perobaan yang sebelumnya, pengujian dilakukan dengan variasi suhu dari normal hingga suhu 140 o C dengan variasi antar suhu sebesar 20 o C. Setelah semua pengujian telah dilakukan, semua nilai tegangan tembus yang telah dicatat tersebut dibuat kedalam table dan dibuat kedalam bentuk kurva. Hasil Pengujian Tegangan Tembus Minyak Transformator Murni Pengujian dilakukan di Laboraterium Tegangan Tinggi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Pengujian dilakukan pertamakali tanpa memanaskan isolasi minyak, hal itu dilakukan guna mendapatkan nilai dari tegangan tembus isolasi minyak murni dengan keadaan suhu pada minyak berada pada suhu normal atau suhu ruangan. Minyak yang digunakan adalah isolasi minyak trafo diala B. Pada saat dilihat pada thermometer, besar suhu normal dari isolasi minyak adalah 26 o C. setelah itu minyak dituang ke dalam bejana uji dan pengujian kemudian dilakukan dengan cara menaikkan tegangan hingga terjadi loncatan elektron atau terjadinya tegangan tembus. Pada pengujian pertama, besar tegangan tembus yang terjadi adalah sebesar 3,5 kv Setelah itu, pengujian dengan suhu yang sama dan menggunakan isolasi minyak yang baru kembali didapatkan nilai tegangan tembus adalah sebesar 3,7 kv. Dilakukannya kembali pengujian yang sama dimaksudkan untuk mendapatkan nilai perbandingan yang nantinya nilai tersebut akan dirata-ratakan. Maka setelah didapatkan kedua nilai, nilai rataratanya adalah 3,6 kv Pengujian berikutnya dilakukan dengan memvariasikan suhu dengan menaikan suhu isolasi minyak 20 o C dari suhu percobaan sebelumnya. Prosedur pengujian yang dilakukan sama seperti pengujian sebelumnya dan dilakukan dua kali untuk mendapatan nilai perbandingan dan akan dirata-ratakan. Begitupula seterusnya pengujian dilakukan hingga variasi suhu mencapai 140 o C. Tabel 1 adalah data hasil pengujian yang telah dilakuakan.

12 Tabel 1. Tabel tegangan tembus minyak murni Percobaan Suhu Minyak 26 o C 40 o C 60 o C 80 o C 100 o C 120 o C 140 o C Tegangan 3,5 4 4,33 4,3 4,16 3,65 3 tembus (kv) 3,7 4,2 4,206 4,1 4 3,55 3 Rata- Rata (kv) 3,6 4,1 4,268 4,2 4,08 3,6 3 Hasil Pengujian Tegangan Tembus Isolasi Kertas Direndam Minyak Transformator Pengujian dilakukan di Laboraterium Tegangan Tinggi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Pengujian dilakukan pertama kali dengan suhu normal sebesar 26 o C tanpa dilakukannya pemanasan pada isolasi minyak. Minyak dituang ke dalam bejana uji yang kemudian diantara elektroda pada bejana uji ditaruh isolasi kertas seperti pada gambar 8. peletakkan isolasi kertas dalam pengujian diusahakan berada ditengah-tengah elektroda dan tidak bersentuhan dengan elektroda. Isolasi kertas yang digunakan adalah isolasi kertas dengan merk Kremer dengan ketebalan 0,2 mm. Setelah diatur sedemikian rupa, kemudian pengujian dilakukan dengan cara menaikkan tegangan perlahan-lahan hingga terjadi loncatan elektron atau terjadinya tegangan tembus. Gambar 8 Peletakan isolasi kertas pada bejana uji VDE 370 Pada pengujian pertama, besar tegangan tembus yang terjadi adalah sebesar 4,04 kv. Setelah itu, pengujian dengan suhu yang sama dan menggunakan isolasi minyak yang baru kembali dilakukan dan didapatkan nilai tegangan tembus adalah sebesar 4,28 kv. Dilakukannya kembali pengujian yang sama dimaksudkan untuk mendapatkan nilai perbandingan yang

13 nantinya nilai tersebut akan dirata-ratakan. Maka setelah didapatkan kedua nilai, nilai rataratanya adalah 4,16 kv Dengan prosedur pengujian yang sama dengan pengujian sebelumnya, Kemudian pengujian selanjutnya dilakukan dengan memvariasikan ketebalan dari isolasi kertas, dimana isolasi kertas yang digunakan adalah isolasi kertas baru yang ditambahkan lapisannya menjadi 3 lapisan dan pengujian dilakukan hingga terjadi tegangan tembus, begitu pula prosedur yang sama juga dilakukan pada variasi isolasi kertas dengan ketebalan 5 lembar. Dan untuk setiap percobaan dilakukan sebanyak dua kali untuk mendapatkan nilai perbandingan yang nantinya nilai tersebut akan dirata-ratakan. Pengujian berikutnya dilakukan dengan memvariasikan suhu dengan menaikan suhu isolasi minyak dan kertas 20 o C dari suhu percobaan sebelumnya. Prosedur pengujian yang dilakukan sama seperti pengujian sebelumnya dan dilakukan dua kali untuk mendapatan nilai perbandingan dan akan dirata-ratakan. Begitu pula seterusnya pengujian dilakukan hingga variasi suhu sampai dengan 140 o C. Tabel 2 adalah hasil pengujian tegangan tembus isolasi kertas direndam ke dalam minyak yang telah didapatkan nilai rata-rata. Tabel 2. Tabel tegangan tembus isolasi kertas direndam minyak trafo Lapisan Isolasi Suhu Minyak Kertas 26 o C 40 o C 60 o C 80 o C 100 o C 120 o C 140 o C 1 4,16 4,28 4,5 4,26 4,694 5,116 5,7 3 4,44 4,8 5 4,88 5,24 6,054 6,28 5 4,86 5 5,2 5,32 5,4 6,354 6,576 Tabel 3 adalah data gabungan hasil pengujian isolasi minyak murni dan isolasi kertas yang direndam ke dalam isolasi minyak Transformator Lapisan Isolasi Kertas Tabel 3 Tabel tegangan tembus hasil pengujian Suhu Minyak 26 o C 40 o C 60 o C 80 o C 100 o C 120 o C 140 o C 3,6 4,1 4,268 4,2 4,08 3, ,16 4,28 4,5 4,26 4,694 5,116 5,7 3 4,44 4,8 5 4,88 5,24 6,054 6,28 5 4,86 5 5,2 5,32 5,4 6,354 6,576

14 Analisa Hubungan Tegangan Tembus Isolasi Minyak dan Kertas Direndam Minyak Terhadap Kenaikan Suhu Minyak grafik. Dari data hasil pengujian yang telah dilakukan maka data tersebut diplotkan ke dalam Tegangan Tembus (kv) Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Tegangan Tembus Minyak Murni Suhu ( o C) Gambar 9 Grafik pengaruh perubahan suhu terhadap tegangan tembus minyak murni Dari grafik gambar 9, dimana merupakan grafik dari pengaruh perubahan suhu pada isolasi minyak transformator terhadap tegangan tembus isolasi minyak transformator, terlihat bahwa pada kondisi suhu normal atau suhu 26 o C hingga mencapai suhu 60 o C tegangan tembus yang terjadi adalah semakin meningkat dari 3,6 kv meningkat hingga 4,268 kv seperti yang terlihat pada grafik. Namun ketika suhu mencapai 80 o C dari grafik terlihat tegangan tembus yang terjadi menjadi lebih kecil dibandingkan ketika isolasi minyak bersuhu 60 o C. atau dengan kata lain tegangan tembus yang terjadi menjadi turun ketika suhu berada diatas suhue 80 o C. Kenaikkan nilai tegangan tembus yang terjadi pada suhue 26 o C hingga 60 o C terjadi dikarenakan dilihat dari pengujian yang dilakukan selalu dengan menggunakan minyak murni yang belum terpakai atau baru. Pada suhu 26 o C hingga 60 o C tegangan tembus minyak Transformator semakin meningkat seiring dengan semakin naiknya suhu pada minyak Transformator. Hal ini disebabkan faktor kontaminasi atau ketidakmurnian zat, misalnya seperti adanya bola cair dari jenis cairan yang lain (air) dan gelembung gelembung udara sehingga pada saat terjadi pemanasan minyak Transformator maka akan terjadi penguapan pada bola cair dan gelembung udara tersebut. Pemanasan minyak Transformator dapat membuat bola cair dan

15 gelembung udara tersebut menguap sehingga minyak Transformator menjadi lebih stabil yang memyebabkan tingkat ketahanan isolasi meningkat pada saat tegangan diterapkan. Sedangkan pada suhu 80 o C ketas nilai tegangan tembus dari minyak Transformator menjadi semakin kecil dibandingkan pada suhu dibawah 80 o C. bila perhatikan dan dianalisa secara detail, tegangan tembus yang terjadi pada suhu 80 o C hingga 100 o C, penurunan nilai tegangan tembus dibanding nilai tegangan tembus pada suhu 60 o C tidaklah terlalu jauh. Hal tersebut terjadi dikarenakan pada suhu 80 o C hingga 100 o C molekul-molekul pada minyak Transformator mulai rusak atau pecah namun rusaknya molekul-molekul pada fase suhu 80 o C hingga 100 o C tidaklah terlalu menyebabkan penurunan nilai tegangan tembus yang terlalu significan. Sedangkan pada suhu diatas 100 o C, seperti 120 o C dan 140 o C penurunan nilainya menjadi semakin besar. Penurunan yang cukup besar ini terjadi disebabkan molekul-molekul pada minyak Transformator sudah rusak dimana besar kerusakan pada molekul-molekul minyak Transformator semakin besar berbanding lurus dengan kenaikan nilai suhu dari minyak Transformator tersebut. Kerusakan pada molekul-molekul minyak Transformator inilah yang menyebabkan nilai tegangan tembus yang terjadi semakin turun atau semakin kecil. Selain itu, factor lain yang menyebabkan penurunan tegangan tembus isolasi minyak pada saat dipanaskan dengan suhu diatas 80 o C adalah timbulnya residua tau zat buang hasil perubahan kimia zat isolasi cair yang mendapat suhu tinggi. Isolasi cair yang dipanaskan secara terus menerus pada suhu tinggi akan mengalami kerusakan pada molekul. Molekul akan mengalami pemecahan dan pecahnya molekul tersebut akan menghasilkan zat residu. Pada umumnya zat buangan dapat berupa karbon atau gas. Terdapatnya zat residu dalam isolasi minyak tersebut akan menyebabkan meningkatnya resiko terjadinya loncatan electron, oleh karena itu nilai tegangan tembus yang dibutuhkan untuk terjadinya loncatan electron akan semakin rendah. Hal ini dapat terlihat dari warna yang berubah pada isolasi minyak trafo dari warna minyak yang awalnya bening menjadi kuning bahkan coklat. Hal ini disebabkan banyaknya partikel karbon didalam minyak dan perubahan moleul-molekul minyak.

16 Tegangan Tembus (kv) Tegangan isolasi kertas terendam minyak Suhu ( o C) kertas 1 lapis kertas 3 lapis kertas 5 lapis Gambar 10 grafik tegangan tembus isolasi kertas terendam minyak Pada pengujian tegangan tembus pada isolasi kertas yang direndam ke dalam minyak Transformator, seperti yang telihat pada garik gambar 10, terlihat bahwa nilai tegangan tembus yang terjadi memiliki pola dimana pada suhu normal (26 o C) hingga suhu 60 o C nilai tegangan tembus yang terjadi semakin naik, sedangkan pada suhu 80 o C nilai tegangan tembusnya menjadi turun. Hal tersebut terjadi karna pada suhu tersebut pola tegangan tembus yang terjadi sama seperti pola tegangan tembus pada isolasi minyak Transformator murni dimana pada suhu 26 o C hingga suhu 60 o C nilai tegangan tembus yang terjadi adalah semakin meningkat hal ini disebabkan faktor kontaminasi atau ketidakmurnian zat untuk isolasi minyak, seperti adanya bola cair dari jenis cairan yang lain (air) dan gelembung gelembung udara sehingga pada saat terjadi pemanasan minyak Transformator maka akan terjadi penguapan pada bola cair dan gelembung udara tersebut yang mengakibatkan ketahanan pada isolasi minyak menjadi meningkat. Pola berikutnya adalah pada suhu 100 o C dimana nilai tegangan tembus yang terjadi adalah menjadi meningkat, seperti yang telihat pada grafik. Peningkatan nilai tegangan tembus yang terjadi tersebut terus meningkat berbanding lurus dengan kenaikan nilai suhu pada isolasi minyak. Kenaikan nilai tegangan tembus pada suhu 100 o C ke atas ini disebabkan karna kandungan kelembaban atau unsur air dari isolasi kertas mulai memuai dan berkurang, dimana kandungan air dalam isolasi kertas tersebut menguap dan hal tersebut terlihat dari banyaknya gelembung-gelembung udara yang terbentuk. Gelembung-gelembung udara yang terbentuk ketika pengujian seperti yang terlihat pada gambar 11 dan gambar 12.

17 Gambar 11 Gelembung udara saat isolasi dipanaskan Gambar 12 Gelembung udara saat pengujian (dari samping) Gambar 11 dan gambar 12 adalah gambar dimana fenomena gelembung udara yang terbentuk ketika isolasi kertas dipanaskan dalam minyak, gelembung udara yang terbentuk keluar dari isolasi kertas dan banyaknya gelembung yang terbentuk benrbanding lurus dengan naiknya suhu yang diterapkan. Dari gelembung udara yang keluar dari isolasi kertas inilah dapat dianalisa bahwa terdapat air yang menguap dikarenakan kenaikan suhu, dan kandungan air tersebut terdapat dalam isolasi kertas dikarenakan gelembung terbentuk atau keluar dari isolasi kertas yang dipanaskan dengan suhu tinggi didalam minyak. Seperti yang telah disebutkan, bahwa pada proses pembentukan kertas awal, kandungan air dalam kertas bisa mencapai 98% dan pada proses selanjutnya kertas dikeringkan dan kandungan air atau kelembaban didalamnya diturunkan menjadi 10%. Akibat proses pemanasan yang dilakukan dalam pengujian ini, kandungan air dalam isolasi kertas menjadi menguap dan kelembapan isolasi kertas semakin berkurang. Karna faktor kelembapan atau kandungan air yang semakin berkurang tersebut menyebabkan sifat dielektrik dari isolasi kertas menjadi semakin baik. Semakin baiknya sifat dielektrik dari isolasi kertas tersebut juga berpengaruh terhadap

18 peningkatan tegangan tembus yang terjadi. Dan hal tersebut yang membuat nilai tegangan tembus dalam percobaan ini menjadi meningkat ketika berada pada suhu diatas 80 o C. Analisa Hubungan Tegangan Tembus Isolasi Kertas Dengan Jumlah Lapisan Kertas Dilihat dari data pengujian yang telah dilakukan maka, dari data pengujian tersebut dapat dibuat grafik berdasarkan jumlah lapisan dari isolasi kertas guna melihat pola tegangan tembus yang terjadi. Variasi yang dilakukan selain variasi jumlah lapisan dari isolasi kertas, juga variasi dari suhu isolasi minyak yang merendam isolasi kertas. Hasil plot grafik dari data-data tersebut adalah seperti pada gambar 13. Tegangan Tembus (kv) Tegangan tembus isolasi kertas berdasarkan jumlah lapisan Jumlah Lapisan suhu 26oC suhu 40oC suhu 60oC suhu 80oC suhu 100oC suhu 120oC suhu 140oC Gambar 13 tegangan tembus isolasi kertas berdasarkan jumlah lapisan Dapat dianalisa bahwa grafik yang telah dibuat memiliki pola yang sama dimana nilai tegangan tembus menjadi naik bila jumlah lapisan dari isolasi kertas bertambah. Atau dengan kata lain kenaikkan nilia tegagan tembus meningkat seiring dengan jumlah dari lapisan isolasi kertas yang digunakan. Kenaikan nilai tegangan tembus tersebut terjadi dikarenakan untuk satu lapisan dari isolasi kertas memiliki nilai tahanannya atau nilai tegangan tembusnya sendiri, bila kertas tersebut digabungkan maka besar nilai tahanan dari isolasi kertas juga akan semakin bertambah dan menyebabkan tegangan tembus yang tejadi juga semakin meningkat. Namun bila dilihat lebih detail lagi, terlihat bahwa perbedaan nilai kenaikan tegangan tembus menjadi lebih besar ketika suhu berada dinilai 100 o C hingga 140 o C. Hal tersebut

19 dikarenakan ketika berada di suhu 100 o C sampai 140 o C, isolasi kertas mengalami proses dimana kandungan air didalamnya menguap karna suhu tinggi. Menguapnya kandungan air dalam isolasi minyak menyebabkan isolasi kertas menjadi murni atau tidak terkontaminasi/tercampur dengan air, sehingga nilai tegangan tembusnya menjadi semakin tinggi. Kesimpulan 1. Nilai tegangan tembus untuk isolasi minyak murni mengalami kenaikan ketika berada disuhu diatas suhu normal minyak (26 o C) hingga suhu 60 o C. Namun ketika berada disuhu 80 o C hingga 140 o C, Nilai tegangan tembus isolasi minyak mengalami penurunan. 2. Penurunan nilai tegangan tembus ketika berada di suhu 80 o C hingga 140 o C dikarnakan molekul-molekul pada isolasi minyak telah rusak dikarnakan terpapar oleh suhu tinggi dan menyebabkan penurunan kualitas dari isolasi minyak. 3. Nilai tegangan tembus untuk isolasi kertas yang direndam dengan minyak trafo mengalami kenaikan dari suhu normal (26 o C) hingga suhu 60 o C. Sedangkan pada fase suhu dari 60 o C hingga 80 o C mengalami penurunan nilai tegangan tembus. Namun pada fase suhu 80 o C hingga 140 o C nilai tegangan tembus menjadi meningkat. 4. Semakin banyak jumlah lapisan isolasi kertas, maka nilai tegangan tembus yang terjadi semakin meningkat. Daftar Pustaka I Made Yulistya. TEKNIK TEGANGAN TINGGI. Prinsip dan Aplikasi Praktis. Indonesia. Graha Ilmu Djiteng Marsuadi. Pembangkitan Energi Listrik. Indonesia. Erlangga Chapman, Stephen J. Electric Machinery and Power System Fundamentals. Mc Graw Hill. New York Nasrat Loai. (2012). Aging Effect on Characteristics of Oil Impregnated Insulation Paper for Power Transformers. South Valley University

20 Wang Youyuan. (2011). Reliability Evauation Method of Oil-Paper Insulation. Energies ISSN Suwarno (2011). Effect of Temperature on the Breakdown Voltage and Partial Discharge pattern of Biodegradable Oil. IEEE Fritz Jonathan (2011). Analisis Pengaruh Kenaikan Temperatur Dan Umur Minyak Transformator Terhadap Degradasi Tegangan Tembus Minyak Transformator. Universitas Indoensia