BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Proses Penyaluran Tenaga Listrik Ke Pelanggan Didalam dunia kelistrikan sering timbul persoalan teknis, dimana tenaga listrik dibangkitkan pada tempat-tempat tertentu, sedangkan pemakai tenaga listrik atau Pelanggan tenaga listrik tersebar diberbagai tempat yang letaknya jauh dari pembangkit tenaga listrik, maka penyampaian tenaga listrik dari tempat dibangkitkan sampai ke tempat Pelanggan memerlukan berbagai penanganan teknis. Berikut ini merupakan gambaran proses penyaluran tenaga listrik ke Pelanggan ditunjukkan pada Gambar 2.1. Unit Pembangkitan Unit Transmisi Gardu Induk distribusi Unit Distribusi Generator G Trf PMT Transformator Pemutus Tenaga Konsumen Besar PMT Konsumen Umum Distribusi Primer Distribusi sekunder Gambar 2.1. Proses penyaluran tenaga listrik ke Pelanggan Tenaga listrik dibangkitkan oleh pembangkit listrik kemudian dinaikkan tegangannya oleh Transformator penaik tegangan (step up transformer) yang ada di pembangkit listrik dan disalurkan melalui saluran transmisi tegangan ekstra tinggi 500 kv dan saluran transmisi tegangan tinggi 150 kv. 7

8 Setelah disalurkan melalui saluran transmisi maka sampailah tenaga listrik di Gardu Induk (GI) untuk diturunkan tegangannya melalui Transformator penurun tegangan (step down) menjadi tegangan menengah (20 kv) atau sering disebut jaringan distribusi. Kemudian tenaga listrik tersebut diturunkan kembali tegangannya dalam Gardu distribusi melalui Transformator distribusi penurun tegangan menjadi tegangan rendah 400/231 Volt untuk dibagi-bagi oleh papan hubung bagi tegangan rendah (PHB-TR) yang selanjutnya disalurkan melalui jaringan tegangan rendah (JTR) dan sambungan Rumah (SR) sampai dengan alat pengukur dan pembatas (APP) Pelanggan sebesar 380/220V yang sekaligus merupakan titik akhir kepemilikan PT PLN (Persero). 2.2 Transformator 2.2.1 Umum Transformator (Trafo) pada umumnya banyak di pergunakan untuk sistem tenaga listrik maupun untuk rangkaian elektronik. Dalam sistem tenaga listrik, Trafo di pergunakan untuk memindahkan energi dari satu rangkaian listrik ke rangkaian listrik berikutnya tanpa merubah frekwensi. Biasanya dapat menaikkan atau menurunkan tegangan maupun arus, sehingga memungkinkan transmisi ekstra tinggi. Pemakaian pada sistem tenaga dapat di bagi menjadi tiga yaitu : a. Trafo penaik tegangan (step up) : dapat di sebut Trafo daya, untuk menaikkan tegangan pembangkitan manjadi tegangan transmisi. b. Trafo penurun tegangan (step down) : dapat di sebut Trafo distribusi, untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi. c. Trafo instrument : yang terdiri dari Trafo tegangan dan Trafo arus, dipakai menurunkan tegangan dan arus guna system pengukuran dan proteksi.

9 Trafo pada sistem tenaga untuk kapasitas besar dapat dihubungkan tiga fase dan untuk kapasitas kecil dapat dihubungkan satu fase. Sedangkan dalam rangkaian elektronik, Trafo di pergunakan sebagai gandengan impedans antara sumber dan beban, memisahkan satu rangkaian dari rangkaian yang lain dapat menghambat arus searah sambil melakukan arus bolak-balik, dengan daya yang cukup kecil. 2.2.2 Prinsip Kerja Transformator Prinsip kerja Trafo adalah berdasarkan induksi elektro magnetik. Untuk memahami prinsip kerja tersebut perhatikan gambar dibawah ini (Gambar 2.2) Gambar 2.2 Prinsip Kerja Transformator Sisi belitan X 1 dan X 2 adalah sisi tegangan rendah dan sisi belitan H 1 dan H 2 adalah sisi tegangan tinggi. Bila salah satu sisi, baik sisi tegangan tinggi (TT) maupun sisi tegangan rendah (TR) dihubungkan dengan sumber tegangan bolakbalik maka sisi tersebut di sebut dengan sisi primer, sedangkan sisi lain yang dihubungkan dengan beban disebut sisi sekunder. Sisi belitan X 1 dan X 2 di hubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik sebesar V 1 atau sama dengan V P, maka fluks bolak balik akan di bangkitkan pada inti sebesar Ø max yang melingkar dan menghubungkan belitan kawat primer dengan belitan kawat sekunder serta menghasilkan tegangan induksi (EMF/GGL) baik pada belitan primer sebesar E 1 atau sama dengan E P, maupun

10 pada belitan sekunder sebesar E 2 atau sama dengan E s seperti yang terdapat pada persamaan (2.1 dan 2.2) berikut ini : E 1 = E p = 4.44 x f x N p x Ø max x 10-8 Volt.... (2.1) E 2 = E s = 4.44 x f x N s x Ø max x 10-8 Volt...... (2.2) Kemudian Karena frekuensi dan Fluksnya sama, maka : E 1 N = 1. (2.3) E 2 N 2 Jika rugi-rugi Trafo tidak di perhitungkan dan efisiensi dianggap 100 %, maka secara praktis factor daya primer (PF 1 ) sama dengan factor daya sekunder (PF 2 ) sehingga besarnya daya primer sama dengan daya sekunder seperti persamaan berikut ini : I 1 x E 1 x PF 1 = I 2 x E 2 x PF 2 (2.4) Maka : E 1 I = 2..... (2.5) E 2 I 1 Sehingga rumus umum perbandingan belitan Trafo adalah : E E 1 2 = N N 1 2 I = I 2 1 = a.. (2.6) Untuk Trafo ideal, berlaku persamaan berikut : V 1 = E 1 = V p = E p... (2.7) V 2 = E 2 = V s = E s... (2.8) Dimana : E 1 = E p E 2 = E s N 1 = N p : Tegangan induksi yang dibangkitkan sisi primer (V) : Tegangan induksi yang dibangkitkan sisi sekunder (V) : banyaknya lilitan pada sisi primer

11 N 2 = N s : banyaknya lilitan pada sisi sekunder. Ø max f : fluks maksimum dalam besaran Maxwell : frekuensi arus dan tegangan sistem (Hz) V 1 = V p : tegangan sumber yang masuk di primer (Volt) V 2 = V s : tegangan sekunder ke beban (Volt) a : rasio Transformator (%) PF 1 : power faktor atau faktor daya 2.3 Transformator Distribusi Pada sistem distribusi, Transformator digunakan untuk menurunkan tegangan penyaluran 20 kv ke tegangan pelayanan 400/231 V. Untuk fungsi tersebut, Transformator dapat berupa Transformator satu fase (Gambar 2.3) atau tiga fase (Gambar 2.4) dengan berbagai Kelompok Vektor. Berikut ini merupakan Gambaran dari kedua penjelasan Trafo tersebut. Gambar 2.3 Trafo satu Fase Gambar 2.4 Trafo tiga Fase Secara umum untuk Transformator fasa tiga dengan kapasitas 160 kva memiliki hubungan vektor Yzn5 sedangkan untuk Kapasitas > 160 KVA memiliki hubungan vektor Dyn5 (berdasarkan SPLN 50 tahun 1982 dan 1997, serta SPLN D3.002-1 : 2007)

12 2.3.1 Konstruksi Berikut ini merupakan gambaran dari bagian-bagian Transformator distribusi beserta keterangannya (Gambar 2.5) Gambar 1.5 Bagian-bagian Transformator Distribusi 1. Inti besi 2. Klem inti besi 3. Belitan sekunder 4. Belitan primer 5. Penyangga belitan 6. Konservator 7. Pin radiator 8. Bushing primer 9. Bushing sekunder 10. Tap changer 11. Breather 12. Pembatas tekanan 13. Gelas penduga 14. Roda 15. Kuping pengangkat 2.3.1.1 Bagian Aktif Bagian aktif Transformator merupakan kesatuan dari beberapa komponen yang mendukung berlangsungnya fungsi transfer energi, yaitu : inti besi dan belitan. Pada bentuk konstruksinya, inti besi dilengkapi dengan klem penjepit (core clamping) dan belitan dilengkapi dengan struktur penyangga (winding support) dan insulasi antar lapisan (layer) belitan. Berdasarkan bentuk dari susunan inti besi dan belitan, Transformator dapat dibedakan menjadi dua tipe yaitu : tipe core (Gambar 2.6) dan tipe shell (Gambar 2.7).

13 Gambar 2.6 Tipe Core a) Inti besi Gambar 2.7 Tipe Shell Bahan inti besi yang paling banyak digunakan adalah cold rolled grain oriented (CGO) atau baja elektrikal berbentuk pelat tipis yang dilaminasi dengan silikon. Pada penerapannya, pelat tipis untuk pembentukan inti besi tersebut dapat dikonstruksi secara tersusun (tipe stacked) seperti pada Gambar 2.8 atau digulung (tipe wound) Gambar 2.9. Gambar 2.8 tipe Stacked Gambar 2.9 tipe Wound

14 b) Klem Inti besi Material klem yang umum digunakan adalah baja dan kayu, seperti yang terdapat pada Gambar 2.10 dan Gambar 2.11 dibawah ini. Gambar 2.10 Klem inti dari baja Gambar 2.11 Klem inti dari Kayu Melonggarnya susunan pelat inti besi dapat menyebabkan meningkatnya tingkat bising (noise level) pada Trafo. Selain itu, kondisi ini dapat menyebabkan meningkatnya suhu operasi Transformator. c) Belitan Belitan dibentuk dari lilitan-lilitan konduktor berinsulasi. Lilitan tersebut dapat terdiri dari beberapa lapis (layer) yang dipisahkan satu dengan lainnya dengan kertas insulasi. Setiap beberapa lapisan diberi jalur untuk melintasnya minyak pendingin seperti yang terdapat pada gambar berikut ini (Gambar 2.12). Gambar 2.12 Jalur minyak pada lapisan belitan Bahan untuk konduktor belitan adalah tembaga atau aluminium.tembaga merupakan material yang paling banyak digunakan, sedangkan aluminium muncul lebih belakangan sebagai material alternatif, dan umumnya digunakan pada

15 belitan tegangan rendah. Resistivitas aluminium lebih tinggi dibandingkan tembaga, sehingga untuk mendapatkan rugi-rugi yang setara harus dikompensasi dengan luas penampang yang lebih besar. Material konduktor untuk belitan primer yang paling banyak digunakan adalah enamelled round copper wire dengan varnish jenis PVF (polyvinil formal) dengan kelas suhu A (105 C). Dibandingkan varnish lain yang digunakan pada enamelled wire (polyurethane, polyester) karena kelas suhu PVF lebih rendah, namun varnish ini cocok digunakan dalam rendaman minyak. Untuk belitan sekunder, material konduktor adalah tembaga atau aluminium. Bentuk konduktor berbentuk segi empat (rectangular wire) atau lembaran (metal foil) yang diinsulasi dengan kertas seperti pada gambar 2.13. Kertas digunakan karena perpaduannya dengan minyak mempunyai ketahanan tegangan yang cukup tinggi. Metal foil, yang dikombinasikan dengan kertas sebagai insulasi antar foil, mempunyai ketahanan hubung singkat yang lebih baik dibandingkan bentuk konduktor segi empat. Gambar 2.13 Belitan metal foil d) Penyangga belitan Fungsi penyangga belitan adalah menjaga kestabilan belitan, terutama pada saat terjadi gangguan pada sisi eksternal Transformator. Bahan yang digunakan adalah kayu Transformator atau kayu alam. Sebelum digunakan, kayu alam perlu melalui proses pengeringan terlebih dahulu untuk memastikan

16 kandungan airnya tidak berlebihan sehingga mempengaruhi mutu dielektrik minyak insulasi. Konstruksi penyangga belitan tidak dibuat rapat, bagian yang terbuka dipersiapkan sebagai jalur bagi minyak pendingin dalam membasuh lapisan-lapisan belitan seperti yang terdapat pada Gambar 2.14 Berikut ini Gambar 2.14 Penyangga belitan 2.3.1.2 Sistem Pendingin Panas yang ditimbulkan oleh rugi-rugi Transformator berpotensi merusak ketahanan komponen-komponen dari sistem insulasi (kertas atau enameled wire) Transformator. Untuk menjaga agar suhu pada semua bagian insulasi selalu berada dibawah batas ketahanan termalnya, diperlukan pendinginan. Sistem pendinginan yang umum digunakan pada Trafo distribusi adalah ONAN. Dua huruf awal menggambarkan metode pendinginan internal, sedangkan dua huruf terakhir untuk metode eksternal. Tabel 2.1 berikut ini merupakan penjelasan dari penjelasan digit tersebut. Tabel 2.1Arti digit pada sistem pendinginan Trafo ONAN Medium internal yang kontak dengan belitan O Minyak mineral atau sintetik dengan titik bakar 300 C Mekanisme sirkulasi dari N Aliran natural / Alamiah melalui medium pendingin internal belitan Medium pendinginan eksternal A Udara Mekanisme sirkulasi dari N Konveksi natural / Alamiah medium eksternal

17 Dari Tabel diatas dapat disimpulkan bahwa, Pemeran utama di bagian internal adalah minyak isolasi. Kemampuan minyak untuk fungsi ini dipengaruhi oleh kualitas heat transfernya dan bagaimana minyak dapat secara efektif mengalir (membasuh) pada setiap celah dari susunan belitan. Pada bagian eksternal, pemeran utamanya adalah suhu dan aliran udara di sekitar Transformator serta luas permukaan sirip-sirip pendingin. Secara umum Sistem pendinginan ONAN berarti minyak sebagai pendingin kumparan Trafo yang bersikulasi secara alami dan dengan udara sebagai pendingin luar Transformator yang bersikulasi secara alami pula. a) Sirip Pendingin Sirip pendingin merupakan bagian dari sistem pendinginan eksternal Transformator. luas permukaan dari sirip-sirip pendingin yang akan berinteraksi dengan udara luar merupakan faktor yang menentukan efektifitas pendinginan. Untuk hal tersebut, jumlah dan ukuran sirip pendingin didesain sedemikian, sehingga mampu mendisipasi suhu yang timbul saat Transformator dioperasikan. Pada proses pendinginan, aliran udara melakukan pertukaran panas melalui siripsirip pendingin. Luas permukaan sirip pendingin akan menentukan kualitas pendinginan. Untuk Transformator dengan kelas suhu A, seperti halnya pada kebanyakan Transformator distribusi, desain ketahanan termal ditentukan pada suhu ruang maksimum 40 C. Suhu pada bagian-bagian Transformator dibedakan menjadi suhu rata-rata dan suhu titik terpanas (hot spot). Suhu panas pada bagian selain belitan dapat terjadi pada bagian konstruksi klem inti besi yang dibuat dari bahan logam magnetik dan bagian tutup tangki di sekitar bushing.

18 b) Minyak Transformator Minyak Transformator adalah minyak berbasis mineral yang digunakan karena keunggulan sifat kimia dan kekuatan dielektrik. Minyak berfungsi sebagai isolasi dan sekaligus media pendingin oleh karena itu Kualitas minyak akan mempengaruhi sifat insulasi dan pendingin. Selain berfungsi sebagai media pendingin, minyak mineral juga berfungsi untuk mengisolasi tegangan yang timbul pada setiap bagian-bagian Transformator. Tabel Berikut ini merupakan karakteristik minyak Transformator berdasarkan standar IEC 60422:2005 (Tabel 2.2) Tabel 1.2 Karakteristik minyak Trafo berdasarkan IEC 60422:2005 No. Parameter Baik Cukup Buruk 1 Warna dan penampakan Clear - Gelap 2 Tegangan tembus [kv/2,5 mm] > 40 30-40 < 30 3 Kadar air pada 20 C [mg/kg] < 10 10-25 > 25 4 Keasaman [mgkoh/g] < 0,15 0,15-0,30 > 0,30 5 Kadar air pada 20 C [mg/kg] < 10 10-25 > 25 c) Media Pendingin Ketahanan thermal suhu dinyatakan dengan kelas thermal insulasi / kertas. Pada Trafo distribusi digunakan kertas dengan suhu insulasi kelas A. Tabel berikut ini merupakan beberapa jenis kelas pada sistem insulasi Trafo Tabel 2.3 Kelas thermal insulasi

19 2.3.1.3 Pengubah Sadapan Pengubah sadapan (tap changer) merupakan lengkapan yang dipasang pada belitan primer dengan maksud pengaturan tegangan keluaran Transformator. Pengaturan tegangan diperlukan untuk mengkompensasi jatuh tegangan (Drop) pada saluran jaringan tegangan menengah yang memasok suatu Transformator distribusi. Pada lokasi yang jauh dari sumber ataupun berbeban berat, tegangan yang diterima konsumen berpotensi lebih rendah dari ketentuan standar mutu pelayanan (+5% dan -10%) dari tegangan rendah 220/380V, sebagai akibat dari tegangan yang diterima oleh terminal primer Transformator lebih rendah dari tegangan nominalnya ataupun karena pembebanan yang tinggi. Melalui pengubah sadapan ini, nilai tegangan pelayanan dapat dicapai. Gambar 2.15 berikut ini merupakan Gambaran dari tap changer Gambar 2.15 Pengubah sadapan (tap changer) Prinsip dasar pengubah sadapan adalah pengaturan jumlah lilitan dari belitan sisi primer. Jenis pengubah sadapan yang digunakan pada Transformator distribusi adalah off circuit, sehingga untuk merubah posisi sadapan, Transformator harus dalam kondisi tidak bertegangan (Offline). Tabel 2.4 berikut ini merupakan jumlah sadapan pada Trafo distribusi berdasarkan standar PLN (SPLN)

20 Tabel 2.4 Jumlah Sadapan berdasarkan Standar PLN SADAPAN / TAP (KV) No. SPLN Tap 1 Tap 2 Tap 3 Tap 4 Tap 5 Tap 6 Tap 7 SPLN 50 : 1982 21 20,5 20 19,5 19 - - 22 21 20 19 18 - - SPLN 50 : 1997 21 20 19 - - - - SPLN D3.002-1 : 2007 21 20,5 20 19,5 19 18,5 18 21 20,5 20 19,5 19 - - 2.3.1.4 Terminal Terminal belitan primer dan sekunder (yang bertegangan) harus dapat dikeluarkan dari tangki dengan aman agar dapat dihubungkan dengan sumber dan beban. Untuk itu digunakanlah bushing yang sekaligus digunakan untuk meminimalkan stress tegangan dan menyediakan fasilitas untuk kemudahan koneksi. Bushing didesain untuk menginsulasi konduktor lead yang melewati tutup atau dinding tangki dan juga menjaga integritas seal tangki agar mencegah masuknya air, udara dan kontaminan lain ke dalam tangki. Bushing sisi sekunder menggunakan bushing dari keramik, sedangkan jenis bushing primer tergantung dari jenis konstruksi Transformator. Pada Transformator pasangan luar (Outdoor) menggunakan bushing keramik, sedangkan Transformator pasangan dalam (Indoor) umumnya menggunakan plug-in bushing. Gambar 2.16 dan 2.17 berikut ini merupakan gambaran dari penjelasan tersebut. Gambar 2.16 Terminal Trafo pasangan dalam

21 Gambar 2.17 Terminal Trafo pasangan luar 2.3.1.5 Pembatas Tekanan Pembatas tekanan berfungsi untuk mengurangi tekanan di dalam tangki saat terjadi gangguan (Gambar 2.18). Untuk Transformator hermetik, rating tekanan dari pembatas tekanan harus dipilih sehingga tidak membuka selama proses operasi normal Transformator. Gambar 2.18 Proses reduksi tekanan saat Trafo mengalami gangguan besar Beberapa jenis pembatas tekanan dapat dilihat pada gambar 2.19. Jenis pada gambar terakhir tidak mampu mereduksi tekanan saat gangguan besar, sehingga kerusakan tangki cenderung lebih besar dan berpotensi membahayakan lingkungan di sekitar lokasi Transformator terpasang. Gambar 2.19 Jenis pembatas tekanan

22 2.3.1.6 Indikator Minyak a) Gelas Penduga atau Oil Level Indikator (OLI) Gelas penduga berfungsi memberikan indikasi level tinggi minyak. Keberadaannya diperlukan karena beberapa komponen seperti lead wire bushing primer dan pengubah sadapan berpotensi mengalami kegagalan tegangan bila tidak terendam minyak. Gelas Penduga disebut juga OLI (Oil Level Indicator) yang terbagi menjadi tiga level, yaitu : High, Medium dan Low. Untuk Transformator tipe hermatik, level terpasangnya tap changer merupakan batas ketinggian minimum. Pada saat level minyak minimum, tap changer harus tetap terendam minyak isolasi. Pemeriksaan harus dilakukan saat beban rendah. Gambar 2.20 berikut ini merupakan gambaran dari gelas penduga. Gambar 2.20 Gelas penduga atau OLI ( Oil Level Indicator ) b) Oil Temperatur Indikator (OTI) Oil temperature indicator (OTI) berfungsi untuk mengetahui kondisi temperature minyak didalam Trafo. Dalam pemasangannya, indikator ini terendam dengan minyak. Melalui Indikator ini dapat dilihat dua rekaman panas yang terjadi didalam Trafo, yaitu pada saat Trafo sedang beroperasi (jarum hitam) maupun kondisi panas maksimum yang pernah terjadi didalam minyak Trafo (jarum merah). Gambaran OLI dapat dilihat pada gambar 2.21 dibawah ini.

23 Gambar 2.21 Oil temperature indicator (OTI) 2.3.2 Jenis Transformator Distribusi 2.3.2.1 Transformator Konvensional (Konservator) Konstruksi Trafo konvensional terdiri dari tangki dan konservator. Konservator berfungsi untuk menampung pemuaian minyak saat Transformator berbeban. Gambar 2.22 berikut ini merupakan gambaran dari Transformator jenis konvensional. Gambar 2.22 Transformator Konvensional Pada Trafo jenis ini, ketika terjadi pemuaian dan penyusutan minyak Trafo, konservator difungsikan menampung minyak ketika memuai atau mensuplai minyak ketika minyak menyusut. Dengan demikian, udara luar masih memungkinkan untuk keluar masuk ke dalam Trafo melalui konservator sehingga beresiko minyak terkontaminasi oleh air yang terkandung dalam udara tersebut yang berujung pada penurunan nilai tegangan tembus minyak Trafo. Untuk mengantisipasi adanya udara luar yang lembab masuk ke dalam Trafo maka tipe

24 ini pada umumnya dilengkapi oleh silika gel untuk menyaring udara luar yang akan masuk ke dalam Trafo.Silika gel yang baik ditandai dengan warna biru atau orange sebagai warna awal dan akan berubah menjadi pink atau coklat setelah silika gel jenuh seperti pada gambaran berikut ini (Gambar 2.23) Gambar 2.23 Warna awal dan warna jenuh silika gel Selain itu untuk memisahkan medium pendingin internal (minyak) dengan atmosfer luar pada Trafo dilengkapi dengan bladder yang berupa balon karet (rubber bag) yang dipasang pada konservator. Dengan adanya bladder, kontak minyak dengan atmosfer luar akan dipisahkan oleh bantal karet dari bladder. Gambar 2.24 berikut ini merupakan gambaran dari bladder. Gambar 2.24 Conservator bladder 2.3.2.2 Transformator Hermetik Konsep lain dalam memproteksi Transformator dari udara lembab adalah dengan sistem tangki kedap (hermetically sealed). Pada sistem ini konservator dan sistem pipa untuk hubungan dengan atmosfer luar tidak digunakan lagi. Ada dua jenis sistem hermetik pada Transformator distribusi dengan pendekatan teknologi berbeda yaitu dengan bantalan gas (hermetically sealed inert gas cushion) dan minyak penuh (fully filled).

25 a) Hermetically Sealed Inert Gas Cushion Sistem hermetik jenis ini umumnya digunakan pada bentuk tangki rigid dengan menerapkan bantalan gas (nitrogen) pada ruang di atas level minyak. Volume untuk ruang gas diperhitungkan agar mampu menampung ekspansi minyak yang terjadi pada saat beban maksimum. Minyak dan gas berperan bersama-sama dalam membentuk tekanan tangki. Pemanasan minyak Transformator dan peningkatan suhu gas akibat sentuhan dari minyak panas tersebut, ditambah dengan konstruksi tangki yang rigid menyebabkan peningkatan tekanan tangki relatif tinggi (0,5 0,8 bar). Gambar 2.25 Berikut ini merupakan gambaran dari Trafo jenis tersebut. Gambar 2.25 Hermetically sealed inert gas cushion b) Hermetically-sealed fully filled Konsep hermetik lainnya adalah dengan mengisi seluruh ruang di dalam tangki dengan minyak. Bantalan gas tidak digunakan dan perannya dalam menangani ekspansi minyak diambil alih oleh kelenturan sirip dari pelat corrugated. Penggunaan sirip lentur membuat volume tangki bersifat variabel, membesar saat beban tinggi dan kembali mengecil pada beban yang lebih rendah. Untuk dapat mengangani kondisi ini, bahan logam pelat dari sirip radiator harus fleksibel namun kuat menahan tekanan tangki.

26 Volume yang bersifat variabel akan meminimalkan tekanan di dalam tangki. Pada saat beban tinggi, tekanan dapat dibatasi hanya berkisar 0,2 0,3 bar, sehingga stress terhadap seal (gasket) lebih kecil daripada sistem gas cushion. Gambar 2.26 berikut ini merupakan gambaran dari Trafo jenis tersebut. Gambar 2.26 Hermetically-sealed fully filled 2.3.3 Umur Transformator Distribusi 2.3.3.1 Umur Normal Transformator Umur Transformator merupakan fungsi dari umur sistem insulasinya.umur insulasi didefinisikan berakhir bila kekuatan mekanikalnya telah menurun hingga 50% kekuatan awal. Pada batas ini Transformator masih dapat beroperasi namun rentan terhadap berbagai gangguan. Untuk kelas suhu insulasi A, seperti halnya Transformator distribusi yang umum digunakan di PLN, penurunan ini dicapai pada 180.000 jam (20,55 tahun) bila Transformator dioperasikan pada kapasitas penuh secara berkelanjutan. Sistem insulasi didesain untuk beroperasi pada suhu belitan rata-rata 65 C dan suhu belitan hottest-spot 80 C di atas suhu ambien rata-rata 30 C. Dengan kondisi ini, suhu operasi Transformator adalah:

27 65 C kenaikan suhu rata-rata + 30 C suhu ambien = 95 C suhu rata-rata belitan 80 C kenaikan hottest-spot + 30 C suhu ambien = 110 C suhu hottest-spot Secara operasional, umur Transformator akan ditentukan oleh suhu pada konduktor belitannya. Suhu yang melebihi batas kemampuannya akan mempercepat umur Transformator dan sebaliknya. Gambar 2.27 berikut ini merupakan kurva umur operasi Trafo vs suhu belitan. 10.000.000 1.000.000 103 Umur trafo [jam] 100.000 10.000 42,60 tahun 117 10,17 tahun 1.000 20,55 tahun 100 80 90 100 110 120 130 140 150 Suhu [ C] Gambar 2.27 Kurva umur Transformator vs suhu belitan Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa untuk variasi suhu 7 C dari batas suhu operasi akan terjadi faktor kelipatan dua. Pada suhu 117 C, umur Transformator akan berkurang separuhnya akibat penuaan progresif oleh suhu tinggi terhadap sistem insulasi, sedangkan pada suhu belitan 107 C umur akan lebih panjang dua kalinya. Selain itu pula, dengan adanya thermal stress yang sangat tinggi tersebut akan merusak kertas isolasi pada Trafo itu sendiri. Gambar 2.28 berikut ini

28 merupakan contoh figur kerusakan isolasi Trafo (kraft paper) pada suhu 150 o C yang terendam dalam mineral oil (minyak Trafo) dengan variabel waktu: Gambar 2.28 Figur penuaan kertas isolasi Trafo Dari contoh figur diatas bisa dilihat bahwa ketika isolasi menerima suhu berlebih (150 o C), akan mengalami penurunan kualitas yang sangat signifikan yaitu dalam waktu kurang dari 6 bulan. 2.3.3.2 Faktor yang mempercepat Penuaaan Selain suhu tinggi, penuaan pada sistem insulasi dapat dipercepat oleh kelembaban dan oksidasi. Suhu tinggi, air dan oksigen, secara simultan akan membentuk siklus berantai melalui tiga proses: oksidasi (pada minyak dan material selulose), hidrolisis dan pirolisis yang akan mempercepat kerusakan sistem insulasi. Pada tingkat suhu beban normal, oksidasi dan lembab cenderung lebih berperan dalam merusak sistem insulasi. Hasil dari siklus ini adalah peningkatan kadar keasaman (acidity) pada minyak seperti yang terdapat pada gambar 2.29 berikut ini.

29 Gambar 2.29 Siklus reaksi pembentuk keasaman pada minyak Trafo Kadar keasaman mempunyai korelasi terhadap pembentukan sludge, yang keberadaannya akan merusak kemampuan heat transfer minyak. Asam akan membentuk sludge yang menetap pada belitan Transformator, menghasilkan berkurangnya kemampuan minyak dalam mendisipasi panas. Suhu operasi belitan yang menjadi lebih panas akan membentuk lebih banyak sludge dan menimbulkan lebih panas lagi. Kadar asam yang semakin tinggi dan peningkatan suhu operasi belitan akan mempercepat pemburukan kualitas insulasi minyak. Berdasarkan penelitian para ahli terbukti bahwa kertas yang mengandung kadar air 2% akan mengalami penuaan tiga kali lebih cepat daripada yang berkadar air 1% dan pada kadar air 3% kecepatan penuaan akan mencapai 30 kali lebih cepat.

30 2.3.3.3 Deteksi Penuaan Melalui Analisa Gas Terlarut Analisa gas terlarut merupakan suatu metoda uji untuk mengetahui kandungan gas yang terlarut dalam minyak Trafo dalam kondisi Trafo sedang beroperasi sehingga dapat mendeteksi secara dini potensi kegagalan dan memperkirakan kondisi operasi Trafo. Pada umumnya metode ini sering disebut dengan Dissolved Gas Analysis (DGA). Adapun gas gas yang bisa timbul saat Trafo beroperasi antara lain H 2 (hidrogen), CO (karbon monoksida), CH 4 (metana), C 2 H 6 (etana), C 2 H 4 (etilen), C 2 H 2 (asitilen) yang merupakan gas mudah terbakar (combustible gasses), selain itu juga dapat menimbulkan gas antara lain karbon dioksida (CO 2 ) yang bukan gas mudah terbakar (non combustible gasses). Berdasarkan standard IEEE C-57-104-1991 kondisi gas tersebut dikategorikan menjadi empat kondisi yang mengklasifikasikan resiko pada Trafo untuk kelanjutan operasi Trafo seperti yang terdapat pada table 2.5 dibawah ini. Tabel 2.5 Konsentrasi gas terlarut berdasarkan kondisi dalam satuan PPM Jenis Gas Kondisi 1 Kondisi 2 Kondisi 3 Kondisi 4 H 2 100 101-700 701-1.800 >1800 CH 4 120 121-400 401-1.000 >1000 C 2 H 2 35 36-50 51-80 >80 C 2 H 4 50 51-100 101-200 >200 C 2 H 6 65 66-100 101-150 >150 CO 350 351-570 571-1.400 >1.400 CO 2 2.5 2.500-4.000 4.001-10.000 >10.000 TDCG 720 721-1.920 1.921-4.630 >4.630 Gas terlarut tersebut diatas dapat di evaluasi untuk menyatakan gangguan dengan beberapa metode diantaranya : metode gas kunci gas kunci (key gassess) dan total dissolved combustible gasses (TDCG).

31 a) Evaluasi Kemungkinan Tipe Gangguan Berdasarkan Metode Gas Kunci Sebagai akibat adanya pemanasan berlebih pada minyak dan cellulose (kertas) menyebabkan terjadinya dekomposisi gas, tipe gas dominan yang timbul biasanya mengindikasikan jenis gangguan yang mungkin terjadi seperti yang terdapat pada tabel 2.6 dibawah ini. Tabel 2.6 Potensi gangguan pada Trafo berdasarkan evaluasi gas kunci Gambaran Gas Kunci Jenis Gangguan Thermal-Minyak : Dekomposisi gas terdiri dari Etilen dan Metana bersama dengan Hidrogen dan Etana dalam jumlah kecil. Acetilen dapat terbentuk jika melibatkan elektris Gas kunci : Etilen (C2H4) Termal Celulosa : CO2 dan CO dalam jumlah besar terbentuk karena pemanasan berlebih pada celulosa (kertas). Gas hidrokarbon terbentuk jika gangguan melibatkan struktur minyak yang meresap. Gas kunci : karbon monoksida (CO) Electrical Korona (Partial Discharge Intensitas Tinggi) : Peluahan elektris dengan energi kecil menghasilkan Hidrogen dan Metana, bersama Etana dan Etilen dalam jumlah kecil. Gas kunci : Hidrogen (H2) Electrical Arcing (Partial Discharge Intensitas rendah) : Hidrogen dan Acetilen jumlah besar dihasilkan, bersama dengan Metana dan Etana dalam jumlah kecil. CO dan CO2 bisa terbentuk jika gangguan melibatkan celulosa (kertas). Gas kunci : Acetilen (C2H2)

32 b) Evaluasi Kemungkinan Resiko Gangguan Berdasarkan Metode TDCG Berdasarkan metode evaluasi total dissolved combustible gasses (TDCG) maksud dari empat kondisi gas yang terdapat pada Tabel 2.5 adalah : Kondisi 1 : TDCG pada level ini mengindikasikan Trafo beroperasi secara normal Kondisi 2 : TDCG pada level ini mengindikasikan level gas mudah terbakar sudah diatas normal, harus dilakukan tindakan untuk mendapatkan trend bulanan, gangguan kemungkinan muncul Kondisi 3 : TDCG pada level ini mengindikasikan dekomposisi gas mudah terbakar yang tinggi, bila salah satu gas nilainya melebihi batasan level harus diinvestigasi dengan cepat, harus dilakukan tindakan untuk mendapatkan trend bulanan, gangguan kemungkinan besar muncul. Kondisi 4 : TDCG pada level ini mengindikasikan dekomposisi gas mudah terbakar yang sangat tinggi, pengoperasian Trafo pada kondisi ini dapat meghasilkan gangguan, harus segera dilakukan tindakan pencegahan gangguan. 2.3.4 Pembebanan Transformator Untuk menghitung besarnya pembebanan pada Transformator distribusi, terlebih dahulu harus dihitung besarnya arus beban penuh melalui persamaan daya berikut ini. S = 3 x V LL x I L (2.9) Sehingga : I L S =........(2.10) 3. V

33 Dimana : S = daya Transformator (kva) V = tegangan Line ke Line (V) I L = arus Line beban penuh (A) Kemudian dapat dihitung besarnya persentase pembebanan dengan menggunakan persamaan berikut ini : % I R/S/T = % I TOTAL = Dimana : I R, S, T PENGUKURAN I L ( I R + I s + IT ) I L x 100%.. (2.11) PENGUKURAN % I R/S/T = Persentase beban per-fase R/S/T (%) % I TOTAL = Persentase beban Total Trafo (%) x 100% (2.12) Beban Seimbang dan Tidak Seimbang Beban seimbang adalah suatu keadaan di mana ketiga vektor arus / tegangan sama besar dan membentuk sudut 120º satu sama lain. Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan di mana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi. Gambar 2.30 berikut ini merupakan gambaran dari penjelasan tersebut Gambar 2.30 Vektor diagram arus beban seimbang dan tidak seimbang

34 Gambar 2.29 (a) menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan seimbang. Disini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (I R, I S, I T ) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul arus netral (I N ). Sedangkan pada Gambar 2.29 (b) menunjukkan vektor diagram arus yang tidak seimbang. Disini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (I R, I S, I T ) tidak sama dengan nol sehingga muncul sebuah besaran yaitu arus netral (I N ) yang besarnya bergantung dari seberapa besar faktor ketidakseimbangannya. Berdasarkan persamaan penyaluran daya pada sistem tiga fase seimbang, besarnya arus dan tegangan pada masing-masing fase adalah sama sehingga berlaku persamaan berikut ini: P = 3 x V PH x I x Cos ϕ...(2.13) Dan apabila faktor daya di ketiga fasa dianggap sama walaupun besarnya arus berbeda, maka besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan sebagai : P = (a + b + c) V PH x I x Cos ϕ...(2.14) Jika arus (I PH ) adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya sebesar (P) pada keadaan seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi dengan keadaan tak seimbang besarnya arus-arus fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b dan c seperti yang terdapat pada persamaan berikut : [ I R ] = a [ I ] [ I S ] = b [ I ] [ I ] = c [ I ] T...(2.15) Berdasarkan persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa : Dalam keadaan seimbang, nilai a = b = c = 1...(2.16) Dalam keadaan tidak seimbang (a + b + c) = 3...(2.17)

35 Sehingga ketidakseimbangan beban adalah : Dimana : % beban tidak seimbang = { ( Δ ) ( ) ( ) } a + Δb + Δb 3 x 100%... (2.18) P : Daya listrik yang mengalir (Watt) V PH : Tegangan fase (Volt) Cos Ø : Faktor daya I : Arus yang mengalir pada lain (Amper) I R,S,T : Arus yang mengalir pada fase R, S dan T (Amper) a, b, c : Koefisien pembebanan a,b,c : Selisih koefisen a terhadap keadaan seimbang atau = 1 2.3.5 Pengaman Transformator Hubung singkat dan arus lebih yang terjadi di sepanjang jaringan yang dipasok oleh Transformator, dapat menimbulkan stress thermal dan mekanikal pada struktur belitan Transformator. Arus gangguan yang mengalir dalam durasi tertentu pada belitan, menimbulkan panas tinggi yang merusak sistem isolasi dan dielektrik dan menyebabkan penuaan dipercepat. Oleh karena itu pemilihan rating pengamanpun harus dilakukan secara tepat tepat sesuai dengan kapasitas Trafo (rating proteksi tidak terlalu besar /kecil). Tabel 2.7 dan 2.8 merupakan rekomendasi pemilihan Rating proteksi sisi Primer berdasarkan standard IEC 282-2 (1974) jenis letupan yang digunakan untuk Trafo pasangan luar dan standard IEC 282-2 (1970) jenis pembatas arus / current limiting (HRC) untuk Trafo pasangan dalam.

36 Tabel 2.7 Rekomendasi pemilihan rating pelebur untuk Trafo pasangan luar Trafo Distribusi Pelebur/tipe Daya Arus arus pengenal Pengenal pengenal (A) (kva) (A) minimum maksimum Fasa tiga, 20 kv 50 1,4434 2 H 2 H 100 2,8867 5 H 6,3 K; 6,3 T 160 4,6188 6,3 T 8K; 8 T 200 5,7735 6,3 T 10 K; 10 T 250 7,2169 8 T 12,5 K; 12,5 T 315 9,0933 10 T 12,5 K; 12,5 T 400 11,547 12,5 T 16 K; 16 T Keterangan : Tipe H : pelebur tahan surya kilat Tipe T : pelebur tipe lambat Tipe K : pelebur tipe cepat. Tabel 2.8 Rekomendasi rating pelebur untuk Trafo pasangan luar Trafo Distribusi Tiga Fasa, 20 kv Arus pengenal (A) Daya Arus Tipe T Tipe K pengenal(kva) Pengenal(A) min maks min maks 50 1,4434 - - 6,3 6,3 100 2,8867 6,3 8 6,3 10 160 4,6188 10 12,5 10 12,5 200 5,7735 10 12,5 16 20 250 7,2169 16 16 16 25 315 9,0933 20 25 20 31,5 400 11,547 25 25 25 40 500 14,4337 25 31,5 31,5 40 630 18,1865 40 40 40 63 800 23,094 50 63 50 80 1000 28,8675 63 63 63 100 Garis batas ketahanan pelebur (menurut SPLN diatas) bagi Trafo distribusi umum ditentukan oleh titik-titik berikut : 2 x In selama 100 detik 12 x In selama 0,1 detik 25 x In selama 2 detik : arus beban lebih : arus inrush Trafo : arus hubung singkat

37 2.3.6 Pemeliharaan Tranformator 2.3.6.1 Umum Pemeliharaan adalah peningkatan keandalan peralatan yang dilakukan dengan melaksanakan kegiatan untuk menjaga (mengembalikan) kondisi sebuah peralatan agar dapat melakukan fungsinya. Pemeliharaan akan meningkatkan keandalan dan efisiensi semaksimal mungkin pada biaya serendah-rendahnya (lowest possible cost), dengan demikian akan dicapai optimalisasi Peralatan melakukan akitivitas Pengelolaan Peralatan seperti yang terdapat pada Gambar 2.31 dibawah ini. Gambar 2.31 Strategi Pengelolaan Peralatan berdasarkan jenis pemeliharaan Melalui gambar diatas dapat disimpulkan bahwa untuk meminimalkan resiko kerusakkan peralatan harus dilakukan pergeseran kebijakan pengelolaan peralatan dengan memperkecil kebijakan yang sifatnya reactive (Pemeliharaan korektif) kearah kebijakan preventive maupun proactive dengan mendeteksi kemungkinan kerusakan peralatan yang mungkin timbul dan meminimalkan tiap resiko kerusakan peralatan melalui kegiatan pemeliharaan yaitu condition based maintenance atau pemeliharaan berdasarkan kondisi peralatan.

38 2.3.6.2 Jenis-Jenis Pemeliharaan Transformator Dalam pelaksanaannya kegiatan pemeliharaan Trafo distribusi dibagi menjadi menjadi tiga jenis yaitu pemeliharaan korektif, pemeliharaan preventive dan pemeliharaan berdasarkan kondisi atau condition based maintenance. a) Pemeliharaan korektif Pemeliharaan korektif merupakan tindakan perbaikan Trafo distribusi atau instalasi yang diakibatkan oleh terjadinya gangguan dan atau adanya kerusakan peralatan agar instalasi dapat segera beroperasi kembali. Adapun aktifitas pemeliharaan korektif antara lain : penggantian Trafo, penambahan minyak Trafo, penggantian komponen / aksesori Trafo, pengencangan / penggantian sambungan / konektor bushing dan sebagainya. b) Pemeliharaan Preventive Pemeliharaan Preventive merupakan kegiatan pemeliharaan untuk mencegah terjadinya kerusakan pada Trafo distribusi secara tiba-tiba dan mempertahankan unjuk kerja Trafo agar selalu beroperasi dengan keandalan dan efisien yang tinggi. Dalam pelaksanaannya pemeliharaan ini di awali dengan inspeksi atau pemeriksaan, untuk kemudian diikuti pelaksanaan pemeliharaan sesuai dengan rekomendasi dari hasil inspeksi. Adapun aktifitas pemeliharaan preventive antara lain : pembersihan fisik dari kotoran, pemeriksaan rating & instalasi proteksi Trafo distribusi, pemeriksaan kondisi elastimold / terminal, pemeriksaan kondisi bodi dan seal-seal Trafo, pemeriksaan kondisi baut baut bushing dan kebersihan bushing, pemeriksaan indikasi tinggi minyak dan warna minyak, pemeriksaan sistem pembumian Trafo dan sebagainya

39 c) Pemeliharaan Berdasarkan Kondisi (Condition Based Maintenance) Pemeliharaan berdasarkan kondisi adalah pemeliharaan Trafo distribusi yang dilakukan untuk mengetahui kondisi Trafo untuk kemudian memprediksi kemungkinan kerusakan yang akan terjadi sehingga dapat dilakukan pemeliharaan untuk mengantisipasi kerusakan yang akan terjadi tersebut. Pemeliharaan ini dilakukan berdasarkan kondisi peralatan, beban, umur, kondisi sekitar (polusi) dan lain sebagainya. Adapun aktifitas pemeliharaan berdasarkan kondisi antara lain : pengukuran pengukuran tahanan pembumian, pengujian minyak Trafo, pengukuran temperatur dengan infrared atau thermovision, dan sebagainya