MINYAK PADA TRANSFORMATOR

MINYAK PADA TRANSFORMATOR
Analisis Kegagalan Minyak Transformator

Isolasi berfungsi untuk memisahkan bagian bagian yang mempunyai beda tegangan agar supaya diantara bagian bagian tersebut tidak terjadi lompatan listrik (flsh-over) atau percikan (spark-over). Kegagalan isolasi pada peralatan tegangan tinggi yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinyuitas sistem menjadi terganggu. Dari beberapa kasus yang terjadi menunjukkan bahwa kegagalan isolasi ini berkaitan dengan adanya partial discharge. Partial discharge ini dapat terjadi pada material isolasi padat, material ioslasi cair dan juga material isolasi gas. Mekanisme kegagalan pada material isolasi padat meliputi kegagalan asasi (intrinsik), elektro mekanik, streamer, termal dan kegagalan erosi. Pada material isolasi gas kegagalan terutama disebabkan oleh mekanisme Townsend dan mekanisme streamer. Sedangkan kegagalan pada material isolasi cair disebabkan oleh adanya kavitasi, adanya butiran pada zat cair dan tercampurnya material isolasi cair. Kegagalan material isolasi cair (Minyak Transformator) akan dijelaskan lebih lanjut.
Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair


Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan, antara lain yang pertama adalah isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen. Kedua isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi. Ketiga isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge). Namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi.

Beberapa macam faktor yang diperkirakan mempengaruhi kegagalan minyak transformator seperti luas daerah elektroda, jarak celah (gap spacing), pendinginan, perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak ), pengaruh kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta kondisi pengujian atau minyak transformator itu sendiri juga mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator.

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 perinsipnya tegangan pada isolator merupakan suatu tarikan atau tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya dalam isolator itu sendiri agar supaya isolator tidak gagal. Dalam struktur molekul material isolasi, elektron-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 gagal.

Gradien tegangan dv/dx yang melalui sebuah isolator tidak konstan walaupun elektrodanya adalah pelat pelat sejajar, gradien tegangan paling curam terjadi dekat kepingan-kepingan. Bila dimensinya besar dibandingkan dengan jarak antara kedua pelat maka pada bagian tengah antara kedua pelat gradiennya seragam.

Berikut ini beberapa faktor yang mempengaruhi mekanisme kegagalan yaitu :

* Partikel
Ketidak murnian memegang peranan penting dalam kegagalan isolasi. Partikel debu atau serat selulosa dari sekeliling dielektrik padat selalu tertinggal dalam cairan. Apabila diberikan suatu medan listrik maka partikal ini akan terpolarisasi. Jika partikel ini memiliki permitivitas e 2 yang lebih besar dari permitivitas carian e 1, suatu gaya akan terjadi pada partikel yang mengarahkannya ke daerah yang memiliki tekanan elektris maksimum diantara elektroda elektroda. Untuk partikel berbentuk bola (sphere) dengan jari jari r maka besar gaya F adalah :

Jika partikel tersebut lembab atau basah maka gaya ini makin kuat karena permitivitas air tinggi. Partikel yang lain akan tertarik ke daerah yang bertekanan tinggi hingga partikel partikel tersebut bertautan satu dengan lainnya karena adanya medan. Hal ini menyebabkan terbentuknya jembatan hubung singkat antara elektroda. Arus yang mengalir sepanjang jembatan ini menghasilkan pemanasan lokal yang menyebabkan kegagalan.

Air
Air yang dimaksud adalah berbeda dengan partikel yang lembab. Air sendiri akan ada dalam minyak yang sedang beroperasi/dipakai. Namun demikian pada kondisi operasi normal, peralatan cenderung untuk mambatasi kelembaban hingga nilainya kurang dari 10 %. Medan listrik akan menyebabkan tetesan air yang tertahan didalam minyak yang memanjang searah medan dan pada medan yang kritis, tetesan itu menjadi tidak stabil. Kanal kegagalan akan menjalar dari ujung tetesan yang memanjang sehingga menghasilkan kegagalan total.


* Gelembung
Pada gelembung dapat terbentuk kantung kantung gas yang terdapat dalam lubang atau retakan permukaan elektroda, yang dengan penguraian molekul molekul cairan menghasilkan gas atau dengan penguatan cairan lokal melalui emisi elektron dari ujung tajam katoda. Gaya elektrostatis sepanjang gelembung segera terbentuk dan ketika kekuatan kegagalan gas lebih rendah dari cairan, medan yang ada dalam gelembung melebihi kekuatan uap yang menghasilakn lebih banyak uap dan gelembung sehingga membentuk jembatan pada seluruh celah yang menyebabkan terjadinya pelepasan secara sempurna.

Sifat-Sifat Listrik Cairan Isolasi

Sifat sifat listrik yang menentukan unjuk kerja cairan sebagai isolasi adalah :

* Withstand Breakdown kemampuan untuk tidak mengalami kegagalan dalam kondisi tekanan listrik (electric stress ) yang tinggi.

* Kapasitansi Listrik per unit volume yang menentukan permitivitas relatifnya.
Minyak petroleum merupakan subtansi nonpolar yang efektif karena meruapakan campuran cairan hidrokarbon. Minyak ini memiliki permitivitas kira-kira 2 atau 2.5 . Ketidak bergantungan permitivitas subtansi nonpolar pada frekuensi membuat bahan ini lebih banyak dipakai dibandingkan dengan bahan yang bersifat polar. Misalnya air memiliki permitivitas 78 untuk frekuensi 50 Hz, namun hanya memiliki permitivitas 5 untuk gelombang mikro.

* Faktor daya
Faktor dissipasi daya dari minyak dibawah tekanan bolak balik dan tinggi akan menentukan unjuk kerjanya karena dalam kondisi berbeban terdapat sejumlah rugi rugi dielektrik. Faktor dissipasi sebagai ukuran rugi rugi daya merupakan parameter yang penting bagi kabel dan kapasitor. Minyak transformator murni memiliki faktor dissipasi yang bervariasi antara 10-4 pada 20 oC dan 10-3 pada 90oC pada frekuensi 50 Hz.

* Resistivitas
Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resitivitasnya lebih besar dari 109 W-m. Pada sistem tegangan tinggi resistivitas yang diperlukan untuk material isolasi adalah 1016 W-m atau lebih. (W=ohm)

Kekuatan Dielektrik

Kekuatan dielektrik merupakan ukuran kemampuan suatu material untuk bisa tahan terhadap tegangan tinggi tanpa berakibat terjadinya kegagalan. Kekuatan dielektrik ini tergantung pada sifat atom dan molekul cairan itu sendiri. Namun demikan dalam prakteknya kekuatan dielektrik tergantung pada material dari elektroda, suhu, jenis tegangan yang diberikan, gas yang terdapat dalam cairan dan sebagainya yang dapat mengubah sifat molekul cairan. Dalam isolasi cairan kekuatan dielektrik setara dengan tegangan kegagalan yang terjadi.

Dalam upaya memberikan gambaran tentang kekuatan dielektrik maka akan lebih memudahkan bila dua dielektrik seri ditinjau. Dalam hal ini medan dianggap seragam, arus bocor diabaikan dan konsentrasi fluks pada pinggiran juga diabaikan.

Oleh karena perpindahan (displacement) netral sama, maka :

En1 En2 Dn1=Dn2

e1En1=e2En2

x1 x2 En1=(v1/x1) dan En2=(v2/x2)

e1, e2 adalah permitivitas

v1, v2 adalah tegangan tiap dielektrik

Jika n buah dielektrik dalam hubungan seri maka gradien atau kuat medannya pada titik x adalah :

Jika terdapat lapisan udara, minyak dan padat yang tebalnya 0.5 inci dengan permitivitas masing-masing 1, 2 dan 4; tegangan V=280 kV. Berdasarkan rumus diatas gradien tegangan udara 320 volt/mil, minyak 160 volt/mil dan bahan padat 80 volt/mil. Oleh karena itu udara mulai gagal saat 54 volt/mil, minyak pada saat 200 volt/mil dan bahan padat pada saat 25- - 300 volt/mil.

Pengujian Kualitas Minyak Transformator

1. Pengujian kekuatan elektrik minyak Transformator
Kekuatan listrik merupakan karakteristik penting dalam material isolasi. Jika kekuatan listrik rendah minyak transformator dikatakan memiliki mutu yang jelek. Hal ini sering terjadi jika air dan pengotor ada dalam minyak transformator. Pengujian perlu dilakukan untuk mengetahui kegagalan minyak transformator.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam melakukan uji kegagalan ini antara lain:

o Jarak elektroda 2.5 mm
o Bejana dan elektroda harus benar-benar kering dan bersih setiap sebelum pengujian, elektroda harus dicuci dengan minyak transformator yang akan diuji.
o Minyak yang akan diuji harus diambil dengan alat yang benar-benar bersih, minyak pertama yang keluar dibuang supaya kran-kran menjadi bersih. Minyak lama pada waktu pertama alirannya dibuang.
o Botol tempat minyak transformator ditutup dengan lilin supaya kotoran dan uap air tidak masuk.

2. Pengujian Viskositas Minyak Transformator
Viskositas minyak adalah suatu hal yang sangat penting karena minyak transformator yang baik akan memiliki viskositas yang rendah, sehingga dapat bersirkulasi dengan baik dan akhirnya pendinginan inti dan belitan trasformator dapat berlangsung dengan baik pula.

3. Titik Nyala (flash point)
Temperatur ini adalah temperatur campuran antara uap dari minyak dan udara yang akan meledak (terbakar) bila didekati dengan bunga api kecil. Untuk mencegah kemungkinan timbulnya kebakaran dari peralatan dipilih minyak dengan titik nyala yang tinggi. Titik nyala dari minyak yang baru tidak boleh lebih kecil dari 135 oC, sedangkan suhu minyak bekas tidak boleh kurang dari 130 oC. Untuk mengetahui titik nyala minyak transformator dapat ditentukan dengan menggunakan alat Close up tester.

4. Pemurnian Minyak Transformator
Minyak transformator dapat terkontaminasi oleh berbagai macam pengotor seperti kelembaban, serat, resin dan sebagainya. Ketidakmurnian dapat tinggal di dalam minyak karena pemurnian yang tidak sempurna. Pengotoran dapat terjadi saat pengangkutan dan penyimpanan, ketika pemakaian, dan minyak itu sendiri pun dapat membuat pengotoran pada dirinya sendiri.

Beberapa metode pemurnian minyak transformator dijelaskan dalam bagian berikut ini

a). Mendidihkan (boiling)

Minyak dipanaskan hingga titik didih air dalam alat yang disebut Boiler. Air yang ada dalam minyak akan menguap karena titik didih minyak lebih tinggi dari pada titik didih air. Metode ini merupakan metode yang paling sederhana namun memiliki kekurangan. Pertama hanya air yang dipindahkan dari minyak, sedangkan serat, arang dan pengotor lainnya tetap tinggal. Kedua minyak dapat menua dengan cepat karena suhu tinggi dan adanya udara.

Kekurangan yang kedua dapat diatasi dengan sebuah boiler minyak hampa udara (vacum oil boiler). Alat ini dipakai dengan minyak yang dipanaskan dalam bejana udara sempit (air tight vessel) dimana udara dipindahkan bersama dengan air yang menguap dari minyak. Air mendidih pada suhu rendah dalam ruang hampa oleh sebab itu menguap lebih cepat ketika minyak dididihkan dalam alat ini pada suhu yang relatif rendah. Alat ini tidak menghilangkan kotoran pada kendala pertama, sehingga pengotor tetap tinggal.

b). Alat Sentrifugal (Centrifuge reclaiming)

Air serat, karbon dan lumpur yang lebih berat dari minyak dapat dipindahkan minyak setelah mengendap. Untuk masalah ini memerlukan waktu lama, sehingga untuk mempercepatnya minyak dipanaskan hingga 45 - 55 oC dan diputar dengan cepat dalam alat sentrifugal. Pengotor akan tertekan ke sisi bejana oleh gaya sentrifugal, sedangkan minyak yang bersih akan tetap berada ditengah bejana. Alat ini mempunyai efesiensi yang tinggi. Alat sentrifugal hampa merupakan pengembangannya.

Bagian utama dari drum adalah drum dengan sejumlah besar piring / pelat (hingga 50) yang dipasang pada poros vertikal dan berputar bersama-sama. Karena piring mempunyai spasi sepersepuluh millimeter, piring piring ini membawa minyak karena gesekan dan pengotor berat ditekan keluar.

c). Penyaringan (Filtering)

Dengan metode ini minyak disaring melalui kertas penyaring sehingga pengotor tidak dapat melalui pori-pori penyaring yang kecil, sementara embun atau uap telah diserap oleh kertas yang mempunyai hygroscopicity yang tinggi. Jadi filter press ini sangat efesien memindahkan pengotor padat dan uap dari minyak yang merupakan kelebihan dari pada alat sentrifugal. Walaupun cara ini sederhana dan lebih mudah untuk dilakukan, keluaran yang dihasilkan lebih sedikit jika dibandingkan dengan alat sentrifugal yang menggunakan kapasitas motor penggerak yang sama. Filter press ini cocok digunakan untuk memisahkan minyak dalam circuit breaker (CB), yang biasanya tercemari oleh partikel jelaga (arang) yang kecil dan sulit dipisahkan dengan menggunakan alat sentrifugal.

d). Regenerasi (Regeneration)

Produk-produk penuaan tidak dapat dipindahkan dari minyak dengan cara sebelumnya. Penyaringan hanya baik untuk memindahkan bagian endapan yang masih tersisa dalam minyak. Semua sifat sifat minyak yang tercemar dapat dipindahkan dengan pemurnian menyeluruh yang khusus yang disebut regenerasi.

Dalam dengan menggunakan absorben untuk regenerasi minyak transformator sering dipakai di gardu induk dan pembangkit. Adsorben adalah substansi yang partikel partikelnya dapat menyerap produk produk penuaan dan kelembaban pada permukaannya. Hal yang sama dilakukan adsorben dalam ruang penyaring tabung gas yang menyerap gas beracun dan membiarkan udara bersih mengalir. Regenerasi dengan adsorben dapat dilakukan lebih menyeluruh bila minyak dicampur dengan asam sulfur.

Ada dua cara merawat minyak dengan adsorben yaitu :

o Pertama, minyak yang dipanasi dapat dicampur secara menyeluruh dengan adsorben yang dihancurkan dan kemudian disaring.
o Kedua, minyak yang dipanaskan dapat dilewatkan melalui lapisan tebal adsorben yang disebut perkolasi.

Adsorben untuk regenerasi minyak transformator terdiri dari selinder yang dilas dengan lubang pada dasarnya dimana adsorber ditempatkan dengan minyak yang dipanaskan (80-100o C) hingga mengalir ke atas melalui adsorber. Ketika minyak mengalir ke atas, filter tersumbat oleh partikel halus adsorber dan udara dibersihkan dari adsorber lebih cepat dan lebih menyeluruh pada awalnya. Adsorber yang digunakan untuk regenerasi minyak transformator kebanyakan yang terbuat silica gel dan alumina atau sejenis tanah liat khusus yang dikenal sebagai pemutih (bleaching earth), lempung cetakan (moulding clay).

Transformator tentunya harus diistirahatkan (deenergized) ketika minyaknya akan dimurnikan atau diregenerasi dengan salah satu metode diatas, walaupun demikian hal di atas dapat dilaksanakan dalam keadaan berbeban jika dilakukan perlakuan khusus. Pengembangan metode regenerasi minyak transformator dalam kedaan berbeban adalah dengan filter pemindah pemanas (thermal siphon filter) yang dihubungkan dengan tangki minyak transformator. Filter ini diisi dengan adsorben sebanyak 1 % dari berat minyak transformator.
Pengukuran Konduktivitas Arus Searah Minyak Tansformator

Konduktivitas minyak (k) sangat tergantung pada kuat medan, suhu dan pengotoran. Nilai konduktivitas diakibatkan oleh pergerakan ion. Pengukuran k dapat menunjukkan tingkat kemurnian minyak transformator. Penguraian pengotor elektrolitik menghasilkan ion positif dan negatif . Untuk satu jenis ion dengan muatan q1 denmgan rapat ion n1 maka kontribusi rapat arus yang ditimbulkan pada kuat medan E yang tidak terlalu tinggi adalah :

S1=q1n1v1
S1=q1n1E

dimana v1 dan n1 adalah kecepatan dan mobilitas ion. Mobilitas ion akan bernilai konstan hanya jika berlaku hukum Ohm. Jika terdapat kuat medan tertentu dalam medan dielektrik, maka akan berlangsung mekanisme kompensasi yang menyeimbangkan kerapatan berbagai jenis ion hingga tercapai keseimbangan antara penciptaan, rekombinasi serta kebocoran ion terhadap elektroda elektroda. Karena mobilitas ion yang berbeda, maka mekanisme juga berlaku dengan laju yang berbeda pula sehingga nilai k merupakan fungsi waktu. Oleh karena itu dalam mengukur nilai k dianjurkan untuk menunggu beberapa saat misalnya 1 menit hingga mekanisme transien hilang.

Susunan elektroda yang dgunakan dalam mengukur nilai k harus dilengkapi dengan elektroda cincin pengaman untuk menghilangkan pengaruh pada bidang batas dan arus arus permukaan yang dibumikan secara langsung.


Gambar susunan elektroda untuk tegangan searah

1.Elektroda tegangan tinggi
2.Elektroda ukur
3.Elektroda cincin pengaman

Medan elektrik sedapat mungkin dibuat homogen. Disamping elektroda pelat umumnya digunakan elektroda selinder koaksial. Jika diterapkan tegangan U untuk medan homogen seluas A dan besar sel S maka nilai k dapat dihitung dari nilai arus I sebagai berikut

k = (I.S) / U A

Arus yang terukur umumnya berkisar beberapa kiloampere. Untuk itu dapat digunakan galvanometer kumparan putar yang peka ataupun pengukur arus dengan penguat elektronik yang jauh lebih peka.
Pengukuran Faktor Dissipasi Minyak Transformator

Rugi dielektrik dari suatu isolasi dengan kapasitansi C pada frekuensi jala jala w dapat dihitung dengan menggunakan faktor disipasi sebagai berikut :

Pdiel = U2w C tan d

Besar rugi dielektrik dapat diukur dengan jembatan Schering

Gambar Jembatan Schering Rangkaian untuk mengukur Kapasitansi dan faktor
dissipasi dengan jembatan Schering

Kapasitansi Cx dan faktor dissipasi tan d harus diukur sebagai fungsi tegangan uji U dengan menggunakan rangkaian di atas. Tegangan yang dibangkitkan oleh transformator tegangan tinggi T diukur dengan kapasitor CM dan alat ukur tegangan puncak SM. Tabung uji diparalelkan dengan kapasitor standar dengan nilai kapasitansi C2 =28 pF.
Tembus jembatan serat dalam minyak Isolasi

Setiap bahan igolasi cair mengandung pengotor makroskopik berupa partikel partikel serta selulosa, kapas dan lain sebagainya. Jika partikel itu menyerap embun maka akan bekerja gaya yang bergerak menuju daerah dengan kuat medan yang lebih tinggi dan mengarahkannya sesuai dengan arah medan E. Muatan dengan polaritas yang berlawanan akan diinduksikan pada ujung ujungnya sehingga mengarah mengikuti arah medan. Kedaaan ini menciptakan saluran konduktif yang menjadi panas akibat rugi rugi resistif sehingga menguapkan embun yang terkandung dalam partikel. Tembus kemudian terjadi pada tegangan yang relatif rendah yang digambarkan sebagai tembus termal lokal pada bagian yang cacat.


Gambar Jembatan Schering
Prosedur Pengujian Tegangan Gagal Minyak Transformator dengan Berbagai Macam Elektroda.

Berbagai macam elektroda yang digunakan untuk pengetesan ini dimaksudkan untuk mendapatkan hasil pengujian kegagalan minyak transformator dalam keadan volume minyak tertekan, medan seragam dan tak seragam.

a. Pemrosesan Minyak Transformator (Oil processing)

Kekuatan dielektrik dari minyak transformator sangat dipengaruhi oleh pemrosesan dan kondisi pengujian, karean menentukan kualitas dari minyak transformator selama pengujian. Sifat minyak akan hilang melalui uap lembab, gas, ketidakmurnian, dan pengisian kedalam tangki pengujian. Kualitas minyak harus dicek secara periodik dengan oil cup tester, sehingga dapat diperoleh informasi bahwa pengurangan kekuatan elektrik dari minyak transformator diabaikan jika tangki ditutup 4 hari. Jika kekuatan dielektrik minyak menurun dari nilai awal 65 kV/25 mm sampai 55 kV/2.5 mm, atau jika lebih dari 4 hari setelah diisi minyak, maka minyak harus diganti.

b. Penerapan Tegangan

Tegangan AC dan tegangan impuls biasanya digunakan dalam pengujian. Pengujian dengan tegangan AC dapat diperoleh dengan Steady voltage raising method dan Withstand voltage method, dengan kenaikan dari 5 sampai 10 % step, mulai 60 % dari ekspektasi breakdown voltage. Impuls voltage dibuat dengan up and down method dari 5 sampai 10 % step dari ekspektasi breakdown voltage. Probablitas pengujian kegagalan dapat diperoleh dalam 2 cara yaitu :

o Tegangan AC naik pada kegagalan dengan kecepatan konstan 3 kV/sec. Prosedur ini diulang sampai 500 kali dalam interval 1 menit.
o Voltage band antara 0 sampai 100 % breakdown voltage, yang dibagai dalam beberapa level.Tegangan Ac telah diaplikasi selama 1 menit 20 kali tiap level tegangan, sedangkan tegangan impuls telah diaplikasi 20 kali tiap level tegangan.

Analisis Kegagalan Minyak Transformator

Beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator antara lain fenomena stabilisasi, perawatan sebelum penggunaan minyak dan elektroda ,pengaruh kecepatan minyak, pengaruh kapasitansi paralel terhadap sel pengujian, dan pengaruh daerah elektroda dan jarak celah.

1. Peralatan Percobaan

Untuk memahami analisis yang dilakukan terlebih dahulu meninjau sekilas tentang prosedur dan alat percobaan yang dipakai dalam kegagalan minyak transformator.

Ada 3 jenis elektroda yang sering digunakan dalam percobaan yaitu Elektroda baja yang ringan dan kecil (berdiameter 10 mm), Elektroda kuningan-Bruce profil dengan luas daerah yang datar dan Elektroda baja selinderis koaksial dengan jarak celah dalam rentang yang lebar.

2. Prosedur pembersihan

Persiapan elekroda pertama tama adalah pencucian dengan trichloroethylene, penggosokan permukaan secara standar dengan 1000 grade kertas silikon karbid, kemudian dicuci dalam campuran air panas dan larutan sabun, pengeringan dan pemindahan debu dengan karet busa sintetis, pembilasan dengan air panas dan air suling. Elektroda dikeringkan dalam kabinet berlainan udara yang bersekat-sekat dan akhirnya digosok dengan tissue kain tiras lensa dengan memakai acetone setelah itu memakai trichloroethylene. Sisa sambungan elektroda dicuci dengan air panas dan larutan sabun dan dibilas sesuai dengan prosedur diatas tiap kali setalah pengujian.

3. Pengujian Elektrik

Semua pengujian dilakukan dengan gelombvang sinus tegangan Ac dengan frekuensi 50 Hz.Tegangan yang diberian dinaikkan secara seragam dalam semua pengujian dengan hargarata rata 2 kV/detik. Sebuag CB dihubungkan ke sisi primer transformator dengan tujuan untuk memutus arus gangguan, yang jika arus gangguan dibiarkan terlalu lama akan mengakibatkan karbonisasi dan akan melubangi elektroda.

4. Hasil Percobaan

* Stabilisasi.
Setelah pengujian berturut turut, kekuatan dielektrik rata rata minyak mencapai tingkat yang stabil. Stabiliasi ini dipengaruhi oleh berbagai macam faktor seperti daerah elektroda, jarak celah, kualitas minya, energi yang dilepas dalam celah, elektroda pre treatment dan waktu antara kegagalan. Stabilisasi dipengaruhi oleh daerah elektroda. Untuk jenis elektroda baja selinderis yang besar, nilai stabil setelah kira kira 20 kegagalan, sedang untuk elektroda kuningan dan elektroda baja kecil, nilai menjadi stabil setelah kira kira 10 atau 5 kali kegagalan. Kualitas minyak dalam celah dapat berubah oleh sirkulasi yang kontiyu atau oleh perubahan porositas filter. Dalam banyak hal sirkulasi kontinyu minyak dalam celah selama pengujian dengan kecepatan 3 cm/detik meningkatkan persentase perbedaan antara kegagalan pertama dan tingkat stabil, tanpa merubah jumlah breakdown sebelum mencapai tingkat stabil. Stabilisasi juga dapat dikaitkan dengan pemindahan ketidak teraturan permukaan. Suatu perubahan pada porositas penyaring minyak (dari 6 m m ke 15 m m) hanya merubah persentase perbedaan antara nilai pertama dan nilai stabil (Plateu).

Makin kasar permukaan elektroda maka makin lama periode stabilisasi. Dari hasil pengamatan diperoleh bahwa elektroda yang mendapat perlakuan gosokan kertas ampelas kualitas 320 mencapai nilai stabil setelah 15 atau 20 kali kegagalan, dan yang digosok dengan kertas ampelas kualitas terbaik praktis menunjukkan tiadanya stabilisasi. Beberapa stabilisasi dikarenakan terutama oleh pemindahan secara kasar gas yang diserap oleh permukaan elektroda selama perlakuan awal (pretreatment).


* Kualitas Minyak
o Ketidak murnian minyak dapat diklasifikasikan kedalam empat (4) kelompok yaitu:
o Partikel debu atau fiber terlah ada dalam cairan. Partikel ini menurunkan kekuatan dielektrik minyak dan partikel partikel ini dapat meloloskan diri dari proses filterasi jika ukurannya sangat kecil
o Partikel yang dihasilkan oleh discharge terdahulu yang biasanya berupa partikel karbon yang dihasilkan dari penguraian minyak atau partikel metalik yang dipindahkan dari permukaan elektroda oleh discharge.
o Air
o Bahan tambahan (additive) yang sengaja diberikan kedalam minyak untuk merubah sifat elektrisnya.

Perilaku ketidak murnian dan atau ketidakmurnian dengan konstanta dielektrik yang lebih tinggi daripada cairan tertarik ke dalam daerah tekanan elektrik tinggi dan bahkan membentuk suatu partikel jembatan yang memungkinkan mengarah ke breakdown. Perubahan porositas filter minyak (dari 6 m m menjadi 15m m) menandai adanya pengurangan kekuatan dielektrik rata rata sekitar 12 % dengan pengujian menggunakan elektroda Bruce dengan jarak celah 1.2 mm dan 4mm.

* Pengaruh Kapasitansi Eksternal.
Sumber impedansi yang terlihat pada pengujian lebar celah mencakup kapasitansi sumber tegangan dan kapasitansi dari dari sel pengujian. Kedua komponen ini mempengaruhi bentuk gelombang arus discharge pada saat breakdown. Komponen kedua dapa t dimodifikasi karena sel pengujian tergantung pada daerah elektroda dan lebar celah. Modifikasi dapat dilakukan dengan menambah secara paralel dengan sel pengujian berbagai macam nilai kapasitor.

* Pengaruh Lebar Celah dan Daerah Elektroda
Hasil pengamatan yang telah dilakukan oleh peneliti menunjukkan bahwa pengaruh celah mendekati 80 kV/cm/dekade perubahan. Variasi rata rata tegangan breakdown dengan logaritma lebar celah dapat dinyatakan dengan hubungan persamaan V = K d n, dimana K adalah konstanta, d adalah lebar celah dan n adalah faktor eksponensial yang bernilai antara 0 dan 1.

Kekuatan dielektrik turun dengan naiknya luasan daerah elektroda, namun pengurangan perdekade tidak akan bernilai yang sama untuk seluruh range daerah elektroda yang diuji. Hubungan yang tidak linier ini terjadi antara kekuatan dilektrik dan logaritma luasan elektroda yang diamati.
Kesimpulan

Dari hasil pembahasan dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain:

1. Hasil pengujian kualitas minyak transformator tidak lepas dari sifat sifat listrik yang dimilikinya yaitu : permitivitas, resistivitas, faktor dissipasi daya dan kekuatan dielektrik.
2. Pengujian minyak transformator dilakukan dengan menggunakan berbagai macam elektroda untuk mengetahui lebih rinci tentang kegagalan minyak transformator dalam kondisi tertekan, medan seragam maupun tak seragam.
3. Aliran minyak terlihat penting dan mempengaruhi kegagalan minyak transformator walaupun dalam kecepatan yang hanya beberapa cm/detik.
4. Membesarnya pengaruh lebar celah terhadap kekuatan dielektrik dikarenakan semakin cepatnya akumulasi partikel besar dalam celah yang memasuki volume tertekan melalui daerah medan seragam dan tak seragam pada pangkal elektroda.
5. Percobaan dengan elektroda kuningan dan baja ringan menunjukkan bahwa kekuatan dielektrik tergantung pada beberapa macam faktor seperti stabilisasi, luasan elektroda, lebar celah, kecepatan pengaliran minyak dan kapasitani dari sel uji.

Daftar Pustaka

1. Arismunandar : "Teknik Tegangan Tinggi" ; Pradnya Paramita, Jakarta 1990.
2. Danikas M.G : "Breakdown of Transformer Oil"; IEEE Electtrical Insulation Magazines Vol.6 No.5, September/October 1990.
3. Edminister Joseph A :"Elektromagnetika-Schaum Series"; Erlangga Jakarta 1990.
4. Kawaguchi, Y, et. Al :"Breakdown of Transformer Oil"; IEEE Trans. On Power App. Syst.Vol. PAS-91 No.1 p.9-19, 19972
5. Kind Deter :" Pengantar Teknik Eksperimental Tegangan Tinggi"; ITB Bandung 1993
6. Kind Deter :" High Voltage Insulation Technology"; Firedr. Vieweg & Sohn, 1985
7. Tareev, B.M. :" Material for Electrical Engineering"; High School Publishing House Moscow, 1995. q

Oleh : Tadjuddin
Teknik Elektro II
19 Mei 2009 8:47

Maintenance dan Monitoring Trafo

Dengan melakukan perawatan secara berkala dan pemantauan kondisi transformator pada saat beroperasi akan banyak keuntungan yang didapat, antara lain:
• Meningkatkan keandalan dari transformator tersebut.
• Memperpanjang masa pakai.
• Jika masa pakai lebih panjang, maka secara otomatis akan dapat menghemat biaya penggantian unit transformator.

Adapun langkah-langkah perawatan dari transformator, antara lain adalah:
• Pemeriksaan berkala kualitas minyak isolasi.
• Pemeriksaan/pengamatan berkala secara langsung (Visual Inspection)
• Pemeriksaan-pemeriksaan secara teliti (overhauls) yang terjadwal.



Gambar 1.Perawatan Transformator

Komponen-Komponen Utama Transformator


untuk lebih jelasnya anda dapat membaca artikel sebelumnya, “Komponen-Komponen Transformator”, tapi saya tampilkan sedikit mengenai komponen utamanya saja, yaitu:
• On-load tap changer (OLTC)
• Bushing
• Insulator / penyekat
• Gasket
• Sistem saringan / filter minyak isolasi
• Peralatan proteksi;
– Valves atau katup-katup
– relay
– Alat-alat ukur dan indikator-indikator


Peta Potensi Terjadinya Gangguan didalam Transformator


Gambar 2. Peta Potensi Gangguan didalam Transformator


Pemeriksaan Kondisi Transformator Saat Beroperasi

Pada saat transformator beroperasi ada beberapa pemeriksaan dan analisa yang harus dilakukan, antara lain:

1. Pemeriksaan dan analisa minyak isolasi transformator, meliputi:
– Tegangan tembus (breakdown voltage)
– Analisa gas terlarut (dissolved gas analysis, DGA)
– Analisa minyak isolasi secara menyeluruh (sekali setiap 10 tahun)

• Pemeriksaan dan analisa kandungan gas terlarut (Dissolved gas analysis, DGA), untuk mencegah terjadinya:(partial) discharges, Kegagalan thermal (thermal faults), Deteriorasi / pemburukan kertas isolasi/laminasi.

• Pemeriksaan dan analisa minyak isolasi secara menyeluruh, meliputi: power factor (cf. Tan δ), kandungan air (water content), neutralisation number, interfacial tension, furfural analysis dan kandungan katalisator negatif (inhibitor content)

2. Pengamatan dan Pemeriksaan Langsung (Visual inspections)
– Kondisi fisik transformator secara menyeluruh.
– Alat-alat ukur, relay, saringan/filter dll.
– Pemeriksaan dengan menggunakan sinar infra-merah (infrared monitoring),
setiap 2 tahun.


Karakteristik Akibat Kegagalan Gas



Tabel 1. Karakteristik Akibat Kegagalan Gas

Rentang Waktu Pemeriksaan dan Analisa Minyak isolasi



Tabel 2. rentang waktu pemeriksaan minyak isolasi

Tindakan yang biasa dilakukan pada saat Pemeriksaan Teliti (Overhaul)

1. Perawatan dan pemeriksaan ringan (Minor overhaul), setiap 3 atau 6 tahun.
– on-load tap changers
– oil filtering dan vacuum treatment
– relays dan auxiliary devices.

2. Perawatan dan pemeriksaan teliti (Major overhaul)
– Secara teknis setidaknya 1 kali selama masa pakai.
– pembersihan, pengencangan kembali dan pengeringan.

3. Analisa kimia
– analisa kertas penyekat/laminasi (sekali setiap 10 tahun)

4. Pengujian listrik (Electrical Test) untuk peralatan;
– power transformer
– bushings
– Transformator ukur (measurement transformator)
– breaker capacitors

Pengujian listrik (electrical test) dilakukan setidaknya setiap 6 – 9 tahun. Pengujian yang dilakukan meliputi;
a. Doble measurements
b. PD-measurement
c. Frequency Responce Analysis, FRA
d. voltage tests

Penyebab Hubung Singkat didalam Transformator, antara lain:
• Gangguan hubung singkat antar lilitan karena rusaknya laminasi.
• Perubahan kandungan gas H2, CH4, CO, C2H4 dan C2H2

**)Kegagalan pada lilitan dapat diperbaiki dengan penggulungan ulang atau rewinding
Maret 11, 2009 oleh inal9474

Download artikel Transformator