BAB II LANDASAN TEORI

6 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Transformator Daya
Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang
berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke
tegangan rendah atau sebaliknya.
Dalam operasi penyaluran tenaga listrik transformator dapat dikatakan
sebagai jantung dari transmisi dan distribusi. Dalam kondisi ini suatu
transformator diharapkan dapat beroperasi secara maksimal (kalau bisa terus
menerus tanpa berhenti). Mengingat kerja keras dari suatu transformator
seperti itu maka cara pemeliharaan juga dituntut sebaik mungkin. Oleh karena
itu transformator harus dipelihara dengan menggunakan sistem dan peralatan
yang benar, baik dan tepat. Untuk itu regu pemeliharaan harus mengetahui
bagian-bagian transformator dan bagian-bagian mana yang perlu diawasi
melebihi bagian yang lainnya.
Berdasarkan
tegangan
operasinya
dapat
dibedakan
menjadi
transformator 500/150 kV dan 150/70 kV biasa disebut Interbus
Transformator (IBT). Transformator 150/20 kV dan 70/20 kV disebut juga
trafo
distribusi.
Titik
netral
transformator
ditanahkan
7 sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan / proteksi, sebagai contoh
transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV dan
transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan rendah atau tahanan tinggi
atau langsung di sisi netral 20 kV nya.
Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti:
•
Transformator Mesin (Pembangkit )
•
Transformator Gardu Induk
•
Transformator Distribusi
Transformator dapat juga dibagi menurut Kapasitas dan Tegangan seperti:
•
Transformator besar
•
Transformator sedang
•
Transformator kecil
2.2 Konstruksi Bagian-Bagian Transformator
2.2.1 Bagian Utama
2.2.1.1 Inti besi
Berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan
oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempenganlempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas
(sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh Eddy Current.
8 Gambar 2.1 Inti Besi
2.2.1.2 Kumparan Transformator
Adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yang membentuk
suatu kumparan. Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer
dan kumparan sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi
maupun terhadap antar kumparan dengan isolasi padat seperti
karton, pertinak dan lain-lain. Kumparan tersebut sebagai alat
transformasi tegangan dan arus.
Gambar 2.2 Kumparan Trafo
9 2.2.1.3 Minyak Transformator
Sebagian besar kumparan-kumparan dan inti trafo tenaga
direndam dalam minyak trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang
berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai
isolasi dan media pemindah, sehingga minyak trafo tersebut
berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.
Minyak transformator harus memenuhi persyaratan, yaitu :
a. Kekuatan isolasi tinggi
b. Penyalur panas yang baik, berat jenis yang kecil, sehingga
partikel-partikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.
c. Viskositas yang rendah, agar lebih mudah bersirkulasi dan
memiliki kemampuan pendinginan menjadi lebih baik.
d. Titik nyala yang tinggi dan tidak mudah menguap yang dapat
menimbulkan bahaya.
e. Tidak merusak bahan isolasi padat.
f. Sifat kimia yang stabil.
Minyak transformator baru harus memiliki spesifikasi sebagai
berikut :
10 Tabel 2.1. Spesifikasi minyak baru transformator.
2.2.1.4 Bushing
Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui
sebuah bushing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh
isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara
konduktor tersebut dengan tangki trafo.
Gambar 2.3 Contoh Bushing Transformator
11 Gambar 2.4 Konstruksi Bushing
2.2.1.5 Tangki Konservator
Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam
minyak
trafo
berada
(ditempatkan)
dalam
tangki.
Untuk
menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan
konservator.
Gambar 2.5 Tangki Konservator
12 2.3 Dissolved Gas Analysis (DGA)
DGA secara harfiah dapat diartikan sebagai analisis kondisi transformer
yang dilakukan berdasarkan jumlah gas terlarut pada minyak trafo. DGA pada
dunia industri dikenal juga sebagai tes darah atau blood test pada
transformator. Darah manusia adalah suatu senyawa yang mudah melarutkan
zat-zat lain yang berada disekitarnya. Melalui pengujian zat-zat terlarut pada
darah, maka akan diperoleh informasi-informasi terkait tentang kesehatan
manusia. Begitu pula dengan transformator, pengujian zat-zat terlarut
(biasanya gas) pada minyak trafo akan memberikan informasi-informasi
terkait akan kesehatan dan kualitas kerja transformator secara keseluruhan.
Uji DGA dilakukan pada suatu sampel minyak diambil dari unit
transformator kemudian gas-gas terlarut (dissolved gas) tersebut diekstrak.
Gas yang telah di ekstrak lalu dipisahkan, diidentifikasikan komponenkomponen individualnya, dan dihitung kuantitasnya (dalam satuan Part Per
Million – ppm). Keuntungan utama uji DGA adalah deteksi dini akan adanya
fenomena kegagalan yang ada pada transformator yang diujikan. Namun
kelemahan utamanya adalah diperlukan tingkat kemurnian yang tinggi dari
sampel minyak yang diujikan. Rata-rata alat uji DGA memiliki sensitivitas
yang tinggi, sehingga ketidakmurnian sampel akan menurunkan tingkat
akurasi dari hasil uji DGA.
2.3.1 Teori Dasar DGA
Prinsipnya gas yang terbentuk dalam transformator dapat
disebabkan oleh dua hal yaitu panas dan kegagalan elektrik.
Kelonggaran konduktor yang disebabkan karena pembebanan dapat
13 menimbulkan gas, gas juga dapat terbentuk karena tingginya suhu dari
fenomena busur api.
2.3.2 Metode Ekstraksi Gas
Dua metode pada pengujian DGA yang digunakan untuk
mengekstrak fault gas yang terlarut pada minyak trafo, yaitu metode
Gas Chromatograph (GC) dan metode Photo-Acoustic Spectroscopy
(PAS).
2.3.2.1 Gas Chromatograph (GC)
Gas
Chromatograph
adalah
sebuah
teknik
untuk
memisahkan zat-zat tertentu dari sebuah senyawa gabungan,
biasanya
zat-zat
tersebut
dipisahkan
berdasarkan
tingkat
penguapannya. Metode ini dapat memberikan informasi kuantitatif
dan kualitatif dari masing-masing komponen individual pada
sampel yang diuji. Sampel yang diujikan bisa saja sudah berbentuk
gas ataupun dipanaskan dan diuapkan terlebih dahulu samopai
berwujud gas.
Metode ini menggunakan beberapa komponen utama, yaitu
tabung sempit yang dikenal sebagai “kolom” , oven/elemen
pemanas, gas pembawa dan detector gas. Gas pembawa yang
digunakan biasanya merupakan jenis gas yang lembam, seperti
nitrogen atau argon.
14 Gambar 2.6 Gas Chromatograph
2.3.2.2 Photo-Acoustic Spectroscopy (PAS)
Masing-masing jenis fault gas (hydrogen, metana, oksigen
dan lain lain) pada dasarnya memiliki kemampuan penyerapan
radiasi elektromagnetik yang unik dan khas. Kemampuankemampuan yang unik ini biasanya diaplikasikan pada teknik
spektroskopi inframerah untuk menghasilkan efek foto-akustik.
Penyerapan radiasi elektromagnetik oleh gas akan meningkatkan
temperature dari gas tersebut. Peningkatan temperature ini
berbanding lurus peningkatan tekanan dari gas (dengan kondisi gas
berada pada wadah tertutup). Dengan menggetarkan sumber
radiasi, tekanan dari gas pada wadah tertutup ini akan berfluktuasi
secara sinkron sehingga amplitude daru resultan gelombang
tekanan dapat dideteksi menggunakan mikrofon yang sensitif.
Dua faktor utama yang menyebabkan efek foto akustik dapat
digunakan untuk pengukuran analitis :
a. Setiap gas memiliki spektrum penyerapan yang unik dan khas
sehingga frekuensi dari sumber inframerah dapat disesuaikan
15 untuk memperoleh karakteristik yang diinginkan dari sampel.
b. Tingkat penyerapan radiasi inframerah secara langsung
sebanding dengan tingkat konsentrasi dari gas sampel.
Memilih panjang gelombang yang tepat serta mengukur tingkat
resultan sinyal yang dihasilkan oleh reaksi gas terhadap radiasi
sinar inframerah akan memungkinkan mendeteksi kehadiran dan
tingkat konsentrasi dari masing-masing jenis gas. Kedua hal ini
merupakan prinsip dasar dari photo-acoustic spectroscopy.
Gambar 2.7 Ilustrasi Photo-acoustic Spectroscopy
Proses pengukuran dengan metode PAS dimulai dengan sumber
radiasi yang menciptakan radiasi gelombang elektromagnetik sinar
inframerah. Radiasi tersebut dipantulkan pada cermin parabolic
lalu menuju piringan pemotong (Chopper) yang berputar dengan
kecepatan konstan dan menghasilkan efek stoboskopik terhadap
sumber cahaya. Radiasi ini diteruskan melalui filter optic, yaitu
filter yang secara selektif dapat meneruskan sinar dengan
karakteristik tertentu (biasanya panjang gelombang tertentu) dan
16 memblokir sinar-sinar lain yang karakteristiknya tidak diinginkan.
Sinar yang sudah di filter ini lalu masuk ke ruang pengujian
(analysis chamber) dan bereaksi dengan senyawa gas-gas yang
telah diekstrak dari minyak. Selanjutnya mikrofon-mikrofon yang
sensitive akan mendeteksi jumlah/konsentrasi dari masing-masing
jenis gas. Proses ini terus diulangi untuk setiap filter optic yang
telah di set oleh peralatan ukur DGA.
Sampel minyak yang digunakan untuk pengujian dapat
diambil secara langsung dari transformator dan memasukkan ke
botol sampel. Minyak diaduk menggunakan magnet berlapis teflon
yang dimasukkan ke dalam botol sampel untuk membuat gas-gas
yang terlarut dalam minyak naik ke permukaan minyak. Gas-gas
ini akan terus naik ke bagian headspace botol sampel dan bergerak
melewati saluran tertentu dan diteruskan ke modul PAS.
2.3.3 Analisa Kondisi Transformator Berdasarkan Hasil Pengujian
DGA
Setelah diketahui karakteristik dan jumlah dari gas-gas terlarut
yang diperoleh dari sampel minyak, selanjutnya perlu dilakukan
interprestasi dari data tersebut untuk selanjutnya dilakukan analisis
kondisi transformator. Terdapat beberapa metode untuk melakukan
interprestasi data dan analisis yaitu:
1. Standard IEEE
2. Key Gas
3. Roger’s Ratio
17 2.3.3.1 Standard IEEE
IEEE telah menerapkan standarisasi untuk melakukan
analisis berdasarkan jumlah gas terlarut pada sampel minyak,
yaitu pada IEEE std. C57-104.1991.
Tabel 2.2. Batas Konsentrasi Gas Terlarut dalam Satuan Per
Milion (ppm) berdasarkan IEEE.
Jumlah gas terlarut yang mudah terbakar atau TDCG (Total
Dissolved Combustible Gas) akan menunjukkan apakah
transformator yang diujikan masih berada pada kondisi operasi
normal, waspada, peringatan atau kondisi gawat/kritis. Sebagai
catatan, hanya gas karbon dioksida (CO2) saja yang tidak
termasuk kategori TDCG. IEEE membuat pedoman untuk
mengklarifikasi kondisi operasional transformator yang terbagi
dalam empat kondisi, yaitu:
Pada kondisi 1,transformator beroperasional normal. Namun
tetap perlu dilakukan pemantauan kondisi gas-gas tersebut.
Pada kondisi 2, tingkat TDCG mulai tinggi. Ada kemungkinan
timbul gejala-gejala kegagalan yang harus mulai diwaspadai.
Perlu dilakukan pengambilan sampel minyak yang lebih rutin
18 dan sering.
Pada kondisi 3, TDCG pada tingkat ini menunjukkan adanya
dekomposisi dari isolasi kertas dan atau minyak transformator.
Sebuah atau berbagai kegagalan mungkin sudah terjadi. Pada
kondisi ini transformator sudah harus diwaspadai dan perlu
perawatan lebih lanjut.
Pada kondisi 4, TDCG pada tingkat ini menunjukkan adanya
dekomposisi/kerusakan pada isolator kertas dan atau minyak
trafo sudah meluas.
Standar IEEE ini juga menetapkan tindakan operasional yang
disarankan berdasarkan jumlah TDCG-nya dalam satuan ppm
dan rata-rata pertambahan TDCG dalam satuan ppm per hari
(ppm/day) yang mengacu pada table berikut :
Tabel 2.3. Tindakan operasi yang harus dilakukan berdasarkan
kondisi jumlah TDCG.
19 Kondisi transformator disesuaikan dengan jumlah nilainilai yang tercantum pada tabel 2.4. Sebagai contoh, jika
jumlah TDCG bernilai diantara 1941 ppm s.d 4630 ppm, maka
transformator pada kondisi 3.
Standar IEEE merupakan standar utama yang digunakan
dalam analisis DGA. Namun fungsinya hanyalah sebagai
acuan, karena hanya menunjukkan dan menggolongkan tingkat
konsentrasi gas dan jumlah TDCG dalam berbagai tingkatan
kewaspadaan.
2.3.3.2 Key Gas
Key gas didefinisikan oleh IEEE std C57-104.1991
sebagai “gas-gas yang terbentuk pada transformator pendingin
minyak yang secara kualitatif dapat digunakan untuk
menentukan jenis kegagalan yang terjadi, berdasarkan jenis gas
yang khas atau lebih dominan terbentuk pada berbagai
temperature”. Pendefinisian tersebut jika dikaitkan dengan
berbagai kasus kegagalan transformator yang sering kali terjadi,
maka dapat dibuat menjadi table sebagai berikut :
20 Tabel 2.4 Jenis Kegagalan Menurut Analisis Key Gas
Tabel tersebut dapat direpresentasikan dalam bentuk diagram
batang sebagai berikut :
Gambar 2.11 Analisis Dengan Menggunakan Metode Key Gas
2.3.3.3 Roger’s Ratio
Metode Roger Ratio dikembangkan R.R. Rogers.
Umunya roger ratio digunakan bukan untuk sebagai alat utama
analisa kondisi transformer namun hanya sebagai alat bantu
21 analisa kondisi transformator. Gas yang digunakan dalam
metode ini hanya lima gas yaitu CH4, C2H6, C2H4, dan C2H2.
Roger’s ratio menggunakan 3 buah gas ratio seperti yang
terlihat pada tabel 2.6. Nilai dari ratio tersebut akan
menentukan diagnosa kegagalan dari minyak trafo.
Tabel 2.5 Roger’s Ratio