juli desember vol 2 2009

Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2
Juli – Desember 2009
93
ANALISIS PENGARUH KEADAAN SUHU TERHADAP
TEGANGAN TEMBUS AC DAN DC PADA
MINYAK TRANSFORMATOR
Sugeng Nur Singgih, Hamzah Berahim
Abstrak
Tegangan tembus (breakdown) merupakan suatu peristiwa apabila medan magnet dinaikkan
(tegangan terus-menerus dinaikkan), atom-atom akan terionisasi dan sampai batas kemampuan isolator
tersebut menahan tegangan maka isolator tersebut akan berubah menjadi konduktor. Saat kritis ini disebut
breakdown. Pengujian terhadap tegangan tembus diperlukan untuk mengetahui titik kritis dari isolasi
minyak transformator.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui besarnya tegangan tembus pada minyak
transformator setelah diberikan tegangan tinggi AC dan DC dengan suhu minyak 500C, 700C dan 900C.
Pengujian juga untuk mengetahui apakah minyak transformator bekas masih layak dipakai atau tidak.
Pengujian tegangan tembus pada minyak transformator baru dibandingkan dengan tegangan
tembus pada minyak transformator bekas dimana terdapat perbedaan yaitu pada besarnya nilai tegangan
tembus. Besarnya nilai tegangan tembus pada tegangan AC juga dibandingkan terhadap nilai tegangan
tembus DC.
Kata kunci : Tegangan Tembus, Minyak Transformator, Kekuatan Dilektrik.
transformator sudah tidak mampu lagi untuk
PENDAHULUAN
Saat sekarang ini kebutuhan akan energi
menahan tegangan tinggi yang melaluinya. Agar
semakin meningkat, khususnya bidang industri
tidak terjadi kegagalan minyak tranformator pada
dan lain-lain yang sangat memerlukan tenaga
saat sedang bekerja maka perlu diketahui terlebih
listrik
dahulu
tegangan
tinggi.
Seiring
dengan
kemampuan
kerja
dari
minyak
meningkatnya kebutuhan akan adanya tegangan
transformator. Untuk mengetahuinya maka perlu
tinggi
dilakukan
tersebut,
maka
mulai
bermunculan
pengujian
tegangan
tembus
pada
persoalan-persoalan baru yang harus dihadapi
minyak transformator.
oleh para teknisi listrik khususnya tegangan
Berdasarkan uraian di atas, maka permasalahan
tinggi. Persoalan-persoalan yang muncul dan
yang akan diteliti adalah sebagai berikut.
harus
dihadapi
1.
yang
perlu
merupakan
dilakukan
masalah-masalah
penelitian
tembus
untuk
AC
pada
minyak
yang
paling
sering
dihadapi
2.
Bagaimana hasil pengujian untuk tegangan
dalam teknik tegangan tinggi adalah mengenai
tembus
kegagalan isolasi. Kegagalan isolasi khususnya
dengan kondisi suhu tertentu.
minyak
transformator
akan
sangat
mempengaruhi kesinambungan penyaluran listrik
dalam jaringan kerja di PLN. Kegagalan pada
minyak transformator akibat terjadinya tegangan
tembus,
hal
transformator
dengan kondisi suhu tertentu.
menjawabnya.
Masalah
Bagaimana hasil pengujian untuk tegangan
ini
terjadi
karena
minyak
3.
DC
Bagaimana
pada
minyak
minyak
transformator
transformator
bekas
masih layak dipakai atau tidak.
Berdasarkan permasalahan maka dapat
diuraikan tujuan penelitian sebagai berikut.
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2
Juli – Desember 2009
94
1.
2.
Mengetahui hasil pengujian untuk tegangan
gelembung udara, goresan dan sebgainya pada
tembus
permukaan elektroda dapat mempengaruhi hasil
AC
pada
minyak
transformator
dengan kondisi suhu tertentu.
pengujian. Pengujian harus dilakukan sementara
Mengetahui hasil pengujian untuk tegangan
waktu sesudah elektroda dicelup dalam minyak
tembus
transformator dengan maksud agar kotoran dan
DC
pada
minyak
transformator
dengan kondisi suhu tertentu.
gelembung hilang.
Prosedur
Mengetahui minyak transformator bekas masih
tegangan
layak dipakai atau tidak.
pelaksanaan
tembus
minyak
pengujian
transformator
menggunakan standar IEC (International Electrical
METODE PENELITIAN
Penelitian
Council) dengan jarak sela elektroda 2,5 mm dan
menggunakan
metode
diletakkan dalam wadah minyak (oil tank).
penelitian eksperimen, yaitu suatu penelitian
dimana peneliti sengaja membangkitkan suatu
kejadian
atau
bagaimana
keadaan,
akibatnya.
kemudian
Dengan
diteliti
kata
lain
eksperimen adalah suatu cara untuk mencari
hubungan sebab akibat (hubungan kausal) antara
dua faktor yang sengaja ditimbulkan oleh peneliti
dengan menyisihkan faktor-faktor lain yang bisa
mengganggu.
Eksperimen
selalu
dilakukan
dengan maksud untuk melihat akibat dari suatu
perlakuan.
tegangan
gagal
bahan
dilakukan dengan variasi suhu, sehingga pada
percobaan ini suhu bahan yang diuji berbedabeda mulai dari suhu 500C hingga suhu 90 0C
dengan
kenaikan
dilakukan
20
diluar
0C.
Proses
tabung
pemanasan
penguji
dengan
menggunakan alat heater. Suhu bahan selalu
dipantau
dengan
menggunakan
thermometer,
sehingga saat pengetesan suhu bahan turun
maka
dilakukan
proses
pemanasan
kembali.
Tetapi apabila suhu bahan terlalu tinggi, maka
Tempat penelitian yaitu di Laboratorium
Teknik
Pengujian
Tegangan
Tinggi
Teknik
Elektro
Universitas Gajah Mada. Waktu penelitian yaitu
bahan ditunggu beberapa saat hingga suhunya
sama dengan yang ditentukan.
Peralatan Pengujian
mulai tanggal 23 sampai dengan 27 Agustus
2005.
Alat-alat
yang
digunakan
untuk
pengujian dengan tegangan tinggi AC adalah
Teknik Pengujian
sebagai berikut :
Pengujian bahan isolasi dilakukan
1.
dengan pengambilan contoh (sampling), yaitu
dengan menilai karakteristik dari
sample. Dalam pengujian dengan cara ini, hasil
sangat
dipengaruhi
untuk menghasilkan tegangan tinggi AC yang
diperlukan untuk menguji tingkat isolasi
pengujian sejumlah kecil bahan yang disebut
pengujian
Satu set pembangkit tegangan tinggi AC,
oleh
bahan. Alat ini terdiri dari :
a)
caranya
Tegangan primer: 100/220 Volt
memilih sampel dan kondisi sampel yang diuji.
Oleh karena itu kondisi sampel yang dipakai
Tegangan sekunder : 50 kV
b)
harus diketahui terlebih dahulu.
didefinisikan sebagai tegangan pelepasan dari dua
yang
dicelup
dalam
minyak
transformator yang diuji.bentuk dan dimensi
daripada elektroda. Permukaan elektroda harus
benar-benar
bersih
sebab
Regulator,
yaitu
peralatan
untuk
mengatur besarnya tegangan keluaran
Tegangan tembus minyak transformator
elektroda
Transformator penaik tegangan
lapisan
udara,
transformator.
c)
Voltmeter,
yaitu
mengukur
besarnya
tegangan pada sisi sekunder dan primer.
Peralatan
di
atas
dibuat
Transformator Co. LTD Jepang.
oleh
Tokyo
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2
Juli – Desember 2009
2.
95
Tabung penguji yang terbuat dari fiber glass,
untuk
menguji
bahan
terhadap
kemampuannya menahan tegangan AC. Pada
tabung
terdapat
dua
elektroda
dengan
diameter 12,5 mm. Jarak elektroda adalah
2,5 mm.
3.
Barometer dan hygrometer untuk mengukur
tekanan dan kelembaban udara.
4.
Thermometer suhu.
Alat-alat
yang
digunakan
untuk
pengujian dengan tegangan tinggi DC adalah
sebagai berikut.
1.
Gambar 1 Transformator Penguji
Satu set pembangkit tegangan tinggi DC,
untuk menghasilkan tegangan tinggi DC yang
diperlukan untuk menguji tingkat isolasi
bahan. Alat ini terdiri dari :
a)
Transformator penaik tegangan
Tegangan primer : 100/220 Volt
Tegangan sekunder : 50 kV
b)
Regulator,
yaitu
peralatan
untuk
mengatur besarnya tegangan keluaran
transformator.
c)
Voltmeter,
yaitu
mengukur
besarnya
tegangan pada sisi sekunder dan primer.
d)
Gambar 2 Oil Tester Tampak Depan
Dioda, yaitu peralatan yang digunakan
untuk menyearahkan tegangan.
e)
Multiplier.
f)
Tongkat
PEMBAHASAN
Perhitungan kepadatan udara relative (d)
pentanah,
digunakan
untuk
menghilangkan tegangan sisa yang masih
d=
ada pada rangkaian setelah pengujian
dilakukan.
Peralatan
di
1.
atas
dibuat
oleh
Tokyo
Tabung penguji yang terbuat dari fiber glass,
untuk
menguji
bahan
terhadap
760.273 + Tuji
terdapat
dua
elektroda
2.
d=
dengan
tekanan dan kelembaban udara.
4.
Thermometer suhu.
0,386 x760 293,36
=
= 0,91
273 + 50
323
nilai k =
0,386 x760 293,36
=
= 0,86
273 + 70
343
nilai k =
0,87
2,5 mm.
Barometer dan hygrometer untuk mengukur
273 + Tuji
Kepadatan udara relative pada suhu 700C
diameter 12,5 mm. Jarak elektroda adalah
3.
0,386Puji
0,92
kemampuannya menahan tegangan DC. Pada
tabung
=
Kepadatan udara relative pada suhu 500C
d=
Transformator Co. LTD Jepang.
2.
Puji 273 + 20
3.
Kepadatan udara relative pada suhu 900C
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2
Juli – Desember 2009
96
0,386 x760 293,36
=
= 0,81
273 + 90
363
d=
satu sama lain. Hal ini disebabkan karena tidak
nilai k =
berlaku untuk semua kasus mengenai dasar-
0,82
Tegangan tembus standar (Vs) untuk s = 2,5 mm
Perhitungan
dasar
fisika
keadaan
cair
untuk
digunakan
sebagai dasar perbandingan hasil penelitian.
dan D = 12,5 mm.
dengan
adanya teori yang bersifat komprehensif yang
tegangan
menggunakan
tembus
standar
persamaan
Fenomena fisika lecutan kegagalan dalam
(Vs)
sebagai
zat cair hanyalah sebagian kecil gejala yang
sudah banyak dimengerti. Bila suatu tegangan
berikut.
diterapkan pada sepasang elektroda yang dicelup
V
Vs = B
d
dalam
isolasi
zat
cair,
maka
terlihat
arus
konduksi yang kecil. Jika tegangan dinaikkan
Perhitungan tegangan tembus sebenarnya (VB)
dengan
menggunakan
persamaan
sebagai
berikut.
malar (continously), maka pada suatu tegangan
kritis tertentu akan terjadi lecutan di antara
kedua elektroda tersebut. Lecutan dalam zat cair
V B = Vs
d
k
ini terdiri dari unsur-unsur sebagai berikut.
1.
perhitungan
kekuatan
dielektrik
dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut.
Kekuatan dielektri
k =
karakteristik rangkaian.
2.
Teganganembus
t
(kV)
Jarak selabola (cm)
Aliran listrik yang besarnya ditentukan oleh
Lintasan cahaya yang cerah dari elektroda
yang satu ke yang lain.
3.
Pembentukan gelembung gas dan butir-butir
zat
{Arismunandar, 2001 : 98)
padat
hasil
dekomposisi
zat
cair
(tergantung dari sifat kimiawi zat cair).
Nilai kekuatan dielektrik hasil pengujian
yaitu berupa besar tegangan tembus setiap 2,5
4.
Pembentukan lubang pada elektroda.
mm diubah menjadi besar tegangan tembus
5.
Tekanan impulsif dalam zat cair disertai
suara ledakkan.
setiap 1 cm. hal ini untuk mengetahui apakah
Sifat-sifat
nilai kekuatan dielektrik dari minyak di bawah
dari
menyebabkan
analisis
menentukan tegangan gagal sangat sulit untuk
mengambil
standar
dari
IEC
terjadi
yang
dipahami. Pengelompokan teori kegagalan zat cair
156/1963.
Teori mengenai kegagalan pada zat cair
dewasa
mulai
yang
atau di atas standar yang ditetapkan. Pada
ini
lucutan
proses-proses
ini
kurang
banyak
diketahui
meliputi :
1.
Menganggap bahwa zat cair sebagai zat yang
dibandingkan dengan teori kegagalan gas dan
homogen
padat. Hal tersebut disebabkan karena sampai
murnian.
saat ini belum didapatkan teori yang dapat
2.
Mencakup
dan
mengabaikan
kegagalan
zat-zat
adanya
tak
tak
murni
menjelaskan proses kegagalan dalam zat cair
cenderung mengabaikan kenyataan bahwa
yang benar-benar dengan keadaan sebenarnya.
pada akhirnya zat isolasi cair itu sendiri
Banyak segi kegagalan zat cair telah diselidiki
mengalami kegagalan.
dan
Tanpa ada tegangan lebih, yang dapat
kesimpulannya tidak dapat dipertemukan untuk
mengakibatkan kegagalan seketika, kegagalan
memperoleh teori umum yang berlaku untuk
isolasi pada minyak trafo biasanya disebabkan
semua zat isolasi cair, karena data-data yang
oleh proses pemburukan yang lamban oleh rugi-
dihasilkan berbeda dan bahkan bertentangan
rugi dielektrik. Dalam medan listrik ada beberapa
oleh
para
ahli,
tetapi
hasil-hasil
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2
Juli – Desember 2009
97
jenis pemburukan yang dapat mengakibatkan
Rata-rata tegangan tembus AC dan DC
1.
Pemburukan
karena
pelepasan
dalam
(internal discharges).
2.
50
Tegangan tembus (kV)
kegagalan isolasi yaitu :
Pemburukan elektro kimiawi.
Tegangan tembus
minyak baru
Tegangan tembus
minyak bekas
Tegangan tembus
minyak baru
Tegangan tembus
minyak bekas
40
30
20
10
0
50
Jika campuran dielektrik isolasi memiliki
kekuatan gagal yang berbeda-beda maka bila
tekanan listrik dinaikkan, akan terjadi kegagalan
zat
yang
lebih
lemah.
Jika
hal
ini
70
AC
AC
DC
DC
90
Suhu (Celcius)
Gambar 3 Perbandingan rata-rata tegangan
tembus (breakdown) minyak transformator
tidak
mengakibatkan kegagalan sebagian (partial) yang
terjadi disebut pelepasan. Dalam bahan dielektrik
organis, pelepasan mengakibatkan pemburukan
Tabel 2 Rata-rata dielectric strength minyak
transformator
Suhu
perlahan-lahan karena :
1.
Disintegrasi dielektrika karena pemboman
(0C)
oleh elektron dan ion yang dihasilkan oleh
50
70
90
pelepasan.
2.
Aksi kimiawi pada dielektrik dari hasil-hasil
Rata-rata
Dielectric
Strength AC
(kV/cm)
Minyak Minyak
baru
bekas
84
48,4
167,2
72,8
161,6
128,8
Rata-rata
Dielectric
Strength DC
(kV/cm)
Minyak Minyak
baru
bekas
160
153,6
178,4
173,6
152
148
ionisasi gas.
3.
Berdasarkan
Suhu tinggi di daerah pelepasan.
hasil
pengujian
pada
Pengujian tegangan tembus yang telah dilakukan
minyak tranformator baru kekuatan dielektrik DC
diperoleh
memiliki
harga
tegangan
tembus
untuk
nilai
yang
lebih
tinggi
dari
pada
pengujian dengan tegangan tinggi DC mempunyai
kekuatan dielektrik AC. Berdasarkan tabel 2
nilai yang lebih besar dari pada pengujian dengan
kekuatan dielektrik DC mempunyai nilai tertinggi
tegangan tinggi AC. Hal tersebut terjadi pada
rata-rata yaitu pada suhu 700C sebesar 178,4
pengujian minyak transformator baru dan bekas.
kV/cm,
sedangkan
kekuatan
dielektrik
AC
mempunyai nilai tertinggi rata-rata yaitu pada
Tabel 1 Rata-rata tegangan tembus minyak
transformator
Suhu
Rata-rata
tegangan tembus
AC (kV)
suhu 700C sebesar 167,2 kV/cm dimana kedua
diperoleh dari minyak baru.
Rata-rata
tegangan tembus
DC (kV))
Pe rbandingan rata-rata ke kuatan die le ktrik
200
50
70
90
Minyak
baru
21
41,8
40,4
Minyak
bekas
12,1
18,2
32,2
Minyak
baru
40
44,6
38
Minyak
bekas
38,4
43,4
37
180
160
Kekuatan dielektrik (kV/cm)
(0C)
140
120
100
80
60
Kekuatan dielektrik AC
minyak baru
Kekuatan dielektrik AC
minyak bekas
Kekuatan dielektrik DC
minyak baru
Kekuatan dielektrik DC
minyak bekas
40
20
0
Gambar 4 Perbandingan rata-rata kekuatan
dielektrik minyak transformator
Pengujian
dengan
menggunakan
tegangan tinggi AC, proses terjadinya tegangan
tembus terjadi secara spontan ketika bahan
minyak sudah tidak dapat lagi untuk menahan
tegangan yang melewatinya. Pengujian dengan
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2
Juli – Desember 2009
98
mengunakan
tegangan
tinggi
DC
terjadinya
tegangan tinggi. Tegangan yang melalui minyak
tegangan tembus melalui proses lecutan yang
transformator
akan
berulang kali sampai akhirnya minyak tidak
perpindahan elektron-elektron dari suatu molekul
dapat lagi menahan tegangan yang melewati.
ke molekul yang lainnya sehingga akan timbul
Minyak transformator bekas pengujian dengan
arus konduksi atau arus bocor. Berkurangnya
tegangan tinggi DC akan mengalami kerusakan
nilai
yang lebih buruk dari pada bekas pengujian
transformator
tegangan tinggi AC, peristiwa tersebut terjadi
ketidakmurnian (impurity) antara lain berupa
karena pada pengujian dengan menggunakan
partikel, air dan gelembung.
kekuatan
menyebabkan
dielektrik
bekas
terjadinya
pada
minyak
disebabkan
faktor
tegangan tinggi DC proses terjadinya tegangan
Medan listrik akan menyebabkan tetesan
tembus terjadi melalui beberapa kali lecutan
air tertahan di dalam minyak yang memanjang
sehingga akan menimbulkan lebih banyak karbon
searah medan dan pada medan yang kritis,
yang menyebabkan minyak menjadi berwarna
tetesan itu menjadi tidak stabil. Kanal kegagalan
hitam. Hal tersebut terjadi pada pengujian untuk
akan
minyak transformator baru dan bekas.
memanjang sehingga menghasilkan kegagalan
Berdasarkan
hasil
pengujian
baik
menjalar
dari
ujung
tetesan
yang
total.
Gelembung terbentuk karena penguraian
menggunakan tegangan AC maupun DC kenaikan
suhu sampai dengan 500C akan menyebabkan
molekul
tegangan tembus naik. Hal ini disebabkan oleh
elektrostatis
berkurangnya kadar uap air yang terlarut dalam
terbentuk dan ketika kekuatan kegagalan gas
minyak transformaor akibat pemanasan, pada
lebih rendah dari cairan, medan yang ada dalam
saat terdapat medan listrik yang tinggi molekul
gelembung
uap air yang terlarut memisah dari minyak dan
menghasilkan lebih banyak uap dan gelembung,
terpolarisasi
jumlah
sehingga membentuk jembatan pada seluruh
molekul-molekul uap air ini banyak, maka akan
celah yang menyebabkan terjadinya pelepasan
terbentuk suatu jembatan yang menghubungkan
secara sempurna.
kedua
membentuk
elektroda,
peluahan,
kanal
dipole.
sehingga
ini
akan
Jika
terbentuk
cair
(minyak
transformator).
sepanjang
melebihi
gelembung
kekuatan
uap
Gaya
akan
yang
kanal
merambat
dan
PENUTUP
Berdasarkan
memanjang sampai menghasilkan tembus listrik.
pengujian
mengenai
Dengan penurunan kadar uap air, jembatan akan
pengaruh suhu terhadap tegangan tembus AC
lebih sulit terbentuk. Hal ini terjadi karena
dan DC pada minyak transformator baru dan
elektron-elektron yang bergerak dari katoda ke
bekas, maka dapat disimpulkan sebagai berikut.
anoda akan lebih lambat, sehingga tegangan
1.
Tegangan tembus minyak transformator pada
suhu kerja yaitu 70
tembus pun naik.
0C
memiliki nilai yang
Dengan melihat data hasil pengujian
paling baik yaitu untuk minyak baru rata-
minyak transformator baru dan bekas, nilai
rata tegangan tembus AC sebesar 41,8 kV
tegangan tembus untuk minyak transformaor
dan rata-rata tegangan tembus DC terbesar
baru
44,6 kV.
selalu
lebih
tinggi
daripada
minyak
transformator bekas. Hal ini disebabkan struktur
molekul material pada minyak
2.
Tegangan tembus AC minyak transformator
transformator
bekas memiliki nilai yang sangat rendah
bekas elektron-elektron yang terikat erat pada
dibandingkan dengan nilai hasil pengujian
molekulnya sudah mengalami tekanan akibat
pada minyak transformator baru. Tegangan
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2
Juli – Desember 2009
tembus
AC
minyak
99
transformator
paling tinggi pada suhu 90
0C
bekas
yaitu memiliki
1993.
Bahan-bahan
Listrik
Untuk
Politeknik. Jakarta : P.T Pradnya Paramita.
Neidle, Michael. 1985. Instalasi Listrik. Jakarta :
rata-rata 32,2 kV.
3.
Muhaimin.
Tegangan tembus DC minyak transformator
Erlangga.
bekas nilainya hampir sama dengan hasil
Panduan Praktikum Teknik Tegangan Tinggi.
pengujian pada minyak transformator baru.
2000. Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi
Tegangan
Universitas Gajah Mada.
tembus
DC
pada
minyak
transformator bekas paling tinggi pada suhu
4.
70 0C yaitu memiliki nilai rata-rata 43,4 kV.
BIOGRAFI
Minyak transformator memiliki kemampuan
Sugeng
yang lebih baik untuk menahan tegangan
Elektro UNNES
tinggi
Hamzah Berahim, den Teknik Elektro UGM
DC
dibandingkan
dengan
kemampuannya untuk menahan tegangan
tinggi AC.
5.
Minyak
transformator
akan
berubah
warnanya menjadi hitam setelah mengalami
tegangan tembus, warna hitam yang terjadi
disebabkan karena adanya karbon setelah
terjadi
lecutan
pada
elektroda
yang
dicelupkan ke dalam minyak.
6.
Berdasarkan pengujian minyak transformator
baru dan bekas maka dapat disimpulkan
bahwa minyak bekas sudah tidak layak lagi
untuk dipakai.
DAFTAR PUSTAKA
Arikunto, Suharsimi. 1996. Prosedur Penelitian.
Jakarta : PT. Rineka Cipta.
Arismunandar, A. 2001. Teknik Tegangan Tinggi.
Jakarta : P.T Pradnya Paramita.
Arismunandar, A. 1983. Teknik Tegangan Tinggi
Suplemen. Jakarta : Ghalia Indonesia.
http://www.
Elektro
Indonesia.com/Analisis
Kegagalan Minyak Transformator.
Hutauruk, T.S. 1989. Gelombang Berjalan dan
Proteksi Surja. Jakarta : Erlangga.
Kind,
Dieter.1993.
Pengantar
Teknik
Eksperimental Tegangan Tinggi. Bandung :
ITB.
Kind
Deter.
1985.
High
Voltage
Insulation
Technology; Firedr. Vieweg & Sohn.
Nur
Singgih,
mahaia
luluan
Ngadirin,doen teknik Elektro UNNE
Teknik