ELEKTRO INDONESIA
Edisi ke Dua Belas, Maret 1998
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
dan 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
-
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:
-
Jarak elektroda 2.5 mm
-
Bejana dan elektroda harus benar-benar
kering dan bersih setiap sebelum pengujian, elektroda harus dicuci dengan
minyak transformator yang akan diuji.
-
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.
-
Botol tempat minyak transformator ditutup
dengan lilin supaya kotoran dan uap air tidak masuk.
-
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.
-
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.
-
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 :
-
Pertama, minyak yang dipanasi dapat
dicampur secara menyeluruh dengan adsorben yang dihancurkan dan kemudian
disaring.
-
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 :
-
Tegangan AC naik pada kegagalan dengan
kecepatan konstan 3 kV/sec. Prosedur ini diulang sampai 500 kali dalam
interval 1 menit.
-
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
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
-
Ketidak murnian minyak dapat diklasifikasikan
kedalam empat (4) kelompok yaitu:
-
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
-
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.
-
Air
-
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:
-
Hasil pengujian kualitas minyak transformator
tidak lepas dari sifat sifat listrik yang dimilikinya yaitu : permitivitas,
resistivitas, faktor dissipasi daya dan kekuatan dielektrik.
-
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.
-
Aliran minyak terlihat penting dan mempengaruhi
kegagalan minyak transformator walaupun dalam kecepatan yang hanya beberapa
cm/detik.
-
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.
-
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
-
Arismunandar : "Teknik Tegangan Tinggi"
; Pradnya Paramita, Jakarta 1990.
-
Danikas M.G : "Breakdown of Transformer
Oil"; IEEE Electtrical Insulation Magazines Vol.6 No.5, September/October
1990.
-
Edminister Joseph A :"Elektromagnetika-Schaum
Series"; Erlangga Jakarta 1990.
-
Kawaguchi, Y, et. Al :"Breakdown
of Transformer Oil"; IEEE Trans. On Power App. Syst.Vol. PAS-91 No.1
p.9-19, 19972
-
Kind Deter :" Pengantar Teknik Eksperimental
Tegangan Tinggi"; ITB Bandung 1993
-
Kind Deter :" High Voltage Insulation
Technology"; Firedr. Vieweg & Sohn, 1985
-
Tareev, B.M. :" Material for Electrical
Engineering"; High School Publishing House Moscow, 1995. q
Oleh
: Tadjuddin
Artikel lain :
1Overhead
Groundwire, Perlindungan Transmisi Tenaga Listrik dari Sambaran Petir
1Strategi
Operasi Sistem Tenaga Listrik
[Sajian Utama] [Sajian
Khusus]
[KOMPUTER] [TELEKOMUNIKASI]
[ MULTIMEDIA ][KENDALI]
[TUTORIAL]
Please send comments, suggestions, and criticisms about ELEKTRO
INDONESIA.
Click here to send me
email.
[ Halaman Muka]
© 1996-1998 ELEKTRO
Online.
All Rights Reserved.