ANALISA PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP SUSUT UMUR TRANSFORMATOR TENAGA

(STUDI KASUS TRAFO GTG 1.3 PLTGU TAMBAK LOROK SEMARANG)

Tugas Akhir Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai

derajat Sarjana Teknik

oleh

Purnama Sigid L2F 306 046

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG

2009

HALAMAN PENGESAHAN

Laporan Tugas Akhir dengan judul � ANALISA PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP SUSUT UMUR TRANSFORMATOR TENAGA (STUDI KASUS TRAFO GTG 1.3 PLTGU TAMBAK LOROK SEMARANG)� yang disusun oleh Nama : Purnama Sigid NIM : L2F 306046 Telah disetujui dan disahkan untuk dijadikan laporan Tugas Akhir sebagai salah satu syarat menyelesaikan pendidikan program Strata Satu Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang.

Menyetujui dan mengesahkan

Pembimbing I Pembimbing II Ir. Tejo Sukmadi, MT Karnoto, ST MT NIP. 131 764 876 NIP. 132 162 547 Tanggal: Tanggal:

Mengetahui a.n. Dekan

Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Ir. Sudjadi, MT NIP. 131 558 567 Tanggal:

Tugas Akhir

ANALISA PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP SUSUT UMUR TRANSFORMATOR TENAGA

(STUDI KASUS TRAFO GTG 1.3 PLTGU TAMBAK LOROK SEMARANG)

Yang dipersiapkan dan disusun oleh

Purnama Sigid L2F 306 046

telah dipertahankan di depan para Dosen Penguji pada tanggal

dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Susunan Dosen Penguji

Tanda tangan

Ketua /Anggota : Dr. Ir. Hermawan, DEA ..........................

Tanggal: ..........................

Sekretaris/Anggota : Ir. Agung Nugroho ..........................

Tanggal: ..........................

Anggota : Susatyo Handoko, ST. MT ..........................

Tanggal: ..........................

ABSTRAK

Transformator Tenaga didesain dengan suhu sekitar 200C tetapi beroperasi pada suhu lingkungan 300 C di Indonesia, maka trafo tersebut harus disesuaikan pembebanannya Semakin tinggi suhu setempat semakin pendek operasional dan semakin besar susut umur dari transformator tenaga tersebut. Susut umur transformator dipengaruhi oleh isolasi belitan trafo dan minyak trafo tersebut. Salah satu kerusakan atau kegagalan isolasi dari minyak trafo diakibatkan dari perubahan suhu atau suhu sekitar pada transformator tenaga terendam minyak tersebut. Pemanasan pada belitan trafo dapat mengkibatkan isolasi menjadi rusak dan kenaikan temperatur minyak akan mengubah sifat serta komposisi minyak trafo. Apabila perubahan-perubahan tersebut dibiarkan akan mengakibatkan nilai isolasi dari minyak menurun.

Pada tugas akhir ini meneliti pengaruh pembebanan tranformator tenaga dan pengaruh suhu lingkungan terhadap susut umur dilihat dari penurunan isolasi belitan transformator serta menganalisis susut umur trafo tenaga GTG 1. 3 PLGU Tambak Lorok Semarang dengan mengacu pada pada standar IEC 354 tahun 1972

Hasil penelitian diperoleh pembebanan tranformator tenaga 80% mengakibatkan susut umur minimal (sebesar 24%). Dengan transformator standar IEC 354 suhu lingkungan 200C menghasilkan susut trafo minimal 100% pada beban 100%. Berdasar data pembebanan tahun 2008 susut umur trafo tenaga GTG 1. 3 PLGU Tambak Lorok Semarang dengan pembebanan maksimum tanggal 6 September menghasilkan susut umur 15,69%.

Kata kunci : transformator, temperatur lingkungan, susut umur.

ABSTRACT

Operating temperature of potential transformer�s design is 200C. However it is not applicable in Indonesia with temperature 300C. Because of that, the load of the transformer need to be adjusted. Operating lifetime will become shorter and loss of life will become greater at higher temperature. Loss of life of the transformer depends on winding isolation and transformer oil. Overheating in transformer winding can damage the isolation and increase oil temperature resulting in degradation of the oil. If the changes occur in a long period, it can decrease the isolation value of the oil.

The final project observes the correlation between load of transformer and ambient temperature to the loss of life viewed from deterioration transformer winding insulation and analyze GTG 1.3 PLTGU Tambak Lorok Semarang Transformer loss of life refer to1972 IEC 354 standard.

According the result, 80% of transformer load is caused minimum 24% loss of life. With IEC 354 standard�s transfomer and 200C ambient temperature resulting in minimum 100% loss of life on 100% load. According to 2008�s load data, with maximum load of GTG 1.3 PLTGU Tambak Lorok Semarang Transformer loss of life is 15.69%.

Key word : transformer, ambient temperature, loss of life.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan segala

rahmat serta karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas

Akhir dengan judul � ANALISA PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP

SUSUT UMUR TRANSFORMATOR TENAGA (STUDI KASUS TRAFO GTG

1.3 PLTGU TAMBAK LOROK SEMARANG)� guna melengkapi salah satu syarat

menyelesaikan pendidikan program Strata Satu Jurusan Teknik Elektro Fakultas

Teknik Universitas Diponegoro Semarang.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah

memberikan bantuan yang sangat berarti, baik secara langsung maupun tidak

langsung sehingga laporan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu pada

kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Sudjadi, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro UNDIP,

2. Bapak Ir. Tejo Sukmadi, MT selaku Pembimbing I Tugas Akhir yang

telah membimbing dan memberikan petunjuk dalam penyelesaian Tugas

Akhir ini,

3. Bapak Karnoto, ST MT selaku pembimbing II Tugas Akhir yang telah

menuntun dan mengarahkan penulis dalam menyusun laporan Tugas

Akhir ini,

4. R. Rizal Isnanto, ST MM MT selaku dosen wali 2006 yang memberikan

nasehat untuk selalu disiplin, jujur dan kerja keras dalam hidup,

5. Seluruh Dosen dan Pegawai Jurusan Teknik Elektro Universitas

Diponegoro.

6. Bapak, Ibu, Adik tercinta yang telah membesarkan dan selalu memberi

doa restu kepada penulis sekaligus menjadi inspirasi bagi penulis,

7. Seluruh mahasiswa Teknik Elektro UNDIP khusunya teman-teman

Power Ekstensi angkatan 2006 atas dukungan dan do�anya kepada

penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini,

8. Seluruh pihak yang mungkin terlupakan dan tidak mungkin disebutkan

satu per satu, yang telah membantu penulis.

Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih banyak

kekurangannya. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat penulis

harapkan demi kesempurnaan laporan ini. Semoga laporan ini bermanfaat bagi

kemajuan ilmu pengetahuan pembaca dan semua pihak yang dapat memanfaatkan

Laporan Tugas Akhir ini, khususnya untuk rekan-rekan Mahasiswa Teknik Elektro

Universitas Diponegoro.

Semarang, Agustus 2008

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... iii

ABSTRAK ......................................................................................................... iv

ABSTRACT ....................................................................................................... v

KATA PENGANTAR ....................................................................................... vi

DAFTAR ISI...................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ............................................................................. 1

1.2. Tujuan .......................................................................................... 2

1.3. Pembatasan Masalah .................................................................... 2

1.4. Metode Penelitian ........................................................................ 3

1.5. Sistematika Penulisan .................................................................. 3

BAB II DASAR TEORI

2.1. Pengertian Transformator ........................................................ 5

2.2. Transformator daya.................................................................. 8

2.3. Bagian Utama .......................................................................... 9

2.3.1. Inti Besi ........................................................................ 9

2.3.2. Kumparan Transformator............................................. 9

2.3.2.1. Regulasi Tegangan........................................ 9

2.3.3. Minyak Transformator ................................................. 10

2.3.4. Bushing ........................................................................ 12

2.3.5. Tangki Konservator...................................................... 12

2.4. Peralatan Bantu........................................................................ 12

2.4.1. Pendingin ..................................................................... 12

2.4.2. Perubah Tap (Tap Changer)......................................... 14

2.4.3. Alat Pernafasan (Silicagel)........................................... 15

2.4.4. Indilator ........................................................................ 16

2.5. Peralatan Proteksi .................................................................... 16

2.5.1. Rele Bucholz ................................................................ 16

2.5.2. Pengaman Tekanan Lebih (Explosive Membrane) ...... 17

2.5.3. Rele Tekanan Lebih (Sudden Pressure Relay)............. 17

2.5.4. Rele Pengaman Tangki ................................................ 17

2.6. Peralatan Tambahan untuk Pengaman Transformator............. 17

2.6.1. Pemadam Kebakaran.................................................... 17

2.6.2. Rele Diferensial (Differential Relay) ........................... 19

2.6.3. Rele Arus Lebih (Over Current Relay)........................ 19

2.6.4. Rele Hubung Tanah (Ground Fault Relay).................. 19

2.6.5. Rele Thermis (Thermal Relay)..................................... 20

2.6.6. Arrester......................................................................... 20

2.7. Prinsip Kerja ............................................................................ 20

2.7.1. Hukum Induksi............................................................. 20

2.7.2. Dasar Teori Transformator........................................... 22

2.8. Rangkaian Pengganti ............................................................... 24

2.9. Rugi-Rugi pada Trafo .............................................................. 25

BAB III PERKIRAAN UMUR TRANSFORMATOR TENAGA AKIBAT

PEMANASAN

3.1. Kenaikan Beban ........................................................................... 27

3.2. Kenaikan Suhu ............................................................................ 28

3.3. Penuaaan Isolasi .......................................................................... 29

3.4. Penentuan Kenaikkan Temperatur ............................................... 33

3.4.1. Pengasumsian Dengan Diagram Thermal ......................... 33

3.4.2. Kondisi Untuk Nilai Daya Tertentu ................................... 35

3.4.2.1. Sirkulasi Minyak Alami ................................... 35

3.4.2.2. Sirkulasi Minyak Paksaan ................................ 35

3.4.3. Kondisi Untuk Beban Stabil .......................................... 36

3.4.3.1. Kenaikkan Temperatur Top Oil ....................... 36

3.4.3.2. Kenaikkan Temperatur Hot Spot ..................... 37

3.4.4. Kondisi Untuk Beban Yang Berubah-ubah.................... 37

3.4.4.1. Kenaikkan Temperatur Top Oil ....................... 37

3.4.4.2. Kenaikkan Temperatur Hot Spot ..................... 38

3.5. Penuaan Isolasi Belitan Trafo ................................................... 38

3.5.1. Hukum deterioration ....................................................... 38

3.5.2. Nilai Relatif Dari Umur Pemakaian................................ 38

3.5.3. Persamaan diagram kerugian umur dalam periode

24 jam.............................................................................. 41

3.5.3.1. Operasional pada temperatur konstan .............. 41

3.5.3.2. Durasi operasional yang masih diijinkan

pada c ............................................................. 41

BAB IV ANALISIS PENGARUH KENAIKAN BEBAN PADA TRAFO

TENAGA

4.1. Data Masukan .......................................................................... 43

4.2. Pembebanan Transformator Dengan Beban Konstan .............. 44

4.1.1. Perhitungan-Perhitungan.............................................. 44

4.1.2. Pengaruh Suhu Sekitar ................................................. 51

4.1.3. Menentukan Perkiraan Umur ....................................... 52

4.3. Analisa Real Dengan Data Yang Ada...................................... 54

4.3.1. Perhitungan-Perhitungan.............................................. 54

4.3.2 Menentukan Perkiraan Umur ....................................... 64

4.4. Pembahasan.............................................................................. 64

4.4.1. Pembebanan Optimum................................................. 65

4.4.2. Analisa Optimum ......................................................... 68

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ............................................................................... 70

5.2. Saran.......................................................................................... 71

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 72

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Konstruksi dari transformator ................................................. 6

Gambar 2.2 Bagan rangkaian transformator ............................................... 6

Gambar 2.3 Konstruksi transformator daya ................................................ 8

Gambar 2.4 Sistim pengaman kebakaran .................................................... 19

Gambar 2.5a Arus magnetisasi secara grafis tanpa memperhitungkan

rugi-rugi besi ........................................................................... 20

Gambar 2.5b Arus magnetisasi secara grafis dengan memperhitungkan

rugi-rugi besi ........................................................................... 20

Gambar 2.6a Suatu arus listrik mengelilingi inti besi maka besi itu

menjadi magnet ........................................................................ 22

Gambar 2.6b Suatu lilitan mengelilingi magnet maka akan timbul

gaya gerak listrik (GGL) .......................................................... 22

Gambar 2.7 Prinsip dasar dari transformator .............................................. 22

Gambar 2.8 Rangkaian pengganti trafo ....................................................... 24

Gambar 2.10 Rangkaian pengganti trafo dilihat dari sisi primer .................. 25

Gambar 3.1 Rangkaian transformator ......................................................... 27

Gambar 3.2 Potongan melintang transformator terendam minyak .............. 32

Gambar 3.3 Diagram thermal ...................................................................... 35

Gambar 3.4 Garis umur................................................................................ 41

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara susut umur dengan umur

transformator .......................................................................... 54

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara load faktor ( K ) dengan

temperatur hot spot................................................................... 64

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Macam-macam sistem pendingin................................................ 14

Tabel 3.1 Nilai relatif dari umur pemakaian ............................................... 40

Tabel 3.2 Durasi operasional yang masih diijinkan ................................. 42

Tabel 4.1 Pembebanan pltgu tambak lorok semarang blok i

tanggal 6 september 2008............................................................ 44

Tabel 4.2 Tabel variasi beban ..................................................................... 45

Tabel 4.3 Temperatur maksimal harian tahun 2008.................................... 46

Tabel 4.4 Tabel pengaruh suhu ambient .................................................... 52

Tabel 4.5 Umur transformator dari berbagai macam pembebanan............. 53

Tabel 4.6 Perhitungan-perhitungan untuk jenis pendinginan ONAN. ........ 61

Tabel 4.7 Perhitungan-perhitungan untuk jenis pendinginan ONAN OFAF62

Tabel 4.8 Hubungan antara load faktor (K) dengan temperatur hot spot.... 64

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di masa sekarang kebutuhan listrik semakin meningkat sejalan dengan

berkembangnya teknologi. Perkembangan yang pesat ini harus diikuti dengan

perbaikan kualitas dan keandalan energi listrik yang dihasilkan. Kualitas dari

suatu energi listrik dapat dilihat dari segi ekonomis dan teknis. Hal yang

menyangkut kualitas energi listrik dari segi teknis yaitu tegangan, frekuensi

dan keandalan. Tegangan dan frekuensi yang dihasilkan oleh pembangkit

mempunyai besaran yang sesuai dengan nilai yang ditentukan. Apabila nilai

dari tegangan dan frekuensi tersebut diluar dari nilai yang ditentukan maka

dikatakan kualitas dari tegangan dan frekuensi tersebut tidak baik. Sedangkan

keandalan suatu sistem tenaga listrik sangat erat hubungannya dengan

ketersediaan, yaitu jumlah waktu sistem bekerja sesuai dengan fungsinya [8],

sehingga gangguan yang terjadi pada sistem akan mengakibatkan turunnya

kesinambungan dalam penyaluran energi.

Sistem tenaga listrik merupakan sarana untuk meyalurkan energi listrik

dari pusat pembangkit listrik sampai pada konsumen.

Sistem tenaga listrik terdiri dari tiga kelompok yaitu:

a. Pembangkit

b. Saluran transmisi

c. Saluran distribusi

Salah satu peralatan yang sangat penting dalam penyaluaran tenaga

listrik yaitu trafo tenaga. Fungsi transformator tenaga ini adalah suatu peralatan

tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari

tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (mentransformasikan

tegangan) [9]. Oleh karena itu transformator merupakan peralatan yang sangat

penting maka diusahakan agar peralatan ini berusia panjang dan dapat lebih

lama dipergunakan.

Ada banyak faktor yang dapat mempengaruhi terjadinya berkurangnya

umur transformator antara lain yaitu: pengaruh dari suhu sekitar ( ambient

temperatur ), suhu minyak trafo, pola pembebanan, kualitas bahan

transformator, kualitas minyak, cuaca, kadar oksigen, kelembapan udara dan

pengelolaan terhadap transformator tersebut. Untuk pengelolaan

transformator berkaitan dengan pemeliharaan rutin yang dilaksanakan, baik itu

pemeliharaan preventif, korektif maupun detektif.

1.2 Tujuan

Tujuan penelitian tugas akhir ini menganalisis susut umur pada isolasi belitan

transformator, yang dapat dibagi menjadi seperti dibawah ini:

1. Menganalisis pengaruh pembebanan terhadap susut umur transformator

tenaga GTG 1.3 PLTGU Tambak Lorok Semarang.

2. Mengetahui pengaruh suhu sekitar terhadap susut umur transformator

tenaga/daya GTG 1.3 PLTGU Tambak Lorok Semarang

3. Mengetahui susut umur transformator tenaga terendam minyak GTG 1.3

PLTGU Tambak Lorok Semarang.

1.3 Pembatasan Masalah

Batasan masalah dalam penyusunan tugas akhir menentukan susut umur

trafo tenaga berdasarkan perubahan beban dan suhu ini adalah :

a. Transformator tenaga menggunakan pendingin minyak

b. Tugas Akhir ini hanya menganalisis pengaruh suhu sekitar dan perubahan

pembebanan transformator tenaga terhadap umur trafo.

c. Kualitas minyak trafo tidak dibahas dalam tugas akhir ini.

d. Tidak membahas pengaruh arus urutan nol.

e. Tidak membahas pembebanan darurat.

f. Susut umur dilihat dari isolasi kumparan transformator saja.

g. Penelitian pada transformator type pasangan luar GTG 1.3 PLTGU

Tambak Lorok Semarang

1.4 Metode penelitian

Metode Penelitian yang digunakan dalam penyusunan Tugas Akhir ini

yaitu:

1. Studi literatur

Sumber informasi untuk mendukung tugas akhir ini adalah buku literatur,

artikel, brosur dari pabrikan, dan artikel dari internet.

2. Konsultasi

Dilakukan dengan dosen pembimbing dan beberapa narasumber lainnya.

3. Pengambilan data

Dilaksanakan pada transformator tenaga GTG 1.3 PLTGU Tambak Lorok

Semarang.

4. Wawancara

Digunakan untuk mendapatkan rujukan yang berkaitan dengan penelitian.

5. Analisa Data

Dari data yang diperoleh dibuat analisa pengaruh pembebanan dan suhu

terhadap umur transformator.

6. Penyusunan Laporan

Pada tahap terakhir ini akan dibuat laporan mengenai segala sesuatu yang

telah dilakukan sampai dengan penarikan kesimpulan dan saran.

Penyusunan laporan Tugas Akhir ini sesuai dengan petunjuk penulisan

Laporan TA yang telah ditetapkan.

1.5 Sistematika penulisan

Secara garis besar sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah

sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Berisi latar belakang, tujuan pembahasan, pembatasan masalah,

metode penelitian sistematika penulisan.

BAB II TRANFORMATOR DAYA

Bab dua ini berisi tentang pengertian trafo dan bagiannya, hukum

dasar trafo, prinsip kerja trafo, rugi-rugi.

BAB III PENGARUH PEMBEBANAN DAN SUHU

TRANSFORMATOR DAYA AKIBAT PEMANASAN

Bab ini berisi kenaikan suhu, penuaaan isolasi, penentuan

kenaikkan temperatur, Penuaan Relatif Isolasi Belitan Trafo.

BAB IV DATA DAN ANALISA

Bab ini berisi tentang analisa perhitungan menentukan temperatur

top oil , temperatur hot spot, susut umur dan umur transformator

PLTGU Tambak Lorok Semarang.

BAB V PENUTUP

Bab ini akan berisi kesimpulan yang diambil dari analisa Tugas

Akhir dan saran-saran untuk tahap pengembangan selanjutnya

yang mungkin dilakukan.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Transformator

Transformator merupakan peralatan mesin listrik statis yang bekerja

berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik mentransformasikan tegangan

dan arus bolak-balik diantara dua belitan, atau lebih pada frekuensi yang sama

besar dan biasanya pada nilai arus dan tegangan yang berbeda [7]. Penggunaan

yang sangat sederhana dan andal itu merupakan salah satu sebab penting

bahwa arus bolak balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan

penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik terjadi kerugian

energi sebesar I2R watt. Kerugian ini banyak berkurang apabila tegangan

dinaikkan. Dengan demikian maka saluran-saluran transmisi tenaga senantiasa

mempergunakan tegangan tinggi. Tegangan transmisi yang tertinggi di

Indonesia pada saat ini adalah 500 kV. Hal ini dilakukan terutama untuk

mengurangi kerugian energi yang terjadi pada saluran. Dengan menaikkan

tegangan listrik di pusat listrik dari tegangan generator yang biasanya berkisar

antara 6 sampai 20 kV pada awal saluran transmisi, kemudian menurunkannya

lagi diujung akhir saluran itu ke tegangan yang lebih rendah, dilakukan

dengan transformator.

Transformator dapat dibagi menurut fungsi/pemakaian seperti:

- Transformator mesin (pembangkit)

- Transformator gardu induk

- Transformator distribusi

Penggunaan transformator pada sistem penyaluran tenaga listrik dapat dibagi :

a. Trafo penaik tegangan (Step up) atau disebut trafo daya, untuk

menaikkan tegangan pembangkit menjadi tegangan transmisi.

b. Trafo penurun tegangan (Step down), dapat disebut trafo distribusi,

untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi.

c. Trafo instrumen, untuk pengukuran yang terdiri dari trafo tegangan dan

trafo arus, dipakai menurunkan tegangan dan arus agar dapat masuk ke

meter-meter pengukuran.

Seperti yang terlihat pada gambar berikut yang menunjukan bagian

terpenting transformator :

Gambar 2.1 Konstruksi dari transformator

a. Bagian utama

- Inti besi

- Kumparan transformator

- Minyak transformator

- Bushing

- Tangki konservator

Sedangkan rangkaian dasar dari transformator ditunjukkan pada

gambar berikut.

Gambar 2.2 Bagan rangkaian transformator

Keterangan :

U1 = tegangan sumber

U2 = tegangan beban

Np = jumlah lilitan kumparan primer

Ns = jumlah lilitan kumparan sekunder

I1 = arus primer

I2 = arus sekunder

ep = GGL induksi pada kumparan primer

es = GGL induksi pada kumparan sekunder.

b. Peralatan Bantu.

- Pendingin

- Tap changer

- Alat pernapasan (dehydrating breather)

- Indikator-indikator : Thermometer, permukaan minyak

c. Peralatan Proteksi

- Rele Bucholz

- Pengaman tekanan lebih (explosive membrane)

- Rele tekanan lebih (sudden pressure relay)

- Rele pengaman tangki

d. Peralatan Tambahan untuk Pengaman Transformator

- Pemadam kebakaran

- Rele differensial (differential relay)

- Rele arus lebih (over current relay)

- Rele hubung tanah (ground fault relay)

- Rele thermis (thermal relay)

- Arrester

2.2 Tranformator Daya [9]

Tranformator daya adalah suatu peralatan listrik yang berfungsi untuk

menyalurkan daya listrik dari generator bertegangan menengah ke transmisi

bertegangan tinggi dan untuk menyalurkan daya dari transmisi bertegangan

tinggi ke jaringan distribusi bertegangan rendah. Konstruksi umum dari

transformator daya ditunjukkan pada gambar 2.3

a. Trafo kumparan piring b. Trafo kumparan silinder

Gambar 2.3 Konstruksi Transformator Daya

Keterangan :

1) Kumparan tegangan tinggi

2) Kumparan tegangan rendah

3) Inti

4) Minyak isolasi

5) Tanki baja

6) Bushing tegangan tinggi

7) Bushing tegangan rendah

Pada gambar terlihat bahwa bagian utama dari transformator adalah

inti, dua set kumparan atau lebih dan isolasi. Inti trafo yang terbuat dari

lembaran-lembaran baja silikon yang satu dengan lainnya diisolasi dengan

pernis.

Kumparan terbuat dari bahan tembaga yang dihubungkan dengan

sumber energi disebut kumparan primer, sedang yang dihubungkan dengan

beban disebut kumparan sekunder.

2.3 Bagian Utama

2.3.1 Inti Besi

Berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan

oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-

lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai

rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh Eddy Current.

Inti trafo dibentuk dari lapisan lembaran pelat besi silikon yang

memiliki lapisan isolasi sangat tipis pada salah satu sisinya, yang

tahan terhadap panas tinggi serta mempunyai koefisien penyebaran

panas yang rendah, dengan ketebalan yang sangat tipis untuk dapat

menekan rugi-rugi inti yang semakin kecil. Disusun sedemikian rupa

sehingga membentuk suatu luasan inti magnetis yang kokoh serta

efisien.

2.3.2 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.

2.3.2.1 Regulasi Tegangan

Tegangan regulasi menentukan besarnya variasi

tegangan sekunder trafo pada kondisi faktor beban yang

berbeda. Tegangan regulasi merupakan perbandingan tegangan

di terminal sekunder pada saat tidak berbeban dan saat kondisi

beban penuh. Hal ini diperhitungkan karena bisa digunakan

sebagai acuan untuk persyaratan kerja paralel trafo.

Tegangan regulasi trafo diukur setelah terminal output

(sekunder) dihubung singkat (kondisi beban penuh) dan

menaikkan tegangan secara bertahap pada sisi input (primer)

sehingga arus yang mengalir pada sisi primer mencapai nilai

nominalnya. Pada kondisi ini besaran arus nominal mengalir

pada kedua sisi belitan, dan tegangan sisi primer pada saat itu

disebut sebagai tegangan regulasi. Impedansi hubung singkat

terdiri dari komponen aktif dan reaktif serta dapat dinyatakan

dalam satuan Ohm sebagaimana besaran impedansi lainnya,

besarnya tergantung daripada kapasitas dan tegangan nominal

trafo.

Besar dari tegangan regulasi dinyatakan sebagai berikut

[16]:

Pengaturan penuhbebanV

penuhbebanVnolbebanV

2

22

2.3.3 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.

Di dalam sebuah transformator terdapat dua komponen yang

secara aktif �membangkitkan� energi panas, yaitu besi (inti) dan

tembaga (kumparan). Bila energi panas tidak disalurkan melalui suatu

sistem pendinginan akan mengakibatkan besi maupun tembaga akan

mencapai suhu yang tinggi, yang akan merusak nilai isolasinya.

Sebagai maksud untuk pendinginan, kumparan dan inti dimasukkan ke

dalam suatu jenis minyak, yang dinamakan minyak transformator.

Minyak itu mempunyai fungsi ganda, yaitu pendinginan dan isolasi.

Perlu dikemukakan bahwa minyak transformator harus memiliki mutu

yang tinggi dan senantiasa berada dalam keadaan bersih. Disebabkan

energi panas yang dibangkitkan dari inti maupun kumparan, maka

suhu minyak akan naik. Hal ini akan mengakibatkan terjadinya

perubahan-perubahan pada minyak transformator. Lagi pula dalam

jangka waktu yang lama akan terbentuk berbagai pengotoran yang

akan menurunkan mutu minyak transformator. Hal-hal ini dapat

mengakibatkan kemampuan pendinginan maupun isolasi minyak akan

menurun. Selanjutnya dapat pula terjadi bahwa hawa lembab yang

sebagaimana halnya terjadi di daerah tropis, mengakibatkan masuknya

air didalam minyak transformator.

Bila suhu minyak transformator yang sedang dioperasikan

diukur, akan tampak bahwa suhu minyak itu akan tergantung pada

tinggi pengukuran pada bak. Suhu tertinggi akan ditemukan pada

sekitar 70 � 80% tinggi bejana.

Minyak trafo sebagai bahan isolasi sekaligus sebagai media

penghantar panas dari bagian yang panas (belitan dan inti) kedinding

tangki atau radiator pendingin memiliki karakteristik sebagai berikut:

Berat jenis (specific grafitty) 0,85 sampai 0,90 pada suhu 13,5º C

Kekentalan (viscocity) cukup rendah untuk memperlancar sirkulasi

dari bagian yang panas ke bagian yang dingin, yaitu 100 sampai

110 Saybolts second pada 40º C

Titik didih tidak kurang dari 135º C

Titik beku tidak lebih dari -45º C

Tegangan tembus tidak kurang dari 30 kV per 2,5 mm atau 120

kV/1 cm.

Koefisien muai 0,00065 per 1º C

Titik api (flash point) 180º C sampai 190º C

Titik nyala (burning point) 205º C

Kelembaban terhadap uap air (moisture) nihil

2.3.4 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.

2.3.5 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.

2.4 Peralatan Bantu

2.4.1 Pendingin

Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas

akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut

mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi

(di dalam transformator). Maka untuk mengurangi kenaikan suhu

transformator yang berlebihan maka perlu dilengkapi dengan

alat/sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar transformator.

Media yang dipakai pada sistem pendingin dapat berupa:

1. Udara/gas

2. Minyak

3. Air

4. Dan lain sebagainya

Sedangkan pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara:

1. Alamiah (natural)

2. Tekanan/paksaan

Pada cara alamiah (natural), pengaliran media sebagai akibat

adanya perbedaan suhu media dan untuk mempercepat perpindahan

panas dari media tersebut ke udara luar diperlukan bidang perpindahan

panas yang lebih luas antara media (minyak,udara dan gas), dengan

cara melengkapi transformator dengan sirip-sirip (radiator).

Bila diinginkan penyaluran panas yang lebih cepat lagi, cara

natural/alamiah tersebut dapat dilengkapi dengan peralatan untuk

mempercepat sirkulasi media pendingin dengan pompa-pompa

sirkulasi minyak, udara dan air. Cara ini disebut pendingin paksa

(forced).

Macam-macam sistem pendingin transformator berdasarkan

media dan cara pengalirannya dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

Tabel 2.1 Macam-macam sistem pendingin

Media Dalam Transformator Diluar Transformator

No. Macam Sistem Pendingin *) Sirkulasi

alamiah Sirkulasi

Paksa Sirkulasi Alamiah

Sirkulasi

Paksa 1. AN - - Udara - 2. AF - - - Udara 3. ONAN Minyak - Udara - 4. ONAF Minyak - - Udara 5. OFAN - Minyak Udara - 6. OFAF - Minyak - Udara 7. OFWF - Minyak - Air 8. ONAN/ONAF Kombinasi 3 dan 4 9. ONAN/OFAN Kombinasi 3 dan 5 10. ONAN/OFAF Kombinasi 3 dan 6 11. ONAN/OFWF Kombinasi 3 dan 7

*) Menurut IEC tahun 1976

2.4.2 Perubah Tap (Tap Changer)

Tap changer adalah alat perubah perbandingan transformasi

untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik

(diinginkan) dari tegangan jaringan/primer yang berubah-ubah. Tap

changer yang hanya bisa beroperasi untuk memindahkan tap

transformator dalam keadaan transformator tidak berbeban disebut �off

load tap changer� dan hanya dapat dioperasikan manual.

Tap changer yang dapat beroperasi untuk memindahkan tap

transformator, dalam keadaan transformator berbeban disebut �on load

tap changer� dan dapat dioperasikan secara manual atau otomatis.

Untuk memenuhi kualitas tegangan pelayanan sesuai

kebutuhan konsumen (PLN Distribusi), tegangan keluaran (sekunder)

transformator harus dapat dirubah sesuai keinginan. Untuk memenuhi

hal tersebut, maka pada salah satu atau pada kedua sisi belitan

transformator dibuat tap (penyadap) untuk merubah perbandingan

transformasi (rasio) trafo.

Ada dua cara kerja tap changer:

1. Mengubah tap dalam keadaan trafo tanpa beban

2. Mengubah tap dalam keadaan trafo berbeban (On Load Tap

Changer / OLTC)

Transformator yang terpasang di gardu induk pada umumnya

menggunakan tap changer yang dapat dioperasikan dalam keadaan

trafo berbeban dan dipasang di sisi primer. Sedangkan transformator

penaik tegangan di pembangkit atau pada trafo kapasitas kecil,

umumnya menggunakan tap changer yang dioperasikan hanya pada

saat trafo tenaga tanpa beban.

OLTC terdiri dari :

1. Selector switch,

2. Diverter switch, dan

3. Transisi resistor.

Untuk mengisolasi dari bodi trafo (tanah) dan meredam panas

pada saat proses perpindahan tap, maka OLTC direndam di dalam

minyak isolasi yang biasanya terpisah dengan minyak isolasi utama

trafo (ada beberapa trafo yang compartemennya menjadi satu dengan

main tank).

Karena pada proses perpindahan hubungan tap di dalam

minyak terjadi fenomena elektris, mekanis, kimia dan panas, maka

minyak isolasi OLTC kualitasnya akan cepat menurun. tergantung dari

jumlah kerjanya dan adanya kelainan di dalam OLTC.

2.4.3 Alat Pernapasan (Silicagel)

Karena pengaruh naik turunnya beban transformator maupun

suhu udara luar, maka suhu minyak pun akan berubah-ubah mengikuti

keadaan tersebut.

Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di

atas permukaan minyak keluar dari tangki, sebaliknya apabila suhu

minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke

dalam tangki. Kedua proses tersebut dinamakan pernapasan

transformator.

Akibat pernapasan transformator tersebut maka permukaan

minyak akan selalu bersinggungan dengan udara luar. Udara luar yang

lembab akan menurunkan nilai tegangan tembus minyak

transformator, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa

penghubung udara luar dilengkapi dengan alat pernapasan, berupa

tabung berisi kristal zat hygroskopis.

2.4.4 Indikator

Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu

adanya indikator pada transformator sebagai berikut:

- Indikator suhu minyak

- Indikator permukaan minyak

- Indikator suhu belitan

- Indikator kedudukan tap, dan sebagainya

2.5 Peralatan Proteksi.

2.5.1 Rele Bucholz

Rele Bucholz adalah alat/rele untuk mendeteksi dan

mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator yang

menimbulkan gas. Gas yang timbul diakibatkan oleh karena:

1. Hubung singkat antar lilitan (dalam fasa)

2. Hubung singkat antar fasa

3. Hubung singkat antar fasa ke tanah

4. Busur api listrik antar laminasi

5. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik

2.5.2 Pengaman Tekanan Lebih (Explosive Membrane)

Alat ini berupa membrane yang dibuat dari kaca, plastik,

tembaga atau katup berpegas, berfungsi sebagai pengaman tangki

transformator terhadap kenaikan tekanan gas yang timbul di dalam

tangki (yang akan pecah pada tekanan tertentu) dan kekuatannya lebih

rendah dari kekuatan tangki transformator.

2.5.3 Rele Tekanan Lebih (Sudden Pressure Relay)

Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni

pengaman terhadap gangguan di dalam transformator. Bedanya rele ini

hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung

menjatuhkan PMT.

2.5.4 Rele Pengaman Tangki

Berfungsi untuk mengamankan transformator bila ada hubung

singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak

bertegangan pada transformator.

2.6 Peralatan Tambahan untuk Pengaman Transformator

2.6.1 Pemadam Kebakaran

Trafo tenaga adalah salah satu peralatan yang cukup mahal

yang terpasang di pusat pembangkit dan gardu induk. Setiap trafo

tenaga terisi dengan material yang mudah terbakar dengan jumlah

yang cukup besar yang mana bila tersulut dapat menjalarkan api ke

instalasi yang berdekatan. Oleh karena itu sangat perlu dilengkapi

dengan peralatan pengamannya.

Kegagalan-kegagalan trafo tenaga umumnya disebabkan oleh

break down isolasi pada bagian internal trafo. Adanya energi busur

listrik akan diikuti kenaikan temperatur dan tekanan yang sangat cepat

di dalam tangki trafo. Terbakarnya minyak pada jumlah tertentu dapat

mengakibatkan tekanan yang sangat tinggi kearah luar melalui kisaran

bidang tertentu dan dapat langsung diikuti nyala api.

Sistem pemadam kebakaran yang modern pada transformator

saat sekarang sudah sangat diperlukan. Fungsi yang penting untuk

mencegah terbakarnya trafo. Penyebab trafo terbakar adalah karena

gangguan hubung singkat pada sisi sekunder sehingga pada trafo akan

mengalir arus maksimumnya. Jika proses tersebut berlangsung cukup

lama karena rele tidak operasi dan tidak operasinya rele juga sebagai

akibat salah menyetel waktu pembukaan PMT, rele rusak, dan sumber

DC yang tidak ada serta kerusakan wiring.

Sistem pemadam kebakaran yang modern yaitu dengan sistem

mengurangi minyak secara otomatis sehingga terdapat ruang yang

mana secara paksa gas pemisah oksigen diudara dimasukan kedalam

ruang yang sudah tidak ada minyaknya sehingga tidak ada pembakaran

minyak, sehingga kerusakan yang lebih parah dapat dihindarkan,

walaupun kondisi trafo menjadi rusak.

Proses pembuangan minyak secara grafitasi atau dengan

menggunakan motor pompa DC adalah suatu kondisi yang sangat

berisiko sebab hanya menggunakan katup otomatis yang dikendalikan

oleh pemicu dari saklar akibat panasnya api dan menutupnya katup

otomatis pada katup pipa minyak penghubung tanki (konservator) ke

dalam trafo (sebelum rele bucholz) serta adanya gas pemisah oksigen

(gas nitrogen yang bertekanan tinggi) diisikan melaui pipa yang

disambung pada bagian bawah trafo kemudian akan menuju keruang

yang tidak terisi minyak. Dengan demikian mencegah terbakarnya

minyak didalam trafo dapat dihindarkan.

Gambar 2.4 Sistim pengaman kebakaran

2.6.2 Rele Differensial (Differential Relay)

Berfungsi mengamankan transformator dari gangguan di dalam

transformator antara lain, flash over antara kumparan dengan

kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di

dalam kumparan ataupun beda kumparan.

2.6.3 Rele Arus Lebih (Over Current Relay)

Berfungsi mengamankan transformator dari arus yang melebihi

dari arus yang telah diperkenankan lewat dari transformator tersebut

dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan

hubung singkat.

2.6.4 Rele Hubung Tanah (Ground Fault Relay)

Berfungsi untuk mengamankan transformator bila terjadi

gangguan satu fasa ke tanah.

2.6.5 Rele Thermis (Thermal Relay)

Berfungsi untuk mencegah/mengamankan transformator dari

kerusakan isolasi kumparan, akibat ada panas lebih yang ditimbulkan

akibat arus lebih. Besarnya yang diukur di dalam rele ini adalah

kenaikan temperatur.

2.6.6 Arrester

Fungsi arrester sebagai pengaman surja petir yaitu dengan

mengalirkan surja petir ketanah. Dalam keadaan normal arrester

bersifat sebagai isolator dan pada saat timbul tegangan lebih yang

melebihi nominl arrester maka akan berubah menjadi konduktor dalam

waktu singkat sehingga arus kilat mengalir ke tanah.

2.7 Prinsip Kerja Kerja Transformator

2.7.1 Hukum Induksi

Berdasarkan Hukum Faraday yang menyatakan bahwa integral

garis suatu gaya listrik melalui garis lengkung yang tertutup adalah

berbanding lurus dengan perubahan persatuan waktu daripada arus

induksi (flux) yang dilingkari oleh garis lengkung itu.

S

e

d

a

n

g

k

a

n

Sedangkan arus induksi itu didefinisikan sebagai integral permukaan

daripada induksi magnet melalui suatu luasan yang dibatasi oleh garis

lengkung tersebut. Bila arah yang dianggap positif dari arus induksi

mempunyai tertib siklis kanan dengan arah yang dianggap positif bagi

integral garis gaya listrik maka perbandingan lurus itu mempunyai

tanda negatif[4].

AdBdtddlE

s

..0

�������������..(2.1)

dengan: E = gaya listrik karena induksi (Volt/m)

dl = unsur panjang keliling (m)

dt = unsur waktu waktu (detik)

B = induksi magnet/kerapatan flux (Tesla)

dA = unsur luas A (m²)

¯ = tanda selaku besaran vektor

Apabila persamaan 2.1 disederhanakan maka:

AdBdtdNE

s

.

.dtdNE

dengan: E = Gaya Gerak Listrik (GGL), dalam Volt

Gambar 2.5a Arus magnetisasi secara

grafis tanpa memperhitungkan rugi-rugi

besi.

Gambar 2.5b Arus magnetisasi secara

grafis dengan memperhitungkan rugi-

rugi besi.

N = jumlah belitan

= arus induksi (flux ), dalam Weber

Sehingga apabila sisi primer diberi sumber tegangan V1 yang

berbentuk sinusoidal maka pada saat yang pertama akan mengalir arus

Io yang sinusoidal pula. Gaya gerak magnet (GGM) N1.Io akan

menghasilkan fluks pada inti besi, karena arus Io merupakan

gelombang sinusoidal maka fluks juga merupakan gelombang

sinusoidal.

tSinm

dengan: m = fluks maksimum

= frekuensi sudut ( = 2 f )

2.7.2 Dasar Teori Transformator

Arus listrik bolak balik yang mengalir mengelilingi suatu inti

besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnet (seperti gambar

2.7a) dan apabila magnet tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka

pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda tegangan (seperti

gambar 2.7b).

Gambar 2.6a Suatu arus listrik mengelilingi

inti besi maka besi itu menjadi magnet

Gambar 2.6b Suatu lilitan mengelilingi

magnet maka akan timbul gaya gerak listrik

(GGL)

Dari prinsip tersebut di atas dibuat suatu transformator seperti

di bawah ini.

Gambar 2.7 Prinsip dasar dari transformator

Apabila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan

(sumber), maka akan mengalir arus bolak balik I1 pada kumparan

tersebut. Oleh karena kumparan menpunyai inti, arus I1 menimbulkan

fluks magnet yang berubah-ubah pada intinya. Akibat adanya fluks

magnet yang berubah-ubah, pada kumparan primer akan timbul GGL

induksi ep.

Besarnya GGL induksi pada kumparan primer adalah:

dtdN ppe

dengan: ep = GGL induksi pada kumparan primer

Np = jumlah lilitan kumparan primer

d = perubahan garis-garis gaya magnet

dalam satuan Weber

dt = perubahan waktu dalam satuan detik.

Fluks magnet yang menginduksikan GGL induksi ep juga

dialami oleh kumparan sekunder karena merupakan fluks bersama

(mutual flux). Dengan demikian fluks tersebut menginduksikan GGL

induksi es pada kumparan sekunder.

Besarnya GGL induksi pada kumparan sekunder adalah:

dtdN sse

dengan Ns = jumlah lilitan pada sisi sekunder.

Fluks pada saat t dinyatakan dengan pernyataan (t) = m

sin t, (dimana m adalah fluks maksimum dalam satuan weber)

sehingga GGL induksi pada kumparan primer adalah :

ep = dtdN p

dttsind

N mppe

ep = - Np m cos t

ep = - Np m sin ( t - 2

)

Dari persamaan diatas dapat dibuktikan bahwa, fluks magnet fungsi

sinus akan menimbulkan GGL induksi fungsi sinus. GGL induksi akan

ketinggalan 900 terhadap fluks magnet.

GGL induksi kumparan primer maksimum adalah (ep)maks = Np

m dan besarnya tegangan efektif (ep) dapat dihitung dengan

persamaan,

ep = 2

)(E maksp

ep = 2

N mp

ep = 3,14 .1,41 f Np m

ep = 4,44 f Np m

Dengan cara yang sama, maka akan didapatkan

es = 4,44 f Ns m

2.8 Rangkaian Pengganti

Tidak seluruh fluks yang dihasilkan arus pemagnetan Im merupakan

fluks bersama ( m), sebagian daripadanya hanya mencakup kumparan primer

( 1 ) atau kumparan sekunder saja ( 2 ). Dalam model rangkaian pengganti

yang dipakai untuk menganalisis kerja suatu transformator adanya fluks bocor

1 dan 2 ditunjukkan sebagai reaktansi X1 dan X2. Sedangkan rugi tahanan

ditunjukkan dengan R1 dan R2. Dengan demikian model rangkaian dapat

dituliskan seperti gambar 2.9

Apabila dilihat dari sisi primer rangkaiannya menjadi seperti gambar dibawah

ini:

2.9 Rugi-Rugi Pada Trafo

Rugi-rugi trafo beban kosong terdiri atas rugi-rugi besi yang

ditimbulkan dari daya magnetisasi yang berganti arah setiap saat pada besi

inti, rugi besi yang nilainya kecil juga ditimbulkan oleh adanya arus beban

kosong yang mengalir pada belitan sisi primer, demikian pula terdapat rugi

besi yang dapat diabaikan yang muncul pada bagian logam tidak aktif lainnya,

yang disebabkan oleh adanya fluks bocor pada inti trafo.

Rugi-rugi arus Eddy dan histerisis timbul pada inti trafo disebabkan

oleh arah bolak balik dari magnetisasi trafo, rugi arus Eddy disebabkan oleh

karena arus Eddy yang diinduksikan pada laminasi inti, nilainya adalah[16]:

Pe = Ke 2. f 2. Bmaks

dengan: Pe = rugi-rugi arus Eddy (Watt)

f = frekuensi (Hertz)

Bmaks = kepadatan fluks maksimum (Tesla)

Ke = konstan

Untuk rugi-rugi histerisis:

6,1mh BfKhP

dengan: Ph = rugi-rugi histerisis (Watt)

f = frekuensi (Hertz)

Bm = kepadatan fluks maksimum (Tesla)

Kh = konstanta

Besarnya rugi-rugi inti dipengaruhi oleh perubahan fluks pada inti

sebagai fungsi dari waktu, ini merupakan suatu hal yang cukup berarti

terutama pada pelaksanaan uji trafo kapasitas besar di laboratorium.

Sedangkan rugi tembaga merupakan rugi yang disebabkan arus beban

mengalir pada kawat tembaga, nilainya:

RIPcu2

Karena arus beban berubah-ubah, rugi tembaga juga tidak tetap tergantung

pada beban.

BAB III

PENGARUH PEMBEBANAN

PADA TRANSFORMATOR TENAGA

3.1 Kenaikan Beban

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, I2 mengalir

pada kumparan sekunder, dengan I2 = V2/ZL dengan 2 = faktor kerja beban.

Gambar 3.1 Rangkaian Transformator

Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet ( ggm ) yang

cenderung menentang fluks ( ) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan

IM. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus

mengalir arus I�2, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2,

hingga keseluruhan arus yang mengalir pada primer menjadi I1 = Io + I�2

Transformator dalam keadaan bertegangan dan belum dibebani akan

timbul rugi-rugi yang dapat menimbulkan kondisi trafo tersebut panas, namun

panas yang timbul kecil. Apabila transformator tersebut dibebani maka

kumparan dan minyak di dalam trafo akan bertambah panas sesuai dengan

kenaikan bebannya atau sebesar I2R. Panas yang timbul pada kumparan akan

diteruskan secara konduksi pada minyak trafo yang berfungsi sebagai

pendingin. Baik kumparan maupun minyak trafo mempunyai batas-batas

operasi panas yang diijinkan. Isolasi kumparan yang terdiri dari kertas kraft

mempunyai batas panas yang diijinkan sesuai dengan klas isolasi spesifikasi

trafo. Demikian juga minyak isolasi trafo mempunyai batas panas yang

diijinkan. Apabila panas-panas tersebut dilampaui maka isolasi akan rusak dan

secara keseluruhan transformator tersebut akan rusak. Panas tersebut harus

direduksi dengan memasang sistem pendingin.

Pembebanan transformator dapat digolongkan menjadi dua macam yaitu:

pembebanan normal ( K1 ) dan pembebanan diatas normal ( K2 ).

3.2 Kenaikan Suhu

Isolasi yang biasa dipakai dalam transformator bisa cepat sekali menjadi

buruk apabila dikenai panas dengan suhu diatas 100oC secara terus menerus.

Suhu diatas 100oC ini hanya dapat ditahan dalam selang waktu yang relatif

singkat, namun efek komulatif dan hubungan antara suhu dengan waktu tidak

dapat ditentukan.

Kenaikan suhu pada belitan, inti dan minyak trafo dirancang untuk

pemakaian dengan ketinggian tidak lebih dari 1000 meter diatas permukaan

laut. Untuk transformator yang menggunakan media pendingin air, maka suhu

air tidak boleh lebih dari 25oC, sedangkan untuk transformator yang

menggunakan media pendingin udara, maka suhu udaranya tidak boleh lebih

dari 40oC dan tidak boleh dibawah -25 oC untuk pemasangan luar dan tidak

boleh dibawah -5 oC untuk pemasangan dalam. Sebagai tambahan untuk

pendinginan dengan udara, suhunya tidak melebihi:

- Rata-rata 30oC untuk satu hari

- Rata-rata 20oC untuk satu tahun

Kenaikan suhu belitan dapat diukur dengan metode Resistansi atau

metode Thermometer. Dengan metode Resistansi kenaikan suhu dapat

ditentukan dengan persamaan[3]:

11

1221 5,234 t

RRR

tt ...................................................... 3.1

Dengan:

R2 = Tahanan lilitan panas (ohm)

R2 = Tahana lilitan dingin (ohm)

T2 = Suhu panas lilitan (oC)

T1 = Suhu lilitan pada awal percobaan (oC)

Di dalam transformator minyak timbulnya panas akibat rugi besi dan rugi

tembaga di dinginkan dengan minyak trafo. Bila keadaan ini berlangsung terus-

menerus lama kelamaan minyak transformator akan menjadi panas. Dengan

kenaikan suhu minyak, komposisi minyak transformator akan mengalami

perubahan melalui reaksi kimia. Terjadinya reaksi tersebut akan menghasilkan

zat (persenyawaan) lain dan akan mengubah sifat dari minyak transformator

Perubahan-perubahan itu antara lain:

- Warna coklat (hitam)

- Kadar asam tinggi

- Mengandung endapan (kotor)

- Kekuatan daya elektrik menurun

- Viskositas tinggi

Apabila perubahan-perubahan tersebut dibiarkan dapat menyebabkan

turunnya nilai isolasi dari minyak.

3.3 Penuaaan Isolasi

Thermal stress, kandungan air dan oksigen mempengaruhi tingkat

penurunan bahan isolasi. Komponen yang paling penting dari sistem isolasi

kertas adalah yang membungkus lilitan konduktor tembaga atau aluminium

yang tidak mudah diganti. isolasi dari minyak mineral yang berkualitas baik

diperkirakan berlangsung berumur 30 tahun atau lebih sebelum membentuk

asam dan lumpur yang berlebihan. Untuk minyak isolasi walaupun penting,

tetapi tidak sebegitu penting seperti isolasi kertas karena mudah direkondisi,

reklamasi ataupun diganti. Oleh karena itu, umur cellulosic material (isolasi

kertas, menjadi faktor pembatas dalam operasi transformator [Lewand LR dan

Griffin P.J., �How to Reducethe Rate of Aging in Transformer Insulation�,

NETA World, Spring, 1995].

Sebagian besar isolasi padat yang digunakan di dalam trafo tenaga

mempunyai karakteristik-karakteristik mekanis dan elektrik yang baik. Sifat ini

akan berkurang apabila di pergunakan pada suhu yang tinggi dan untuk

selanjutnya lama-kelamaan akan mengakhiri umur trafo. Penurunan

kemampuan suatu bahan isolasi akibat panas, biasa disebut dengan penuaan

(Ageing) dan hal ini merupakan faktor utama yang membatasi kemampuan

pembebanan / kemampuan mempertahankan umur perkiraan dari transformator

tenaga.

Akibat utama dari penuaan adalah menurunnya kekuatan mekanis dan

elektris dari isolasi belitan transformator. Biasanya penuaan ini terjadi secara

perlahan-lahan. Artinya penuaan adalah akibat dari salah satu atau lebih dari

reaksi kimia.

Karena terjadi penuaan pada isolasi, maka faktor disisipasi tahanan

listriknya akan berkurang. Hal ini akan menambah rugi-rugi dielektrik. Rugi-

rugi akan menghasilkan panas yang selanjutnya akan menyebabkan suhu isolasi

akan menjadi naik. Dengan naiknya suhu isolasi maka penuaan akan bertambah

besar, yang selanjutnya akan memperbesar rugi-rugi dielektrik dan demikian

untuk seterusnya.

Faktor penuaan isolasi kertas:

Efek suhu, air, dan oksigen adalah faktor penting dalam penuaan kertas

isolasi (selulosa) dan minyak. Proses penuaan telah dibahas secara luas melalui

tes mempercepat penuaan dan pengalaman lapangan.

Efek dari Suhu:

Secara umum dapat dinyatakan bahwa penyebab utama kemunduran kertas

adalah dari ketidakstabilan panas. Penuaan isolasi kertas menurut Arrhenius,

ia mengungkapkan pengaruh suhu terhadap penuaan dengan persamaan

bahwa untuk setiap kenaikan suhu 6 sampai 8 °C, umur isolasi kertas dibagi

dua. Sebagai contoh,jika suhu operasi isolasi adalah 40 °C, kehidupan yang

isolasi diperkirakan 110.000 tahun. Namun, jika isolasi yang sama ini

terkena suhu 140 ° C yang diperkirakan sekarang umurnya hanya sekitar

satu tahun. Apabila temperatur hotspot trafo melebihi 140oC akan

menimbulkan gelembung-gelembung gas pada minyak trafo.

Efek Air:

Efek air pada penuaan kertas adalah sangat signifikan dan merugikan.

Tingkat penurunan kertas berbanding lurus dengan kadar air. Sebagai

contoh, mengurangi kadar air dalam kertas dari 1,0% menjadi 0,5% akan

menggandakan umur kertas. Untuk isolasi kertas termal-upgrade kurang

sensitif terhadap efek air daripada kertas Kraft.

Efek dari Oksigen:

Penuaan kertas dipengaruhi oleh adanya oksigen meskipun tidak setingkat

dengan minyak. Isolasi kertas termal-upgrade bahkan kurang sensitif

terhadap efek oksigen daripada kertas Kraft. Perbandingan antara efek

lingkungan yang mengandung oksigen tinggi dibandingkan dengan

lingkungan oksigen rendah terhadap penuaan kertas Kraft adalah 2,5 : 1.

Umur yang diharapkan saat kondisi kering ( 0,5% air) kertas Kraft biasa

dalam lingkungan oksigen tinggi adalah sekitar 4 tahun melakukan operasi

pada suhu 100 ° C (kenaikan suhu hotspot yang diharapkan pada name plate

55 ° C). Sebaliknya, umur yang diharapkan saat kondisi kering untuk kertas

kraft termal-upgrade dalam lingkungan oksigen rendah beroperasi pada

suhu 110 ° C (kenaikan suhu hotspot yang diharapkan pada name plate 65 °

C) adalah sekitar 18 tahun [Griffin, Paul J., "Measurement of Cellulose

Insulation Degradation: A Study of Service-Aged Transformers, "Notulen

Konferensi Internasional Tahunan Doble Klien ke-15, 1992, Sec. 10, hal.

4,1-4,31].

Sistem isolasi pada transformator mempunyai tujuan untuk mengisolasi

antar kumparan trafo dan mengisolasi kumparan trafo dengan dinding trafo atau

dengan ground. Isolasi merupakan bagian terpenting dari transformator yang

harus dipelihara, Umur isolasi merupakan umur dari transformator tersebut.

Gambar 3.2 Potongan Melintang Transformator Terendam Minyak

Kecepatan kerusakan isolasi akibat penuaan bahan isolasi selain

ditentukan oleh besarnya panas yang terjadi juga lamanya panas yang

dialaminya. Disamping itu adanya air, bocornya tangki transformator, adanya

oksigen diatas minyak transformator juga akan mempercepat proses penuaan

transformator.

Untuk peralatan transformator yang direndamkan ke dalam minyak dapat

dilihat pada gambar diatas. Minyak juga berfungsi sebagai penghambat

kerusakan isolasi yaitu dengan cara memperlambat terjadinya oksidasi pada

isolasi dan penguraian. Apabila minyak bersenyawa dengan zat asam, yang

secara keseluruhan akan cenderung untuk mempercepat proses penuaan isolasi.

Faktor lain yang mempengaruhi proses kerusakan yang berlangsung dengan

bebas pada kecepatan berlainan sehingga kesulitan untuk menentukan penyebab

kerusakan yang lebih dominan.

Untuk setiap peralatan yang mempunyai tugas memberikan pelayanan

akan mempunyai suatu batas umur dimana peralatan tersebut tidak dapat

dipakai lagi.

Umur perkiaraan transformator tenaga disini didefinisikan berhubungan

dengan timbulnya panas yang diakibatkan adanya pembebanan, sehingga

transformator tersebut mengalami kegagalan dalam melaksanakan fungsinya.

Memang belum diperoleh cara untuk memetapkan perhitungan umur

perkiraan yang lebih baik dari yang lainnya. Dalam hal ini telah banyak

percobaan-percobaan yang dilakukan untuk menentukan umur perkiraan tetapi

mempunyai hasil yang berlainan. Ini disebabkan karena percobaan-percobaan

yang dilakukan mempunyai ukuran nilai akhir umur yang berbeda-beda.

3.4 Penentuan Kenaikkan Temperatur

3.4.1 Pengasumsian Dengan Diagram Thermal

Kenaikan temperatur dapat diasumsikan dengan diagram thermal

sederhana seperti ditunjukkan gambar 3.2. Gambar ini dapat dipahami

karena merupakan diagram penyederhanaan dari distribusi yang lebih

rumit.

Kenaikkan temperatur top oil yang diukur selama pengujian

kenaikkan temperatur berbeda dengan minyak yang meninggalkan

kumparan. Minyak pada top oil adalah campuran sebagian dari minyak

yang bersirkukasi pada sepanjang kumparan. Tetapi perbedaan ini tidak

dipertimbangkan dengan cukup signifikan untuk memvalidasi metode.

Metode ini disederhanakan sebagai asumsi yang telah dibuat

sebagai berikut:

a) Temperatur minyak bertambah secara linear sesuai kumparan

b) Kenaikkan temperatur rata-rata minyak adalah sama untuk semua

kumparan dari kolom yang sama.

c) Perbedaan temperatur antara minyak pada puncak kumparan

(asumsinya sepadan dengan yang di puncak) dan minyak yang

berada di dasar kumparan (asumsinya sepadan dengan yang di

pendingin) adalah sama untuk semua bagian kumparan.

d) Kenaikkan temperatur rata-rata dari tembaga pada setiap posisi di

atas kumparan meningkat secara linear sejalan kenaikkan temperatur

minyak yang mempunyai selisih kostan wo antara dua garis lurus (

wo adalah selisih antara kenaikkan temperatur rata-rata tahanan

dan kenaikkan temperatur rata-rata minyak ).

e) Kenaikkan temperatur rata-rata puncak kumparan adalah kenaikkan

temperatur rata-rata minyak ditambah wo.

f) Kenaikkan temperatur hot spot adalah lebih tinggi dibanding

kenaikkan temperatur rata-rata puncak kumparan. Untuk menghitung

perbedaan antara kedua kenaikkan temperatur ini, nilai wo

diasumsikan 0,1 untuk sirkulasi minyak secara alami. Sehingga

kenaikkan temperatur hot spot adalah sepadan dengan kenaikkan

temperatur top oil ditambah 1.1 wo.

Dasar minyak

Tengah minyak wo

Puncak minyak woKumparan sisi atas

Kumparan sisi bawah Kenaikan temperatur

Temperatur kumparan rata-rata( 65 deg C pd daya pengenal )

Hot spot

Gambar 3.3 Diagram Thermal

3.4.2 Kondisi Untuk Nilai Daya Tertentu

3.3.2.1. Sirkulasi Minyak Alami

Kenaikkan temperatur rata-rata kumparan

(diukur dengan tahanan) = 65 oC

Kenaikkan temperatur top oil ( br) = 55 oC

Kenaikkan temperatur rata-rata minyak = 44 oC

Perbedaan antara kenaikkan temperatur rata-rata kumparan

dan kenaikkan rata-rata temperatur minyak wo = 21 oC

Kenaikkan temperatur hot spot ( cr) disusun sebagai

berikut[3]:

cr = b + 1,1 wo............................................ 3.2

= 55 + 23

= 78 oC

3.3.2.2. Sirkulasi Minyak Paksaan

Perbedaan kenaikkan temparatur minyak antara inlet dan

outlet akan terjadi, pada umumnya lebih kecil dibanding

dengan sirkulasi minyak secara alami. Dengan 65 oC

kenaikkan temperatur yang terukur oleh tahanan, kenaikkan

temperatur hot spot mungkin tidak melebihi 75 oC.

Bagaimanapun juga hal ini diperlukan untuk margin yang

sama, yang masih diperbolehkan 13 oC di atas kenaikkan

temperatur rata-rata kumparan 65 oC, untuk mencapai

kenaikkan temperatur hot spot pada nilai daya tertentu.

Pada umumnya kerapatan arus kerja yang digunakan

lebih tinggi dibandingkan dengan sirkulasi minyak alami dan

lebih ekonomis untuk memperoleh kenaikkan temperatur rata-

rata minyak dan nilai yang lebih tinggi dari wo. Oleh

karenanya, kenaikkan temperatur top oil dari 40 oC dan

kenaikkan temperatur hot spot 78 oC pada nilai daya tertentu

telah diasumsikan sebagai kondisi yang lebih sederhana.

Kenaikkan temperatur hot spot ( cr) disusun sebagai

berikut[3]:

cr = b + ( cr - b) ............................................ 3.3

= 40 + 38

= 78 oC

3.4.3 Kondisi Untuk Beban Stabil

3.4.3.1 Kenaikkan Temperatur Top Oil

Kenaikkan temperatur ini sepadan dengan kenaikkan

temperatur top oil pada nilai daya yang dikalikan ratio dari

total kerugian dengan eksponen x[3].

b= x

br ddK

11 2

.................................................. 3.4

Keterangan :

d = perbandingan rugi

= nolbebanRugi

pengenaldayapadatembagaRugi

x = kontanta

x = 0,9 (ONAN dan ONAF)*

x = 1,0 (OFAF dan OFWF)

br = suhu

Untuk br = 55 oC untuk ON, dan br = 40 oC untuk OF.

* spesifikasi dalam sub bab 41.7.1 publikasi IEC 76 (1967), karena

mengikuti tabel tunggal yang diatur untuk digunakan pada kedua jenis

pendinginan dengan kesalahan yang tidak lebih dari ±2 %.

Nilai d secara relatif tidak penting pada beban tinggi,

hanya memberikan secara garis besar tinggi atau rendahnya

kenaikkan temperatur. Lebih dari itu hal ini dikompensasi

untuk seberapa besar korespondensinya dengan naik atau

turunnya temperatur minyak pada beban rendah.

3.4.3.2 Kenaikkan Temperatur Hot Spot

Kenaikkan temperatur hot spot c unntuk beban yang

stabil dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut[3]:

c = b + ( cr - br) K2y ............................ 3.5

c = d

dKbr 1

1 2

+ ( cr - br) K2y

Keterangan :

cr = 78 oC

y = kontanta

y = 0,8 (ONAN dan ONAF)

y = 0,9 (OFAF dan OFWF)

br = suhu

Untuk br = 55 oC untuk ON, dan br = 40 oC untuk OF.

3.4.4 Kondisi Untuk Beban Yang Berubah-ubah

3.4.4.1 Kenaikkan Temperatur Top Oil

Kenaikkan temperatur top oil on pada waktu t setelah

pemberian beban adalah sangat mendekati untuk kenaikkan

eksponensial sebagai berikut[3]:

on = o(n-1) + ( b - o(n-1)) (1 � e-t/r)....................... 3.6

Dengan:

o(n-1) adalah kenaikkan temperatur awal minyak.

b adalah kenaikkan temperatur akhir minyak yang

telah distabilkan, berhubungan dengan beban

seperti dihitung dalam sub bab sebelumnya..

= kontanta waktu minyak dalam jam

= 3 (ONAN dan ONAF)

= 2 (OFAF dan OFWF)

t = waktu dalam jam

3.4.4.2 Kenaikkan Temperatur Hot spot

Kenaikkan temperatur hot spot pada waktu tertentu

sebelum kondisi distabilkan adalah mendekati perkiraan

dengan asumsi bahwa kenaikkan temperatur hot spot di atas

adalah kenaikkan temperatur top oil yang terbentuk dengan

seketika[3].

Kenaikkan temperatur hot spot pada waktu tertentu

sama dengan:

c = b + ( cr - br) K2y ............................ 3.7

c = d

dKbr 1

1 2

+ ( cr - br) K2y

3.5 Penuaan Isolasi Belitan Trafo

3.5.1 Hukum Deterioration

Umur isolasi dipengaruhi oleh pemburukannya seiring dengan

panas dan waktu, dijelaskan dalam hukum arhenius sebagai berikut[14]:

D = e + /T ..................................................................... 3.8 Dengan:

D adalah umur transformator yang diharapkan

dan konstan (diperoleh dari pengujian beberapa material isolasi yang tersedia)

T adalah temperatur mutlak dari temperature hotspot

Untuk level temperatur operasi transformator Montsinger

memberikan persamaan yang lebih sederhana.

D = K e -pv..................................................................... 3.9 Dengan:

v adalah temperatur hotspot dalam derajat celcius

K dan vadalah material konstan

Selama tidak disebutkan kriteria kapan umur isolasi akan

berakhir tidak mudah menetapkan pernyataan tetap dalam persamaan 3.8

dan 3.9. Khusus untuk dan K adalah valid, khusus untuk p dan

belum begitu diketahui. Hal tersebut merupakan alasan utama mengapa

fungsi penuaan relatif diperkenalkan.

Umur yang diharapkan dinyatakan dalam nilai per unit terhadap

nilai umur saat kondisi temperature vn atau cr beban terpasang, dalam

kenyataannya malah yang digunakan nilai umur relatif atau disebut juga

penuaan thermal relatif dinyatakan V disebut juga susut umur relatif.

3.5.2 Nilai Relatif Dari Umur Pemakaian

Hubungan Montsinger sekarang telah digunakan untuk

memperoleh nilai relatif dari umur pemakaian pada temperatur c,

dibanding dengan nilai nornal dari umur pemakaian pada temperatur

cr [3].

V = cr

c

saatumurpenggunaanLajusaatumurpengunaanLaju

= 2 ( c � cr ) / 6 ........................................................... 3.10

Persamaan 3.10 bila diubah dalam bentuk log10 akan menjadi:

V = 10 ( c � 98)/19.93 ......................................................... 3.11 Dengan:

V = nilai relatif dari umur pemakaian

cr = 98 oC menurut publikasi IEC 76 (1967).

Hal ini dapat dijelaskan dalam gambar 3.3 dan dengan tabel

berikut:

Tabel 3.1 Nilai relatif dari umur pemakaian

c Nilai relatif dari umur

pemakaian

80

86

92

98

0.125

0.25

0.5

1.0

104

110

116

122

128

134

140

2.0

4.0

8.0

16.0

32.0

64.0

128.0

Setelah diperoleh harga hot-spot yang terjadi akibat

pembebanan pada transformator dan bila nilai suhu ini dihubungkan

dengan faktor penuaan isolasi maka dapat diketahui bentuk kurva

faktor penuaan dari isolasi belitan yang dipergunakan.

80 90 100 110 130 140 150120 °CTemperatur Hot Spot

0,1

1,0

10

100

Laju Penuaan Thermal Relatif

Gambar 3.4 Garis umur

3.5.3 Persamaan diagram kehilangan umur dalam periode 24 jam

Dapat digolongkan menjadi beberapa keadaan yaitu:

3.5.3.1 Operasional pada temperatur konstan

Jumlah jam dari umur pemakaian pada temperatur

konstan dapat dihitung dengan rumus tV seperti pada persamaan

3.13.

3.5.3.2 Durasi operasional yang masih diijinkan pada c

Dari persamaan 3.11 diperoleh:

c = 98 + 19.93 log10 V ........................................ 3.12

jam dari umur pemakaian :

tV = t x 10 ( cr � 98 ) / 19.93 ....................................... 3.13

oleh karenanya tV sama dengan 24 jam:

t = V24 = 24 x 10 ( 98 � c ) / 19.93............................... 3.14

Persamaan 3.14 memberikan jumlah dari jam per hari

operasional pada beberapa nilai yang diberikan c dikatakan

bahwa umur sehari per hari pada 98 oC. Tabel berikut

memberikan nilai-nilai dari t untuk variasi c..

Tabel 3.2 Durasi operasional yang masih diijinkan

Jam per hari c

24

16

12

8

6

4

3

2

1.5

1.0

0.75

0.5

98

101.5

104

107.5

110

113.5

116

119.5

122

125.5

128

131.5

BAB IV

ANALISIS PENGARUH KENAIKAN BEBAN

PADA TRAFO TENAGA

4.1. Data Masukan

Untuk dapat melakukan perhitungan maka diperlukan sejumlah data-data

masukan, yaitu:

A. Data Transformator

Transformator 3 phasa

Daya pengenal : 110 / 145 MVA

Jenis pendinginan : ONAN / OFAF

Tegangan primer : 11,5 KV

Tegangan sekunder : 150 KV

Rugi tembaga : 450 KW

Rugi beban nol : 100 KW

B. Data Temperatur

Temperatur rata-rata

harian : 27,9 °C

Temperatur harian

maksimum bulan september : 33,8267 °C

Temperatur harian

maksimum tahun 2009 : 32 °C

C. Data pembebanan

Untuk data pembebanan tanggal 6 September tahun 2009 dapat dilihat pada

tabel berikut ini:

Tabel 4.1 Pembebanan PLTGU Tambak Lorok Semarang Blok I tanggal 6 September 2008 PLTGU BLOK I

GTG I.1 GTG I.2 GTG I.3 STG I.0 JAM

MW MVAR MW MVAR MW MVAR MW MVAR 0:00 102 1 101 1 103 1 150 11:00 102 2 102 2 102 2 151 22:00 75 1 75 1 72 2 126 13:00 104 1 103 2 104 2 151 24:00 104 30 104 45 104 45 151 455:00 94 30 94 35 95 35 149 356:00 75 25 75 25 75 25 127 357:00 75 10 75 10 75 10 127 108:00 101 10 101 10 100 10 148 109:00 101 10 101 10 100 10 148 1010:00 101 20 101 20 102 20 150 2011:00 101 20 101 20 102 20 150 2012:00 101 5 101 5 102 5 150 513:00 101 5 100 5 100 5 150 514:00 101 20 100 20 100 20 150 2015:00 100 20 100 20 100 20 150 2016:00 100 20 100 20 100 20 150 2017:00 100 0 100 0 101 0 150 018:00 100 30 100 30 101 30 150 3019:00 100 30 100 45 101 45 150 4520:00 100 30 100 45 101 45 150 4521:00 102 20 102 30 103 30 150 4022:00 102 10 101 10 103 10 151 2023:00 102 10 102 10 103 10 151 1024:00 102 10 102 10 103 10 151 8

4.2. Pembebanan Transformator Dengan Beban Konstan

4.2.1. Perhitungan-Perhitungan

Untuk mendapatkan pengaruh dari berbagai pembebanan terhadap

transformator tenaga maka besarnya beban dibuat konstan menjadi

seperti tabel dibawah ini:

Tabel 4.2 Tabel Variasi Beban

No Beban Transformator ( % )

1 100 2 90 3 80

Perhitungan � perhitungan untuk beban transformator 100%:

Menentukan Ratio Pembebanan ( K )

SrSK

%100%100

= 1,0

Menentukan Perbandingan Rugi ( d )

d = nolbebanRugi

pengenaldayapadatembagaRugi

= 100450

= 4,5

Menentukan Kenaikan Temperatur Stabil Top Oil

b = oi

x

ddK

11 2

b = 40 9,02

5,41)0,1(5,41

= 40 9,0

5,55,5

= 40 °C

Sedangkan untuk temperaturnya memakai temperatur rata-rata

selama tahun 2008 yang dapat dilihat pada tabel dibawah ini:

Tabel 4.3 Temperatur maksimal harian tahun 2008

Temperatur Maksimal ( °C ) Bulan Tanggal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 30.0 30.1 29.6 31.0 31.6 32.2 32.0 33.6 34.0 33.0 32.8 32.0 2 27.0 31.0 - 30.6 32.0 33.4 34.0 33.8 34.7 33.3 33.8 32.4 3 29.2 29.3 - - 31.8 34.2 33.3 33.0 35.0 34.4 31.2 33.0 4 28.0 29.4 - - 33.0 32.4 34.0 34.0 31.0 36.4 32.4 33.2 5 29.6 30.0 29.8 31.0 32.9 33.4 33.0 34.7 34.8 35.0 32.2 33.8 6 29.4 30.8 30.0 31.8 32.3 32.8 32.6 34.2 32.0 34.8 31.7 32.0 7 30.0 27.0 30.8 30.4 32.8 32.2 33.4 33.4 32.0 32.4 31.0 31.6 8 30.8 29.8 30.0 31.8 33.4 32.0 33.0 34.2 31.2 31.2 32.4 31.0 9 31.8 26.9 30.2 31.4 33.8 33.1 33.2 33.0 34.2 34.0 32.2 29.4 10 30.9 29.0 30.6 32.8 33.4 32.0 32.8 31.0 35.0 35.1 31.0 29.8 11 31.0 29.8 30.4 32.0 32.2 34.2 33.0 33.4 33.4 34.8 32.0 29.2 12 31.0 - 32.6 32.0 32.8 - 33.0 32.8 34.0 34.8 32.0 29.0 13 31.8 29.0 32.0 32.0 31.6 32.2 34.0 32.6 34.4 35.2 32.0 31.6 14 30.4 27.4 30.6 31.0 31.0 33.0 34.0 32.6 32.0 35.0 31.8 30.5 15 30.8 27.6 30.8 31.8 31.7 32.8 31.6 32.6 32.6 35.2 32.0 30.8 16 30.9 29.8 31.0 33.6 31.6 32.4 32.4 33.4 33.2 35.8 31.0 30.2 17 30.8 27.0 33.0 32.4 32.8 32.5 33.6 34.2 35.2 34.0 31.0 30.3 18 31.6 28.0 30.6 32.4 32.8 33.0 34.0 34.0 35.2 34.6 30.6 30.5 19 30.4 28.4 30.8 33.8 33.4 32.1 34.0 34.2 36.2 35.2 30.2 30.3 20 30.0 28.0 31.0 31.8 32.8 32.0 32.4 33.0 32.8 34.8 31.0 30.2 21 30.0 27.6 30.8 32.0 32.8 31.8 34.2 33.6 32.7 35.4 31.0 29.8 22 31.1 28.0 30.7 32.2 32.6 31.6 33.0 - 33.8 35.0 30.0 30.6 23 31.4 29.0 30.4 30.7 32.8 33.0 32.4 31.2 36.2 33.0 31.2 30.0 24 32.0 29.0 30.0 32.2 33.0 33.4 32.0 34.0 31.4 - 31.0 30.8 25 33.0 29.8 30.4 32.0 33.1 33.4 32.2 31.1 35.8 34.4 30.2 30.4 26 33.0 28.3 30.6 31.6 33.8 33.1 30.0 33.2 36.0 31.0 31.6 30.8 27 31.2 29.8 30.8 32.0 32.0 33.0 31.4 33.2 32.4 31.2 31.0 30.6 28 31.5 28.9 30.1 32.8 32.8 31.2 32.8 34.0 35.0 29.4 32.2 31.0 29 31.4 29.8 31.0 33.1 33.0 33.0 32.9 33.8 33.8 31.2 32.0 29.9 30 31.0 29.8 32.8 33.4 32.6 33.6 33.0 34.8 31.4 32.2 30.8

31 30.4 29.8 33.4 33.4 - 34.0 30.0 Rata-rata 32.0

Menentukan Kenaikan Temperatur Top Oil ( on )

on = o(n-1) + ( b � o (n-1) ) ( 1 � e-t/ 0 )

o1 = 40 + ( 40 � 40 ) ( 1 - e-1/ 2 )

= 40 °C

Menentukan Selisih Temperatur Antara Hot Spot Dengan Top Oil

td = ( cr � or ) K2y

td = ( 78 � 40 ) ( 1,0 ) 2 ( 0,9 )

= ( 38 ) ( 1,0 ) 1,8

= 38 x 1,0

= 38 °C

Menentukan Temperatur Hot Spot

c = a+ on + otd

= 32 + 40 + 38

= 110°C

Menentukan Laju Penuaan Thermal Relatif

V = 2 ( c - 98 ) / 6

= 2 (110 - 98 ) / 6

= 2 ( 12 ) / 6

= 2 2

= 4

Karena bebannya konstan maka besarnya laju penuaan relatif untuk tiap

jam perharinya sama.

Menghitung Pengurangan Umur

Besarnya susut umur pada transformator saat dibebani 100%

karena pengaruh penurunan isolasi belitan saja tanpa memperhitungkan

pengaruh yang lain dapat dihitung sebagai berikut:

L = nevenodd VVVVTh 24

3 0 x 100%

L = 243

1x

{ 4 + 4( 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 ) + 2 ( 4

+ 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4) }

= 721 { 288 } x 100%

= 400 %

Perhitungan � perhitungan untuk beban transformator 90%:

Menentukan Ratio Pembebanan ( K )

SrSK

%100%90

= 0,9

Menentukan Perbandingan Rugi ( d )

d = nolbebanRugi

pengenaldayapadatembagaRugi

= 100450

= 4,5

Menentukan Kenaikan Temperatur Stabil Top Oil

b = oi

x

ddK

11 2

b = 40 12

5,41)9,0(5,41

= 40 5,5

645,4

= 33,782 °C

Menentukan Kenaikan Temperatur Top Oil ( on )

on = o(n-1) + ( b � o (n-1) ) ( 1 � e-t/ 0 )

o1 = 33,782 + (33,782 � 33,782 ) ( 1 - e-1/ 2 )

= 33,782 °C

Menentukan Selisih Temperatur Antara Hot Spot Dengan Top Oil

td = ( cr � br ) K2y

td = ( 78 � 40 ) ( 0,9 ) 2 ( 0,9 )

= ( 38 ) ( 0,9 ) 1,8

= 38 x 0,827

= 31,435 °C

Menentukan Temperatur Hot Spot

c = a+ on + otd

= 32 + 33,782 + 31,435

= 97,217 °C

Menentukan Laju Penuaan Thermal Relatif

V = 2 ( c - 98 ) / 6

= 2 (97,217 - 98 ) / 6

= 0,9135

Karena bebannya konstan maka besarnya laju penuaan relatif untuk tiap

jam perharinya sama.

Menghitung Pengurangan Umur

Besarnya susut umur pada transformator saat dibebani 90%

karena pengaruh penurunan isolasi belitan saja tanpa memperhitungkan

pengaruh yang lain dapat dihitung sebagai berikut:

L = nevenodd VVVVTh 24

3 0 x100%

L = 243

1x

{ 0,9135 + 4 ( 0,9135 + 0,9135 + 0,9135 + 0,9135 + 0,9135

+ 0,9135 + 0,9135 + 0,9135 + 0,9135 + 0,9135 + 0,9135

+ 0,9135 ) + 2 ( 0,9135 + 0,9135 + 0,9135 + 0,9135

+ 0,9135 + 0,9135 + 0,9135 + 0,9135 + 4 + 0,9135

+ 0,9135 + 0,9135 ) + 0,9135 )

= 721 { 65,772 } x 100%

= 91,35 %

Perhitungan � perhitungan untuk beban transformator 80%:

Menentukan Ratio Pembebanan ( K )

SrSK

%100%80

= 0,8

Menentukan Perbandingan Rugi ( d )

d = nolbebanRugi

pengenaldayapadatembagaRugi

= 100450

= 4,5

Menentukan Kenaikan Temperatur Stabil Top Oil

b = oi

x

ddK

11 2

b = 40 12

5,41)8,0(5,41

= 40 5,5

88,3

= 28,218 °C

Menentukan Kenaikan Temperatur Top Oil ( on )

on = o(n-1) + ( b � o (n-1) ) ( 1 � e-t/ 0 )

o1 = 28,218 + (28,218 � 28,218 ) ( 1 - e-1/ 2 )

= 28,218 °C

Menentukan Selisih Temperatur Antara Hot Spot Dengan Top Oil

td = ( cr � or ) K2y

td = ( 78 � 40 ) ( 0,8 ) 2 ( 0,9 )

= ( 38 ) ( 0,8 ) 1,8

= 38 x 0,669

= 25,430 °C

Menentukan Temperatur Hot Spot

c = a+ on + otd

= 32 + 28,218 + 25,430

= 85,648 °C

Menentukan Laju Penuaan Thermal Relatif

V = 2 ( c - 98 ) / 6

= 2 (85,648 - 98 ) / 6

= 2 (-12,352 ) / 6

= 0,24

Karena bebannya konstan maka besarnya laju penuaan relatif untuk tiap

jam perharinya sama.

Menghitung Pengurangan Umur

Besarnya susut umur pada transformator saat dibebani 80%

karena pengaruh penurunan isolasi belitan saja tanpa memperhitungkan

pengaruh yang lain dapat dihitung sebagai berikut:

L = nevenodd VVVVTh 24

3 0 x 100%

L = 243

1x

{ 0,24 + 4 (0,24 + 0,24 + 0,24 + 0,24 + 0,24 + 0,24 + 0,24

+ 0,24 + 0,24 + 0,24 + 0,24 + 0,24 ) + 2 ( 0,24 + 0,24

+ 0,24 + 0,24 + 0,24 + 0,24 + 0,24 + 0,24 + 0,24 + 0,24

+ 0,24 ) + 0,24 )

= 721 { 17,28 } x 100%

= 24 %

4.2.2. Pengaruh Suhu Sekitar

Pengaruh suhu terhadap transformator maka beban transformator

dibuat menjadi 3 yaitu sebesar 100%, 90% dan 80% sedangkan suhunya

diatur dari 20°C samapai 38°C.

c = a+ on + otd

Karena on dan otd dipengaruhi oleh pembebanan, sedangkan

pembebanan dibuat konstan maka on dan otd akan konstan juga.

Oleh karena itu yang mempengaruhi temperatur hot spot dalam hal ini

adalah temperatur ambient. Hasil perhitungannya dapat dilihat pada

tabel 4.3.

Untuk setiap kenaikan 1°C maka akan mengakibatkan naiknya

temperatur hot spot sebesar 1°C juga, hal ini sesuai dengan rumusnya

yaitu: c = a+ on + otd

Tabel 4.4 tabel pengaruh suhu ambient.

No

Susut Umur L (%) Pada Pembebanan

Suhu (°C)

100% 90% 80%

1 20 100,00 22,84 06,00 2 21 112,25 25,64 06,74 3 22 125,99 28,77 07,56 4 23 141,42 32,30 08,49 5 24 158,74 36,25 09,53 6 25 178,18 40,69 10,69 7 26 200,00 45,68 12,00 8 27 224,49 51,27 13,47 9 28 251,98 57,55 15,12

10 29 282,84 64,60 16,97 11 30 317,48 72,51 19,05 12 31 356,36 81,39 21,39 13 32 400,00 91,35 24,00 14 33 448,98 102,54 26,94 15 34 503,97 115,10 30,24 16 35 565,69 129,19 33,95 17 36 634,96 145,02 38,10 18 37 712,72 162,78 42,77

19 38 800,00 182,71 48,01

Temperatur sekitar atau ambient menentukan perubahan

temperatur hot spot, semakin besar temperatur sekitar maka semakin

besar temperatur hot spot begitu pula sebaliknya. Kenaikan temperatur

minyak dan suhu sekeliling akan mempengaruhi besarnya temperatur

hot spot.

4.2.3. Menentukan Perkiraan Umur

Perkiraan umur karena pembebanan transformator dapat dihitung

sebagai berikut. Sisa umur digunakan untuk melakukan persiapan-

persiapan penggantian transformator. Persiapan tersebut antara lain

untuk pemesanan dan pengiriman, diharapkan waktu tersebut cukup

sebelum transformator telah habis jam operasinya. Untuk lamanya

waktu persiapan diasumsikan 2 tahun. Perhitungan perkiraan umur

dibawah ini hanya memperhitungkan karena pengaruh penurunan isolasi

belitan saja tanpa memperhitungkan pengaruh yang lain.

Sisa umur pada tahun ke n = umur dasar - ( n x susut umur )

2 = umur dasar - ( n x susut umur )

2 + ( n x susut umur ) = umur dasar

n = umursusut

dasarumur 2

= %400230

= %400

28

= 7 tahun

Sedangkan untuk pembebanan yang lain seperti pada tabel 4.3

umurnya juga dapat ditentukan dengan cara yang sama, sehingga

didapatkan tabel sebagai berikut:

Tabel 4.5 Umur transformator dari berbagai macam pembebanan

Beban Susut Umur Umur

No ( % ) L (%) ( tahun )

1 100 400,00 7.00002 90 91,35 30.65133 80 24,23 >>30

Dari tabel diatas untuk pembebanan 100% akan menghasilkan

susut umur 400 % dan umurnya hanya 7 tahun. Sedangkan untuk

pembebanan 90% mempunyai nilai susut umur 91,35 % sehingga

umurnya lebih panjang yaitu 30,6513 tahun. Sedangkan untuk

pembebanan 80% dari daya terpasang mempunyai nilai susut umur

24,23 %.

020406080

100

Susut umur ( % )

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Susut Umur Dengan Umur

Transformator

4.3. Analisa Real Dengan Data Yang Ada

4.3.1. Perhitungan-Perhitungan

Berdasarkan data pembebanan GTG 1.3 PLTGU Tambak Lorok

Semarang tahun 2008 dapat diambil sebagai contoh untuk perhitungan

pengaruh pembebanan. Data yang diambil adalah data yang terbesar

selama tahun 2008 dengan tujuan mendapatkan susut umur yang

tertinggi karena pembebanannya maksimalnya sekitar 75% dari daya

terpasang transformator.

Perhitungan � perhitungan untuk pembebanan tanggal 6 September

2008

Menentukan daya semu

Seperti terlihat pada lampiran 2, besarnya daya pengenal dari trafo yang

digunakan 110 MVA / 145 MVA ( ONAN / OFAF )

Besarnya beban trafo pada tanggal 6 September 2008 jam 00:00 adalah

103 MW 1 MVAR

22 QPS

= 22 1103

= 103,005 MVA

Menentukan Load Faktor

Perbandingan pembebanan atau load faktornya adalah

SrSK

110005,103

= 0,9364 ( ONAN )

SrSK

145005,103

= 0,7104 ( OFAF )

Menentukan Rugi Tembaga

Seperti terlihat pada lampiran 2, besarnya rugi beban nol adalah 100 KW

dan rugi tembaga untuk daya pengenal 145 MVA adalah 450 KW

PCU = I12.R1 + I2

2.R2

= I12.R1 + ( I1.a )2.R2

= I12.R1 + I1

2.a2.R2

= I12 ( R1 + a2.R2 )

21I

PCU = ( R1 + a2.R2 )

26087,12450 = ( R1 + a2.R2 )

Untuk daya pengenal 145 MVA

Sr = V1 . I1

I1 = 1V

S r

= KV

MVA5,11

145

= 12,6087 KA

Untuk daya pengenal 110 MVA

Sr = V1 . I1

I1 = 1V

S r

= KV

MVA5,11

110

= 9,5652 KA

PCU = I12

. R1 + I22.R2

= I12

. R1 +( I1 a) 2.R2

= I12 ( R1 + a2.R2 )

= (9,5652 ) 2 ( R1 + a2.R2 )

= (9,5652 ) 2 ( 26087,12

450 )

= 258,9763 KW

Menentukan Perbandingan Rugi ( d )

Untuk daya pengenal 110 MVA

d = nolbebanRugi

pengenaldayapadatembagaRugi

= 100

9763,258

= 2,5898

Untuk daya pengenal 145 MVA

d = nolbebanRugi

pengenaldayapadatembagaRugi

= 100450

= 4,5

Menentukan Kenaikan Temperatur Stabil Top Oil

Kenaikan Temperatur Stabil Top Oil dapat dihitung dengan cara:

b = oi

x

ddK

11 2

untuk ONAN oi = 55 dan x = 0,9

untuk OFAF oi = 40 dan x = 1.

b = 55 9,02

5898,21)9364,0(5898,21

= 55 9,0

5898,21)8768,0(5898,21

= 55 9,0

5898,212709,21

= 55 9,0

5898,32709,3

= 55 x 0,9197

= 50,5823 °C

Menentukan Kenaikan Temperatur Top Oil

Kenaikan temperatur top oil dapat dihitung berdasarkan persamaan

berikut, yaitu :

on = o(n-1) + ( b � o (n-1) ) ( 1 � e-t/ 0 )

untuk ONAN 0 = 3

untuk OFAF 0 = 2

Untuk besarnya o(n-1) diasumsikan sama dengan ou karena beban

awalnya dianggap stabil.

o1 = 50,5823 + (50,5823 � 50,5823 ) ( 1 - e-1/ 3 )

= 50,5823 °C

Menentukan Temperatur Top Oil

Temperatur top oil dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini,

yaitu :

on = on + a

Sedangkan besarnya a menurut lampiran temperatur tanggal 6

September 2008 adalah 27,9 °C.

on = o1 + a

= 50,5823 + 27,9

= 78,4823 °C.

Menentukan Jenis pendinginan

Jenis pendinginan dapat ditentukan dengan memenuhi satu keadaan atau

lebih, yaitu:

Jika temperatur top oil kurang dari atau sama dengan 64°C maka

jenis pendinginannya adalah ONAN.

Jika temperatur top oil lebih dari 64°C maka jenis pendinginannya

adalah OFAF, bila temperaturnya masih diatas 50°C

pendinginannya masih OFAF,

Jika kurang dari 50°C pendinginannya berubah menjadi ONAN.

Untuk awal perhitungan digunakan dengan jenis pendinginan ONAN,

karena temperatur top oil transformator 78,4823°C, maka dapat

diketahui jenis pendinginannya adalah OFAF sehingga perhitungannya

menjadi:

b = 40 12

5,41)7104,0(5,41

= 40 5,41

)5047,0(5,41

= 40 5,52710,21

= 40 5,5

2710,3

= 40 x 0,5947

= 23,7881 °C

o2 = o1 + a

= 23,7881 + 27,9

= 51,6881 °C.

Temperatur Hot Spot

Menentukan Selisih Temperatur Antara Hot Spot Dengan Top Oil

td = ( cr � br ) K2y

untuk ONAN cr = 78, br = 55 dan y = 0,8

untuk OFAF cr = 78, br = 40 dan y = 0,9.

td = ( 78 � 40 ) ( 0,7104 ) 2 ( 0,9 )

= ( 38 ) ( 0,7104 ) 1,8

= 38 x 0,1982

= 20,5336 °C

Menentukan Temperatur Hot Spot

Temperatur Hot Spot dapat dihitung temperatur hot spot berdasarkan

persamaan, yaitu:

c = ar+ on + otd

Sedangkan besarnya amaks menurut lampiran temperatur bulan

September 2008 adalah 32 °C.

ar = hari

harimaksa /

= ( 34 + 34,7 + 35 + 31 + 34,8 + 32 + 32 + 31,2 +34,2 + 35 + 33,4 +

34 + 34,4 + 32 + 32,6 + 33,2 + 35,2 + 35,2 + 36,2 + 32,8 + 32,7 +

33,8 + 36,2 + 31,4 + 35,8 + 36 + 32,4 + 35 + 33,8 + 34,8 ) / 30

= 33,8267 °C

c = 33,8267 + 23,7881 + 20,5336

= 78,1484°C

Menentukan Thermal Ageing

Menentukan Laju Penuaan Thermal Relatif

Berdasarkan persamaan

V = 2 ( c - 98 ) / 6

= 2 (78,1484 - 98 ) / 6

= 2 (-19,8516 ) / 6

= 0,1009

Dengan cara yang sama untuk pembebanan pada jam yang lain dapat

dilihat hasilnya pada tabel 4.6.

Menghitung Pengurangan Umur

Jumlah umur yang terpakai tiap harinya karena pengaruh penurunan

isolasi belitan saja tanpa memperhitungkan pengaruh yang lain dapat

ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:

L = nevenodd VVVVTh 24

3 0 x 100%

Untuk ONAN

L = 243

1x

{ 2,2747 + 4 ( 2,1503 + 1,6212 + 1,9800 + 0,3896 + 1,2415

+ 1,8698 + 1,6944 + 1,9193 + 1,8690 + 3,4465 + 3,4845

+ 2,6984 ) + 2 ( 0,4609 + 3,1988 + 0,6135 + 1,0865 + 1,6621 +

1,8331 + 1,8746 +1,9520 + 2,3872 + 3,8878 + 2,8284 ) + 2,6089 }

= 721 { 145,9114 } x 100%

= 202,65%

Untuk ONAN OFAF

L = 243

1x

{ 0.6597 + 4 ( 0,2983 + 0,1281 + 0,1082 + 0,0227 + 0,0762

+ 0,1036 + 0,0850 + 0,0928 + 0,0882 + 0,1566 + 0,1477

+ 0,1092 ) + 2 ( 0,0441 + 0,2076 + 0,0329 + 0,0656 + 0,0955 +

0,0953 + 0,0923 + 0,0931 + 0,1117 + 0,1748 + 0,1171 ) + 0,1058 }

= 721 { 8,6904 } x 100%

= 15,69%

Saat transformator masih berbeban rendah akan menghasilkan

temperatur yang masih relatif rendah sehingga jenis pendinginannya

akan menggunakan ONAN, seiring dengan kenaikkan beban

temperaturnya juga akan mengalami kenaikkan pada suhu 64°C jenis

pendinginannya akan menggunakan OFAF sehingga temperaturnya akan

mengalami penurunan. Namun demikian temperatur minyak

transformator saat ONAN dan OFAF akan relatif sama pada beban

tertentu.

Dari kedua tabel dibawah terlihat bahwa untuk pendinginan

ONAN saja akan mengkibatkan tingginya temperatur transformator

yang berakibat akan memperbesar susut umurnya, sedangkan jika

transformator menggunakan pendinginan kombinasi ONAN dan OFAF

akan mendapatkan temperatur transformator yang lebih kecil dan susut

umur yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan hanya pendinginan

ONAN.

Keuntungan menggunakan transformator kombinasi ONAN dan

OFAF:

Mendapatkan temperatur transformator yang rendah

Lebih hemat dalam pemakaian energi listrik karena untuk

menggerakkan kipas-kipas pendingin dan pompa minyak tidak

terus-menerus, adakalanya sistem OFAF menjadi ONAN.

Dari hasil perhitungan-perhitungan diatas dapat diketahui bahwa

pembebanan yang jauh lebih kecil dari daya terpasang akan

mengakibatkan suhu minyak yang rendah, semakin besar beban

transformator maka semakin besar temperatur minyak pendingin

akibatnya akan memperbesar susut umurnya.

Dengan kata lain semakin besar load faktor ( K ) semakin besar

temperatur hot spot dan susut umurnya. Hubungan antara load faktor (K)

dengan temperatur hot spot dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 4.8 Hubungan antara load faktor (K) dengan temperatur hot spot.

Pendingin K n td a cONAN 0 0.0000 0.0000 32 32.0000 ONAN 0.1 17.8153 0.5777 32 50.3930 ONAN 0.2 19.0251 1.7514 32 52.7765 ONAN 0.3 21.0229 3.3506 32 56.3735 ONAN 0.4 23.7851 5.3091 32 61.0943 ONAN 0.5 27.2854 7.5872 32 66.8726 OFAF 0.6 19.0545 15.1515 32 66.2061 OFAF 0.7 23.3091 19.9968 32 75.3059 OFAF 0.8 28.2182 25.4300 32 85.6481 OFAF 0.9 33.7818 31.4355 32 97.2173 OFAF 1 40 38.0000 32 110

Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara load faktor (K) dengan temperatur hot

spot.

Dari tabel dan grafik diatas dapat dilihat bahwa saat terjadi

perpindahan dari ONAN menjadi OFAF temperatur hot spot naik

kemudian turun karena OFAF lebih efektif dari pada ONAN.

4.3.2. Menentukan Perkiraan Umur

Karena pembebanannya berubah-ubah setiap harinya atau tidak

kontinyu sehingga sulit ditentukan pola pembebanan hariannya. Maka

diasumsikan untuk setiap harinya dianggap merupakan pola

pembebanan hariannya. Perhitungan perkiraan umur dibawah ini hanya

memperhitungkan karena pengaruh penurunan isolasi belitan saja tanpa

memperhitungkan pengaruh yang lain.

Untuk ONAN

Sisa umur pada tahun ke n = umur dasar - ( n x susut umur )

2 = umur dasar - ( n x susut umur )

2 + ( n x susut umur ) = umur dasar

n = umursusut

dasarumur 2

= %01,210

230

= %01,210

28

= 13,3327 tahun

Untuk ONAN OFAF

n = umursusut

dasarumur 2

= %07,12230

>>> 30 tahun

4.4. Pembahasan

4.4.1. Pembebanan Optimum

Bila transformator didesain dengan standar IEC dengan suhu

sekitar 20 0C tetapi beroperasi di Indonesia dimana suhu lingkungan

sekitar 30 0C maka trafo tersebut harus disesuaikan kemampuannya,

karena pada kondisi ini suhu panas setempat lebih tinggi dari standar

atau dengan kata lain trafo tersebut mengalami penurunan kapasitas.

Semakin tinggi panas setempat semakin pendek operasional dari

transformator tenaga tersebut.

Agar umur transformator mencapai yang diperkirakan untuk

pembebanan konstan seharusnya susut umurnya tidak melebihi 100%.

Besarnya penurunan dapat dihitung sebagai berikut:

Agar umurnya mencapai yang diharapkan maka besarnya Lmaks =

100%.

L = nevenodd VVVVTh 24

3 0 x 100%

100% = 243

1x

{ V0 + 4 ( V1 + V3 + V5 + V7 + V9 + V11 + V13 + V15 +

V17 + V19 + V21 + V23 ) + 2 ( V2 + V4 + V6 + V8 + V10 + V12 +

V14 + V16 + V18 + V20 + V22 ) + V24

= 721 { 2V + 4(12V) + 2(11V) }

= 721 { 2V + 48V + 22V }

= 72

72V

V = 1

1 = 2 ( h - 98 ) / 6

2 log 1 = ( h - 98 ) / 6

0 = ( h - 98 ) / 6

0 x 6 = ( h - 98 )

h = 98

h = a + on + otd

td = ( cr � or ) K2y

td = ( 78 � 40 ) ( K ) 2 ( 0,9 )

= ( 38 ) ( K ) 1,8

= 38K1,8

Karena bebannya stabil maka rumus yang digunakan adalah:

on = oi

x

ddK

11 2

on = 40 12

5,41)(5,41 K

on = 40 12

5,55,41 K

h = a+ on + td

98 = 32 + 40 12

5,55,41 K + 38K1,8

40 5,55,41 2K + 38K1,8 = 98 - 32

5,518040 2K + 38K1,8 = 98 - 32

7,2727 + 32,7273K2 + 38K1,8 = 66

32,7273K2 + 38K1,8 = 66 - 7,2727

32,7273K2 + 38K1,8 = 58,7273

Persamaan diatas dapat diselesaikan dengan menggunakan metode

Newton, yaitu sebagai berikut:

Xn+1 = Xn - XfXf

'

f(K) = 32,7273K2 + 38K1,8 - 58,7273

f�(K) = 2 x 32,7273K + 1,8 x 38K0,8

misalkan K0 = 10, maka

Kn+1 = Kn - KfKf

'

K1 = K0 - KfKf

' = 10,000 -

1208,10866406,5611 = 4,8333

K2 = K1 - KfKf

' = 4,8333 -

6046,5575907,1353 = 2,4058

K3 = K2 - KfKf

' = 2,4058 -

5303,2952198,315 = 1,332

K4 = K3 - KfKf

' = 1,3392 -

0587,1742493,64 = 0,9701

K5 = K4 - KfKf

' = 0,9701 -

2516,1300463,8 = 0,9083

K6 = K5 - KfKf

' = 0,9083 -

7850,1222304,0 = 0,9064

K7 = K6 - KfKf

' = 0,9064 -

5575,1220002,0 = 0,9064

Sehingga K = 0,9064

Turunnya kapasitas trafo = (1 � 0.9064) x 100%

= 0,0936 x 10%

= 9,36%

4.4.2. Analisa Optimum

Berdasarkan Tabel 3.2 yaitu durasi operasional yang masih

diijinkan pada suatu transformator, untuk operasi 24 jam besarnya

temperatur hotspot adalah 98°C, maka untuk pembebanan 100% dan

90% dapat dihitung pada temperatur maksimal berapa agar

menghasilkan temperatur hotspot 98°C.

Pembebanan 100%

Temperatur hotspot h = a+ on + otd

Besarnya on dan otd sudah dihitung pada sub bab 4.1.1

sehingga,

98 = a + 40 + 38

a = 98 - 78

a = 20°C

Pembebanan 90%

Temperatur hotspot h = a+ on + otd

Besarnya on dan otd sudah dihitung pada sub bab 4.1.1

sehingga,

98 = a + 33,782 + 31,435

a = 98 � 65,217

a = 32,783°C

Jadi suhu sekitar maksimum agar temperatur hotspot tidak

melebihi 98°C untuk pembebanan 100% adalah 20°C dan 32,783°C

untuk pembebanan 90%.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan proses yang telah dilakukan pada tugas akhir ini,

mulai dari perhitungan dan analisis, dapat disimpulkan beberapa hal antara

lain :

1. Hasil penelitian dari tiga percobaan untuk pembebanan 80%, 90% dan

100%, pada pembebanan 80% diperoleh susut umur minimal (sebesar 24

%).

2. Pada perhitungan pengaruh suhu sekitar terhadap susut umur trafo seperti

pada tabel 4.3 terjadi perubahan untuk setiap perubahan temperaturnya.

Apabila suhu sekitar berubah dari 200C sampai 380C untuk pembebanan

100% susut umurnya berada pada cakupan 100% sampai 800%,

pembebanan 90% berada pada cakupan 22,84% sampai 128,71%

sedangkan pembebanan 80% berada pada cakupan 6% sampai 48,01%.

3. Dengan transformator standar IEC 354 suhu lingkungan 200C

menghasilkan susut trafo minimal 100 % pada beban 100%. Berdasar data

pembebanan tahun 2008 susut umur trafo tenaga GTG 1. 3 PLGU Tambak

Lorok Semarang dengan pembebanan maksimum tanggal 6 September

menghasilkan susut umur 15,69 %.

4. Hasil penelitian susut umur yang didapatkan seperti 3 kesimpulan diatas

hanya berasal dari pengaruh penurunan kemampuan isolasi akibat

pemanasan dari pembebanan dan suhu sekitar belum memperhitungkan

dari pengaruh yang lain, yang dapat mengakibatkan penambahan laju

penyusutan umur.

5.2 Saran

Beberapa saran yang bisa diberikan untuk pembahasan susut umur

transformator selanjutnya antara lain :

1. Agar penelitian dilakukan di daerah yang transformatornya dibebani

dengan beban lebih besar dari daya pengenalnya.

2. Agar penelitian dilakukan pada transformator distribusi dan

transformator tipe kering.

DAFTAR PUSTAKA

[1] A. Arismunandar, S. Kuwahara, Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik, Jilid III,

Jakarta : Pradnya Paramita, 1979.

[2] Bean, Richard L, Transformers For The Electric Power Industry,

[3] IEC, Loading Guide For Oil Immersed Transformer, IEC Publication, 1972.

[4] Kadir, Abdul, Transformator, Jakarta : Pradnya Paramita, 1979.

[5] Lewand, Lance R, Practical Experience Gained From Furanic Compound

Analysis, Doble Engineering Company � Konferensi internasional tahunan

doble client ke-73, 2006.

[6] Perera, KBMI, Estimation of Optimum Transformer Capacity based on Load

Curve �, vol 3, No 1, Transactions of IEE Sri Lanka , January 2001.

[7] PLN, Pedoman Pembebanan Transformator Terendam Minyak, SPLN 17, 1979.

[8] PLN, Spesifikasi Transformator Tegangan Tinggi, SPLN 61, 1985.

[9] PLN, Transformator Tenaga, SPLN 8-1, 1991.

[10] Sulasno, Ir., Distribusi Tenaga Listrik, Badan penerbit UNDIP, Semarang,

2001.

[11] Tobing, B.L., Peralatan Tegangan Tinggi, Jakarta : PT. Gramedia Pustaka

Utama, 2003.

[12] Winders Jr, John J, Power Transformers Principles Applications,

[13] Www.tutiempo.net

[14] Www.wikipedia.com

[15] Z. Radakovic, E. Cardillo "The influence of transformer loading to the ageing

of the oil�paper insulation�. Roterrdam millpress, 2003

[16] Zuhal, Dasar Tenaga Listrik, ITB, Bandung, 1991.

BIODATA MAHASISWA

Nama Mahasiswa : Purnama Sigid NIM : L2F 306 046 Konsentrasi : Teknik Energi Listrik

(Arus Kuat) Tempat/Tanggal Lahir : Kendal, 11

Pebruari 1981 No. Telepon/HP : 081326623425 Nama Orangtua : Ngadiman Alamat Orangtua : Simbang RT.06/V

no.44 Bebengan Boja Kendal

Pengalaman dan Prestasi yang pernah diraih: Karyawan PT. Indosesia Power UBP Semarang dari 2003 sampai dengan sekarang.

Simbol � Simbol

Berikut adalah daftar simbol yang digunakan dalam lampiran

a = temperatur udara sekitar, dalam derajat Celcius

b = temperatur top oil, dalam derajat Celcius

c = temperatur kumparan hot-spot, dalam derajat Celcius

b = kenaikkan temperatur top oil, dalam derajat Celcius

c = kenaikkan temperatur hotspot, dalam derajat Celcius

on = kenaikkan temperatur top oil pada waktu ke n, dalam derajat Celcius

otd = selisih antara kenaikan temperatur hotspot saat rating dayanya dengan kenaikan

temperatur top oil saat rating dayanya

wo = perbedaan antara kenaikkan temperatur rata-rata kumparan dan kenaikkan

rata-rata temperatur minyak

d = perbandingan rugi

t = durasi waktu, dalam jam,setiap beban daya

K = load faktor

x = eksponen dari rugiruginilairugirugitotal yang digunakan dalam perhitungan kenaikkan

temperatur minyak

y = eksponen dari

rSdayapadaoiltoptemperaturkenaikanhotspottemperaturkenaikanSdayapadaoiltoptemperaturkenaikanhotspottemperaturkenaikan

)()(

Digunakan pada perhitungan kenaikkan temperatur hot spot

p = eksponen (harga tetap) digunakan hanya di hubungan Montsinger

r = tulisan di bawah garis menggambarkan nilai tertentu

S = beban daya (nilai berapapun) ; Sr = daya dengan nilai tertentu

T = temperatur mutlak, hanya digunakan dalam hukum Arrhenius

V = nilai relatif dari umur pemakain

L = susut umur

= tetapan panas oil-air thermal pada beban, dalam jam