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
Top Related