KARAKTERISTIK KORONA DAN TEGANGAN TEMBUS ISOLASI
MINYAK PADA KONFIGURASI ELEKTRODA JARUM-PLAT
DISUSUN
UNTUK MEMENUHI MATAKULIAH PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK
Nama :
Lodien Hutapea
NIM :
5103331020
Jurusan :
Pend. Teknik Elektro
PENDIDIKAN
TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
2012
Abstrak
Karakteristik korona dan tegangan tembus isolasi minyak pada konfigurasi elektroda
jarum-plat merupakan suatu keadaan abnormal pada transformator di saat
transformator tersebut dalam keadaan bekerja maupun beraktifitas. Untuk
mengetahui karakteristik dari kasus ini makan akan diadakan pengujian yang
objektif.
Pengujian
dilakukan di laboratorium untuk mengetahui karakteristik korona
dan tegangan tembus dengan menggunakan elektroda jarum-plat
(needle-plat). Hasil pengujian
menunjukkan peristiwa korona (Corona
Inception Voltage) dan tegangan tembus (Streamer Breakdown Voltage)
meningkat seiring dengan semakin
besarnya permukaan elektroda jarum dan jarak sela antar elektroda.
Corona Stabilization Effect menunjukkan
kestabilan dari peristiwa korona, di mana hasil yang diperoleh dari
pengujian
yaitu semakin besar permukaan elektroda maka semakin tidak efektif
Corona Stabilization Effectny, hal ini disebabkan karena semakin
besarnya muatan ruang menyebabkan pembentukan korona terhambat.
KATA
PENGANTAR
Puji dan syikur
penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas berkat dan kasihnya sehingga
penulis dapat menyelesaikan tugas mata kuliah Proteksi Sistem Tenaga Listrik yaitu
mengembangkan suatu jurnal menjadi sebuah karya tulis. Adapun judul dari karya
tulis ini adalah Karakteristik
korona dan Tegangan Tembus Isolasi Minyak pada Konfigurasi Elektroda
Jarum-plat
Adapun
penulisan karya tulis ini dapat terselesaikan berkat bantuan dari segala pihak
yang membantu terselesaikannya karya tulis ini.
Maka dari itu
penulis mengucapkan terima kasih kepada :
Rekan
se-profesi yang membantu dan mendorong serta memberikan informasi yang sangat
diperlukan dalam penyusunan makalah ini sehingga dapat terselesaikan.
Semua pihak yang telah ikut
berpartisipasi, serta telah memberikan semangat dalam membantu menyelesaikan
makalah ini.
Penulis menyadari bahwa karya tulis
ini masih banyak kesalahan dan kekurangan, maka dari itu penulis mengharapkan
sumbangan pikiran, pendapat serta saran – saran yang berguna demi penyempurnaan
makalah ini. Semoga karya tulis ini dapat berguna dan bermanfaat bagi
pembaca.
Medan, 01 Juni 2012
Penulis
DAFTAR ISI
Abstrak......................................................................................................... i
Kata Pengantar............................................................................................. ii
Daftar Isi...................................................................................................... iii
Daftar Tabel................................................................................................. v
Daftar Grafik dan Diagram.......................................................................... vi
BAB I
PENDAHULUAN
I.
Latar Belakang Masalah............................................................. 1
II.
Rumusan Masalah...................................................................... 1
III.
Batasan Masalah........................................................................ 1
IV.
Tujuan Penulisan........................................................................ 2
V.
Metode Penulisan....................................................................... 2
BAB II
LANDASAN TEORI................................................................................ 3
BAB III
METODE
PENULISAN........................................................................... 19
BAB IV
ANALISIS DATA
DAN PEMBAHASAN............................................. 20
BAB V
KESIMPULAN DAN
SARAN................................................................ 38
DAFTAR PUSTAKA................................................................................. 39
DAFTAR TABEL
Tabel 1.......................................................................................................... 27
Tabel 2.......................................................................................................... 27
Tabel 3.......................................................................................................... 28
Tabel 4.......................................................................................................... 28
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1.................................................................................................. 3
Gambar II.2.................................................................................................. 4
Gambar II.3.................................................................................................. 6
Gambar II.4.................................................................................................. 7
Gambar II.5.................................................................................................. 10
Gambar II.6.................................................................................................. 11
Gambar II.7.................................................................................................. 11
Gambar II.8.................................................................................................. 12
Gambar II.9.................................................................................................. 13
Gambar II.10................................................................................................ 13
Gambar II.11................................................................................................ 14
Gambar II.12................................................................................................ 16
Gambar II.13................................................................................................ 16
Gambar IV.1................................................................................................ 23
Gambar IV.2................................................................................................ 24
Gambar IV.3................................................................................................ 25
Gambar IV.4................................................................................................ 25
Gambar IV.5................................................................................................ 25
Gambar IV.6................................................................................................ 26
Gambar IV.7................................................................................................ 29
Gambar IV.8................................................................................................ 30
Gambar IV.9................................................................................................ 30
Gambar IV.10.............................................................................................. 30
Gambar IV.11.............................................................................................. 31
Gambar IV.12.............................................................................................. 31
Gambar IV.13.............................................................................................. 31
Gambar IV.14.............................................................................................. 32
Gambar IV.15.............................................................................................. 33
Gambar IV.16.............................................................................................. 33
Gambar IV.17.............................................................................................. 35
Gambar IV.18.............................................................................................. 35
Gambar IV.19.............................................................................................. 35
Gambar IV.20.............................................................................................. 35
Gambar IV.21.............................................................................................. 36
Gambar IV.22.............................................................................................. 36
Gambar IV.23.............................................................................................. 37
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang Masalah
Transformator
merupakan perangakat yang tidak bisa lepas dari tegangan tinggi, sebab tampa
ada transformator khalayak ramai akan sangat kesusahan untuk mendapatkan energy
listrik yang sangat diperlukan pada kehidupan sehari-hari manusia pada saat
ini. Banyak orang hanya sebagai pengguna yang tidak mau tau akan proses suatu
hal yang digunakannya pada setiap harinya.
Pada
saat transformator beroperasi ada kalanya transformator tersebut mengalami
keadaan abnormal maupun gangguan baik dari dalam system maupun dari luar
system. Gangguan pada transformator bukan hanya satu jenis, contohnya gangguan
pada media pendinginnya, gangguan pada media proteksinya dan lain sebagainya.
Pada kesempatan ini penulis akan mencoba mengulas tentang Korona dan tegangan
tebus pada trafo.
I.2. Rumusan Masalah
Pada
penulisan karya tulis ini adapun masalah yang akan diulas adalah sekitar
karakteristik korona dan tegangan tembus minyak pada konfigurasi elektroda
jarum-plat yang adapa pada transformator dalam keadaan abnormal. Dan keadaan
abnormal ini akan di rekayasa dengan percobaan yang sama dengan keadaan
abnormal yang sebebarnya.
I.3. Batasan Masalah
Adapun
batasan masalah dari penulisan karya tulis ini adalah hanya akan membahas
tentang karakteristik korona dan tegangan tembus minyak pada konfigurasi
elektroda jarum-plat dan tidak akan membahas factor-faktor lain yang mungkin
akan berpengaruh maupun tidak pada keadaan tersebut.
I.4. Tujuan Penulisan
Adapun
tujuan dari penulisan karya tulis ini adalah antara lain sebagi berikut:
1. Sebagai
media belajar sendiri mahasiswa untuk mengembangkan pemahaman tentang materi
tegangan tinggi
2. Mahasiswa
dapat meningkatkan pengetahuan baik tentang teknik tegangan tinggi maupun
membuet karya ilmiah maupun karya tulis
3. Mahasiswa
setidaknya memiliki rasa ingin belajar teknik tegangan tinggi
4. Mahasiswa
mengetahui bagaimana karakteristik dari korona yang terjadi pada transformator
5. Mahasiswa
mengetahui proses terjadinya tegangan tembus pada minyak trafo.
I.5. Metode Penulisan
Adapun
metode yang digunaka penulis dalam membuat karya tulis ini adalah metode study
pustaka dimana semua data maupun materi yang di muat didalamnya berasal dari
jurnal, artikel, buku-buku dan media yang lainnya.
BAB II
LANDASAN TEORI
II.1. Pengertian Transformator
Transformer adalah suatu alat listrik yang dapat
memindahkan dan mengubah energy listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik
ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan
prinsip induksi elektromagnetik.
Gambar II-1 Transformasi Energi
II.2. Sejarah Transformator
·
1831, Michael Faraday mendemonstrasikan
sebuah koil dapat menghasilkan tegangan dari koil lain.
·
1832, Joseph Henry menemukan bahwa
perubahan flux yang cepat dapat menghasilkan tegangan koil yang cukup tinggi
·
1836, Nicholas Callan memodifikasi
penemuan Henry dengan dua koil.
·
1850 – 1884, era penemuan generator AC
dan penggunaan listrik AC
·
1885, Georges Westinghouse & William
Stanley mengembangkan transformer berdasarkan generator AC.
·
1889, Mikhail Dolivo-Dobrovolski
mengembangkan transformer 3 fasa pertama
II.3. Prinsip Dasar Transformator
Prinsip dasar suatu transformator adalah induksi
bersama(mutual induction) antara dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks
magnet. Dalam bentuk yang sederhana, transformator terdiri dari dua buah
kumparan induksi yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan
oleh suatu path yang mempunyai relaktansi yang rendah. Kedua kumparan tersebut
mempunyai mutual induction yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan
dengan sumber tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi
yang dihubungkan dengan kumparan yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl
(gaya gerak listrik) induksi ( sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum
faraday, Bila arus bolak balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya
gerak listrik (ggl).
Gambar
II-2 Sejarah Perkembangan Trafo
II.4. Jenis-jenis Transformator
II.4.1. Trafo Radio
Trafo yang biasa digunakan pada rangkaian radio dan
televisi dengan tegangan input 220 v/110 v dan tegangan output 48 v – 24 v step
down.Dimensi pada trafo ini sangat kecil dan efisiensi rendah.
II.4.2. Trafo Pengukuran
II.4.2.1. Current
Transformer
Current transformer mengukur aliran listrik dan
memberikan masukan untuk kekuasaan transformer dan instrumen. Current
transformer baik menghasilkan arus bolakbalik atau tegangan bolak-balik yang
sebanding dengan arus yang diukur. Ada dua tipe dasar transformator saat ini:
wound dan toroida. Transformer wound saat ini terdiri dari integral belitan
primer yang dimasukkan secara seri dengan konduktor yang membawa arus yang
diukur. Toroidal atau berbentuk donat transformer saat ini tidak mengandung
belitan primer. Sebaliknya, kawat yang membawa arus threaded melalui jendela di
transformator toroida.
Beberapa CTS dibuat untuk engsel terbuka,
memungkinkan insersi sekitar konduktor listrik konduktor tanpa mengganggu sama
sekali. Standar industri untuk arus sekunder CT adalah kisaran 0 hingga 5 ampli
AC. Seperti PTS, CTS dapat dibuat dengan rasio berliku kustom untuk memenuhi
hampir semua aplikasi. Karena mereka "beban penuh" arus sekunder
adalah 5 ampli, rasio CT biasanya digambarkan dalam hal beban penuh amp utama
sampai 5 ampli.
Gambar II-3 Metering Current transformer
II.4.2.2. Potential
Transformer
Transformer juga dapat digunakan dalam sistem
instrumentasi listrik. Karena transformer kemampuan untuk meningkatkan atau
turun tegangan dan arus, dan listrik isolasi yang mereka berikan, mereka dapat
berfungsi sebagai cara untuk menghubungkan peralatan listrik tegangan tinggi,
sistem tenaga arus tinggi. Misalkan kita ingin secara akurat mengukur tegangan
13,8 kV sebuah power sistem.
Gambar
II-4 Aplikasi Instrumentasi: "Potensi transformator" skala tegangan
tinggi ke nilai aman diterapkan pada voltmeter konvensional.
Sekarang voltmeter membaca fraksi yang tepat, atau
rasio, dari sistem yang sebenarnya tegangan, mengatur skala untuk membaca
seolah-olah mengukur tegangan secara langsung. Transformator instrumen menjaga
tegangan pada tingkat yang aman dan mengisolasi listrik dari sistem , sehingga
tidak ada hubungan langsung antara saluran listrik dan instrumen atau kabel
instrumen. Ketika digunakan dalam kapasitas ini, trafo disebut Potensi
Transformer, atau hanya PT.
Potensial transformer dirancang untuk memberikan
seakurat tegangan rasio stepdown . Untuk membantu dalam regulasi tegangan yang
tepat, beban seminimal mungkin: voltmeter dibuat untuk memiliki impedansi
masukan yang tinggi sehingga menarik sedikit arus dari PT . Seperti yang anda
lihat,pada gambar 6. sumbu telah terhubung secara seri dengan gulungan primer
PT,untuk keselamatan dan kemudahan memutus tegangan dari PT.
Standar tegangan sekunder untuk sebuah PT adalah 120
volt AC, untuk full-rated tegangan listrik. Rentang voltmeter standar untuk
menemani PT adalah 150 volt, skala penuh. PTS dengan rasio berliku kustom dapat
dibuat sesuai dengan aplikasi apapun. Ini cocok baik untuk standarisasi
industri voltmeter yang sebenarnya instrumen sendiri, karena PT akan menjadi
ukuran untuk langkah sistem tegangan ke tingkat instrumen standar ini.
II.4.3. Trafo
Tenaga
Trafo ini biasanya digunakan pada pemakaian daya
dari rumah tangga, sampai pembangkit , transmisi dan distribusi tenaga listrik.
Beberapa alasan
digunakannya transformer, antara lain :
1. Tegangan
yang dihasilkan sumber tidak sesuai dengan tegangan pemakai,
2. Biasanya
sumber jauh dari pemakai sehingga perlu tegangan tinggi (pada jaringan transmisi),dan
3. Kebutuhan
pemakai/beban memerlukan tegangan yang bervariasi.
Selain
kapasitas daya, dalam pemilihan transformator distribusi kita juga harus
mengetahui:
a. Bushing
Bushing merupakan salah satu komponen
pada transformator sebagai tempat penghubung antara transformator dengan
jaringan luar. Bushing terbuat dari porselin, dimana porselin ini berfungsi
sebagai penyekat antara konduktor (penghantar yang bertegangan) dengan tangki
transformator.
b. Sistem
Pendinginan
Dalam memilih transformator kita harus mengetahui
system pendinginan yang digunakan transformator tersebut.
c. Peralatan
Proteksi
Transformator Distribusi yang digunakan
harus memiliki peralatan proteksi.
d. Indikator
Indikator dalam transformator digunakan
untuk mengetahui tinggi dari permukaan minyak dan temperature / suhu minyak.
e. Tap
Changer
Tap Changer adalah perubahan tegangan dari satu
tegangan ke tegangan lain dilakukan dalam keadaan tanpa beban (tegangan off)
dan dilakukan secara manual melalui sebuah tuas.
f. Spesifikasi
Teknis Transformator
Untuk pemilihan transformator perlu
melihat spesifikasi teknisnya, apakah transformator tersebut Step Up atau
transformator Step Down
Dari spesifikasi
tersebut kita akan mengetahui :
1. Type
2. Standar
menurut IEC dan SPLN
3. Rating
4. Vektor grup
5. Sifat kelistrikan
6.
Berat dan dimensi
II.5.
Prinsip Kerja
Prinsip kerja suatu transformator adalah induksi
bersama (mutual induction) antara dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks
magnet. Dalam bentuk yang sederhana, transformator terdiri dari dua buah kumparan
yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu alur
induksi. Kedua kumparan tersebut mempunyai mutual induction yang tinggi. Jika
salah satu kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, fluks
bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan yang
lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik) induksi ( sesuai
dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday.
Gambar II.5 Rangkaian transformer
Berdasarkan hukum Faraday yang menyatakan magnitude dari electromotive force (emf)
proporsional terhadap perubahan fluks terhubung dan hukum Lenz yang
menyatakan rah dari emf berlawanan
dengan arah fluks sebagai reaksi perlawanan dari perubahan fluks tersebut didapatkan
persaman :
e = emf sesaat (instantaneous emf)
Ψ = fluks terhubung (linked
flux)
Dan pada
transformer ideal yang dieksitasi dengan sumber sinusoidal berlaku
persamaan:
E = 4,44 Φm N f
E = Tegangan (rms)
N
= jumlah lilitan
Φm
= fluks puncak (peak flux)
f
= frekuensi
dan persamaan:
Dikarenakan pada transformer ideal seluruh mutual
flux yang dihasilkan salah satu kumparan akan diterima seutuhnya oleh
kumparan yang lainnya tanpa adanya leakage flux maupun loss lain
misalnya berubah menjadi panas. Atas dasar inilah didapatkan pula persamaan:
Gambar
II.6 Grafik arus, tegangan dan fluks yang terjadi
II.6. Rangkaian ekuivalen transformer
Untuk mempermudah analisis dalam pengujian,
rangkaian primer dan sekunder dibuat menjadi sebuah rangkaian yang disebut rangkaian
equivalent. Pada rangkaian ini rugi tembaga pada sisi sekunder diubah menjadi
nilai ekuivalennya dan dilihat dari arah primer.
Gambar II.7 Rangkaian ekuivalen
transformer
Dimana a adalah rasio perbandingan lilitan kumparan
sekunder terhadap kumparan primer sehingga resistansi sekunder didapatkan :
dan reaktansi sekunder didapatkan:
Dari persamaan sebelumnya dapat digambarkan
rangkaian ekuivalen transformer menjadi:
Gambar II.8 Rangkaian ekuivalen yang telah
disederhanakan
II.7. Transformer Praktis
Pada dasarnya rangkaian ekuivalen transformer
praktis sama dengan transformer ideal, hanya saja ditambahkan rugi-rugi inti
yaitu rugi hysterisis dan rugi arus pusar (eddy current). Rugi-rugi ini
digambarkan sebagai induktansi dan resistansi yang terhubung secara parallel
dengan kumparan primer, pada gambar dilambangkan sebagai Xm untuk induktansi
dan Rm untuk resistansi.
Gambar
II.9 Rangkaian ekuivalen transformer praktis
Selain memperhitungkan rugi-rugi inti, transformer
praktis juga memasukkan unsure fluks bocor (leakage flux). Untuk
menghitung tegangan induksi akibat fluks bocor ini dapat dilakukan dengan
memodifikasi Φm
menjadi Φl leakage pada
persamaan
II.8. Rugi-Rugi Pada Transformer
II.8.1. Rugi Arus Pusar (eddy
current)
Arus pusar adalah arus yang mengalir pada material
inti karena tegangan yang diinduksi oleh fluks. Arah pergerakan arus pusar
adalah 90o terhadap arah fluks seperti terlihat pada Gambar
Gambar II.10 Arus pusar yang berputar
pada material inti
Dengan adanya resistansi dari material inti maka
arus pusar dapat menimbulkan panas sehingga mempengaruhi sifat fisik material
inti tersebut bahkan hingga membuat transformer terbakar. Untuk mengurangi efek
arus pusar maka material inti harus dibuat tipis dan dilaminasi sehingga dapat
disusun hingga sesuai tebal yang diperlukan
Rugi
arus pusar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
pe = Rugi arus pusar
[w/kg]
ke = Konstanta material
inti
f = frekuensi [Hz]
t = ketebalan material
[m]
Bmax
=
Nilai puncak medan magnet [T]
II.8.2. Rugi
Hysterisis
Rugi hysterisis terjadi karena respon yang lambat
dari material inti. Hal ini terjadi karena masih adanya medan magnetik residu
yang bekerja pada material, jadi saat arus eksitasi bernilai 0, fluks tidak
serta merta berubah menjadi 0 namun perlahan-lahan menuju 0. Sebelum fluks
mencapai nilai 0 arus sudah mulai mengalir kembali atau dengan kata lain arus
sudah bernilai tidak sama dengan 0 sehingga akan membangkitkan fluks kembali.
Grafik hysterisis dapat dilihat pada Gambar
Gambar II.11Grafik hysterisis Iex
terhadap Φ
Rugi hysterisis ini memperbesar arus eksitasi karena
medan magnetik residu mempunyai arah yang berlawanan dengan medan magnet yang
dihasilkan oleh arus eksitasi. Untuk mengurangi rugi ini, material inti dibuat
dari besi lunak yang umum digunakan adalah besi silikon. Besarnya rugi
hysterisis dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan
ph =
Rugi arus pusar [w/kg]
kh =
Konstanta material inti
f = frekuensi [Hz]
Bmax =
Nilai puncak medan magnet [T]
n = Nilai eksponensial,
tergantung material dan Bmax
Rugi hysteris maupun rugi arus pusar bernilai tetap,
tidak bergantung pada besarnya beban.
II.8.3 Rugi
Tembaga
Rugi tembaga adalah rugi yang dihasilkan oleh
konduktor/tembaga yang digunakan sebagai bahan pembuat kumparan. Rugi ini
diakibatkan oleh adanya resistansi bahan. Nilai resistansi konduktor dapat
dihitung dengan Persamaan
R = Tahanan (Ohm)
ρ = Tahanan jenis (Ohm.m)
l = Panjang (m)
A = Luas penampang (m2)
II.9. Jenis
– Jenis Pendingin Pada Transformator
Terdapat dua jenis pendingin pada transformator,
diantaranya adalah:
1.
Tipe Kering
a. AA
: Pendingin udara natural
b. AFA
: Pendinginan udara terpompa
2.
Tipe Basah
a.
ONAN : Oil Natural Air Natural
Pada tipe ini udara dan oli akan bersikulasi dengan
alami. Perputaran oli akan dipengaruhi oleh suhu dari oli tersebut.
Gambar II-12 Pendinginan Tipe ONAN
b.
ONAF : Oil Natural Air Forced
Pada tipe ini oli akan bersikulasi dengan alami
namun saat oli melalui radiator oli akan didinginkan dibantu dengan kipas/fan.
Gambar II-13 Pendinginan Tipe ONAF
c. OFAF : Oil Forced Air Forced
Pada tipe ini oli akan didinginkan
dengan bantuan pompa agar sirkulasi semakin cepat dan juga dibantu kipa/fan
pada radiatornya.
Khusus jenis trafo tenaga tipe basah,
kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo
tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai
media pemindah panas dan bersifat pula sebagai isolasi ( tegangan tembus tinggi
) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu minyak
trafo harus memenuhi persyaratan sbb. :
·
Ketahanan isolasi harus
tinggi ( >10kV/mm )
·
Berat jenis harus kecil,
sehingga partikel-partikel inert di dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.
·
Viskositas yang rendah
agar lebih mudah bersirkulasi dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik.
·
Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap
yg dapat membahayakan
·
Tidak merusak bahan
isolasi padat ( sifat kimia ‘y’ )
II.10. Minyak Transformator
Minyak transformator merupakan salah satu bahan
isolasi cair yang dipergunakan sebagai isolasi dan pendingin pada
transformator. Sebahagian bahan isolasi minyak harus memiliki kemampuan untuk
menahan tegangan tembus, sedangkan sebagai pendingin minyak transformator harus
mampu meredam panas yang ditimbulkan, sehingga dengan kedua kemampuan ini maka
minyak diharapkan akan mampu melindungi transformator dari gangguan.
Minyak transformator mempunyai unsur atau senyawa
hidrokarbon yang terkandung dalam minyak transformator ini adalah senyawa
hidrokarbon parafinik, senyawa hidrokarbon naftenik dan senyawa hidrokarbon
aromatik. Selain ketiga senyawa diatas minyak transformator masih mengandung
senyawa yang disebut zat aditif meskpun kandungan nya sangat kecil .
Minyak transformator adalah cairan yang dihasilkan
dari proses pemurnian minyak mentah. Selain itu minyak ini juga berasal dari bahan
bahan organik, misalnya inyak piranol dan silikon, berapa jenis minyak
transformator yang sering dijumpai dilapangan adalah minyak transformator jenis
Diala A, diala B dan Mectrans. Kenaikan suhu pada transformator akan
menyebabkan terjadinya proses hidrokarbon pada minyak, nilai tegangan tembus
dan kerapatan arus konduksi merupakan beberapa indicator atau variable yang
digunakan untuk mengetahui apakah suatu minyak transformator memiliki ketahanan
listrik yang memahami persyaratan yang berlaku . Secara analisa kimia ketahanan
listrik suatu minyak transformator dapat menurun akibat adanya pengaruh asam
dan pengaruh tercampurnya minyak dengan air. Untuk menetralisir keasaman suatu
minyak transformator dapat mengunakan potas hidroksida(KOH). Sedangkan untuk
menghilangkan kandungan air yang terdapat dalam minyak tersebut yaitu dengan
cara memberikan suatu bahan higroskopis yaitu selikagel. Dalam menyalurkan
perannya sebagai pendingin, kekentalan minyak transformator ini tidak boleh
terlalu tinggi agar mudah bersikulasi, dengan demikian proses pendinginan dapat
berlangsung dengan baik. Kekentalan relatif minyak transformator tidak boleh
lebih dari 4,2 pada suhu 200 C dan 1,8 dan 1,85 dan maksimum 2 pada
suhu 50 0C. Hal ini sesuai
dengan sifat minyak transformator yakni semakin lama dan berat operasi suatu
minyak transformator, maka minyak akan akan semakin kental . Bila kekentalan
minyak tinggi maka sulit untuk bersikulasi sehingga akan menyulitkan proses
pendinginan transformator.
BAB III
METODE
PENULISAN
Adapun metode dalam penulisan karya
tulis yang berjudulkan karakteristik korona dan tegangan tembus
minyak pada konfigurasi elektroda jarum-plat adalah metode study pustaka yang
dimana sumber maupun data yang dimuat dalam tulisan ini adalah berasal dari
artikel, jurnal, buku-buku dan media yang lainnya. Adapun materi yang diulas
dalam tulisan ini adalah pengembangan dari jurnal yang sudah ada dan yang sudah
banyak yang membacanya.
Pada pengumpulan data, penulis mencari dari sumber
materi baik dari media online maupun non-online. Penulis kemudian menggabungkan
materi yang saling mendukung dalam suatu tulisan walaupun penulis mengetahui
bahwa tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan.
BAB IV
PEMBAHSAN MASALAH
Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalam
sistem tenaga listrik. Isolasi diperlukan untuk memisahkan bagian yang
bertegangan dengan yang tidak bertegangan sehingga tidak terjadi lompatan
listrik atau percikan diantaranya. Bahan isolasi akan menunjukkan sifatnya bila
dipengaruhi medan listrik. Minyak merupakan salah satu bahan isolasi yang
termasuk dalam bahan ielektrik. Tegangan
tembus isolasi merupakan tegangan yang mampu merusak ketahanan isolasi dari
suatu bahan isolasi. Begitu juga dengan peristiwa korona yang merupakan salah
satu fenomena dari tegangan tinggi.
Selain itu juga, untuk mengetahui karakteristik dari
kedua permasalahan tersebut yaitu peristiwa tegangan tembus dan korona maka
dilakukan pengujian dengan menggunakan elektroda jarum-plat. Dengan sumber
tegangan tinggi AC (Alternating Current) dan tegangan tinggi DC (Direct
Current). Pemilihan elektroda jarum untuk memudahkan pengamatan saat
pengujian.
IV.1. FENOMENA PRE-BREAKDOWN
IV.1.1. Isolasi Cair
Isolasi cair memiliki dua fungsi yaitu sebagai
pemisah antara bagian yang bertegangan dan juga sebagai pendingin sehingga
banyak digunakan pada peralatan seperti transformator, pemutus tenaga, switch
gear.
IV.1.1.1. Karakteristik
Isolasi Cair
Pada dasarnya dielektrik cair harus memiliki sifat
dielektrik yang baik, mempunyai karakteristik perpindahan panas yang bagus dan
memiliki struktur kimia yang stabil saat pengoperasian.
a. Sifat
Listrik
Sifat-sifat listrik yang sangat penting
dalam menentukan kinerja dielektrik dari dielektrik cair adalah :
·
Withstand Breakdown kemampuan
untuk tidak mengalami ketembusan dalam kondisi tekanan listrik (electric
stress) yang tinggi.
·
Resistivitas : suatu cairan dapat
digolongkan sebagai isolasi cair bila resistivitasnya lebih besar dari 109
ohm-meter. Resistivitas yang diperlukan pada system tegangan tinggi untuk
material isolasi adalah 1016 ohm-meter atau lebih
b. Karakteristik
Perpindahan Panas
Pada peralatan yang terisi oleh isolasi
cair (transformer, kabel, circuit breaker, dll) perpindahan panas
biasanya dipengaruhi oleh konveksi. faktor utama yang mengontrol perpindahan
panas adalah konduktivitas termal dan viskositas. Semakin tinggi nilai dari konduktivitas
termal maka semakin dapat digunakan pada peralatan sebagaimana dapat
dioperasikan secara berkelanjutan pada temperatur yang tinggi. Pada penggunaan
yang lain, nilai konduktivitas termal yang rendah dan nilai viskositas yang
tinggi dapat menjadi penyebab terjadinya pemanasan berlebihan pada area
tertentu.
c. Kestabilan
Kimiawi
Pada penggunaannya, isolasi cair yang
terkena tekanan termal dan listrik karena adanya material seperti O2, air,
serat dan hasil-hasil dari pemisahan bahan isolasi padat. Hal tersebut bisa
mempengaruhi kestabilan dari rantai kimia dari isolasi cair.
IV.1.1.2.
Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair
Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan,
antara lain yang pertama adalah isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau
lebih dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik
yang lebih tinggi menurut hukum Paschen. Kedua isolasi cair akan mengisi celah
atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konversi
menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi. Ketiga isolasi cair
cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi
pelepasan muatan (discharge). Namun kekurangan utama isolasi cair adalah
mudah terkontaminasi.
Terdapat beberapa macam faktor yang diperkirakan mempengaruhi
kegagalan minyak transformator seperti luas daerah elektroda, jarak celah (gap
spacing), pendinginan, perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak),
pengaruh kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta
kondisi pengujian atau minyak transformator itu sendiri juga mempengaruhi
kekuatan dielektrik minyak transformator.
Kegagalan isolasi (insulation breakdown,
insulation failure) disebabkan karena beberapa hal antara lain isolasi tersebut
sudah lama dipakai, berkurangnya kekuatan dielektrik dan karena isolasi
tersebut dikenakan tegangan lebih. Pada prinsipnya tegangan pada isolator
merupakan uatu tarikan atau tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya
dalam isolator itu sendiri agar supaya isolator tidak tembus.
Dalam struktur molekul material isolasi, elektron
-elektron terikat erat pada molekulnya, dan ikatan ini mengadakan perlawanan
terhadap tekanan yang disebabkan oleh adanya tegangan. Bila ikatan ini putus
pada suatu tempat maka sifat isolasi pada tempat itu hilang. Bila pada bahan
isolasi tersebut diberikan tegangan akan terjadi perpindahan elektron-elektron
dari suatu molekul ke molekul lainnya sehingga timbul arus konduksi atau arus
bocor. Karakteristik isolator akan berubah bila material tersebut kemasukan suatu ketidakmurnian (impurity)
seperti adanya arang atau kelembaban dalam isolasi yang dapat menurunkan
tegangan tembus.
Mekanisme Streamer Breakdown menjelaskan
mengenai pengembangan pelepasan percikan langsung dari banjiran tunggal di mana
muatan ruang (space charge) yang terjadi karena banjiran itu sendiri
mengubah banjiran tersebut menjadi streamer plasma. Sesudah itu kehantaran naik
dengan cepat, dan kegagalan terjadi dalam alur banjiran ini.
Ciri utama teori kegagalan streamer adalah postulasi
sejumlah besar fotoionisasi molekul dalam ruang di depan streamer dan
pembesaran medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada ujung elektroda.
Gambar IV.1. Distribusi
Bidang Listrik pada Bidang Gap Non-Uniform
IV.2. Fenomena
Korona
Korona merupakan proses dimana arus, mungkin
diteruskan, muncul dari sebuah elektroda berpotensial tinggi di dalam sebuah
fluida yang netral, dengan mengionisasi fluida hingga menciptakan plasma di
sekitar elektroda. Bila dua kawat sejajar yang penampangnya kecil dibandingkan
dengan jarak antar kawat tersebut diberi tegangan, maka akan terjadi korona.
Pada tegangan yang cukup rendah tidak terlihat apa-apa, bila tegangan dinaikkan
maka akan tejadi korona secara bertahap. Pertama kali, kawat kelihatan bercahaya
yang berwarna ungu muda, mengeluarkan suara erdesis (hissing) dan berbau
ozon. Jika tegangan dinaikkan terus, maka karakteristik diatas akan terlihat
semakin jelas, terutama pada bagian yang kasar, runcing atau kotor serta cahaya
bertambah besar dan terang. Bila tegangan masih terus dinaikkan akan terjadi
busur api.
Korona bisa bermuatan positif atau negatif. Hal ini
ditentukan oleh polaritas tegangan di elektroda yang kelengkungannya tinggi.
Jika elektroda bemuatan positif berkenaan dengan elektoda rata terciptalah
korona positif, api jika negatif yang tercipta adalah korona negatif.
Inception Voltage korona
atau tegangan awal korona didefinisikan sebagai tegangan yang terukur pada saat
terjadi lucutan pertama kali saat pengujian dilakukan. Definisi ini sebagai
acuan untuk mendapatkan nilai inception voltage secara langsung,
dikarenakan pada pengujiannya tidak digunakan oscilloscope untuk mendapatkan
sinyal yang menunjukkan awal terjadi korona.
IV.3. Pengujian
IV.3.1. Elektroda
Elektroda yang digunakan dalam pengujian ini adalah
elektroda jarum-plat. Elektroda ini terbuat dari bahan stainless steel.
Elektroda jarum di manfaatkan sebagai anoda sedangkan elektroda plat sebagai
katodanya. Diameter dari elektroda jarum yang digunakan yaitu 1.0, 1.5 dan 2.0 mm.
IV.3.2. Minyak
Isolasi
Jenis
minyak isolasi yang digunakan sebagai bahan uji pada penelitian ini adalah
TRANSFORMER OIL POWEROIL TO 1020 60U yang di produksi oleh APAR INDUSTRIES LTD.
Dibutukan 3 liter minyak trafo untuk mengisi tempat pengujian.
Gambar
IV.2. Elektroda Jarum dan Elektroda Plat
Gambar IV.3. Elektroda Set
Gambar
IV.4. Rangkaian Pengujian Tegangan Tinggi AC
Gambar
IV.5. Rangkaian Pengujian Tegangan Tinggi DC
Gambar
IV.6. Skema Pengujian
IV.4. Rangkaian Pengujian
Rangkaian pembangkitan yang digunakan adalah
rangkaian pengujian tegangan AC dan DC (gambar 4 dan 5). Rangkaian tersebut
yang digunakan untuk mengetahui tegangan tembus dan nilai korona (inception
Voltage) agar dapat diketahui karakteristiknya. Elektroda plat dan jarum di
susun pada
elektroda set seperti gambar 3.
IV.5. Langkah-Langkah
Pengujian
Pengujian dilakukan di laboratorium Tegangan Tinggi
milik Teknik Elektro ITS, dengan menggunakan tegangan tinggi AC dan DC.
Langkah-langkah pengujian dibagi menjadi 3 (tiga) tahap yaitu tahap persiapan,
tahap pengujian dan tahap akhir pengujian, dimana prosesnya yaitu: Menyiapkan
peralatan test ( elektroda set, perlengkapan utama pembangkitan tegangan
tinggi), kemudian menyusunnya menjadi rangkaian seperti gambar 6 yaitu
rangkaian pembangkitan tegangan tinggi. Sebelum dilakukan pengujian maka
sebaiknya peralatan test dibersihkan dari kotoran dan debu,. Setelah dipastikan
bersih maka jarak sela kedua elektroda dapat di atur. Setelah persiapan selesai
maka akan dilakukan pengujian dengan langkah-langkah yaitu Mengatur Test
Method dari kontrol box pada posisi AC atau DC dengan menggunakan bat-handle
switch, kemudian menempatkan charging range pengatur tegangan pada
kedudukan 0%. Aktifkan kontrol box. Kemudian mengatur tegangan melalui
transformator pengatur tegangan secara perlahan sampai didapatkan nilai inception
Voltage korona dan tegangan tembus (Streamer breakdown voltage).
Catat nilai tegangan tembusnya.
IV.6. Hasil Pengujian
Pengujian dilakukan sebanyak 5 kali untuk setiap
jarak sela yang dibuat berbeda dan dengan ukuran elektroda yang berbeda-beda
juga. Hasil dari pengujian diperoleh rata-rata nilai inception voltage dan
tegangan tembus (streamer breakdown) adalah sebagai berikut :
Tabel
1. Rata-rata
Nilai Inception Voltage Korona Tegangan Tinggi AC
Tabel
2. Rata-rata
Nilai Inception Voltage Korona Tegangan Tinggi DC
Tabel
3. Rata-rata
Nilai Tegangan Tembus Tegangan Tinggi AC
Tabel
4. Rata-rata
Nilai Tegangan Tembus Tegangan Tinggi DC
IV.7. Analisis
Hasil Pengujian
Pada gambar 7-10 adalah salah satu contoh hasil
pengujian untuk memperoleh karakteristik korona dan Tegangan tembus (Streamer
Breakdown Voltage).
Elektroda set mulai diberikan tegangan, disini akan
terlihat arus minyak yang berputar disekitar elektroda karena pengaruh medan
yang kuat. Tegangan semakin dinaikkan dan pada tegangan terukur 30 kV muncul flashover
untuk pertama kali atau dikenal dengan istilah Inception Voltage. Pada
saat Inception Voltage, maka pada saat itulah kekuatan dielektrik cair
untuk menahan tegangan tembus seperti pada gambar 8.
Pada saat tegangan semakin diperbesar menjadi 34 Kv
maka terjadi peristiwa tembus atau Streamer Breakdown Voltage. Tegangan
saat terjadi peristiwa tembus dicatat sebagai tegangan tembus seperti terlihat
pada gambar 9.
Setelah terjadi flashover akan muncul
gelembunggelembung gas (Gambar 10), Gelembung ini muncul akibat proses ionisasi
dalam isolasi minyak. Gelembung-gelembung ini juga akan mempengaruhi Streamer
Breakdown Voltage.
Berdasarkan grafik Gambar 11 dan gambar 12 maka dari
hasil pengujian grafik bergerak secara linear, grafik ini juga menunjukkan
pengaruh besarnya ujung permukaan elektroda yaitu untuk elektroda jarum dengan
ukuran 1.0 ; 1.5 dan 2.0 mm terhadap Inception Voltage korona.
Dimana semakin besar ukuran ujung permukaan
elektroda maka makin besar tegangan yang diperlukan untuk mencapai peristiwa
korona, begitu juga semakin besar jarak sela maka semakin besar juga nilai Inception
Voltage, hal ini berarti bahwa nilai inception voltage korona
dipengaruhi oleh
1. Besar
ujung permukaan (tip) dari elektroda
2. Jarak
sela elektroda dengan elektroda lainnya
Perbedaannya pada nilai
Inception Voltage tegangan tinggi DC lebih tinggi dari nilai Inception
Voltage tegangan tinggi AC. Hal itu disebabkan oleh perbedaan muatan,
dimana pada tegangan tinggi DC hanya muatan positif, sedangkan pada tegangan
tinggi AC terdapat muatan positif dan negatif.
Gambar
IV.7. Elektroda Set dalam Minyak Isolasi
Gambar
IV.8. Inception Voltage Corona
Gambar
IV.9. Streamer Breakdown Voltage
Gambar
IV.10. Gelembung-Gelembung Gas
Gambar
IV.11. Grafik Karakteristik Inception Voltage Korona
dengan Tegangan Tinggi AC
Gambar
IV.12. Grafik Karakteristik Inception Voltage Korona
dengan Tegangan Tinggi DC
Gambar
IV.13. Grafik Karakteristik Tegangan Tembus (Streamer
Breakdown Voltage) dengan Tegangan Tinggi AC
Gambar
IV.14. Grafik Karakteristik Tegangan Tembus (Streamer
Breakdown Voltage) dengan Tegangan Tinggi DC
Sedangkan berdasarkan grafik Gambar 12 dan 13 dapat
diketahui bahwa tegangan tembus (Streamer Breakdown Voltage) pada
isolasi minyak dengan ukuran elektroda yang berbeda-beda yaitu 1.0 mm, 1.5 mm
dan 2.0 mm cenderung meningkat. Dimana elektroda dengan ukuran diameter lebih
besar (2.0 mm) memerlukan tegangan yang lebih besar untuk mencapai peristiwa
kegagalan begitu juga halnya jika jarak sela ditambahkan maka peristiwa untuk
mencapai tegangan tembusnya juga membutuhkan tegangan semakin besar. Hal ini
terjadi karena semakin besar jarak sela maka semakin tebal juga kerapatan
minyak sebagai media isolasinya.
IV.8. Efek
Kestabilan Korona (Corona Stabilization Effect)
Efek kestabilan korona dapat diketahui dengan
membandingkan antara nilai Inception Voltage korona dengan nilai
tegangan tembus (Streamer Breakdown Voltage) pada kondisi masing-masing
elektroda.
IV.8.1. Efek
Kestabilan Korona (Corona Stabilization Effect) dengan Tegangan Tinggi
AC
Gambar
IV.15. Grafik Perbandingan nilai Inception Voltage Korona
dengan nilai Tegangan Tembus Elektroda 2.0 mm Tegangan Tinggi AC
IV.8.2. Efek
Kestabilan Korona (Corona Stabilization Effect) dengan Tegangan Tinggi
DC
Gambar
IV.16. Grafik Perbandingan Inception Voltage Korona
dengan nilai Tegangan Tembus Elektroda 2,0 mm Tegangan Tinggi DC
Berdasarkan grafik Gambar 15 dan 16; Pada elektroda
2.0 mm mempunyai rentang yang cukup kecil pada sela 1 cm, lalu rentang jarak
semakin besar seiring dengan bertambahnya jarak sela. Jadi semakin memiliki
rentang yang lebih besar maka corona stabilization effect semakin tidak
efektif, hal itu berarti bahwa distribusi medan makin tidak uniform menyebabkan
muatan ruangnya semakin besar sehingga menekan perkembangan korona atau
memerlukan lebih besar lagi tegangan untuk terjadinya korona dan tegangan
tembusnya. Hal ini juga berlaku pada elektroda 1.0 mm dan 1.5 mm.
IV.9. Mekanisme
Streamer Breakdown Voltage
Saat elektroda diberikan tegangan maka akan terjadi
medan disekitar elektroda, semakin besar tegangan yang di berikan maka medan
akan semakin kuat. Bila tegangan yang diberikan sudah melampaui batas kekuatan
isolasi minyak, maka akan muncul lucutan korona yang pertama kali (Inception
Voltage) seperti dalam gambar 17.
Setelah terjadi Inception Voltage, maka akan
terbentuk gelembung-gelembung gas di sekitar elektroda. Gelembung ini tercipta
akibat dari reaksi kimia yang terjadi didalam minyak. Karena pengaruh tegangan
yang kuat maka beberapa molekul minyak akan terionisasi, dan melepas gas.
Ternyata gelembung gas tersebut tidak menghilang
dengan cepat, tetapi masih terpencar di kedua ujung elektroda. Dan
gelembung-gelembung tersebut pecah menjadi gelembung yang lebih kecil lagi (micro-bubles).
Hal ini akan menyebabkan semakin cepatnya timbul Steamer Breakdown Voltage.
Karena pengaruh medan yang kuat diantara elekroda
maka gelembung-gelembung gas dalam cairan tersebut akan berubah menjadi
memanjang searah dengan medan. Gelembung-gelembung tersebut akan saling sambung
menyambung dan membentuk jembatan yang akhirnya akan mengawali terjadinya
kegagalan seperti dalam gambar 18.
Jika sudah terbentuk jembatan gelembung tersebut,
maka untuk lucutan korona berikutnya akan menjadi lebih cepat lagi sehingga
terjadilah Streamer Breakdown Voltage seperti gambar 19.
Jika sudah terbentuk jembatan gelembung tersebut,
maka untuk lucutan korona berikutnya akan menjadi lebih cepat lagi sehingga
terjadilah Streamer Breakdown Voltage seperti gambar 19.
Gambar
IV.17. Inception Voltage Corona
Gambar
IV.18. Lucutan Korona pada Gelembung
Gambar
IV.19. Streamer Breakdown Voltage
Gambar
IV.20. Streamer Breakdown pada
elektroda 1 mm tegangan AC
Gambar
IV.21. Streamer Breakdown pada
elektroda 2 mm tegangan DC
Gambar
22. Cacat
pada Elektroda
IV. IV.10. Efek Mekanik Korona
Selain menimbulkan gelembung-gelembung gas, korona
juga menghasilkan beberapa efek mekanik, yaitu terjadinya lubang pada elektroda
datar yang bisa dilihat pada gambar 22. Pada gambar tersebut sangat terlihat
jelas goresan-goresan bulat yang terjadi karena terkena korona. Dari gambar 22
dapat diketahui juga bahwa korona tidak mengarah pada satu titik saja, lucutan
korona bisa terjadi di beberapa titik.
Gambar IV.23. Perbedaan
Elektroda Sebelum dan Sesudah Percobaan
Jika dibandingkan dengan elektroda datar yang belum
terkena korona. Maka perbandingan permukaannya akan sangat terlihat jelas,
dimana elektroda datar yang belum terkena korona masih terlihat sangat halus
dan elektroda datar yang sudah terkena korona penuh akan goresan seperti yang
ada pada gambar 23.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1. Kesimpulan
Semakin besar diameter ujung elektroda maka semakin
besar juga nilai Inception Voltage dan Streamer Breakdown Voltage.
Efek kestabilan korona atau corona stabilization
effect ipengaruhi juga oleh besarnya permukaan elektroda tersebut. Dimana
semakin besar permukaannya maka corona stabilization effect semakin
tidak efektif , hal ini disebabkan karena semakin besar muatan ruangnya
sehingga menghambat terjadinya korona.
Gelembung-gelembung gas mempunyai pengaruh pada
peristiwa terjadinya tegangan tembus (Streamer Breakdown Voltage) dimana
gelembung tersebut akan mempercepat proses terjadinya Streamer Breakdown,
karena gelembung-gelembung gas tersebut memilki kekuatan dielektrik yang lebih
rendah dari minyak.
V.2. Saran
Dapat dijadikan dasar perbandingan pengujian dengan
solasi yang sama namun dengan memperhatikan kondisi suhu dan temperatur yang
berbeda
Pada pengujian dilakukan untuk 3 jarak sela yang
berbeda, selanjutnya dapat dilakukan pengujian dengan lebih banyak variasi jarak
untuk mengetahui lebih detail gejala pre-brekdown pada isolasi minyak.
DAFTAR PUSTAKA
(2)
I Made Indra
Wijaya.Karakteristik korona dan teganga tembus isolasi minyak padakonfigurasi
elektroda jarun-plat. 2008.ITS.
(3)
Aslimeri.Teknik
Transmisi Tenaga Listrik.2008.DEPDIKNAS
Tidak ada komentar:
Posting Komentar