analisis perilaku kontaminan air dalam minyak ...repository.ub.ac.id/2146/1/hesti vini...
TRANSCRIPT
ANALISIS PERILAKU KONTAMINAN AIR DALAM MINYAK
TRANSFORMATOR SHELL DIALA B PADA MEDAN LISTRIK
HOMOGEN DAN NON HOMOGEN
SKRIPSI
TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI TEKNIK ENERGI ELEKTRIK
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Disusun Oleh:
HESTI VINI WIDIASTUTI
NIM. 135060301111057
KEMENTERIAN RISET TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK
MALANG
2017
Gantung Anganmu setinggi angkasa
Jangan pernah ragu tuk menggapainya
Karna walau terjatuh,
Kan tetap berada di deretan bintang-bintang harapan
Teriring Ucapan Terima Kasih kepada:
Malaikat tanpa sayapku Ayahanda dan Ibunda tercinta
Kakak dan Adik tercinta
RINGKASAN
Hesti Vini Widiastuti, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Juni
2017, Analisis Perilaku Kontaminan Air Dalam Minyak Transformator Shel Diala B Pada
Medan Listrik Homogen dan Non-Homogen,Dosen Pembimbing: Drs. Ir. Moch. Dhofir, M.T dan
Ir. Hery Purnomo, M.T
Faktor utama ketidakmurnian pada minyak transformator yaitu disebabkan oleh adanya
kandungan air pada minyak transformator. Kandungan air dalam minyak transformator bisa hadir
akibat proses oksidasi isolasi kertas-minyak dan penetrasi udara atmosfir ke dalam tangki.
Kandungan air pada minyak transformator dapat menurunkan kekuatan dielektrik secara
signifikan.
Pada penelitian ini dilakukan pengujian tegangan tembus dan arus bocor minyak
transformator menggunakan pembangkit tegangan tinggi AC. Cawan standar VDE 370 jarak sela
2,5 mm digunakan untuk pengujian tegangan tembus, sedangkan elektroda piring-piring dan
jarum-piring digunakan untuk pengujian arus bocor minyak transformator. Pembangkit tegangan
tinggi DC digunakan untuk pengujian arus konduksi minyak transformator dengan elektroda
cincin pengaman jarak sela 5 mm untuk mendapatkan nilai resistivitas dan permitivitas minyak
transformator. Distribusi medan listrik homogen dan tak homogen disimulasikan menggunakan
Femm 4.2. Pada penelitian ini terdapat 3 kondisi yaitu minyak transformator murni,
terkontaminasi air dan minyak terkontaminasi air setelah pemanasan.
Pada penelitian ini didapatkan bahwa efesiensi pada elektroda piring-piring (medan
homogen) dan jarum-piring (medan tak homogen) berturut-turut yaitu 100% dan 20%. Tingkat
kontaminan air (0,13%) pada minyak transformator tegangan tembus menurun secara signifikan
berturut-turut yaitu 23,98 kV dan 2,79 kV. Arus bocor minyak transformator dalam keadaan
murni pada susunan elektroda piring-piring (medan homogen) dan elektroda jarum-piring
(medan tak homogen) berturut-turut yaitu 35,4 μA dan 26,73 μA pada tegangan 30 kV jarak sela
20 mm. Pada tingkat kontaminan air (0,1%) dalam minyak transformator arus bocor naik secara
signifikan pada susunan elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring berturut-turut yaitu
50,33 μA dan 39,87 μA dengan tegangan dan jarak sela yang sama.
Kata Kunci : Minyak Transformator, Kegagalan Isolasi Cair, Arus bocor, Tegangan
Tembus, FEMM
SUMMARY
Hesti Vini Widiastuti, Department of Electrical Engginering, Faculty of Engineering,
University of Brawijaya, June 2017, Behavior Analysis of Water Contaminants in Transformer
Oil Shell Diala B on Flied of Homogeneous and Non Homogeneous, Academic Supervisor: Drs.
Ir. Moch. Dhofir, M.T and Ir. Hery Purnomo, M.T
The main factor of impurities in the oil of a transformer that is caused by the presence
of moisture content in transformer oil. Moisture content in transformer oil can be present due to
the oxidation process of the paper-oil insulation and air penetration into the atmosphere in the
tank. Moisture content in transformer oil dielectric strength may decrease significantly.
This research was conducted at the test voltage of translucent oil and the current
transformer oil leaked using high voltage ac generator. The cup standard VDE 370 2,5 mm used
for voltage testing is translucent, while the electrode plates and electrode needle-plates for
testing current transformer oil leaked. High voltage DC generator used for testing current
conduction oil transformer with a safety ring electrode distance broke in 5 mm to get the value
of resistivity and permittivity of the transformer oil. Electric field distribution is not
homogeneous and homogeneous simulated using Femm 4.2. In this study there are three
conditions, namely the pure transformer oil, contaminated water and oil contaminated water
after warming up
On this research obtained that the peasants on the electrode plates (homogeneous field)
and the needle plate (not-homogeneous field) consecutive 100% and 36.04%. The level of water
contaminants (0.13%) on transformer oil breakdown voltage lowering significantly consecutive
23.98 kV and kV 2.79. Current transformer oil leaked in a homogeneous field and not-
homogeneous consecutive 35.4 μA and 26.73 μA at 30 kV voltage interrupted distance 20 mm.
The level of water contaminants (0.1%) on transformer oil leak flow significantly raise
consecutive 50.33 μA and 39.87 μA with voltage and the distance the same sidelines
Keyword : Transformer Oil, The Failure of Insulating Liquid, Leakage Current,
Breakdown Voltage, FEMM
PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji hanya bagi Allah Subhanahu Wa Taala, Rabb alam semesta.
Dialah Allah, Tuhan Yang Maha Satu, Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang. Dialah
Sebaik baik Penolong dan Sebaik baik Pelindung. Shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad
Rasulullah Shallallahu Alaihi Wa Salam, Sang pembawa kabar gembira dan sebaik baik suri
tauladan bagi yang mengharap Rahmat dan Hidayah-Nya.
Sungguh hanya melalui Pertolongan dan Perlindungan Allah SWT semata sehingga dapat
terselesaikan skripsi ini. Dengan seizin Allah SWT, di kesempatan yang baik ini dihaturkan rasa
terima kasih dan penghargaan yang sebesar besarnya atas bantuan sehingga terselesainya skripsi
ini kepada:
1. Bapak M. Aziz Muslim, ST., MT., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
Universitas Brawijaya.
2. Bapak Hadi Suyono, ST.,MT., Ph.D. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro
Universitas Brawijaya.
3. Ibu Rini Nur Hasanah, Dr., ST., Msc. selaku KKDK Teknik Energi Elektrik yang
telah banyak memberikan pengarahan, bimbingan, nasehat, saran dan motivasinya.
4. Bapak Moch. Dhofir, Drs., Ir., MT. selaku dosen pembimbing dan Ka. Lab Teknik
Tegangan Tinggi yang telah banyak memberikan bimbingan, nasehat, saran, masukan
dan motivasinya.
5. Bapak Ir. Herry Purnomo, MT. selaku dosen pembimbing yang telah banyak
memberikan bimbingan, nasehat, saran, masukan dan motivasinya.
6. Kepala Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Teknik Elektro Universitas Brawijaya
atas segala alat serta sarana dan prasarana yang dimanfaatkan dalam melakukan
penelitian ini.
7. Keluarga tercinta, kedua orang tua Talim dan Muslihatun yang selalu memberikan
kasih sayang, motivasi dan do’anya yang tiada akhir.
8. Kakak dan adik tercinta, Priska Restu Utami dan Izar Hairul Anam yang telah
memberikan semangat dan motivasi untuk menyelesaikan skripsi ini.
9. Keluarga besar angkatan 2013 “SPECTRUM” atas do'a, semangat, serta dukungan
yang diberikan dalam penelitian ini.
i
10. Rekan-rekan dari Paket A 2013 yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu,
terimakasih atas kerja sama, senang, duka selama perkuliahan berlangsung.
11. Keluarga besar laboratorium Sistem Daya Elektrik, Wildan, Lestari, Ayub, Bakti,
Syamsyu, Orlando, Sipa, Revo, Hamid, Riko dan amrul, kalian tidak bisa dilupakan
yang selalu membuat saya bahagia.
12. Keluarga besar Tim Robotika yang selalu memberikan semangat dan terimakasih
pengalaman yang luar biasa selama 3 tahun ini.
13. Untuk Wildan Alfi Syahri terimakasih yang selalu menemani disaat susah senang dan
memotivasi untuk segera menyelesaikan skripsi ini.
14. Untuk rekan kos Cendana Ain, Ulya, Kiki Ori, Kiki kw, Ella, Erlinda, Alvi, Devin,
Jen, Febri, Dwi yang selalu menemani baik susah maupun senang dan selalu
menghibur dikala kegabutan.
15. Semua pihak yang telah memberikan bantuan serta dukungan baik secara langsung
maupun tidak langsung atas penyusunan skripsi ini.
Sekiranya Allah SWT mencatat amal baik kepada semua pihak yang turut membantu
menyelesaikan skripsi ini. Akhirnya, dapat di sadari bersama bahwa skripsi ini masih jauh dari
sempurna namun semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Allahumma
Amîn.
Malang, Juni 2017
Penulis
DAFTAR ISI
PENGANTAR ........................................................................................................................... 8
DAFTAR ISI............................................................................................................................ 10
DAFTAR TABEL ................................................................................................................... 12
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................... 13
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................................... 15
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah .................................................................................................. 2
1.4 Tujuan .................................................................................................................. 3
1.5 Manfaat .............................................................. Error! Bookmark not defined.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................................. 5
2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................................................. 5
2.2 Minyak Isolasi Transformator ............................................................................. 5
2.3 Sifat-sifat Isolasi Cair .......................................................................................... 6
2.4 Minyak Transformator Shell Diala B .................................................................. 9
2.5 Pengotoran Pada Minyak Transformator ............................................................ 9
2.6 Mekanisme Kegagalan Pada Isolasi Minyak Transformator ............................ 11
2.6.1 Kegagalan Bola Cair dalam Zat Cair ...................................................................... 11
2.6.2 Kandungan Air Dalam Minyak Transformator ..................................................... 12
2.7 Fenomena Jembatan Pada Minyak Transformator ............................................ 13
2.8 Pembangkitan dan Pengukuran Tegangan Tinggi Bolak Balik ........................ 14
2.9 Pembangkitan dan Pengukuran Tegangan Tinggi Searah ................................. 15
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................. 17
3.1 Studi Literatur ................................................................................................... 17
3.2 Persiapan Alat ................................................................................................... 17
3.3 Fungsi Peralatan ................................................................................................ 17
3.4 Persiapan Pengujian .......................................................................................... 18
3.4.1 Persiapan Elektroda ................................................................................................... 18
3.4.2 Persiapan Kotak Uji .................................................................................................. 19
3.4.3 Persiapan Kontaminan .............................................................................................. 19
3.5 Kondisi Pengujian ............................................................................................. 20
3.5.1 Kondisi Pengujian Sampel Minyak Shell Diala B ................................................ 20
3.5.2 Kondisi Pengujian Minyak Shell Diala B Kondisi Murni .................................... 21
3.5.3 Kondisi Pengujian Minyak Shell Diala B Terkontaminasi Air ........................... 21
3.5.4 Kondisi pengujian minyak Shell Diala B terkontaminasi air setela
dipanaskan ......................................................................................................... 22 3.6 Rangkaian Pengujian Tegangan Tembus, Arus Bocor dan Resistivitas
Pada Minyak Shell Diala B ............................................................................... 22
3.7 Pengujian Tegangan Tembus Minyak Shell Diala B ........................................ 23
3.8 Pengujian Arus Bocor Minyak Shell Diala B ................................................... 25
3.9 Pengujian Resistivitas dan Permitivitas Minyak Shell Diala B ........................ 27
3.10 Simulasi Distribusi Medan Listrik Pada Susunan Elektroda Homogen dan
Non-Homogen Pada Pengujian Minyak Shell Diala B ..................................... 29
3.11 Pengamatan Pergerakan Partikel Tetesan Air dalam Minyak ........................... 31
3.12 Analisis Data ..................................................................................................... 33
3.13 Kesimpulan dan Saran ....................................................................................... 34
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN .......................................................................... 35
4.1 Pengaruh Tegangan Tembus Pada Minyak Shell Diala B ................................ 35
4.1.1 Pengaruh Tegangan Tembus Pada Minyak Shell Diala B dengan Kondisi
Minyak Murni ................................................................................................... 35
4.1.2 Pengaruh Kontaminan Air Terhadap Tegangan Tembus Pada Minyak
Shell Diala B ..................................................................................................... 37
4.1.3 Pengaruh Kontaminan Air Setelah Dipanaskan Terhadap Tegangan
Tembus Pada Minyak Shell Diala B ................................................................. 38
4.2 Pengaruh Arus Bocor Pada Minyak Transformator Shell Diala B ................... 40
4.2.1 Pengaruh Arus Bocor Pada Minyak Transformator Shell Diala B Kondisi
Murni ................................................................................................................. 40
4.2.2 Pengaruh Arus Bocor Pada Minyak Transformator Shell Diala B dengan
Penambahan Kontaminan Air ........................................................................... 42
4.3 Resistivitas dan Permitivitas Minyak Transfromator Shell Diala B ................. 51
4.4 Fenomena Pergerakan Partikel Kontaminan Air Pada Susunan Elektroda
Piring-Piring dengan Jarak Sela 10 mm ............................................................ 54
4.5 Simulasi Distribusi Medan Listrik Pada Elektroda Piring-Piring dan
Elektroda Jarum-Piring Pada Minyak Transfromator Shell Diala B ................. 57
4.5.1 Simulasi Distribusi Medan Listrik Pada Elektroda Piring-Piring Pada
Minyak Transfromator Shell Diala B dengan Jarak Sela 5 mm ........................ 57
4.5.2 Simulasi Distribusi Medan Listrik Pada Elektroda Jarum-Piring Pada
Minyak Transfromator Shell Diala B dengan Jarak Sela 5 mm ........................ 59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................................. 63
5.1 Kesimpulan ........................................................................................................ 63
5.2 Saran .................................................................................................................. 64
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................... 65
LAMPIRAN .............................................................................................................................. 67
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
Tabel 2. 1 Spesifikasi penggunaan dan perawatan transformator menurut SPLN 49
tahun 1982 ............................................................................................................... 7
Tabel 3. 1 Komposisi Penambahan Air Pada Minyak Shell Diala B Pada Cawan
Standar VDE 370 .................................................................................................. 20
Tabel 3. 2 Komposisi Penambahan Air Pada Minyak Transformator Pada Chamber
Mika ...................................................................................................................... 20
Tabel 4. 1 Data tegangan tembus minyak transformator murni sebelum dipanaskan
dan sesudah dipanaskan ........................................................................................ 35
Tabel 4. 2 Data pengujian tegangan tembus dengan penambahan kontaminan air
pada cawan standar VDE 370 ............................................................................... 37
Tabel 4. 3 Tabel Tegangan Tembus Pada Minyak Transformator Terkontaminasi
Air dan Setelah Dipanaskan .................................................................................. 39
Tabel 4. 5 Data perbandingan arus bocor terhadap tegangan menurut trendline ................... 42
Tabel 4. 6 Data pengujian arus bocor minyak transformator Shell Diala B
terkontaminasi air pada jarak sela 15 mm dengan menggunakan susunan
elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring ............................................... 43
Tabel 4. 7 Data Analisis Trendline pada jarak sela 15 dengan susunan elektroda
piring-piring dan elektroda jarum-piring ............................................................... 45
Tabel 4. 8 Data hasil pengujian arus bocor minyak transformator terkontaminasi air
pada jarak sela 20 mm dengan elektroda piring-piring dan elektroda
jarum-piring ........................................................................................................... 47
Tabel 4. 9 Perbandingan nilai arus bocor minyak transformator terkontaminasi air
menurut data dengan trendline pada jarak sela 20 mm degan elektroda
piring-piring dan elektroda jarum-piring ............................................................... 49
Tabel 4.10 Hasil data pengujian arus konduksi pada minyak transformator .......................... 51
Tabel 4. 11 Hasil data perhitungan nilai resistivitas pada minyak transformator .................... 52
Tabel 4. 12 Hasil data perhitungan konduktivitas pada minyak transformator ........................ 53
Tabel 4. 13 Hasil data pengujian arus bocor pada minyak transformator ................................ 53
v
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
Gambar 2. 1 Ilustrasi pengukuran resistivitas ......................................................................... 8
Gambar 2. 2 Teori kegagalan bola cair dalam zat cair .......................................................... 11
Gambar 2. 3 Kegagalan dielektrik cair karena adanya bola air ............................................. 12
Gambar 2. 4 Nilai tekanan listrik berbentuknya setengah bola (hemispherical) ................... 14
Gambar 2. 5 Rangkaian pengukur pembangkitan tegangan tinggi arus bolak-balik
(AC) .................................................................................................................. 15
Gambar 2. 6 Rangkaian pengukuran pembangkit tegangan tinggi arus searah ..................... 16
Gambar 3. 1 Elektroda medan homogen dan non-homogen ................................................. 19
Gambar 3. 2 Kotak uji atau chamber ..................................................................................... 19
Gambar 3. 3 Rangkaian pengujian arus bocor pada pengujian tegangan tinggi AC ............. 22
Gambar 3. 4 Rangkaian pengukuran arus bocor, resistivitas dan permitivitas pada
pengukuran tegangan tinggi DC ....................................................................... 23
Gambar 3. 5 Diagram alir pengujian tegangan tembus pada pengujain tegangan
tinggi AC .......................................................................................................... 25
Gambar 3. 6 Diagram alir pengujian arus bocor pada pengujian tegangan tinggi AC .......... 27
Gambar 3. 7 Chamber untuk pengujian resistivitas dan permitivitas .................................... 28
Gambar 3. 8 Diagram alir untuk pengujian permitivitas dan resistivitas pada
minyak .............................................................................................................. 29
Gambar 3. 9 Diagram alir simulasi distribusi medan listrik pada minyak Shell Diala
B menggunakan program Femm 4.2 ................................................................ 31
Gambar 3. 10 Diagram alir pengamatan pergerakan partikel kontaminan tetesan air
dalam minyak Shell Diala B ............................................................................. 33
Gambar 4. 1 Fenomena karbon pada minyak transformator ................................................. 36
Gambar 4. 2 Grafik hubungan tegangan tembus dengan kenaikan kontaminan air
pada minyak transformator ............................................................................... 37
Gambar 4. 3 Fenomena pengujian pengaruh kontaminan air terhadap tegangan
tembus pada minyak transformator .................................................................. 38
Gambar 4. 4 Tegangan Tembus Pada Minyak Transformator Terkontaminasi Air
dan Setelah Dipanaskan .................................................................................... 39
Gambar 4. 5 Grafik hubungan arus bocor untuk setiap kenaikan tegangan AC pada
susunan elektroda piring-piring dan jarum-piring pada setiap jarak sela ......... 41
Gambar 4. 6 Grafik hubungan tingkat arus bocor untuk setiap kenaikan kontaminan
air pada susunan elektroda piring-piring dan jarum-piring pada jarak
sela 15 mm ........................................................................................................ 46
Gambar 4. 7 Grafik hubungan tingkat arus bocor untuk setiap kenaikan tegangan
AC pada susunan elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring
pada jarak sela 15 mm ...................................................................................... 44
Gambar 4. 8 Grafik hubungan arus bocor untuk setiap kenaikan kontaminan air
pada susunan elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring pada
setiap jarak sela 20 mm .................................................................................... 48
Gambar 4. 9 Grafik karakteristik arus bocor minyak transformator Shell Diala B
terhadap tegangan pada jarak sela 20 mm dengan elektroda piring-
piring dan elektroda jarum-piring ..................................................................... 50
vi
Gambar 4.11 Fenomena pergerakan kontaminan air pada susunan elektroda piring-
piring dengan jarak sela 10 mm terhadap tegangan 10 kV............................... 55
Gambar 4.12 Pergerakan partikel air pada susunan elektroda jarum-piring dengan
jarak sela 10 mm terhadap tegangan 10 kV ...................................................... 56
Gambar 4. 13 Simulasi distribusi medan listrik pada elektroda piring-piring ........................ 58
Gambar 4. 14 Grafik kuat medan listrik pada elektroda piring-piring .................................... 58
Gambar 4. 15 Simulasi distribusi medan listrik pada elektroda jarum-piring ......................... 59
Gambar 4. 16 Grafik kuat medan listrik pada susunan elektroda jarum-piring ...................... 60
DAFTAR LAMPIRAN
No. Judul Halaman
Lampiran 1 Data tegangan tembus minyak transformator murni ....................................... 68
Lampiran 2 Data tegangan tembus minyak transformator terkontaminasi air dan
setelah pemanasan ......................................................................................... 68
Lampiran 3 Data arus bocor minyak transformator murni ................................................ 69
Lampiran 4 Data arus bocor minyak transformator terkontaminasi air .............................. 71
Lampiran 5 Foto Pengujian ................................................................................................. 79
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada peralatan tegangan tinggi, bahan dielektrik dibutuhkan untuk memisahkan dua
atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antar penghantar tersebut tidak terjadi
hubung singkat. Salah satu peralatan tegangan tinggi yang digunakan dalam aplikasi tegangan
tinggi adalah transformator. Isolasi yang paling penting dan perlu mendapat perhatian khusus
adalah isolasi minyak. Transformator berkerja sesuai dengan kebutuhan beban, sehingga suhu
pada transformator akan mengalami perubahan yang dapat menurunkan kekuatan dielektrik
pada minyak isolasi. Minyak jenis Shell Diala B sangat baik terhadap perubahan suhu pada
transformator. Sifat bahan baku naphthenic pada Shell Diala B memberikan kinerja yang baik
pada suhu rendah tanpa menambahkan adatif lain dan baik dalam menyerap panas pada
transformator bahkan mulai dari suhu terendah.
Minyak trafo selain berfungsi untuk memisahkan penghantar-penghantar yang
bertegangan juga berfungsi sebagai pendingin transformator dengan cara memindahkan panas
ke lingkungan luar. Minyak trafo merupakan jenis bahan dielektrik cair yang mempunyai
kerapatan 1000 kali lebih besar dibandingkan dengan bahan isolasi gas, sehingga memiliki
kekuatan dielektrik lebih tinggi. Sifat-sifat dielektrik yang baik sebagai bahan isolasi
transformator adalah mempunyai nilai-nilai yang tinggi untuk kekuatan dielektrik, volume
resistivitas, panas jenis dan konduktivitas thermal. Selain itu, Sifat dielektrik juga harus
memiliki nilai-nilai yang rendah untuk faktor kerugian, kerapatan dan kekentalan. Salah satu
faktor dalam menurunnya sifat-sifat dielektrik isolasi adalah karena minyak transformator
mengalami ketidakmurnian (Dedi Nugroho, 2010, p.1).
Ketidakmurnian pada minyak transformator disebabkan oleh adanya bahan-bahan
material lain yang terkandung pada minyak transformator seperti partikel uap air, partikel gas,
dan partikel padat. Selain itu, ketidakmurnian minyak transformator dapat muncul dari proses
pembuatan atau selama penyimpanan dan selama pemakaian akibat pengaruh lingkungan.
Faktor utama ketidakmurnian pada minyak transformator adalah adanya kandungan air pada
minyak, karena kandungan air pada minyak transformator selalu terjadi baik minyak
transformator dalam keadaan baru atau minyak transformator yang sudah terpakai. Air pada
1
2
isolasi transformator disebabkan oleh proses oksidasi isolasi kertas-minyak dan penetrasi
udara atmosfer ke dalam tangki transformator. Oksidasi akan menghasilkan air dalam minyak
dan pada kondisi tertentu akan menyebabkan pengendapan (sludge) dalam minyak.
Kandungan air dalam transformator dapat juga berasal dari udara saat transformator dibuka
untuk keperluan inspeksi, dan apabila terjadi kebocoran maka uap air akan masuk kedalam
transformator karena perbedaan tekanan parsial uap air.
Kandungan air dalam minyak transformator akan menurunkan tegangan tembus dan
tahanan jenis pada minyak transformator secara signifikan, air ini juga akan mempercepat
kerusakan kertas isolasi. Jadi kandungan air dalam minyak sangat mempengaruhi penurunan
sifat-sifat dielektrik minyak mengalami penurunan. Kandungan air pada minyak menyebabkan
nilai konduktivitas menjadi meningkat dan kekuatan tegangan tembus pada minyak menjadi
menurun (A. Shkolnik, 2002, p.3).
Jadi, berdasarkan latar belakang tersebut akan dilakukan penelitian tentang pengaruh
kontaminan air pada minyak transformator terhadap tegangan tembusnya dan fenomena yang
disebabkan oleh air pada minyak transformator.
1.2 Rumusan Masalah
Mengacu pada permasalahan yang diuraikan dalam latar belakang, maka rumusan
masalah yang ada pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana distribusi medan listrik dan kekuatan dielektrik dari minyak
transformator Shell Diala B pada medan homogen dan tak homogen.
2. Bagaimana pengaruh kandungan air terhadap arus bocor pada minyak Shell Diala B
dalam medan homogen dan tak homogen.
3. Bagaimana pengaruh kandungan air terhadap tegangan tembus pada minyak
transformator Shell Diala B.
4. Bagaimana fenomena pergerakan partikel air dalam minyak Shell Diala B ketika
diberikan tegangan DC dengan medan homogen dan tak homogen.
1.3 Batasan Masalah
Agar masalah yang akan dibahas menjadi jelas dan tidak banyak menyimpang dari
topik yang akan dibahas, maka dalam penelitian ini menekankan, bahwa hal yang akan
dibahas adalah:
3
1. Pada penelitian ini dilakukan di laboratorium Tegangan Tinggi Jurusan Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
2. Minyak yang digunakan sebagai bahan penelitian adalah minyak Shell Diala B
3. Air yang digunakan pada penelitian ini adalah air aquades.
4. Pada penelitian ini hanya membahas isolasi minyak transformator.
5. Elektroda yang digunakan adalah elektroda piring-piring (medan seragam) dan
elektroda jarum-piring (medan tak seragam).
6. Penelitian ini dilakukan pada suhu ruang (24°C-26°C).
7. Penelitian ini metode untuk menghilangkan kandungan air pada minyak
transformator adalah metode pemanasan.
1.4 Tujuan
Tujuan dalam penelitian ini adalah melakukan pengujian dan analisis untuk
menyelidiki tingkat arus bocor, tegangan tembus, intensitas medan listrik dari minyak Shell
Diala B dalam medan homogen dan tak homogen dengan kontaminan air.
1.5 Manfaat
Manfaat dari penelitian ini untuk mengetahui fenomena bridging dan kekuatan
dielektrik apabila minyak transformator terkontaminasi oleh air. Agar dapat mencegah sedini
mungkin dari kerusakan isolasi minyak transformator. Sebagai referensi untuk pembahasan
mengenai pengaruh kontaminan air pada kekuatan dielektrik isolasi cair.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang digunakan dalam penyusunan laporan penelitian ini adalah
sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini membahas mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan
masalah, tujuan dan manfaat skripsi ini.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Membahas mengenai teori tentang dielektrik cair, minyak isolasi
transformator, Shell Diala B, sifat-sifat listrik cairan isolasi, pengotor pada
minyak transformator, mekanisme kegagalan isolasi cair, fenomena bridging,
4
pengujian tegangan tinggi tidak merusak, pengukuran tegangan tinggi AC dan
DC.
BAB III : METODE PENELITIAN
Memberikan penjelasan tentang metode yang digunakan dalam penelitian ini,
meliputi pengambilan data, prosedur perhitungan data.
BAB IV : ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Berisi data hasil perhitungan, dan analisis data.
BAB V : KESIMPULAN
Bab ini berisi kesimpulan dari hasil penelitian dan saran dari penulis.
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Pustaka
Semakin meningkatnya temperatur minyak menyebabkan meningkatnya larutan air
dalam minyak. Larutan air dalam minyak semakin meningkat apabila konsentrasi hidrokarbon
dalam minyak juga meningkat. Kelarutan air dalam minyak adalah fungsi kelembaban yaitu
relative linear untuk suhu 0°C dan 100°C. Hubungan ini bisa menjadi tidak linear apabila
kelembapan dalam minyak lebih besar dari 70 % dengan kadar asam yang tinggi. Dengan
adanya kandungan air yang terkandung dalam minyak menyebabkan kekuatan tegangan
tembus minyak mengalami penurunan dan nilai konduktivitas menjadi meningkat (A.
Shkolnik, 2002, p.3)
Kontaminan yang memiliki permitivitas berbeda dengan media dielektrik, akan
terpolarisasi. Partikel akan diinduksi oleh dipole dengan momen m yang besarnya sama
dengan E. Gaya E pada dipole yang berada dalam medan tidak seragam adalah m grad E dan
menjadi E2 pada dipole yang terinduksi. Kuat medan ini akan menyebabkan kontaminan
dengan permitivitas yang tinggi bergerak kearah medan tinggi (Shekhar Mahmud, 2012, p.3).
Dari kasus yang sudah lakukan membahas bagaimana fenomena bridging pada partikel
selulosa pada minyak. Penelitian ini dilakukan bagaimana fenomena bridging pada partikel air
apabila diberikan medan listrik yang tinggi didalam minyak.
2.2 Minyak Isolasi Transformator
Transformator daya untuk tegangan tinggi memuat minyak isolasi dalam jumlah yang
banyak, sesuai dengan dimensi transformator. Minyak tersebut digunakan sebagai media
isolasi dan pendingin. Minyak dipilih sebagai media isolasi dan pendingin dengan
pertimbangan, bahwa minyak mempunyai kerapatan yang lebih tinggi daripada gas sehingga
dengan volume yang sama mempunyai tingkat isolasi yang lebih tinggi. Minyak juga
merupakan zat cair yang memiliki kemampuan untuk meliputi seluruh bagian objek yang
diisolasi. Sifat ini yang tidak dimiliki oleh material padat. Bahkan minyak 10 kali lebih efisien
5
6
dibandingkan nitrogen dalam hal kemampuan menghantarkan dan menyalurkan panas (Naidu
and Kamaraju, 1995, p.3). Sehingga minyak banyak digunakan sebagai media isolasi dan
pendingin transformator. Lebih dari itu, fungsi minyak dalam transformator sebagai berikut:
1. Sebagai materi yang mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi.
2. Sebagai media pendingin dan penyalur panas yang efisien.
3. Melindungi inti dan lilitan dari pengotor yang dapat menghalangi pelepasan panas.
4. Meminimalkan kandungan oksigen dengan material lain akan teroksidasi.
Umumnya minyak isolasi berasal dari minyak bumi, namun ada juga yang berasal
dari hydrocarbon sintetik atau hydrocarbon ter-halogenasi, bahkan saat ini pemakaian minyak
isolasi transformator yang berasal dari minyak tumbuhan. Di pasaran minyak isolasi beredar
dengan berbagai merk dan jenis yang disesuaikan dengan tingkatan kemampuan isolasinya,
diantaranya beredar dengan merk: shell Diala-AX, Shell Diala-B, Shell Diala-C, Shell Diala-
D, jika digunakan sebagai isolasi listrik minyak harus bebas dari segala macam pengotor
seperti air, zat oksidan dan partikel konduktif sebab akan menurunkan kualitas minyak sangat
signifikan.
2.3 Sifat-sifat Isolasi Cair
Sebagai bahan isolasi minyak harus memiliki kemampuan atau sifat dielektrik
diantaranya adalah sebagai berikut:
a. Menahan terhadap tegangan tembus (semakin tinggi nilai tegangan tembusnya maka
kualitas isolasinya akan semakin membaik).
b. Sebagai bahan pendingin yang harus mampu meredam panas yang ditimbulkan
untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebih perlu dilengkapi dengan sistem
pendingin untuk menyalurkan panas dari transformator.
c. Sebagai media untuk memadamkan busur api karena pada saat beroperasi
transformator dapat menghasilkan senyawa gas sebagai hasil proses penuaan dan
adanya dampak gangguan, kenaikan suhu yang berlebih akan memungkinkan
terjadinya loncatan bunga api didalam belitan transformator tersebut.
d. Melindung belitan dan body transformator dari terjadi oksidasi dan korosi.
7
Agar minyak dapat berfungsi sebagai isolasi yang baik maka diperlukan adanya
perhatian pada sifat-sifat listriknya. Karakteristik yang perlu diketahui yaitu sebagai berikut:
a. Tegangan tembus
Tegangan tembus adalah tegangan dimana tembus listrik antara elektroda yang
terpisah 2.5 mm pada laju kenaikan tegangan standar IEC 156. Tegangan tembus ini
sangat penting pada kandungan uap air (basah) di dalam minyak, sedikit kenaikan
kadar air akan menyebabkan kemerosotan yang tajam pada harga tembusnya.
Spesifikasi penggunaan dan perawatan transformator didalam standar SPLN 49
Tahun 1982 pada penggunaan transformator strandar tersebut dapat dilihat pada
Tabel 2.1.
Tabel 2.1
Spesifikasi penggunaan dan perawatan transformator menurut SPLN 49 Tahun 1982
No. Sifat Transformator Batas yang
diizinkan Metode Uji
1 Tegangan Tembus
≥ 170 kV
70-170 kV
≤ 70 kV
≥ 50 kV/2.5
mm
≥ 40 kV/2.5
mm
≥ 30 kV/2.5
mm
IEC 156
2 Kandungan Air ≥ 170 kV
≤ 170 kV
≤ 20 mg/l
≤ 30 mg/l
IEC R760
3 Faktor Kebocoran
Dielektrik
Semua
Tegangan ≤ 0.2-2.0
IEC 247 &
IEC 250
4 Tahanan Jenis Semua
Tegangan 10 GOhm-m
IEC 93 & IEC
247
5 Angka Kenetralan Semua
Tegangan
≤ 0.5
mgKOH/gr IEC 296
6 Sedimen - Tidak terukur IEC 296
7 Titik Nyala -
Pemanasan
maksimum
150C
IEC 296
8 Tegangan Permukaan - ≥ 15x10-3 Nm-
1 IEC 296
9 Kandungan Gas ≥ 170 kV Sedang digarap
IEC
Sumber: SPLN 49 (1982, p.8)
8
b. Tahanan Jenis (Resistivitas)
Sesuai dengan fungsinya, bahan isolasi yang baik adalah bahan isolasi yang
mempunyai resistivitas yang tak terhingga. Tetapi pada kenyataannya bahan yang
demikian belum bisa diperoleh. Sampai saat ini semua bahan isolasi pada teknik
listrik masih mengalirkan arus listrik (walaupun kecil) yang lazim disebut arus
bocor. Hal ini menunjukkan bahwa resistansi bahan isolasi bukan tidak terbatas
besarnya. Besarnya resistivitas bahan isolasi sesuai dengan Persamaan (2-1) dan
Persamaan (2-2), untuk nilai luas permukaan elektroda dapat dilihat pada Gambar
2.1 (Muhaimin,1993:3).
Gambar 2. 1 Ilustrasi pengukuran resistivitas
Sumber: Dieter Kind (1993,p.67)
.................................................................................................... (2-1)
..................................................................................................... (2-2)
Keterangan:
: Resistivitas minyak isolasi (
R : Resistansi isolasi cair (ohm)
V : Tegangan sumber yang diberikan (V)
A : Luas permukaan elektroda (m)
s : Jarak sela elektroda (m)
: Arus konduksi (ampere)
c. Permitivitas
Setiap bahan isolasi mempunyai permitivitas yang berbeda. Permitivitas minyak
isolasi dapat dihitung dari kapasitansi minyak isolasi dengan Persamaan (2-3)
sebagai berikut: (Muhaimin,1999:4).
9
.................................................................................................. (2-3)
Keterangan:
C : Kapasitansi dari bahan dielektrik (F)
: Permitivitas bahan dielektrik (F/m)
s : jarak antar sela ke kapasitor (m)
A : Luas permukaan keeping kapasitor (m2)
:Permitivitas vakum atau konstanta listrik (8,85x 10-12
F/m)
2.4 Minyak Transformator Shell Diala B
Minyak transformator Shell Diala B merupakan salah satu minyak yang digunakan
sebagai isolasi pada transformator selain beberapa merek minyak transformator lain yang
banyak digunakan dilapangan. Minyak transformator Shell Diala B memiliki beberapa sifat-
sifat sebagai berikut:
1. Shell Diala B adalah minyak mineral yang khusus dibuat melalui proses pemurnian
untuk aplikasi kelistrikan.
2. Shell Diala B tidak lagi mengandung bahan beracun PCB (Poly Chloronated
Byphenils).
3. Sifat teknis yang terpenting:
a. Insulator yang baik.
b. Penghantar panas yang baik.
c. Daya hantar yang baik terhadap proses degradasi.
4. Fungsinya
a. Insulator
Menginsolasi kumparan didalam minyak transformator supaya tidak terjadi
loncatan bunga api listrik (hubungan pendek) akibat tegangan tinggi.
b. Pendingin
Mengambil lalu melepaskan panas yang ditimbulkan sewaktu transformator
menerima beban listrik.
c. Melindungi
Melindungi komponen-komponen didalam transformator terhadap korosi dan
oksidasi
10
2.5 Pengotoran Pada Minyak Transformator
Kekurangan utama dari isolasi cair termasuk pada minyak transformator adalah
mudahnya terkontaminasi dan timbulnya atau terdapatanya pengotoran pada minyak
transformator tersebut. Kontaminan pada minyak transformator merupakan suatu hal yang
tidak bisa dihindari yang bisa muncul selama proses pembuatan, penyimpanan, maupun
selama proses pemakaian. Meskipun minyak telah dibuat melalui proses pemurnian yang
benar, beberapa pengotor masih mungkin tertinggal di dalam cairan yang akhirnya dapat
mempengaruhi kestabilan minyak transformator. Beberapa faktor yang sering timbul dalam
minyak transformator dapat menyebabkan penurunan kualitas isolasi minyak tersebut adalah:
a. Partikel
Ketidakmurnian memegang peranan penting dalam penentuan kualitas dari isolasi
minyak transformator. Partikel debu atau serat selulosa dari sekeliling dielektrik
padat selalu tertinggal dalam cairan. Begitu juga dengan partikel yang lembab atau
basah.
b. Patikel yang lembab atau basah juga merupakan hal yang lebih memperburuk
kualitas dari isolasi minyak transformator.
c. Air
Air yang dimaksud adalah berbeda dengan partikel yang lembab. Air sendiri akan
ada dalam minyak yang sedang beroperasi/dipakai. Namun demikian pada kondisi
operasi normal, peralatan cenderung untuk membatasi kelembaban hingga nilainya
kurang dari 10%.
d. Gelembung
Gelembung juga merupakan salah satu kondisi/keadaan yang dapat mengganggu
fungsi dari minyak transformator. Pada gelembung dapat terbentuk kantung-kantung
gas yang terdapat dalam lubang atau retakan permukaan elektroda, yang dengan
penguraian molekul-molekul cairan menghasilkan gas atau dengan penguatan cairan
lokal melalui emisi electron dari ujung tajam katoda.
Pengotor minyak isolasi yaitu air dan kelembapan, ketika pada kondisi normal
peralatan cenderung untuk membatasi kelembapan hingga nilainya kurang dari 10%. Medan
listrik akan menyebabkan air yang tertahan di dalam minyak menjadi tidak stabil. Kanal
11
kegagalan akan menjalar dari ujung pengotor air yang memanjang sehingga menghasilkan
kegagalan total. Bila dalam minyak terdapat kelembaban, maka hal ini dapat membentuk lajur-
lajur yang membuka jalan terhadap terjadinya hubung singkat. Kelembaban tidak saja
menurunkan daya isolasi minyak, melainkan kelembaban itu dapat pula diserap oleh bahan
isolasi lainnya, sehingga seluruh dari bagian transformator akan menjadi terancam karena
kelembaban ini.
2.6 Mekanisme Kegagalan Pada Isolasi Minyak Transformator
Teori mengenai kegagalan dalam zat cair dewasa ini kurang banyak diketahui
dibandingkan dengan teori kegagalan gas atau zat padat. Hal tersebut disebabkan karena
sampai saat ini belum didapatkan teori yang dapat menjelaskan proses kegagalan dalam zat
cair yang benar-benar sesuai antara keadaan secara teoritis dengan keadaan yang sebenarnya.
Banyak segi kegagalan zat cair telah diselidiki oleh para ahli, tetapi hasil-hasil dan
kesimpulannya tidak dapat dipertemukan untuk memperoleh teori umum yang berlaku untuk
semua zat isolasi cair, karena data-data yang dihasilkan berbeda dan bahkan bertentangan satu
sama lain. Hal ini disebabkan karena tidak adanya teori yang bersifat komprehensif yang
berlaku untuk semua kasus mengenai dasar-dasar fisika keadaan cair untuk digunakan sebagai
dasar perbandingan hasil penelitian.
2.6.1 Kegagalan Bola Cair dalam Zat Cair
Jika suatu zat isolasi cair mengandung sebuah bola cair dari jenis cairan lain, maka
dapat terjadi kegagalan akibat ketakstabilan bola cair tersebut dalam medan lsitrik. Medan ini
akan mempunyai pengaruh kepada bentuk bola cair.
Bola cair yang dikenai medan lsitrik E akan berubah bentuk menjadi sferoida
(speroid), lihat Gambar 2.2 dengan medan di dalamnya sebesar E2.
Gambar 2. 2 Teori kegagalan bola cair dalam zat cair
Sumber : Arismunandar (1982,p.80)
12
Contoh kegagalan dielektrik (silikon) cair karena adanya bola air terlihat pada Gambar
2.3, sesudah menjadi tidak stabil bola air cepat memanjang dan bila panjangnya telah
mencapai dua pertiga celah elektroda maka saluran-saluran lucutan akan timbul sehingga
kemudian kegagalan total terjadi.
Gambar 2.3 Kegagalan dielektrik cair karena adanya bola air
Sumber: Arismunandar (1982,p.80)
2.6.2 Kandungan Air Dalam Minyak Transformator
Kandungan air dalam minyak transformator bisa hadir kapan saja, yaitu ketika saat
proses pembuatan minyak atau ketika transformator sedang beroperasi. Ada dua sumber utama
kenaikan air dalam isolasi transformator, yaitu masuknya air dari atmosfer (udara luar) serta
degradasi selulose dan minyak. Keberadaan kandungan air dalam minyak bisa dapat terjadi
dalam bentuk terlarut dan dapat pula hadir dalam bentuk senyawa hidrat, yaitu zat pada yang
mengikat beberapa molekul air sebagai bagian dari stukturnya. Selama proses
manufaktur/pembuatan, transformator dikeringkan sampai pengukuran atau praktik standar
akan menghasilkan kadar air dalam isolasi selulosa kurang dari 0,5%-1,0% tergantung pada
pengujian kandungan air berdasarkan standar IEC 60422 tahun 2005.
Seiring pengoperasian trafo, umumnya akan terjadi proses oksidasi pada kertas isolasi
dan minyak trafo yang menghasilkan asam. Kandungan asam dalam minyak trafo dapat
mempercepat penurunan kondisi/fungsi minyak trafo dan kertas isolasi trafo, yaitu:
1. Asam akan membentuk lebih banyak asam (peningkatan asam) dari minyak trafo
dan kertas isolasi trafo.
2. Peningkatan kandungan asam tersebut bersifat korosif terhadap logam, sehingga
akan membentuk lebih banyak partikel-partikel logam pada belitan dan bagian
bawah tangki minyak.
3. Jika asam bereaksi dengan kertas isolasi trafo, reaksi tersebut menghasilkan air.
13
Fungsi minyak trafo sebagai media isolasi akan mengalami penurunan yang
disebabkan oleh peningkatan kadar air dalam minyak. Sementara itu, fungsinya sebagai
pendingin juga akan menurun dengan terjadinya proses oksidasi.
2.7 Fenomena Jembatan Pada Minyak Transformator
Transformator daya adalah kunci dari semua komponen tegangan tinggi dan sistem
distribusi dan operasi tersebut membutuhkan tingkat energi yang tinggi. Namun, semakin
lama transformer di gunakan, maka probabilitas kegagalan transformator juga semakin besar.
Analisis telah membuktikan bahwa 30% dari total kegagalan transformator disebabkan oleh
kegagalan isolasi atau kontaminasi pada minyak transformator. Maka dari itu, sangat perlu
untuk mengerti mekanisme kegagalan atau proses pengamatan yang di butuhkan untuk
mencegah kegagalan dan meminimalisir besarnya kerugian karena kerusakan transformator.
Pada transformator dengan isolasi cair atau minyak transformator, salah satu kerugian
dari pemakaian isolasi cair adalah isolasi cair sangat gampang terkontaminasi. Minyak
transformator ini juga terkena kontak langsung dari metal, inti besi dan isolasi kertas yang ada
dalam transformator dan akan menghasilkan kontaminan berupa serat selulosa atau partikel
metal. Kontaminan ini akan bergerak kearah medan tinggi karena gaya dielektroforesis
karena medan tidak seragam yang ada pada transformer saat operasi normal. Kontaminan
yang memiliki permitivitas berbeda dengan media dielektrik, akan terpolarisasi. Partikel akan
diinduksi oleh dipole dengan momen m yang besarnya sama dengan E. Gaya E pada dipole
yang berada dalam medan tidak seragam adalah m grad E dan menjadi E2 pada dipole yang
terinduksi. Kuat medan ini akan menyebabkan kontaminan dengan permitivitas yang tinggi
bergerak kearah medan tinggi. Partikel kontaminan yang bergerak ini dapat membentuk
sebuah bridge (jembatan) jika dibiarkan pada rentang waktu tertentu. Bridge (jembatan) ini
akan menjadi jalur konduktif diantara dua potensial dalam minyak transformer. Jika dibiarkan,
bridge (jembatan) yang terbentuk akan menyebabkan perluahan parsial (partial discharge)
atau kegagalan transformer (Shekhar Mahmud, 2012, p.3).
Berdasarkan teori elektrostatis bahwa partikel asing yang mempunyai permitivitas
yang tinggi pada sebuah dielektrik yang mempunyai diameter 50 hingga 100 cenderung
bergerak menuju tempat yang mempunyai stress maksimum dari kuat medan listrik. Maka dari
itu, semakin besar partikel, maka semakin membuat penurunan tegangan tembus. (J.A.KOK,
1961, p.59)
14
Dalam semua keadaan di prakteknya kita temui dua faktor yang secara bersama-sama
menyebabkan terjadinya tembus. Kedua faktor ini adalah ketidakseragaman medan dan
pengotor dengan permitivitas yang tinggi misalnya air. Pada Gambar 2.4 dapat dilihat bahwa,
pada puncak suatu gundukan pengotor (dengan permitivitas yang tinggi) yang bentuknya
setengah bola (hemispherical) pada salah satu elektroda mempunyai nilai tekanan listrik tiga
kali dari nilai rata-ratanya (J.A.KOK, 1961, p.39).
Gambar 2. 4 Nilai tekanan listrik berbentuknya setengah bola (hemispherical)
Sumber: J.A.KOK (1961,p.39)
2.8 Pembangkitan dan Pengukuran Tegangan Tinggi Bolak Balik
Dalam laboratorium diperlukan tegangan tinggi bolak-balik untuk percobaan dan
pengujian dengan arus bolak-balik serta untuk membangkitkan tegangan tinggi searah dan
pulsa. Trafo uji yang biasa digunakan untuk keperluan tersebut memiliki daya yang lebih
rendah serta perbandingan belitan yang jauh lebih besar daripada trafo daya.
Untuk membangkitkan tegangan tinggi bolak-balik di laboratorium, maka digunakan
transformator uji tegangan tinggi tiga belitan (dapat digunakan untuk rangkaian bertingkat
kaskade). Jenis transformator ini memiliki perbandingan belitan yang sangat besar antara
belitan tegangan tinggi H dan belitan tegangan rendah atau eksitasi E.
Transformator uji tegangan tinggi tersebut mampu menghasilkan tegangan yang sangat
tinggi namun menyerap daya yang lebih rendah dibandingkan dengan trafo daya. Keuntungan
lainnya ialah dapat membangkitkan tegangan tinggi hingga diatas ratusan kV dengan
menyusun beberapa trafo uji tersebut secara seri atau susunan kaskade. Susunan rangkaian
pembangkit tegangan bolak-balik seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.5.
15
Gambar 2. 5 Rangkaian pengukur pembangkitan tegangan tinggi arus bolak-balik
Sumber: Dieter Kind (1993,p.116)
Keterangan:
TU : Trafo uji tegangan tinggi 1 fasa 3 belitan 220 V/100kV, 5kVA
CM : Kapasitor tegangan tinggi (pF)
CU : Kapasitor ukur (pF)
DSM : Alat ukur tegangan tinggi AC
Amperemeter pada rangkaian Gambar 2.5 hanya digunakan pada saat melalukan
pengukuran arus bocor. Untuk melakukan pengukuran tegangan tinggi AC, amperemeter
dilepas dari rangkaian. Hubungan antara nilai puncak tegangan tinggi dengan tegangan terukur
u dapat dinyatakan dengan Persamaan (2-10).
.......................................................................................... (2-10)
Keterangan:
: Tegangan terukur (kV)
: Tegangan tinggi (kV)
CM : Kapasitor tegangan tinggi (pF)
CU : kapasitor ukur (pF)
2.9 Pembangkitan dan Pengukuran Tegangan Tinggi Searah
Dalam laboratorium banyak terdapat penerapan tegangan tinggi searah, misalnya untuk
pengujian isolasi, pengujian kapasitor atau kabel, serta penelitian untuk gejala fisik dari
peluahan dan perilaku dielektrik. Metode yang paling umum untuk membangkitkan tegangan
tinggi searah ialah dengan menyearahkan tegangan tinggi pada Gambar 2.6. Sebuah
transformator uji tegangan tinggi dihubungkan dengan beban R melalui sebuah diode
16
penyearaha ideal V. Tegangan sekunder trafo yang berbentuk sinusoisa dengan nilai puncak
akan diserahkan terlebih dahulu oleh diode. Bentuk keluaran gelombang tegangan yang telah
diserahkan dapat dilihat pada Gambar 2.6 dengan memasang kapasitor C secara pararel
dengan beban berfungsi kapasitor C ialah sebagai filter atau perata bentuk gelombang
tegangan keluaran dari dioda.
Gambar 2. 6 Rangkaian pengukuran pembangkit tegangan tinggi arus searah
Sumber: Dieter Kind (1993,p.124)
Keterangan:
TU : Trafo uji tegangan tinggi 1 fasa 3 belitan 220/100kV, 5kVA
D : Dioda atau penyearah (kV)
RM : Resistor tegangan tinggi (MΩ)
RU : Resistor ukur (MΩ)
DSM : Alat ukur tegangan tinggi DC
Amperemeter pada rangkaian hanya digunakan pada saat melakukan resistansi. Untuk
melakukan pengukuran tegangan tinggi DC, amperemeter dilepas dari rangkaian. Besar
tegangan rata-rata akan terbaca pada alat ukur yaitu DGM yang terhubung dengan resistor
tegangan tinggi sebagai pembagi tegangan resistif. Hubungan antara nilai tegangan tinggi
searah dengan tegangan terukur UU dapat dinyatakan dengan Persamaan (2-11):
........................................................................................... (2-11)
Keterangan:
: Tegangan ukur (kV)
: Tegangan tinggi searah (kV)
RM : Resistor tegangan tinggi (MΩ)
17
RU : Resistor ukur (MΩ)
17
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Studi Literatur
Studi literatur ini dilakukan dengan mempelajari buku-buku literature yang ada
kaitanya dengan uji kekuatan isolasi dan ketahanan dari minyak isolasi pada peralatan tinggi
yang menggunakan minyak transformator Shell Diala B.
Studi literature ini meliputi jurnal, buku-buku dan sumber lain yang menunjang yang
berasal dari internet. Studi literatur ini dimaksudkan untuk landasan teori didalam
mengerjakan penelitian tentang uji ketahan isolasi pada peralatan tegangan tinggi
menggunakan minyak transformator Shell Diala B.
3.2 Persiapan Alat
Pada pengujian ini adapun bahan dan perlatan yang digunakan agar mendapatkan arus
bocor dan tegangan tembus pada susunan elektroda homogen dan non homogen sebagai
berikut:
a. Minyak Shell Diala B : Objek uji
b. HV Transformator (Trafo uji) : 220V/ 100kV, 5kVA, 50Hz
c. Chamber : Kotak Uji
d. CM : Pembagi kapasitif 100 pF
e. PP (Piring-Piring) : Susunan elektroda piring-piring
f. JP (Jarum-Piring) : Susunan elektroda jarum-piring
g. DSM : Alat ukur tegangan tinggi AC
h. Amperemeter : Alat ukur arus listrik
i. Gelas Ukur : mengetahui volume minyak Shell Diala B
j. Heater : Memanaskan objek uji
k. Jarum suntik : Meletakkan kontaminan air
3.3 Fungsi Peralatan
Berikut fungsi masing-masing peralatan yang digunakan dalam pengujian ini.
a. Minyak transformator, berfungsi sebagai objek uji yang akan diteliti.
17
18
b. HV Transformator (Trafo Uji), transformator ini dapat menaikkan tegangan sampai
100 kV, dengan daya yang dikeluarkan sebesai 5 kVA, dan frekuensi yang
digunakan sesuai standar PLN, yaitu 50 Hz.
c. CM atau kapasitor pengukur yaitu berfungsi sebagai perata tegangan dan pelindung
meja control (control desk).
d. Chamber atau kotak uji digunakan sebagai wadah tempat pengujian minyak Shell
Diala B
e. PP, elektroda piring-piring digunakan sebagai susunan elektroda homogen
f. JP, elektroda jarum-piring digunakan sebagai susunan elektroda non-homogen
g. DSM merupakan alat ukur yang berada dimeja control desk yang memiliki fungsi
sebagai pengukur tegangan tinggi AC.
h. Ampermeter berfungsi untuk pengukur arus bocor dan konduksi minyak
transformator Shell Diala B.
i. Gelas ukur, digunakan sebagai wadah untuk mengetahui volume minyak Shell Diala
B yang akan diteliti
j. Heater, digunakan untuk memanaskan minyak transformator Shell Diala B untuk
menghilangkan kontaminasi air pada minyak transformator Shell Diala B.
k. Jarum suntik, digunakan untuk meletakkan kontaminan air kedalam minyak
transformator.
3.4 Persiapan Pengujian
3.4.1 Persiapan Elektroda
Elektroda yang digunakan didalam penelitian ini terbuat dari bahan besi yang berupa
elektroda piring-pirirng dan jarum piring.
a. Elektroda Jarum-piring
Elektroda jarum piring dengan diameter elektroda piring sebesar 70 mm dan
elektroda jarum dengan diameter sebesar 20 mm untuk dilakukan penelitian tentang
pengaruh medan yang tak homogen ditunjukkan pada Gambar 3.1a.
b. Elektroda Piring-Piring
Dalam penelitian tentang pengaruh medan seragam maka digunakannya elektroda
piring-piring. Elektroda piring dengan diameter 70 mm dengan tebal piring sebesar
5 mm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1b.
19
(a) (b)
Gambar 3. 1 Elektroda medan homogen dan tak homogen
(a) Elektroda jarum-piring
(b) Elektroda piring-piring
3.4.2 Persiapan Kotak Uji
Kotak uji yang digunakan yaitu terbuat dari bahan kaca tempered dengan ketebalan 0,5
cm. Kaca tempered memiliki temperature kerja sampai 700°C sehingga isolasi kaca sangat
cocok digunakan pada penelitian ini. Kaca yang digunakan seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 3.2.
Gambar 3. 2 Kotak uji atau chamber
3.4.3 Persiapan Kontaminan
Pengujian minyak transformator Shell Diala B yang telah diberi pengotor bertujuan
untuk mengetahui seberapa besar dampak yang diakibatkan terhadap penurunan nilai tegangan
tembus dan arus bocornya pada kondisi minyak sudah terkontaminasi. Pengotor yang
digunakan pada pengujian ini adalah air dan pengotor ini banyak didapati pada minyak isolasi
dalam keadaan kotor. Sebelum minyak ditambahkan dengan air, ukurlah air dengan
menggunakan jarum suntik dengan ketelitian 1cc. Setelah kontaminan air sudah di ukur sesuai
dengan Tabel 3.1. Ambil sampel minyak tranformator Shell Diala B sebanyak setengan
sampel minyak yang akan diuji untuk dicampur dengan air, agar air mudah diaduk sebelum
20
dicampur dengan minyak keseluruhan. sampel minyak yang telah diberi air diaduk secara
perlahan-lahan selama kurang lebih 10 menit agar air tercampur merata pada minyak,
kemudian campur minyak yang sudah diberi air dengan minyak utama dan dilakukan
pengadukan secara perlahan agar sampel yang telah diberi air menyebar merata dengan
minyak utama. Penuangan minyak dilakukan secara perlahan untuk menghindari gelembung-
gelembung gas yang hadir pada minyak. Komposisi penambahan air yang akan dicampur oleh
minyak dapat dilihat pada Tabel 3.1 dan Tabel 3.2.
Tabel 3. 1
Komposisi Penambahan Air Pada Minyak Shell Diala B Pada Cawan Standar VDE 370
No. Minyak Shell Diala B (ml) Air (%) Air (ml)
1
380
0,03% 0,1
2 0,06% 0,2
3 0,1% 0,3
4 0,13% 0,4
Tabel 3. 2
Komposisi Penambahan Air Pada Minyak Transformator Pada Chamber Mika
No. Minyak Shell Diala B (ml) Air (%) Air (ml)
1
1000
0,03% 0,3
2 0,06% 0,6
3 0,1% 1
3.5 Kondisi Pengujian
3.5.1 Kondisi Pengujian Sampel Minyak Transformator Shell Diala B
Pada minyak transformator dalam kondisi minyak baru ataupun minyak yang sudah
terpakai akan selalu ada kandungan air didalam minyak tersebut. Kandungan air ini akan
menurunkan kualitas pada minyak transformator. Sehingga sebelum pemakaian minyak
transformator, minyak akan dilakukan treatment terlebih dahulu. Treatment yang dilakukan
dalam pengujian ini adalah dengan memanaskan minyak transformator. Tujuan pemanasan
minyak ini untuk menghilangkan air pada minyak sebelum minyak tersebut digunakan.
Pemanasan pada minyak transformator dilakukan dengan suhu tidak melebih 70°C
dikarenakan dapat merusak minyak transformator dan pemanasan yang dilakukan tidak hanya
sekali melainkan dilakukan pemanasan sebanyak 3 kali.
21
Pada kondisi ini minyak akan diuji sebanyak 2 sampel yaitu sampel pertama minyak
transformator tidak dilakukan treatment apapun dan yang kedua minyak transformator
dilakukan treatment pemanasan. Minyak dipanaskan sebanyak 3 kali dengan suhu tidak
melebih 70°C maka akan dilakukan pengujian tegangan tembus untuk melihat kualitasnya.
Kedua sampel tersebut akan diuji tegangan tembusnya untuk melihat kualitasnya. Jika
sampel pertama tegangan tembusnya lebih baik dibandingkan dengan sampel kedua maka
minyak sampel pertama akan digunakan untuk pengujian ini. Tetapi apabila sampel kedua
lebih baik tegangan tembusnya maka minyak sampel kedua yang akan digunakan untuk
pengujian ini.
3.5.2 Kondisi Pengujian Minyak Tranformator Shell Diala B Kondisi Murni
Pada kondisi ini pengujian dilakukan tanpa menambahkan atau mencampurkan
kontaminasi yaitu air. Kontaminasi partikel seperti debu pada minyak Shell Diala B diabaikan.
Pengujian ini digunakkan minyak Shell Diala B keadaan murni dengan elektroda piring-piring
dan elektroda jarum-piring, penggunaan elektroda piring-piring dan jarum-piring untuk
pengujian arus bocor. Sedangkan untuk pengujian tegangan tembus digunakan cawan standar
VDE 370 dengan jarak sela 2,5 mm. Volume minyak transformator yang digunakan yaitu 380
ml untuk pengujian tegangan tembus dan 1000 ml untuk pengujian arus bocor.
3.5.3 Kondisi Pengujian Minyak Shell Diala B Terkontaminasi Air
Pengujian ini dilakukannya dengan penambahan kontaminasi air pada minyak Shell
Diala B, pengukuran minyak Shell Diala B dan kontaminasi air sesuai dengan Tabel 3.1.
Minyak transformator Shell Diala B yang digunakan untuk pengujian penambahan air yaitu
menggunakan minyak yang sudah dipanaskan. Penuangan minyak transformator Shell Diala B
terlebih dahulu dilakukan di gelas ukur. Setelah itu ambil sempel minyak transformator Shell
Diala B sebanyak setengah dari volume minyak yang akan digunakanl untuk dicampur oleh
air, minyak yang sudah tercampur oleh air diaduk hingga 10 menit agar air menyebar secara
menyeluruh pada minyak, kemudian minyak yang sudah tercampur oleh air dicampurkan pada
seluruh minyak. Pada penuangan minyak ke kotak uji (chambers) campuran minyak
transformator Shell Diala B dan air dilakukan secara perlahan agar tidak menimbulkan
gelembung-gelembung udara didalam chambers sehingga dalam proses pengujian bisa
maksimal.
22
3.5.4 Kondisi Pengujian Minyak Shell Diala B Terkontaminasi air Setelah dipanaskan
Pada kondisi ini minyak transformator yang sudah tercampur oleh kandungan air akan
dilakukan treatment pemanasan yang bertujuan untuk menghilangkan air pada minyak
tersebut. pemanasan akan dilakukan sebanyak 5x agar air yang terkandung benar-benar
berkurang. Minyak yang sudah terkontaminasi oleh air akan dituangkan kedalam heater,
penuangan minyak dilakukan secara perlahan agar agar terhindar dari gelembung-gelembung
gas. Suhu pemanasan pada minyak transformator tidak boleh sampai 100°C yang bertujuan
untuk menghindari kerusakan pada minyak Shell Diala B, sehingga suhu pemanasan pada
minyak Shell Diala B maksimal adalah 70°C standar IEC 156. Setelah minyak selesai di
panaskan maka minyak akan dilakukan pengujian kembali. Kondisi ini untuk pengujian pada
tegangan tembus minyak transformator.
3.6 Rangkaian Pengujian Tegangan Tembus, Arus Bocor dan Resistivitas Pada
Minyak Shell Diala B
Pada pengujian ini terdapat 2 buah rangkaian yang akan digunakan yaitu rangkaian
pembangikt tegangan tinggi arus bolak balik (AC) dan rangkaian pembangkit tegangan tinggi
arus searah (DC), rangkaian tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.3 dan Gambar 3.4.
Gambar 3.3 Rangkaian pengujian arus bocor pada pengujian tegangan tinggi AC
Dalam pengujian arus bocor dari minyak transformator Shell Diala B digunakan
tegangan tinggi bolak-balik (AC). Dengan mengetahui arus bocor didalam minyak Shell Diala
B maka dapat diketahui ketahanan isolasi minyak tersebut. Untuk mengetahui arus bocor
menggunakkan pengujian tegangan bolak-balik (AC). Dimana didalam chamber salah satu
elektroda dihubungkan dengan terminal tegangan tinggi sedangkan elekroda yang lain
23
dihubungkan dengan ampermeter yang dipararel dengan sela bola sebagai pengaman, seperti
yang di tunjukkan pada Gambar 3.3.
Pada Gambar 3.3 transformator uji dihubungkan pararel dengan CM (pembagi
kapasitif) untuk dapat diukur tegangannya. Tegangan ukurnya diukur menggunakan control
desk yang digunakan kabel penghubung DSM pada control desk, kotak uji atau chamber
dihubungkan pararel dengan transformator uji dan CM serta elektroda jarum didalam chambers
bagian atas dihubungkan dengan tegangan tinggi sedangkan elektroda piring dihubungkan
dengan ground. Elektroda yang digunakan untuk mengukur arus bocor pada minyak
transformator Shell Diala B adalah elektroda piring-piring dan jarum-piring.
Gambar 3. 4 Rangkaian pengukuran arus bocor, resistivitas dan permitivitas pada pengukuran
tegangan tinggi DC
Pada Gambar 3.4 bahwa transformator uji dihubungkan seri dengan diode,
digunakannya dua buah diode agar tidak ada arus balik yang besarnya dua kali tegangan
maksimum dari sumber AC. Chambers (kotak uji) dihubungkan pararel dengan tansformator
uji, sedangkan didalam pengukuran amperemeter dipararel dengan sela bolasebagai pengaman
dari amperemeter dan dihubungkan seri dengan chamber.
3.7 Pengujian Tegangan Tembus Minyak Transformator Shell Diala B
Pengujian tegangan tembus minyak transformator Shell Diala B dilakukan dengan
menggunakan sumber tegangan tinggi bolak-balik (AC) dengan frekuensi 50 Hz sehingga
diperlukan rangkaian pembangkit tegangan tinggi AC. Pengujian ini menggunakan cawan
standar VDE 370 2,5 mm untuk pengukuran tegangan tembus pada minyak. Pengujian ini
dilakukan 2 kondisi pengujian yaitu kondisi minyak transformator dalam keadaan murni dan
minyak transformator dengan penambahan kontaminan air seperti pada Tabel 3.1.
Langkah-langkah pengujian tegangan tembus minyak transformator Shell Diala B
menggunakan sumber tegangan AC adalah sebagai berikut:
24
1. Menyiapkan wadah objek uji yaitu menggunakan cawan standar VDE 370 dengan
jarak sela 2,5 mm.
2. Objek uji yang digunakan adalah minyak transformator Shell Diala B yang akan
diletakkan didalam wadah atau chamber.
3. Siapkan kontaminan air seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.1
4. Pengujian pertama yang dilakukan yaitu pengujian tegangan tembus minyak
transformator dalam keadaan murni
5. Pengujian kedua yang dilakukan yaitu pengujian tegangan tembus minyak
transformator dengan penambahan kontaminan air
6. Kontaminan air yang diuji terlebih dahulu yaitu sebesar 0,03% (0,1ml), setelah
didapatkan hasil datanya kemudian menguji kontaminan sebesar 0,06% (0,2ml),
0,1% (0,3ml) dan 0,13% (0,4ml)
7. Setelah minyak diberi kontaminan air sesuai dengan konsentrasinya maka
selanjutnya minyak tersebut akan dilakukan proses pemanasan untuk
menghilangkan kadar air didalam minyak transformator tersebut.
8. Pengujian ketiga yaitu setelah minyak dipanaskan maka akan diuji kembali
tegangan tembus pada minyak transformator tersebut.
9. Penuangan minyak transformator Shell Diala B kedalam chamber dilakukan secara
perlahan agar tidak menyebabkan terkontaminasi gelembung gas.
10. Pengujian dilakukan dengan menaikkan tegangan secara bertahap sampai terjadi
loncatan bunga api pada minyak transformator Shell Diala B, ketika terjadi loncatan
bunga api atau flashover maka nilai yang ditunjukkan pada alat ukur DGM
merupakan nilai tegangan tembus minyak transformator Shell Diala B.
11. Setiap kali pengujian tegangan tembus minyak transformator Shell Diala B diambil
data sebanyak 3 kali untuk mendapatkan data yang akurat.
12. Setelah pengujian pertama selesai yaitu pengujian tegangan tembus minyak
transformator dalam kondisi murni, maka akan dilakukan pengujian berikutnya
yaitu pengujian kedua dan ketiga
13. Langkah-langkah pengambilan data pada pengujian kedua dan ketiga sama seperti
langkah pada pengujian pertama yaitu seperti pada langkah 10-11.
25
Diagram alir pengujian karakteristik tegangan tembus minyak transformator Shell
Diala B pada kondisi minyak belum terkontaminasi atau murni, seperti pada Gambar 3.5.
Gambar 3. 5 Diagram alir pengujian tegangan tembus pada pengujain tegangan tinggi AC
3.8 Pengujian Arus Bocor Minyak Shell Diala B
Pada proses pengujian arus bocor dengan pembangkitan tegangan tinggi arus searah
sama seperti pada pengujian dengan pembangkitan tegangan tinggi arus bolak-balik. Pada
pengujian ini dilakukan dalam 2 kondisi yaitu pertama pengujian arus bocor minyak
transformator dalam keadaan murni dan kedua adalah pengujian arus bocor minyak
26
transformator dalam keadaan terkontaminasi air dengan penambahan air seperti yang
ditunjukkan pada Tabel 3.2.
Langkah-langkah pengujian arus bocor minyak transformator Shell Diala B menggunakan
sumber tegangan AC adalah sebagai berikut:
1. Menyiapkan wadah objek uji yaitu menggunakan Chamber yang sudah didesain
seperti pada Gambar 3.2
2. Objek uji yang digunakan adalah minyak transformator Shell Diala B yang akan
diletakkan didalam wadah atau chamber.
3. Elektroda yang digunakan dalam pengujian ini adalah elektroda piring-piring dan
elektroda piring-piring
4. Jarak sela yang digunakan dalam pengujian ini adalah 15 mm dan 20 mm.
5. Rangkaian yang digunakan dalam pengujian ini adalah rangkaian dengan
pembangkit tegangan tinggi arus bolak baik (AC) seperti pada Gambar 3.3.
6. Siapkan kontaminan air seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.2
7. Pengujian pertama yang dilakukan yaitu pengujian minyak transformator dalam
keadaan murni
8. Tuangkan minyak transformator kedalam chamber dengan secara perlahan agar
terhindar dari gelembung-gelembung gas.
9. Elektroda akan dibenamkan dalam minyak transformator Shell Diala B.
10. Pengujian ini dilakukan dengan menaikkan tegangan secara bertahap yaitu sebesar 5
kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV, 25 kV, dan 30 kV. Arus bocor akan ditunjukan pada
multimeter.
11. Setiap pengujian arus bocor ini dilakukan sebanyak 3 kali pengambilan data untuk
mendapatkan hasil yang akurat.
12. Setelah pengujian pertama selesai maka pengujian kedua yaitu pengujian arus bocor
minyak transformator dalam keadaan terkontaminasi air.
13. Pengambilan data dilakukan sama seperti pada pengujian pertama yaitu minyak
transformator dalam kondisi murni yaitu seperti pada langkah 10-11.
Diagram alir untuk pengujian karakteristik arus bocor minyak transformator Shell Diala B,
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6.
27
Gambar 3. 6 Diagram alir pengujian arus bocor pada pengujian tegangan tinggi AC
3.9 Pengujian Resistivitas dan Permitivitas Minyak Transformator Shell Diala B
Pengujian ini untuk mengetahui nilai resistivitas dan permitivitas yang dimiliki oleh
minyak transformator Shell Diala B. Untuk mencari nilai resistivitas dan permitivitas maka
perlu dilakukan pengukuran arus bocornya. Dengan mengetahui arus bocor pada minyak maka
kita dapat mengetahui resistivitas dan permitivitas dari minyak transformator Shell Diala B
sehingga dapat diketahui kelayakan minyak tersebut untuk digunakan didalam isolasi
peralatan tegangan tinggi.
Untuk mengukur arus bocor minyak maka pengukuran menggunakan rangkaian
pembangkit tegangan tinggi searah yang tidak menggunakan tegangan yang terlalu tinggi yaitu
sebesar 2kV dengan menggunakan wadah yang sudah didesain khusus. Wadah ini memiliki
28
susunan elektroda yang teridiri dari elektroda tegangan tinggi, elektrodan cincin pengaman
dengan jarak sela sebesar 5 mm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7.
Gambar 3. 7 Chamber untuk pengujian resistivitas dan permitivitas
Langkah-langkah pengujian arus bocor minyak transformator Shell Diala B menggunakan
sumber tegangan AC adalah sebagai berikut:
1. Menyiapkan wadah objek uji yaitu menggunakan Chamber yang sudah didesain
khusus seperti pada Gambar 3.7, dengan menggunakan elektroda cincin pengaman
dengan jarak sela 5 mm.
2. Objek uji yang digunakan adalah minyak transformator Shell Diala B yang akan
diletakkan didalam wadah atau chamber.
3. Pengujian ini dilakukan dalam keadaan minyak transformator murni, tidak
terkontaminasi partikel lain.
4. Rangkaian pengujian ini menggunakan rangkaian tegangan tinggi AC dan
rangkaian tegangan tinggi DC
5. Untuk mengetahui tahanan dari minyak transformator Shell Diala B dilakukan
pengujian DC
6. Pengujian ini dilakukan dengan menaikkan tegangan secara perlahan sampai
sebesar 2 kV, arus akan ditunjukkan pada multimeter.
7. Setiap pengujian arus bocor ini dilakukan sebanyak 3 kali pengambilan data untuk
mendapatkan hasil yang akurat.
8. Perhitungan untuk mendapatkan nilai tahanan menggunakan rumus
9. Sehingga didapatkan nilai resistivitas dengan rumus
10. Untuk mencari nilai permitivitas digunakan rangkaian pengujian tegangan tinggi
AC dan didapatkan nilai arus bocor.
11. Hitunglah arus bocor dengan rumus √
29
12. Menghitung besar kapasitansi dengan rumus
13. Sehingga didapatkan nilai permitivitas dengan rumus
,
Diagram alir untuk mengetahui resistivitas dan permitivitas dapat dilihat pada Gambar 3.8a
dan Gambar 3.8b.
(a) (b)
Gambar 3. 8 Diagram alir untuk pengujian permitivitas dan resistivitas pada minyak
(a) Pengujian Resistivitas Minyak Transformator
(b) Pengujian Permitivitas Minyak Transformator
30
3.10 Simulasi Distribusi Medan Listrik Pada Susunan Elektroda Homogen dan Non-
Homogen Pada Pengujian Minyak Shell Diala B
Distribusi medan listrik pada susunan elektroda homogen dan non-homogen pada
pengujian tegangan tembus minyak transformator Shell Diala B dapat disimpulkan dengan
menggunakan perangkat lunak Femm 4.2. Susunan elektroda yang digunakan pada pengujian
ini untuk elektroda homogen yaitu piring-piring sedangkan untuk elektroda non-homogen
jarum piring. Dengan menggunakan data-data dari hasil pengujian dan hasil perhitungan maka
distribusi medan listrik dari minyak transformator Shell Diala B dapat disumlasikan. Data-data
yang diperlukan untuk simulasi adalah bentuk geometris dari susunan elektroda, dimensi
elektroda, jarak sela antar elektroda, tegangan tembus dan permitivitas minyak transformator
Shell Diala B yang diuji. Berikut langkah-langkah dalam menjalankan program femm:
1. Untuk mengetahui distribusi medan listrik pada susunan elektroda, maka pada
program femm dipilih electrostatics problem.
2. Langkah selanjutnya adalah mengatur problem definition, bertujuan untuk
menentukan tipe dari bentuk elektroda yang akan diGambar pada program femm.
Pilihan tipe yang digunakan ada dua jenis yaitu planar dan axisymmetric. Planar
digunakan untuk mengGambar elektroda yang mempunyai bentuk kotak dan
axisymmetric digunakan untuk mengGambar elektroda yang mempunyai bentuk
silindris dan bola seperti yang ditunjukkan pada. Setelah mengatur problem
definition, selanjutnya adalah mengGambar susunan elektrodanya.
2. Setelah susunan elektroda diGambar, langkah selanjutnya adalah menyimpan
(save) file hasil Gambar susunan elektroda pada langkah 3 dan 4 sebelum program
dijalankan (run). Setelah file telah disimpan, kemudian program dijalankan dan
mendapatkan hasil simulasinya.
3. Untuk menampilkan grafik dan tabel kuat medan listriknya dengan cara membuat
garis di jarak sela antara ujung elektroda jarum dengan elektroda piring.
Kemudian mengklik tombol toolbar sehingga akan muncul kotak dialog.
Sehingga setelah dijalankan didapatkan grafik dan tabel kuat medan pada susunan
elektroda.
31
Diagram alir untuk distribusi medan listrik minyak transformator Shell Diala B yang diuji
dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.9.
Gambar 3. 9 Diagram alir simulasi distribusi medan listrik pada minyak transformator
menggunakan program Femm 4.2
Nilai yang didapat dari simulasi ini adalah nilai distribusi medan maksimum (Em) yang
akan digunakan untuk mencari medan rata-rata (Erata-rata) dengan menggunakan Persamaan (3-
1) dan (3.2):
................................................................................ (3-1)
.................................................................................................. (3-2)
Setelah menemukan besar kuat medan rata-rata, maka faktor efisiensi medan dapat di
tentukan menggunakan Persamaan (3-3):
..................................................................................................... (3-3)
32
3.11 Pengamatan Pergerakan Partikel Tetesan Air dalam Minyak
Untuk melihat pergerakan partikel kontaminan tetesan air dalam minyak transformator,
langkah-langkah pengamatan pergerakan partikel kontaminan tetesan air dalam minyak
sebagai berikut:
1. Siapkan peralatan yang akan digunakan yaitu kamera dan senter. Kamera dan
senter digunakan untuk merekam pergerakan partikel selama pengujian.
2. Siapkan tabung uji (chamber) dan kontaminan tetesan air yaitu sebesar 2 ml
3. Tuangkan minyak transformator ke dalam tabung uji secara perlahan untuk
menghindari adanya gelembung-gelembung gas di dalam minyak.
4. Susunan elektroda pertama yang digunakan yaitu elektroda piring-piring (medan
homogen) dan elektroda kedua yang digunakan adalah jarum-piring (medan tak
homogen).
5. Jarak sela yang digunakan adalah 10 mm
6. Pengamatan dilakukan dengan menggunakan pembangkit tegangan tinggi arus
searah (DC) dengan 2 pengaturan tegangan yaitu 5 kV dan 10 kV
7. Naikkan tegangan secara bertahap lalu diamkan selama 5 menit, jika partikel air
tidak bergerak maka tegangan akan dinaikan lagi.
8. Pengujian dilakukan sampai partikel kontaminan tetesan air dalam minyak
mengalami pergerakan
9. Pergerakan pariktel kontaminan tetesan air akan direkam oleh kamera yang sudah
disediakan.
10. Apabila terjadi tembus maka pengujian ini berhenti pada tegangan tembus tersebut
dan diulang kembali seperti pada langkah 6-8.
Diagram alir pengujian pengamatan pergerakan kontaminan tetesan air dalam minyak
transformator dapat dilihat pada Gambar 3.10.
33
Gambar 3. 10 Diagram alir pengamatan pergerakan partikel kontaminan tetesan air dalam
minyak transformator
3.12 Analisis Data
1. Analisis karakteristik tegangan tembus pada minyak transformator pada 3 kondisi
yaitu minyak dalam keadaan murni, minyak terkontaminasi air, dan minyak dalam
keadaan setelah dipanaskan dengan menggunakan cawan standar VDE 370 pada
jarak sela 2,5 mm.
2. Analisis karakteristik arus bocor pada minyak transformator pada 2 kondisi yaitu
minyak dalam kondisi murni dan minyak terkontaminasi air dengan menggunakan
elektroda piring-piring dan jarum piring pada pengujian tegangan tinggi AC.
3. Analisis karakteristik resistivitas dan permitivitas pada minyak Shell Diala B
dalam kondisi minyak murni pada pengujian tegangan tinggi AC dan tegangan
tinggi DC
4. Analisis distribusi medan listrik dan efisiensi medan listrik pada susunan
elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring.
34
5. Analisis pergerakan dan fenomena bridging partikel kontaminan air pada minyak
Shell Diala B.
3.13 Kesimpulan dan Saran
Pada tahapan ini dilakukan pengambilan kesimpulan berdasarkan teori, hasil perhitungan dan
serta analisis. Selain itu akan dicantumkan saran-saran kepada perusahaan dan pembaca yang
akan, melakukan studi terkai dengan penelitian ini.
35
BAB IV
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh Tegangan Tembus Pada Minyak Transformator Shell Diala B
4.1.1 Pengaruh Tegangan Tembus Pada Minyak Transformator Shell Diala B dengan
Kondisi Minyak Murni
Dalam pengujian ini dilakukan pengujian tegangan tembus pada minyak Shell Diala B
dengan 2 kondisi yaitu kondisi minyak transformator Shell Diala B tidak dipanaskan dan
minyak Shell Diala B dipanaskan dengan menggunakan cawan standar VDE 370 jarak sela
2,5mm. Tujuan dari pemanasan pada minyak yaitu untuk menghilangkan kandungan air pada
minyak transformator Shell Diala B. Pada minyak transformator kondisi baru akan selalu ada
kandungan air didalamnya, sehingga pada minyak baru sebelum digunakan akan dilakukan
treatment terlebih dahulu. Minyak akan dipanaskan sampai dengan suhu 70oC, suhu tidak
boleh melebih dari 70oC karena dapat merusak minyak transformator. Pemanasan akan
dilakukan sebanyak 3 kali yang bertujuan agar kandungan air pada minyak akan berkurang.
Dalam pengujian ini akan dilakukan pengaruh tegangan tembus pada minyak transformator
setelah dipanaskan dan minyak transformator tidak dipanaskan, yang bertujuan untuk
mengetahui tegangan tembus yang lebih baik. Jika tegangan tembus minyak dalam kondisi
setelah dipanaskan lebih baik dari minyak dengan kondisi tidak dipanaskan, maka pengujian
selanjutkan akan menggunakan minyak yang sudah dipanaskan.
Data pengujian tegangan tembus pada minyak transformator sebelum dipanaskan dan
sesudah dipanaskan dengan menggunakan cawan standar VDE 370 jarak sela 2,5 mm dapat
dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4. 1
Data tegangan tembus minyak transformator murni sebelum dipanaskan dan sesudah
dipanaskan
Kondisi Minyak
Tranformator Tegangan Tembus (kV) Presentase Kenaikan (%)
Sebelum dipanaskan 17,39 0%
Sesudah dipanaskan 23,98 37,89 %
35
36
Pada Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa, tegangan tembus pada minyak transformator murni
sebelum dipanaskan 17,39 kV lebih kecil dari pada minyak transformator murni sesudah
dipanaskan yaitu 23,98 kV. Pada minyak transformator murni sebelum dipanaskan masih
banyak terdapat kandungan air dalam minyak transformator. Sehingga sebelum digunakan
minyak dilakukan treatment yaitu pemanasan yang bertujuan untuk menghilangkan kandungan
air pada minyak transformator, treatment pemanasan ini menaikkan tegangan tembus pada
minyak transformator sebesar 37,89%.
Gambar 4. 1 Fenomena karbon pada minyak transformator
Pada Gambar 4.1 merupakan fenomena tembus pada minyak transformator dengan
menggunakan cawan standar VDE 370 2,5mm. Fenomena ini bisa terjadi karena tegangan
tembus yang terjadi pada minyak sangat tinggi sehingga akan menghasilkan flashover pada
saat terjadi tembus. Flashover ini mengakibatkan minyak terkontaminasi oleh karbon yang
menurunkan kualitas dari minyak transformator.
Dapat disimpulkan bahwa minyak yang sudah dipanaskan memiliki tegangan tembus`
yang lebih baik dibandingkan dengan minyak yang tidak dipanaskan. Karena kandungan air
didalam minyak sudah berkurang sehingga kualitasnya lebih baik dibandingan dengan minyak
yang tidak dipanaskan. Sehingga untuk refrensi pada pengujian ini menggunakan minyak yang
sudah dipanaskan.
37
4.1.2 Pengaruh Kontaminan Air Terhadap Tegangan Tembus Pada Minyak
Transformator Shell Diala B
Pada pengujian ini dilakukan pengujian tegangan tembus dengan pengaruh kontaminan
air dengan kadar air yang sudah ditentukan pada Tabel 3.1. Pengujian ini menggunakan cawan
standar VDE 370 dengan jarak sela 2.5 mm. Pada Pengujian dilakukan pengambilan data
sebanyak 3 kali untuk mendapatkan hasil data yang akurat, kemudian hasil data akan dirata-
ratakan. Data pengujian pengaruh kontaminan air terhadap tegangan tembus dapat dilihat pada
Tabel 4.2.
Tabel 4. 2
Data pengujian tegangan tembus dengan penambahan kontaminan air pada cawan standar
VDE 370
No. Kontaminan Air (%) Kontaminan Air
(ml) Tegangan Tembus (kV)
1 0,03% 0,1 11,82
2 0,06% 0,2 8,85
3 0,10% 0,3 5,38
4 0,13% 0,4 2,79
Untuk melihat karakteristrik dari Tabel 4.2 dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Gambar 4. 2 Grafik hubungan tegangan tembus dengan kenaikan kontaminan air pada minyak
transformator Shell Diala B
Dari Gambar 4.2 dapat disimpulkan bahwa pada elektroda cawan standar VDE 370
dengan jarak 2.5 mm, dengan penambahan kontaminan air dapat mengakibatkan tegangan
tembus mengalami penurunan secara signifikan. Pada Tabel 4.2 menyatakan bahwa ketika
minyak transformator terkontaminan air dengan tingkat kontaminan 0,03%, 0,06%, 0,1% dan
02468
101214
0,03% 0,06% 0,10% 0,13%Tega
nga
n T
em
bu
s (k
V)
Kontaminan Air (%)
38
0,13% memiliki tegangan tembus sebesar 11,82 kV, 8,85 kV, 5,38 kV dan 2,79 kV. Tegangan
tembus minyak transformator murni sebesar 23,98 kV, sehingga terjadi penurunan tegangan
tembus setelah minyak transformator diberi kontaminan air. Semakin besar konsentrasi
penambahan air diberikan maka tegangan tembus akan semakin kecil, sehingga pengaruh dari
kontamian air sangat mempengaruhi tegangan tembus pada minyak transformator.
Fenomena yang muncul didalam pengujian tegangan tembus dengan cawan standar
VDE 370 dapat diamati pada Gambar 4.3, dijelaskan bahwa sebelum dilakukan penambahan
kontaminan air kondisi pada minyak transformator tampak bersih dan belum ada kontaminan
yang dapat merusak struktur pada minyak transformator. Setelah diberi kontaminan air minyak
sudah mengalami ketidakmurnian, setelah diberikan tegangan hingga tembus kontaminan air
akan membentuk jalur hubung antar elektroda yang menyebabkan flashover. Sehingga setelah
diberikan kontaminan air struktur pada minyak mengalami kerusakan sehingga minyak tidak
dapat digunakan kembali untuk pengujian.
Gambar 4. 3 Fenomena pengujian pengaruh kontaminan air terhadap tegangan tembus pada
minyak transformator
4.1.3 Pengaruh Kontaminan Air Setelah Dipanaskan Terhadap Tegangan Tembus
Pada Minyak Transformator Shell Diala B
Setelah minyak diberi kontaminasi air sesuai dengan Tabel 3.1 dan sudah didapatkan
tegangan tembusnya, maka minyak selanjutkan akan dipanaskan yang bertujuan untuk
menghilangkan kadar air didalam minyak. Pemanasan yang dilakukan pada pengujian ini
berbeda dengan pemanasan minyak dalam kondisi murni, pemanasan dilakukan sebanyak 5
kali karena kandungan air didalam minyak lebih banyak dan pemanasan dilakukan dengan
suhu 70°C tidak boleh lebih dari suhu tersebut. Setelah dipanaskan maka minyak akan diuji
kembali tegangan tembus nya. Data pengujian tegangan tembus setelah minyak dipanaskan
dapat dilihat pada Tabel 4.3.
39
Tabel 4. 3
Pengaruh tingkat kontaminan terhadap tegangan tembus minyak transformator Shell Diala B
sebelum dan sesudah dilakukan pemanasan
No. Kontaminan
Air (%)
Kontaminan
Air (ml)
Tegangan Tembus (kV) Presentase
Kenaikan (%) Terkontaminasi Air Setelah Dipanaskan
1 0,03 0,1 11,82 22,19 87,77
2 0,06 0,2 8,85 17,76 100,67
3 0,10 0,3 5,38 14,15 163,01
4 0,13 0,4 2,79 11,37 307,52
Dari data Tabel 4.3 dapat dibuat grafik hubungan anatara tingkat kontaminan terhadap
tegangan tembus.
Gambar 4. 4 Grafik hubungan tingkat kontaminan air terhadap tegangan tembus minyak
transformator Shell Diala B
Dari Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa tegangan tembus pada kondisi minyak
dipanaskan setelah diberi kontaminan memiliki tegangan tembus yang lebih tinggi
dibandingkan dengan tegangan tembus minyak terkontaminasi air. Dapat dilihat pada Tabel
4.3 pada konsentrasi penambahan air sebesar 0,03%, 0,06%, 0,1% dan 0,13% tegangan
tembus minyak transformator terkontaminasi air sesudah dipanaskan menaik sebesar 87,77%,
100,67%, 163,01% dan 307,52%. Sehingga metode pemanasan pada minyak transformator
terkontaminasi air akan menaikkan tegangan tembus pada minyak transformator, karena kadar
air pada minyak transformator berkurang. Tetapi tegangan tembus tidak seperti tegangan
tembus kondisi minyak murni dikarenakan kadar air pada minyak yang terkontaminasi sangat
besar sehingga sulit untuk menghilangkan air yang terkandung pada minyak transformator.
0
5
10
15
20
25
0,03% 0,06% 0,10% 0,13%
Tega
nga
n T
em
bu
s (k
V)
Kontaminan Air (%)
Terkontaminasi Air Setelah Dipanaskan
40
4.2 Pengaruh Arus Bocor Pada Minyak Transformator Shell Diala B
4.2.1 Pengaruh Arus Bocor Pada Minyak Transformator Shell Diala B Murni
Pada pengujian arus bocor pada minyak transformator dalam kondisi murni dan tidak
terkontaminasi partikel lain dengan menggunakan pengukuran tegangan tinggi AC. Pada
pengujian ini menggunakan elektroda piring-piring dan jarum-piring dengan jarak sela 15 mm
dan 20 mm dengan pengambilan data sebanyak 3 kali untuk mendapatkan hasil yang akurat.
Data hasil dari pengujian arus bocor pada minyak transformator dengan kondisi murni dapat
dilihat pada Tabel 4.4.
Tabel 4. 4
Data Hasil Pengujian Arus Bocor Pada Minyak Transformator Shell Diala B Murni dengan
Menggunakan Pengukuran Tegangan Tinggi AC
Jenis
Elektroda
Tegangan Sumber (kV) Arus Bocor (μA)
Jarak Sela
15 mm
Jarak Sela
20 mm
Jarak Sela
15 mm
Jarak Sela
20 mm
Piring-
Piring
5 5 8,17 6,03
10 10,02 16,83 12,57
15,08 15,05 25,33 19,13
20 20,08 33,97 25,2
25,01 25,05 42,53 31,43
30,05 30,07 50,9 35,4
Jarum-
Piring
5,01 5 4,53 4,47
10,04 10 9,73 9,1
15,08 15,05 13,87 13,43
20,06 20,08 18,57 18
24,99 25,05 23,13 21,73
30,02 30 27,33 26,73
Berdasarkan Tabel 4.4, maka dapat dibuat grafik hubungan antara arus bocor terhadap
tegangan pada minyak transformator Shell Diala B murni pada susunan elektroda uji yaitu
elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring ditunjukkan pada Gambar 4.5.
41
Gambar 4. 5 Grafik hubungan arus bocor untuk setiap kenaikan tegangan AC pada susunan
elektroda piring-piring dan jarum-piring pada setiap jarak sela
Pada Gambar 4.5 dapat dianalisis bahwa pada elektroda piring-piring dan elektroda
jarum-piring dengan fungsi arus bocor terhadap tegangan menyatakan semakin besar tegangan
sumber yang diberikan maka arus bocor pada elektroda piring-piring dan elektroda jarum-
piring semakin besar meningkat secara signifikan. Pada elektroda piring-piring dapat dilihat,
mempunyai arus bocor yang lebih besar dibandikan dengan elektroda jarum-piring, serta
semakin besar jarak sela pada susunan elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring
maka arus bocor akan semakin kecil secara signifikan.
Jika di analisis menurut trendline pada Gambar 4.5 dengan menggunakan Persamaan yang
didapatkan pada grafik, maka perbandingan data trendline dengan data hasil pengujian pada
arus bocor minyak transformator Shell Diala B murni sesuai Tabel 4.5.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0 5 10 15 20 25 30 35
Aru
s B
oco
r (μ
A)
Tegangan Sumber (kV)
Elektroda Piring-Piring, s= 15 mm Elektroda Piring-Piring, s= 20 mm
Elektroda Jarum-Piring, s= 15 mm Elektroda Jarum-Piring, s= 20 mm
42
Tabel 4. 5
Data perbandingan arus bocor terhadap tegangan menurut trendline
Jenis
Elektrod
a
Ud (kV) Ib (μA) Ib (μA)
Trendline
Δ Ib (μA)
Penyimpangan
Rata-Rata
Penyimpangan
(μA)
Jarak
Sela
15
mm
Jarak
Sela
20
mm
Jarak
Sela
15
mm
Jarak
Sela
20
mm
Jarak
Sela
15
mm
Jarak
Sela
20
mm
Jarak
Sela
15
mm
Jarak
Sela
20
mm
Jarak
Sela
15
mm
Jarak
Sela
20
mm
Piring-
Piring
5,00 5,00 8,17 6,03 8,16 5,82 0,01 0,21
0,03 0,06
10,00 10,02 16,83 12,57 16,80 12,85 0,03 0,28
15,08 15,05 25,33 19,13 25,53 19,38 0,20 0,25
20,00 20,08 33,97 25,20 33,94 25,39 0,03 0,19
25,01 25,05 42,53 31,43 42,46 30,84 0,07 0,59
30,05 30,07 50,90 35,40 50,99 35,83 0,09 0,43
Jarum-
Piring
5,01 5,00 4,53 4,47 4,65 4,56 0,12 0,09
0,02 0,02
10,04 10,00 9,73 9,10 9,46 8,99 0,27 0,11
15,08 15,05 13,87 13,43 14,15 13,45 0,28 0,02
20,06 20,08 18,57 18,00 18,66 17,87 0,09 0,13
24,99 25,05 23,13 21,73 23,02 22,21 0,11 0,48
30,02 30,00 27,33 26,73 27,34 26,52 0,01 0,21
Pada Tabel 4.5 dapat disimpulkan bahwa nilai penyimpangan data trendline dengan
data pengujian hamper mendekati 0, jika dirata-rata nilai penyimpangan tersebut bernilai
mendekati 0. Sehingga dari data pengujian dengan data analisis menurut trendline ada
kesesuaian data sehingga data pengujian masih dalam batas toleransi kesalahan.
4.2.2 Pengaruh Arus Bocor Pada Minyak Transformator Shell Diala B dengan
Penambahan Kontaminan Air
Pengujian arus bocor dilakukan dengan pengukuran tegangan tinggi AC dengan
menambahkan kontaminan air, penambahan kontaminan air sesuai pada Tabel 3.2 sehingga
didapatkan arus bocor pada masing-masing elekroda yaitu elektroda piring-piring dan
elektroda jarum-piring dengan jarak sela pada susunan elektroda 15 mm dan 20 mm.
Pengujian arus bocor dengan penambahan kontaminan air pada masing-masing elektroda dan
jarak sela dilakukan pengambilan data sebanyak 3 kali untuk mendapatkan hasil yang akurat,
setelah didapatkan data-data arus bocor maka akan dihitung rata-ratanya.
Data hasil arus bocor minyak transformator Shell Diala B terkontaminasi air pada jarak
sela 15 mm dengan susunan elektroda piring-piring dapat lihat pada Tabel 4.6.
43
Tabel 4. 6
Data hasil arus bocor minyak transformator terkontaminasi air pada jarak sela 15 mm dengan
menggunakan susunan elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring
Jarak
Sela
(mm)
Kontaminan
Air (%)
Tegangan Sumber (kV) Arus Bocor (μA)
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Jarak
Sela 15
0,03%
5,01 5,01 10,67 7,93
10,02 10,01 20,57 14,57
15,04 15,06 29,63 23,57
20,03 20,03 39,27 31,60
25,04 25,02 48,47 40,73
30,03 30,04 58,50 48,33
0,06%
5,00 5,02 11,47 8,47
10,03 10,02 23,57 16,73
15,01 15,07 32,37 25,67
20,00 20,01 41,67 34,67
25,02 25,04 52,70 43,37
30,03 30,02 63,47 53,47
0,1%
5,05 5,02 13,38 9,30
10,04 10,04 25,97 18,57
15,05 15,03 36,23 28,60
20,03 20,03 46,20 37,80
25,03 25,04 57,50 46,30
30,03 30,03 68,17 56,43
Untuk melihat karakteristik pada Tabel 4.6 yaitu hubungan arus bocor terhadap tegangan pada
elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring dengan jarak sela 15 mm dapat dilihat pada
Gambar 4.6.
44
Gambar 4. 6 Grafik hubungan tingkat arus bocor untuk setiap kenaikan tegangan AC pada
susunan elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring pada jarak sela 15
mm
Pada Gambar 4.6 diketahui bahwa pada jarak sela yang sama yaitu 15 mm susunan
elektroda piring-piring memiliki arus bocor yang lebih tinggi dibandingkan dengan elektroda
jarum-piring. Semakin besar penambahan kontaminan air pada minyak maka arus bocor akan
semakin naik secara signifikan. Sehingga arus bocor pada minyak dipengaruhi oleh susunan
elektroda dan penambahan kontaminan air.
Jika dianalisis menurut trendline dengan menggunakan Persamaan grafik pada Gambar
4.6 yang sudah diketahui maka dapat diketahui penyimpangan nilai arus bocor menurut
trendline dan nilai arus bocor menurut data. Perbandingan nilai arus bocor menurut data
dengan trendline dapat dilihat pada Tabel 4.7.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
0 5 10 15 20 25 30 35
Aru
s B
oco
r (μ
A)
Tegangan Sumber (kV) Kontaminan Air 0,03%,pp Kontaminan Air 0,03%, JP Kontaminan Air 0,06%, PP
Kontaminan Air 0,06%, JP Kontaminan Air 0,1%, PP Kontaminan Air 0,1%, JP
45
Tabel 4. 7
Data Analisis Trendline pada jarak sela 15 dengan susunan elektroda piring-piring dan
elektroda jarum-piring
Jarak
Sela
Konta
minan
Air
(%)
Ud (kV) Ib (μA) Ib (μA)
Trendline
ΔIb (μA)
Penyimpangan
Rata-Rata
Penyimpangan
(μA)
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Jarak
Sela
15
mm
0,03%
5,01 5,01 10,67 7,93 10,86 7,51 0,19 0,42
0,07 0,05
10,02 10,01 20,57 14,57 20,30 15,38 0,27 0,81
15,04 15,06 29,63 23,57 29,79 23,51 0,16 0,06
20,03 20,03 39,27 31,60 39,28 31,71 0,01 0,11
25,04 25,02 48,47 40,73 48,85 40,12 0,38 0,61
30,03 30,04 58,50 48,33 58,43 48,78 0,07 0,45
0,06%
5,00 5,02 11,47 8,47 12,20 8,50 0,73 0,03
0,04 0,06
10,03 10,02 23,57 16,73 22,29 16,88 1,28 0,15
15,01 15,07 32,37 25,67 32,35 25,65 0,02 0,02
20,00 20,01 41,67 34,67 42,52 34,51 0,85 0,16
25,02 25,04 52,70 43,37 52,83 43,84 0,13 0,47
30,03 30,02 63,47 53,47 63,20 53,36 0,27 0,11
0,1%
5,05 5,02 13,38 9,30 13,99 9,33 0,61 0,03
0,08 0,06
10,04 10,04 25,97 18,57 25,17 18,87 0,80 0,30
15,05 15,03 36,23 28,60 36,20 28,29 0,03 0,31
20,03 20,03 46,20 37,80 46,97 37,66 0,77 0,14
25,03 25,04 57,50 46,30 57,58 46,99 0,08 0,69
30,03 30,03 68,17 56,43 68,00 56,21 0,17 0,22
Menurut Tabel 4.7 dapat dilihat bahwa rata-rata penyimpangan arus bocor pada
minyak transformator Shell Diala B terkontaminasi air dengan menggunakan susunan
elektroda jarum-piring dan elektroda piring-piring pada jarak sela 15 mm memiliki nilai
keakuratan yang mendekati nilai 0. Sehingga perbedaan analisis menurut trendline dengan
pengujian yang dilakukan pada tegangan tinggi AC masih mendekati toleransi kesalahan yang
diijinkan.
Grafik karakteristik penambahan kontaminan air terhadap arus bocor pada susunan
elektroda piring-pring jarak sela 15 mm dapat dilihat pada Gambar 4.7.
46
Gambar 4. 7 Grafik hubungan tingkat arus bocor untuk setiap kenaikan kontaminan air pada
susunan elektroda piring-piring pada jarak sela 15 mm
Pada Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa, dengan kenaikan tingkat kontaminan air
mempengaruhi arus bocor minyak transformator. Semakin besar tingkat kontaminan air pada
minyak transformator maka arus bocor pada minyak transformator menaik secara signifikan.
Pada setiap kenaikan tegangan dengan setiap kenaikan tingkat kontaminan arus bocor pada
minyak transformator semakin menaik, dan semakin naik tegangan yang diberikan maka arus
bocor pada minyak transformator dengan setiap kenaikan tingkatan kontaminan semakin
besar.
Gambar 4. 8 Grafik hubungan tingkat arus bocor untuk setiap kenaikan kontaminan air pada
susunan elektroda jarum-piring pada jarak sela 15 mm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,03% 0,06% 0,10%
Aru
s B
oco
r (μ
A)
Tingkat Kontaminan (%) 5 kV 10 kV 15 kV 20 kV 25 kV 30 kV
0
10
20
30
40
50
60
0,03% 0,06% 0,10%
Aru
s B
oco
r (μ
A)
Tingkat Kontaminan (%)
5 kV 10 kV 15 kV 20 kV 25 kV 30 kV
47
Pada Gambar 4.8 merupakan grafik hubungan tingkat arus bocor untuk setiap kenaikan
kontaminan air pada susunan elektroda jarum-piring jarak sela 15 mm. Pada Gambar 4.8 dapat
dilihat bahwa, dengan setiap penambahan kontaminan air pada minyak transformator maka
arus bocor akan menaik secara signifikan dan semakin besar tegangan yang diberikan arus
bocor semakin naik.
Setelah didapatkan data arus bocor minyak terkontaminasi air pada jarak sela 15 mm
maka selanjutnya adalah pada jarak sela 20 mm. Data hasil arus bocor minyak terkontaminasi
air dapat dilihat pada Tabel 4.8. Untuk data ini, merupakan data rata-rata didalam pengujian,
pengujian dilakukan sebanyak 3 kali pengambilan data untuk mendapatkan hasil yang akurat.
Tabel 4. 8
Data hasil pengujian arus bocor minyak transformator terkontaminasi air pada jarak sela 20
mm dengan elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring
Jarak
Sela
(mm)
Kontaminan
Air (%)
Tegangan Sumber
(kV) Arus Bocor (μA)
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Jarak
Sela
20
0,03%
5,01 5,07 7,10 5,43
10,04 10,06 13,77 10,97
15,03 15,05 21,47 17,07
20,00 20,05 29,60 22,73
25,03 25,05 36,73 28,50
30,01 30,03 43,40 35,23
0,06%
5,03 5,08 7,47 6,00
10,04 10,04 15,37 12,73
15,05 15,07 22,40 18,33
20,07 20,05 30,77 24,43
25,02 25,05 39,20 30,40
30,03 30,07 46,63 37,93
0,1%
5,00 5,07 8,80 6,63
10,05 10,05 17,63 13,60
15,01 15,07 25,33 19,93
20,03 20,07 34,53 27,30
25,07 25,01 42,57 33,03
30,01 30,05 50,33 39,87
Berdasarkan data pada Tabel 4.8, maka dapat dibuat grafik karakteristik arus bocor
minyak transfromator terkontaminasi air terhadap tegangan pada jarak sela 20 mm dengan
48
menggunakan elektroda piring-piring dan elektroda jarum piring yang ditunjukkan pada
Gambar 4.9.
Gambar 4. 9 Grafik karakteristik arus bocor minyak transformator Shell Diala B terhadap
tegangan pada jarak sela 20 mm dengan elektroda piring-piring dan elektroda
jarum-piring
Pada Gambar 4.9 terlihat bahwa perubahan tegangan mempengaruhi nilai aurs
bocornya. Semakin besar kontaminan air yang terkandung pada minyak maka arus bocor akan
semakin naik secara signifikan sedangkan arus bocor pada elektroda piring-piring lebih besar
dari pada elektroda jarum-piring. Sehingga arus bocor pada minyak dalam pengujian ini di
pengaruhi oleh jumlah kontaminan air yang terkandung pada minyak dan susunan elektroda.
Pada Gambar 4.9 jika di analisis menurut trendline yang Persamaannya sudah
diketahui pada grafik dapat diketahui penyimpangan nilai arus bocor menurut trendline
dengan nilaiarus bocor menurut data. Pada Tabel 4.9 merupakan tabel perbandingan arus
bocor menurut data dengan menurut trendline pada jarak sela 20 mm dengan susunan
elektroda piring-piring dan susunan elektroda jarum-piring.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0 5 10 15 20 25 30 35
Aru
s B
oco
r (μ
A)
Tegangan Sumber (kV)
Kontaminan Air 0,03%,pp Kontaminan Air 0,03%, JP Kontaminan Air 0,06%, PP
Kontaminan Air 0,06%, JP Kontaminan Air 0,1%, PP Kontaminan Air 0,1%, JP
49
Tabel 4. 9
Perbandingan nilai arus bocor minyak transformator terkontaminasi air menurut data dengan
trendline pada jarak sela 20 mm degan elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring
Jarak
Sela
(mm)
Kontam
inan
Air (%)
Ud (kV) Ib (μA) Ib (μA)
Trendline
ΔIb (μA)
Penyimpangan
Rata-Rata
Penyimpangan
(μA)
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Piring-
Piring
Jarum
-
Piring
Piring-
Piring
Jarum-
Piring
Jarak
Sela
20
0,03%
5,01 5,07 7,10 5,43 6,76 5,54 0,34 0,11
0,05 0,06
10,04 10,06 13,77 10,97 14,36 11,12 0,59 0,15
15,03 15,05 21,47 17,07 21,81 16,86 0,34 0,21
20,00 20,05 29,60 22,73 29,16 22,79 0,44 0,06
25,03 25,05 36,73 28,50 36,51 28,87 0,22 0,37
30,01 30,03 43,40 35,23 43,71 35,10 0,31 0,13
0,06%
5,03 5,08 7,47 6,00 7,52 6,43 0,05 0,43
0,05 0,07
10,04 10,04 15,37 12,73 15,18 12,24 0,19 0,49
15,05 15,07 22,40 18,33 22,95 18,33 0,55 0,00
20,07 20,05 30,77 24,43 30,86 24,56 0,09 0,13
25,02 25,05 39,20 30,40 38,77 31,00 0,43 0,60
30,03 30,07 46,63 37,93 46,88 37,67 0,25 0,26
0,1%
5,00 5,07 8,80 6,63 8,80 6,75 0,01 0,12
0,07 0,06
10,05 10,05 17,63 13,60 17,50 13,56 0,13 0,04
15,01 15,07 25,33 19,93 25,92 20,32 0,59 0,39
20,03 20,07 34,53 27,30 34,29 26,93 0,24 0,37
25,07 25,01 42,57 33,03 42,56 33,37 0,01 0,34
30,01 30,05 50,33 39,87 50,52 39,82 0,19 0,05
Pada data Tabel 4.9 rata-rata penyimpangan data hasil pengujian dengan data trendline
memiliki nilai rata-rata mendekati nilai 0, sehingga pengujian yang dilakukan masih
mendekati toleransi kesalahan yang diijinkan yaitu ≤ 5%.
Karakteristik arus bocor dengan setiap tingkat kontaminan air pada elektroda piring-piring
dengan jarak sela 20 mm dapat dilihat pada Gambar 4.10.
50
Gambar 4. 10 Grafik hubungan arus bocor untuk setiap kenaikan kontaminan air pada susunan
elektroda piring-piring pada jarak sela 20 mm
Pada Gambar 4.10 dapat dilihat bahwa, semakin besar tingkat kontaminan air yang terkandung
pada minyak transformator nilai arus bocor akan semakin meningkat. Pada setiap kenaikan
tegangan sumber yang diberikan nilai arus bocor pada setiap kontaminan menaik secara
signifikan. Semakin besar tegangan yang diberikan arus bocor pada minyak transformator
akan semakin naik. Sedangkan untuk karakteristik arus bocor untuk setiap kenaikan
kontaminan pada susunan elektroda jarum-piring pada jarak sela 20 mm dapat dilihat pada
Gambar 4.11.
Gambar 4. 11 Grafik hubungan arus bocor dengan setiap kenaikan kontaminan air pada
susunan elektroda jarum-piring jarak sela 20 mm
0
10
20
30
40
50
60
0,03% 0,06% 0,10%
Aru
s B
oco
r (μ
A)
Tingkat Kontaminan (%)
5 kV 10 kV 15 kV 20 kV 25 kV 30 kV
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0,03% 0,06% 0,10%
Aru
s B
oco
r (μ
A)
Tingkat Kontaminan (%) 5 kV 10 kV 15 kV 20 kV 25 kV 30 kV
51
Pada Gambar 4.11 dapat dilihat bahwa semakin besar tingkat kontaminan air pada
minyak transformator maka arus bocor akan semakin meningkat, dan semakin besar tegangan
yang diberikan arus bocor semakin menaik.
4.3 Resistivitas dan Permitivitas Minyak Transfromator Shell Diala B
Pada bahan isolasi cair mempunyai nilai resistivitas dan permitivitas. Pada pengujian
ini untuk mendapatkan nilai reisistivitas yaitu dengan mengukur nilai arus bocor pada minyak
transformator. Sedangkan untuk mendapatkan nilai permitivitas dapat dicari dengan
menggunakan nilai kapasitansi pada minyak transformator. Pengujian ini yang akan diuji
adalah arus konduksi dan arus minyak transformator, untuk menguji arus konduksi pada
minyak yaitu dengan menggunakan pembangkit tegangan tinggi DC dan untuk menguji arus
bocor pada minyak dengan menggunakan pembangkit tegangan tinggi AC. Elektroda yang
digunakan untuk menguji arus konduksi dan arus bocor yaitu menggunakan elektroda cincin
pelindung dengan jarak sela 5 mm. Hasil data pengujian arus konduksi pada minyak dapat
dilihat pada Tabel 4.10.
Tabel 4.10
Hasil data pengujian arus konduksi pada minyak transformator Shell Diala B
No. Volume Minyak
Transformator (ml)
Tegangan
Sumber (kV)
Arus
Konduksi
(μA)
1
500
2,09 0,20
2 2,07 0,20
3 2,04 0,20
Setelah didapatkan arus kondusi minyak transformator, resistivitas minyak
transformator dapat dicari, untuk arus konduksi yang didapatkan pada hasil pengujian
merupakan arus resistif (IR). Pertama-tama, untuk mendapatkan nilai resistivitas minyak
transformator dapat dicari nilai tahanan pada setiap tegangan.
Pada tegangan 2,09 nilai tahanan minyak dapat dihitung dengan Persamaan (2-2) yaitu:
52
Kemudian setelah itu mencari nilai luas permukaan elektroda cincin pelindung dengan
diameter pada elektroda cincin adalah 2 cm dan jari-jari 10 mm sehingga luas permukaan pada
elektroda dapat dihitung.
Sehingga nilai resistivitas dari minyak transformator dapat dihitung dengan Persamaan
(2-1) yaitu:
Sehingga nilai resistivitas pada minyak didapat seperti pada Tabel 4.11.
Tabel 4. 11
Hasil data perhitungan nilai resistivitas pada minyak transformator
No.
Volume
Minyak
Transformator
(ml)
Tegangan
Sumber
(kV)
Rata-Rata
Tegangan
Sumber
(kV)
Arus
Konduksi
(μA)
Rata-Rata
Arus
Konduksi
(μA)
Resistivitas
minyak
transformator
(
Rata-Rata
Resistivitas
Minyak
Transformator
1
500
2,09
2,07
0,20
0,2
653
650,98 2 2,07 0,20 649,98
3 2,04 0,20 649,98
Pada Tabel 4.11 dijelaskan bahwa arus kondusi pada minyak transfromator dengan
tegangan yang sama memiliki nilai arus konduksi yang hampir sama. Pada tegangan sumber
yang diberikan menghasilkan nilai resistivitas minyak transformator yang sama atau hampir
sama.
Setelah didapatkan nilai resistivitas pada minyak transformator maka nilai
konduktivitas dapat dihitung.
53
Sehingga untuk hasil perhitungan nilai konduktivitas pada minyak transformator dapat
dilihat pada Tabel 4.12.
Tabel 4. 12
Hasil data perhitungan konduktivitas pada minyak transformator
No.
Volume
Minyak
Transformator
(ml)
Tegangan
Sumber (kV)
Arus
Konduksi
(μA)
Resistivitas
minyak
transformator
(
Konduktivitas
Minyak
Transformator
(nS/m)
1
500
2,09 0,20 653 1,5314
2 2,07 0,20 649,98 1,5385
3 2,04 0,20 649,98 1,5385
Pada Tabel 4.12 dapat disimpulkan bahwa pada tegangan sumber yang sama
menghasilkan nilai konduktivitas yang sama atau hampir sama. Nilai konduktivitas yang
dihasilkan memiliki nilai yang sangat kecil sehingga minyak transformator layak digunakan
sebagai minyak isolasi.
Setelah pengujian arus konduksi selesai maka pengujian selanjutnya adalah pengujian
arus bocor pada minyak transformator. Pengujian arus bocor minyak transformator
menggunakan pembangkit tegangan tinggi AC pada elektroda cincin pelindung dengan jarak
sela 5 mm. Hasil pengujian arus bocor pada minyak transformator dengan tegangan tinggi AC
dapat dilihat pada Tabel 4.13.
Tabel 4. 13
Hasil data pengujian arus bocor pada minyak transformator
Minyak
(ml)
Tegangan
Sumber (kV)
Rata-Rata
Tegangan Sumber
(kV)
Arus
Bocor
(μA)
Rata-Rata Arus
Bocor (μA)
500
2,07
2,09
0,90
0,85 2,09 0,80
2,09 0,90
2,09 0,80
54
Setelah didapatkan data arus bocor pada minyak transformator maka dapat permitivitas
pada minyak transformator dapat dihitung.
Dengan menggunakan Persamaan √ , sehingga hasil perhitungan arus
kapasititf (ic).
√ √
Setelah didapatkan nilai arus kapasitif (ic) maka nilai kapasitansi minyak transformator
dapat dihitung.
Setelah didapatkan nilai kapasitansi minyak transformator maka nilai permitivitas
minyak transformator dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.3), perhitungan nilai
permitivitas dapat dihitung.
Jadi dari hasil perhitungan nilai permitivitas dari minyak transformator dengan jarak
sela 5 mm yaitu 2,3318.
4.4 Fenomena Pergerakan Partikel Kontaminan Air Pada Susunan
Elektroda Piring-Piring dengan Jarak Sela 10 mm
Pada pengujian ini dilakukan pengujian pergerakan kontaminan air pada susunan
elektroda piring-piring dan elektroda jarum-pring dengan jarak sela 10 mm dengan
menggunakan pembangkit tegangan tinggi DC. Elektroda piring-piring untuk medan homogen
dan elektroda jarum-piring untuk medan non-homogen. Pengujian ini dilakukan dengan
penambahan kontaminan sebesar 2 ml pada minyak transformator kemudian tegangan sumber
dinaikan dari tegangan yang rendah sampai tegangan yang tinggi, setelah tegangan diberikan
akan didiamkan sampai 3 menit untuk meliahat pergerakan kontaminan air. Pengujian ini
diambil dengan menggunakan video recorder dan jika sudah didapatkan hasil pengujian
pergerakan maka video tersebut akan di-screenshoot menjadi gambar untuk proses pergerakan
55
kontaminan air pada medan homogen dan medan non-homogen. Hasil pengamatan pergerakan
kontaminan air pada medan homogen yaitu elektroda piring-piring dapat dilihat pada Gambar
4.12.
(a)
(b)
Gambar 4. 12 Fenomena pergerakan kontaminan air pada susunan elektroda piring-piring
dengan jarak sela 10 mm terhadap tegangan 10 kV
(a) Partikel air membentuk jembatan pada celah elektroda
(b) Partikel air terurai menjadi partikel air yang lebih kecil
Pada saat tegangan di naikkan sampai 10 kV terjadi pergerakan yang sangat cepat pada
partikel air seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.12a partikel air yang berada pada
permukaan elektroda piring-piring tertarik oleh medan listrik pada elektroda piring-piring.
Setelah terjadi flashover maka partikel air akan terurai kembali menjadi butiran-butiran yang
kecil dan akan membentuk kembali jembatan pada elektroda piring-piring seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 4.12b.
Selama flashover partikel air akan menjadi embun karena air mengalami titik didih.
Partikel air yang berada disekitar elektroda akan tertarik ke medan listrik pada elektroda
piring-piring, tetapi medan listrik yang berada pada diluar elektroda piring-piring tidak besar
sehingga partikel tertarik secara lambat dan partikel yang berada disekeliling elektroda piring-
piring akan menepel pada elektroda.
56
Bola air yang dikenai medan listrik E akan berubah bentuk menjadi sferoida (speroid),
apabila bola air terkenai oleh medan yang kritis yang besar bola air menjadi tidak stabil
sehingga bola air mengalami perubahan bentuk menjadi memanjang dengan sangat cepat, dan
apabila panjang pada bola air telah mencapai dua pertiga celah elektroda maka saluran-saluran
lucutan akan timbul yang dapat menyebabkan kegagalan total terjadi.
Untuk melihat perbedaan pergerakan partikel kontaminan air terhadap bentuk medan
homogeny dan medan non-homogen, maka pengujian selanjutnya menggunakan elektroda
jarum-piring. Pengujian ini dilakukan sama seperti pada pengujian pergerakan pada medan
homogen, minyak akan dicampurkan air sebanyak 2 ml dan pengamatan pergerakan
menggunakan video recorder dalam bentuk video kemudian akan discreen shoot untuk
dijadikan dalam format foto.
Tegangan sumber akan dinaikan secara perlahan sampai tegangan yang tinggi yaitu 10
kV, pergerakan air dapat dilihat pada Gambar 4.13.
(a)
(b)
Gambar 4. 13 Pergerakan partikel air pada susunan elektroda jarum-piring dengan jarak sela
10 mm terhadap tegangan 10 kV
(a) Partikel air membentuk jembatan pada celah elektroda
(b) Partikel air terurai menjadi partikel air yang lebih kecil
57
Pada saat tegangan dinaikkan secara perlahan sampai 10 kV pergerakan partikel air
yang berada pada dasar elektroda piring akan tertarik secara cepat mendekati ujung pada
elektroda jarum. Ketika tegangan dinaikan secara perlahan partikel air tertarik oleh medan
listrik yang sangat, partikel air semakin lama semakin memajang sehingga ujung pada partikel
air akan mengenai ujung elektroda jarum dan elektroda piring yang menyebabkan terjadiya
flashover atau hubung singkat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.13a. Setelah
mengalami flashover maka partikel air akan terurai dan berubah menjadi butiran-butiran
partikel air yang lebih kecil, partikel air akan tertarik kearah medan yang tinggi. Partikel air
yang tertarik oleh medan akan mengalami berubah bentuk kembali menjadi memanjang
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.13b.
Pergerakan partikel air pada medan homogen yaitu elektroda piring-piring berbeda
pada medan non-homogen yaitu elektroda jarum-piring. Apabila diberikan tegangan yang
sama pada susunan elektroda piring-piring dan elektroda jarum-piring pergerakan partikel air
lebih merata pada elektroda piring-piring dibandingkan dengan elektroda jarum-piring. Ini
disebabkan karena distribusi medan pada susunan elektroda piring-piring lebih merata
dibandingkan dengan elektroda jarum-piring, sehingga pada elektroda jarum-piring medan
tertinggi berada pada ujung elektroda jarum yang menyebabkan partikel air yang bergerak
hanya menuju pada ujung elektroda jarum.
4.5 Simulasi Distribusi Medan Listrik Pada Elektroda Piring-Piring dan Elektroda
Jarum-Piring Pada Minyak Transfromator Shell Diala B
4.5.1 Simulasi Distribusi Medan Listrik Pada Elektroda Piring-Piring Pada Minyak
Transfromator (Shell Diala B) dengan Jarak Sela 5 mm
Pada pengujian ini untuk melihat medan listrik homogen dan non-homogen dilakukan
simulasi dengan menggunakan Femm 4.2. Pada simulasi ini minyak transformator yang
digunakan yaitu pada kondisi murni dimana tidak ada kontaminasi partikel air pada minyak
transformator. Simulasi yang akan dilakukan yaitu simulasi elektroda piring-piring sebagai
medan yang homogen, jarak sela yang digunakan pada simulasi ini adalah 5 mm. Hasil
simulasi elektroda piring-piring dengan jarak sela 5 mm dapat dilihat pada Gambar 4.14.
58
Gambar 4. 14 Simulasi distribusi medan listrik pada elektroda piring-piring
Pada Gambar 4.14 dapat dilihat bahwa, distribusi medan listrik pada elektroda piring-
piring menyebar secara merata atau seragam. Hal ini menunjukkan bahwa distribusi medan
listrik pada pengujian elektroda piring-piring dengan jarak sela 5 mm pada minyak
transformator merupakan medan homogen atau seragam. Untuk melihat karakteristrik grafik
kuat medan listrik pada elektroda piring-piring seperti pada Gambar 4.15.
Gambar 4. 15 Grafik kuat medan listrik pada elektroda piring-piring
Pada Gambar 4.15 dapat dilihat bahwa hasil simulasi grafik kuat medan listik pada
elektroda piring-piring adalah linear atau konstan kemudian melengkung. Sehingga pada
grafik menunjukkan menyerupai bentuk elektroda piring. Sehingga pada grafik dapat
disimpulakn bahwa elektroda piring-piring memiliki medan yang homogen atau seragam.
59
Pada Grafik 4.15 dapat diamati bahwa nilai kuat medan tertinggi adalah
7,38400343.106 atau 73,8400343 kV/cm. Setelah diperoleh nilai kuat medan tertinggi, maka
kuat medan listrik rata-rata dapat dihitung. Dengan Ud 26,92 kV dan jarak sela sebesar 5 mm
sehingga kuat medan listrik rata-rata dapat dihitung.
Faktor efesiensi medan listrik pada elektroda piring-piring dengan jarak sela 5 mm
dapat dihitung.
Sehingga faktor efisiensi medan listrik pada susunan elektroda piring-piring pada
minyak transformator pada kondisi murni dengan jarak sela 5 mm adalah 1. Hal ini dapat
disimpulkan bahwa distribusi medan listrik pada elektroda piring-piring adalah medan
homogen atau seragam.
4.5.2 Simulasi Distribusi Medan Listrik Pada Elektroda Jarum-Piring Pada Minyak
Transfromator Shell Diala B dengan Jarak Sela 5 mm
Untuk melihat medan listrik pada elektroda jarum-piring pada minyak transfromator
kondisi murni dengan jarak sela 5 mm menggunakan simulai Femm 4.2. Hasil simulasi medan
listrik pada elektroda jarum-piring dapat dilihat pada Gambar 4.16.
Gambar 4. 16 Simulasi distribusi medan listrik pada elektroda jarum-piring
60
Pada Gambar 4.16 dapat dilihat bahwa, hasil simulasi untuk distirbusi medan listrik
pada elektroda jarum-piring dengan jarak sela 5 mm. Distribusi medan lsitrik pada elektroda
jarum-piring tidak menyebar secara merata atau tidak seragam, medan tertinggi berada pada
di daerah ujung jarumnya. Sehingga hal ini menunjukkan bahwa distribusi medan listrik pada
pengujian elektroda jarum-piring pada minyak transfromator adalah medan non-homogen atau
tidak seragam.
Untuk melihat grafik karakteristrik medan listrik pada susunan elektroda jarum-piring
dapat dilihat pada Gambar 4.17.
Gambar 4. 17 Grafik kuat medan listrik pada susunan elektroda jarum-piring
Pada Gambar 4.17 merupakan hasil simulasi grafik kuat medan listrik multaknya pada
elektroda jarum-piring pada minyak transformator murni. Pada grafik dapat dilihat bahwa,
grafik kuat medan listrik tidak linear dan cenderung turun curam, sehingga kuat medan listrik
terbesar terletak pada jarak kurang dari 0,1 cm atau pada ujung elektroda jarum. Hal ini
menunjukan bahwa distribusi medan pada susunan elektroda jarum-piring memiliki medan
listrik yang non-homgen atau tidak seragam.
Pada Gambar 4.17 dapat diamati bahwa nilai kuat medan tertinggi yaitu 2.63 .107 V/m
atau 263,74 kV/cm. Setelah diperoleh nilai kuat medan listrik local tertinggi, maka nilai kuat
medan listrik rata-rata dapat dihitung. Dengan Ud 26,375 kV dan jarak sela sebesar 5 mm,
sehingga kuat medan listrik rata-rata dapat dihitung.
61
Dengan diketahuinya nilai kuat medan lsitrik rata-rata yaitu sebesar 52,75 kV/cm dan
diketahuinya nilai kuat medan listrik local tertinggi yaitu 263,74 kV/cm, maka efesiensi pada
elektroda pada elektroda jarum-piring dapat dihitung.
Jadi faktor efisiensi medan listrik pada susunan elektroda jarum-piring murni dengan
jarak sela 5 mm adalah 0,20007. Hal ini dapat disimpulkan bahwa distribusi medan listrik
pada susunan elektroda jarum-piring pada minyak transformator adalah medan non-homogen
atau tak seragam.
63
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari data hasil penelitian dan analisis karakeristrik minyak transformator, maka
diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Parameter ketahanan isolasi minyak transformator murni didapatkan nilai
resistivitas adalah 650,98 MΩm sedangkan untuk nilai permitivitas adalah 2,3318.
Simulasi FEMM 4.2 dengan menggunakan parameter resistivitas dan permitivitas
minyak transformator murni, sehingga didapatkan efisiensi medan listrik pada
susunan elektroda piring-piring adalah homogen dengan efesiensi medan listrik
100% dan pada susunan elektroda jarum-piring adalah tak homogen dengan
efesiensi medan listrik 20%.
2. a. Hubungan arus bocor minyak transformator pada setiap tingkat kontaminan
dengan kontaminan tertinggi 0,1% adalah naik secara linear dengan kenaikan
tegangan AC. Pada tingkat kontaminan tertinggi (0,1%) memberikan arus bocor
sebesar 8,8 μA dan 6,63 μA pada tegangan AC 5 kV dan naik menjadi 50,33
μA dan 39,87 μA pada tegangan AC 30 kV pada susunan elektroda piring-
piring dan jarum piring jarak sela 20 mm .
b. Hubungan arus bocor pada setiap tingkat tegangan dengan kenaikan tingkat
kontaminan adalah naik secara linear. Pada tingkat tegangan tertinggi (30 kV),
memberikan arus bocor berturut-turut yaitu 43,40 μA dan 35,23 μA pada
tingkat kontaminan (0,03%) dan menaik menjadi 50,33 μA dan 39,87 μA pada
tingkat kontaminan (0,1%) pada susunan elektroda piring-piring dan jarum-
piring jarak sela 20 mm.
3. Kandungan air dalam minyak Shell Diala B menurunkan tegangan tembus sangat
signifikan. Dari kondisi murni setelah pemanasan tegangan tembus sebesar 23,98
kV dan menurun secara drastic pada tegangan tembus 2,79 kV dengan kontaminan
sebesar 0,13%. Dengan kata lain, kontaminan air sebesar 0,13% mampu
menurunkan tegangan tembus sebesar 759,49%.
63
64
4. Pergerakan partikel air pada susunan elektroda piring-piring merata diseluruh
permukaan elektorda piring-piring, sedangkan pada susunan elektroda jarum-
piring pergerakan partikel air hanya pada ujung elektroda jarum. Pergerakan
partikel air disebabkan karena adanya perbedaan permitivitas pada minyak
transformator dan partikel air. Permitivitas pada air lebih besar dari pada
permitivitas minyak transformator, sehingga permitivitas yang lebih besar akan
menuju stress medan listrik tertinggi. Bola air yang besar apabila dikenai oleh
medan listrik akan menghasilkan gaya yang besar sehingga bola air berubah
bentuk menjadi memanjang dan kemudian akan terurai menjadi bola air yang lebih
kecil.
5.2 Saran
Saran yang dapat diberikan untuk penyempurnaan penelitian ini adalah
1. Perlunya diperhatikan efektivitas pemanasan pada minyak transformator
terkontaminasi air
2. Perlunya dilakukan pengujian lebih lanjut mengenai variasi fungsi waktu
pemanasan minyak transformator terkontaminasi air
3. Perlunya dilakukan pengujian lebih lanjut dengan menggunakan jenis air yang
berbeda untuk mengetahui pengaruh terhadap kekuatan dielektrik minyak.
65
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar. (1983). Teknik Tegangan Tinggi. Jakarta Timur: Penerbit Ghalia Indonesia.
Clark, F.M. Water Solution in High-Voltage Dielectric Liquids. Jurnal IEEE.
Itahashi,S. Mitsui,H, Sone,M. Variation of State of Water in Dielectric Liquids by
Temperature. Jurnal IEEE.
J.A.KOK. (1961). Electrical Breakdown Of Insulating Liquids. London: Philips Technical
Library.
Kind, D. (1993). Teknik Eksperimental Tegangan Tinggi. Terjemahan K.T. Sirait. Bandung:
Penerbit ITB.
Lestari, Frengky Adi. (2015). Studi Isolasi Minyak Randu Dengan Penambahan Fenol Dalam
Medan Listrik Homogen Dan Non- Homogen. Skripsi. Tidak Dipublikasikan. Malang:
Universitas Brawijaya.
Mahmud,Shekar. Chen, George. Bridging Phenomenon in Contaminated Transformer Oil.
Jurnal IEEE.
May Setiawan, Galih Ilham. Garniwa, Iwa. Analisis Kondisi Minyak Trafo Berdasarkan Uji
Parameter Utama. Jurnal Universitas Indonesia
Muhaimin. (1999). Bahan – Bahan Listrik untuk Politeknik. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.
Naidu, M.S.,V.Kamaraju. (1995). High Voltage Engineering Second Edition. New Delhi:
McGraw Hill.
SPLN 49-1. (1982). Pedoman Penerapan Spesifikasi dan Pemeliharaan Minyak Isolasi.
Jakarta: LMK.
Tobing L, Bonggas. (2012). Dasar- Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi. Jakarta:
Penerbit Erlangga
Utomo, Styo Budi. (2010). Pengaruh Heterogenitas Medan Listrik Terhadap Kegagalan Isolasi
Minyak Kelapa Sawit Terkontaminasi. Skripsi. Tidak Dipublikasikan. Malang:
Universitas Brawijaya.
Webb,Michael. Water in Oils. Jurnal IEEE.