Bab II

Isolasi dan Diagnosis Isolasi Transformator

2.1. Isolasi Transformator

Isolasi pada peralatan sistem tenaga berfungsi untuk memisahkan bagian -

bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan atau dapat juga

antara bagian bertegangan dengan bagian bertegangan lain agar diantara bagian

tersebut tidak terjadi lompatan listrik (flash over).

2.1.1. Isolasi Cair Pada Transformator

Dielektrik atau isolasi cair telah lama dipergunakan pada berbagai

peralatan seperti transformator, kapasitor, kabel, dan switchgear. Isolasi cair yang

saat ini dipergunakan diantaranya minyak mineral, minyak parafin,minyak silikon,

dan beberapa minyak lain termasuk yang sedang dikembangkan yaitu minyak

nabati.

Pada trafo isolasi cair yang digunakan yaitu isolasi cair minyak. Isolasi

cair minyak pada trafo mempunyai dua fungsi utama yaitu sebagai isolasi listrik

dan sebagai media pendingin. Sebagai isolasi listrik, minyak harus mampu

menahan medan listrik tinggi. Sebagai media pendingin, maka sifat-sifat transfer

panas, viskositas, titik bakar dan beberapa sifat thermal lainnya penting untuk

diperhatikan.

2.1.1.1. Minyak Sebagai Isolasi

Pada peralatan tegangan tinggi terdapat daerah-daerah yang memiliki beda

tegangan dengan level yang cukup tinggi mencapai ratusan kilovolt. Jika antara

bagian yang berpotensial tinggi dengan bagian yang berpotensial rendah terjadi

hubungan singkat dapat menimbulkan arus yang tinggi sehingga dapat merusak

6

trafo dan juga dapat merusak peralatan-peralatan lain yang terhubung dengan

trafo tersebut. Minyak sebagai bahan isolasi trafo harus mampu menahan stress

medan listrik yang lebih tinggi agar trafo dapat beroperasi dengan normal. Dalam

fungsinya sebagai isolasi maka minyak haruslah mempunyai kekuatan dielektrik

yang tinggi, faktor rugi-rugi kecil dan resistivitas yang tinggi.

2.1.1.2. Minyak Sebagai Pendingin

Pada Trafo pemanasan dapat timbul akibat adanya rugi-rugi energi pada

belitan dan inti besi. Proses pemanasan pada trafo ini akan berlangsung secara

berkelanjutan selama pengoperasiannya dan akan menyebabkan kenaikan

temperatur pada belitan dan inti besi. Jika proses pemanasan ini tidak diimbangi

dengan proses pendinginan, maka akan terjadi pemanasan berlebih yang dapat

mengakibatkan terjadinya kerusakan pada trafo. Adanya minyak sebagai cairan

pengisi dalam trafo dapat membantu proses pendinginan belitan dan inti. Salah

satu kelebihan minyak yaitu dapat mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi

serta secara serentak melalui proses konversi energi dapat menyalurkan sekaligus

mereduksi panas yang timbul akibat rugi energi.

Pada kebanyakan trafo, minyak bumi (mineral oil) merupakan salah satu

media yang paling banyak digunakan karena kemampuannya dalam menyerap dan

mereduksi panas dalam trafo yang sangat baik. Namun seiiring berjalannya waktu,

minyak trafo akan mengalami proses penuaan (ageing) yang akan menyebabkan

degradasi. Oleh sebab itu, untuk menjaga kondisi minyak agar lebih tahan lama,

seringkali digunakan metode sirkulasi paksa (forced) dengan pompa. Metode

sirkulasi paksa merupakan minyak yang disirkulasikan keluar permukaan trafo

dan melewati proses pendinginan di luar kemudian disirkulasikan kembali ke

dalam trafo.Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kemampuan laju penyaluran

panas pada minyak antara lain kapasitansi panas dan konduktivitas termal.

7

2.1.1.3 Struktur Kimia Minyak [1]

Pada dasarnya minyak trafo tersusun atas senyawa-senyawa hidrokarbon

dan non hidrokarbon.

2.1.1.3.1. Senyawa Hidrokarbon Senyawa Hidrokarbon adalah senyawa kimia yang terdiri atas unsur-unsur

hidrogen (H) dan karbon (C). Senyawa hidrokarbon merupakan bagian terbesar

dari minyak. Senyawa ini dapat dibagi menjadi tiga kelompok besar yaitu

senyawa parafin, senyawa napthena, dan senyawa aromatik.

1. Senyawa Parafin

Parafin adalah senyawa hidrokarbon jenuh yang mempunyai rantai karbon

lurus atau bercabang. Dalam kimia organik dikenal sebagai senyawa dengan

rantai terbuka atau senyawa alifatis.

2. Senyawa Napthena

Senyawa napthena digolongkan sebagai senyawa hidrokarbon yang

mempunyai rantai tertutup atau struktur berbentuk cincin. Senyawa ini dikenal

pula sebagai senyawa alisiklis. Masing-masing cincin dapat berisi lima atau enam

atom karbon.Senyawa napthena dapat berupa monosiklik, disiklik, dan seterusnya

tergantung pada jumlah cincin yang dimilikinya. Pada masing-masing cincin pula

terhubung satu atau lebih rantai lurus atau berantai bercabang.

3. Senyawa Aromatik

Senyawa ini memiliki satu atau lebih cincin aromatik yang dapat

bergabung dengan cincin alisiklik. Beberapa senyawa aromatik berfungsi sebagai

penghambat oksidasi (inhibitor) dan penjaga kestabilan. Jika jumlahnya terlalu

banyak akan bersifat merugikan yaitu berkurangnya kekuatan dielektrik, serta

berkurangnya kekuatan dielektrik, serta berkurangnya sifat pelarutan minyak

terhadap isolasi padat di dalamnya.

8

2.3.1.2.Senyawa Non Hidrokarbon

Senyawa non hidrokarbon yang terdapat dalam minyak trafo adalah

substansi asphalt / ter, senyawa organik yang mengandung belerang dan nitrogen,

asam napthen, ester, alkohol dan senyawa organometalik.

1. Ter

Selama proses pemurnian minyak isolasi, sebagian besar ter dihilangkan.

Pada minyak hasil pemurnian ini hanya ter dengan konsentrasi rendah yaitu 2 -

2,5% berat. Walaupun jumlahnya sangat sedikit, beberapa jenis senyawa ini

mempunyai pengaruh pada sifat kerja minyak trafo. Senyawa ini memberikan

warna yang khas pada minyak. Ter juga dapat mempercepat oksidasi.

Ter diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Ter netral , senyawa yang larut dalam minyak eter yang berwujud cair atau

semi cair dengan massa jenis sekitar satu.

b. Asphaltena, substansi padat yang tidak larut dalam minyak eter tetapi larut

dalam benzena , senyawa benzena seri, kloroform dan karbon disulfida.

c. Karbena , substansi yang tidak larut dalam pelarut konvensional tetapi

dapat larut sebagian dalam pridin dan karbon disulfida.

2. Senyawa Sulfur (Belerang)

Senyawa sulfur selalu terdapat pada semua minyak mentah, jumlahnya

bervariasi mulai lebih kecil dari 1 % sampai dengan 20 % berat. Senyawa ini

mempunyai pengaruh pada sifat-sifat minyak dan turut menentukan proses yang

diperlukan untuk mengolah minyak. Bagian dari hasil penyulingan minyak yang

mempunyai titik didih rendah hampir semua senyawa sulfur terdapat didalamnya,

tetapi untuk hasil penyulingan yang mempunyai titik didih di atas 200 oC

kebanyakan mengandung senyawa sulfur dengan struktur siklis.

Beberapa senyawa belerang yang terdapat di dalam minyak bersifat

korosif dan tidak stabil. Oleh karena itu dalam proses destilasi minyak diusahakan

untuk menghilangkan atau menekan jumlah senyawa belerang agar korosi dapat

dicegah atau dikurangi.

9

3. Senyawa Nitrogen

Jumlah senyawa nitrogen yang terkandung dalam minyak cukup kecil,

yaitu kurang dari 0,8 %. Walaupun senyawa ini sangat sedikit terdapat dalam

minyak, senyawa ini memegang peranan yang sangat penting pada proses oksidasi

yang bersifat katalis sehingga kehadirannya tidak diharapkan.

4. Asam Napthena dan Senyawa yang Mengandung Oksigen

Asam napthena juga terdapat dalam minyak bumi dalam jumlah cukup

besar. Sebagian besar diantaranya terbuang selama proses pemurnian minyak

sehingga jumlahnya tinggal sedikit sekali sekitar 0,02 %. Disamping asam-asam

napthena,minyak juga mengandung asam-asam dari senyawa alifatik dan aromatik

dalam jumlah yang kecil sekali, selain itu masih terdapat pula senyawa ester ,

alkohol , keton , dan peroksida.

5. Senyawa yang Mengandung Logam

Isolasi cair dapat mengandung garam-garam dari asam organik dan

senyawa metal kompleks. Minyak juga mengandung logam besi, tembaga ,

aluminium , titanium, kalsium, molibdeum, timah ,magnesium , krom, dan perak

walaupun dalam jumlah yang sangat sedikit.

1.5.1. Isolasi Padat Pada Transformator

Secara umum isolasi padat mempunyai sifat dielektrik yang baik,

mempunyai kemampuan mekanik dan dapat menjadi protektor terhadap

lingkungan. Isolasi padat mempunyai berbagai keuntungan diantaranya bersifat

self supporting (tidak perlu didukung) dan tidak perlu wadah. Beberapa

kelemahan isolasi padat diantaranya recovery sifat isolasinya sangat rendah

sehingga sekali mengalami tembus maka sudah tidak dapat dipergunakan lagi dan

fungsi sebagai pedingin kurang baik.

Pada trafo, isolasi padat terdapat pada belitan. Tujuan isolasi pada belitan

yaitu untuk mengisolasi masing-masing belitan terhadap belitan yang lainnya,

sehingga tidak terjadi flashover antar belitan. Biasanya dalam aplikasinya Trafo

menggunakan Kertas sebagai bahan isolasi padat.

10

Kertas terbuat dari bahan baku selulosa. Kertas untuk dielektrik biasanya

diproses dari pulp kayu kraft yang berasal dari konifer, kayu lunak atau pinus.

Selulosa mempunyai rumus kimia (C6H12O5)n yang merupakan polimer dengan

berat molekul tinggi yang terdiri dari daerah kristalin yang bergabung dengan

bagian amorphous. Secara umum selulosa mempunyai ikatan linear. Nam