jurusan teknik elektro fakultas teknik ......rekan-rekan di teknik elektro universitas tidar yang...

i

SKRIPSI

PENGUJIAN TINGKAT ISOLASI TRANSFORMATOR DAYA

TEGANGAN 150/20 KV KAPASITAS 60 MVA PADA GARDU INDUK

DENGAN METODE TANGENT DELTA

Diajukan sebagai syarat untuk memenuhi mata kuliah skripsi sebagai salah satu

syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Universitas Tidar.

Disusun oleh:

Febri Faturochman

1410501049

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS TIDAR

2018

v

PRAKATA

Puji syukur dipanjatkan atas nikmat Allah SWT yang telah memberikan Rahmat

dan Hidayah-Nya sehingga skripsi yang berjudul “ Pengujian Tingkat Isolasi

Transformator Daya Tegangan 150/20 kV Kapasitas 60 MVA Pada Gardu Induk

Dengan Metode Tangent Delta ” bisa terselesaikan dengan baik.

Dengan selesainya skripsi ini, tentunya mendapat dukungan dari berbagai pihak

baik moril maupun materil. Oleh karena itu, disampaikan ucapan terima kasih

kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini terutama

kepada:

1. Bapak Ibrahim Nawawi, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Tidar;

2. Bapak Dr. Ir. Sapto Nisworo, M.T. selaku dosen pembimbing I yang selalu

memberikan waktu untuk semua saran, masukan selama tugas akhir ini;

3. Bapak Agung Trihasto, S.T., M.Eng selaku dosen pembimbing II yang

senantiasa membimbing dalam menjalani tugas akhir ini;

4. Bapak, Almarhumah Ibu, adik dan saudara tercinta yang telah memberikan

bantuan moral, do’a, restu, serta material;

5. Laili Maulida A yang selalu memberi semangat dan motivasi dalam

menyelesaikan tugas skripsi ini;

6. Rekan-rekan di Teknik Elektro Universitas Tidar yang telah banyak membantu

dan memberi dukungan kepada penulis;

7. Seluruh staff pengajar dan karyawan Jurusan Teknik Elektro Universitas Tidar

atas semua bantuan dan kerja samanya membantu penyelesaian tugas akhir ini.

Magelang, Agustus 2018

Penulis

vi

INTISARI

Dalam sistem tenaga listrik, transformator merupakan peralatan yang berfungsi untuk

memenuhi kebutuhan energi listrik ke konsumen. Transformator beroperasi terus-menerus dan

sampai saat ini permintaan konsumen terhadap listrik semakin bertambah banyak. Jika kinerja

transformator tidak handal, maka pelayanan listrik ke konsumen akan terganggu yang menyebabkan

terjadinya pemadaman listrik atau kerusakan pada transformator karena tegangan lebih. Untuk itu,

pemeliharaan yang berkaitan dengan transformator yaitu dengan metode tan delta. Metode tan delta

memiliki keunggulan dibanding dengan metode lain, yaitu pada metode ini dapat mengukur

kerusakan pada kabel, memprediksi sisa umur atau penuaan pada transformator. Pada metode ini

terdapat tiga mode untuk melakukan pengujian, yaitu mode GST, GSTg dan UST. Oleh karena itu,

metode tan delta digunakan agar kegagalan yang sering terjadi pada transformator dapat dicegah

dengan tujuan pelayanan listrik ke konsumen tetap handal dan terjaga dengan baik. Berdasarkan

hasil analisis dengan metode tan delta ini, kondisi tingkat isolasi transformator dikatakan baik dan

layak beroperasi karena nilai tangen delta tidak melebihi 0,5% sesuai standar yang digunakan, yaitu

ANSI C 57.12.90.

Kata kunci : Transformator, Tan Delta (δ)

vii

ABSTRACT

In electric power system, a transformer is a source for meeting the electricity needs of consumers.

Transformers operated continuously and to date consumer demand for electricity is increasing. If

the performance of the transformer is not reliable, then electricity service to consumers will be

disrupted which causes a power outage or damage to the transformer to over voltage. For this

reason, maintenance related to the transformer is tan delta method. Tan delta method has

advantages comparated to other methods, namely this method can measure damage to the cable,

prediction the remaining life or aging in the transformator. In this method there are three modes,

GST, GSTg and UST. Therefore, tan delta method is used so that failure that often occurs un the

transformer can be prevented with the aim of electricity service to consumersremain reliable and

well maintenance. Based on the results of the analysis with tan delta method have fulfilled the

established standart, that a good isolation standart is a tan delta value less than 0,5%, the based on

standart of ANSI C 57.12.90.

Keywords: Transformer, tangent delta, GST, GSTg, UST

viii

DAFTAR ISI

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

LEMBAR PENGESAHAN …………………………………..…..……………………. ii

LEMBAR PENGUJI ………………………………….………….…………………… iii

SURAT PERNYATAAN …………………………..………………..……………...…. iv

PRAKATA ….……………………………………………….......……………………… v

INTISARI ………………………………...………………………………...………….. vi

ABSTRACT ………………………………...………………………………………….. vii

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

DAFTAR GAMBAR ………………………………………………….……………...… x

DAFTAR TABEL …………………………………………………………………….. xii

BAB I PENDAHULUAN

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

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

1.3 Manfaat ……………………………………...…………………………………….… 2

1.4 Rumusan Masalah …………………………………………………………….…...… 2

1.5 Batasan Masalah …………………………………………..………………………..... 3

1.6 Sistematika Penulisan ……………………………………..………...……………….. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka …………………………………………...…………………...…… 5

2.2 Landasan Teori ………………………….………………………..………………..… 6

2.2.1 Transformator daya …...…………………………………………………………… 6

2.2.2 Bagian-bagian pada transformator ……..…………………..…………………....… 8

2.2.3 Proteksi internal transformator …………………………………………………… 18

2.2.4 Prinsip operasi transformator …………………………………………………….. 21

2.2.5 Pembebanan pada transformator …………………………………………………. 23

2.2.6 Rangkaian ekuivalen transformator …………………………………………….... 27

2.2.7 Rugi-rugi transformator ………………………………………………………….. 32

2.2.8 Efisiensi transformator ………………………………………………………...…. 36

ix

2.2.9 Parameter transformator ………………………………………………………..… 37

2.3 Transformator tiga fasa …………………………………………………………….. 39

2.3.1 Hubungan belitan transformator tiga fasa ……………………………………...… 40

2.4 Isolasi pada transformator ………………………………………………………….. 42

2.4.1 Kekuatan dielektrik ………………………………………………………………. 44

2.4.2 Rugi-rugi dielektrik …………………………………………………………….… 45

2.5 Tangen delta ………………………………………………………………………... 47

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan ……………………………………………………...…………....… 53

3.2 Tahapan Penyelesaian Skripsi ………………………………………………...……. 54

3.3 Tempat dan waktu pelaksanaan ………………………………………………….… 55

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data masukan …………………………………………………………………….… 56

4.1.1 Data transformator ……………………………………………………………….. 56

4.1.2 Data uji transformator …………………………………………………………..... 57

4.2 Analisis data ……………………………………………………………………...… 58

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ………………………………………………………………………… 66

DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………………. 67

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Transformator daya 150/20 kV …………………………………….............. 6

Gambar 2.2 Prinsip hukum elektromagnetik ……………………………………………. 7

Gambar 2.3 Rangkaian elektromagnetik transformator ………………………….. 8

Gambar 2.4 Inti besi pada transformator ………………………………………..... 9

Gambar 2.5 Belitan transformator …………………………………………...…. 10

Gambar 2.6 Minyak isolasi transformator ……………………………………... 11

Gambar 2.7 Bushing pada transformator ………………………………………. 12

Gambar 2.8 Bagian bushing transformator …………………………………..… 13

Gambar 2.9 Konservator ……………………………………………………….. 14

Gambar 2.10 Nameplate transformator ………………………………………… 15

Gambar 2.11 Minyak OLTC pada transformator …………………………….… 17

Gambar 2.12 Silicagel transformator …………………………………………... 18

Gambar 2.13 Rele bucholz ……………………………………………………... 19

Gambar 2.14 Rele jansen ………………………………………………………. 19

Gambar 2.15 Rele sudden pressure ……………………………………………. 20

Gambar 2.16 Bagian rele thermal ……………………………………………… 21

Gambar 2.17 Prinsip pengoperasian transformator …………………………….. 21

Gambar 2.18 Transformator dalam keadaan tak berbeban …………………….. 24

Gambar 2.19 Transformator dalam keadaan berbeban ………………………… 26

Gambar 2.20 Rangkaian ekuivalen transformator ……………………………... 28

Gambar 2.21 Vektor diagram rangkaian pengganti ……………………………. 29

Gambar 2.22 Rangkaian pengganti dilihat dari sisi primer ……………………. 30

Gambar 2.23 Parameter sekunder pada rangkaian primer ……………………... 30

Gambar 2.24 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekuivalen ……………….. 31

Gambar 2.25 Vektor diagram rangkaian pengganti ……………………………. 31

Gambar 2.26 Blok diagram rugi-rugi transformator …………………………… 32

xi

Gambar 2.27 Rangkaian pengukuran beban nol transformator …....................... 38

Gambar 2.28 Pengukuran hubung singkat …………………………………...… 39

Gambar 2.29 Transformator tiga fasa ………………………………………….. 39

Gambar 2.30 Rangkaian hubung bintang (Y) ….................................................. 40

Gambar 2.31 Rangkaian hubung delta ……………………………………......... 41

Gambar 2.32 Suatu bahan isolasi antara dua elektroda ….................................... 45

Gambar 2.33 Dampak medan elektrik terhadap isolasi ……………………...… 47

Gambar 2.34 Alat pengujian tangen delta …………………………………….... 48

Gambar 2.35 Rangkaian listrik ekuivalen bahan isolasi ……………………….. 48

Gambar 2.36 Rangkaian ekuivalen yang disederhanakan ……………………… 50

Gambar 2.37 Komponen arus ………………………………………………..… 51

Gambar 3.1 Diagram alir tahap penelitian …………………………………...… 54

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.38 Standar uji tangen delta transformator ……………………………………... 52

Tabel 4.1 Data pengukuran transformator ……………………………………………… 57

Tabel 4.2 Data hasil perhitungan tangen delta …………………………………………. 65

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam sistem tenaga listrik, transformator merupakan sumber untuk memenuhi

energi listrik. Transformator adalah peralatan yang berfungsi untuk mengonversi

energi atau mengubah arus tegangan ke tegangan lain. Transformator terdiri dari

dua inti besi atau lebih yang dibungkus belitan kawat tembaga. Prinsip

transformator dalam merubah level tegangan dengan memanfaatkan banyaknya

jumlah belitan pada inti transformator (Marsud Hamid, 2009).

Transformator terdiri dari transformator satu fasa dan tiga fasa. Transformator

yang digunakan pada penelitian ini merupakan transformator tiga fasa empat kawat

(delta-wye). Masalah atau gangguan yang sering terjadi pada transformator tiga fasa

yaitu pada sistem isolasinya yang disebabkan karena tegangan lebih, kelembaban,

kontaminasi, kerusakan mekanis, suhu yang tinggi atau korona. Oleh karena itu, hal

tersebut dapat menyebabkan ketidakmurnian isolasi transformator sehingga dengan

mudah dapat terkontaminasi dan kualitas isolasi transformator akan mengalami

penurunan (Abdul Syakur dkk, 2009).

Kegagalan isolasi transformator tersebut harus diatasi. Oleh dari itu, diperlukan

pemeliharaan pada sistem isolasi transformator, yaitu dengan metode tangen delta.

Pemeliharaan yang dilakukan dengan metode tangen delta menggunakan alat uji

Megger Delta 4000. Tan delta (δ) merupakan metode yang digunakan untuk

menguji kondisi isolasi pada transformator dengan tujuan untuk mengetahui

kualitas isolasi pada transformator tersebut dengan ketentuan apabila nilai tangent

delta semakin besar, maka semakin besar pula daya yang terdisipasi sehingga

kualitas isolasi semakin buruk. Sesuai standar uji transformator menurut ANSI C

57.12.90, yaitu jika nilai tan delta < 0,5% maka dapat dikatakan baik, sedangkan

jika nilai tan delta > 0,5%, maka kualitas isolasi transformator tersebut menurun

dan dilakukan tindakan berupa pengujian ulang atau perbaikan pada transformator.

2

Hasil pemeliharaan dengan metode tangent delta ini akan digunakan sebagai

acuan untuk mengatasi kegagalan isolasi. Keunggulan metode tangent delta

dibanding metode lain adalah pada metode ini dapat mengukur kerusakan pada

kabel dan memprediksi penuaan atau umur transformator. Oleh karena itu,

pemeliharaan ini perlu dilakukan untuk mengetahui tingkat isolasi pada

transformator dengan merujuk pada standar uji transformator, yaitu ANSI C

57.12.90, serta mengetahui nilai tangent delta dari hasil pemeliharaan tersebut.

Pemeliharaan ini dilakukan dengan tujuan untuk pemeliharaan secara terencana.

Pemeliharaan terencana adalah pemeliharaan yang atau tindakan yang dilakukan

untuk menghindari suatu kegagalan yang terjadi pada transformator.

1.2 Tujuan

Tujuan dari pemeliharaan transformator dengan metode tangent delta ini adalah

untuk mengetahui nilai tan delta dengan mode GST, UST dan GSTg, serta untuk

menghindari kegagalan yang terjadi pada transformator dengan melakukan analisis

sesuai standar yang sudah ditentukan.

1.3 Manfaat

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai acuan untuk

mencegah terjadinya kegagalan pada transformator. Dalam bidang ekonomi,

terutama pada sektor industri, yaitu PT. PLN (Persero) sebagai penyedia energi

listrik untuk konsumen. Dengan dilakukan pemeliharaan transformator

menggunakan metode tangent delta ini, diharapkan pasokan listrik ke konsumen

atau pelanggan tetap dapat terpenuhi dengan baik.

1.4 Rumusan Masalah

Berbagai pengujian telah dilakukan untuk dapat menjaga kinerja dari

transformator. Mengingat bahwa transformator beroperasi terus-menerus. Hal ini

perlu diimbangi dengan pemeliharaan yang rutin atau terencana sehingga tidak akan

3

terjadi kegagalan atau kerusakan pada transformator yang berdampak buruk bagi

konsumen.

1.5 Batasan Masalah

Batasan masalah pada skripsi ini adalah lebih memfokuskan pada perhitungan

nilai tan delta dengan mode GST, UST dan GSTg. Selanjutnya di analisis sesuai

standar uji transformator yang digunakan yaitu ANSI C 57.12.90.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika skripsi ini memberikan gambaran secara garis besar dalam

penyusunan skripsi, yang terdiri atas tiga bagian, yaitu:

1. bagian Pendahuluan

Bagian pendahuluan skripsi ini berisi halamam judul, intisari, halaman

pengesahan, motto dan persembahan, kata pengantar, daftar isi, daftar

lampiran, daftar tabel dan daftar gambar.

2. bagian isi skripsi

BAB I. Pendahuluan menjelaskan tentang latar belakang masalah,

perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat

penelitian serta sistematika skripsi.

BAB II. Landasan teori yang digunakan dalam penelitian, menjelaskan

tentang transformator, rangkaian ekivalen transformator, tangent

delta dan standarisasi pengujian tangent delta dan mode yang

digunakan dalam penelitian.

BAB III. Metode penelitian berisikan alat dan bahan yang digunakan dalam

penelitian, tahap penyelesaian penelitian, prosedur pengujian,

serta tempat dan waktu pelaksaan penelitian.

BAB IV. Bab ini berisi hasil penelitian dan pembahasan masalah.

BAB V. Penutup, berisikan kesimpulan dari penelitian yang dilakukan dan

diberikan saran untuk penelitian selanjutnya.

4

3. bagian Akhir

Bagian akhir skripsi ini berisikan daftar pustaka dan lampiran-lampiran

yang menunjang penelitian.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk menyalurkan

daya atau tenaga dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya

(Yustinus, 2012). Transformator terdiri dari inti besi, kumparan dan pendingin.

Transformator bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Jika pada kumparan

primer mengalir arus, maka pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet. Gaya

gerak magnet ini memproduksi fluks pada inti, kemudian membangkitkan gaya

gerak listrik (GGL) pada kumparan sekunder. Jika terminal kumparan sekunder

tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus dan arus ini menimbulkan

gaya gerak magnet pada kumparan sekunder (Ibnu, S, dkk, 2010).

Kegagalan isolasi yang terjadi pada transformator daya disebabkan karena

beberapa hal antara lain isolasi tersebut sudah lama dipakai, berkurangnya kekuatan

dielektrik karena isolasi tersebut dikenakan tegangan lebih. Kekuatan dielektrik

merupakan ukuran kemampuan suatu material untuk bisa bertahan terhadap

tegangan tinggi tanpa berakibat terjadinya kegagalan. Pada prinsipnya tegangan

pada isolator merupakan suatu tarikan atau tekanan (stress) yang harus dicegah oleh

gaya dalam isolator itu sendiri agar isolator tidak gagal. (Supriyanto, D, dkk, 2007).

Kegagalan isolasi tersebut perlu diatasi, yaitu dengan melakukan pengujian

menggunakan metode pengukuran tangent delta (tan δ). Tangent delta merupakan

pengujian yang dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui kondisi atau tingkat

isolasi pada transformator daya. Tan δ menyatakan faktor rugi–rugi daya, besaran

ini menunjukkan besarnya daya yang terdisipasi atau hilang, semakin besar nilai

tangent delta maka semakin besar daya yang terdisipasi yang berarti kualitas isolasi

semakin buruk (Didik, A, dkk, 2014).

6

2.2. Landasan Teori

Pembahasan yang berkaitan dengan pengujian tingkat isolasi transformator

daya tegangan 150/20 kV kapasitas 60 MVA pada Gardu Induk dengan metode

tangent delta adalah sebagai berikut :

2.2.1. Transformator daya

Transformator merupakan peralatan statis berupa rangkaian magnetik dan

belitan yang terdiri dari dua atau lebih belitan, secara induksi elektromagnetik,

mentransformasikan daya (arus dan tegangan) sistem AC ke sistem arus dan

tegangan lain pada frekuensi yang sama (IEC 60076 -1 tahun 2011). Berikut ini

merupakan gambar dari transformator daya ;

Sumber : Transformator daya GI Beringin

Gambar 2.1 Transformator daya 150/20 kV

Transformator beroperasi menggunakan prinsip elektromagnetik, yaitu

perubahan arus atau medan listrik dapat membangkitkan medan magnet dan

perubahan medan magnet atau fluks medan magnet dapat membangkitkan tegangan

7

induksi. Prinsip hukum elektromagnetik pada transformator dapat digambarkan

sebagai berikut :

Sumber : Buku pedoman transformator tenaga, 2014

Gambar 2.2 Prinsip hukum elektromagnetik

Arus AC yang mengalir pada belitan primer membangkitkan fluks magnet

yang mengalir melalui inti besi yang terdapat di antara dua belitan. Fluks magnet

tersebut menginduksi belitan sekunder, sehingga pada ujung belitan sekunder

terdapat beda potensial atau tegangan induksi (Gambar 2.2). sedangkan untuk

rangkaian dari prinsip hokum elektromagnetik dapat ditunjukkan dengan gambar

berikut :

8


Gambar 2.3 Rangkaian elektromagnetik pada transformator

2.2.2. Bagian Transformator

Transformator daya terdiri dari 3 bagian. Bagian tersebut adalah bagian

utama, perlatan bantu, dan proteksi internal dari transformator;

1. Inti besi (electromagnetic circuit)

Inti besi digunakan sebagai media mengalirnya fluks yang timbul akibat induksi

arus bolak-balik pada kumparan yang mengelilingi inti besi sehingga dapat

menginduksi kembali ke kumparan yang lain. Dibentuk dari lempengan-lempengan

besi tipis berisolasi dengan maksud untuk mengurangi eddy current yang

merupakan arus sirkulasi pada inti besi hasil induksi medan magnet, karena arus

tersebut akan mengakibatkan rugi – rugi (losses).

9


Gambar 2.4 Inti besi pada transformator

2. Winding (current carrying circuit)

Belitan pada transformator terdiri dari batang tembaga berisolasi yang

mengelilingi inti besi. Saat arus bolak-balik mengalir pada belitan tembaga tersebut,

inti besi akan terinduksi dan menimbulkan fluks magnetik. Beberapa lilitan kawat

berisolasi akan membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut diisolasi baik

terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan isolasi padat seperti

karton, pertinax dan lain-lain. Terdapat dua kumparan pada inti tersebut yaitu

kumparan primer dan kumparan sekunder. Jika kumparan primer dihubungkan

dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluks yang

menimbulkan induksi tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian

beban) maka mengalir arus pada kumparan tersebut. Sehingga pada kumparan ini

berfungsi sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

10


Gambar 2.5 Belitan transformator

3. Minyak isolasi transformator

Minyak isolasi pada transformator berfungsi sebagai media isolasi, pendingin

dan pelindung belitan dari oksidasi. Minyak isolasi transformator merupakan

minyak mineral yang secara umum terbagi menjadi tiga jenis, yaitu parafinik,

napthanik dan aromatik. Ketiga jenis minyak dasar tersebut tidak boleh dilakukan

pencampuran karena memiliki sifat fisik maupun kimia yang berbeda. Minyak

Transformator mempunyai sifat sebagai media pemindah panas dan bersifat pula

sebagai isolasi (tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media

pendingin dan isolasi. Minyak Transformator harus memenuhi persyaratan sebagai

berikut :

- ketahanan isolasi harus tinggi ( >10kV/mm );

- berat jenis harus kecil, sehingga partikel- partikel di dalam minyak dapat

mengendap dengan cepat;

- penyalur panas yang baik;

- titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap;

- sifat kimia yang stabil.

11

Minyak transformator yang digunakan untuk mendinginkan belitan primer

maupun sekunder. Sebab-sebab menurunnya nilai tegangan tembus dari minyak

transformator antara lain :

- adanya kelembaban udara, hal ini dapat mempengaruhi nilai tegangan tembus

dari minyak isolasi transformator;

- adanya panas yang ditimbulkan dari aliran listrik yang melewati belitan

transformator maka minyak isolasinya ikut menjadi panas dan berpotensi

timbulnya karbon yang akan mempengaruhi nilai tegangan tembus dari minyak

isolasi tersebut;

- jika minyak isolasi tersebut dipakai terlalu lama maka sesuai dengan umur dari

minyak tersebut akan menjadikan rendahnya tegangan tembus dari minyak

isolasi tersebut. Gambar minyak isolasi transformator ditunjukkan pada

Gambar 2.9 di bawah ini ;


Gambar 2.6 Minyak isolasi transformator

12

4. Bushing.

Bushing merupakan sarana penghubung antara belitan dengan jaringan luar

transformator. Bushing terdiri dari sebuah konduktor yang diselubungi oleh

isolator. Isolator tersebut berfungsi sebagai penyekat antara konduktor bushing

dengan body main tank transformator.


Gambar 2.7 Bushing pada transformator

Di dalam bushing, terdapat banyak lapisan kapasitansi yang disusun secara seri

sebagai pembagi tegangan. Pada bushing terdapat dua kapasitansi utama yang biasa

disebut C1 dan C2. C1 adalah kapasitansi antara konduktor dengan tap bushing, dan

C2 adalah kapasitansi dari tap bushing ke ground (flange bushing). Dalam kondisi

operasi, tap bushing dihubungkan ke ground, sehingga C2 tidak ada nilainya ketika

bushing operasi.

13


Gambar 2.8 Bagian bushing transformator

5. Oil preservation & expansion (konservator).

Saat terjadi kenaikan suhu operasi pada transformator, minyak isolasi akan

memuai sehingga volumenya bertambah. Sebaliknya saat terjadi penurunan suhu

operasi, maka minyak akan menyusut dan volume minyak akan turun. Konservator

digunakan untuk menampung minyak pada saat transformator mengalami kenaikan

suhu.

14

Sumber : buku pedoman transformator tenaga, 2014

Gambar 2.9 Konservator

Seiring dengan naik turunnya volume minyak di konservator akibat pemuaian

dan penyusutan minyak, volume udara di dalam konservator pun akan bertambah

dan berkurang. Penambahan atau pembuangan udara di dalam konservator akan

berhubungan dengan udara luar. Agar minyak isolasi transformator tidak

terkontaminasi oleh kelembaban dan oksigen dari luar (untuk tipe konservator tanpa

rubber bag), maka udara yang akan masuk kedalam konservator akan difilter

melalui silicagel sehingga kandungan uap air dapat diminimalkan.

6. Nameplate transformator

Pada transformator, terdapat nameplate atau plat nama yang memuat data-data

spesifikasi pada transformator. Berikut ini merupakan spesifikasi nameplate

transformator yang digunakan pada penelitian ini ;

15

Sumber : Nameplate transformator GI Beringin

Gambar 2.10 Nameplate pada transformator

Sedangkan untuk peralatan bantu pada transformator terdiri dari :

a. Pendingin.

Suhu pada transformator yang sedang beroperasi akan dipengaruhi oleh kualitas

tegangan jaringan, rugi-rugi pada transformator itu sendiri dan suhu lingkungan.

Apabila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, maka akan

merusak isolasi di dalam transformator. Untuk mengurangi kenaikan suhu yang

berlebihan, perlu adanya alat atau sistem pendingin untuk memindahkan panas

keluar dari transformator. Media yang digunakan sebagai pendinginnya dapat

berupa udara/gas, minyak, atau air. Sedangkan pengalirannya (sirkulasi) dapat

dengan cara alamiah (natural) dan tekanan/paksaan. Berikut ini merupakan jenis-

jenis pendingin pada transformator :

transformator ONAN (Oil Natural Air Natural), ialah transformator dengan

minyak sebagai pendingin belitan yang bersirkulasi secara alamiah dan udara

sebagai pendingin luar yang bersirkulasi secara alamiah pula;

16

transformator ONAF (Oil Natural Air Forced), ialah transformator dengan

minyak sebagai pendingin belitan yang bersirkulasi secara alamiah dan udara

sebagai pendingin luar yang bersirkulasi secara paksa atau buatan;

transformator OFAF (Oil Forced Air Forced), ialah transformator dengan

minyak sebagai pendingin belitan yang bersirkulasi secara paksa atau buatan dan

udara sebagai pendingin luar yang bersirkulasi secara paksa atau buatan;

transformator OFWF (Oil Forced Water Forced) ialah transformator dengan

minyak sebagai pendingin belitan yang bersirkulasi secara paksa atau buatan dan

air sebagai pendingin luar yang bersirkulasi secara paksa atau buatan. Tabel

pendingin pada transformator ditunjukkan pada Tabel 2.1;

b. tap changer

Kestabilan tegangan dalam suatu jaringan merupakan salah satu hal yang dinilai

sebagai kualitas tegangan. Transformator dituntut memiliki nilai tegangan output

yang stabil sedangkan besarnya tegangan input tidak selalu sama. Dengan

mengubah banyaknya belitan sehingga dapat merubah ratio antara belitan primer

dan sekunder dan dengan demikian tegangan output/ sekunder pun dapat

disesuaikan dengan kebutuhan sistem berapapun tegangan input/ primernya.

Penyesuaian ratio belitan ini disebut Tap changer. Proses perubahan ratio belitan

ini dapat dilakukan pada saat transformator sedang berbeban (on load tap changer)

atau saat transformator tidak berbeban (off circuit tap changer/ de energize tap

charger).

Tap changer terdiri dari:

Selector Switch;

Diverter Switch;

Tahanan transisi.

Dikarenakan aktifitas tap changer lebih dinamis dibanding dengan belitan

utama dan inti besi, maka kompartemen antara belitan utama dengan tap changer

dipisah. Selector switch merupakan r angkaian mekanis yang terdiri dari terminal

17

terminal untuk menentukan posisi tap atau ratio belitan primer. Diverter switch

merupakan rangkaian mekanis yang dirancang untuk melakukan kontak atau

melepaskan kontak dengan kecepatan yang tinggi. Tahanan transisi merupakan

tahanan sementara yang akan dilewati arus primer pada saat perubahan tap.

Keterangan :

1. Kompartemen diverter switch;

2. Selector switch.


Gambar 2.11 Minyak OLTC pada transformator

c. Alat pernafasan

Untuk menghindari agar minyak transformator tidak berhubungan langsung

dengan udara luar, maka saat ini konservator dirancang dengan menggunakan

breather bag/ rubber bag, yaitu sejenis balon karet yang dipasang di dalam

tangki konservator. Silicagel sendiri memiliki batasan kemampuan untuk

menyerap kandungan uap air sehingga pada periode tertentu silicagel tersebut

harus dipanaskan bahkan perlu dilakukan penggantian. Dehydrating Breather

merupakan teknologi yang berfungsi untuk mempermudah pemeliharaan

silicagel, terdapat pemanasan otomatis ketika silicagel mencapai kejenuhan

tertentu. Gambar silicagel ditunjukkan pada Gambar 2.12 sebagai berikut :

18


Gambar 2.12 Silicagel pada transformator

2.2.3. Proteksi internal transformator

Sistem proteksi pada transformator terdiri dari empat jenis proteksi, yaitu :

1. Rele Bucholz

Pada saat transformator mengalami gangguan internal yang berdampak kepada

suhu yang sangat tinggi dan pergerakan mekanis di dalam transformator, maka akan

timbul tekanan aliran minyak yang besar dan pembentukan gelembung gas yan\g

mudah terbakar. Tekanan atau gelembung gas tersebut akan naik ke konservator

melalui pipa penghubung dan rele bucholz.

Tekanan minyak maupun gelembung gas ini akan dideteksi oleh rele bucholz

sebagai indikasi telah terjadinya gangguan internal.

19


Gambar 2.13 Rele Bucholz

2. Rele jansen

Sama seperti rele Bucholz yang memanfaatkan tekanan minyak dan gas yang

terbentuk sebagai indikasi adanya ketidaknormalan atau gangguan, hanya saja rele

ini digunakan untuk memproteksi kompartemen OLTC. Rele ini juga dipasang pada

pipa saluran yang menghubungkan kompartemen OLTC dengan konservator.

Berikut ini merupakan gambar dari rele Jansen ;


Gambar 2.14 Rele jansen

20

3. Sudden pressure

Rele sudden pressure ini didesain sebagai titik terlemah saat tekanan didalam

transformator muncul akibat gangguan. Dengan menyediakan titik terlemah maka

tekanan akan tersalurkan melalui sudden pressure dan tidak akan merusak bagian

lainnya pada main tank. Berikut merupakan gambar dari sudden pressure :


Gambar 2.15 Rele sudden pressure

4. Rele thermal

Suhu pada transformator yang sedang beroperasi akan dipengaruhi oleh

kualitas tegangan jaringan, rugi-rugi pada transformator itu sendiri dan suhu

lingkungan. Suhu operasi yang tinggi akan mengakibatkan rusaknya isolasi kertas

pada transformator. Untuk mengetahui suhu operasi dan indikasi ketidaknormalan

suhu operasi pada transformator digunakan rele thermal. Rele thermal ini terdiri

dari sensor suhu berupa thermocouple, pipa kapiler dan meter penunjukan.

21


Gambar 2.16 Bagian-bagian rele thermal

2.2.4. Prinsip operasi transformator

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik

(Gambar 2.2). Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer

menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan

sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika

efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan

sekunder. Untuk prinsip pengoperasian transformator dapat dilihat pada gambar

berikut :


Gambar 2.17 Prinsip pengoperasian transformator

22

Besarnya Gaya Gerak Listrik induksi (GGL induksi) pada kumparan primer

berbeda dengan GGL induksi pada kumparan sekunder (Sumanto, 1991). Besarnya

GGL induksi kumparan primer adalah sebagai berikut :

𝑒𝑝 = −𝑁𝑑𝛷

𝑑𝑡 ................................................................................................ (2.1)

Sedangkan GGL pada sisi sekunder yaitu,

𝑒𝑠 = −𝑁𝑑𝛷

𝑑𝑡 ………………………………………………………..…..… (2.2)

Keterangan:

ep = GGL induksi pada kumparan primer (Volt);

es = GGL induksi pada kumparan sekunder (Volt);

N = jumlah belitan;

dФ = perubahan garis-garis gaya magnet dalam satuan weber ( 1 weber = 108

maxwell);

dt = perubahan waktu (detik).

Dari persamaan (2.1) dan (2.2) didapat perbandingan lilitan berdasarkan

perbandingan induksi yaitu:

𝑎 =𝑒𝑝

𝑒𝑠=

𝑁𝑝

𝑁𝑠 ……......................................................................................... (2.3)

Keterangan:

a = ratio transformator;

eP = GGL induksi pada kumparan primer (Volt);

es = GGL induksi pada kumparan sekunder (Volt);

Np = jumlah belitan primer;

Ns = jumlah belitan sekunder.

Apabila, a < 1, maka transformator berfungsi untuk menaikkan tegangan (step

up transformer). Sedangkan apabila nilai a < 1, maka transformator berfungsi untuk

23

menurunkan tegangan (step down transformer). Transformator dianggap ideal,

apabila tidak terdapat kerugian-kerugian daya, maka input (Pi) dapat dianggap sama

dengan daya output (Po) maka:

VP IP = VS IS ................................................................................................ (2.4)

maka;

𝑎 =𝑁𝑝

𝑁𝑠=

𝑉𝑝

𝑉𝑠=

𝐼𝑠

𝐼𝑝 …………………………………………………………. (2.5)

Keterangan:

a = ratio transformator;

Np = jumlah belitan primer ;

Ns = jumlah belitan sekunder;

Vp = tegangan primer (Volt);

Vs = tegangan sekunder (Volt);

Ip = arus primer (Ampere);

Is = arus sekunder (Ampere).

2.2.5. Pembebanan pada transformator

Model pembebanan pada transformator dibagi menjadi tanpa beban dan

dengan beban, yaitu sebagai berikut :

1. Transformator tanpa beban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber

tegangan V1 sinusoidal, akan mengalirkan arus primer I0 yang juga sinusoidal dan

dengan menganggap belitan N1 reaktif murni. I0 akan tertinggal 900 dari V1 . Arus

primer I0 menimbulkan fluks (Φ) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid.

24


Gambar 2.18 (a) Transformator dalam keadaan tanpa beban, (b) Vektor

transformator dalam keadaan tanpa beban.

Keterangan :

N1 = jumlah lilitan sisi primer;

N2 = jumlah lilitan sisi sekunder;

V1 = tegangan input sisi primer;

V2 = tegangan input sisi sekunder;

I0 = arus sisi primer;

E1 = gaya gerak listrik sisi primer;

E2 = gaya gerak listrik sisi sekunder;

ɸ = fluks magnet.

ɸ = ɸ max sin ωt(weber) ……………………………………………….…..… (2.6)

fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi e1 (faraday) :

25

𝑒 = −𝑁1𝑑ɸ

𝑑𝑡 ………………………………………………………………...… (2.7)

𝑒 = −𝑁1𝑑(ɸ max sin 𝜔𝑡)

𝑑𝑡 ………………………………………………….....…. (2.8)

N1 ω Φmax cos ωt (volt) ( tertinggal 900 dari Φ) ……………………………... (2.9)

Keterangan :

e1 = gaya gerak listrik (volt);

N1 = jumlah belitan sisi primer;

ω = kecepatan sudut putar (rad/sec);

Φ = fluks magnetic (weber).

Harga efektif (Zuhal, 1995) :

𝑒 =𝑁1𝜔𝛷𝑚𝑎𝑥

√2

𝑒 =𝑁12𝜋𝑓𝛷𝑚𝑎𝑥

√2

𝑒 =𝑁12×3,14𝑓𝛷𝑚𝑎𝑥

√2

e1 = 4,44

𝑁1𝑓𝛷𝑚𝑎𝑥 (𝑣𝑜𝑙𝑡) ………………………………………………………...….. (2.10)

Pada rangkaian sekunder, fluks (Φ) bersama tadi menimbulkan :

𝑒2 = −𝑁2𝑑𝛷

𝑑𝑡 …………………………………………………………...…… (2.11)

𝑒2 = 𝑁2𝜔𝛷𝑚𝑎𝑥 cos 𝜔𝑡 (𝑣𝑜𝑙𝑡) ……………………………………...….…… (2.12)

Harga efektifnya :

𝑒2 = 4,44 𝑁2𝑓𝛷𝑚𝑎𝑥 cos 𝜔𝑡 (𝑣𝑜𝑙𝑡) …………………………………………. (2.13)

Bila rugi tahanan dan adanya fluksi bocor diabaikan, maka terdapat hubungan :

𝑒1

𝑒2=

𝑉1

𝑉2=

𝑁1

𝑁2= 𝑎 …………………………………………………………..... (2.14)

26

Keterangan :

E1 = ggl induksi sisi primer (volt);

E2 = ggl induksi sisi sekunder (volt);

V1 = tegangan terminal sisi primer (volt);

V2 = tegangan terminal sisi primer (volt);

N1 = jumlah lilitan sisi primer;

N2 = jumlah lilitan sisi sekunder;

a = faktor transformasi.

2. Transformator berbeban

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, akan mengalir

arus I2 pada kumparan sekunder, dimana I2 = V2/ZL dengan θ2 = faktor kerja beban.


Gambar 2.19 Transformator dalam keadaan berbeban

27

Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N2I2 yang

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

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

mengalir arus I2’, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban , hingga

keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi :

𝐼1 = 𝐼0 + 𝐼′2 (𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒) ……………………………………..……………... (2.15)

Bila komponen arus rugi tembaga (IC) diabaikan , maka I0 = IM, sehingga :

𝐼2 = 𝐼𝑀 + 𝐼′2 (𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒) ……………………………….…………………… (2.16)

Keterangan :

I1 = arus pada sisi primer (ampere);

I’2 = arus yang menghasilkan Φ’2 (ampere);

I0 = arus penguat (ampere);

IM = arus pemagnetan (ampere);

IC = arus rugi-rugi tembaga (ampere).

2.2.6. Rangkaian ekuivalen transformator

Tidak seluruh fluks (Φ) yang dihasilkan oleh arus pemagnetan merupakan

fluks Bersama (Φ), sebagian darinya hanya mencakup kumparan pimer (Φ1) atau

mencakup kumparan sekunder (Φ1) saja. Dalam model rangkaian ekivalen yang

dipakai untuk menganalisis kerja suatu transformator, adanya fluks bocor pada sisi

primer dan sisi sekunder ditunjukan sebagai reaktansi X1 dan X2. Sedang rugi

tahanan ditunjukan dengan R1 dan R2. Dengan demikian model rangkaian dapat

dituliskan sebagai berikut :

28


Gambar 2.20 Rangkaian ekuivalen transformator

Berdasarkan gambar 2.20, diperoleh persamaan sebagai berikut :

𝑉1 = 𝐼1𝑅1 + 𝐼1𝑋1 + 𝐸1𝑉1=I1R1+ 𝐼1𝑋1+𝐸1……………...…………... (2.17)

𝐸1 = 𝑎𝐸2 …………………………...........…………..……………… (2.18)

𝐸1 = 𝐼2𝑅2 + 𝐼2𝑋2 + 𝑉2 ……………………………………………... (2.19)

𝐼2 = 𝑎𝐼2 ………………………………………………………………….... (2.20)

𝑉1 = 𝐼1𝑅1 + 𝐼1𝑋1 + 𝑎(𝐼2𝑅2 + 𝐼2𝑋2 + 𝑉2) ……………………….…. (2.21)

𝑉1 = 𝐼1𝑅1 + 𝐼1𝑋1 + 𝑎𝐼2𝑅2 + 𝑎𝐼2𝑋2 + 𝑎𝑉2 ……………………....…. (2.22)

𝑉1 = 𝐼1𝑅1 + 𝐼1𝑋1 + 𝑎(𝑎𝐼2𝑅2) + 𝑎(𝑎𝐼2𝑋2) + 𝑎𝑉2 ……...………….. (2.23)

𝑉1 = 𝐼1𝑅1 + 𝐼1𝑋1 + 𝑎2𝐼2𝑅2 + 𝑎2𝐼2𝑋2 + 𝑎𝑉2 ……........……………. (2.24)

Dari rangkaian di atas, dapat dibuat vektor diagramnya sebagai berikut :

29


Gambar 2.21 Vektor diagram rangkaian pengganti

Dari model rangkaian di atas, dapat diketahui hubungan penjumlahan vektor

sebagai berikut :

V1 = E1 + I1X1 ………………………………………………………………. (2.25)

E2 = V2 + I1R1 + I2X2 ……………………………………………..............… (2.26)

atau

E1 = a.E2

sehingga,

E1 = a(I2ZL+I2R2+I2X 2) ………………………………………….………… (2.27)

Karena,

𝐼′2

𝐼2=

𝑁2

𝑁1=

𝑁2

𝑁1=

1

𝑎 atau I2 = a.I’2 ……………………………………...…..… (2.28)

maka,

E1 = a2I’2XL + a

2I’2R2 + a2I’2X2 + I1R1 + I1X1 …………………………..…. (2.29)

Persamaan terakhir mengandung pengertian bahwa apabila parameter

rangkaian sekunder dinyatakan dalam harga rangkaian primer, harganya perlu

30

dikalikan dengan faktor a. Sekarang model rangkaian menjadi seperti terlihat pada

gambar berikut ini.


Gambar 2.22 Rangkaian pengganti dilihat dari sisi primer

Untuk memudahkan analisis (perhitungan), model rangkaian tersebut dapat

diubah. Apabila semua parameter sekunder dinyatakan dalam harga rangkaian

primer, harganya perlu dikalikan dengan faktor a2 = E1/E2. Sekarang model

rangkaian menjadi sebagai terlihat pada gambar berikut.


Gambar 2.23 Parameter sekunder pada rangkaian primer

Maka didapat hasil perhitungan sebagai berikut :

Rek = R1 + a2R2 (ohm) ………………………...…………………………….. (2.30)

31

Xek = X1 + a2X2 (ohm) ………………………...……………………………. (2.31)

Sehingga rangkaian di atas dapat diubah seperti gambar berikut :


Gambar 2.24 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator

Parameter transformator yang terdapat pada model rangkaian (rangkaian

ekivalen) RC, Xm, Rek dan Xek dapat ditentukan besarnya dengan dua macam

pengukuran yaitu pengukuran beban nol dan pengukuran hubungan singkat.

Vektor diagram rangkaian di atas untuk beban dengan faktor kerja

terkebelakang dapat dilukiskan pada gambar berikut ini.


Gambar 2.25 Vektor diagram rangkaian pengganti

32

2.2.7. Rugi-rugi transformator

Didalam pengoperasiannya transformator mengalami rugi–rugi daya, baik

pada kumparan maupun pada inti besinya. Rugi–rugi daya ini yang mempengaruhi

efisiensi kerja dari transformator tersebut. Macam–macam rugi pada transformator

adalah Kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh

resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya. Rugi tembaga adalah rugi

yang disebabkan arus beban mengalir pada kawat tembaga. Hal ini menimbulkan

rugi tembaga (Pcu) sebesar :Pcu = I2R, dimana: Pcu = rugi tembaga (watt); I = arus

(A); dan R = tahanan (ohm). Karena arus beban berubah–ubah, rugi tembaga juga

tidak tetap tergantung pada beban.


Gambar 2.26 Blok diagram rugi-rugi pada transformator

3.1.Rugi-rugi tanpa beban

Rugi-rugi yang terjadi pada transformator tanpa beban membentuk arus I0 yang

terdiri dari :

a. Sebagai komponen aktif, yaitu I(h+e) yang sefasa dengan V1 yang merupakan

penjumlahan dari rugi hesterisis dan arus eddy yang besarnya adalah :

𝐼ℎ+𝑒 = 𝐼0𝑐𝑜𝑠𝜑 ………………………………………………......….. (2.32)

33

b. Komponen megnetisasi Ie tertinggal 900 dari V1 yang besarnya :

𝐼𝑥𝑜 = 𝐼0𝑠𝑖𝑛𝜑 ……………………………………………………...… (2.33)

Sehingga dari seluruh komponen di atas, besarnya nilai I0 merupakan penjumlahan

vektor dari I(h+e) dan I(xo);

√𝐼ℎ + 𝑒2 + 𝐼𝑥02 …………………………………………………..………… (2.34)

pada keadaan tanpa beban ini, arus primer I0 tertinggal dari V1 dengan sudut

φ(φ

34

daya listrik ukuran besar, harus didinginkan dengan media pendingin. Umumnya

digunakan minyak khusus untuk mendinginkan transformator ini.

Sebuah transformator didesain untuk beroperasi pada rentang frekuensi tertentu.

Menurunnya frekuensi arus listrik dapat menyebabkan meningkatnya rugi-rugi

histerisis dan menurunkan kapasitas (VA) transformator.

Rugi histerisis (Ph), yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak – balik pada inti besi

yang dinyatakan sebagai berikut :

𝑃ℎ = 𝑘ℎ 𝑓 𝐵𝑚𝑎𝑘𝑠1,6(𝑤𝑎𝑡𝑡) ……………………………...……..… (2.38)

Keterangan :

Kh = konstanta;

Bmaks = fluks maksimum (weber).

Kerugian karena eddy current (eddy current losses)

Kerugian karena eddy current disebabkan oleh aliran sirkulasi arus yang

menginduksi logam. Hal ini disebabkan oleh aliran fluks magnetik disekitar inti

besi. Karena inti besi transformator terbuat dari konduktor (umumnya besi lunak),

maka arus eddy yang menginduksi inti besi akan semakin besar. Eddy current dapat

menyebabkan kerugian daya pada sebuah transformator karena pada saat terjadi

induksi arus listrik pada inti besi, sejumlah energi listrik akan diubah menjadi panas

dan ini merupakan kerugian pada transformator.

Untuk mengurangi arus eddy, maka pada inti besi transformator dibuat berlapis-

lapis, tujuannya untuk memecah induksi arus eddy yang terbentuk di dalam inti

besi. Rugi arus eddy (Pe) , yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi.

Dirumuskan sebagai berikut:

𝑃𝑒 = 𝑘𝑒 𝑓2𝐵2𝑚𝑎𝑘𝑠(𝑤𝑎𝑡𝑡) ………………………………………….......… (2.39)

Keterangan :

35

Kh = konstanta;

Bmaks = fluks maksimum (weber).

Jadi, rugi besi (rugi inti) adalah sebagai berikut :

𝑃𝑖 = 𝑃ℎ+𝑃𝑒 (𝑤𝑎𝑡𝑡) ………………………………………………........…… (2.40)

3.2.Rugi-rugi tembaga (cooper losses)

Rugi–rugi yang ketiga adalah rugi-rugi tembaga (copper losses). Rugi-rugi

tembaga terjadi di kedua kumparan. Kumparan primer atau sekunder dibuat dari

gulungan kawat tembaga yang dilapisi oleh isolator tipis yang disebut enamel.

Umumnya kumparan dibuat dari gulungan kawat yang cukup panjang. Gulungan

kawat yang panjang ini akan meningkatkan hambatan dalam kumparan. Pada saat

trafo dialiri arus listrik maka hambatan kumparan ini akan mengubah sejumlah kecil

arus listrik menjadi panas yaitu sebesar (I2R). Semakin besar harga R, maka semakin

besar pula energi panas yang timbul di dalam kumparan. Kualitas kawat yang bagus

dengan nilai hambatan jenis yang kecil dapat mengurangi rugi – rugi tembaga.

Rugi tembaga disebabkan oleh arus mengalir pada kawat tembaga yang terjadi

pada kumparan sekunder dapat ditulis sebagai berikut :

𝑃𝑐𝑢 = 𝐼2𝑅 (𝑤𝑎𝑡𝑡) ………………………………………..……………… (2.41)

Jumlah rugi-rugi pada transformator keadaan berbeban adalah :

𝑃𝑟𝑢𝑔𝑖 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(%) =𝑃𝑟𝑢𝑔𝑖

𝑃𝑖𝑛× 100% ……………………...………………….…… (2.42)

Karena arus beban berubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung

pada beban. Besarnya rugi-rugi tembaga pada setiap perubahan beban dapat

ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

𝑃𝑐𝑢 = (𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑠𝑖𝑘𝑎𝑛

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑛𝑎𝑙)2 × 𝑟𝑢𝑔𝑖 𝑡𝑒𝑚𝑏𝑎𝑔𝑎 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑢ℎ ……....... (2.43)

36

2.2.8. Efisiensi transformator

Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus η = (Po / Pi) x 100%.

Karena adanya kerugian pada transformator. Maka efisiensi transformator tidak

dapat mencapai 100%. Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa

mencapai 98% dan dinyatakan dengan persamaan dibawah ini:

ƞ =𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟𝑎𝑛(𝑃𝑜𝑢𝑡)

𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘𝑎𝑛(𝑃𝑖𝑛) ……………………………………….....….. (2.44)

atau;

ƞ =𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟𝑎𝑛(𝑃𝑜𝑢𝑡)

𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟𝑎𝑛(𝑃𝑜𝑢𝑡)+𝛴 𝑟𝑢𝑔𝑖 …………………………………......…...…… (2.45)

ƞ = 1 −𝛴 𝑟𝑢𝑔𝑖

𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘𝑎𝑛(𝑃𝑖𝑛)× 100% ………………………………............... (2.46)

1. Perubahan efisiensi terhadap beban

ƞ =𝑉2𝑐𝑜𝑠𝛷

𝑉2𝑐𝑜𝑠𝛷+𝐼2𝑅2𝑒𝑘𝑃𝑖

𝐼22

……………………………….………..………. (2.47)

Agar ƞ maksimum, maka :

𝑑

𝑑𝑙2[𝐼2𝑅2𝑒𝑘 +

𝑃𝑖

𝐼2] = 0 …………………………………………...………...… (2.48)

Jadi ;

𝑅2𝑒𝑘 =𝑃𝑖

𝐼22 ……………………………………………………….………..… (2.49)

𝑃𝑖 = 𝐼22𝑅2𝑒𝑘 = 𝑃𝑐𝑢 ……………………………………………………….... (2.50)

Berdasarkan rumus di atas, artinya untuk beban tertentu efisiensi maksimum terjadi

ketika rugi tembaga = rugi inti.

Pada efisiensi maksimum;

Rugi Pcu = Rugi besi

37

Beban yang mempunyai efisiensi maksimum adalah :

(𝑟𝑢𝑔𝑖 𝑏𝑒𝑠𝑖

𝑟𝑢𝑔𝑖 𝑃𝑐𝑢 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑢ℎ) × 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑢ℎ ………………...………...……. (2.51)

2. Perubahan efisiensi terhadap faktor kerja (cos Φ) beban :

ƞ = 1 −𝛴 𝑟𝑢𝑔𝑖

𝑉2𝐼2𝑐𝑜𝑠𝛷+𝛴 𝑟𝑢𝑔𝑖 ………………………………………...….……. (2.52)

ƞ = 1 −𝛴 𝑟𝑢𝑔𝑖/𝑁2𝐼2

𝑐𝑜𝑠𝛷+𝛴 𝑟𝑢𝑔𝑖/𝑁2𝐼2 …………………………………...…...………. (2.53)

Bila Σ rugi/ V2I2 = X konstan, maka :

ƞ = 1 −𝑥

𝑐𝑜𝑠𝛷+𝑥 ……………………………………………..………….…… (2.54)

ƞ = 1 −𝑥/𝑐𝑜𝑠𝛷

1+𝑥/𝑐𝑜𝑠𝛷 ………………………………………...........……………. (2.55)

2.2.9 Parameter transformator

Parameter transformator yang terdapat pada model rangkaian (rangkaian

ekivalen) Rc, Xm, Rek,Xek dapat ditentukan dengan dua macam pengukuran berikut:

1. Pengukuran beban nol

Dalam keadaan tanpa beban, bila kumparan primer dihubungkan dengan sumber

V1, maka hanya I0 yang mengalir. Dari pengukuran daya yang masuk (P1), arus

I0 dan tegangan V1 akan diperoleh harga sebagai berikut :

𝑅𝑐 = 𝑉2/𝑃 ……………………………………………………...……….. (2.56)

𝑍0 =𝑉1

𝐼0= 𝑗(𝑋𝑀𝑅𝑐)/(𝑅𝑐 + 𝑗𝑋𝑀) ………………………………..……… (2.57)

38

Dengan demikian, dari pengukuran beban nol dapat diketahui harga Rc dan XM.


Gambar 2.27 Rangkaian pengukuran beban nol pada transformator

2. Pengukuran hubung singkat

Hubung singkat berarti impedansi ZL diperkecil menjadi nol, sehingga

impedansi Zek = Rek + jXek yang membatasi arus. Karena harga Rek dan Xek ini relatif

kecil, harus dijaga tegangan yang masuk (Vhs) cukup kecil, sehingga arus yang

dihasilkan tidak melebihi arus normal. Harga I0 relatif kecil jika dibandingkan

dengan arus nominal,sehingga pada pengukuran ini dapat diabaikan. Dengan

mengukur tegangan Vhs, arus Ihs dan daya Phs akan dapat dihitung parameter sebagai

berikut :

𝑅𝑒𝑘𝑃ℎ.𝑠

𝐼ℎ.𝑠2 …………………………………………………..……….… (2.58)

𝑍𝑒𝑘𝑉ℎ.𝑠

𝐼ℎ.𝑠2= 𝑅𝑒𝑘 + 𝑗𝑋𝑒𝑘 ………………………......………..………… (2.59)

𝑋𝑒𝑘 = 𝑍𝑒𝑘 − 𝑅𝑒𝑘 …………………………………………...…......… (2.60)

Berdasarkan rumus di atas, maka dapat diperoleh gambar sebagai berikut :

39


Gambar 2.28 Pengukuran hubung singkat

2.3. Transformator tiga fasa

Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang

dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan

secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ). Gambar

transformator tiga fasa dapat dilihat pada gambar 2.29 ;


Gambar 2.29 Transformator tiga fasa

40

Ciri-ciri transformator tiga fasa :

1. Kumparan primer dan sekunder dapat dibuat beberapa macam vektor group dan

angka jam yang sesuai dengan yang diinginkan ;

2. Ketiga transformator dapat dioperasikan ke beban menjadi satu fasa dengan cara

yang di hubungkan secara paralel ;

3. Dengan daya yang sama ketiga fasa maka untuk 3x1 fasa dibandingkan dengan

1x3 fasa lebih berat dan lebih mahal;

4. Tegangan untuk ketiga fasanya primer dan sekunder seimbang.

2.4.1. Hubungan belitan transformator tiga fasa

Belitan pada transformator dua macam, yaitu :

1. Hubungan bintang (Y)

Hubungan bintang adalah hubungan transformator tiga fasa, yaitu ujung-ujung

awal atau akhir lilitan disatukan. Titik tempat penyatuan dari ujung-ujung lilitan

merupakan titik netral. Arus transformator tiga phasa dengan kumparan yang

dihubungkan bintang yaitu IA, IB, IC dengan masing-masing 1200..


Gambar 2.30 Rangkaian hubung bintang (Y)

Dari gambar di atas, diperoleh rumus (Dadan, A dkk, 2010) sebagai berikut :

41

VRS = VRT = VST = VL ; Tegangan antar phasa

VRN = VSN =VTN = VP ; Tegangan phasa

IR = IS = IT = IL (IP) ; Arus phasa /Arus saluran

Bila IL adalah arus saluran dan IP adalah arus phasa, maka akan berlaku

hubungan :

ILine = Iphasa

VL = 3 Vphasa

2. Hubung Delta (Δ)

Hubungan segitiga adalah suatu hubungan transformator tiga fasa, dengan cara

penyambungannya ialah ujung akhir lilitan fasa pertama disambung dengan ujung

mula lilitan fasa kedua, akhir fasa kedua dengan ujung mula fasa ketiga dan akhir

fasa ketiga dengan ujung mula fasa pertama. Tegangan transformator tiga phasa

dengan kumparan yang dihubungkan segitiga yaitu; VA VB VC masing-masing

berbeda 120°.


Gambar 2.31 Rangkaian Hubung Delta (Δ)

42

Dari gambar di atas, diperoleh rumus (Dadan, A dkk, 2010) sebagai berikut :

IRS = IST = ITR = IP ; Arus phasa

IR = IS =IT = IL ; Arus saluran

VRS = VST = VTR = VL (VP) ; Tegangan antar phasa

Bila VL adalah tegangan antar phasa dan VP adalah tegangan phasa maka

berlaku hubungan :

Vline = Vphasa

Iline = 3 . Iphasa

Perbandingan dari hubungan transformator tiga fasa hubung bintang (Y) dan

hubung delta (Δ) adalah sebagai berikut :

Sistem hubung wye :

Vph=VLN Iph=IL VLL=√3 VLN

P=3 Vph Iph cos(ɸ)= √3 VLL IL cos (ɸ) …………………………..…………... (2.61)

Sedangkan untuk sistem hubung delta :

ILine= √3 Iph VLL=Vph

P=3 Vph Iph cos(ɸ)= √3 VLL IL cos (ɸ) ………………………………..……... (2.62)

2.4. Isolasi pada transformator

Sistem isolasi merupakan gabungan dari beberapa bahan isolasi yang

digunakan pada suatu peralatan listrik untuk memisahkan bagian-bagian peralatan

listrik yang berbeda potensial. Agar suatu peralatan listrik dapat beroperasi dengan

baik, maka sistem isolasinya juga harus baik. Dalam menentukan dimensi suatu

sistem isolasi, perlu mengetahui tentang jenis, besaran dan durasi tekanan medan

elektrik yang dialami masing-masing bahan yang membentuk sistem isolasi

43

tersebut. Selain itu, perlu dipertimbangkan kondisi sekitar tempat bahan isolasi

tersebut beroperasi. Sifat dari isolasi yang memisahkan suatu peralatan yang

bertegangan ke bagian peralatan yang tidak bertegangan. Karena perbedaan

tegangan di antara kedua bagian peralatan, pada media yang terletak di antara kedua

peralatan tersebut akan mengalami tekanan medan elektrik. Oleh karena itu, setiap

bahan yang membentuk sistem isolasi suatu peralatan listrik harus mampu memikul

tekanan medan elektrik yang terjadi pada peralatan tersebut.

Ketika suatu peralatan listrik beroperasi, pada bagian-bagian peralatan yang

bertegangan akan mengalir arus listrik. Arus listrik ini menimbulkan gaya mekanis,

sehingga sistem isolasi akan mengalami tekanan mekanis. Tekanan mekanis ini

sangat kuat ketika arus hubung singkat mengalir pada suatu peralatan. Oleh karena

itu, selain berfungsi sebagai pemisah peralatan yang berbeda potensial, sistem

isolasi juga berfungsi sebagai penahan tekanan mekanis. Arus listrik yang mengalir

pada peralatan akan menimbulkan panas, sehingga sistem isolasi perlatan

mengalami pemanasan. Pemanasan sistem isolasi tersebut bersumber dari panas

internal yang terjadi pada bahan isolasi. Sumber panas internal antara lain berupa

panas yang terjadi karena resistansi sistem isolasi tidak terhingga. Walaupun kecil,

arus listrik tetap mengalir pada sistem isolasi. Sumber panas internal lainnya adalah

panas yang terjadi karena adanya rugi-rugi dielektrik pada bahan isolasi yang

diterpa medan elektrik bolak-balik. Karena itu, sistem isolasi harus mampu

menahan tekanan yang diakibatkan panas.

Peralatan listrik akan mengalami kenaikan temperatur selama beroperasi, baik

pada kondisi normal maupun pada kondisi mengalirkan arus lebih, sehingga bahan

isolasi peralatan listrik memiliki sifat thermal sebagai berikut :

1. Daya tahan panasnya tinggi, sehingga tidak berubah sifat pada temperatur

tinggi;

2. Tidak berubah bentuk pada temperatur tinggi;

3. Konduktivitas panas tinggi;

4. Koefisien muai panas rendah;

5. Tidak mudah terbakar;

44

6. Tahan terhadap busur api.

Bahan isolasi memiliki daya tahan terhadap pengaruh material di sekitarnya,

seperti minyak dan ozon, memiliki kekedapan dan kekenyalan higroskopis yang

tinggi, daya serap air rendah dan stabil ketika mengalami radiasi. Tekanan yang

diakibatkan medan elektrik, gaya mekanik, termal atau kimia perlu diketahui

efeknya. Suatu bahan isolasi dinyatakan baik jika bahan tersebut dalam jangka

waktu lama dapat menahan semua tekanan tersebut.

Sistem isolasi yang baik memiliki sifat sebagai berikut :

1. Mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi, agar dimensi sistem isolasi

menjadi kecil dan penggunaan bahan semakin sedikit, sehingga biaya

pembuatan sistem isolasi semakin murah;

2. Rugi-rugi dielektriknya rendah agar temperatur bahan isolasi tidak melebihi

batas yang ditentukan;

3. Memiliki kekuatan kerak yang tinggi agar tidak terjadi erosi karena tekanan

elektrik permukaan;

4. Memiliki permitivitas yang tepat, sehingga arus pemuatan yang mengalir

pada sistem isolasi tersebut tidak melebihi batas.

2.4.1. Kekuatan dielektrik

Suatu bahan isolasi ideal tidak mempunyai elektron-elektron bebas,

terutama elektron yang terikat pada inti atom unsur pembentuk bahan isolasi.

Sedangkan untuk bahan konduktor mempunyai elektron-elektron bebas. Pada

Gambar 2.32 ditunjukkan suatu bahan isolasi ditempatkan pada dua elektroda piring

sejajar. Bila elektroda diberi tegangan searah V1, maka akan timbul medan elektrik

(E) di dalam bahan isolasi dari anoda ke katoda. Medan elektrik ini menimbulkan

gaya (F) pada elektron yang terikat pada inti atom unsur isolasi. Gaya ini membuat

elektron bebas bergerak menuju anoda yang kemudian akan meyebabkan terjadinya

ionisasi benturan antara elektron bebas dengan molekul netral. Ionisasi benturan

tersebut menghasilkan elektron bebas baru dan ion positif. Medan elektrik

45

merupakan suatu beban bagi bahan isolasi karena medan elektrik berupaya

mengadakan elektron-elektron bebas pada bahan isolasi atau mengubah sifat bahan

isolasi menjadi konduktif. Ukuran beban elektrik ini dinyatakan dengan kuat medan

elektrik (volt/cm).

Setiap bahan isolasi mempunyai batas kemampuan untuk memikul kuat

medan elektrik. . jika bahan isolasi melebihi batas yang ditentukan, maka arus

isolasinya akan menghantarkan arus tinggi dari anoda ke katoda dan bahan isolasi

tersebut gagal dalam melaksanakan fungsinya sebagai isolator. Kekuatan medan

elektrik tertinggi yang dapat dipikul suatu bahan isolasi tanpa mengakibatkan

kerusakan atau tembus listirk pada isolasi tersebut disebut kekuatan dielektrik.

Berikut ini merupakan proses terjadinya kekuatan dielektrik pada suatu bahan

isolasi :

Sumber : Bonggas, L Tobing, 2012

Gambar 2.32 Suatu bahan isolasi di antara dua elektoda

Waktu yang dibutuhkan sejak terjadinya ionisasi sampai terjadinya tembus

listrik disebut waktu tunda tembus (time lag). Jadi medan elektrik tidak selalu

mengakibatkan bahan isolasi tembus listrik.

46

2.4.2. Rugi-rugi dielektrik

Suatu bahan isolasi tersusun atas molekul-molekul. Inti atom yang

membentuk molekul tersebut mengikat kuat elektron. Jika bahan isolasi bebas dari

medan listrik, maka sususan molekulnya tidak beraturan Gambar 3.33(a). Suatu

bahan isolasi diberi tegangan AC, maka akan menimbulkan rugi-rugi daya yang

disebut rugi-rugi dielektrik (Bonggas, 2012). Rugi-rugi ini berubah menjadi panas

yang menyebabkan suhu isolasi naik. Sumber rugi-rugi pada resistansi isolasi

adalah I2R atau rugi-rugi konduktif. Meskipun kecil, selalu ada arus yang mengalir

pada bahan isolasi karena resistansi isolasi tidak benar-benar tak terhingga. Sumber

kedua adalah rugi-rugi pada resistansi kontak antara dua bahan isolasi yang

berdampingan. Sumber ketiga adalah terjadinya peluahan pada rongga udara pada

bahan isolasi tersebut. Sumber keempat adalah rugi-rugi dipol, yaitu rugi-rugi panas

yang terjadi karena adanya gesekan antar molekul bahan isolasi yang mengikuti

arah medan elektrik yang terjadi pada bahan isolasi tersebut.

Proses terjadinya rugi-rugi dielektrik yaitu apabila suatu muatan yang

berada pada ruang medan elektrik, akan mengalami gaya. Muatan negatif akan

mengalami gaya yang berlawanan dengan arah medan elektrik, sedangkan muatan

positif akan mengalami gaya searah dengan medan elektrik. Gaya yang terjadi pada

elektron akan memindahkan elektron tersebut dari posisi semula dan tertarik

mengikuti arah medan elektrik, sehingga molekul berubah menjadi dipol yang

letaknya sejajar dengan garis medan elektrik Gambar 3.33(b). Kemudian bahan

isolasi tersebut akan terpolarisasi oleh medan elektrik. Jika medan elektrik berubah

gaya, maka gaya pada muatan isolasi tersebut berubah sesuai arah medan elektrik

Gambar 3.33(c). Medan listirk dibangkitkan oleh tegangan AC, medan listrik yang

timbul berubah arah secara berulang-ulang mengikuti arah meda elektriknya. Setiap

perubahan posisi dipol, akan terjadi pergesekan antar dipol. Gesekan yang

berulang-ulang ini akan menyebabkan panas pada bahan isolasi, dan panas inilah

yang disebut rugi-rugi dielektrik.

Panas akibat gesekan antar dua logam lebih besar daripada gesekan antar

dua kayu. Rugi-rugi dielektrik terjadi akibat gesekan antar dipol. Oleh karena itu,

kerugian dielektrik pada bahan isolasi tergantung pada jenis bahan isolasi tersebut.

47

Dengan demikian, jika dua jenis bahan isolasi diberi tegangan AC yang sama, maka

nilai rugi-rugi dielektrik pada kedua bahan tersebut akan berbeda. Untuk

membedakan rugi-rugi dielektrik suatu bahan isolasi dengan isolasi yang lain pada

tegangan AC yang sama, maka dimunculkan suatu faktor yang tergantung pada

jenis bahan isolasi. Faktor ini disebut faktor rugi-rugi dielektrik (Tan δ).


Gambar 2.33 Dampak medan elektrik terhadap molekul bahan isolasi

2.5. Tangen delta

Tangent delta atau faktor rugi-rugi dielektrik merupakan pengujian yang

dilakukan pada sistem isolasi transformator dengan tujuan untuk mengetahui

kondisi isolasi transformator atau kerugian dielektrik dalam sistem isolasi

transformator. Isolasi yang baik akan bersifat kapasitif sempurna seperti halnya

sebuah isolator yang berada diantara dua elektroda pada sebuah kapasitor. Pada

kapasitor sempurna, tegangan dan arus fasa bergeser 90° dan arus yang melewati

isolasi merupakan kapasitif. Jika ada defect (cacat) atau kontaminasi pada isolasi,

maka nilai tahanan dari isolasi berkurang dan berdampak kepada tingginya arus

resistif yang melewati isolasi tersebut. Isolasi tersebut tidak lagi merupakan

kapasitor sempurna. Tegangan dan arus tidak lagi bergeser 90° tapi akan bergeser

kurang dari 90°. Besarnya selisih pergeseran dari 90° merepresentasikan tingkat

kontaminasi pada isolasi. Alat pengujian tangen delta ditunjukkan pada gambar

berikut :

48

Sumber : IK Megger Delta 4000, 2010

Gambar 2.34 Alat pengujian tangen delta

Tegangan yang diterapkan pada suatu bahan isolasi menimbulkan tiga

komponen arus, yaitu arus pengisian, arus absorpsi dan arus konduksi (Bonggas,

2012). Oleh karena itu, rangkaian listirk ekuivalen suatu bahan isolasi harus dapat

menampilkan adanya ketiga komponen arus ini. Pendekatan dari rangkaian listrik

dapat dilhat pada Gambar 2.35 berikut :


Gambar 2.35 Rangkaian listrik ekuivalen dari suatu bahan isolasi

49

Keterangan :

Cg = kapasitansi geometris;

Rk = resistansi bahan isolasi;

Ra = resistansi arus absorpsi;

Ca = kapasitansi arus absorpsi;

Ip = arus pengisian;

Ia = arus absorpsi;

Ik = arus konduksi.

Berdasarkan Gambar 2.35, jika terminal a-b dihubungkan kepada suatu surnber

tegangan DC, ada tiga komponen arus yang mengalir, yaitu arus ip yang mengisi

kapasitor Cg, arus ia yang mengisi kapasitor Ca, dan arus ik, yang mengalir melalui

resistor Rk. Arus pengisian ip yang mengalir ke kapesitor Cg tidak mengalami

hambatan sehingga arus ini berlangsung dengan cepat dan berhenti jika tegangan

kapasitor Cg telah sama dengan tegangan sumber DC. Arus pengisian ia, yang

mengalir ke kapasitor Ca, dihambat oleh resistor Rd sehingga arus pengisian ini

berlangsung lebih lama daripada arus pengisian ip. Dengan kata lain, ketika arus

pengisian ip berhenti, arus absorpsi ia masih mengalir mengisi kapasitor Ca dan

arus ini juga akan berhenti ketika tegangan kapasitor Ca telah sama dengan

tegangan sumber searah. Ketika arus pengisian ip dan ia telah berhenti, arus pada

rangkaian masih tetap ada, yaitu arus konduksi ik yang mengalir melalui resistor

Rk. Arus konduksi ik akan terus ada selama rangkaian masih tetap terhubung dengan

sumher tegangan searah.

Parameter rangkaian pada Gambar 2.35 hanya terdiri dari kapasitor dan

resistor. Karena itu, impedansi ekuivalen dari semua parameter tersebut, pada

tegangan bolak-balik pasti bersifat kapasitif sehingga rangkaian pada Gambar 2.35

dapat disederhanakan menjadi seperti Gambar 2.36. Jika terminal a-b rangkaian

pada Gambar 2.36 dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik, maka arus pada

tiap komponen adalah sebagai berikut :

50


Gambar 2.36 Rangkaian ekuivalen AC suatu bahan isolasi yang

disederhanakan

Dari Gambar 2.35, diperoleh rumus sebagai berikut :

𝐼𝑅 =𝑉

𝑅𝑒 …………………………………………………...…..… (2.63)

𝐼𝐶 = 𝜔𝐶𝑒𝑉 ……………………………………………….......… (2.64)

Keterangan:

IR = arus resistif (Ampere);

V = tegangan (Volt);

IC = arus kapasitif (Ampre);

Re = resistansi (ohm);

Ce = kapasitansi (Farad).

Arus total I, yaitu arus yang diberikan sumber tegangan pada rangkaian

adalah jumlah vektoris kedua komponen arus di atas, yaitu seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 2.37.

51

√𝐼𝑅2 + 𝐼𝐶

2 ………………………….......……………………… (2.65)

Arus IR menimbulkan rugi-rugi daya Pd pada resistor Re. Rugi-rugi ini disebut rugi-

rugi dielektrik. Rugi-rugi dielektrik ini adalah perkalian antara V dengan IR atau;

𝑃𝑑 = 𝑉𝐼𝑅 = V I 𝑐𝑜𝑠 𝜑 = 𝑉 𝐼 sin 𝛿 ……………………...……… (2.66)

Menurut Gambar 2.37, cos δ = IC/I, sehingga arus sumber dapat dituliskan sebagai

berikut :

𝐼 =𝐼𝐶

cos 𝛿 ……………………………………………......……….. (2.67)

Substitusi dari persamaan 2.64 dengan persamaan 2.67 menghasilkan :

𝐼 =𝜔𝐶𝑒𝑉

cos 𝛿 …………………………………………………......…. (2.68)


Gambar 2.37 Komponen arus menurut rangkaian pada Gambar 2.36

Untuk substitusi Pers. 2.68 ke dalam Pers. 2.66 diperoleh :

𝑃𝑑 =𝜔 𝐶𝑒 𝑉

cos 𝛿𝑉 sin 𝛿 = 𝜔 𝐶𝑒 𝑉

2 𝑡𝑔 𝛿 = 2𝜋𝑓𝐶𝑒 𝑉2 𝑡𝑔 𝛿 ………....(2.69)

52

Rugi-rugi dielektrik tergantung pada frekuensi tegangan sumber. Karena itu,

rugi-rugi dielektrik tidak terjadi pada bahan isolasi yang duhubungkan ke sumber

tegangan searah. Rugi-rugi dielektrik sebanding dengan faktor rugi-rugi dielektrik

(tg δ), faktor yang tergantung pada jenis bahan isolasi. Jika tg δ suatu bahan isolasi

besar, maka rugi-rugi dielektrik bahan isolasi tersebut akan besar.

Sedangkan untuk standar pengujian tangen delta transformator yang baik

menurut ANSI C 57.12.90 adalah :

Tabel 2.38 Standar uji tan δ transformator

Sumber : ANSI C 57.12.90

Untuk menginterpretasikan hasil uji sesuai standar ANSI C 57.12.90 adalah

sebagai berikut :

- Kurang dari 0,5% → baik

- 0,5% s/d 0,7% → kualitas isolasi memburuk atau menurun

- 0,5 s/d 1,0% → investigasi

< 0,5 % Baik

> 0,5% but < 0,7% Kualitas Isolasi Menurun

> 0,5% but < 1,0% & increasing Perbaikan Transformator

Greater than 1.0% Buruk

53

BAB III

METODE PENELITIAN

Dalam proses penelitian ini penulis melakukan penelitian untuk menganalisis

kondisi isolasi transformator daya kapasitas 60 MVA gardu induk Beringin menggunkan

metode tangen delta.

3.1. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. satu unit laptop;

2. alat uji Megger delta 4000;

3. transformator daya tegangan 150/20 kV kapasitas 60 MVA;

4. kabel grounding.

54

3.2. Tahap penyelesaian skripsi

Berikut ini merupakan tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penyelesaian

skripsi adalah sebagai berikut :

Gambar 3.1 Diagram alir tahapan penelitian

Penelitian ini merupakan studi kasus, yang diawali dengan perumusan

masalah, melakukan kajian studi pustaka, pengumpulan data, analisa data,

interpretasi hasil dan penarikan kesimpulan dengan uraian sebagai berikut :

Mulai

Studi literatur

Persiapan alat dan bahan

penelitian isolasi transformator

daya 150/20 KV - 60 MVA

Pengujian isolasi transformator daya 150/20

KV - 60 MVA dengan metode tangent delta

Apakah sesuai standar

ANSI C 57.12.90 ?

Selesai

Tidak

Ya

Catat hasil

Catat hasil dan analisa

Perbaikan trafo

55

1. Studi literatur

Studi literatur memiliki peranan penting dalam suatu penelitian karena dapat

dimanfaatkan sebagai landasan logika berfikir dalam menyelesaikan masalah

secara ilmiah. Studi literatur dilakukan dengan cara mempelajari teori-teori yang

digunakan untuk mencapai tujuan suatu penelitian.

2. Pengumpulan data

Proses pengumpulan data yang berkaitan dengan penelitian ini adalah bersumber

dari data pemeliharaan rutin dua tahunan di Gardu Induk Beringin berupa data uji

transformator dengan tujuan untuk mengetahui kondisi isolasi transformator di

Gardu Induk Beringin.

3. Analisis data

Analisis yang dilakukan pada penelitian ini yaitu dengan melakukan perhitungan

sesuai dengan data yang diperoleh pada Gardu Induk, yakni dengan menghitung

rugi-rugi dielektrik berdasarkan ketentuan IR/IC. jika nilai rugi-rugi dielektrik atau

tangen delta semakin besar, maka kualitas isolasi pada transformator semakin

memburuk.

4. Penarikan kesimpulan

Penarikan kesimpulan merupakan jawaban dari permasalahan yang dianalisis,

apakah kondisi BAB IV isolasi transformator dalam keadaan baik atau buruk. Hal

tersebut dapat disimpulkan berdasarkan standar tentang uji transformator yang

digunakan pada penelitian ini.

3.3. Tempat dan Waktu Pelaksanaan

Penelitian ini dilaksanakan di Gardu Induk Beringin Salatiga pada Trafo II

tegangan 150/20 kV dengan kapasitas 60 MVA. Sedangkan untuk pelaksanaan

penelitian tersebut sekitar 6 bulan.

56

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data masukan

Data-data yang diperlukan dalam melakukan penelitian tingkat isolasi

transformator daya 150/20 kV di Gardu Induk Beringin adalah sebagai berikut :

4.1.1 Data Transformator

Berikut ini merupakan rincian nameplate atau data transformator yang

digunakan. Untuk gambar dapat ditunjukkan pada Gambar 2.10

Merk : UNINDO

Kapasitas trafo : 60 MVA

Tahun pembuatan : 2014

Frekuensi : 50 Hz

Tegangan primer : 150 kV

Tegangan sekunder : 20 kV

Tipe pendingin : ONAN/ONAF

Impedansi : 12.5 %

Vector grup : YNyno

Nomor seri : P060LEC764-01

57

4.1.2 Data Uji Transformator

Berikut ini merupakan hasil data dari uji pemeliharaan transformator

meliputi mode pengukuran, arus, tegangan, daya dan kapasitansi sebagai berikut :

Tabel 4.1 Data Pengukuran Transformator

Mode C diukur Tegangan(kV) Arus[mA] Daya(watt) Cap(pF)

UST A CHL 10 37,276 1,146 9000

UST B CHT 10 32,264 0,3420 12000

UST

A+B

CHL+CHT 10 22,587 0,784 20000

GST

A+B

CHG+CHL

+CHT

10 55,851 1,746 7000

GSTg

A

CHT+CHG 10 48,890 0,548 9000

GSTg

B

CHL+CHG 4.1. 10 35,735 1,873 6000

GSTg

A+B

CHG 10 17,764 0,230 4000

Sumber : Data pemeliharaan dua tahunan Gardu Induk Beringin (2016)

58

4.2. Analisis Data

Setelah data diperoleh, maka dilakukan perhitungan untuk dapat menganalisis

kondisi tingkat isolasi transformator. Berdasarkan pada Tabel 4.1, sebelum

mengetahui nilai tangen delta, maka mencari terlebih dahulu nilai IR dan IC karena

rumus yang digunakan adalah tan δ = IR/IC. Untuk perhitungan sebagai berikut :

5.1. UST A

sin 𝛿 =𝑊

𝑉 𝐼

sin 𝛿 =1,146𝑊

10000 𝑉×37,276×10−3𝐴

=1,146

372,76 = 0,003074

Sin-1 0,003074 = 0,176120

Untuk mengetahui arus Ic, dapat dihitung :

Ic = I × cos δ

Ic = 37,276 × cos 0,17612

Ic = 37,275823 mA

Sedangkan untuk mengetahui arus Ir dapat dihitung :

IR = √𝐼2 − 𝐼𝑐2

= √(37,276)2 − (32,275823)2

IR = 0,114872

Dengan diketahuinya besar arus Ic dan IR, maka nilai tangen delta dapat

dihitung menjadi :

59

Tangen delta (δ) = 0,114872

37,275823

= 0,003081

Karena standar tangen delta menggunakan satuan persen (%) maka nilai tangen

delta dalam satuan persen adalah:

Tan δ (%) = 0,003081 x 100%

= 0,3 %

5.2. UST B

sin 𝛿 =𝑊

𝑉 𝐼

sin 𝛿 =0,3420𝑊

10000 𝑉×32,264×10−3𝐴

=0,3420

322,64 = 0,00106

Sin-1 0,00106 = 0,0607330


Ic = I × cos δ

Ic = 32,264 × cos 0,06

Ic = 32,26398 mA


IR = √𝐼2 − 𝐼𝑐2

√(32,264)2 − (32,26398)2

60

IR = 0,0359


dihitung menjadi :


32,26398

= 0,0011

Karena standar tangen delta menggunakan satuan persen (%) maka nilai tangen

delta dalam satuan persen adalah:

Tan δ (%) = 0,0011 x 100%

= 0,11 %

5.3. UST A+B

sin 𝛿 =𝑊

𝑉 𝐼

sin 𝛿 =0,784𝑊

10000 𝑉×22,587×10−3𝐴

=0,784

225,87 = 0,003471

Sin-1 0,003471 = 0,1988740


Ic = I × cos δ

Ic = 22,587 × cos 0,198774

Ic = 22,58686 mA


IR = √𝐼2 − 𝐼𝑐2

61

= √(22,587)2 − (22,58686)2

IR = 0,07952


dihitung menjadi :


22,58686

= 0,00352

Karena standar tangen delta menggunakan satuan persen (%) maka nilai

tangen delta dalam satuan persen adalah:

Tan δ (%) = 0,00352 x 100%

= 0,35 %

5.4. GST A+B

sin 𝛿 =𝑊

𝑉 𝐼

sin 𝛿 =1,746𝑊

10000 𝑉×55,851×10−3𝐴

=1,746

558,51 = 0,003126

Sin-1 0,003126 = 0,1791060


Ic = I × cos δ

Ic = 55,851 × cos 0,1791

Ic = 55,850727 mA


IR = √𝐼2 − 𝐼𝑐2

= √(55,851)2 − (55,850727)2

62

IR = 0,174626


dihitung menjadi :


55,850727

= 0,0031266



Tan δ (%) = 0,003126 x 100%

= 0,31%

5.5. GSTg A

sin 𝛿 =𝑊

𝑉 𝐼

sin 𝛿 =0,548𝑊

10000 𝑉×48,890×10−3𝐴

=0,548

488,9 = 0,001120

Sin-1 0,001120 = 0,0641710


Ic = I × cos δ

Ic = 48,890 × cos 0,064171

Ic = 48,8899 mA


IR = √𝐼2 − 𝐼𝑐2

= √(48,890)2 − (48,8899)2

IR = 0,09888

63


dihitung menjadi :


48,889

= 0,002



Tan δ (%) = 0,002 x 100%

= 0,2 %

5.6. GSTg B

sin 𝛿 =𝑊

𝑉 𝐼

sin 𝛿 =1,873𝑊

10000 𝑉×35,735×10−3𝐴

=1,873

357,35 = 0,005241

Sin-1 0,005241 = 0,3002880


Ic = I × cos δ

Ic = 35,735 x cos 0,300288

Ic = 35,7345 mA


IR = √𝐼2 − 𝐼𝑐2

= √(35,735)2 − (35,7345)2

IR = 0,189

64


dihitung menjadi :


35,7345

= 0,005289



Tan δ (%) = 0,005289 x 100%

= 0,5 %

5.7. GSTg A+B

sin 𝛿 =𝑊

𝑉 𝐼

sin 𝛿 =0,230𝑊

10000 𝑉×17,764×10−3𝐴

=0,230

177,64 = 0,001294

Sin-1 0,001294 = 0,074140


Ic = I × cos δ

Ic = 17,764 × cos 0,07414

Ic = 17,7639 mA


IR = √𝐼2 − 𝐼𝑐2

= √(17,764)2 − (17,7639)2

IR = 0,05960

jurusan teknik elektro fakultas teknik ......rekan-rekan di teknik elektro universitas tidar yang...

Documents