KARAKTERISTIK KORONA DAN TEGANGAN TEMBUS ISOLASI MINYAK PADA KONFIGURASI ELEKTRODA JARUM-PLAT

KARAKTERISTIK KORONA DAN TEGANGAN TEMBUS ISOLASI MINYAK PADA KONFIGURASI ELEKTRODA

JARUM-PLATDISUSUN UNTUK MEMENUHI MATAKULIAH PROTEKSI SISTEM

TENAGA LISTRIK

DisusunOleh :

Nama            : Lodien HutapeaNIM             : 5103331020Jurusan         : Pend. Teknik Elektro

PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI MEDAN2012

Abstrak

Karakteristik korona dan tegangan tembus isolasi minyak pada konfigurasi elektroda jarum-plat merupakan suatu keadaan abnormal pada transformator di saat transformator tersebut dalam keadaan bekerja maupun beraktifitas. Untuk mengetahui karakteristik dari kasus ini makan akan diadakan pengujian yang objektif.

Pengujian dilakukan di laboratorium untuk mengetahui karakteristik korona dan tegangan tembus dengan menggunakan elektroda jarum-plat (needle-plat). Hasil pengujian menunjukkan peristiwa korona (Corona Inception Voltage) dan tegangan tembus (Streamer Breakdown Voltage) meningkat seiring dengan semakin besarnya permukaan elektroda jarum dan jarak sela antar elektroda. Corona Stabilization Effect menunjukkan kestabilan dari peristiwa korona, di mana hasil yang diperoleh dari pengujian yaitu semakin besar permukaan elektroda maka semakin tidak efektif Corona Stabilization Effectny, hal ini disebabkan karena semakin besarnya muatan ruang menyebabkan pembentukan korona terhambat.

KATA PENGANTAR

Puji dan syikur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas berkat dan

kasihnya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas mata kuliah Proteksi Sistem Tenaga

Listrik yaitu mengembangkan suatu jurnal menjadi sebuah karya tulis. Adapun judul dari karya

tulis ini adalah Karakteristik korona dan Tegangan Tembus Isolasi Minyak pada Konfigurasi

Elektroda Jarum-plat

Adapun penulisan karya tulis ini dapat terselesaikan berkat bantuan dari segala pihak

yang membantu terselesaikannya karya tulis ini.

Maka dari itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :

Rekan se-profesi yang membantu dan mendorong serta memberikan informasi yang

sangat diperlukan dalam penyusunan makalah ini sehingga dapat terselesaikan.

Semua pihak yang telah ikut berpartisipasi, serta telah memberikan semangat dalam

membantu menyelesaikan makalah ini.

Penulis menyadari bahwa karya tulis ini masih banyak kesalahan dan kekurangan,

maka dari itu penulis mengharapkan sumbangan pikiran, pendapat serta saran – saran yang

berguna demi penyempurnaan makalah ini. Semoga karya tulis ini dapat berguna dan

bermanfaat bagi pembaca.

                                                                                           Medan, 01 Juni 2012

                                                                                                       Penulis

DAFTAR ISI

Abstrak......................................................................................................... i

Kata Pengantar............................................................................................. ii

Daftar Isi...................................................................................................... iii

Daftar Tabel................................................................................................. v

Daftar Grafik dan Diagram.......................................................................... vi

BAB I

PENDAHULUAN

I.                   Latar Belakang Masalah............................................................. 1

II.                Rumusan Masalah...................................................................... 1

III.             Batasan Masalah........................................................................ 1

IV.             Tujuan Penulisan........................................................................ 2

V.                Metode Penulisan....................................................................... 2

BAB II

LANDASAN TEORI................................................................................ 3

BAB III

METODE PENULISAN........................................................................... 19

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN............................................. 20

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN................................................................ 38

DAFTAR PUSTAKA................................................................................. 39

DAFTAR TABELTabel 1.......................................................................................................... 27Tabel 2.......................................................................................................... 27Tabel 3.......................................................................................................... 28Tabel 4.......................................................................................................... 28

DAFTAR GAMBARGambar II.1.................................................................................................. 3Gambar II.2.................................................................................................. 4Gambar II.3.................................................................................................. 6Gambar II.4.................................................................................................. 7Gambar II.5.................................................................................................. 10Gambar II.6.................................................................................................. 11Gambar II.7.................................................................................................. 11Gambar II.8.................................................................................................. 12Gambar II.9.................................................................................................. 13Gambar II.10................................................................................................ 13Gambar II.11................................................................................................ 14Gambar II.12................................................................................................ 16Gambar II.13................................................................................................ 16Gambar IV.1................................................................................................ 23Gambar IV.2................................................................................................ 24Gambar IV.3................................................................................................ 25Gambar IV.4................................................................................................ 25Gambar IV.5................................................................................................ 25Gambar IV.6................................................................................................ 26Gambar IV.7................................................................................................ 29Gambar IV.8................................................................................................ 30Gambar IV.9................................................................................................ 30Gambar IV.10.............................................................................................. 30Gambar IV.11.............................................................................................. 31Gambar IV.12.............................................................................................. 31Gambar IV.13.............................................................................................. 31Gambar IV.14.............................................................................................. 32Gambar IV.15.............................................................................................. 33Gambar IV.16.............................................................................................. 33Gambar IV.17.............................................................................................. 35Gambar IV.18.............................................................................................. 35Gambar IV.19.............................................................................................. 35Gambar IV.20.............................................................................................. 35Gambar IV.21.............................................................................................. 36Gambar IV.22.............................................................................................. 36Gambar IV.23.............................................................................................. 37

BAB I

PENDAHULUAN

I.1.  Latar Belakang Masalah

Transformator merupakan perangakat yang tidak bisa lepas dari tegangan tinggi,

sebab tampa ada transformator khalayak ramai akan sangat kesusahan untuk mendapatkan

energy listrik yang sangat diperlukan pada kehidupan sehari-hari manusia pada saat ini.

Banyak orang hanya sebagai pengguna yang tidak mau tau akan proses suatu hal yang

digunakannya pada setiap harinya.

Pada saat transformator beroperasi ada kalanya transformator tersebut mengalami

keadaan abnormal maupun gangguan baik dari dalam system maupun dari luar system.

Gangguan pada transformator bukan hanya satu jenis, contohnya gangguan pada media

pendinginnya, gangguan pada media proteksinya dan lain sebagainya. Pada kesempatan ini

penulis akan mencoba mengulas tentang Korona dan tegangan tebus pada trafo.

I.2.  Rumusan Masalah

Pada penulisan karya tulis ini adapun masalah yang akan diulas adalah sekitar

karakteristik korona dan tegangan tembus minyak pada konfigurasi elektroda jarum-plat yang

adapa pada transformator dalam keadaan abnormal. Dan keadaan abnormal ini akan di

rekayasa dengan percobaan yang sama dengan keadaan abnormal yang sebebarnya.

I.3.  Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dari penulisan karya tulis ini adalah hanya akan membahas

tentang karakteristik korona dan tegangan tembus minyak pada konfigurasi elektroda jarum-plat

dan tidak akan membahas factor-faktor lain yang mungkin akan berpengaruh maupun tidak

pada keadaan tersebut.

I.4.  Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan karya tulis ini adalah antara lain sebagi berikut:

1.      Sebagai media belajar sendiri mahasiswa untuk mengembangkan pemahaman tentang materi

tegangan tinggi

2.      Mahasiswa dapat meningkatkan pengetahuan baik tentang teknik tegangan tinggi maupun

membuet karya ilmiah maupun karya tulis

3.      Mahasiswa setidaknya memiliki rasa ingin belajar teknik tegangan tinggi

4.      Mahasiswa mengetahui bagaimana karakteristik dari korona yang terjadi pada transformator

5.      Mahasiswa mengetahui proses terjadinya tegangan tembus pada minyak trafo.

I.5. Metode Penulisan

Adapun metode yang digunaka penulis dalam membuat karya tulis ini adalah metode

study pustaka dimana semua data maupun materi yang di muat didalamnya berasal dari jurnal,

artikel, buku-buku dan media yang lainnya.

BAB II

LANDASAN TEORI

II.1.  Pengertian Transformator

Transformer adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energy

listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu

gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.

Gambar II-1 Transformasi Energi

II.2.  Sejarah Transformator

         1831, Michael Faraday mendemonstrasikan sebuah koil dapat menghasilkan tegangan dari koil

lain.

         1832, Joseph Henry menemukan bahwa perubahan flux yang cepat dapat menghasilkan

tegangan koil yang cukup tinggi

         1836, Nicholas Callan memodifikasi penemuan Henry dengan dua koil.

         1850 – 1884, era penemuan generator AC dan penggunaan listrik AC

         1885, Georges Westinghouse & William Stanley mengembangkan transformer berdasarkan

generator AC.

         1889, Mikhail Dolivo-Dobrovolski mengembangkan transformer 3 fasa pertama

II.3.  Prinsip Dasar Transformator

Prinsip dasar suatu transformator adalah induksi bersama(mutual induction) antara

dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks magnet. Dalam bentuk yang sederhana,

transformator terdiri dari dua buah kumparan induksi yang secara listrik terpisah tetapi secara

magnet dihubungkan oleh suatu path yang mempunyai relaktansi yang rendah. Kedua kumparan

tersebut mempunyai mutual induction yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan

dengan sumber tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang

dihubungkan dengan kumparan yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak

listrik) induksi ( sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday, Bila arus bolak balik

mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl).

Gambar II-2 Sejarah Perkembangan Trafo

II.4.  Jenis-jenis Transformator

II.4.1.  Trafo Radio

Trafo yang biasa digunakan pada rangkaian radio dan televisi dengan tegangan input

220 v/110 v dan tegangan output 48 v – 24 v step down.Dimensi pada trafo ini sangat kecil dan

efisiensi rendah.

II.4.2.  Trafo Pengukuran

II.4.2.1.  Current Transformer

Current transformer mengukur aliran listrik dan memberikan masukan untuk kekuasaan

transformer dan instrumen. Current transformer baik menghasilkan arus bolakbalik atau

tegangan bolak-balik yang sebanding dengan arus yang diukur. Ada dua tipe dasar

transformator saat ini: wound dan toroida. Transformer wound saat ini terdiri dari integral

belitan primer yang dimasukkan secara seri dengan konduktor yang membawa arus yang diukur.

Toroidal atau berbentuk donat transformer saat ini tidak mengandung belitan primer.

Sebaliknya, kawat yang membawa arus threaded melalui jendela di transformator toroida.

Beberapa CTS dibuat untuk engsel terbuka, memungkinkan insersi sekitar konduktor

listrik konduktor tanpa mengganggu sama sekali. Standar industri untuk arus sekunder CT

adalah kisaran 0 hingga 5 ampli AC. Seperti PTS, CTS dapat dibuat dengan rasio berliku

kustom untuk memenuhi hampir semua aplikasi. Karena mereka "beban penuh" arus sekunder

adalah 5 ampli, rasio CT biasanya digambarkan dalam hal beban penuh amp utama sampai 5

ampli.

Gambar II-3 Metering Current transformer

II.4.2.2.  Potential Transformer

Transformer juga dapat digunakan dalam sistem instrumentasi listrik. Karena

transformer kemampuan untuk meningkatkan atau turun tegangan dan arus, dan listrik isolasi

yang mereka berikan, mereka dapat berfungsi sebagai cara untuk menghubungkan peralatan

listrik tegangan tinggi, sistem tenaga arus tinggi. Misalkan kita ingin secara akurat mengukur

tegangan 13,8 kV sebuah power sistem.

Gambar II-4 Aplikasi Instrumentasi: "Potensi transformator" skala tegangan tinggi ke nilai

aman diterapkan pada voltmeter konvensional.

Sekarang voltmeter membaca fraksi yang tepat, atau rasio, dari sistem yang sebenarnya

tegangan, mengatur skala untuk membaca seolah-olah mengukur tegangan secara langsung.

Transformator instrumen menjaga tegangan pada tingkat yang aman dan mengisolasi listrik

dari sistem , sehingga tidak ada hubungan langsung antara saluran listrik dan instrumen atau

kabel instrumen. Ketika digunakan dalam kapasitas ini, trafo disebut Potensi Transformer, atau

hanya PT.

Potensial transformer dirancang untuk memberikan seakurat tegangan rasio stepdown .

Untuk membantu dalam regulasi tegangan yang tepat, beban seminimal mungkin: voltmeter

dibuat untuk memiliki impedansi masukan yang tinggi sehingga menarik sedikit arus dari PT .

Seperti yang anda lihat,pada gambar 6. sumbu telah terhubung secara seri dengan gulungan

primer PT,untuk keselamatan dan kemudahan memutus tegangan dari PT.

Standar tegangan sekunder untuk sebuah PT adalah 120 volt AC, untuk full-rated

tegangan listrik. Rentang voltmeter standar untuk menemani PT adalah 150 volt, skala penuh.

PTS dengan rasio berliku kustom dapat dibuat sesuai dengan aplikasi apapun. Ini cocok baik

untuk standarisasi industri voltmeter yang sebenarnya instrumen sendiri, karena PT akan

menjadi ukuran untuk langkah sistem tegangan ke tingkat instrumen standar ini.

II.4.3.  Trafo Tenaga

Trafo ini biasanya digunakan pada pemakaian daya dari rumah tangga, sampai

pembangkit , transmisi dan distribusi tenaga listrik.

Beberapa alasan digunakannya transformer, antara lain :

1.      Tegangan yang dihasilkan sumber tidak sesuai dengan tegangan pemakai,

2.      Biasanya sumber jauh dari pemakai sehingga perlu tegangan tinggi (pada jaringan

transmisi),dan

3.      Kebutuhan pemakai/beban memerlukan tegangan yang bervariasi.

Selain kapasitas daya, dalam pemilihan transformator distribusi kita juga harus mengetahui:

a.       Bushing

Bushing merupakan salah satu komponen pada transformator sebagai tempat penghubung

antara transformator dengan jaringan luar. Bushing terbuat dari porselin, dimana porselin ini

berfungsi sebagai penyekat antara konduktor (penghantar yang bertegangan) dengan tangki

transformator.

b.      Sistem Pendinginan

Dalam memilih transformator kita harus mengetahui system pendinginan yang digunakan

transformator tersebut.

c.       Peralatan Proteksi

Transformator Distribusi yang digunakan harus memiliki peralatan proteksi.

d.      Indikator

Indikator dalam transformator digunakan untuk mengetahui tinggi dari permukaan minyak dan

temperature / suhu minyak.

e.       Tap Changer

Tap Changer adalah perubahan tegangan dari satu tegangan ke tegangan lain dilakukan dalam

keadaan tanpa beban (tegangan off) dan dilakukan secara manual melalui sebuah tuas.

f.       Spesifikasi Teknis Transformator

Untuk pemilihan transformator perlu melihat spesifikasi teknisnya, apakah transformator

tersebut Step Up atau transformator Step Down

Dari spesifikasi tersebut kita akan mengetahui :

1. Type

2. Standar menurut IEC dan SPLN

3. Rating

4. Vektor grup

5. Sifat kelistrikan

6. Berat dan dimensi

II.5. Prinsip Kerja

Prinsip kerja suatu transformator adalah induksi bersama (mutual induction) antara

dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks magnet. Dalam bentuk yang sederhana,

transformator terdiri dari dua buah kumparan yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet

dihubungkan oleh suatu alur induksi. Kedua kumparan tersebut mempunyai mutual induction

yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, fluks

bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan yang lain

menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik) induksi ( sesuai dengan induksi

elektromagnet) dari hukum faraday.

Gambar II.5 Rangkaian transformer

Berdasarkan hukum Faraday yang menyatakan magnitude dari electromotive force

(emf) proporsional terhadap perubahan fluks terhubung dan hukum Lenz yang menyatakan rah

dari emf berlawanan dengan arah fluks sebagai reaksi perlawanan dari perubahan fluks

tersebut didapatkan persaman :

e    = emf sesaat (instantaneous emf)

Ψ = fluks terhubung (linked flux)

Dan pada transformer ideal yang dieksitasi dengan sumber sinusoidal berlaku

persamaan:

E = 4,44 Φm N f

E = Tegangan (rms)

N    = jumlah lilitan

Φm = fluks puncak (peak flux)

f      = frekuensi

dan persamaan:

Dikarenakan pada transformer ideal seluruh mutual flux yang dihasilkan salah satu

kumparan akan diterima seutuhnya oleh kumparan yang lainnya tanpa adanyaleakage

flux maupun loss lain misalnya berubah menjadi panas. Atas dasar inilah didapatkan pula

persamaan:

Gambar II.6 Grafik arus, tegangan dan fluks yang terjadi

II.6.  Rangkaian ekuivalen transformer

Untuk mempermudah analisis dalam pengujian, rangkaian primer dan sekunder dibuat

menjadi sebuah rangkaian yang disebut rangkaian equivalent. Pada rangkaian ini rugi tembaga

pada sisi sekunder diubah menjadi nilai ekuivalennya dan dilihat dari arah primer.

Gambar II.7 Rangkaian ekuivalen transformer

Dimana a adalah rasio perbandingan lilitan kumparan sekunder terhadap kumparan

primer sehingga resistansi sekunder didapatkan :

dan reaktansi sekunder didapatkan:

Dari persamaan sebelumnya dapat digambarkan rangkaian ekuivalen transformer

menjadi:

Gambar II.8 Rangkaian ekuivalen yang telah disederhanakan

II.7.  Transformer Praktis

Pada dasarnya rangkaian ekuivalen transformer praktis sama dengan transformer

ideal, hanya saja ditambahkan rugi-rugi inti yaitu rugi hysterisis dan rugi arus pusar (eddy

current). Rugi-rugi ini digambarkan sebagai induktansi dan resistansi yang terhubung secara

parallel dengan kumparan primer, pada gambar dilambangkan sebagai Xm untuk induktansi

dan Rm untuk resistansi.

Gambar II.9 Rangkaian ekuivalen transformer praktis

Selain memperhitungkan rugi-rugi inti, transformer praktis juga memasukkan unsure

fluks bocor (leakage flux). Untuk menghitung tegangan induksi akibat fluks bocor ini dapat

dilakukan dengan memodifikasi Φm menjadi Φl leakage pada persamaan

II.8.  Rugi-Rugi Pada Transformer

II.8.1.  Rugi Arus Pusar (eddy current)

Arus pusar adalah arus yang mengalir pada material inti karena tegangan yang

diinduksi oleh fluks. Arah pergerakan arus pusar adalah 90o terhadap arah fluks seperti terlihat

pada Gambar

Gambar II.10 Arus pusar yang berputar pada material inti

Dengan adanya resistansi dari material inti maka arus pusar dapat menimbulkan panas

sehingga mempengaruhi sifat fisik material inti tersebut bahkan hingga membuat transformer

terbakar. Untuk mengurangi efek arus pusar maka material inti harus dibuat tipis dan

dilaminasi sehingga dapat disusun hingga sesuai tebal yang diperlukan

Rugi arus pusar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

pe  = Rugi arus pusar [w/kg]

ke  = Konstanta material inti

f    = frekuensi [Hz]

t    = ketebalan material [m]

Bmax = Nilai puncak medan magnet [T]

II.8.2.  Rugi Hysterisis

Rugi hysterisis terjadi karena respon yang lambat dari material inti. Hal ini terjadi

karena masih adanya medan magnetik residu yang bekerja pada material, jadi saat arus eksitasi

bernilai 0, fluks tidak serta merta berubah menjadi 0 namun perlahan-lahan menuju 0. Sebelum

fluks mencapai nilai 0 arus sudah mulai mengalir kembali atau dengan kata lain arus sudah

bernilai tidak sama dengan 0 sehingga akan membangkitkan fluks kembali. Grafik hysterisis

dapat dilihat pada Gambar

Gambar II.11Grafik hysterisis Iex terhadap Φ

Rugi hysterisis ini memperbesar arus eksitasi karena medan magnetik residu

mempunyai arah yang berlawanan dengan medan magnet yang dihasilkan oleh arus eksitasi.

Untuk mengurangi rugi ini, material inti dibuat dari besi lunak yang umum digunakan adalah

besi silikon. Besarnya rugi hysterisis dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan

ph      = Rugi arus pusar [w/kg]

kh      = Konstanta material inti

f        = frekuensi [Hz]

Bmax = Nilai puncak medan magnet [T]

n        = Nilai eksponensial, tergantung material dan Bmax

Rugi hysteris maupun rugi arus pusar bernilai tetap, tidak bergantung pada besarnya

beban.

II.8.3  Rugi Tembaga

Rugi tembaga adalah rugi yang dihasilkan oleh konduktor/tembaga yang digunakan

sebagai bahan pembuat kumparan. Rugi ini diakibatkan oleh adanya resistansi bahan. Nilai

resistansi konduktor dapat dihitung dengan Persamaan

R   = Tahanan (Ohm)

ρ    = Tahanan jenis (Ohm.m)

l     = Panjang (m)

A   = Luas penampang (m2)

II.9.  Jenis – Jenis Pendingin Pada Transformator

Terdapat dua jenis pendingin pada transformator, diantaranya adalah:

1. Tipe Kering

a.       AA : Pendingin udara natural

b.      AFA : Pendinginan udara terpompa

2. Tipe Basah

a.       ONAN : Oil Natural Air Natural

Pada tipe ini udara dan oli akan bersikulasi dengan alami. Perputaran oli akan

dipengaruhi oleh suhu dari oli tersebut.

Gambar II-12 Pendinginan Tipe ONAN

b.      ONAF : Oil Natural Air Forced

Pada tipe ini oli akan bersikulasi dengan alami namun saat oli melalui radiator oli

akan didinginkan dibantu dengan kipas/fan.

Gambar II-13 Pendinginan Tipe ONAF

c.       OFAF : Oil Forced Air Forced

Pada tipe ini oli akan didinginkan dengan bantuan pompa agar sirkulasi semakin cepat

dan juga dibantu kipa/fan pada radiatornya.

Khusus jenis trafo tenaga tipe basah, kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam

minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo

mempunyai sifat sebagai media pemindah panas dan bersifat pula sebagai isolasi ( tegangan

tembus tinggi ) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu minyak trafo

harus memenuhi persyaratan sbb. :

         Ketahanan isolasi harus tinggi ( >10kV/mm )

         Berat jenis harus kecil, sehingga partikel-partikel inert di dalam minyak dapat mengendap

dengan cepat.

         Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan kemampuan pendinginan menjadi

lebih baik.

          Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yg dapat membahayakan

         Tidak merusak bahan isolasi padat ( sifat kimia ‘y’ ) 

II.10.  Minyak Transformator

Minyak transformator merupakan salah satu bahan isolasi cair yang dipergunakan

sebagai isolasi dan pendingin pada transformator. Sebahagian bahan isolasi minyak harus

memiliki kemampuan untuk menahan tegangan tembus, sedangkan sebagai pendingin minyak

transformator harus mampu meredam panas yang ditimbulkan, sehingga dengan kedua

kemampuan ini maka minyak diharapkan akan mampu melindungi transformator dari gangguan.

Minyak transformator mempunyai unsur atau senyawa hidrokarbon yang terkandung

dalam minyak transformator ini adalah senyawa hidrokarbon parafinik, senyawa hidrokarbon

naftenik dan senyawa hidrokarbon aromatik. Selain ketiga senyawa diatas minyak transformator

masih mengandung senyawa yang disebut zat aditif meskpun kandungan nya sangat kecil .

Minyak transformator adalah cairan yang dihasilkan dari proses pemurnian minyak

mentah. Selain itu minyak ini juga berasal dari bahan bahan organik, misalnya inyak piranol

dan silikon, berapa jenis minyak transformator yang sering dijumpai dilapangan adalah minyak

transformator jenis Diala A, diala B dan Mectrans. Kenaikan suhu pada transformator akan

menyebabkan terjadinya proses hidrokarbon pada minyak, nilai tegangan tembus dan kerapatan

arus konduksi merupakan beberapa indicator atau variable yang digunakan untuk mengetahui

apakah suatu minyak transformator memiliki ketahanan listrik yang memahami persyaratan

yang berlaku . Secara analisa kimia ketahanan listrik suatu minyak transformator dapat

menurun akibat adanya pengaruh asam dan pengaruh tercampurnya minyak dengan air. Untuk

menetralisir keasaman suatu minyak transformator dapat mengunakan potas hidroksida(KOH).

Sedangkan untuk menghilangkan kandungan air yang terdapat dalam minyak tersebut yaitu

dengan cara memberikan suatu bahan higroskopis yaitu selikagel. Dalam menyalurkan

perannya sebagai pendingin, kekentalan minyak transformator ini tidak boleh terlalu tinggi agar

mudah bersikulasi, dengan demikian proses pendinginan dapat berlangsung dengan baik.

Kekentalan relatif minyak transformator tidak boleh lebih dari 4,2 pada suhu 200 C dan 1,8 dan

1,85 dan maksimum 2 pada suhu 50 0C.  Hal ini sesuai dengan sifat minyak transformator yakni

semakin lama dan berat operasi suatu minyak transformator, maka minyak akan akan semakin

kental . Bila kekentalan minyak tinggi maka sulit untuk bersikulasi sehingga akan menyulitkan

proses pendinginan transformator.

BAB III

METODE PENULISAN

Adapun metode dalam penulisan karya tulis yang berjudulkan karakteristik korona dan

tegangan tembus minyak pada konfigurasi elektroda jarum-plat adalah metode study pustaka

yang dimana sumber maupun data yang dimuat dalam tulisan ini adalah berasal dari artikel,

jurnal, buku-buku dan media yang lainnya. Adapun materi yang diulas dalam tulisan ini adalah

pengembangan dari jurnal yang sudah ada dan yang sudah banyak yang membacanya.

Pada pengumpulan data, penulis mencari dari sumber materi baik dari media online

maupun non-online. Penulis kemudian menggabungkan materi yang saling mendukung dalam

suatu tulisan walaupun penulis mengetahui bahwa tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan.

BAB IV

PEMBAHSAN MASALAH

Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik. Isolasi

diperlukan untuk memisahkan bagian yang bertegangan dengan yang tidak bertegangan

sehingga tidak terjadi lompatan listrik atau percikan diantaranya. Bahan isolasi akan

menunjukkan sifatnya bila dipengaruhi medan listrik. Minyak merupakan salah satu bahan

isolasi yang termasuk dalam bahan  ielektrik. Tegangan tembus isolasi merupakan tegangan

yang mampu merusak ketahanan isolasi dari suatu bahan isolasi. Begitu juga dengan peristiwa

korona yang merupakan salah satu fenomena dari tegangan tinggi.

Selain itu juga, untuk mengetahui karakteristik dari kedua permasalahan tersebut yaitu

peristiwa tegangan tembus dan korona maka dilakukan pengujian dengan menggunakan

elektroda jarum-plat. Dengan sumber tegangan tinggi AC (Alternating Current) dan tegangan

tinggi DC (Direct Current). Pemilihan elektroda jarum untuk memudahkan pengamatan saat

pengujian.

IV.1.  FENOMENA PRE-BREAKDOWN

IV.1.1.  Isolasi Cair

Isolasi cair memiliki dua fungsi yaitu sebagai pemisah antara bagian yang bertegangan

dan juga sebagai pendingin sehingga banyak digunakan pada peralatan seperti transformator,

pemutus tenaga, switch gear.

IV.1.1.1.  Karakteristik Isolasi Cair

Pada dasarnya dielektrik cair harus memiliki sifat dielektrik yang baik, mempunyai

karakteristik perpindahan panas yang bagus dan memiliki struktur kimia yang stabil saat

pengoperasian.

a.       Sifat Listrik

Sifat-sifat listrik yang sangat penting dalam menentukan kinerja dielektrik dari dielektrik cair

adalah :

         Withstand Breakdown kemampuan untuk tidak mengalami ketembusan dalam kondisi tekanan

listrik (electric stress) yang tinggi.

         Resistivitas : suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resistivitasnya lebih

besar dari 109 ohm-meter. Resistivitas yang diperlukan pada system tegangan tinggi untuk

material isolasi adalah 1016 ohm-meter atau lebih

b.      Karakteristik Perpindahan Panas

Pada peralatan yang terisi oleh isolasi cair (transformer, kabel, circuit breaker, dll)

perpindahan panas biasanya dipengaruhi oleh konveksi. faktor utama yang mengontrol

perpindahan panas adalah konduktivitas termal dan viskositas. Semakin tinggi nilai dari

konduktivitas termal maka semakin dapat digunakan pada peralatan sebagaimana dapat

dioperasikan secara berkelanjutan pada temperatur yang tinggi. Pada penggunaan yang lain,

nilai konduktivitas termal yang rendah dan nilai viskositas yang tinggi dapat menjadi penyebab

terjadinya pemanasan berlebihan pada area tertentu.

c.       Kestabilan Kimiawi

Pada penggunaannya, isolasi cair yang terkena tekanan termal dan listrik karena adanya

material seperti O2, air, serat dan hasil-hasil dari pemisahan bahan isolasi padat. Hal tersebut

bisa mempengaruhi kestabilan dari rantai kimia dari isolasi cair.

IV.1.1.2.  Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair

Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan, antara lain yang pertama adalah

isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga

memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen. Kedua isolasi cair akan

mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konversi

menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi. Ketiga isolasi cair cenderung dapat

memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge). Namun

kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi.

Terdapat beberapa macam faktor yang diperkirakan mempengaruhi kegagalan minyak

transformator seperti luas daerah elektroda, jarak celah (gap spacing), pendinginan, perawatan

sebelum pemakaian (elektroda dan minyak), pengaruh kekuatan dielektrik dari minyak

transformator yang diukur serta kondisi pengujian atau minyak transformator itu sendiri juga

mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator.

Kegagalan isolasi (insulation breakdown, insulation failure) disebabkan karena

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

dan karena isolasi tersebut dikenakan tegangan lebih. Pada prinsipnya tegangan pada isolator

merupakan uatu tarikan atau tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya dalam isolator itu

sendiri agar supaya isolator tidak tembus.

Dalam struktur molekul material isolasi, elektron -elektron terikat erat pada

molekulnya, dan ikatan ini mengadakan perlawanan terhadap tekanan yang disebabkan oleh

adanya tegangan. Bila ikatan ini putus pada suatu tempat maka sifat isolasi pada tempat itu

hilang. Bila pada bahan isolasi tersebut diberikan tegangan akan terjadi perpindahan elektron-

elektron dari suatu molekul ke molekul lainnya sehingga timbul arus konduksi atau arus bocor.

Karakteristik isolator akan berubah bila material tersebut  kemasukan suatu ketidakmurnian

(impurity) seperti adanya arang atau kelembaban dalam isolasi yang dapat menurunkan

tegangan tembus.

Mekanisme Streamer Breakdown menjelaskan mengenai pengembangan pelepasan

percikan langsung dari banjiran tunggal di mana muatan ruang (space charge) yang terjadi

karena banjiran itu sendiri mengubah banjiran tersebut menjadi streamer plasma. Sesudah itu

kehantaran naik dengan cepat, dan kegagalan terjadi dalam alur banjiran ini.

Ciri utama teori kegagalan streamer adalah postulasi sejumlah besar fotoionisasi

molekul dalam ruang di depan streamer dan pembesaran medan listrik setempat oleh muatan

ruang ion pada ujung elektroda.

Gambar IV.1. Distribusi Bidang Listrik pada Bidang Gap Non-Uniform

IV.2.  Fenomena Korona

Korona merupakan proses dimana arus, mungkin diteruskan, muncul dari sebuah

elektroda berpotensial tinggi di dalam sebuah fluida yang netral, dengan mengionisasi fluida

hingga menciptakan plasma di sekitar elektroda. Bila dua kawat sejajar yang penampangnya

kecil dibandingkan dengan jarak antar kawat tersebut diberi tegangan, maka akan terjadi

korona. Pada tegangan yang cukup rendah tidak terlihat apa-apa, bila tegangan dinaikkan maka

akan tejadi korona secara bertahap. Pertama kali, kawat kelihatan bercahaya yang berwarna

ungu muda, mengeluarkan suara erdesis (hissing) dan berbau ozon. Jika tegangan dinaikkan

terus, maka karakteristik diatas akan terlihat semakin jelas, terutama pada bagian yang kasar,

runcing atau kotor serta cahaya bertambah besar dan terang. Bila tegangan masih terus

dinaikkan akan terjadi busur api.

Korona bisa bermuatan positif atau negatif. Hal ini ditentukan oleh polaritas tegangan

di elektroda yang kelengkungannya tinggi. Jika elektroda bemuatan positif berkenaan dengan

elektoda rata terciptalah korona positif, api jika negatif yang tercipta adalah korona negatif.

Inception Voltage korona atau tegangan awal korona didefinisikan sebagai tegangan

yang terukur pada saat terjadi lucutan pertama kali saat pengujian dilakukan. Definisi ini

sebagai acuan untuk mendapatkan nilai inception voltage secara langsung, dikarenakan pada

pengujiannya tidak digunakan oscilloscope untuk mendapatkan sinyal yang menunjukkan awal

terjadi korona.

IV.3.  Pengujian

IV.3.1.  Elektroda

Elektroda yang digunakan dalam pengujian ini adalah elektroda jarum-plat. Elektroda

ini terbuat dari bahan stainless steel. Elektroda jarum di manfaatkan sebagai anoda sedangkan

elektroda plat sebagai katodanya. Diameter dari elektroda jarum yang digunakan yaitu 1.0, 1.5

dan 2.0 mm.

IV.3.2.  Minyak Isolasi

Jenis minyak isolasi yang digunakan sebagai bahan uji pada penelitian ini adalah

TRANSFORMER OIL POWEROIL TO 1020 60U yang di produksi oleh APAR INDUSTRIES

LTD. Dibutukan 3 liter minyak trafo untuk mengisi tempat pengujian.

Gambar IV.2. Elektroda Jarum dan Elektroda Plat

Gambar  IV.3. Elektroda Set

Gambar IV.4. Rangkaian Pengujian Tegangan Tinggi AC

Gambar IV.5. Rangkaian Pengujian Tegangan Tinggi DC

Gambar IV.6. Skema Pengujian

IV.4.  Rangkaian Pengujian

Rangkaian pembangkitan yang digunakan adalah rangkaian pengujian tegangan AC

dan DC (gambar 4 dan 5). Rangkaian tersebut yang digunakan untuk mengetahui tegangan

tembus dan nilai korona (inception Voltage) agar dapat diketahui karakteristiknya. Elektroda

plat dan jarum di

susun pada elektroda set seperti gambar 3.

IV.5.  Langkah-Langkah Pengujian

Pengujian dilakukan di laboratorium Tegangan Tinggi milik Teknik Elektro ITS,

dengan menggunakan tegangan tinggi AC dan DC. Langkah-langkah pengujian dibagi menjadi

3 (tiga) tahap yaitu tahap persiapan, tahap pengujian dan tahap akhir pengujian, dimana

prosesnya yaitu: Menyiapkan peralatan test ( elektroda set, perlengkapan utama pembangkitan

tegangan tinggi), kemudian menyusunnya menjadi rangkaian seperti gambar 6 yaitu rangkaian

pembangkitan tegangan tinggi. Sebelum dilakukan pengujian maka sebaiknya peralatan test

dibersihkan dari kotoran dan debu,. Setelah dipastikan bersih maka jarak sela kedua elektroda

dapat di atur. Setelah persiapan selesai maka akan dilakukan pengujian dengan langkah-

langkah yaitu Mengatur Test Method dari kontrol box pada posisi AC atau DC dengan

menggunakan bat-handle switch, kemudian menempatkan charging range pengatur tegangan

pada kedudukan 0%. Aktifkan kontrol box. Kemudian mengatur tegangan melalui transformator

pengatur tegangan secara perlahan sampai didapatkan nilai inception Voltage korona dan

tegangan tembus (Streamer breakdown voltage). Catat nilai tegangan tembusnya.

IV.6.  Hasil Pengujian

Pengujian dilakukan sebanyak 5 kali untuk setiap jarak sela yang dibuat berbeda dan

dengan ukuran elektroda yang berbeda-beda juga. Hasil dari pengujian diperoleh rata-rata

nilai inception voltage dan tegangan tembus (streamer breakdown) adalah sebagai berikut :

Tabel 1. Rata-rata Nilai Inception Voltage Korona Tegangan Tinggi AC

Tabel 2. Rata-rata Nilai Inception Voltage Korona Tegangan Tinggi DC

Tabel 3. Rata-rata Nilai Tegangan Tembus Tegangan Tinggi AC

Tabel 4. Rata-rata Nilai Tegangan Tembus Tegangan Tinggi DC

IV.7.  Analisis Hasil Pengujian

Pada gambar 7-10 adalah salah satu contoh hasil pengujian untuk memperoleh

karakteristik korona dan Tegangan tembus (Streamer Breakdown Voltage).

Elektroda set mulai diberikan tegangan, disini akan terlihat arus minyak yang berputar

disekitar elektroda karena pengaruh medan yang kuat. Tegangan semakin dinaikkan dan pada

tegangan terukur 30 kV muncul flashover untuk pertama kali atau dikenal dengan

istilah Inception Voltage. Pada saat Inception Voltage, maka pada saat itulah kekuatan

dielektrik cair untuk menahan tegangan tembus seperti pada gambar 8.

Pada saat tegangan semakin diperbesar menjadi 34 Kv maka terjadi peristiwa tembus

atau Streamer Breakdown Voltage. Tegangan saat terjadi peristiwa tembus dicatat sebagai

tegangan tembus seperti terlihat pada gambar 9.

Setelah terjadi flashover akan muncul gelembunggelembung gas (Gambar 10),

Gelembung ini muncul akibat proses ionisasi dalam isolasi minyak. Gelembung-gelembung ini

juga akan mempengaruhi Streamer Breakdown Voltage.

Berdasarkan grafik Gambar 11 dan gambar 12 maka dari hasil pengujian grafik

bergerak secara linear, grafik ini juga menunjukkan pengaruh besarnya ujung permukaan

elektroda yaitu untuk elektroda jarum dengan ukuran 1.0 ; 1.5 dan 2.0 mm terhadapInception

Voltage korona.

Dimana semakin besar ukuran ujung permukaan elektroda maka makin besar tegangan

yang diperlukan untuk mencapai peristiwa korona, begitu juga semakin besar jarak sela maka

semakin besar juga nilai Inception Voltage, hal ini berarti bahwa nilaiinception voltage korona

dipengaruhi oleh

1.      Besar ujung permukaan (tip) dari elektroda

2.      Jarak sela elektroda dengan elektroda lainnya

Perbedaannya pada nilai Inception Voltage tegangan tinggi DC lebih tinggi dari

nilai Inception Voltage tegangan tinggi AC. Hal itu disebabkan oleh perbedaan muatan, dimana

pada tegangan tinggi DC hanya muatan positif, sedangkan pada tegangan tinggi AC terdapat

muatan positif dan negatif.

Gambar IV.7. Elektroda Set dalam Minyak Isolasi

Gambar IV.8. Inception Voltage Corona

Gambar IV.9. Streamer Breakdown Voltage

Gambar IV.10. Gelembung-Gelembung Gas

Gambar IV.11. Grafik Karakteristik Inception Voltage Korona dengan Tegangan Tinggi AC

Gambar IV.12. Grafik Karakteristik Inception Voltage Korona dengan Tegangan Tinggi DC

Gambar IV.13. Grafik Karakteristik Tegangan Tembus (Streamer Breakdown Voltage) dengan

Tegangan Tinggi AC

Gambar IV.14. Grafik Karakteristik Tegangan Tembus (Streamer Breakdown Voltage) dengan

Tegangan Tinggi DC

Sedangkan berdasarkan grafik Gambar 12 dan 13 dapat diketahui bahwa tegangan

tembus (Streamer Breakdown Voltage) pada isolasi minyak dengan ukuran elektroda yang

berbeda-beda yaitu 1.0 mm, 1.5 mm dan 2.0 mm cenderung meningkat. Dimana elektroda

dengan ukuran diameter lebih besar (2.0 mm) memerlukan tegangan yang lebih besar untuk

mencapai peristiwa kegagalan begitu juga halnya jika jarak sela ditambahkan maka peristiwa

untuk mencapai tegangan tembusnya juga membutuhkan tegangan semakin besar. Hal ini terjadi

karena semakin besar jarak sela maka semakin tebal juga kerapatan minyak sebagai media

isolasinya.

IV.8.  Efek Kestabilan Korona (Corona Stabilization Effect)

Efek kestabilan korona dapat diketahui dengan membandingkan antara nilaiInception

Voltage korona dengan nilai tegangan tembus (Streamer Breakdown Voltage) pada kondisi

masing-masing elektroda.

IV.8.1.  Efek Kestabilan Korona (Corona Stabilization Effect) dengan Tegangan Tinggi AC

Gambar IV.15. Grafik Perbandingan nilai Inception Voltage Korona dengan nilai Tegangan

Tembus Elektroda 2.0 mm Tegangan Tinggi AC

IV.8.2.  Efek Kestabilan Korona (Corona Stabilization Effect) dengan Tegangan Tinggi DC

Gambar IV.16. Grafik Perbandingan Inception Voltage Korona dengan nilai Tegangan Tembus

Elektroda 2,0 mm Tegangan Tinggi DC

Berdasarkan grafik Gambar 15 dan 16; Pada elektroda 2.0 mm mempunyai rentang

yang cukup kecil pada sela 1 cm, lalu rentang jarak semakin besar seiring dengan

bertambahnya jarak sela. Jadi semakin memiliki rentang yang lebih besar maka corona

stabilization effect semakin tidak efektif, hal itu berarti bahwa distribusi medan makin tidak

uniform menyebabkan muatan ruangnya semakin besar sehingga menekan perkembangan

korona atau memerlukan lebih besar lagi tegangan untuk terjadinya korona dan tegangan

tembusnya. Hal ini juga berlaku pada elektroda 1.0 mm dan 1.5 mm.

IV.9.  Mekanisme Streamer Breakdown Voltage

Saat elektroda diberikan tegangan maka akan terjadi medan disekitar elektroda,

semakin besar tegangan yang di berikan maka medan akan semakin kuat. Bila tegangan yang

diberikan sudah melampaui batas kekuatan isolasi minyak, maka akan muncul lucutan korona

yang pertama kali (Inception Voltage) seperti dalam gambar 17.

Setelah terjadi Inception Voltage, maka akan terbentuk gelembung-gelembung gas di

sekitar elektroda. Gelembung ini tercipta akibat dari reaksi kimia yang terjadi didalam minyak.

Karena pengaruh tegangan yang kuat maka beberapa molekul minyak akan terionisasi, dan

melepas gas.

Ternyata gelembung gas tersebut tidak menghilang dengan cepat, tetapi masih

terpencar di kedua ujung elektroda. Dan gelembung-gelembung tersebut pecah menjadi

gelembung yang lebih kecil lagi (micro-bubles). Hal ini akan menyebabkan semakin cepatnya

timbul Steamer Breakdown Voltage.

Karena pengaruh medan yang kuat diantara elekroda maka gelembung-gelembung gas

dalam cairan tersebut akan berubah menjadi memanjang searah dengan medan. Gelembung-

gelembung tersebut akan saling sambung menyambung dan membentuk jembatan yang akhirnya

akan mengawali terjadinya kegagalan seperti dalam gambar 18.

Jika sudah terbentuk jembatan gelembung tersebut, maka untuk lucutan korona

berikutnya akan menjadi lebih cepat lagi sehingga terjadilah Streamer Breakdown

Voltageseperti gambar 19.

Jika sudah terbentuk jembatan gelembung tersebut, maka untuk lucutan korona

berikutnya akan menjadi lebih cepat lagi sehingga terjadilah Streamer Breakdown

Voltageseperti gambar 19.

Gambar IV.17. Inception Voltage Corona

Gambar IV.18. Lucutan Korona pada Gelembung

Gambar IV.19. Streamer Breakdown Voltage

Gambar IV.20. Streamer Breakdown pada elektroda 1 mm tegangan AC

Gambar IV.21. Streamer Breakdown pada elektroda 2 mm tegangan DC

Gambar 22. Cacat pada Elektroda

IV. IV.10.  Efek Mekanik Korona

Selain menimbulkan gelembung-gelembung gas, korona juga menghasilkan beberapa

efek mekanik, yaitu terjadinya lubang pada elektroda datar yang bisa dilihat pada gambar 22.

Pada gambar tersebut sangat terlihat jelas goresan-goresan bulat yang terjadi karena terkena

korona. Dari gambar 22 dapat diketahui juga bahwa korona tidak mengarah pada satu titik

saja, lucutan korona bisa terjadi di beberapa titik.

Gambar IV.23. Perbedaan Elektroda Sebelum dan Sesudah Percobaan

Jika dibandingkan dengan elektroda datar yang belum terkena korona. Maka

perbandingan permukaannya akan sangat terlihat jelas, dimana elektroda datar yang belum

terkena korona masih terlihat sangat halus dan elektroda datar yang sudah terkena korona

penuh akan goresan seperti yang ada pada gambar 23.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1.  Kesimpulan

Semakin besar diameter ujung elektroda maka semakin besar juga nilai Inception

Voltage dan Streamer Breakdown Voltage.

Efek kestabilan korona atau corona stabilization effect ipengaruhi juga oleh besarnya

permukaan elektroda tersebut. Dimana semakin besar permukaannya makacorona stabilization

effect semakin tidak efektif , hal ini disebabkan karena semakin besar muatan ruangnya sehingga

menghambat terjadinya korona.

Gelembung-gelembung gas mempunyai pengaruh pada peristiwa terjadinya tegangan

tembus (Streamer Breakdown Voltage) dimana gelembung tersebut akan mempercepat proses

terjadinya Streamer Breakdown, karena gelembung-gelembung gas tersebut memilki kekuatan

dielektrik yang lebih rendah dari minyak.

V.2. Saran

Dapat dijadikan dasar perbandingan pengujian dengan solasi yang sama namun

dengan memperhatikan kondisi suhu dan temperatur yang berbeda

Pada pengujian dilakukan untuk 3 jarak sela yang berbeda, selanjutnya dapat

dilakukan pengujian dengan lebih banyak variasi jarak untuk mengetahui lebih detail gejala pre-

brekdown pada isolasi minyak.

DAFTAR PUSTAKA(1)     2008. Lucutan Korona, URL:http://www.wikipedia.com

 (2)     I Made Indra Wijaya.Karakteristik korona dan teganga tembus isolasi minyak padakonfigurasi elektroda jarun-

plat. 2008.ITS.(3)     Aslimeri.Teknik Transmisi Tenaga Listrik.2008.DEPDIKNAS(4)     2010.Teknik Tegangan tinggi, http://www.4shared.com

 (5)     2010.Transformator, http://www.toppdf.com

 (6)     http://google.com/jornal-teknik-tegangan-tinggi(7)     http://google.com/teknik-tegangan-tinggi