karakteristik korona dan tegangan tembus isolasi minyak pada konfigurasi elektroda jarum
DESCRIPTION
koronaTRANSCRIPT
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