bab ii dasar teori 2.1....5 bab ii dasar teori 2.1. landasan teori kehidupan modern salah satu...
TRANSCRIPT
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Landasan Teori
Kehidupan modern salah satu cirinya adalah pemakaian energi listrik yang
besar. Besarnya energi atau beban listrik yang dipakai ditentukan oleh reaktansi
(R), induktansi (L) dan kapasitansi (C). Besarnya pemakaian energi listrik itu
disebabkan karena banyak dan beraneka ragam peralatan (beban) listrik yang
digunakan. Beban listrik yang digunakan umumnya bersifat induktif dan kapasitif.
Di mana beban induktif (positif) membutuhkan daya reaktif seperti transformator
pada penyearah (rectifier), motor induksi (AC) dan lampu TL, sedang beban
kapasitif (negatif) mengeluarkan daya reaktif. Daya reaktif itu merupakan daya
tidak berguna sehingga tidak dapat dirubah menjadi tenaga akan tetapi diperlukan
untuk proses transmisi energi listrik pada beban. Penyebab pemborosan energi
listrik adalah banyaknya peralatan yang bersifat induktif. Pelanggan dibebani oleh
daya aktif (kW) dan daya reaktif (kVAR). Penjumlahan daya aktif (kW) dan daya
reaktif (kVAR) akan menghasilkan daya nyata. Daya nyata adalah daya yang
disuplai oleh PLN. Jika nilai daya reaktif diperbesar, maka rugi-rugi daya
menjadi besar sedang daya aktif (kW) dan tegangan yang sampai ke konsumen
berkurang.
2.2. Jenis Beban Listrik
2.2.1. Resitif
Kemampuan setiap bahan dalam mengalirkan elektron berbeda-beda, ada
bahan yang mudah mengalirkan elektron ada juga yang sulit mengalirkan
elektron. Biasanya semua logam lebih mudah mengalirkan elektron, dengan kata
lain hambatan aliran elektron kecil. Hambatan aliran elektron disebut tahanan
resitif dengan nilai satuan OHM. Contoh tahanan resitif adalah resistor, lampu
pijar, pemanas, dan lain sebagainya.
Suatu tahanan (R) bernilai 1 ohm, bila tahanan tersebut dipasang pada
sumber tegangan (V) 1 volt dan menghasilkan arus listrik (I) 1 Ampere, sehingga
persamaannya menjadi [2] :
R = I
V……………………………………………………………………… (2.1)
Di dalam ilmu listrik besar sudut phasa antara arus dan tegangan sama
dengan 0, maka dapat dikatakan bahwa vektor arus dan tegangan adalah sephasa
dapat dilihat pada gambar 2.1
Gambar 2.1 Vektor tegangan dan arus pada beban resitif [5]
Secara sinusioda arus dan tegangan seperti gambar 2.1, dalam satu periode
sinusoida arus dan tegangan. Dapat dilihat pada tabel 2.1
Tabel 2.1. Nilai tegangan dan arus secara sinusoida pada beban resitif
BESARAN NILAI SESUAI SUDUT
0 90 180 270 360
Tegangan 0 Maks + 0 Maks - 0
Arus 0 Maks + 0 Maks - 0
Dari keterangan gambar dan Tabel 2.1 diambil kesimpulan bahwa arus dan
tegangan pada setiap keadaan putaran waktu adalah sama, maka tegangan dan
arus disebut phasa
2.2.2. Induktif
Bila suatu kumparan dialiri arus listrik bolak-balik akan menghasilkan
medan elektromagnet yang berubah-ubah pula. Sesuai dengan hukum Faraday dan
Lenz, maka pada kumparan itu akan terinduksi sedemikian rupa yang melawan
pembangkitnya. Dengan kata lain, bila sumber tegangan positip maka tegangan
induksi yang terjadi akan sama besar dengan arahnya terbalik (negatif) seperti
Gambar 2.2
Gambar 2.2 Pembebanan induktif pada sumber tegangan bolak-balik [5]
Pada induktor energi listrik disimpan dikumparan dalam bentuk medan
elektromagnetik
Definisi satuan Henry pada beban induktif adalah jika suatu induktor (L)
bernilai 1 Henry bila dalam kumparan dipasangkan pada sumber tegangan 1 Volt
dan menghasilkan 1 Ampere. Karena beban induktif maka nilai R diganti dengan
XL dalam Ohm, sehingga persamaannya menjadi [2]:
XL = I
V………………………………………………………………………. (2.2)
XL = 2.π.f.L……………………….………………………………………….. (2.3)
Dimana :
XL = tahanan induktif dalam ohm
f = frekuensi dalam hertz
L = induktansi dalam henry
Di dalam ilmu listrik besar sudut antara tegangan dan arus sama dengan
90o, dimana tegangan mendahului 90o terhadap arus. Hal ini dapat dikatakan
bahwa tegangan dan arus berbeda phasa 90o. gambar vektor tegangan dan arus
sebagai berikut :
Gambar 2.3 Vektor tegangan dan arus pada beban induktif [5]
Tabel 2.2 Nilai tegangan dan arus secara sinusoida pada beban induktif
BESARAN NILAI SESUAI SUDUT (derajat)
0 90 180 270 360
Tegangan 0 Mak + 0 Mak - 0
Arus Mak - 0 Mak + 0 Mak -
Sesuai dengan gambar dan Tabel di atas, maka arus dan tegangan berbeda
phasa 90o, dimana tegangan mendahului arus 90o (lagging)
2.2.3. Kapasitif
Bila suatu kondensator atau kapasitor diberi arus listrik bolak-balik, maka
akan menyimpan muatan listrik yang berubah-ubah sesuai dengan polarisasinya.
Kondensator mempunyai elektroda positif, elektroda negatf, dan dielektrikum
seperti gambar 2.4.
Gambar 2.4 Kostruksi kapasitor [6]
Bila pada elektroda ditetapkan suatu beda potensial, maka dielektrikum
akan terpolarisasi sehingga muatan positif akan terkumpul di sisi katoda dan
muatan negative akan terkumpul di sisi anoda. Karena adanya konsentrasi muatan
yang berbeda antara kedua sisi dielektrikum akan terjadi medan listrik statis di
dalam dielektrikum tersebut.
Katoda Anoda
+ -
Definisi satuan Farad adalah apabila suatu kapasitor (C) bernilai 1 Farad
jika kapasitor tersebut diberi tegangan 1 Volt pada elektrodanya data menyimpan
muatan listrik sebesar 1 Coulomb. [6]
i (t) = C dt
dv(Amp) …………………………………………………………… (2.4)
Sifat tahanan kapasitif ketika dihubungkan dengan tegangan bolak-balik
akan muncul reaktansi kapasitif (XC) dalam satuan Ohm. Sehingga persamaan
menjadi [6] :
XC = I
V (Ohm) ………………………………………………………………. (2.5)
XC = Cf ...2
1
(Ohm)……. ……………………………………………..….. (2.6)
C = Xcf ...2
1
(f) ……………………………………………………………... (2.7)
Dimana :
XC = tahanan kapasitif dalam ohm
f = frekuensi dalam hertz
C = kapsitor dalam farad
Karakteristik dari sebuah kapasitor meliputi pengisian dan pengosongan
kapasitor. Gambar 2.5 akan menggambarkan karakteristik dari kapasitor.
Pengisian kapasitor akan menyebabkan arus naik sehingga jarum menyimpang
kekanan, bila arus sudah jenuh maka arus akan menjadi nol dan tegangan akan
naik. Pengosongan kapasitor (discharge) akan menyebabkan arus naik sehingga
jarum menyimpang kekiri, bila arus sudah kosong (nol) maka tegangan menjadi
nol.
a.Pengukuran b. Pengisian
c. Pengosongan
Gambar 2.5 Karakteristik pengisian dan pengosongan kapasitor. [6]
Di dalam ilmu listrik besar sudut antara tegangan dan arus sama dengan
90o, dimana tegangan tertinggal 90o terhadap arus. Hal ini dapat dikatakan bahwa
tegangan dan arus berbeda phasa 90o. gambar vektor tegangan dan arus sebagai
berikut :
Gambar 2.6 Vektor tegangan dan arus pada beban kapasitif [5]
VA
C
SW G
C
Tabel 2.3 Nilai tegangan dan arus secara sinusoida pada beban kapasitif
BESARAN
NILAI SESUAI SUDUT (derajat)
0 90 180 270 360
Tegangan 0 Mak + 0 Mak - 0
Arus Mak + 0 Mak - 0 Mak +
Sesuai dengan gambar dan Tabel di atas, maka arus dan tegangan berbeda
phasa 90o, dimana tegangan tertinggal arus 90o (leading).
2.3. Daya Listrik AC
2.3.1. Segitiga Daya
Ada 3 macam jenis tahanan listrik, yaitu tahanan resistif (R), tahanan
induktif (L), dan tahanan kapasitif (C). Tahanan ini mengakibatkan 3 macam
beban juga. Beban tersebut adalah beban aktif (Watt) pada tahanan R, beban
reaktif induktif (VAR) pada tahanan induktif (XL), beban reaktif kapasitif (VAR)
pada tahanan kapasitif (XC), dan beban apparent (VA) pada impedansi (Z). Ketiga
macam beban ini dapat digambarkan dalam bentuk segitiga daya berikuti ini [2].
-jQ
P
S+jQ
(a) (b)
S
P
Gambar 2.7 Vektor Daya (a) Kapasitif (b) Induktif [2]
S = V.I (VA) ….………………………………………….……….………….. (2.8)
P = V.I. Cos φ (Watt) ………………………………….………..…………... (2.9)
Q = V.I. Sin φ (VAR) ..……………………………..……………..………... (2.10)
Untuk daya listrik 3 phasa memiliki persamaan [2] :
P = CosIV ....3 (Watt) ………………………………………..…...……. (2.11)
Q = SinIV ....3 (VAR) ……………………………………..…………... (2.12)
S = QP + (VA) ..………………………………………..………………... (2.13)
Dimana :
S = Daya apparent atau daya semu (VA)
P = Daya aktif atau daya nyata (Watt)
Q = Daya reaktif atau daya buta (VAR)
2.3.2. Faktor Daya
Faktor daya dapat disimpulkan sebagai perbandingan antara daya nyata
dibagi daya semu. Kita ketahui bahwa harga cos φ adalah mulai dari 0 s/d 1.
Kondisi terbaik adalah pada saat harga P sama dengan S atau harga cos φ = 1 dan
ini disebut juga dengan cos φ yang sempurna. Dalam kenyataannya harga cos φ
yang ditentukan oleh PLN sebagai pihak yang mensuplai daya adalah sebesar 0,8.
Untuk harga cos φ < 0,8 berarti pf dikatakan jelek, jika pf pelanggan jelek
(rendah) maka kapasitas daya aktif (kW) yang dapat digunakan pelanggan akan
berkurang. Kapasitas itu akan terus menurun seiring dengan semakin menurunnya
pf sistem kelistrikan pelanggan. Akibat menurunnya pf itu maka akan muncul
beberapa persoalan sebagai berikut:
a. Membesarnya penggunaan daya listrik kWH karena rugi-rugi.
b. Membesarnya penggunaan daya listrik kVAR.
c. Mutu listrik menjadi rendah karena jatuh tegangan.
Gambar 2.8 berikuti akan memberikan ilustrasi tentang faktor daya, sehingga
dapat dirumuskan sebagai berikut [7] :
VI
P
QP
P
S
Ppf =
+== = Cos φ ………………………………………….. (2.14)
Gambar 2.8 Segitiga daya [7]
2.3.3. Penyebab Menurunnya Faktor Daya
Gambar 2.8 menjelaskan bahwa faktor daya dikatakan baik jika sudut φ
semakin kecil. Nilai sempurna dari faktor daya yang baik jika sudut φ sama
dengan 0o lisrik. Sudut φ nilainya tergantung dari beban listrik yang dipakai pada
φ
Daya aktif
Daya nyata
P = V.A Cos φ
= Watt
Daya reaktif
Daya buta
Q = V.A Sin φ
= VAR
Daya apparent
Daya semu
S = V.A
= VA
suatu instalasi listrik, jika beban resistif maka faktor dayanya adalah 1. Beban
listrik yang mempengaruhi penurunan faktor daya di instalasi listrik kebanyakan
adalah beban induktif berupa lilitan (coil) seperti motor listrik induksi, las listrik
dan sebagainya. Beban kapasitif kebanyakan muncul di jaringan listrik, baik
transmisi maupun distribusi. Beda potensial listrik antara kabel dengan tanah yang
menyebabkan munculnya beban kapasitif di jaringan listrik. Jarak andongan kabel
dengan tanah akan mempengaruhi besarnya beban kapasitif yang muncul di
jaringan listrik.
2.3.4. Perbaikan Faktor Daya
Cara memperbesar harga cos φ (pf) yang rendah adalah memperkecil sudut
φ. Sudut φ dapat dikurangi sehingga sama dengan 0, tetapi dengan alasan
ekonomis dalam prakteknya faktor daya cukup dibuat mendekati nilai antara 0,90
sampai dengan 0,95. Hal yang mungkin dilakukan adalah memperkecil komponen
daya reaktif (kVAR), Komponen daya reaktif yang ada bersifat induktif harus
dikurangi dan pengurangan itu bisa dilakukan dengan menambah suatu sumber
daya reaktif yaitu berupa beban kapasitif.
Proses pengurangan itu bisa terjadi karena kedua beban (induktor dan
kapasitor) arahnya berlawanan akibatnya daya reaktif menjadi kecil. Bila daya
reaktif menjadi kecil sementara daya aktif tetap maka harga pf menjadi besar
akibatnya daya nyata (kVA) menjadi kecil. Keuntungan lain dengan mengecilnya
daya reaktif adalah :
• Mengurangi rugi-rugi daya pada sistem.
• Adanya peningkatan tegangan karena daya meningkat.
Gambar 2.9 Rangkaian dan diagram fasor untuk perbaikan faktor daya [6]
Gambar 2.9 megilustrasikan daya kompleks pada beban tertentu adalah Pb
+jQb, beban industri yang khas biasanya berupa beban resistif dan induktif
sehingga Qb bernilai positif. Tujuan perbaikan faktor daya adalah memberikan
suatu Qc negatif ke jala-jala itu sedemikian hingga dapat menghilangkan sebagian
atau semu Qb nya. Hal ini antara lain dapat dilakuka dengan menghubungkan
Beban Pba Qb C QC
I
V
-
+
QL
S QT
Pt
QC
φ
sebuah kapasitor secara paralel dengan beban tersebut sedemikian sehingga
tegangan kutub pada beban itu tetap tidak berubah [6]
|S| = VIQtPb =+ 22 ………………………….........................……….. (2.15)
Dengan Qt = Qb+Qc, maka tampak bahwa pengurangan Qt akan
memperkecil hasil kali VI sehingga untuk tegangan kutub tetap sama dengan V,
arus yang mengalir kebeban gabungan tersebut akan berkurang.
Dengan menggunakan persamaan (2.15) dapat ditentukan faktor daya
sebelum diperbaiki dan juga nilai Qt yang diperlukan guna mendapatkan faktor
daya yang diinginkan. Jadi [6] :
Qc = Qt – Qb ....................................... ………………………………….… (2.16)
Karena
Qc = -V2 Bc = V2 ωC............................ …………………………..…………(2.17)
Maka besarnya kapasitansi kapasitor tersebut adalah
C 2V
Qc= ....................................... ……………………………………..…. (2.18)
2.4. Trafo Tenaga
2.4.1. Pengertian dan Fungsi
Trafo merupakan peralatan statis dimana rangkaian magnetik dan belitan
yang terdiri dari 2 atau lebih belitan, secara induksi elektromagnetik,
mentransformasikan daya (arus dan tegangan) sistem AC ke sistem arus dan
tegangan lain pada frekuensi yang sama (IEC 60076 -1 tahun 2011). Trafo
menggunakan prinsip elektromagnetik yaitu hukum hukum ampere dan induksi
faraday, dimana perubahan arus atau medan listrik dapat membangkitkan medan
magnet dan perubahan medan magnet / fluks medan magnet dapat
membangkitkan tegangan induksi.
Gambar 2.10 Prinsip hukum Elektromagnetik [4]
Arus AC yang mengalir pada belitan primer membangkitkan flux magnet
yang mengalir melalui inti besi yang terdapat diantara dua belitan, flux magnet
tersebut menginduksi belitan sekunder sehingga pada ujung belitan sekunder akan
terdapat beda potensial /tegangan induksi (Gambar 2.10)
Gambar 2.11 Elektromagnetic pada trafo [4]
2.4.2. Bagian – Bagian Trafo dan Fungsinya
2.4.2.1. Electromagnetic Circuit (Inti besi)
Inti besi digunakan sebagai media mengalirnya flux yang timbul akibat
induksi arus bolak balik pada kumparan yang mengelilingi inti besi sehingga
dapat menginduksi kembali ke kumparan yang lain. Dibentuk dari lempengan –
lempengan besi tipis berisolasi dengan maksud untuk mengurangi eddy current
yang merupakan arus sirkulasi pada inti besi hasil induksi medan magnet, dimana
arus tersebut akan mengakibatkan rugi – rugi (losses).
Gambar 2.12 Inti Besi Trafo [7]
2.4.2.2. Current Carrying Circuit (Winding)
Belitan terdiri dari batang tembaga berisolasi yang mengelilingi inti besi,
dimana saat arus bolak balik mengalir pada belitan tembaga tersebut, inti besi
akan terinduksi dan menimbulkan flux magnetik.
2.4.2.3. Bushing
Bushing merupakan sarana penghubung antara belitan dengan jaringan
luar. Bushing terdiri dari sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator.
Isolator tersebut berfungsi sebagai penyekat antara konduktor bushing dengan
body main tank trafo.
Gambar 2.13 Bagian – bagian bushing [7]
2.4.2.4. Pendingin
Suhu pada trafo yang sedang beroperasi akan dipengaruhi oleh kualitas
tegangan jaringan, rugi-rugi pada trafo itu sendiri dan suhu lingkungan. Suhu
operasi yang tinggi akan mengakibatkan rusaknya isolasi kertas pada trafo. Oleh
karena itu pendinginan yang efektif sangat diperlukan.
Minyak isolasi trafo selain merupakan media isolasi juga berfungsi
sebagai pendingin. Pada saat minyak bersirkulasi, panas yang berasal dari belitan
akan dibawa oleh minyak sesuai jalur sirkulasinya dan akan didinginkan pada
sirip – sirip radiator. Adapun proses pendinginan ini dapat dibantu oleh adanya
kipas dan pompa sirkulasi guna meningkatkan efisiensi pendinginan.
Gambar 2.14 Radiator [7]
2.4.2.5. Oil Preservation & Expansion (Konservator)
Saat terjadi kenaikan suhu operasi pada trafo, minyak isolasi akan
memuai sehingga volumenya bertambah. Sebaliknya saat terjadi penurunan suhu
operasi, maka minyak akan menyusut dan volume minyak akan turun.
Konservator digunakan untuk menampung minyak pada saat trafo mengalami
kenaikan suhu.
Gambar 2.15 Konstruksi konservator dengan rubber bag [10]
2.4.2.6. Dielectric (Minyak Isolasi Trafo& Isolasi Kertas) Minyak Isolasi
trafo
Minyak isolasi pada trafo berfungsi sebagai media isolasi, pendingin dan
pelindung belitan dari oksidasi. Minyak isolasi trafo merupakan minyak mineral
yang secara umum terbagi menjadi tiga jenis, yaitu parafinik, napthanik dan
aromatik. Antara ketiga jenis minyak dasar tersebut tidak boleh dilakukan
pencampuran karena memiliki sifat fisik maupun kimia yang berbeda.
Kertas isolasi trafo
Isolasi kertas berfungsi sebagai isolasi, pemberi jarak, dan memiliki
kemampuan mekanis.
2.4.2.7. Tap Changer
Kestabilan tegangan dalam suatu jaringan merupakan salah satu hal yang
dinilai sebagai kualitas tegangan. Trafo dituntut memiliki nilai tegangan output
yang stabil sedangkan besarnya tegangan input tidak selalu sama. Dengan
mengubah banyaknya belitan sehingga dapat merubah ratio antara belitan primer
dan sekunder dan dengan demikian tegangan output/ sekunder pun dapat
disesuaikan dengan kebutuhan sistem berapapun tegangan input/ primernya.
Penyesuaian ratio belitan ini disebut Tap changer. Proses perubahan ratio belitan
ini dapat dilakukan pada saat trafo sedang berbeban (On load tap changer) atau
saat trafo tidak berbeban (Off Circuit tap changer/ De Energize Tap Charger).
2.5. Sistem Pembangkitan
Energi listrik dihasilkan dari pusat pembangkit listrik dengan kapasitas
bervariasi, tergantung jenis pembangkitnya. Banyak jenis pembangkit listrik yang
ada di Indonesia, diantaranya Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU),
Pembangkit Liatrik Gas Uap (PLTGU) Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA),
Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP), Pembangkit Listrik Tenaga Disel
PLTD), dan lain-lain. Berbagai fasilitas penunjang dari energi listrik harus
dibangun dalam suatu sistem pembangkit tenaga listrik. Sistem pada pembangkit
identik, tergantung dari jenis pembangkitnya. Gambar 2.16 menjelaskan proses
pembangkitan energi listrik di PLTG dan PLTGU Tambak Lorok UP Semarang.
2.5.1. Proses PLTG
Bahan bakar berupa solar/HSD (High Speed Diesel) dialirkan dari
Kapal/tongkang (1) ke dalam rumah pompa BBM HSD (2) kemudian dipompa
lagi dengan Pompa Bahan Bakar (3) dimasukkan dalam Ruang Bakar/Combustion
Chamber (7) untuk menghasilkan energi panas / thermal sebagai.
Penggerak/Pemutar Gas turbine (8) Sebagai pemutar awal saat turbin belum
menghasilkan tenaga, digunakan Motor Listrik/Diesel (4) yang berfungsi memutar
Compresor (6) sebagai penghisap udara luar, dengan terlebih dulu melalui Air
Filter (5), untuk sebagian kecil pembakaran dan sebagian besar sebagai pendingin
turbin. Perputaran poros, Generator (10) menghasilkan energi listrik yang
tegangannya masih rendah.
Gambar 2.16 Proses PLTG dan PLTGU
2.5.2. Proses PLTGU
Gas bekas yang keluar dari turbin dimanfaatkan lagi setelah terlebih
dahulu diatur oleh Selector Valve (9) untuk dimasukkan ke dalam Boiler/HRSG
(Heat Recovery Steam Generator) (11) yang memiliki Drum (12). Uap yang
dihasilkan dipakai untuk memutar Turbin (13) agar menghasilkan tenaga listrik
pada Generator (14). Uap bekas dari turbin tadi diembunkan lagi di Condensor
(15) kemudian Air Condensate dipompa oleh Condensate Pump (16), selanjutnya
dimasukkan lagi ke dalam Deaerator (17) dan oleh Feed Water Pump (18)
dipompa lagi ke dalam drum untuk kembali diuapkan.
2.5.3. Generator Transformer GTG 1.1
Generator transformer merupakan trafo tenaga yang berfungsi sebagai step
up tegangan yang dihasilkan dari gas turbine generator unit 1 di blok 1 (GTG 1.1)
dengan tegangan 11,5 kV menjadi 150 kV yang seterusnya dialirkan melalui tiang
transmisi di Switch Yard (21) dan kemudian dikirim ke Gardu Induk melalui
Transmisi Tegangan Tinggi.
Gambar 2.17 Generator Transformer GTG 1.1
2.5.4. Istilah Dalam Proses Operasi PLTG
Ada 4 istilah yang dipergunakan dalam proses operasi PLTG, yaitu :
❖ Off Cooldown, adalah proses PLTG dimana rotor turbin dan generator
tidak mengalami putaran sama sekali (diam). Proses ini berlangsung saat
unit tidak operasi dalam jangka waktu lebih dari 2 x 24 jam.
❖ On Cooldown, adalah proses PLTG dimana rotor turbin dan generator
berputar dengan kecepatan 25 – 30 putaran permenit (RPM). Proses ini
berlangsung saat akan operasi dan setelah operasi (shutdown) minimal 2 x
24 jam.
❖ Simple Cycle, adalah proses PLTG beroperasi menghasilkan energi listrik
dengan membuang langsung gas buang (exhaust) ke cerobong (stack).
❖ Combine Cycle, adalah proses PLTG beroperasi menghasilkan energi
listrik dengan tidak membuang secara langsung gas buang (exhaust) ke
cerobong (stack). Gas buang akan dilewatkan terlebih dahulu ke Heat
Recovary Steam Generator (HRSG), yang berfungsi sebagai ketel uap
(boiler). Gas buang baru dibuang keluar melalui cerobong HRSG.
2.6. Kenaikan Beban
Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, I2 mengalir
pada kumparan sekunder, dengan I2 = V2/ZL dengan Ө2 = faktor kerja beban.
Gambar 2.18 Rangkaian Transformator [7]
Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet ( ggm ) yang
cenderung menentang fluks (ϕ) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan
IM. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus
mengalir arus I’2, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2,
hingga keseluruhan arus yang mengalir pada primer menjadi I1 = Io + I’2.
Transformator dalam keadaan bertegangan dan belum dibebani akan
timbul rugi-rugi yang dapat menimbulkan kondisi trafo tersebut panas, namun
panas yang timbul kecil. Apabila transformator tersebut dibebani maka
kumparan dan minyak di dalam trafo akan bertambah panas sesuai dengan
kenaikan bebannya atau sebesar I2R. Panas yang timbul pada kumparan akan
diteruskan secara konduksi pada minyak trafo yang berfungsi sebagai
pendingin. Baik kumparan maupun minyak trafo mempunyai batas-batas
operasi panas yang diijinkan. Isolasi kumparan yang terdiri dari kertas kraft
yang mempunyai batas panas yang diijinkan sesuai dengan klas isolasi spesifikasi
trafo. Demikian juga minyak isolasi trafo mempunyai batas panas yang
diijinkan. Apabila panas-panas tersebut dilampaui maka isolasi akan rusak dan
secara keseluruhan transformator tersebut akan rusak. Panas tersebut harus
direduksi dengan memasang sistem pendingin.
Pembebanan transformator dapat digolongkan menjadi dua macam yaitu:
pembebanan normal ( K1 ) dan pembebanan diatas normal ( K2 ).
Berikut adalah persamaan untuk menentukan rasio pembebanan
Menentukan Rasio Pembebanan( K ) [8]
𝐾 =𝑆
𝑆𝑟 ............................................................................................. (2.19)
Dimana :
K = Rasio pembebanan
S = Beban transformator (MVA)
Sr = Kapasitas transformator (MVA)
2.7. Kenaikan Suhu
Isolasi yang biasa dipakai dalam transformator bisa cepat sekali menjadi
buruk apabila dikenai panas dengan suhu diatas 100oC secara terus menerus.
Suhu diatas 100oC ini hanya dapat ditahan dalam selang waktu yang relatif
singkat, namun efek komulatif dan hubungan antara suhu dengan waktu tidak
dapat ditentukan.
Kenaikan suhu pada belitan, inti dan minyak trafo dirancang untuk pemakaian
dengan ketinggian tidak lebih dari 1000 meter diatas permukaan laut. Untuk
transformator yang menggunakan media pendingin air, maka suhu air tidak
boleh lebih dari 25oC, sedangkan untuk transformator yang menggunakan
media pendingin udara, maka suhu udaranya tidak boleh lebih dari 40oC dan
tidak boleh dibawah -25oC untuk pemasangan luar dan tidak boleh dibawah -5oC
untuk pemasangan dalam. Sebagai tambahan untuk pendinginan dengan udara,
suhunya tidak melebihi:
• Rata-rata 30oC untuk satu hari
• Rata-rata 20oC untuk satu tahun
Kenaikan suhu belitan dapat diukur dengan metode Resistansi atau
metode Thermometer. Dengan metode Resistansi kenaikan suhu dapat
ditentukan dengan persamaan 2.20 [16] :
𝒕𝟏 − 𝒕𝟐 =𝑹𝟐−𝑹𝟏
𝑹𝟏( 𝟐𝟑𝟒, 𝟓 + 𝒕𝟏 ) …………………………………… (2.20)
Dengan:
R2 = Tahanan lilitan panas (ohm)
R1 = Tahana lilitan dingin (ohm)
T2 = Suhu panas lilitan (oC)
T1 = Suhu lilitan pada awal percobaan (oC)
Di dalam transformator minyak timbulnya panas akibat rugi besi dan rugi
tembaga di dinginkan dengan minyak trafo. Bila keadaan ini berlangsung terus-
menerus lama kelamaan minyak transformator akan menjadi panas. Dengan
kenaikan suhu minyak, komposisi minyak transformator akan mengalami
perubahan melalui reaksi kimia. Terjadinya reaksi tersebut akan menghasilkan zat
(persenyawaan) lain dan akan mengubah sifat dari minyak transformator
Perubahan-perubahan itu antara lain:
• Warna coklat (hitam)
• Kadar asam tinggi
• Mengandung endapan (kotor)
• Kekuatan daya elektrik menurun
• Viskositas tinggi
Apabila perubahan-perubahan tersebut dibiarkan dapat menyebabkan
turunnya nilai isolasi dari minyak.
Menentukan Perbandingan Rugi ( d ) [15]
𝑑 =Rugi tembaga pada daya pengenal
Rugi beban nol …………………………………… (2.21)
Menentukan Kenaikan Temperatur Stabil Top oil [14] :
∆𝜽𝒃 = ∆𝜽𝒐𝒓 (𝟏+𝒅𝑲𝟐
𝟏+𝒅)
𝒙
…………………………………….............. (2.22)
Dimana :
∆𝜽𝒐𝒓 = Kenaikan temperatur top oil (pada trafo ONAN = 55 pada OFAF = 40)
d = Perbandingan rugi
K = Rasio pembebanan
x = Konstanta ( 0,9 untuk ONAN, 1 untuk OFAF )
2.8. Penuaan Isolasi
Thermal stress, kandungan air dan oksigen mempengaruhi tingkat penurunan
bahan isolasi. Komponen yang paling penting dari sistem isolasi kertas adalah
yang membungkus lilitan konduktor tembaga atau aluminium yang tidak
mudah diganti. isolasi dari minyak mineral yang berkualitas baik diperkirakan
berlangsung berumur 30 tahun atau lebih sebelum membentuk asam dan
lumpur yang berlebihan. Untuk minyak isolasi walaupun penting, tetapi tidak
sebegitu penting seperti isolasi kertas karena mudah direkondisi, reklamasi
ataupun diganti. Oleh karena itu, umur cellulosic material (isolasi kertas),
menjadi faktor pembatas dalam operasi transformator [Lewand LR dan Griffin
P.J., 1995]. [18]
Sebagian besar isolasi padat yang digunakan di dalam trafo tenaga
mempunyai karakteristik-karakteristik mekanis dan elektrik yang baik. Sifat ini
akan berkurang apabila di pergunakan pada suhu yang tinggi dan untuk
selanjutnya lama-kelamaan akan mengakhiri umur trafo. Penurunan
kemampuan suatu bahan isolasi akibat panas, biasa disebut dengan penuaan
(Aging) dan hal ini merupakan faktor utama yang membatasi kemampuan
pembebanan / kemampuan mempertahankan umur perkiraan dari transformator
tenaga.
Akibat utama dari penuaan adalah menurunnya kekuatan mekanis dan
elektris dari isolasi belitan transformator. Biasanya penuaan ini terjadi secara
perlahan-lahan. Artinya penuaan adalah akibat dari salah satu atau lebih dari
reaksi kimia. Karena terjadi penuaan pada isolasi, maka faktor disisipasi tahanan
listriknya akan berkurang. Hal ini akan menambah rugi-rugi dielektrik. Rugi-
rugi akan menghasilkan panas yang selanjutnya akan menyebabkan suhu isolasi
akan menjadi naik. Dengan naiknya suhu isolasi maka penuaan akan bertambah
besar, yang selanjutnya akan memperbesar rugi-rugi dielektrik dan demikian
untuk seterusnya.
Faktor penuaan isolasi kertas:
Efek suhu, air, dan oksigen adalah faktor penting dalam penuaan kertas
isolasi (selulosa) dan minyak. Proses penuaan telah dibahas secara luas melalui tes
mempercepat penuaan dan pengalaman lapangan.
Efek dari Suhu:
Secara umum dapat dinyatakan bahwa penyebab utama kemunduran kertas
adalah dari ketidakstabilan panas. Penuaan isolasi kertas menurut Arrhenius, ia
mengungkapkan pengaruh suhu terhadap penuaan dengan persamaan bahwa
untuk setiap kenaikan suhu 6 sampai 8 °C, umur isolasi kertas dibagi dua. Sebagai
contoh,jika suhu operasi isolasi adalah 40°C, kekuatan isolasi diperkirakan 110
tahun. Namun, jika isolasi yang sama ini terkena suhu 140°C yang
diperkirakan sekarang umurnya hanya sekitar satu tahun. Apabila temperatur
hotspot trafo melebihi 140oC akan menimbulkan gelembung-gelembung gas pada
minyak trafo.
Menentukan kenaikan temperature top oil [14]
∆𝜃on = ∆𝜃o(n-1) + ( ∆θb - ∆θo(n-1)) (1 – e-t/τ) …………………………………(2.23)
Dimana :
∆𝜃o(n-1) = kenaikan temperatur awal minyak.
∆𝜃b = kenaikan temperatur akhir minyak yang distabilkan
𝜏 = konstanta (3 untuk ONAN dan 2 untuk OFAF)
t = lama pengamatan (Jam)
𝜏 = konstanta waktu minyak dalam jam
Efek Air:
Efek air pada penuaan kertas adalah sangat signifikan dan merugikan.
Tingkat penurunan kertas berbanding lurus dengan kadar air. Sebagai contoh,
mengurangi kadar air dalam kertas dari 1,0% menjadi 0,5% akan
menggandakan umur kertas. Untuk isolasi kertas termal-upgrade kurang sensitif
terhadap efek air daripada kertas Kraft.
Efek dari Oksigen:
Penuaan kertas dipengaruhi oleh adanya oksigen meskipun tidak setingkat
dengan minyak. Isolasi kertas termal-upgrade bahkan kurang sensitif terhadap
efek oksigen daripada kertas Kraft. Perbandingan antara efek lingkungan yang
mengandung oksigen tinggi dibandingkan dengan lingkungan oksigen rendah
terhadap penuaan kertas Kraft adalah 2,5 : 1. Umur yang diharapkan saat kondisi
kering (0,5% air) kertas Kraft biasa dalam lingkungan oksigen tinggi adalah
sekitar 4 tahun melakukan operasi pada suhu 100 ° C (kenaikan suhu hotspot yang
diharapkan pada name plate 55°C). Sebaliknya, umur yang diharapkan saat
kondisi kering untuk kertas kraft termal-upgrade dalam lingkungan oksigen
rendah beroperasi pada suhu 110°C (kenaikan suhu hotspot yang diharapkan
pada name plate 65°C) adalah sekitar 18 tahun (Griffin, Paul J., 1995) [18]
Menentukan selisih temperatur antara hot spot dengan top oil [14]
∆𝜃td = (∆𝜃cr - ∆θor) K2y ………………………………… .......................... (2.24)
Dimana :
∆𝜃cr = Kenaikan temperatur hot spot
y = Kontansta ( 0,8 untuk ONAN, 0,9 untuk OFAF )
∆θor = Kenaikan temperatur top oil (pada trafo ONAN = 55 pada OFAF = 40)
Sistem isolasi pada transformator mempunyai tujuan untuk mengisolasi antar
kumparan trafo dan mengisolasi kumparan trafo dengan dinding trafo atau dengan
ground. Isolasi merupakan bagian terpenting dari transformator yang harus
dipelihara, Umur isolasi merupakan umur dari transformator tersebut.
Gambar 2.19 Potongan melintang transformator terendam minyak [18]
Kecepatan kerusakan isolasi akibat penuaan bahan isolasi selain
ditentukan oleh besarnya panas yang terjadi juga lamanya panas yang dialaminya.
Disamping itu adanya air, bocornya tangki transformator, adanya oksigen diatas
minyak transformator juga akan mempercepat proses penuaan transformator.
Untuk peralatan transformator yang direndamkan ke dalam minyak dapat
dilihat pada gambar diatas. Minyak juga berfungsi sebagai penghambat kerusakan
isolasi yaitu dengan cara memperlambat terjadinya oksidasi pada isolasi dan
penguraian. Apabila minyak bersenyawa dengan zat asam, yang secara
keseluruhan akan cenderung untuk mempercepat proses penuaan isolasi. Faktor
lain yang mempengaruhi proses kerusakan yang berlangsung dengan bebas pada
kecepatan berlainan sehingga kesulitan untuk menentukan penyebab kerusakan
yang lebih dominan.
Untuk setiap peralatan yang mempunyai tugas memberikan pelayanan akan
mempunyai suatu batas umur dimana peralatan tersebut tidak dapat dipakai
lagi.
Umur perkiaraan transformator tenaga disini didefinisikan berhubungan
dengan timbulnya panas yang diakibatkan adanya pembebanan, sehingga
transformator tersebut mengalami kegagalan dalam melaksanakan fungsinya.
Memang belum diperoleh cara untuk memetapkan perhitungan umur
perkiraan yang lebih baik dari yang lainnya. Dalam hal ini telah banyak
percobaan-percobaan yang dilakukan untuk menentukan umur perkiraan tetapi
mempunyai hasil yang berlainan. Ini disebabkan karena percobaan-percobaan
yang dilakukan mempunyai ukuran nilai akhir umur yang berbeda-beda.
2.9. Penentuan Kenaikan Temperatur
2.9.1. Pengasumsian Dengan Diagram Termal
Kenaikan temperatur dapat diasumsikan dengan diagram thermal
sederhana seperti ditunjukkan gambar 2.20 Gambar ini dapat dipahami karena
merupakan diagram penyederhanaan dari distribusi yang lebih rumit.
Kenaikkan temperatur top oil yang diukur selama pengujian kenaikkan
temperatur berbeda dengan minyak yang meninggalkan kumparan. Minyak pada
top oil adalah campuran sebagian dari minyak yang bersirkukasi pada sepanjang
kumparan. Tetapi perbedaan ini tidak dipertimbangkan dengan cukup signifikan
untuk memvalidasi metode.
Metode ini disederhanakan sebagai asumsi yang telah dibuat sebagai
berikut:
a) Temperatur minyak bertambah secara linear sesuai kumparan
b) Kenaikkan temperatur rata-rata minyak adalah sama untuk
semua kumparan dari kolom yang sama.
c) Perbedaan temperatur antara minyak pada puncak
kumparan (asumsinya sepadan dengan yang di puncak) dan
minyak yang berada di dasar kumparan (asumsinya sepadan
dengan yang di pendingin) adalah sama untuk semua bagian
kumparan.
d) Kenaikkan temperatur rata-rata dari tembaga pada setiap
posisi di atas kumparan meningkat secara linear sejalan
kenaikkan temperatur minyak yang mempunyai selisih kostan
∆Өwo antara dua garis lurus (∆Өwo) adalah selisih antara
kenaikkan temperatur rata-rata tahanan
e) dan kenaikkan temperatur rata-rata minyak ).
f) Kenaikkan temperatur rata-rata puncak kumparan adalah
kenaikkan temperatur rata-rata minyak ditambah ∆Өwo.
Kenaikkan temperatur hot spot adalah lebih tinggi
dibanding kenaikkan temperatur rata-rata puncak kumparan.
Untuk menghitung perbedaan antara kedua kenaikkan
temperatur ini, nilai ∆Өwo diasumsikan 0,1 untuk sirkulasi
minyak secara alami. Sehingga kenaikkan temperatur hot
spot adalah sepadan dengan kenaikkan temperatur top oil
ditambah 1,1 ∆Өwo.
Gambar 2.20 Diagram Termal [16]
Keterangan:
A : suhu minyak atas yang diperoleh sebagai rata–rata suhu minyak pada keluaran
minyak dan suhu pada kantong minyak, B : suhu minyak campuran di dalam
tangki pada belitan bagian atas (seringkali mempunyai suhu yang sama dengan
A), C : suhu minyak rata–rata didalam tangki, D : suhu minyak pada dasar belitan,
E : dasar tangki, gr : gradien suhu belitan rata–rata minyak rata–rata (di dalam
tangki) pada arus pengenal, H : faktor titik panas, P : suhu titik panas, Q : suhu
belitan rata–rata yang ditentukan oleh pengukuranresistansi, sumbu X : suhu,
sumbu Y: posisi relatif.
2.9.2. Kondisi Untuk Nilai Daya Tertentu
2.9.2.1. Sirkulasi Minyak Alami
Kenaikkan temperatur rata-rata kumparan :
(diukur dengan tahanan) = 65oC
Kenaikkan temperatur top oil (∆Өbr) = 55oC
Kenaikkan temperatur rata-rata minyak = 44oC
Perbedaan antara kenaikkan temperatur rata-rata kumparan dan kenaikkan rata-
rata temperatur minyak ∆Өwo = 21oC
Kenaikkan temperatur hot spot (∆Өcr) disusun sebagai dalam persamaan
berikut [14] :
∆Өcr = ∆Өb + 1,1 ∆Өwo ............................................................................... (2.25)
= 55 + 23
= 78oC
Atau dengan persamaan [14] :
𝜃c = 𝜃a + ∆θon + ∆θotd ..................................................................................... (2.26)
Dimana :
𝜃a = Temperatur rata-rata harian
∆θon = Kenaikan temperatur top oil
∆θotd = selisih temperatur antara hot spot dengan top oil
2.9.2.2. Sirkulasi Minyak Paksaan
Perbedaan kenaikkan temparatur minyak antara inlet dan outlet akan
terjadi, pada umumnya lebih kecil dibanding dengan sirkulasi minyak
secara alami. Dengan 65oC kenaikkan temperatur yang terukur oleh
tahanan, kenaikkan temperatur hot spot mungkin tidak melebihi 75oC.
Bagaimanapun juga hal ini diperlukan untuk margin yang sama, yang masih
diperbolehkan 13oC di atas kenaikkan temperatur rata-rata kumparan 65oC,
untuk mencapai kenaikkan temperatur hot spot pada nilai daya tertentu.
Pada umumnya kerapatan arus kerja yang digunakan lebih tinggi
dibandingkan dengan sirkulasi minyak alami dan lebih ekonomis untuk
memperoleh kenaikkan temperatur rata- rata minyak dan nilai yang lebih
tinggi dari ∆Өwo. Oleh karenanya, kenaikkan temperatur top oil dari 40oC
dan kenaikkan temperatur hot spot 78oC pada nilai daya tertentu telah
diasumsikan sebagai kondisi yang lebih sederhana. Kenaikkan temperatur hot
spot (∆Өcr) disusun sebagai berikut [16] :
∆Өcr = ∆Өb + (∆Өcr - ∆Өb) ........................................................................ (2.27)
= 40 + (78-40)
= 78oC
2.9.3. Kondisi Untuk Beban Stabil
2.9.3.1. Kenaikan Temperatur Top oil
Kenaikkan temperatur ini sepadan dengan kenaikkan temperatur top
oil pada nilai daya yang dikalikan rasio dari total kerugian dengan eksponen x
[14]
∆𝜽𝒃 = ∆𝜽𝒃𝒓 (𝟏+𝒅𝑲𝟐
𝟏+𝒅)
𝒙
.................................................................................... (2.28)
Keterangan :
d = Perbandingan rugi
= Rugi tembaga pada daya pengenal
Rugi beban nol
x = konstanta
x = 0,9 (ONAN dan ONAF)
x = 1,0 (OFAF dan OFWF)
∆Өbr = suhu
Untuk br = 55oC untuk ONAN, dan br = 40oC untuk OFAF.
Nilai d secara relatif tidak penting pada beban tinggi, hanya memberikan
secara garis besar tinggi atau rendahnya kenaikkan temperatur. Lebih dari itu
hal ini dikompensasi untuk seberapa besar korespondensinya dengan naik atau
turunnya temperatur minyak pada beban rendah.
2.9.3.2. Kenaikkan Temperatur Hot Spot
Kenaikkan temperatur hot spot ∆Өc unntuk beban yang stabil dapat
dihitung dengan persamaan sebagai berikut [14]
∆Өc = ∆Өb + (∆Өcr - ∆Өbr) K2y ............................................................ (2.29)
∆𝜃𝑐 = ∆𝜃𝑏𝑟 (𝟏+𝒅𝑲𝟐
𝟏+𝒅) + (∆𝜃𝑐𝑟 − ∆𝜃𝑏𝑟)𝑲𝟐𝒚 ................................................. (2.30)
Keterangan :
∆𝜃cr = 78oC
y = konstanta
y = 0,8 (ONAN dan ONAF)
y = 0,9 (OFAF dan OFWF)
∆𝜃br = suhu
Untuk br = 55oC untuk ONAN, dan br = 40oC untuk OFAF.
2.9.4. Kondisi Untuk Beban Yang Berubah-ubah
2.9.4.1. Kenaikan Temperatur Top oil
Kenaikkan temperatur top oil ∆θon pada waktu t setelah pemberian
beban adalah sangat mendekati untuk kenaikkan eksponensial sebagai berikut
[14] :
∆𝜃on = ∆𝜃o(n-1) + ( ∆θb - ∆θo(n-1)) (1 – e-t/τ).................................................. (2.31)
Dengan:
∆θo(n-1) adalah kenaikkan temperatur awal minyak.
∆θb adalah kenaikkan temperatur akhir minyak yang
telah distabilkan, berhubungan dengan beban
seperti dihitung dalam sub bab sebelumnya..
τ = kontanta waktu minyak dalam jam
τ = 3 (ONAN dan ONAF)
τ = 2 (OFAF dan OFWF)
t = waktu dalam jam
2.9.4.2. Kenaikkan Temperatur Hot spot
Kenaikkan temperatur hot spot pada waktu tertentu sebelum kondisi
distabilkan adalah mendekati perkiraan dengan asumsi bahwa kenaikkan
temperatur hot spot di atas adalah kenaikkan temperatur top oil yang terbentuk
dengan seketika.
Kenaikkan temperatur hot spot pada waktu tertentu sama dengan[14] :
∆θc = ∆θb + (∆θcr - ∆θbr) K2y ..................................................................... (2.32)
∆𝜃𝑐 = ∆𝜃𝑏𝑟 (𝟏+𝒅𝑲𝟐
𝟏+𝒅) + (∆𝜃𝑐𝑟 − ∆𝜃𝑏𝑟)𝑲𝟐𝒚 ………………………………… (2.33)
2.10. Penuaan Isolasi Belitan Trafo
2.10.1. Hukum Deterioration
Umur isolasi dipengaruhi oleh pemburukannya seiring dengan panas
dan waktu, dijelaskan dalam hukum arhenius sebagai berikut [18] :
D = e α+β/T ..................................................................................................... (2.34)
Dengan:
D adalah umur transformator yang diharapkan
α dan β konstan (diperoleh dari pengujian beberapa material isolasi yang
tersedia)
T adalah temperatur mutlak dari temperature hot spot
Untuk level temperatur operasi transformator Montsinger
memberikan persamaan yang lebih sederhana [18]
D = K e -pv...................................................................................................... (2.35)
Dengan:
v adalah temperatur hotspot dalam derajat celcius
K dan v adalah material konstan
Selama tidak disebutkan kriteria kapan umur isolasi akan berakhir
tidak mudah menetapkan pernyataan tetap dalam persamaan 2.34 dan 2.35
Khusus untuk α dan K adalah valid, khusus untuk p dan β belum begitu
diketahui. Hal tersebut merupakan alasan utama mengapa fungsi penuaan relatif
diperkenalkan.
Umur yang diharapkan dinyatakan dalam nilai per unit terhadap nilai umur
saat kondisi temperature vn atau 𝜃𝑐𝑟 beban terpasang, dalam kenyataannya
malah yang digunakan nilai umur relatif atau disebut juga penuaan thermal relatif
dinyatakan V disebut juga susut umur relatif.
2.10.2. Nilai Relatif Dari Umur Pemakaian
Hubungan Montsinger sekarang telah digunakan untuk memperoleh nilai
relatif dari umur pemakaian pada temperatur θc, dibanding dengan nilai
nornal dari umur pemakaian pada temperature θcr. [18]
V = Laju penggunaan umur saat θc
Laju penggunaan umur saat θcr
= 2 (θc - θcr) / 6 ….………………………………………….. (2.36)
Persamaan 2.36 bila diubah dalam bentuk log10 akan menjadi:
V = 10 (θc – 98)/19.93 .................................................................. (2.37)
Dengan :
V = nilai relatif dari umur pemakaian (p.u)
θcr = 98oC menurut publikasi IEC 76 (1967).
Hubungan nilai penuaan relatif terhadap penurunan isolasi belitan
di dapatkan persamaan sebagai berikut [18] :
𝐿 = ℎ
3𝑇{ Vu + ∑ 4Vodd + ∑ 2Veven + Vn } x 100% ……………… (2.38)
Dimana :
L = susut umur
h = Konstanta bernilai 1
T = waktu (24 jam)
Vu, Vodd, Veven, Vn = nilai relatif dari umur pemakaian pada
jam ke n
Hal ini dapat dijelaskan dalam gambar 2.18 dan dengan tabel
2.4.
Tabel 2.4 Nilai relatif dari umur pemakaian
θc (oC) V (Pcu/h)
80
86
92
98
0.125
0.25
0.5
1.0
104
110
116
122
128
134
140
2.0
4.0
8.0
16.0
32.0
64.0
128.0
Setelah diperoleh harga hot spot yang terjadi akibat pembebanan pada
transformator dan bila nilai suhu ini dihubungkan dengan faktor penuaan isolasi
maka dapat diketahui bentuk kurva faktor penuaan dari isolasi belitan yang
dipergunakan.
Gambar 2.21 Garis umur [17]
Dari tabel 2.4 dan gambar 2.21 dapat diketahui bahwa kenaikan laju
penuaan thermal relative berbanding secara konstan terhadap kenaikan temperatur
hot spot. Hal ini dapat dijabarkan apabila terjadi kenaikan temperatur hot spot
sebesar 1oC akan terjadi kenaikan nilai laju penuaan thermal relative sebesar
0.3p.u.
2.10.3. Persamaan diagram kehilangan umur dalam periode 24 jam
Dapat digolongkan menjadi beberapa keadaan yaitu:
2.10.3.1. Operasional pada temperatur konstan
Jumlah jam dari umur pemakaian pada temperatur konstan dapat
dihitung dengan rumus tV seperti pada persamaan 2.40
2.10.3.2. Durasi operasional yang masih diijinkan pada θc
Dari persamaan 2.37 diperoleh [18] :
θc = 98 + 19.93 log10 V ................................................................................. (2.39)
jam dari umur pemakaian :
tV = t x 10 (θcr – 98) / 19.93 ................................................................................ (2.40)
oleh karenanya tV sama dengan 24 jam:
t = 24
V = 24 x 10 ( 98 – θc ) / 19.93 ....................................................................... (2.41)
Persamaan 2.40 memberikan jumlah dari jam per hari operasional
pada beberapa nilai yang diberikan θc dikatakan bahwa umur sehari per
hari pada 98oC. Tabel 2.5 memberikan nilai-nilai dari t untuk variasi θc.
Tabel 2.5 Durasi operasional yang masih diijinkan
Jam per hari θc (oC)
24
16
12
8
6
4
3
2
1.5
1
0.75
0.5
98
101.5
104
107.5
110
113.5
116
119.5
122
125.5
128
131.5