i

INSTITUT TEKNOLOGI PLN

SKRIPSI

PERHITUNGAN SUSUT UMUR TRANSFORMATOR DAYA 150/20 KV 30 MVA AKIBAT PEMBEBANAN DI GARDU

INDUK METRO

DISUSUN OLEH:

NABILLA CZYKA HERLANDA

NIM: 201611140

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS

KETENAGALISTRIKAN DAN ENERGI TERBARUKAN

INSTITUT TEKNOLOGI – PLN JAKARTA, 2020

ii

iii

iv

v

vi

vii

PERHITUNGAN SUSUT UMUR TRANSFORMATOR DAYA 150/20 KV 30 MVA

AKIBAT PEMBEBANAN DI GARDU INDUK METRO

Nabilla Czyka Herlanda, 2016-11-140,

Dibawah bimbingan [Purnomo Willy B.S., Ir., M.T.] dan [Erlina, S.T., M.T].

ABSTRAK Transformator daya yang digunakan di gardu induk memiliki fungsi untuk menyalurkan daya listrik serta menurunkan tegangan transmisi dari tegangan tinggi ke tegangan rendah. Menurut standar IEEE Std C57.91-2011 umur pakai transformator daya yang ideal adalah selama 20,55 tahun. Salah satu penyebab susut umur transformator adalah temperature hot-spot yang dipengaruhi oleh besarnya beban dan temperatur lingkungan dimana, semakin besar bebannya maka semakin tinggi pula temperatur dan panas yang timbul pada belitan, hal ini dapat merusak isolasi transformator. Suhu hot-spot pada transformator daya ini masih dalam bata normal yang ditetapkan 98oC. Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengetahui persentase susut umur dan memperkirakan sisa umur dari transformator daya 1 berkapasitas 30 MVA yang terpasang di Gardu Induk Metro. Data yang digunakan merupakan data pembebanan dan suhu transformator pada bulan Mei 2020 yang merupakan beban puncak siang dan malam. Berdasarkan penelitian dan perhitungan, maka didapat jumlah laju penuaan thermal relatif dalam setahun persentase susut umurnya adalah 35% dengan nilai susut umurnya adalah 10,88, dengan itu didapatkan perkiraan sisa umur transformator yaitu sekitar 3,0675 tahun.

Kata kunci: Transformator Daya, Susut Umur, Temperatur Hot Spot, Pembebanan.

viii

CALCULATION OF LOSS OF LIFE POWER TRANSFORMER 150/20 KV 30

MVA DUE TO LOADING AT METRO SUBSTATION

Nabilla Czyka Herlanda, 2016-11-140,

Under the guidance of [Purnomo Willy B.S., Ir., M.T.] and [Erlina, S.T., M.T].

ABSTRACT

The power transformer used in substations has a function to channel electrical power and reduce the transmission voltage from high voltage to low voltage. According to the IEEE Std C57.91-2011 standard the lifetime of the ideal power transformer is 20,55 years. One of the causes of loss in the life of the transformer is the temperature of the hot-spot which is affected by the load and the ambient temperature more bigger the load, the higher the temperature and heat arising at the windings, this can damage the transformer insulation. The hot-spot temperature on this power transformer is still in the normal brick set at 98oC. The purpose of this study is to determine the percentage of life loss and estimate the remaining life of a power transformer 1 with a capacity of 30 MVA installed at Metro Substation. The data used are data on the transformer loading and temperature in May 2020 which is the peak load day and night. Based on research and calculations, the obtained amount of relative thermal aging rate in a year the percentage of the loss life is 35% with the value of the loss life is 10,88, with that obtained the estimated remaining life of the transformer which is around 3,0675 years.

Keywords: Power Transformer, Loss of Life, Hot Spot Temperature, Load

ix

DAFTAR ISI

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

LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI ..............................................................iii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ....................................................................iv

UCAPAN TERIMA KASIH .....................................................................................v

ABSTRAK ............................................................................................................ vii

ABSTRACT ......................................................................................................... viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix

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

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xiii

DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2. Permasalahan Penelitian ...................................................................... 2

1.2.1. Identifikasi Masalah .............................................................................. 2

1.2.2. Ruang Lingkup Masalah ....................................................................... 3

1.2.3. Rumusan Masalah ................................................................................ 3

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................. 4

1.3.1. Tujuan Penelitian .................................................................................. 4

1.3.2. Manfaat Penelitian ................................................................................ 4

BAB II LANDASAN TEORI

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

2.2. Teori Pendukung ........................................................................................ 6

2.2.1. Transformator .......................................................................................... 6

2.2.2. Bagian – Bagian Utama Transformator ................................................... 9

2.2.2.1. Kumparan Transformator ...................................................................... 9

2.2.2.2. Bagian inti besi transformator ............................................................. 10

2.2.2.3. Minyak Transformator ......................................................................... 10

x

2.2.2.4. Bagian Bushing Transformator ........................................................... 11

2.2.2.5. Bagian tangki dan konservator ........................................................... 12

2.2.3. Peralatan Bantu Transformator.............................................................. 12

2.2.3.1. Pendingin Transformator .................................................................... 12

2.2.3.2. Pengubah Tegangan atau Tap Changer ............................................ 15

2.2.4. Peralatan Proteksi Pada Transformator ............................................. 16

2.2.4.1. Peralatan Proteksi Rele Bucholz ........................................................ 16

2.2.4.2. Peralatan Proteksi Rele Jansen ......................................................... 17

2.2.4.3. Peralatan proteksi rele sudden pressure ............................................ 17

2.2.4.4. Peralatan Proteksi Rele Thermal ........................................................ 18

2.2.4.5. Peralatan Proteksi Rele Arus Lebih .................................................... 19

2.2.4.6. Peralatan ProtelsRele Differensial ...................................................... 19

2.2.4.7. Peralatan Proteksi Rele Hubung Tanah ............................................. 19

2.2.4.8. Arrester ............................................................................................... 20

2.2.5. Prinsip dan Cara Kerja Komponen Transformator .............................. 20

2.2.6. Kenaikan Pada Beban ........................................................................ 21

2.2.7. Kenaikan Pada Suhu .......................................................................... 22

2.2.8. Temperatur di Sekitar Transformator .................................................. 24

2.2.9. Penuaan Pada Isolasi ......................................................................... 24

2.2.10. Umur Transformator ........................................................................... 27

2.2.11. Penyusutan Umur Pada Transformator .............................................. 28

2.2.12. Pemeliharaan Transformator .............................................................. 30

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Perancangan Penelitian ..................................................................... 31

3.2. Data Kelistrikan Gardu Induk 150/20 kV Metro ................................... 33

3.2.1. Single-line Diagram Gardu Induk Metro ............................................. 33

3.2.2. Data Spesifikasi Transformator .......................................................... 34

3.2.3. Data Pembebanan dan Temperatur Transformator ............................ 35

3.3. Teknik Analisis .................................................................................... 36

3.3.1. Perhitungan Dari Rasio Pembebanan ................................................ 36

3.3.2. Perhitungan pada sirkulasi minyak alami ........................................... 37

3.3.3. Perhitungan Untuk Kondisi Beban Stabil ............................................ 37

3.3.3.1. Perhitungan kenaikan temperatur top oil untuk beban stabil .............. 37

xi

3.3.3.2. Perhitungan kenaikan temperatur hot-spot untuk beban stabil ........... 38

3.3.4. Perhitungan Untuk Kondisi Beban Berubah-ubah .............................. 39

3.3.4.1. Perhitungan kenaikan temperatur top oil untuk beban berubah-ubah 39

3.3.4.2. Perhitungan kenaikan temperatur hot-spot untuk beban berubah-ubah 39

3.3.5. Perhitungan Temperatur hot-spot Dengan Memperhatikan Suhu Lingkungan (ambient temperatur). ...................................................... 40

3.3.6. Perhitungan laju penuaan thermal relatif ............................................ 41

3.3.7. Perhitungan susut umur transformator ............................................... 43

3.3.8. Perhitungan perkiraan umur transformator ......................................... 44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Perhitungan Susut Umur Transformator Daya 30 MVA ...................... 45

4.1.1. Perhitungan Temperatur Hotspot ....................................................... 45

4.1.2. Perhitungan untuk menentukan laju penuaan thermal relatif. ............. 48

4.2. Upaya untuk memperpanjang usia pakai transformator daya ............ 52

4.2.1. Mencari nilai suhu hot-spot jika telah diketahui nilai laju penuaan thermalnya .......................................................................................... 53

BAB V PENUTUP

5.1. Simpulan ................................................................................................... 55

5.2. Saran ........................................................................................................ 56

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 57

DAFTAR RIWAYAT HIDUP .................................................................................58

LAMPIRAN ............................................................................................................A

xii-1

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Tipe Pendingin Pada Transformator ................................................ 14

Tabel 2. 2 Kelas-Kelas Sosial Isolasi dan Suhu Yang Diizinkan ....................... 27

Tabel 2. 3 nilai masing-masing dari (waktu) untuk berbagai nilai 𝜽𝒄. ................ 29

Tabel 3. 1 Data dan Spesifikasi Transformator Daya ........................................ 34

Tabel 3. 2 Data pembebanan dan Temperatur Transformator Daya 30 MVA ... 35

Tabel 3. 3 Nilai relatif dari umur pemakaian* .................................................... 42

Tabel 4. 1 Perhitungan temperature hot-spot ................................................... 47

Tabel 4. 2 Perhitungan laju penuaan thermal ................................................... 49

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Kumparan Transformator ............................................................. 10

Gambar 2. 2 Inti Besi Transformator ................................................................. 10

Gambar 2. 3 Bushing Transformator ................................................................. 12

Gambar 2. 4 Rele Bucholz ................................................................................ 17

Gambar 2. 5 Rele Jansen ................................................................................. 17

Gambar 2. 6 Rele sudden pressure .................................................................. 18

Gambar 2. 7 Rele thermal ................................................................................. 18

Gambar 2. 8 Rele Arus Lebih............................................................................ 19

Gambar 2. 9 Arrester ........................................................................................ 20

Gambar 2. 10 Prinsip Kerja Transformator ....................................................... 21

Gambar 2. 11 Rangkaian Ekivalen Transformator ............................................ 21

Gambar 3. 1 Diagram Alir Penelitian ................................................................. 33

Gambar 3. 2 Single Line Diagram Gardu Induk Metro ...................................... 34

Gambar 3. 3 Laju Penuaan Thermal Relatif ...................................................... 43

Gambar 4. 1 Grafik Susut Umur Transformator Daya pada bulan Mei 2020 .... 52

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A - Lembar Bimbingan Skripsi ....... Error! Bookmark not defined.1-2

Lampiran B - Nameplate Transformator Daya 30 MVA Gardu Induk Metro

.................................................................. Error! Bookmark not defined.-1

Lampiran C - Single-Line Diagram Gardu Induk Metro ..... Error! Bookmark not

defined.-1

1-1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pada sistem operasi tenaga listrik, hal yang sangat penting dalam

memberikan pelayanan terbaik berupa kenyamanan dan kepuasan terhadap

konsumen adalah kehandalan dan kestabilan suatu sistem tenaga listrik tersebut.

Upaya untuk mempertahankan kehandalan dan kestabilan suatu sistem tenaga

listrik yaitu dengan selalu melakukan pengecekkan dan memberikan perhatian

yang penting untuk memantau kondisi dari komponen-komponen dari suatu

system tenaga listrik yang telah ada. Dikarenakan oleh kebutuhan energi listrik

yang terus menerus meningkat, ada peralatan dalam sistem penyaluran tenaga

listrik yang sangat penting fungsinya, alat atau komponen ini adalah

transformator tenaga atau daya. Transformator daya atau power transformer

memiliki fungsi yang mirip dengan Namanya, yaitu menyalurkan daya listrik.

Transformator daya juga mempunyai fungsi penting dimana transformator daya

dapat menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan menengah.

Transformator Daya sangat berperan penting, oleh karena itu diperlukan

adanya usaha untuk menjaga transformator agar tetap memiliki umur dalam

jangka waktu yang cukup panjang serta tetap beroperasi dengan baik sesuai

dengan harapan. Transformator dapat dikategorikan memiliki kondisi yang baik

jika transformator tersebut memiliki kemampuan untuk menyuplai daya yang

rating tegangan dan frekuensinya tidak sampai melebihi Batasan normal

temperature internal yang diperbolehkan untuk transformator. Berkurangnya

umur transformator dapat disebabkan oleh berbagai macam factor, di antaranya

yaitu: penyusutan umur transformator dapat diakibatkan oleh suhu sekitar

transformator atau ambient temperature, suhu yang terukur pada minyak

Transformator, pengaruh pada pembebanan, kualitas bahan transformator,

kadar oksigen, kelembapan udara dan pemeliharaan yang dilakukan terhadap

transformator itu sendiri. Pemeliharaan yang dapat dilakukan pada transformator

yaitu dapat dilakukan secara rutin, baik secara preventif, prediktif ataupun

2

dengan cara korektif.

Salah satu faktor terpenting dalam kinerja transformator selain

pembebanan adalah temperatur. Pada transformator ada batasan nilai

temperatur yang tidak boleh dilewati ketika transformator sedang bekerja.

Transformator yang pada umumnya beroperasi di Indonesia mengikuti standar

IEC (International Electrotechnical Commission), (Publikasi IEC 354), yang

selanjutnya sudah ditetapkan menjadi standar pada PLN. (SPLN 17A:1979).

Pada hakikatnya transformator dibuat untuk dipergunakan dengan beban yang

dibebanin sepenuhnya dalam 24 jam kerja. Transformator memiliki batas aman

temperature yang merupakan titik panas (hot-spot) pada belitan, yaitu mencapai

98ºC. Sesuai dengan standar IEC, ditetapkan bahwa transformator pada

temperatur sekitar (ambient temperature) sebesar 20 sampai dengan 22 ºC dapat

bekerja dengan baik, sedangkan hal yang berbeda dengan transformator yang

terpadang di wilayah yang beriklim tropis, ambient temperature yang ideal adalah

sekitar 30 sampai dengan 40 ºC.

Transformator yang digunakan dalam penelitian ini adalah transformator

daya yang memiliki umur pakai selama 15 tahun. Sedangkan, berdasarkan

standar IEEE C. 57.91 tahun 1999 batas umur normal pada suatu transformator

adalah sekitar 20,55 tahun dengan beroperasi pada suhu sekitar 30 °C dan batas

suhu hot-spot mencapai 110 oC. Standar IEC 354 memberikan faktor beban terus

menerus yang akan menghasilkan suhu hot-spot 98°C. Dikarenakan oleh

masalah di atas, maka sangat diperlukan adanya penelitian tentang pengaruh

dari pembebanan yang dilakukan pada transformator serta suhu lingkungan,

yang berikutnya menjadi faktor utama terhadap susut umur transformator daya.

1.2. Permasalahan Penelitian

1.2.1. Identifikasi Masalah

Berdasarkan judul yang diangkat untuk diteliti oleh penulis, maka

permasalahannya dapat diidentifikasi sebagai berikut:

Pembebanan transformator dapat mengalami kenaikan seiring

bertambahnya waktu, memungkinkan untuk transformator tersebut memiliki

beban yang melebihi kapasitasnya atau beban penuh. Pembebanan yang

3

melebihi kapasitasnya akan mempengaruhi isolasi lilitan transformator sehingga

mengakibatkan peningkatan yang terjadi pada suhu di transformator dan juga

dapat dipengaruhi oleh suhu lingkungan akan menyebabkan panas yang pada

lilitan kumparan transformator. Panas pada lilitan transformator ini

mengakibatkan terjadinya penguraian dari bahan-bahan dan dapat merusak

transfomator sehingga dapat memperpendek umur pemakaian transformator.

Di penelitian yang dibahas dalam skripsi ini terdapat pembahasan dari

pengaruh pembebanan dan temperatur sekitar terhadap susut umur

transformator sehingga dapat diperoleh perkiraan umur transformator, maka

akan dicari solusi untuk transformator tersebut apakah dapat dilakukan

pemeliharaan atau pergantian Transformator tenaga.

1.2.2. Ruang Lingkup Masalah

Dengan tujuan untuk menjaga agar isi dan pembahasan skripsi ini terarah

dan mencapai hasil yang diharapkan, maka penulis menentukan ruang lingkup

dari permasalahan yang akan dibahas pada skripsi ini. Penulisan skripsi dengan

judul “Perhitungan Susut Umur Transformator Daya 150/20 kV 30 MVA Akibat

Pembebanan di Gardu Induk Metro” ini akan dibatasi dengan ruang lingkup

permasalahan sebagai berikut:

1. Susut umur transformator dilihat dari kenaikan temperatur yang terjadi di

sekitar transformator daya dan pengaruh yang ditimbulkan dari pembebanan

transformator daya terhadap susut umur dan sisa umur pakai transformator

tersebut.

2. Perhitungan susut umur yang dilakukan pada Transformator Daya dilihat dari

isolasi kumparan pada transformator saja.

1.2.3. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah ditentukan untuk

pembahasan skripsi ini, maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh pada susut umur Transformator Daya 30 MVA yang

dipengaruhi oleh pembebanan di Gardu Induk 150/20 kV Metro?

2. Bagaimana pengaruh dari kenaikan suhu atau temperatur terhadap susut

umur Transformator Daya 30 MVA di Gardu Induk 150/20 kV Metro?

4

3. Bagaimana perkiraan sisa umur dan persentase susut umur yang terjadi pada

transformator daya akibat pembebanan di Gardu Induk Metro?

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian

1.3.1. Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini, yaitu:

1. Untuk mempelajari dan mengkaji bagaimana pengaruh pembebanan dan suhu

lingkungan di sekitar transformator terhadap Transformator Daya 150/20 kV

30 MVA di Gardu Induk Metro.

2. Untuk megetahui dan mengkaji pengaruh kenaikan temperatur transformator

daya 150/20 kV 30 MVA terhadap pembebanan di Gardu Induk Metro.

3. Untuk mengkaji dan memperkirakan berapa persentase susut umur

Transformator Daya dan sisa umurnya akibat pembebanan di Gardu Induk

Metro

1.3.2. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang dapat diambil dari dilakukannya penelitian ini adalah

sebagai berikut:

1. Menjaga efektifitas umur pemakaian transformator dengan memperhatikan

pembebanan sehingga menjaga kinerja transformator.

2. Memenuhi salah satu persyaratan untuk mendapatkan gelar sarjana pada

program Pendidikan sarjana strata satu (S1).

3. Sebagai bahan untuk menjadi referensi bagi pihak-pihak yang sekiranya

mempunyai kepentingan dalam penelitian terkait perhitungan susut umur

Transformator Daya yang diakibatkan oleh pembebanan.

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Beberapa referensi yang dipakai menjadi acuan oleh penulis dalam

membuat penelitian skripsi yang berjudul “Perhitungan Susut Umur

Transformator Daya 150/20 kV 30 MVA Akibat Pembebanan di Gardu Induk

Metro” ini yaitu diharapkan agar dapat membantu menyelesaikan proses

pembuatan skripsi ini. Untuk itu, dibutuhkan beberapa referensi yang dapat

menjadi acuan penulis.

(Juara Mangapul Tambunan, Agung Hariyanto, Wahyu Kurniadi

Tindra, Jurnal Sutet Vol. 5 No.2, 2015) berjudul “Kerja Pembebanan dan

Temperatur Terhadap Susut Umur Transformator Tenaga 150/20 kV 60 MVA.”

Susut umur dari transformator dapat terjadi akibat adanya proses kimia yang

dapat menyebabkan penuaan pada bahan isolasi karena timbulnya panas,

dimana ketahanan isolasi transformator dapat menurun. Penyusutan umur

transformator yang dibandingkan dengan umur yang diharapkan menjadi umur

pakai transformator dengan pembebanan normal sesuai rekomendasi pabrik

pembuatnya. Dari situ dapat diperhitungkan sisa umur transformator.

(Willy Maqtal Baihaqi, S1 Teknik Elektro STT-PLN 2019) berjudul “Studi

Pengaruh Pembebanan Dan Suhu Terhadap Susut Umur Transformator Daya

60 MVA Unit 3 Di Gardu Induk Millenium 150/20 kV”. Penelitian ini membahas

tentang pengaruh pembebanan dan temperatur sekitar terhadap susut umur

transformator sehingga dapat diperoleh perkiraan umur transformator, jika

nantinya umur transformator tidak sesuai dengan harapan transformator, maka

transformator tersebut dapat dilakukan pemeliharaan atau pergantian

Transformator tenaga.

(ltho Zainal Muttaqin, S1 Teknik Elektro STT-PLN 2017) berjudul “Studi

Pengaruh Pembebanan dan Temperatur Sekitar Terhadap susut Umur

Transformator Daya 200 MVA PLTU unit 4 Muara Karang”. Susut umur

6

transformator dilihat dari pengaruh isolasi lilitan transformator dan minyak

transformator tersebut. Salah satu kerusakan atau kegagalan isolasi dari minyak

transformator diakibatkan dari perubahan pada Transformator Daya terendam

minyak tersebut.

2.2. Teori Pendukung

2.2.1. Transformator

Transformator adalah suatu komponen kelistrikan yang mempunyai fungsi

yang dapat mengubah dan juga memindahkan energi listrik dimana energi

tersebut berpindah dari satu maupun lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik

lain, perpindahan tersebut melewati suatu komponen yang berbentuk gandengan

magnet dan hal ini sesuai dengan prinsip induksi-elektromagnet. Di dalam bidang

tenaga listrik dan tak terkecuali bidang elektronika, transformator dipergunakan

secara luas. Transformator dalam sistem tenaga listrik dipergunakan untuk

menaikkan atau menurunkan tegangan dari pembangkit listrik yang selanjutnya

dipakai untuk ditransmisikan dan juga didistribusikan.

Transformator bekerja sesuai dengan prinsip induksi elektromagnetik.

Pada transformator, tegangan masukkan yang bolak-balik dan membentang

pada sisi primer selanjutnya akan mengakibatkan magnetic flux yang pada

umumnya berkaitan dengan lilitan sekunder. Selanjutnya GGL yang ada di dalam

lilitan sekunder diinduksikan oleh fluks bolak-balik. Lilitan sekunder transformator

akan dialiri semua daya pada lilitan primer jika efisiensinya sempurna.

Adapun transformator jenisnya dapat dibagi menjadi beberapa macam, yaitu

seperti pada contoh di bawah ini:

1. Transformator berdasarkan sistem penyaluran pada tenaga listrik atau level

tegangannya:

a. Transformator penaik tegangan atau step up

Yang dimaksud dengan transformator step-up atau penaik tegangan adalah

pada transformator jenis ini Iilitan sekundernya memiliki jumlah lebih banyak

dibandingkan dengan lilitan primer sehingga transformator ini memiliki

fungsi untuk menaikkan tegangan.

b. Transformator penurun tegangan atau step down

7

Tipe transformator selanjutnya adalah transformator step-down atau

penurun tegangan. Pada transformator dengan jenis ini, terdapat lebih

sedikit lilitan sekunder jika dibandingkan dengan jumlah lilitan primer

sehingga transformator ini memiliki fungsi untuk menurunkan tegangan.

2. Transformator bedasarkan lokasi pemasangannya

a. Transformator pemasangan di dalam (indoor)

Untuk jenis yang di pasang pada indoor, transformator jenis ini hanya bisa

terpasang di dalam ruangan yang tertutup serta dilindungi dari kondisi

cuaca ekstrim seperti hujan, panas dan berbagai macam jenis cuaca di

luar.

b. Transformator pemasangan di luar (Outdoor)

Pada jenis transformator yang dipasang outdoor, transformator dirancang

untuk dipergunakan dan dipasang di area luar ruangan, contoh

transformator yang dipasang outdoor adalah swichyard dan transformator

jenis tiang portal, namun transformator jenis pemasangan luar ini ada juga

yang dapat dipasang dalam ruangan.

3. Transformator berdasarkan bahan inti core yang dipergunakan

Transformator juga dapat dikategorikan berdasarkan Inti atau core yang

dipergunakan pada lilitan primer serta lilitan sekundernya, Transformator

jenis ini dapat dibedakan menjadi 2 macam yaitu Transformator yang

memiliki inti berupa udara atau Air Core dan Transformator yang berinti besi

atau Iron Core.

a. Transformator berinti Udara (Air Core Transformer)

Pada transformator jenis ini, lilitan primer dan juga lilitan sekunder

tersebut dililitkan pada inti yang memiliki bahan non magnetik yang

memiliki bentuk tabung dan terdapat rongga di dalamnya. Bahan non

magnetik ini berbentuk bahan kertas dan juga bahan karton. Antara fluks

dengan lilitan primer dan lilitan sekunder mempunyai hubungan yang

terjadi melalui media udara. Di antara lilitan primer dan lilitan sekunder

tersebut memiliki tingkat induktansi mutual yang besarnya lebih relatif

kecil jika dibandingkan oleh transformator yang memiliki inti besi.

8

Transformator yang memiliki inti berupa udara ini biasanya digunakan

pada beberapa rangkaian yang memiliki frekuensi relatif tinggi.

b. Transformator yang memiliki inti besi (Iron Core Transformer)

Pada transformator jenis ini lilitan primer dan lilitan sekundernya terlilit

pada inti yang berupa kepingan besi yang tipis dan dilaminasi.

Transformator yang berinti besi juga mempunyai nilai efisiensi yang

cenderung lebih tinggi jika dibanding dengan transformator yang

memiliki inti udara. Hal tersebut dapat terjadi disebabkan oleh bahan

besi yang terdapat pada transformator ini mempunyai sifat magnetik

serta konduktif, oleh karena itu dapat memudahkan jalannya fluks

magnet yang disebabkan oleh arus pada listrik yang terjadi di kumparan

dan mengurangi efek panas yang terjadi.

4. Transformator berdasarkan Penggunaannya

Transformator berdasarkan penggunaannya dapat diklasifikasikan menjadi

4 macam yaitu, transformator daya, transformator pengukuran,

transformator distribus dan transformator proteksi

a. Transformator Daya (Power Transformer)

Transformator Daya atau power transformer merupakan salah satu jenis

transformator yang memiliki ukuran besar yang selanjutnya

dipergunakan dalam melakukan transfer daya relatif tinggi dimana dapat

mencapai nilai hingga angka 33 kV. Transformator daya acap kali

dipergunakan pada pembangkit listrik serta gardu-gardu induk.

Transformator daya adalah jenis transformator yang mempunyai tingkat

nilai yang tinggi pada tingkat insulasinya.

b. Transformator Distribusi atau Distribution Transformer

Selanjutnya yaitu transformator distribusi atau biasa juga disebut

sebagai Distribution Transformer. Transformator jenis ini dipergunakan

untuk distribusi tenaga listrik yang disalurkan dari pembangkit sampai

ke pelanggan yaitu daerah perumahan maupun lokasi industri.

Transformator distribusi ini menyalurkan tenaga listrik pada jaringan

tegangan rendah yang brsrnua tidak melebihi dari nilai 33 kV yang

selanjutnya digunakan pada umumnya untuk kepentingan perumahan

9

maupun daerah industri yang masih berada dalam range tegangan

antara 220 V hingga 440 V.

c. Transformator untuk pengukuran atau Measurement Transformer

Transformator pengukuran dengan nama yang disebut sebagai

measurement transformer atau disebut juga sebagai instrument

transformer ini dipergunakan dengan tujuan agar dapat mengukur nilai

kuantitas pada tegangan, dan juga arus listrik serta daya yang pada

umumnya dikategorikan sebagai jenis transformator tegangan dan

transformator arus listrik atau jenis lainnya.

d. Transformator Proteksi atau Protection Transformer

Transformator jenis proteksi atau protection transformer ini sama halnya

dengan namanya, digunakan sebagai sistem proteksi yang bertujuan

untuk melindungi atau mencegah komponen dan peralatan - peralatan

listrik dari kerusakan. Bedanya yang sangat terlihat antara transformator

proteksi dan transformator pengukuran yaitu pada letak nilai akurasi.

Transformator proteksi akurasinya cenderung baik dibandingkan

dengan transformator pengukuran.

2.2.2. Bagian – Bagian Utama Transformator

2.2.2.1. Kumparan Transformator

Transformator memiliki kumparan yang terdiri dari ber macam-macam

lilitan yang berbahan kawat tembaga terlapisi dengan bahan isolasi contohnya,

pertinax, karton, dan bahan isolasi lainnya yang memiliki fungsi untuk

mengisolasi kumparan dan juga inti besi lainnya. Pada transformator yang

memiliki daya relatif besar, lilitannya masuk ke dalam dalam minyak

transformator yang memiliki fungsi sebagai media untuk pendinginan. Jumlah

pada lilitan akan sangat menentukan nilai dari tegangan serta arus yang mengalir

di sisi sekunder transformator. Transformator juga terkadang mempunyai

kumparan tertier, yang sering kali dibutuhkan agar mendapatkan tegangan tertier

atau juga untuk kebutuhan lainnya. Agar memenuhi kebutuhan tersebut,

kumparan tertier dihubungkan dengan hubungan delta. Untuk menyambungkan

komponen pembantu seperti kondensator sinkron, reactor shunt dan kapasitor

shunt, maka sering dipergunakan kumparan tertier.

10

Gambar 2. 1 Kumparan Transformator

2.2.2.2. Bagian inti besi transformator

Bagian inti besi ini terbuat dari lempengan feromagnetik yang tipis dan

memiliki fungsi untuk memudahkan laju atau jalannya dari fluks yang diakibatkan

oleh adanya arus listrik yang mengalir melewati kumparan. Pada bagian inti besi

transformator ini juga dipasang isolasi untuk meminimalisir panas yang timbul

sebagai rugi-rugi besi yang diakibatkan oleh adanya arus eddy atau Eddy current.

Gambar 2. 2 Inti Besi Transformator

2.2.2.3. Minyak Transformator

Selain berguna untuk komponen pendingin dan juga isolasi, bagian

minyak pada transformator juga memiliki sifat yang berfungsi sebagai komponen

untuk memindahkan panas atau disirkulasi dan mempunyai daya tegangan

tembus yang tinggi. Pada power transformer, terutama yang memiliki kapasitas

cenderung besar, berbagai kumparan dan juga inti besi pada transformator

11

dimasukkan sampai terendam di dalam komponen minyak ransformator. Suatu

cairan dapat dikatakan ideal untuk dipakai sebagai minyak transformator jika

memenuhi kriteria seperti pada keterangan di bawah ini:

1. Nilai pada ketahanan isolasinya harus tinggi yaitu lebih dari 10 kV / mm.

2. Nilai berat jenisnya harus terhitung kecil, jika berat jenisnya kecil maka

partikel inert yang ada pada minyak dapat lebih cepat untuk mengendap.

3. Agar lebih mudah bersirkulasi maka viskositas harus rendah sehingga

membuat kemampuan pendinginannya menjadi jauh lebih bagus.

4. Agar tidak mudah menguap dan ujung-ujungnya akan membahayakan, maka

titik nyalanya harus tinggi,

5. Bahan isolasinya tidak menjadi rusak.

6. Memiliki sifat kimia yang cenderung stabil.

2.2.2.4. Bagian Bushing Transformator

Pada kumparan transformator yang terhubung oleh konduktor atau

porselin yang selanjutnya menghubungkan kumparan dengan jaringan yang ada

di luar, bushing ditutupi oleh sebuah isolator yang memiliki fungsi sebagai

konduktor dengan mempunyai bagian tangki transformator. Memiliki fungsi untuk

mengamankan hubung singkat yang terjadi di antara kawat yang mempunyai

tegangan dengan bagian tangki transformator, hal tersebut juga dapat dilakukan

oleh bushing sebagai fungsi lainnya.

12

Gambar 2. 3 Bushing Transformator

2.2.2.5. Bagian tangki dan konservator

Tangki yang terdapat di transformator biasanya mempunyai alat

pelengkap salah satunya yaitu sirip pendinginan atau disebut cooling fin yang

memiliki fungsi untuk membuat permukaan yang ada pada dinding tangka

menjadi luas, dan selanjutnya penyebab pada saat terjadinya konveksi menjadi

semakin baik dan juga semakin efektif untuk menampung pemuaian yang terjadi

pada minyak Transformator, bagian tangki juga dilengkapi dengan konservator.

2.2.3. Peralatan Bantu Transformator

2.2.3.1. Pendingin Transformator

Pendingin transformator memiliki fungsi yang sangat penting dalam suatu

transformator. Panas yang ditimbulkan oleh inti besi dan kumparan pada

transformator dapat saja menyebabkan kenaikan temperatur berlebihan yang

dikarenakan oleh rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga sehingga panas tersebut

dapat disalurkan keluar transformator dan tidak akan merusak isolasi di dalam

transformator. pada sistem pendingin menggunakan beberapa media berupa:

udara / gas, minyak dan air. Berdaskan oleh sirkulasi minyak dalam

13

transformator, metode pendinginan dibagiatas dua jenis, yaitu:

a. Minyak dengan sirkulasi secara alamiah atau natural. Pada minyak jenis ini,

media yang digunakan untuk membuat inti dan lilitan transformator terendam

berupa minyak (oil immersed). Panas yang ditimbulkan pada inti dan lilitan

transformator dapat memperbesar nilai suhu pada minyak, dan dapat

berakibat pada minyak yaitu minyak transformator akan bersirkulasi secara

alamiah (natural). Pada saat minyak melakukan sirkulasi, panas tersebut

dibawa ke permukaan tangki transformator.

b. Minyak dengan sirkulasi secara paksa atau Forced oil. Minyak bersirkulasi

dengan bantuan dari sebuah komponen yang berupa sebuah pompa untuk

mempercepat sirkulasi media pendingin didalam transformator. Oleh karena

itu, cara ini memperoleh penyaluran panas sirkulasi minyak yang lebih baik

daripada cara sirkulasi alamiah.

Terdapat beberapa tipe pendinginan yang sering digunakan pada transformator,

yaitu:

1.) A.N atau Air Natural

A.N atau Air Natural adalah pendingin yang menggunakan udara sekitar

sebagai sistem pendingin. Transformator dengan tipe kering yang memiliki

kapasitas daya sampai 1,5 MVA pada umumnya memakai tipe pendingin

ini.

2.) A.F atau Air Force

Transformator dengan tipe kering juga memakai metode A.F. atau Air

force. Dimana permukaan tangka ditiupkan udara secara paksa agar

meningkatkan laju dari desipasi panasnya. Kipas dari pendingin lalu

kemudian dinyalakan pada saat nilai temperatur di lilitan bertambah diatas

ambang batas yang masih diperbolehkan.

3.) ONAN atau Oil Natural Air Natural

Pada tipe ONAN ini udara dan minyak akan mengalami sirkulasi secara

alami, perputaran dari minyak akan dipengaruhi oleh temperatur dari

minyak itu sendiri. Transformator yang memiliki besar daya sampai

dengan 30 MVA biasanya banyak yang menggunakan metode atau tipe

pendinginan ini. Pada transformator selanjutnya dipasang komponen

14

radiator tipe sirip yang berfungsi agar minyak bersirkulasi secara alamiah

atau secara natural.

4.) ONAF atau Oil Natural Air Force

Pada tipe pendinginan jenis ONAF, minyak akan mengalami sirkulasi dan

berputa dengan cara yang alami. Tetapi, disaat minyak mengalir melewati

radiator oil maka minyak tersebut akan dibuat menjadi dingin terlebih

dahulu dengan bantuan oleh kipas atau fan. Pada tipe atau metode ini,

jenis transformator yang banyak menggunakannya jenis tranformator

daya antara sebesar 30 serta 60 MVA. Radiator dengan mode sirip

dipergunakan dan dilengkapi dengan komponen kipas pendinginan.

Kemudian kipas ini hanya dinyalakan di saat nilai beban berat saja.

5.) OFHF atau Oil Force Air Force

Pada pendinginan dengan tipe OFHF ini, dengan bantuan komponen

pompa maka minyak didinginkan dengan tujuan supaya sirkulasi

berlangsung semakin cepat dan juga dibantu oleh komponen berbentuk

kipas yang terpasang pada radiatornya.

6.) OFWF atau Oil Forced Water Force

Tipe atau metode OFWF ini merupakan tipe pendinginan ttransformator

dimana komponen minyak dipakai sebagai alat untuk mendinginkan lilitan

yang melakukan sirkulasi dengan cara paksa atau buatan. Air juga

digunakan sebagai sistem pendingin di luar yang melakukan sistem

sirkulasi yang berlangsung secara paksa atau buatan.

Tabel 2. 1 Tipe Pendingin Pada Transformator

No

Macam

System

Pendingin

*)

Media

Dalam Transformator Di Luar Transformator

Sirkulasi

Alamiah

Sirkulasi

Paksa

Sirkulasi

Alamiah

Sirkulasi

Paksa

1 AN - - Udara -

2 AF - - - Udara

3 ONAN Minyak - Udara -

4 ONAF Minyak - - Udara

15

5 OFAN - Minyak Udara -

6 OFAF - Minyak - Udara

7 OFWF - Minyak - Air

8 ONAN/ONAF Kombinasi 3 dan 4

9 ONAN/OFAN Kombinasi 3 dan 5

10 ONAN/OFAF Kombinasi 3 dan 6

11 ONAF/OFWF Kombinasi 3 dan 7

*) Menurut IEC 354 Tahun 1976

2.2.3.2. Pengubah Tegangan atau Tap Changer

Operasi sistem tenaga listrik kualitasnya tergantung pada tegangan

nominalnya jika sesuai dengan ketentuan. Hal lain dapat terjadi pada saat

operasi sistem tenaga listrik berlangsung yaitu, terjadi penurunan tegangan

sehingga terjadi pula penurunan kualitas. Alat yang digunakan untuk mengatur

tegangan agar tegangan selalu konstan dan berada dalam kondisi yang baik

sangat diperlukan pada transformator untuk menjaga kondisinya agar selalu baik.

Transformator dibuat sedemikian rupa agar perubahan tegangan yang

terjadi pada sisi masukkan tidak berakibat pada perubahan yang terjadi di

tegangan khususnya di sisi keluaran, dapat disimpulkan juga tegangan yang

terdapat pada sisi keluaran akan bernilai tetap. Alat yang sesuai dengan deskripsi

di atas yaitu alat yang digunakan sebagai sadapan untuk mengatur tegangan

tanpa memutuskan beban dalam hal ini dapat juga disebut sebagai On Load Tap

Changer atau OLTC. Pada dasarnya, OLTC ini tersambung di sisi primer

transformator dan banyaknya tergantung pada perancanga dan juga perubahan

yang terjadi di sistem tegangan yang berada pada jaringan.

Terdapat dua macam tap changer sesuai fungsinya:

1. Mengubah tap pada saat transformator dalam keadaan tanpa beban atau

Off Load Tap Changer.

2. Mengubah tap pada saat keadaan dimana transformator berada pada

kondisi yang memiliki beban atau On Load Tap Changer.

Macam-macam jenis On Load Tap Changer atau OLTC yaitu, selector switch,

diverter switch, dan juga transisi resistor. Agar bodi transformator terisolasi dan

16

juga panas dapat terendam pada saat terjadi proses perpindahan tap, maka dari

itu komponen OLTC dimasukkan dengan cara direndam ke dalam minyak isolasi

yang pada umumnya dipisah tempatnya dengan komponen minyak isolasi utama

di transformator. Namun, ada juga pada beberapa transformator yang

komponennya menyatu dengan main tank. Lalu di tahapan atau proses

perpindahan hubungan dari tap yang terjadi di dalam minyak transformator

menimbuklkan sebuah fenomena mekanis, elektris, kimia dan juga panas. Pada

minyak isolasi OLTC akan lebih cepat terjadi penurunan kualitasnya, namun hal

ini tergantung pada jumlah dari kerjanya dan pada kelainan yang bisa saja terjadi

di dalam OLTC.

2.2.4. Peralatan Proteksi Pada Transformator

Proteksi atau pengaman sebuah transformator adalah alat bantu yang

dipasang guna mengatasi penyebab dari gangguan yang dapat terjadi pada

transformator atau bisa juga terjadi di bagian lain yang ada pada sistem tenaga

listrik yang berhubungan, Tetapi secara umum jenis pengaman atau komponen

proteksi transformator dapat digolongkan menjadi:

2.2.4.1. Peralatan Proteksi Rele Bucholz

Transformator pada saat mengalami hal semacam gangguan internal

tentunya akan memberikan dampak terhadap suhu yang menyebabkan suhunya

menjadi tinggi dan juga pergerakan yang terjadi secara mekanis pada

transformator, karena penyebab itu maka timbul tekanan pada aliran minyak

yang relatif besar sehingga terbentuklah gas berbentuk gelembung dengan

keadaan yang mudah terbakar. Gelembung gas yang bertekanan tersebut lalu

naik menuju konservator dan melewati pipa penghubung dan juga rele buchol.

Tekanan yang terdapat pada minyak maupun terbentuknya gelembung gas ini

akan dapat terdeteksi oleh peralatan proteksi rele bucholz sebagai penentu

terjadinya gangguan internal.

17

Gambar 2. 4 Rele Bucholz

2.2.4.2. Peralatan Proteksi Rele Jansen

Rele jansen sama halnya dengan Rele Bucholz yaitu tekanan minyak dan

gas yang terbentuk selanjutnya dimanfaatkan sebagai penunjuk adanya hal yang

tidak normal atau terjadinya gangguan, yang membedakan adalah komponen

rele ini dipergunakan untuk melindungi komponen OLTC. Rele ini juga dapat

dipasang pada pipa saluran yang berfungsi untuk menghubungkan komponen

OLTC pada konservator.

Gambar 2. 5 Rele Jansen

2.2.4.3. Peralatan proteksi rele sudden pressure

Peralatan proteksi selanjutnya yaitu rele sudden pressure yang dirancang

sebagai titik terbawah atau terlemah disaat tekanan yang terjadi di dalam

Transformator tercipta dikarenakan oleh adanya gangguan. Dengan adanya titik

terlemah maka dari itu tekanannya akan dapat disalurkan melewati rele sudden

pressure dan hal ini tidak akan dapat merusak komponen lainnya yang terdapat

di maintank.

18

Gambar 2. 6 Rele sudden pressure

2.2.4.4. Peralatan Proteksi Rele Thermal

Temperatur yang terukur pada saat transformator yang sedang dalam

masa roperasi akan dapat terpengaruh oleh hal seperti kualitas pada tegangan

di jaringan, dan juga oleh rugi-rugi yang terjadi pada transformator itu, suhu

lingkungan juga dapat menjadi penyebabnya. Temperature operasi yang relative

tinggi akan berakibat pada isolasi kertas yang ada pada transformator menjadi

rusak. Agar dapat mengetahui temperatur atau suhu operasi dan penunjuk

adanya ketidaknormalan pada suhu operasi di transformator, rele thermal dapat

dipergunakan. Rele thermal ini bagian dari sensor temperatur yang berupa

thermocouple, pipa kapiler dan meter penunjukan.

Gambar 2. 7 Rele thermal

Keterangan gambar:

1. Sensor suhu

2. Pipa kapiler

3. Skala Meter

19

4. Jarum putih (penunjuk suhu tiap saat)

5. Jarum merah (penunjuk suhu maksimal)

6. Piringan cakram

7. Terminasi kabel

8. Tutup thermometer

9. Packing / Gasket

2.2.4.5. Peralatan Proteksi Rele Arus Lebih

Peralatan proteksi yang satu ini memiliki fungsi agar dapat menjadi

pengaman transformator dari arus yang bisa saja melebihi batas arus yang telah

ditentukan dari sebuah transformator. Arus lebih yang terjadi ini disebabkan oleh

beban atau adanya gangguan hubung singkat yang terjadi.

Gambar 2. 8 Rele Arus Lebih

2.2.4.6. Peralatan Proteksi Rele Differensial

Berfungsi mengamankan transformator dari gangguan didalam

transformator antara lain, flash over antara kumparan dengan kumparan atau

kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan didalam kumparan ataupun

beda kumparan. [1]

2.2.4.7. Peralatan Proteksi Rele Hubung Tanah

Peralatan proteksi ini memiliki fungsi untuk menjadi pengaman pada

transformator jika gangguan dari fasa ke tanah terjadi.

20

2.2.4.8. Arrester

Komponen proteksi arrester bekerja sebagai alat untuk mengamankan

surja petir dengan cara mengalirkan surja petir ke tanah. Pada saat keadaan

arrester normal, komponen ini memiliki sifat sebagai isolator lalu disaat muncul

tegangan melebih yang kapasitasnya melewati nominal arrester, maka dari itu

akan berubah ke dalam konduktor di rentang waktu yang singkat dan arus kilat

mengalir ke tanah.

Gambar 2. 9 Arrester

2.2.5. Prinsip dan Cara Kerja Komponen Transformator

Sebuah komponen transformator yang ideal yaitu bisa dilihat pada

transformator tersebut tidak terdapat adanya rugi-rugi pada daya yang ditemukan

di komponen transformator. Nilai daya yang ada pada sisi primer kumparan (Np)

memiliki besar yang sama dengan besar daya yang ada di sisi sekunder

kumparan (Ns). Besarnya nilai tegangan serta arus yang ada di sisi sekunder

kumparan di-setting dengan membandingkan jumlah lilitan yang terdapat pada

sisi primer kumparan dan sisi sekunder kumparan. Pada saat terjadi operasi,

tidak ditemukan adanya transformator dengan kriteria ideal. Karena pada sistem

penyaluran tenaga listrik terdapat kerugian pada energi sebesar I2R. Kerugian

energi ini dapat banyak dikurangi jika kira menaikkan tegangannya.

21

Gambar 2. 10 Prinsip Kerja Transformator

Pada prinsip kerja transformator, hukum Faraday dipergunakan. Hukum ini

berbunyi "Arus bolak-balik yang mengalir di suatu kumparan yang mengelilingi

inti besi menyebabkan inti besi itu berubah menjadi magnet. Apabila magnet

tersebut dikelilingi oleh suatu lilitan, kedua ujung lilitan tersebut akan terjadi beda

tegangan sehingga akan timbul gaya gerak listrik".

Saat lilitan di sisi primer disambungkan dengan sumber tegangan V1, maka

arus lo dapat mengalir. Arus yang mengalir ini akhirnya menimbulkan adanya

fluks magnet (∅) yang selanjutnya melewati bagian inti besi. Dikarenakan

tegangan pada sumber adalah tegangan yang bolak - balik dan arusnya bolak –

balik juga. Fluks ini selanjutnya mengalir melewati sisi primer dan sekunder

kumparan.

Gambar 2. 11 Rangkaian Ekivalen Transformator

2.2.6. Kenaikan Pada Beban

Jika sisi sekunder pada kumparan disambungkan dengan beban ( ZL, I2 )

mengalir melewati sisi sekunder kumparan, dengan persamaan ( l2-V2/ZL ), arus

22

di beban l2 ini selanjutnya menyebabkan terjadinya gaya gerak pada magnet

(GGM) yang lebih dominan untuk menentang fluks (Wb) dengan yang sudaah

ada akibat dari arus permagnetan ( IM ). Supaya fluks bersama tersebut nilainya

tidak berubah, pada sisi primer kumparan harus dapat mengalir arus ( I'2 ) yang

kemudian menentang fluks yang ditimbulkan oleh arus pada beban ( l2 ), dimana

selanjutnya semua arus yang mengalir melewati sisi primer kumparan meniadi

persamaan ( I1 = Io + I'2 )

Komponen transformator pada saat kondisi yang memiliki tegangan dan

belum diberikan beban akan menyebabkan rugi - rugi yang selanjutnya mampu

menyebabkan kondisi yang relatif panas pada transformator tersebut, tetapi

panas yang muncul masih dikategorikan kecil. Panas yang diakibatkan di sisi

kumparan selanjutnya dapat diteruskan dengan cara konduksi pada komponen

minyak transformator yang mempunyai fungsi sebagai media pendinginan pada

transformator. Kumparan serta minyak transformator mempunyai indeks batasan

operasi panas yang masih dapat ditoleransi.

Pada isolasi di sisi kumparan yang terdiri dari kertas kraft memiliki batasan

panas yang masih diperbolehkan sesuai dengan kelas isolasi pada spesifikasi

transformator. Begitupun yang terjadi pada minyak isolasi transformator memiliki

batasan panas yang masih dapat diperbolehkan. Jika batasan pada panas

tersebut terlewati, maka akan merusak isolasi dan juga akan menyebabkan

kerusakan yang terjadi di keseluruhan komponen transformator tersebut. Panas

yang terjadi itu harus dapat direduksi atau dikurangi dengan pemasangan sistem

pendinginan.

2.2.7. Kenaikan Pada Suhu

Komponen transformator dapat dengan cepat berubah menjadi kondisi

buruk jika lsolasi yang dipakai berubah menjadi titik panas pada suhu diatas

100°C dengan terus - menerus. Temperatur di atas 100° C tersebut hanya

mampu ditahan dalam kurun waktu yang terhitung sangat singkat. Namun, efek

kumulatif serta hubungan yang ada di antara suhu dan waktu tidak dapat

ditentukan. Kenaikan pada suhu di inti, lilitan dan komponen minyak

transformator dibuat untuk tujuan pemakaian pada ketinggian yang tidak melebihi

dari pada 1000 meter di atas permukaan laut. Suhu pada air juga tidak

23

diperbolehkan untuk melebihi dari 25°C pada transformator yang memakai jenis

media pendinginan air. Lain halnya untuk komponen transformator yang

memakai media pendinginan dengan udara, suhu udara tidak diperbolehkan

melewati 40°C dan tidak pula diperbolehkan untuk berada di bawah -25°C untuk

tipe pemasangan di luar serta tidak boleh di bawah -5°C untuk tipe pemasangan

di dalam.

Kenaikan yang terjadi di temperatr lilitan selanjutnya bisa diukur dengan

metode menggunakan metode esistansi atau dengan cara memakai metode

Thermometer. Jika menggunakan jenis metode resistansi kenaikan suhu bisa

ditentukan dengan persamaan seperti pada rumus 2.1 di bawah ini, yaitu:

𝑡1 − 𝑡2 =𝑅2−𝑅1

𝑅1(234,5 + 𝑡1) (2.1)

Dimana:

R2 = Tahanan pada lilitan panas (Ω)

R1 = Tahanan pada lilitan dingin (Ω)

t2 = Temperatur panas lilitan (°C)

t1 = Temperatur lilitan di awal percobaan (°C)

Pada bagian dalam transformator minyak munculnya panas akibat adanya

rugi – rugi besi dan juga rugi - rugi tembaga selanjutnya menggunakan minyak

transformator untuk didinginkan. Jika sering terjadi keadaan ini akibatnya, lama

kelamaan komponen minyak pada transformator akan berubah menjadi panas.

Dengan adanya kenaikan pada temperatur minyak, maka komposisi pada

minyak transformator dapat terjadi perubahan yang melalui reaksi kimia. Reaksi

kimia yang terjadi tersebut lalu menimbulkan zat atau senyawa lain dan akak

menyebabkan perubahan sifat dari komponen minyak transformator. Perubahan

pada sifat itu antara lain:

a. Warna menjadi cokelat cenderung hitam

b. Kadar pada asam menjadi tinggi

c. Terdapat adanya endapan atau kotoran

d. Kemampuan atau kekuatan pada daya elektrik menjadi turun

e. Viskositas yang relatif tinggi

24

2.2.8. Temperatur di Sekitar Transformator

Temperatur atau suhu sekitar atau dapat disebut juga dengan ambient

temperature adalah temperatur yang terdapat di sekitar atau pada sekeliling

lokasi dari dipasangnya transformator tersebut yang kemudian diharapkan untuk

beroperasi. Temperatur atau suhu di sekitar menjadi faktor yang paling penting

guna mengukur atau menentukan kemampuan pada komponen transformator

pada saat melayani beban, pada saat suhu menjadi meningkat di waktu

terjadinya pembebanan, temperatur di sekitar transformator harus ditambahkan

untuk menentukan temperatur operasi.

Dengan menggunakan acuan publikasi IEC 76 pada bagian 1: umum, yaitu

komponen transformator dibuat dengan memiliki persyaratan pelayanan di

antaranya bahwa pada komponen transformator yang memiliki sistem

pendinginan jenis udara maka suhu pada udara tidak boleh melewati:

• 30 oC pada perhitungan rata - rata harian

• 200 oC pada perhitungan rata - rata tahunan

Menurut SPLN D3.002-1: 2007, komponen transformator di Indonesia dibuat

untuk beroperasi pada temperatur atau suhu di sekitar transformator yang tidak

boleh lebih dari 40 oC. Dengan mempertimbangkan standar IEC 354, ditetapkan

iklim pada negara yang memiliki empat musim sebagai kriteria untuk dilakukan

perancangan pembuatan transformator, dimana pada temperatur atau suhu di

sekitar selalu efektif sepanjang tahun adalah 20 oC. Transformator dibuat untuk

diberikan beban penuh selama 24 jam yang terjadi di nilai suhu sekitar 20oC. Nilai

temperatur itu kemudian menentukan pada komponen transformator tidak terjadi

kenaikan pada penyusutan umur yang cenderung signifikan, karena akan

menyebabkan suhu titik panas pada lilitan mencapai 98oC.

2.2.9. Penuaan Pada Isolasi

Proses penuaan yaitu merupakan gejala pada perubahan sifat yang pada

hal ini dapat menurunkan nilai dari kualitas dan perubahan yang terjadi ini tidak

dapat dikembalikan ke keadaan yang seperti semula. Thermal stress merupakan

kandungan air dan juga oksigen yang menjadi pengaruh tingkat penurunan

bahan isolasi. Komponen atau perangkat yang terpenting di sistem pada isolasi

25

kertas ini adalah komponen yang dipergunakan dengan tujuan untuk

membungkus sisi lilitan konduktor tembaga atau juga bagian aluminium yang sulit

digantikan. lsolasi dari minyak mineral yang berkualitas baik diprediksi

berlangsung berumur 30 tahun atau lebih sebelum membentuk asam dan lumpur

yang berlebihan.

Akibat yang menjadi hal yang paling utama dari suatu proses penuaan

adalah terjadi penurunan pada kekuatan mekanis dan juga elektris yang ada

pada isolasi lilitan transformator. Efek pada suhu, efek pada air, efek pada

oksigen dan efek kimia merupakan kumpulan faktor yang sangat berperan

penting untuk menentukan penuaan pada kertas isolasi atau selulosa dan juga

minyak. Proses pada penuaan telah dibahas dengan cara cukup luas melalui test

yang berfungsi untuk mempercepat proses penuaan dan pengalaman di

lapangan. Faktor penuaan isolasi kertas antara lain:

1. Efek dari suhu

Yang merupakan salah satu yang menjadi sebab utama dari kemunduran

kertas secara umum biasanya terdiri atas ketidakstabilan pada panas.

Penuaan pada isolasi kertas menurut Arrhenius, yaitu mengatakan bahwa

pengaruh dari temperatur atau suhu akibat adanya proses penuaan dengan

persamaan yaitu untuk setiap adanya kenaikan pada suhu 6 sampai dengan

8oC, umur dari isolasi kertas akan dibagi menjadi dua. Contohnya, jika suhu

pada operasi isolasi adalah 40 oC, umur kehidupan yang dapat diperkirakan

adalah 110.000 tahun. Namun tetapi, jika isolasi yang sama ini menginjak

atau mendekati temperatur yang bernilai 140 oC bisa diprediksi dengan

kondisi sekarang maka umurnya hanya sekitar satu tahun dan juga

menimbulkan kumpulan gelembung gas yang ada pada kompinen minyak

transformator.

2. Efek dari air

Selanjurnya yaitu efek yang terjadi pada air terhadap penuaan pada kertas

adalah sangat besar dan cukup merugikan. Tingkatan ada menurunnya

kertas berbanding dengan lurus penurunan kertas berbanding lurus dengan

kadar pada air. Sebagai contoh, untuk mengurangi kadar air pada kertas dari

1,0% menjadi hanya persentase 0,5% maka menyebabkan penambahan

26

atau peningkatan pada umur kertas. Pada isolasi kertas thermal upgrade

tidak sedemikian sensitif terhadap efek air diabndingkan dengan kertas kraft.

3. Efek dari oksigen

Penuaan kertas dipengaruhi dengan adanya oksigen meskipun tidak

sebanding dengan minyak. Isolasi kertas termal-upgrade bahkan tidak

terlalu sensitif kepada 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 hot-spot yang diharapkan pada

name p/ate 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 hot-spot yang diharapkan

pada name plate 65°C) adalah sekitar 18 tahun.

4. Efek dari kimia

Efek dari kimia pada proses enuaan kertas dapat dibagi ke dalam dua bagian

yaitu bagian oksidasi dan juga depolimerisasi. Oksidasi yaitu hal yang

biasanya dapat terjadi pada perangkat atau komponen yang beroperasi di

udara atau dengan hadirnya zat pengoksidasian akibatnya dapat

memperkecil tebalan isolasi, komponen isolasi ini menjadi menyusut dan

kelenturannya hilang dan kemudian mengeras. Selain itu, aepolimerisasi

adalah proses pemecahan ikatan kimia yang pada akhirnya mengakibatkan

berubahnya bentuk, berubahnya kekuatan, maupun perubahan sifatnya.

Sistem isolasi pada komponen transformator mempunyai tujuan untuk

mengisolasi antara kumparan pada transformator dan juga mengisolasi

kumparan pada transformator dengan dinding di transformator atau dengan

ground. Isolasi itu sendiri adalah bagian terpenting dari transformator yang

harus dijaga umur isolasi merupakan umur dari transformator tersebut.

Kecepatan kerusakan isolasi akibat penuaan bahan isolasi selain ditentukan

oleh besarnya panas yang terjadi juga lamanya panas yang dialaminya.

Selain itu adanya air, bocornya tangki transformator, adanya oksigen di atas

27

minyak transformator juga dapat mempercepat proses penuaan

transformator. 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

akibat kerusakan yang lebih menonjol. Untuk setiap peralatan yang

mempunyai tugas memberikan pelayanan akan mempunyai suatu batas

umur dimana peralatan tersebut tidak bisa digunakan lagi.

Adapun kelas isolasi dan suhu menurut IEC 345, serta bahan isolasi yang

dipergunakan bisa dilihat [ada Tabel di bawah ini.

Tabel 2. 2 Kelas-Kelas Sosial Isolasi dan Suhu Yang Diizinkan

No Kelas

isolasi

Temperatur

Maksimum

Bahan Isolasi

1 Y 90oc Unimpregnated Cellulose, katun, sutera

2 A 105oC Impregnated Cellulose, katun, atau sutera,

kertas minyak

3 E 120 oC Cellulose triacetate

4 B 130 oC Mika, fiber glass, asbes berlapis organic

5 F 155 oC Sama dengan kelas E dengan lapisan

cukup

6 H 180 oC Sama dengan kelas E dengan lapisan

silicon

7 200 200 oC Sama dengan kelas H

8 220 220 oC Mika, porselen, glas-kwarsa dan sejenis

material inorganic

9 250 250 oC Sama dengan kelas 220

2.2.10. Umur Transformator

Dalam pengoperasian suatu transformator banyak hal yang teriadi dan

28

mempengaruhi kondisi atau umur transformator. Menurut International

Electrotechnical Commission (IEC) apabila transformator diberi beban maksimal

(100%) dari kapasitas daya transformator maka transformator akan memiliki

umur 30 tahun pada suhu sekitar 20oC. penurunan umur transformator

dipengaruhi oleh besarnya suhu selama rentang suhu titik panas 80oC-140°c laju

penuaan transformator mengganda untuk setiap kenaikan suhu titik panas

sebesar 6°C.

Untuk itu dilakukan upaya-upaya yang dapat mempertahankan umur

transformator, seperti pemasangan transformator harus sesuai standar

konstruksi, secara rutin melakukan manajemen transformator untuk memantau

kondisi transformator, melakukan pengujian dan pemeliharaan minyak

transformator secara berkala, mengevaluasi hasil pengukuran

bebantransformator, mengganti luse link sesuai standar yang berlaku dan sesuai

dengan kapasitas transformator, dan melakukan mutasi transformator untuk

mengatasi pembebanan lebih.

2.2.11. Penyusutan Umur Pada Transformator

Suatu bahan isolasi dapat menurun kemampuannya akibat panas, hal ini

disebut sebagai penuaan atau aging. Penyusutan umur transformator ini

merupakan faktor penting yang berperan dalam membatasi suatu kemampuan

untuk mempertahankan perkiraan dari umur pada transformator itu sendiri.

Karena adanya pembebanan yang berlebih maka akan menyebabkan adanya

panas pada lilitan kumparan di transformator sehingga hal ini akan dapat

menurunkan umur transformator atau penyusutan umur dari umur yang

diharapkan. Kondisi isolasi menjadi buruk semakin cepat jika isolasi tersebut

beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dari batas suhu yang diizinkan (dalam hal

ini adalah suhu hot-spot). Berdasarkan pada standar IEC 354 yang telah menjadi

acuan PLN saat ini (SPLN 17 A: 1979), sebuah komponen transformator akan

mempunyai umur yang normal pada kondisi suhu hot-spot 98°C pada

pembebanan yang terus – menerus dengan suhu sekitar (ambient temperature)

sebesar 20°C.

Apabila peralatan transformator itu mengalami besar suhu hot-spot yang

29

lebih tinggi dari 98°C, susut umur transformatornya akan semakin cepat terjadi,

sehingga dapat mengurangi umur pakai transformator dari yang diharapkan.

Sedangkan, berdasarkan standar IEEE C. 57.91 tahun 1999 batas umur normal

pada suatu transformator adalah sekitar 20,55 tahun dengan beroperasi pada

suhu sekitar 30 °C dan batas suhu hot-spot mencapai 110 oC. Standar IEC 354

memberikan faktor beban terus menerus yang akan menghasilkan suhu hot-spot

98°C dari berbagai suhu lingkungan dan untuk setiap jenis pendinginan,

sehingga memungkinkan untuk menghitung kemampuan pembebanan terus

menerus berdasarkan suhu sekitar. Berikut adalah jumlah jam per hari waktu

operasi transformator pada suhu hot-spot yang diizinkan. Tabel berikut

merupakan nilai masing-masing dari (waktu) untuk berbagai nilai suhu hot-spot

Tabel 2. 3 nilai masing-masing dari (waktu) untuk berbagai nilai 𝜃𝑐.

Jumlah jam per hari (jam) Suhu hot-spot (oC)

24 98

16 101,5

12 104

8 107,5

6 110

4 113,5

3 116

2 119,5

1,5 122

1 125,5

Menurut SPLN, sebuh transformator yang ada di Indonesia dibuat untuk

dapat bekerja pada temperatur sekitar yang tidak lebih dari 40°C dan dalam

rentang suhu rata - rata harian yaitu 30°C serta suhu rata - rata tahunan 30°C.

International Electrotechnical Commission (IEC) menetapkan umur

transformator, yaitu 20 tahun atau setara dengan 7300 hari apabila di bebani

30

100% dari nilai rating daya transformator oleh suhu sekitar 20°C, oleh karena itu

susut umur normal adalah 0, 0137% per hari.

2.2.12. Pemeliharaan Transformator

Tujuan dari dilaksanakannua pemeliharaan pada transformator itu sendiri

adalah untuk menjaga operasi, meningkatkan keandalan, nilai ekonomis, dan

efiensi transformator. Oleh karena itu, transformator harus memenuhi

persyaratan teknis supaya bisa mempermudah operator dan teknisi untuk

kegiatan operasional ataupun pada saat perbaikan dan pemeliharaan

dilaksanakan. Adapun pemeliharaan transformator bertujuan untuk:

1. Menjaga agar kondisi dan umur pakai transformator dapat berlangsung

selama mungkin.

2. Mempertahankan agar transformator dapat terus bekerja dan berfungsi

dengan baik,

3. Menghindari adanya gangguan dan mengatasi masalah gangguan

transformator dalam jangka waktu sesingkat mungkin, karena itu perlu adanya

perbaikan sebelum kerusakan menjadi lebih parah (overhaul) serta langkah-

langkah untuk mengantisipasinya.

Untuk pemeliharaan transformator, hal-hal yang perlu diperiksa dan

dipelihara pada interval waktu tertentu yaitu: minyak transformator, tahanan

tanah, sistem pendinginan, sambungan-sambungan luar, gangguan-gangguan

yang tidak biasa, kenaikan suhu minyak dan lilitan, serta tahanan isolasi. Untuk

periode pemeliharaan lengkap, ada yang dilakukan hanya sekali dalam setiap

tahun dan ada yang dilakukan sekali dalam empat tahun. Untuk sekali dalam

setiap tahun, meliputi pemeriksaan bagian luar (bushing, pentanahan, terminal-

terminal dan permukaan tangki), pengukuran tingkat isolasi minyak (tegangan

tembus), dan pembersihan pada bagian-bagian luar terhadapsemua kotoran

atau debu yang menempel pada transformator. Dan untuk yang dilakukan sekali

dalam empat tahun melingkupi seperti dalam pemeriksaan lengkap setahun

sekali, pengukuran tahanan isolasi minyak transformator, dan pengecatan badan

transformator.

31

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Perancangan Penelitian

Perancangan Penelitian pada skripsi ini yaitu menggunakan metode

kuantitatif, karena data dan pembahasan pada penelitian ini disajikan dengan

angka – angka. Pada penelitian yang dilakukan oleh penulis, terdapat pengkajian

terhadap data-data teknis yang terjadi pada aspek persentase susut umur

khususnya pada transformator daya 30 MVA yang terpasang pada Gardu Induk

150/20 kV Metro. Dalam penelitian ini penulis melakukan pengamatan langsung

terhadap objek yang akan diteliti untuk mengamati keadaan yang sebenarnya

terjadi di lapangan.

Untuk membantu penyusunan ini maka perlu adanya perancangan

penelitian dengan tahapan yang akan dilakukan pada saat penelitian hingga

penyelesaian. Adapun kerangka penelitian tersebut sebagai berikut:

a. Studi Literatur

Penulis mempelajari dengan membaca buku dan mencari sumber literatur

yang terkait dengan pembahasan pada skripsi ini sebagai referensi dalam

mengerjakan penelitian skripsi.

b. Observasi Lapangan

Tahapan ini, penulis secara langsung melakukan penelitian dan melakukan

kerja lapangan yang berkaitanyang dilakukan di Gardu Induk 150/20 kV

Metro.

c. Pengumpulan Data

Pada tahap ini penulis melakukan proses pengumpulan data dengan metode

wawancara dan observasi, untuk melakukan pengamatan dan analisa

terhadap objek penelitian sehingga mendapatkan data dan informasi yang

dibutuhkan. Pengumpulan data pembebanan dan suhu pada transformator

daya 30 MVA di Gardu Induk Metro pada tanggal 1 – 31 Mei 2020.

d. Analisis data

32

Metode Analisis yang dilakukan penulis yaitu dengan cara menghitung dan

menganalisis susut umur transformator daya 30 MVA di Gardu Induk 150/20

kV Metro berdasarkan data yang telah didapat agar keakuratan data dapat

dipertanggung jawabkan.

e. Wawancara

Tahapan wawancara ini penulis melakukan tanya jawab dan konsultasi

terkait dengan pembahasan skripsi dengan tenaga ahli di bidang kelistrikan

khususnya di Gardu Induk Metro serta berkonsultasi dengan dosen

pembimbing.

3.1.1. Diagram Alir Penelitian

Untuk melakukan perancangan penelitian ini, maka diperlukan

diagram alir penelitian untuk membantu dan menentukan langkah yang

digunakan dalam menyelesaikan penelitian. Diagram alir penelitian yang ada

pada skripsi ini adalah sebagai berikut:

33

Gambar 3. 1 Diagram Alir Penelitian

3.2. Data Kelistrikan Gardu Induk 150/20 kV Metro

3.2.1. Single-line Diagram Gardu Induk Metro

Di bawah ini merupakan gambar single line diagram yang menunjukkan

1. Melakukan studi

literatur

2. Melakukan observasi

lapangan

Perhitungan: 1. Rasio pembebanan dan

perbandingan rugi 2. Kenaikan temperature

stabil top oil dan kenaikan temperature top oil

3. Selisih temperature hot spot dan top oil

4. Temperatur hot spot 5. Laju penuaan thermal

relatif 6. Susut dan sisa umur trafo

Tidak dapat

Data pembebanan, suhu, dan

spesifikasi trafo

Mulai

Selesai

Didapat hasil susut umur

dan sisa umur trafo

34

hubungan transformator daya 1 30 MVA pada Gardu Induk 150/20 kV Metro

Gambar 3. 2 Single Line Diagram Gardu Induk Metro

3.2.2. Data Spesifikasi Transformator

Pada penelitian skripsi ini digunakan Transformator Daya 30 MVA pada

Gardu Induk 150/20 kV Metro dengan spesifikasi sebagai berikut:

Tabel 3. 1 Data dan Spesifikasi Transformator Daya

Data dan Spesifikasi Transformator Daya 1 Gardu Induk 150/20 kV Metro

Merk/Type PAUWELS TRANSFORMATOR

Standard IEC-76

Tahun Operasi 2005

Daya 30 MVA

Frekuensi 50

Tegangan Primer 150 kV

Tegangan Sekunder 20 kV

Impedansi 12,25%

Pendingin ONAN/ONAF

Rugi berbeban 67 kW

Rugi beban nol 28 kW

Kenaikan temperatur minyak 50 oC

Kenaikan temperatur kumparan 55 oC

Kenaikan rata-rata temperatur minyak 44 oC

35

Kenaikan rata-rata temperatur kumparan 65 oC

3.2.3. Data Pembebanan dan Temperatur Transformator

Data pemebebanan dan suhu yang digunakan pada perhitungan data

ini adalah data pembebanan transformator daya #1 30 MVA pada Gardu Induk

150/20 kV Metro yang dilakukan pada tanggal 1 – 31 Mei 2020. Data yang

disajikan pada tabel di bawah ini merupakan data pembebanan beban puncak

pada transformator daya 30 MVA pada saat siang dan malam.

Tabel 3. 2 Data pembebanan dan Temperatur Transformator Daya 30 MVA

TANGGAL

JAM MW MVAR

TOP-

OIL

(0C)

WIND

(0C)

AMBIENT

(0C)

Persentase

pembebanan

(%)

1 16.00 18 6 60 58 30 63%

2 19.00 22,6 5,5 58 56 31 78%

3 18.30 23 5,4 57 56 32 79%

4 18.30 25,9 7,7 57 56 30 90%

5 19.00 25 7 60 58 31 87%

6 16.00 22 8,7 58 56 31 79%

7 16.00 22,1 7,8 57 56 31 78%

8 18.30 22,5 5,5 57 56 32 77%

9 19.00 21 4 60 58 30 71%

10 18.30 22,2 5 58 56 30 76%

11 18.30 26 7,6 57 56 29 90%

12 16.00 22,9 9,2 57 56 30 82%

13 16.00 21 8 60 58 32 75%

14 16.00 22,4 8,6 58 56 32 80%

15 16.00 22,8 9,5 57 56 31 82%

16 16.00 23,2 9,7 57 56 29 84%

17 19.00 24 6 58 56 30 82%

18 19.00 24,2 6,2 58 56 30 83%

36

19 19.00 24,2 6,2 57 56 29 83%

20 10.00 19,4 8,8 57 56 30 71%

21 19.00 21 5 58 56 30 72%

22 16.00 21,4 6,6 58 56 31 75%

23 15.00 16,6 6,4 57 56 29 59%

24 16.00 13,7 5,6 57 56 30 49%

25 18.00 19 5 60 58 30 66%

26 18.00 21,7 5,2 58 56 31 74%

27 07.00 15,3 6 58 56 31 55%

28 18.30 23,3 5,8 57 56 30 80%

29 14.00 18 8 60 58 31 66%

30 16.00 20,6 7,2 58 56 30 73%

31 16.00 20,2 6,7 57 56 30 71%

3.3. Teknik Analisis

Teknik analisis menjelaskan mengenai tahapan-tahapan yang

dilakukan dalam pengolahan data, yaitu sebagai berikut:

3.3.1. Perhitungan Dari Rasio Pembebanan

Perhitungan rasio pembebanan ini dilakukan dengan tujuan agar dapat

menjaga stabilitas dari sistem tenaga listrik, serta kualitas daya yang menjadi

bagian paling penting. Agar dapat terus menjaga stabilitas seperti yang telah

dijelaskan sebelumnya, maka diperlukan adanya perhatian pada pembebanan di

transformator daya. Maka rasio pembebanan dapat ditentukan sebagai berikut:

K = 𝑆

𝑆𝑟…………………………………………………………………………………

(3.1)

Dimana:

K = Rasio pembebanan.

S = beban transformator (MVA).

37

Sr = kapasitas transformator (MVA).

3.3.2. Perhitungan pada sirkulasi minyak alami

Berdasarkan ketentuan dari SPLN 17a tahun 1979 dimana nilai atau

karakteristik thermal untuk transformator daya yang menggunakan sistem

pendingan ONAN dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Kenaikan temperatur rata – rata kumparan adalah 65 oC.

• Kenaikan temperatur minyak bagian atas atau top oil (Δθbr) adalah 55 oC.

• Kenaikan temperatur rata – rata minyak 44 oC.

Berdasarkan ketentuan SPLN 17a di atas didapat Perbedaan antara

kenaikan temperatur rata-rata kumparan atau Average winding temperatur rise

dan kenaikan rata-rata temperatur minyak atau Average oil temperatur rise

adalah (Δθwo) = 21 oC. Sehingga kenaikan temperatur hotspot berdasarkan SPLN

17a tahun 1979 adalah:

Δθcr = Δθbr + 1,1 Δθwo ................................................................................... (3.2.)

= 55 + 1,1 (21)

= 55 + 23

= 78 oC

Dimana:

Δθcr = kenaikan temperatur hot-spot (oC)

Δθbr = kenaikan temperatur top oil (oC)

Δθwo = perbedaan anatara kenaikan rata-rata kumparan dan kenaikan rata-rata

temperatur minyak (oC)

3.3.3. Perhitungan Untuk Kondisi Beban Stabil

3.3.3.1. Perhitungan kenaikan temperatur top oil untuk beban stabil

Berdasarkan SPLN 17a tahun 1979 kenaikan temperatur ini sebanding

dengan kenaikan temperatur top oil pada nilai daya yang dikalikan rasio dari jumlah

kerugian berdasarkan:

38

Δθb = Δθbr [𝑑𝑘2+1

𝑑+1]

𝑥

......................................................................................... (3.3.)

Dimana:

K = rasio pembebanan.

d = perbandingan rugi.

= 𝑅𝑢𝑔𝑖 𝑇𝑒𝑚𝑏𝑎𝑔𝑎 𝑃𝑎𝑑𝑎 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑃𝑒𝑛𝑔𝑒𝑛𝑎𝑙

𝑅𝑢𝑔𝑖 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑁𝑜𝑙.................................................................. (3.4.)

x = konstanta.

x = 0.8 (ONAN dan ONAF).

x = 1.0 (OFAF dan OFWF).

Δθbr = kenaikan temperatur top oil.

Untuk Δθbr = 55 oC untuk ON, dan Δθbr = 40 oC untuk OF.

*spesifikasi dalam sub bab 41.7.1 publikasi IEC 76 (1967), karena

mengikuti tabel tunggal yang diatur untuk digunakan pada kedua jenis

pendinginan dengan kesalahan yang tidak lebih dari ±2%.

3.3.3.2. Perhitungan kenaikan temperatur hot-spot untuk beban stabil

Berdasarkan SPLN 17a tahun 1979 kenaikan temperatur hot-spot Δθc

untuk beban yang stabil dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

Δθc = Δθb + (Δθcr – Δθbr) K2y .......................................................................... (3.5.)

Δθc = Δθb [𝑑𝑘2+1

𝑑+1]

𝑥

+ (Δθcr – Δθbr) K2y.............................................................. (3.6.)

Dimana:

Δθcr = 78ºC.

y = konstanta.

y = 0,8 (ONAN dan ONAF).

y = 0,9 (OFAF dan OFWF).

Δθbr = 55 ºC untuk ON dan 40 ºC untuk OF.

39

3.3.4. Perhitungan Untuk Kondisi Beban Berubah-ubah

3.3.4.1. Perhitungan kenaikan temperatur top oil untuk beban berubah-ubah

Berdasarkan SPLN 17a tahun 1979 kenaikan temperatur top oil Δθon

pada waktu (t) setelah pemberian beban adalah sangat mendekati untuk

kenaikan eksponensial sebagai berikut:

Δθon = Δθ(𝑛 1) + (Δθb – Δθ𝑜(𝑛-1))(1- 𝑒−𝑡/τ) ...................................................... (3.7.)

Dimana:

Δθo(n−1) = kenaikan temperatur awal minyak.

Δθb = kenaikan temperatur akhir minyak yang distabilkan.

t = waktu dalam jam.

𝜏 = konstanta waktu minyak dalam jam.

𝜏 = 3 (ONAN dan ONAF).

𝜏 = 2 (OFAF dan OFWF).

3.3.4.2. Perhitungan kenaikan temperatur hot-spot untuk beban berubah-ubah

Berdasarkan SPLN 17a tahun 1979 kenaikan temperatur hot-spot pada

waktu tertentu sebelum kondisi distabilkan adalah mendekati perkiraan dengan

asumsi bahwa kenaikan temperatur hot-spot di atas adalah kenaikan temperatur

top oil yang terbentuk dengan seketika. Kenaikan temperatur hot-spot pada

waktu tertentu sama dengan:

Δθc = Δθon + (Δθcr – Δθbr) K2y ....................................................................... (3.8.)

ΔθC = Δθ(𝑛-1) + (Δθb – Δθ𝑜(𝑛 1)) (1- 𝑒−𝑡/τ) + Δθcr – Δθbr) K2y ........................... (3.9.)

Dimana:

Δθ𝑜(𝑛 1) = kenaikan temperatur awal minyak.

Δθb = kenaikan temperatur akhir minyak yang distabilkan.

t = waktu dalam jam.

𝜏 = konstanta waktu minyak dalam jam.

40

𝜏 = 3 (ONAN dan ONAF).

𝜏 = 2 (OFAF dan OFWF).

Δθcr = 78ºC.

y = konstanta.

y = 0,8 (ONAN dan ONAF).

y = 0,9 (OFAF dan OFWF).

Δθbr = 55 ºC untuk ON dan 40 ºC untuk OF.

3.3.5. Perhitungan Temperatur hot-spot Dengan Memperhatikan Suhu

Lingkungan (ambient temperatur).

Temperatur hot-spot ( θc ) atau titik panas menjadi salah satu parameter

dari temperatur yang dipergunakan sebagai penentu dari kemampuan thermal

yang ada pada transformator. Yaitu dimana temperatur ini selanjutnya menjadi

batas dari kenaikan temperatur atau suhu yang masih dapat diizinkan pada

transformator dan juga dipergunakan untuk menentukan umur dari isolasi yang

digunakan pada transformator. Berdasarkan SPLN 17a tahun 1979, ditetapkan

bahwa sesuai dengan IEC 76 tahun 1967 besarnya suhu atau temperatur hot-

spot yaitu sebesar 98ºC. Pada dasarnya, lokasi suhu hot-spot terdapat di area

inti dan kumparan transformator. Hal ini diakibatkan karena di daerah inti dan

kumparan tersebut terdapat rugi – rugi arus eddy atau eddy current losses yang

relatif tinggi dikarenakan ada fluks bocor yang berputar secara radial di ujung

kumparan transformator. Temperatur hot-spot ini juga dipengaruhi oleh suhu

atau temperatur sekitar, kenaikan suhu rata-rata kumparan dan kenaikan suhu

minyak.

Kenaikan temperatur hot-spot ini disebabkan oleh salah satunya karena

adanya partial discharge, lalu harmonisa karena beban-beban yang tidak linier,

serta pembebanan yang berlebih dan hubung singkat antar belitan atau dengan

inti besi. Untuk menentukan temperatur hot-spot dapat digunakan persamaan

berikut:

θc = θa + Δθb + Δθtd .................................................................................... (3.10.)

41

Dimana:

θc = temperatur hot-spot (ºC).

θa = temperatur lingkungan (ºC ).

Δθb = kenaikan temperatur top oil (ºC).

Δθtd = selisih antara hot-spot dengan top oil (ºC)

Sedangkan agar dapat mengetahui selisih temperatur antara hot-spot

dengan Top Oil dapat digunakan persamaan berikut:

Δθtd = (Δθcr - Δθbr)K2y .................................................................................. (3.11.)

Dimana:

Δθcr = 78ºC.

y = konstanta.

y = 0,8 (ONAN dan ONAF).

y = 0,9 (OFAF dan OFWF).

Δθbr = 55 ºC untuk ON dan 40 ºC untuk OF.

3.3.6. Perhitungan laju penuaan thermal relatif

Hubungan montsinger pada saat juga dapat dipergunakan untuk

memperoleh nilai relatif dari umur pemakaian pada temperature θc, lalu

dibandingkan dengan nilai normal dari umur pemakaian pada temperatur θcr.

V = 𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑛𝑎𝑎𝑛 𝑢𝑚𝑢𝑟 𝑠𝑎𝑎𝑡 θc

𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑛𝑎𝑎𝑛 𝑢𝑚𝑢𝑟 𝑠𝑎𝑎𝑡 θcr ...................................................................... (3.12.)

V = 2(θc - θcr)/6 ............................................................................................... (3.13.)

Persamaan 3.12. diubah kebentuk log10 akan menjadi:

V = 10(θc - θcr)/19.93 ......................................................................................... (3.14.)

Dimana:

42

V = laju penuaan thermal relatif.

θcr = kenaikan temperature hot spot (98ºC).

θc = temperature hot spot (ºC).

Menurut SPLN 17a tahun 1979, nilai θcr pada transformator sama dengan

yang ditetapkan oleh IEC 76 (1967) yaitu bernilai 98 ºC. Temperatur ini sesuai

dengan operasi pada suhu lingkungan 20 ºC. Pada daya pengenal transformator

kenaikan temperatur hot spot 78 ºC. Sehingga nilai θcr pada laju penuaan thermal

relatif adalah 98 ºC. Berikut adalah nilai nilai laju penuaan thermal relatif untuk

beberapa nilai temperature hot spot.

Tabel 3. 3 Nilai relatif dari umur pemakaian*

θc

(ºC)

Nilai relatif dari umur

pemakaian

80 0,125

86 0,25

92 0,5

98 1

104 2

110 4

116 8

122 16

128 32

134 64

140 128

(*sumber SPLN 17a tahun 1979)

Setelah diperoleh nilai hot-spot yang terjadi akibat pembebanan pada

transformator, lalu jika nilai suhu ini dihubungkan dengan faktor penuaan isolasi

maka dapat diketahui bentuk kurva faktor penuaan dari isolasi belitan yang

dipergunakan.

43

Gambar 3. 3 Laju Penuaan Thermal Relatif

3.3.7. Perhitungan susut umur transformator

Penyusutan atau pengurangan umur yang terjadi pada transformator

disebabkan oleh operasi harian atau bulanan pada suhu panas setempat 98ºC

dapat dinyatakan dalam satuan bulanan, harian atau jam. Jika beban dan suhu

sekitar konstan selama satu periode, hilangnya umur relatif (L) sama dengan:

L = 𝑣 𝑡

𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢................................................................................................

(3.15.)

Jika beban dan suhu sekitar berubah, laju umur relatif (atau hilangnya

umur relatif) setelah periode waktu tertentu sama dengan:

L = 1

𝑁∑ 𝑉𝑁

𝑛=1 .....................................................................................................

(3.16.)

Dimana:

L = laju umur relatif (susut umur).

n = jumlah dari tiap-tiap interval waktu.

N = jumlah total interval waktu ekivalen.

44

3.3.8. Perhitungan perkiraan umur transformator

Perhitungan perkiraan umur di bawah ini hanya memperhitungkan

karena pengaruh penurunan isolasi belitan saja tanpa memperhitungkan

pengaruh yang lain.

Lama masa pakai = umur dasar – (n x susut umur) ………............................

(3.17.)

Dimana:

Umur dasar = sesuai dengan IEEE C57.91 tahun 2011 yaitu 20.55 tahun.

N = sisa umur transformator.

45

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Perhitungan Susut Umur Transformator Daya 30 MVA

Data pemebebanan dan suhu yang digunakan pada perhitungan data ini

adalah data pembebanan transformator daya #1 30 MVA pada Gardu Induk

150/20 kV Metro yang dilakukan pada tanggal 1 – 31 Mei 2020 dengan range

waktu pengambilan data yang beragam pada siang dan malam hari, mengambil

beban puncak.

4.1.1. Perhitungan Temperatur Hotspot

1. Menentukan Daya Semu (MVA)

Perlu ditentukan daya semu, diambil contoh pada pengukuran pembebanan

transformator daya 30 MVA pada tanggal 1 Mei 2020 pukul 16.00 adalah 18 MW

dan 6 MVAR, sebagai berikut:

S = √𝑃2 + 𝑄2

= √182 + 62

= 18,97 MVA

2. Perhitungan rasio pembebanan atau load factor (K)

Perhitungan load factor ini menggunakan persamaan 3.1 dan data pembebanan

yang diambil pada Gardu Induk 150/20 kV Metro dari transformator daya #1 30

MVA pada tanggal 1 Mei 2020 dengan rating pembebanan sebesar 63%. Setelah

didapat daya semu sebesar 18,97 MVA pada perhitungan sebelumnya, maka

dapat ditentukan load factor sebesar:

K = 𝑆

𝑆𝑟

= 18,97 𝑀𝑉𝐴

30

= 0,63 p.u

46

3. Perhitungan perbandingan rugi-rugi

Data rugi tembaga dan rugi beban nol berdasarkan SPLN, telah ditetapkan untuk

rugi tembaga pada Transformator daya 30 MVA adalah 67 KW sedangkan rugi

beban nol adalah 28 KW. Dengan persamaan untuk mencari perbandingan rugi-

rugi, maka didapat perbandingan rugi-rugi nya sebesar 2,39.

𝑑 = 𝑅𝑢𝑔𝑖 𝑡𝑒𝑚𝑏𝑎𝑔𝑎 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑛𝑎𝑙

𝑅𝑢𝑔𝑖 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑛𝑜𝑙

𝑑 = 67

28

𝑑 = 2,39

4. Perhitungan kenaikan temperatur stabil top-oil

Pada transformator daya, rating kenaikan temperatur top-oil adalah 50 0C.

Transformator ini menggunakan kelas pendingin tipe ONAN/ONAF maka

konstanta x = 0,8. Kenaikan Temperatur Stabil Top oil dapat dihitung dengan

cara perhitungan menggunakan persamaan 3.3:

Δθb = Δθbr [𝑑𝑘2+1

𝑑+1]

𝑥

Δθb = 55 [2,39 . 0,632+1

2,39+1]

0,8

Δθb = 35,42 0C

5. Perhitungan kenaikan temperatur top-oil

Perhitungan menggunakan persamaan 3.7. Pada sistem pendinginan tipe

ONAN/ONAF nilai 𝜏 = 3. Untuk besarnya Δ𝜃𝑜 (𝑛−1) diasumsikan sama dengan

Δ𝜃𝑏 karena beban awalnya dianggap stabil.

Δθon = Δθ(𝑛 1) + (Δθb – Δθ𝑜(𝑛-1))(1- 𝑒−𝑡/τ)

Δθon = 35,42 + (35,42 – 35,42)(1- 𝑒−1/3)

Δθon = 35,42 0C

6. Perhitungan selisih temperatur antara hot-spot dengan top-oil

Perhitungan menggunakan persamaan 3.11, untuk ONAN Δ𝜃cr = 78°C, Δ𝜃br =

55° C, dan y = 0,8

47

Δ𝜃td = (Δ𝜃cr − Δ𝜃br)𝐾2𝑦

Δ𝜃td = (78 – 55) 0,632(0,8)

Δ𝜃td = 11,05°C

7. Menentukan temperatur hot-spot

Temperatur hot-spot dapat dihitung dan ditentukan menggunakan persamaan

3.10 sehingga didapat hasil temperature hotspot sebagai berikut:

θc = θa + Δθon + Δθtd

θc = 30 + 35,42 + 11,05

θc = 76,47°C

Dengan cara perhitungan yang sama seperti diatas maka dapat pula dihitung

nilai akhir dari temperatur hot-spot untuk setiap harinya dalam 1 bulan pada bulan

Mei 2020 dan hasil nya dapat dilihat pada table di bawah ini:

Tabel 4. 1 Perhitungan temperature hot-spot

JAM DAYA

SEMU

(MVA)

K

(p.u)

D θa

(0C)

Δθb

(0C)

Δθon

(0C)

Δ𝜃td

(0C)

θc

(0C)

16.00 18,97 0,63 2,39 30 35,42 35,42 11,05 76,47

19.00 23,26 0,78 2,39 31 42,23 42,23 15,31 88,53

18.30 23,63 0,79 2,39 32 42,86 42,86 15,69 90,55

18.30 27,02 0,90 2,39 30 49,06 49,06 19,46 98,51

19.00 25,96 0,87 2,39 31 47,06 47,06 18,25 96,31

16.00 23,66 0,79 2,39 31 42,91 42,91 15,73 89,64

16.00 23,44 0,78 2,39 31 42,53 42,53 15,49 89,02

18.30 23,16 0,77 2,39 32 42,06 42,06 15,21 89,27

19.00 21,38 0,71 2,39 30 39,10 39,10 13,37 82,48

18.30 22,76 0,76 2,39 30 41,37 41,37 14,78 86,15

18.30 27,09 0,90 2,39 29 49,19 49,19 19,53 97,72

16.00 24,68 0,82 2,39 30 44,72 44,72 16,83 91,54

16.00 22,47 0,75 2,39 32 40,90 40,90 14,49 87,38

16.00 23,99 0,80 2,39 32 43,50 43,50 16,09 91,59

48

16.00 24,70 0,82 2,39 31 44,75 44,75 16,85 92,61

16.00 25,15 0,84 2,39 29 45,56 45,56 17,34 91,90

19.00 24,74 0,82 2,39 30 44,82 44,82 16,89 91,72

19.00 24,98 0,83 2,39 30 45,26 45,26 17,16 92,42

19.00 24,98 0,83 2,39 29 45,26 45,26 17,16 91,42

10.00 21,30 0,71 2,39 30 38,98 38,98 13,30 82,28

19.00 21,59 0,72 2,39 30 39,44 39,44 13,58 83,03

16.00 22,39 0,75 2,39 31 40,77 40,77 14,41 86,17

15.00 17,79 0,59 2,39 29 33,73 33,73 9,97 72,70

16.00 14,80 0,49 2,39 30 29,88 29,88 7,43 67,30

18.00 19,65 0,65 2,39 30 36,41 36,41 11,68 78,10

18.00 22,31 0,74 2,39 31 40,63 40,63 14,32 85,96

07.00 16,43 0,55 2,39 31 31,91 31,91 8,78 71,69

18.30 24,01 0,80 2,39 30 43,53 43,53 16,11 89,64

14.00 19,70 0,66 2,39 31 36,49 36,49 11,73 79,22

16.00 21,82 0,73 2,39 30 39,82 39,82 13,82 83,64

16.00 21,28 0,71 2,39 30 38,95 38,95 13,28 82,23

Dari tabeL 4.1 di atas dapat dilihat bahwa temperature hot-spot pada

transformator daya 1 dengan kapasitas 30 MVA di Gardu Induk 150/20 kV Metro

masih di dalam batas normal, dikarenakan sesuai dengan yang ditetapkan oleh

SPLN 17a tahun 1979 dan publikasi IEC 354 : 1972 yaitu batas normal suhu hot-

spot selama 24 jam beroperasi adalah 980C.

4.1.2. Perhitungan untuk menentukan laju penuaan thermal relatif.

Mengambil contoh data yang diambil pada jam 16.00 WIB pada tanggal 1 mei

2020. Perhitungan ini dapat menggunakan persamaan 3.13, sehingga didapat

hasil sebagai berikut:

V = 2(θc - θcr)/6

V = 2(76,47 – 98)/6

V = 2(-21,53)/6

V = 0,083

49

Sehingga dapat dicari juga laju umur relatifnya dengan persamaan 3.16 dan

didapat hasil sebagai mana yang tercantum dalam tabel:

L = 1

𝑁∑ 𝑉𝑁

𝑛=1

Dengan cara perhitungan yang sama seperti diatas maka dapat pula dihitung

nilai akhir dari laju penuaan thermal untuk setiap harinya dalam 1 bulan dan hasil

nya dapat dilihat pada table di bawah ini:

Tabel 4. 2 Perhitungan laju penuaan thermal

JAM DAYA

SEMU

(MVA)

K

(p.u)

D Δθb

(0C)

Δθon

(0C)

Δ𝜃td

(0C)

θc

(0C)

V L

16.00 18,97 0,63 2,39 35,42 35,42 11,05 76,47 0,083

10,88

19.00 23,26 0,78 2,39 42,23 42,23 15,31 88,53 0,335

18.30 23,63 0,79 2,39 42,86 42,86 15,69 90,55 0,423

18.30 27,02 0,90 2,39 49,06 49,06 19,46 98,51 1,061

19.00 25,96 0,87 2,39 47,06 47,06 18,25 96,31 0,823

16.00 23,66 0,79 2,39 42,91 42,91 15,73 89,64 0,381

16.00 23,44 0,78 2,39 42,53 42,53 15,49 89,02 0,355

18.30 23,16 0,77 2,39 42,06 42,06 15,21 89,27 0,365

19.00 21,38 0,71 2,39 39,10 39,10 13,37 82,48 0,166

18.30 22,76 0,76 2,39 41,37 41,37 14,78 86,15 0,254

18.30 27,09 0,90 2,39 49,19 49,19 19,53 97,72 0,968

16.00 24,68 0,82 2,39 44,72 44,72 16,83 91,54 0,474

16.00 22,47 0,75 2,39 40,90 40,90 14,49 87,38 0,293

16.00 23,99 0,80 2,39 43,50 43,50 16,09 91,59 0,477

16.00 24,70 0,82 2,39 44,75 44,75 16,85 92,61 0,536

16.00 25,15 0,84 2,39 45,56 45,56 17,34 91,90 0,494

19.00 24,74 0,82 2,39 44,82 44,82 16,89 91,72 0,484

19.00 24,98 0,83 2,39 45,26 45,26 17,16 92,42 0,525

19.00 24,98 0,83 2,39 45,26 45,26 17,16 91,42 0,468

50

10.00 21,30 0,71 2,39 38,98 38,98 13,30 82,28 0,163

19.00 21,59 0,72 2,39 39,44 39,44 13,58 83,03 0,177

16.00 22,39 0,75 2,39 40,77 40,77 14,41 86,17 0,255

15.00 17,79 0,59 2,39 33,73 33,73 9,97 72,70 0,054

16.00 14,80 0,49 2,39 29,88 29,88 7,43 67,30 0,029

18.00 19,65 0,65 2,39 36,41 36,41 11,68 78,10 0,100

18.00 22,31 0,74 2,39 40,63 40,63 14,32 85,96 0,249

07.00 16,43 0,55 2,39 31,91 31,91 8,78 71,69 0,048

18.30 24,01 0,80 2,39 43,53 43,53 16,11 89,64 0,381

14.00 19,70 0,66 2,39 36,49 36,49 11,73 79,22 0,114

16.00 21,82 0,73 2,39 39,82 39,82 13,82 83,64 0,190

16.00 21,28 0,71 2,39 38,95 38,95 13,28 82,23 0,162

Dari tabel 4.2 di atas dapat disimpulkan bahwa nilai laju penuaan thermal

berbanding lurus dengan temperatur hot-spot karena, semakin tinggi

temperature hot-spot maka nilai laju penuaan thermal nya akan semakin tinggi

dan sebaliknya, semakin rendah suhu hot-spot maka nilai laju penuaan thermal

akan semakin kecil. Perkiraan jumlah umur yang terpakai tiap harinya karena

pengaruh penurunan isolasi belitan saja tanpa memperhitungkan pengaruh lain,

berdasarkan tabel di atas dapat ditentukan dengan persamaan 3.15 sebagai

berikut:

L = 𝑣 𝑡

𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢

Jika beban dan suhu sekitar berubah, laju umur relatif (atau hilangnya

umur relatif) setelah periode waktu tertentu sama dengan:

L = 1

𝑁∑ 𝑉𝑁

𝑛=1

Dengan menggunakan persamaan diatas, didapatkan susut umur transformator

daya 2 selama sebulan beroperasi sebesar 10,88. Berdasarkan publikasi IEEE

Std C57.91-2011 umur transformator ditetapkan selama 180.000 jam (20,55

51

tahun) maka didapat persentase susut umur:

%𝐿 = 1

𝑡∑ 𝑉𝑛 . 𝑡𝑛 × 100%

𝑁

𝑛−1

% 𝐿 = 1

31 (10,88) × 100%

𝐿 = 35%

Dari persentase susut umur tersebut maka dapat dicari sisa umur dari

transformator daya 30 MVA yang beroperasi dari tahun 2005, transformator daya

1 di Gardu Induk 150/20 kV Metro ini telah beroperasi selama 15 tahun.

𝑠𝑖𝑠𝑎 𝑢𝑚𝑢𝑟 = 100% − 35%

100% × (20,55 − 15)

𝑠𝑖𝑠𝑎 𝑢𝑚𝑢𝑟 = 3,6075 𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛

Dari hasil perhitungan perkiraan sisa umur pemakaian transformator

diatas, dapat diamati bahwa transformator yang bekerja dengan pembebanan

yang lebih besar selama 24 jam beroperasi memiliki susut umur yang lebih besar

sehingga umur dari pemakaian Transformator juga berkurang cukup besar. Hasil

perhitungan susut umur yang didapatkan ini hanya berasal dari pengaruh

penurunan kemampuan isolasi akibat pemanasan dari pembebanan dan suhu

sekitar, belum memperhitungkan dari pengaruh lain, seperti pengaruh penurunan

isolasi akibat ketidakseimbangan beban yang menghasilkan panas yang dapat

mengakibatkan penambahan laju penyusutan umur.

52

Gambar 4. 1 Grafik Susut Umur Transformator Daya pada bulan Mei 2020

4.2. Upaya untuk memperpanjang usia pakai transformator daya

Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan, dapat diketahui sisa

umur dari transformator daya 30 MVA yang beroperasi dari tahun 2005,

transformator daya 1 di Gardu Induk 150/20 kV Metro ini telah beroperasi selama

15 tahun. Berdasarkan publikasi IEEE Std C57.91-2011 umur transformator

ditetapkan selama 180.000 jam (20,55 tahun), maka sisa umur pada

transformator daya ini adalah 3 tahun. Jika kita mengharapkan perpanjangan

umur transformator selama 10 tahun, maka:

13 𝑇𝑎ℎ𝑢𝑛 = 100% − 𝑥%

100% × (30,55 − 15)

𝑥 = 15%

Didapat persentase susut umur yang harus terjadi agar dapat

memperpanjang umur pakai transformator menjadi 13 tahun adalah sebesar

15%, terjadi pengurangan 20% dari nilai susut umur awal. Selanjutnya, untuk

menentukan laju umur relatif (atau hilangnya umur relatif) setelah periode waktu

tertentu sama dengan:

L = 1

𝑁∑ 𝑉𝑁

𝑛=1

53

Telah diketahui persentase susut umur yang harus dicapai agar

memenuhi penambahan usia pakai transformator daya menjadi 13 tahun, maka

kemudian dicari jumlah dari laju penuaan thermal relatifnya dari jumlah awal

10,88

15% = 1

𝑡∑ 𝑉𝑛 . 𝑡𝑛 × 100%

𝑁

𝑛−1

15% = 1

31 𝑥 × 100%

𝑥 = 4,5

4.2.1. Mencari nilai suhu hot-spot jika telah diketahui nilai laju penuaan

thermalnya

Mengambil contoh data yang diambil pada jam 16.00 WIB pada tanggal

1 mei 2020. Perhitungan ini dapat menggunakan persamaan 3.13, dan sesuai

dengan perhitungan sebelumnya untuk mencapai perpanjangan usia pakai

transformator daya menjadi 13 tahun, maka nilai laju penuaan thermal relatifnya

harus mencapai 4,5. Untuk menghitung suhu hot-spot nya maka:

𝑉 = 2(𝜃𝑐− 𝜃𝑐𝑟)/6

0,034329 = 2(𝜃𝑐−98 )/6

2𝑥 = 0,034329

2log 0,034329 = x

X = - 4,86

Maka:

2(-4,86) = 2(𝜃𝑐−98 )/6

-4,86 = (θc – 98)/6

-29,16 = θc – 98

θc = 68,84oC

Suhu hot-spot awal yaitu 76,47oC, setelah dilakukan penambahan umur

transformator daya, maka suhu hot-spot yang boleh dicapai adalah sebesar

54

68,84oC, untuk dapat memenuhi usia harapan transformator.

θc = θa + Δθb + Δθtd

68,84 = 30 + Δθbr [𝑑𝑘2+1

𝑑+1]

𝑥

+ (Δθcr - Δθbr)K2y

68,84 = 30 + 55 [2,39𝑘2+1

2,39+1]

0,8

+ (78 – 55)K1,6

68,84 = 30 + 55 [2,39𝑘2+1

3,39]

0,8

+ 23K1,6

68,84 = 30 + 55 (0,294 + 0,705K1,6) + 23K1,6

68,84 = 30 + 16,17 + 38,77K1,6 + 23K1,6

68,84 = 46,17 + 61,77K1,6

61,77K1,6 = 68,64 – 46,17

61,77K1,6 = 22,67

K1,6 = 22,67

61,77

K = (22,67

61,77)

1

1,6

K = 0,534 p.u

Setelah diketahui nilai rasio pembebanannya, maka dapat dihitung nilai

pembebanan agar usia pakai transformator dapat diperpanjang sesuai harapan,

dengan menggunakan sampel data pada tanggal 1 mei 2020 pukul 16:00, dapat

dicari dengan menggunakan rumus:

K = 𝑆

𝑆𝑟

0,534 = 𝑆

30

S = 0,534 x 30

S = 16,11 MVA

Terjadi pengurangan beban dari 18,97 MVA menjadi 16,11 MVA agar

perpanjangan usia pakai transformator daya sesuai dengan harapan, yaitu dapat

bertambah 10 tahun menjadi 13 tahun. Perhitungan di atas juga dilakukan untuk

semua data pembebanan pada bulan Mei 2020.

55

BAB V

PENUTUP

5.1. Simpulan

Berdasarkan pembahasan dalam skripsi ini, dapat diambil beberapa

kesimpulan oleh penulis sebagai berikut:

1. Dari perhitungan pada data pembebanan transformator daya 1 30 MVA di

Gardu Induk Metro pada bulan Mei 2020, maka kita dapat menarik

kesimpulan dimana semakin tinggi nilai pembebanan maka akan semakin

tinggi juga nilai perhitungan temperatur stabil top-oil dan selisih temperatur

antara Hot-Spot dengan Top-Oil. Kenaikan tersebut juga dikarenakan oleh

temperatur lingkungan. Pada saat temperatur hot-spot semakin tinggi, laju

penuaan thermal relatif yang didapat juga lebih tinggi akhirnya dapat

mempengaruhi nilai susut umur yang tinggi juga. Pada tabel 4.2. pada data

tanggal 1 Mei 2020, pukul 16.00 WIB dengan beban 18,97 MVA dengan daya

yang terpasang adalah 30 MVA dan nilai temperatur hot-spot adalah 76,47

oC jika dibandingkan dengan data lain, semakin besar bebannya maka

temperatur hot-spot nya akan semakin besar.

2. Pada tabel hasil perhitungan juga didapatkan laju penuaan thermal relatif

untuk data pembebanan di tanggal 1 Mei 2020 adalah 0,083. Nilai laju

penuaan thermal berbanding lurus dengan kenaikan temperatur hot-spot,

begitu juga dengan data pada tanggal lain di bulan Mei. Semakin besar

beban transformator maka semakin besar temperatur minyak pendingin

akibatnya akan memperbesar susut umurnya.

3. Setelah mengetahui nilai laju penuaan thermal relatif pada bulan Mei dari

tanggal 1-31 maka didapatkan jumlah laju penuaan thermal relatif dalam

setahun persentase susut umurnya adalah 35% dengan nilai susut umurnya

adalah 10,88, dengan itu didapatkan perkiraan sisa umur transformator yaitu

sekitar 3,0675 tahun. Dimana standar menurut IEEE std C57.91-2011

adalah 20,55 tahun sebagai umur transformator, maka dapat ditarik

56

kesimpulan bahwa sisa umur dasar isolasi transformator di GI Metro sudah

tidak begitu baik dan perlu direncanakan adanya pergantian Transformator

untuk 3 tahun kedepan.

5.2. Saran

Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk menambahkan umur

transformator menjadi 13 tahun dari sisa 3 tahun pada perhitungan yaitu dengan

mengurangi kapasitas atau rating pembebanan. Salah satu contohnya pada data

pembebanan di tanggal 1 Mei pukul 16:00. Rating pembebanan diturunkan

menjadi 16,11 MVA agar perpanjangan usia pakai transformator daya sesuai

dengan harapan, yaitu dapat bertambah 10 tahun menjadi 13 tahun. Perhitungan

di ini juga dilakukan untuk semua data pembebanan pada bulan Mei 2020.

57

DAFTAR PUSTAKA

Baihaqi, W. M. (2019). Studi Pengaruh Pembebanan dan Suhu Terhadap Susut

Umur Transformator Tenaga 60 MVA Unit 3 di Gardu Induk Millenium 150/20 kV.

Jakarta: IT-PLN.

Fachelinno, M. K. (2019). Pengaruh Pembebanan dan Suhu Lingkungan Terhadap

Susut Umur Transformator Daya 60 MVA 150/20 kV di Gardu Induk Serang. Jakarta:

IT-PLN.

IEC. (1972). Loading Guide For Oil Immersed Transformer. IEC Publication.

IEC. (1976). Power Transformer. IEC Publication.

Juara Mangapul Tambunan, Agung Hariyanto, & Wahyu Kurnia Tindra. (2015). Kerja

Pembebanan dan Temperatur Terhadap Susut Umur Transformator Tenaga 150/20

kV 60 MVA. Jurnal Sutet.

Kadir, A. (1979). Transformator. Jakarta: Pradnya Paramita.

Kasiram. (2008). Metodelogi Penelitian Kualitatif dan Kuantitatif.

Muttaqin, I. Z. (2017). Studi Pengaruh Pembebanan dan Temperatur Sekitar

Terhadap Susut Umur Transformator Daya 200 MVA PLTU Unit 4 Muara Karang.

Jakarta: IT-PLN.

Nugroho, S. A. (2019). Perhitungan Perkiraan Umur Transformator Akibat Pengaruh

Pembebanan Dan Suhu Lingkungan. Jurnal Riset Rekayasa Elektro, 11-16.

PT. PLN (Persero). (1979). SPLN 17a Loading Guide For Oil – Immersed

Transformers. Jakarta: PLN.

PT. PLN (Persero) No. 0520-2.K/DIR. (2014). Pedoman Pemeliharaan

Transformator Tenaga. Jakarta: PT PLN (Persero).

Sigid, P. (2009). Analisa Pengaruh Pembebanan Terhadap Susut Umur

Transformator Tenaga. Semarang: Universitas Diponegoro.

SPLN. (1979). Pedoman Pembebanan Transformator Terendam Minyak. PT. PLN

(Persero).

58

A-1

LAMPIRAN

Lampiran A – Lembar Bimbingan Skripsi

A-2

sss

B-1

Lampiran B – Nameplate Transformator Daya 30 MVA Gardu Induk Metro

C-1

Lampiran C – Single Line Diagram Gardu Induk Metro