digital_122208-T26020-Analisis pola-Lampiran.pdf

8/16/2019 digital_122208-T26020-Analisis pola-Lampiran.pdf

1/143

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISIS POLA DAN TINGKAT PARTIAL DISCHARGE

DALAM MENILAI KONDISI TRANSFORMATOR DAYA

T E S I S

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik

ARI MULADI

07 06 17 32 95

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM MAGISTER TEKNIK ELEKTRO

KEKHUSUSAN TENAGA LISTRIK DAN ENERGI

DEPOK

JULI 2009


2/143

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Tesis ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : ARI MULADI

NPM : 0706173295

Tanda Tangan : ...............................

Tanggal : JULI 2009


3/143


4/143

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas

berkat dan rahmat-Nya, saya dapat menyelesaikan tesis ini. Penulisan tesis ini

dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar

Magister Teknik Elekto Peminatan Teknik Tenaga Listrik pada Fakultas Teknik

Universitas Indonesia. Saya menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari

berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan tesis ini,

sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan tesis ini. Oleh karena itu, saya

mengucapkan terima kasih kepada:

(1)

Prof.Dr.Ir Iwa Garniwa MT, selaku dosen pembimbing yang telahmenyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam

penyusunan tesis ini.

(2) Pihak Pauwels Trafo Asia Company terutama Bapak Muhtaruddin selaku

Manager Test Bay yang telah banyak membantu dalam usaha memperoleh

data dan bimbingan untuk bertukar pikiran, dan Bapak Irfan Fauzani

sebagai Manager HRD atas kesempatan memperbolehkan saya

memperoleh ijin penelitian.

(3) Orang tua dan saudara tercinta terlebih untuk Mama ,Papa adik Dinar dan

Arya yang telah memberikan bantuan dukungan material dan spiritual.

(4) Semua sahabat yang telah banyak membantu saya terlebih kepada kolega

Pasca Sarjana Teknik Elektro UI angkatan 2007, Imbong dan sahabat

dekat Teknik Elektro Unika Atma Jaya, Hendro Vero yang telah banyak

membantu dan atas kesediaannya mendengar keluh kesah selama proses

penyelesaian tesis ini.

(5) Berbagai pihak lain yang tidak disebutkan namanya yang telah membantu

saya selama pembuatan tesis ini.

Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala

kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga tesis ini membawa manfaat

bagi pengembangan ilmu.

Depok, Juli 2009

Penulis


5/143

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda

tangan di bawah ini:

Nama : Ari Muladi

NPM : 0706173295

Program Studi : Magister Teknik

Departemen : Elektro

Fakultas : Teknik

Jenis karya : Tesis

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan

kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif ( Non-

exclusive Royalty-Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

ANALISIS POLA DAN TINGKAT PARTIAL DISCHARGE

DALAM MENILAI KONDISI TRANSFORMATOR DAYA

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti

Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan,

mengalihmedia/format-kan, mengelola dalam bentuk pangkalan data

(database), merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap

mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik

Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Jakarta

Pada tanggal : Juli 2009

Yang menyatakan

(Ari Muladi)


6/143

DAFTAR ISI

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

HALAMAN PERNYATAAN ORIGINALITAS..............................................................ii

LEMBAR PENGESAHAN...............................................................................................iii

KATA PENGANTAR .................................................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI....................................... v

DAFTAR ISI................................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................viii

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

ABSTRAK...................................................................................................................... vi

1. PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1

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

1.2 Perumusan Masalah .......................................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian .............................................................................................. 31.4 Manfaat Penelitian ............................................................................................ 3

1.5 Batasan Penelitian ............................................................................................. 4

1.6 Metodologil Operasional Penelitian ................................................................. 4

1.7 Sistematika Penulisan ....................................................................................... 5

2. TEORI PENUNJANG................................................................................................ 6

2.1 Umum ......................................................................................................... 6

2.2 Sifat Bahan Dielektrik Diantara Elektroda ....................................................... 8

2.3 Mekanisme Terjadinya PD ............................................................................. 14

2.4 Pengaruh yang Timbul Akibat PD.................................................................... 18

2.4.1 Pengaruh Pada Bahan Isolasi Padat ....................................................... 18

2.4.2 Pengaruh Pada Bahan Isolasi Cair ......................................................... 21

2.4.3 Pengaruh Pada Bahan Isolasi Gas.......................................................... 23

2.5 Hipotesa ...... ...................................................................................................... 24

3. PENGUJIAN PD DAN PENGOLAHAN DATA HASIL PENGUJIAN ................ 27

3.1 Umum ............................................................................................................. 27

3.2 Prosedur Pengujian ......................................................................................... 30

3.2.1 Mekanisme Sebelum Pengujian............................................................. 30

3.2.1.1 Rangkaian Pengujian Tingkat PD Transformator daya............... 30

3.2.1.2 Prosedur Kalibrasi ....................................................................... 32

3.2.2 Pengidentifikasian Pulsa PD.................................................................. 33

3.2.3 Pengujian Tingkat PD dengan Variasi Tegangan Uji ............................ 373.2.4 Pengujian Tingkat PD dalam Waktu Tertentu ....................................... 38

3.3 Data Hasil Pengujian....................................................................................... 39

3.3.1 Data Pengidentifikasian Pulsa PD ........................................................ 39

3.3.2 Data Pengujian PD dengan Variasi Tegangan Uji ................................ 51

3.3.2 Data Pengujian PD Selama Waktu Tertentu ......................................... 54

3.4 Pengolahan Data Pengujian ............................................................................ 58


7/143

4. ANALISIS DATA.................................................................................................... 72

4.1 Karakteristik Standar Transformator .............................................................. 72

4.2 Karakteristik Transformator 1......................................................................... 75

4.2 Karakteristik Transformator 2......................................................................... 89

4.3 Karakteristik Transformator 3....................................................................... 1044.4 Pemetaan Gangguan yang Terjadi dari Analisis Karakteristik

Transformator ............................................................................................... 117

5. KESIMPULAN ..................................................................................................... 122

REFERENSI ........... .................................................................................................... 124

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 126

LAMPIRAN


8/143

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Tegangan Ambang Dan Tegangan Punah

Pada Gelombang Sinusoidal ................................................................... 7Gambar 2.2 Susunan Permeabilitas Secara Pararel .................................................... 9

Gambar 2.3 Distribusi Kepadatan Fluks dan Intensitas Medan Magnet 1ε ............... 10

Gambar 2.4 Distribusi Kepadatan Fluks dan Intensitas Medan Magnet 2ε ............... 10

Gambar 2.5 Equivalent Rangkaian Listrik Persamaaan 2.7 ....................................... 11

Gambar 2.6 Susunan Permeabilitas Secara Seri ......................................................... 12

Gambar 2.7 Distribusi Kepadatan Fluks dan Intensitas Medan Magnet

21 &ε ε .................................................................................................... 12

Gambar 2.8 Equivalent Rangkaian Listrik Persamaaan 2.9. ...................................... 13

Gambar 2.9 Gelembung Udara Pada Permeabilitas Bahan ........................................ 14

Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen PD .......................................................................... 15Gambar 2.11 Gambar Grafik tegangan Terapan, rongga dan arus keluaran ................ 17

Gambar 2.12 Pohon Elektrik Pada Bahan Poliester Resin ........................................... 19

Gambar 2.13 Pemohonan Air Menyebar ...................................................................... 20

Gambar 2.14 Pemohonan Air Dasi KupuKupu ............................................................ 20

Gambar 3.1 Diagram Alir Metodologi Penelitian....................................................... 29

Gambar 3.2 Rangkaian Pengujian tingkat PD menggunakan kapasitor kopling....... 30

Gambar 3.3 Rangkaian Pendeteksian tingkat PD Menggunakan

fasilitas Tap pada bushing..................................................................... 31

Gambar 3.4 Diagram Elips ......................................................................................... 34

Gambar 3.5 Diagram Sinusoidal................................................................................. 34

Gambar 3.6 Tampilan Wideband Detector Pada Diagram ......................................... 34Gambar 3.7 Tampilan Wideband Detector Pada Diagram Sinusoidal ....................... 34

Gambar 3.8 Tampilan Narrowband Detector Pada Diagram Elips........................... 35

Gambar 3.9 Pola PD di Kuadran 1 dan 3 Penyebaran secara Acak .......................... 35

Gambar 3.10 Pola PD di kuadran 1 dan 3 Dengan penyebaran merata........................ 35

Gambar 3.11 Pola Penyebaran PD pada Salah Satu

Sisi Puncak Diagram (sisi Negatif)......................................................... 36

Gambar 3.12 Pola penyebaran PD pada Kedua Sisi puncak Diagram ....................... 36

Gambar 3.13 Pola penyebaran PD pada Kedua Sisi Diagram (Tegangan nol) ............ 36

Gambar 3.14 Grafik Tegangan Pengujian... ................................................................. 32

Gambar 3.15 Diagram Basic Insulation Level Transformator ..................................... 34

Gambar 3.16 Pengujian tegangan pada interval waktu................................................. 34

Gambar 3.17 Pola PD Transformator 1 phasa A

Pengujian Variasi Tegangan(sebelum perbaikan)................................... 39

Gambar 3.18 Pola PD Transformator 1 phasa B

Pengujian Variasi Tegangan (sebelum perbaikan).................................. 39

Gambar 3.19 Pola PD Transformator 1 phasa C



Pengujian Penerapan Tegangan dalam Interval Waktu

(Sebelum Perbaikan)............................................................................... 40


9/143




Gambar 3.22 Pola PD Transformator 1 phasa CPengujian Penerapan Tegangan dalam Interval Waktu



Pengujian Variasi Tegangan(setelah perbaikan)..................................... 41


Pengujian Variasi Tegangan (setelah perbaikan).................................... 41





(Setelah Perbaikan) ................................................................................. 42Gambar 3.27 Pola PD Transformator 1 phasa B


(Setelah Perbaikan) ................................................................................. 42





Pengujian Variasi Tegangan(sebelum perbaikan)................................... 43













(Sebelum Perbaikan)............................................................................... 44Gambar 3.35 Pola PD Transformator 2 phasa A












10/143





Gambar 3.41 Pola PD Transformator 3 phasa APengujian Variasi Tegangan(sebelum perbaikan)................................... 47










(Sebelum Perbaikan)............................................................................... 48Gambar 3.46 Pola PD Transformator 3 phasa C


















Gambar 4.1 Bentuk Sinyal Terdistorsi Pada Gelombang Keluaran ........................... 72

Gambar 4.2 Grafik Pengujian PD dengan Variasi Tegangan

Menurut Standar IEEE............................................................................ 73Gambar 4.3 Grafik Pengujian PD dengan Penerapan Tegangan

Selama Interval Waktu tertentu menurut Standar IEEE ......................... 74

Gambar 4.4 Kurva Kecenderungan Tingkat PD transformator 1 Phasa A

Pada pengujian dengan penerapan Variasi tegangan .............................. 76

Gambar 4.5 Kurva Kecenderungan Tingkat PD transformator 1 Phasa B


Gambar 4.6 Kurva Kecenderungan Tingkat PD transformator 1 Phasa C


Gambar 4.7 Kurva Kecenderungan Tingkat PD Transformator 1 Phasa A Pada

Pengujian Dengan Penerapan Tegangan Pada Interval Waktu

Tertentu ................................................................................................... 78


11/143

Gambar 4.8 Kurva Kecenderungan Tingkat PD Transformator 1 Phasa B Pada


Tertentu ................................................................................................... 79

Gambar 4.9 Kurva Kecenderungan Tingkat PD Transformator 1 Phasa B PadaPengujian Dengan Penerapan Tegangan Pada Interval Waktu

Tertentu ................................................................................................... 79

Gambar 4.10 Foto Polutan yang terlihat dari Transformator........................................ 82

Gambar 4.11 Foto Polutan Pada Pedestal Transformator............................................. 83

Gambar 4.12 Foto Polutan pada tube sensor Transformator ........................................ 83






Pada pengujian dengan penerapan Variasi tegangan .............................. 92Gambar 4.16 Kurva Kecenderungan Tingkat PD Transformator 2 Phasa A Pada


Tertentu ................................................................................................... 93



Tertentu ................................................................................................... 93



Tertentu ................................................................................................... 94

Gambar 4.19 Karbonasi akibat penyambungan tidak sempurna .................................. 97

Gambar 4.20 Gambar penjelasan terbentuknya Karbonasi........................................... 97

Gambar 4.21 Kesalahan dalam Meletakkan Lahnban (equipotensial joint) ................. 98







Gambar 4.25 Kurva Kecenderungan Tingkat PD Transformator 2 Phasa A Pada

Pengujian Dengan Penerapan Tegangan Pada Interval WaktuTertentu ................................................................................................... 107



Tertentu ................................................................................................... 108



Tertentu ................................................................................................... 108

Gambar 4.28 Foto Pemasangan Screen Isolasi Pada Saat Pengangkatan..................... 111

Gambar 4.29 Foto Kesalahan Pemasangan Pada Screen Isolasi .................................. 112

Gambar 4.30 Diagram Teori Pertimbangan Berdasarkan Kasus .................................. 118


12/143

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Beberapa Nilai Permitivitas Dan Kekuatan Bahan Isolator....................... 16

Tabel 3.1 Hasil Pengujian PD Transformator 1 dengan

Variasi Tegangan Uji Phase A................................................................... 51Tabel 3.2 Hasil Pengujian PD Transformator 1 dengan

Variasi Tegangan Uji Phase B ................................................................... 51


Variasi Tegangan Uji Phase C ................................................................... 52


Variasi Tegangan Uji Phase A................................................................... 52





Tabel 3.7 Hasil Pengujian PD Transformator 3 denganVariasi Tegangan Uji Phase A................................................................... 53






Penerapan Tegangan dalam Interval waktu Tertentu Phase A .................. 55


Penerapan Tegangan dalam Interval waktu Tertentu Phase B

Tabel 3.12 Hasil Pengujian PD Transformator 1 dengan ........................................... 55

Penerapan Tegangan dalam Interval waktu Tertentu Phase C


Penerapan Tegangan dalam Interval waktu Tertentu Phase A


Penerapan Tegangan dalam Interval waktu Tertentu Phase B




Penerapan Tegangan dalam Interval waktu Tertentu Phase A


Penerapan Tegangan dalam Interval waktu Tertentu PhaseTabel 3.18 Hasil Pengujian PD Transformator 3 dengan ........................................... 57


Tabel 3.19 Tabel Interval Koefisien(r) ........................................................................ 58

Tabel 3.20 Pengolahan Data Pengujian PD Transformator 1 dengan







Penerapan Tegangan dalam Interval waktu Tertentu Phase B................... 61


13/143




Penerapan Tegangan dalam Interval waktu Tertentu Phase C................... 62

Tabel 3.26 Hasil Pengolahan Pengujian PD Transformator 1 Phasa A ....................... 63Tabel 3.27 Hasil Pengolahan Pengujian PD Transformator 1 Phasa B ....................... 63

Tabel 3.28 Hasil Pengolahan Pengujian PD Transformator 1 Phasa C ....................... 63









Tabel 3.33 Pengolahan Data Pengujian PD Transformator 2 denganVariasi Tegangan Uji Phase C ................................................................... 66



Tabel 3.35 Hasil Pengolahan Pengujian PD Transformator 2 Phasa A ....................... 67

Tabel 3.36 Hasil Pengolahan Pengujian PD Transformator 2 Phasa B ....................... 67

Tabel 3.37 Hasil Pengolahan Pengujian PD Transformator 2 Phasa C ....................... 67













Tabel 3.44 Hasil Pengolahan Pengujian PD Transformator 3 Phasa A ....................... 71

Tabel 3.45 Hasil Pengolahan Pengujian PD Transformator 3 Phasa B ....................... 71

Tabel 3.46 Hasil Pengolahan Pengujian PD Transformator 3 Phasa C ....................... 71Tabel 3.46 Hasil Pengolahan Pengujian PD Transformator 3 Phasa C ....................... 71

Tabel 4.1 Pemetaan Karakteristik Transformator Daya............................................. 119


14/143

ABSTRAK

Nama : Ari MuladiProgram Studi : Teknik Elektro

Judul : Analisis Pola Dan Tingkat Partial Discharge Dalam

Menilai Kondisi Transformator Daya.

Terjadinya Partial Discharge merupakan indikasi dari suatu kegagalan yang

terjadi akibat kondisi dari transformator daya. Indikasi kegagalan dari

karakteristik PD yang terjadi disebabkan oleh kesalahan desain/produksi dan

penggunaan material yang kurang baik pada transformator daya.

Pengidentifikasian kegagalan yang terjadi pada saat ini dilakukan dengan metoda

investigasi setelah pengukuran PD. Metode yang digunakan tersebut sering

menimbulkan interpretasi yang salah dalam mengatasi masalah yang terjadi

sehingga berakibat lamanya pembuatan transformator daya. Penulisan tesis ini

menunjukkan analisis menggunakan metoda berdasarkan kasus dari pengumpulan

data karakteristik pola partial discharge yang dihasilkan dari pengujian

didapatkan indikasi kegagalan dari kondisi transformator yang kurang baik

terdeteksi dari pola pulsa yang muncul pada kuadran 1 dan 3 pada diagram

sinusoidal. Selanjutnya dengan dipadukan karakteristik tingkatan hasil pengujian

dan pengolahan secara statistik didapatkan kondisi transformator daya yang

kurang baik memiliki kecenderungan kenaikan melebihi nilai 200 pC dan korelasi

yang kuat antara tegangan dan tingkat partial discharge. Metoda tersebut juga bisa

membedakan indikasi penyebab kondisi yang kurang baik pada transformatordaya yang didapat dari analisis karakteristik tingkatan hasil pengujian dan

pengolahan data penerapan tegangan dalam interval waktu tertentu dimana

kondisi yang kurang baik yang disebabkan oleh kesalahan desain/produksi

memiliki kecenderungan kenaikan yang lebih tinggi daripada akibat yang

ditimbulkan dari penggunaan material yang kurang baik.

Kata kunci:

Transformator daya, Partial Discharge, Kondisi.


15/143

ABSTRACT

Name : Ari MuladiStudy Program : Electrical Engineering

Title : Analysis of Partial Discharge Pattern and Level for

Establishing The Condition of Power Transformer

Partial Discharge is an early indication for the condition of power transformer that

can make a failure. The failure is detected from PD characteristic could be made

from design and material of power transformer. Nowadays failure identification is

using investigation after partial discharge test measurement. This method usually

makes wrong interpretation for solving problem so it takes along time for

producing it. This thesis will show the analyst using Base-Case Reasoning

Method from collecting pattern characteristic from PD test measurement isresulting failure indication from bad condition of power transformer is detected

from the appearance pulse in 1 and 3 quadrants at sinusoidal diagram. After that

allied with level characteristic from testing and statistic processing is resulting

indication of bad condition power transformer have a growing trend up to 200 pC

and strong correlation between voltage and partial discharge level. This method

also can differ cause of bad condition power transformer from the characteristic

testing and statistic processing from applying voltage in interval of time where the

bad condition cause of wrong design have a rapid growing trend data than bad

condition cause of using material.

Keywords: Power Transformer, Partial Discharge, Condition.


16/143

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Transformator daya merupakan salah satu peralatan tegangan tinggi yang

sangat penting fungsinya dalam sistem penyaluran tenaga listrik. Sistem

Penyaluran daya akan terganggu apabila transformator bermasalah dan

mengakibatkan kerugian yang cukup besar secara ekonomi. Untuk menghindari

hal tersebut maka kondisi dari transformator daya harus sangat diperhatikan.

Pada negara berkembang seperti di Indonesia, dewasa ini seiring dengan

perkembangan jaman dan teknologi permintaan akan kebutuhan energi listrik

semakin meningkat. Berbagai cara dilakukan untuk menyalurkan energi listrik

dengan pemberdayaan berbagai macam sumber energi yang sangat jauh letaknya

dengan pusat beban yaitu dengan menggunakan sistem transmisi tegangan tinggi

dan ekstra tinggi, dilakukan untuk memenuhi kebutuhan permintaan energi listrik

tersebut. Pertumbuhan beban dan penggunaan sistem transmisi tegangan tinggitersebut mengharuskan spesifikasi khusus dari peralatan tegangan tinggi seperti

transformator. Secara tidak langsung kapasitas yang besar dan tingkat tegangan

yang tinggi tersebut membutuhkan ukuran transformator besar. Ukuran

transformator yang semakin besar akan menimbulkan masalah dalam sistem

transportasinya sehingga sangat sulit apabila dalam pemeliharaan dan perbaikan.

Untuk mengatasi keterbatasan perkembangan ukuran akibat pertumbuhan beban

tinggi dan penggunaan sistem penyaluran daya tersebut, maka diperlukan

pengembangan sistem isolasi yang baik. Penggunaan sistem isolasi yang baik dan

desain yang optimal menentukan kondisi transformator daya. Kondisi

transformator daya menentukan nilai keekonomian sistem. Sehingga beberapa

faktor yang mempengaruhi kondisi transformator adalah desain peralatan tersebut

dan material isolasi yang digunakan.


17/143

2

Saat ini kegagalan dan mahalnya isolasi internal serta buruknya desain

transformator daya merupakan beberapa masalah paling serius dari peralatan

tersebut. Pada tingkat short-circuit yang tinggi pada jaringan tenaga listrik,

kegagalan yang sering terjadi akibat beberapa hal tersebut merupakan faktor

penyebab kerusakan pada transformator. Untuk menghindari hal demikian maka

pentingnya dilakukan pengujian kualitas terhadap transformator daya, sebelum

peralatan tersebut beroperasi pada sistem tenaga listrik di lapangan.

Salah satu pengujian terhadap kondisi sistem isolasi transformator daya

adalah pengukuran PD (Partial Discharge). Pengujian ini dilakukan untuk

mendeteksi pola dan tingkat PD pada peralatan tersebut. Variasi pola dan

tingkatan PD tersebut menunjukkan indikasi yang berbeda-beda terhadap masalah

yang terjadi. Masalah yang terjadi pada peralatan tersebut bukan hanya berkaitan

dengan kualitas bahan sistem isolasi tetapi bisa juga disebabkan oleh ketidak

sempurnaan dalam produksi dan desain. Ketidaksempurnaan tersebut dikarenakan

transformator daya merupakan buatan tangan manusia yang mempunyai banyak

sekali faktor yang menjadi keterbatasan. Hal-hal yang demikian juga bisa menjadi

faktor yang mempengaruhi dari kondisi transformator daya

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini yaitu

1. Penyebab terbesar kerusakan yang terjadi pada Transformator Daya

disebabkan oleh ketidaksempurnaan desain dan material isolasi yang

digunakan.

2. Kegagalan yang terjadi pada transformator daya diawali oleh gejala

peluahan elektrik (Partial Discharge).

3. Belum ada teori yang menjelaskan secara pasti bagaimana karakteristik

partial discharge yang terjadi pada transformator daya menunjukkan

indikasi dari kondisi peralatan tersebut.


18/143

3

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian ini adalah mengindikasikan kegagalan baik yang

disebabkan oleh sitem desain maupun kualitas material didalamnya, yang bisa

mempengaruhi kondisi transformator daya dengan melakukan

1. Pengujian Pengukuran PD transformator Daya.

2. Analisis Karakteristik hasil pengujian.

3. Pemetaan data hasil analisis.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Adapun manfaat penelitian ini adalah

1. Mengetahui karakteristik PD pada transformator sebelum peralatan

tersebut terpasang dan beroperasi pada sistem.

2. Mendeteksi permasalahan pada transformator yang dilakukan dengan

pengujian PD, hal ini berkaitan dengan desain, material dan polutan yang

ada pada peralatan tersebut.

3. Dapat dengan lebih cepat dan tepat menginterpretasikan kegagalan yang

terjadi dari karakteristik yang diperoleh untuk melakukan perbaikan

terhadap masalah yang teridentifikasi tersebut supaya didapatkan kondisi

yang diinginkan sesuai dengan standar.

4. Menghindari adanya kejadian tidak diinginkan lebih lanjut seperti pada

kegagalan isolasi dan kerusakan transformator daya saat beroperasi pada

sistem.


19/143

4

1.5 BATASAN PENELITIAN

Adapun beberapa batasan yang ada di dalam penelitian ini adalah

penilaian kondisi transformator daya dilakukan dengan menganalisa kasus

yang timbul setelah proses produksi yang terjadi pada beberapa transformator

daya dengan melakukan

1. Pengidentifikasian Pola pulsa PD.

2. Pengujian tingkat PD dengan menggunakan variasi tegangan uji dan

penerapan salah satu tegangan uji pada perioda waktu tertentu.

3. Parameter lain seperti jumlah pulsa PD, temperatur dan tekanan tidak

diperhitungkan.

4. Transformator yang digunakan sebagai data merupakan peralatan baru.

1.6 METODOLOGI OPERASIONAL PENELITIAN

Metodologi operasional penelitian dilakukan dengan

1. Melakukan pengujian tingkat PD dengan Variasi Tegangan Uji

2. Melakukan pengujian PD dengan penerapan salah satu tegangan uji

pada periode waktu tertentu

3. Pengumpulan data pola dan tingkat PD dari hasil pengujian yang

dilakukan.

4. Pengolahan data dengan metoda statistik yaitu dengan melakukan

a. Uji Korelasi data.

b. Tingkat hubungan data

5. Analisa Data yang diperoleh dari hasil pengolahan dengan

melakukan Metoda Case-Based Reasoning (pertimbangan

berdasarkan kasus yang terjadi)

Metodologi operasional penelitian dilakukan saat kondisi sebelum dan

setelah perbaikan pada studi kasus beberapa transformator daya bermasalah.


20/143

5

1.7 SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika penulisan dalam penelitian ini antara lain adalah Bab I

merupakan pendahuluan yang berisikan latar belakang penelitian, tujuan dan

manfaat penelitian, batasan dalam penelitian, metodologi operasional penelitian

dan sistematika penulisan. Bab II merupakan teori penunjang yang berisikan

seperti Partial Discharge secara umum, sifat dielektrik diantara elektroda,

mekanisme terjadinya PD pada beberapa bahan isolasi, Akibat yang ditimbulkan

oleh PD pada berbagai bahan isolasi, dan hipotesa.

Bab III merupakan pengujian dan pengolahan data yang berisikan pengujian

PD transformator dan pengolahan data menggunakan teori statistik. Bab IV

merupakan analisa data hasil pengolahan yang berisikan karakteristik

transformator daya secara umum, karakteristik masing-masing transformator daya

serta analisa keseluruhan dengan menggunakan metoda Case-Based Reasoning

(pertimbangan berdasarkan kasus yang terjadi). Bab V merupakan kesimpulan

yang berisikan kesimpulan dari hasil penelitian.

.


21/143

BAB II

TEORI PENUNJANG

2.1 UMUM

Partial discharge (PD) merupakan fenomena peluahan muatan elektrik

yang bisa menjembatani sistem isolasi baik secara sebagian maupun menyeluruh

di dalam suatu bahan dielektrik. Fenomena tersebut timbul diakibatkan oleh

banyak faktor diantaranya adalah kualitas bahan dielektrik, celah/rongga dalam

bahan dielektrik, maupun adanya kerusakan ataupun ketidak sempurnaan dalam

proses pengerjaan.

Fenomena Partial Discharge apabila terjadi secara terus menerus maka

akan menimbulkan panas berlebih pada daerah tertentu yang nantinya akan

merusak bahan isolasi dan mengarah kepada terjadinya kegagalan sistem.

Sebelum semua hal ini terjadi maka sangat penting dilakukan pendeteksian dan

pengidentifikasian awal untuk mencari penyebab terjadinya peluahan elektrik

yang dapat menurunkan kualitas bahan dielektrik dari suatu sistem yang

menggunakannya.Beberapa penyebab tersebut dapat diidentifikasikan dari adanya

tanggapan-tanggapan yang muncul pada pengujian peluahan elektrik. Pada

pengujian ini didapatkan Variasi tanggapan yang dapat diteliti dengan alat

pendeteksi peluahan untuk setiap jenis, bentuk/pola peluahan elektrik pada

osiloskop dan hubungannya dengan variasi pengujian tegangan dan penerapan

tegangan dalam waktu tertentu.

Pengujian PD berkaitan dengan nilai kualitas dan kuantitas. Nilai kualitas

dianalisa dari kecenderungan data yang diperoleh dari karakteristik bahan pada

pengujian tertentu. Sedangkan nilai kuantitas merupakan nilai nominal PD yang

mempunyai dimensi piko Coloumb (pC). Kedua nilai ini harus memenuhi standar

pada pengujian, sehingga kualitas peralatan tersebut baru bisa dilakukan

penilaian.


22/143

7

Dalam melakukan pendeteksian Partial Discharge (PD) terjadi pada level

tegangan tertentu yang disebut sebagai Tegangan Ambang ( Inception Voltage)

dan tidak terjadi pada level tegangan tertentu yang disebut Tegangan Punah

( Extinction voltage). Apabila tegangan pada sumber yang diterapkan adalah

sinusoidal maka Tegangan Ambang dan Tegangan Punah terjadi seperti pada

dijelaskan pada gambar 2.1. Selain itu adanya banyak sinyal gangguan yang

terdeteksi pada detektor sebagai derau, bisa menimbulkan kesalahan persepsi dan

berkurangnya sensitifitas pengukuran dalam pengujian. Interpretasi yang benar

mengenai karakteristik PD dalam peralatan yang diuji bergantung kepada

pengalaman peneliti dalam melakukan pengujian.

Gambar 2.1 Tegangan Ambang Dan Tegangan Punah

Pada Gelombang Sinusoidal

Sumber: [1]


23/143

8

2.2 SIFAT BAHAN DIELEKTRIK DI ANTARA ELEKTRODA

Penggunaan bahan dielektrik sebagai suatu isolasi antar elektroda

menimbulkan efek/pengaruh kapasitansi. Efek Kapasitansi ini akan mempunyai

karakteristik yang berbeda-beda tergantung dari sifat permeabilitas dari bahan

dielektrik tersebut. Efek kapasitansi tersebut mempunyai sifat yang sama dengan

dua plat sejajar dengan suatu permeabilitas bahan yang dialiri suatu sumber

tegangan.

Kapasitansi ini sangat erat kaitannya dengan Intensitas medan magnet ( ) E

dan kepadatan fluks ( serta permeabilitas ruang hampa) D ( )0ε dan permeabilitas

bahan ( )r ε .

Menurut hukum Gauss Besarnya kepadatan fluks elektrik yang menembus

setiap permukaan tertutup sama dengan muatan total yang dilingkupi oleh

permukaan tersebut dapat dihitung dengan persamaan

A

Q D = 2.1

dengan

Q = besar muatan dalam coloumb

A = Luas penampang 2m

Intensitas medan magnet mendapat pengaruh dari permeabilitas bahan dan fluks.

Sehingga E dapat dihitung dengan persamaan

r

D E

ε ε ⋅=

0

2.2

dengan

0ε = permeabilitas ruang hampa

r ε = permeabilitas bahan


24/143

9

Kapasitansi yang dihasilkan dari kedua plat sejajar adalah

V

QC = 2.3

dengan

V = besarnya tegangan antara kedua plat sejajar

A

Qd V

r oε ε = 2.4

Dengan menggunakan persamaan 2.3 dan 2.4 didapatkan

d

AC r o

⋅⋅=

ε ε 2.5

Akibat dari permeabilitas bahan yang berbeda-beda di diantara konduktor,maka akan menimbulkan tingkat kapasitansi yang berbeda-beda yang berbeda-

beda seperti ditunjukkan dalam persamaan 2.5. Hal ini dapat ditunjukkan dengan

beberapa variasi susunan permeabilitas bahan dalam konduktor sejajar sebagai

berikut

1. Besarnya kapasitansi dengan susunan permeabilitas bahan dibedakan

secara paralel seperti ditunjukkan pada gambar di bawah.

Gambar 2.2 Susunan Permeabilitas Secara Paralel

1 A

1ε 2ε d

2 A

Elektroda


25/143

10

Besarnya distribusi fluks dan intensitas medan masing-masing

permeabilitas ditunjukkan oleh gambar berikut


Pada Permeabilitas 1ε

Sumber : [1]


Pada Permeabilitas 2ε

Sumber : [1]

Pada konfigurasi yang seperti ini tegangan ( )V pada kedua konduktor

adalah sama adalah sama sehingga

d

V E E == 21

Karena permeabilitas bahan berbeda maka

nr or o

d

V E D 1111 ε ε ε ε ==

d

V E D

r or o 2222

ε ε ε ε ==


26/143

11

11 sn D ρ = ; 22 sn D ρ =

Maka Muatan Total adalahQ

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ +=+= d

A

d

AV A AQ r or oss 22112211

ε ε ε ε ρ ρ 2.6

Besarnya Kapasitansi total adalah

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ +=

d

A

d

A

V

Q r or o 2211 ε ε ε ε

2.721 C C +=

Untuk susunan seperti persamaan 2.7 dalam equivalent rangkaian listrik adalah

1C 2C

Gambar 2.5 Equivalent Rangkaian Listrik Persamaaan 2.7


27/143

12

2. Besarnya kapasitansi dengan susunan permeabilitas bahan sebagai berikut

Susunan permeabilitas bahan adalah berbeda secara seri ditunjukkan pada

gambar 2.6 dibawah.

Gambar 2.6 Susunan Permeabilitas Secara Seri

Besarnya distribusi fluks dan intensitas medan masing - masing

permeabilitas ditunjukkan oleh gambar berikut


Pada Permeabilitas1ε & 2ε .

Sumber : [1]

Pada konfigurasi yang seperti ini besar muatan yang mengalir pada setiap

permeabilitas adalah sama pada sehingga

A

Q E

r o 1

1ε ε

= ; A

Q E

r o 2

2ε ε

=


28/143

13

Tegangan pada setiap permeabilitas adalah

A

Qd d E V

r o 1

1111

ε ε == ;

A

Qd d E V

r o 2

2222

ε ε ==

21 V V V +=

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +=

2211 /

1

/

1

d Ad AQ

r or o ε ε ε ε 2.8

Besarnya Kapasitansi total adalah

Q

V

C tot =

1

2211 /

1

/

1

d Ad A r or o ε ε ε ε +=

21

11

C C += 2.9

Untuk susunan persamaan 2.9 seperti diatas dalam equivalent rangkaian

listrik ditunjukkan seperti gambar dibawah

1C

2C

Gambar 2.8 Equivalent Rangkaian Listrik Persamaaan 2.9


29/143

14

2.3 MEKANISME TERJADINYA PARTIAL DISCHARGE (PD)

Proses pembuatan pada isolator diharapkan memberikan distribusi stres

elektrik secara merata dari elektroda bertegangan. Hal tersebut sangat sulit untuk

dicapai karena dalam setiap pembuatan bahan isolasi tetap menghasilkan rongga

didalamnya. Mekanisme terjadinya PD salah satunya disebabkan oleh adanya

celah atau rongga pada bahan isolasi.

Pada bahan isolasi cair rongga yang terjadi berbentuk gelembung udara,

sedangkan pada bahan isolasi padat, rongga yang terdapat pada bahan isolasi

tersebut biasanya diisi oleh udara/gas yang mempunyai permeabilitas bahan lebih

rendah dari sekelilingnya. Mekanisme terjadinya PD dapat dijelaskan lebih

mendalam dengan menggunakan ilustrasi seperti pada gambar 2.9, pada rongga

udara yang terdapat pada bahan isolasi ini terjadi efek kapasitansi secara sebagian.

Efek kapasitansi yang terjadi mempunyai kekuatan bahan yang lebih rendah,

sehingga menyebabkan intenstas medan yang lebih besar pada rongga tersebut.

Intensitas medan yang besar ini bisa menyebabkan busur api. Busur api ini

menandakan loncatan muatan pada rongga tersebut. Selanjutnya Busur api akan

teredam dan mulai melakukan pengisian muatan sampai menemukan rongga lagi

untuk melepasnya kembali. Fenomena pelepasan muatan yang singkat dan

pengisian yang lama ini terjadi secara berulang seperti ini disebut sebagai

peluahan sebagian ( partial discharge). Apabila terjadi secara terus menerus maka

akan dapat merusak bahan isolasi.

Gambar 2.9 Gelembung Udara Pada Permeabilitas Bahan

Sumber : [2]


30/143

15

Analisis Partial Discharge pada bahan isolasi dapat dilakukan dengan

menggunakan rangkaian ekivalen. Rangkaian ekivalen yang terjadi ditunjukkan

oleh gambar 2.10 dimana partial discharge disebabkan oleh rongga yang berada di

dalam sistem isolasi.

Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen PD

Sumber :[3]

Pada gambar diatas jarak antar elektroda atau lebar celah yang diisi bahan isolasi

adalah sebesar (d), dengan luas area sebesar A dan lebar rongga udara yang terjadi

adalah t. adalah representasi kapasitansi dari rongga, sedangkan adalah

kapasitansi dielektrik yang rusak akibat rongga, dan adalah kapasitansi dari

dielektrik yang tidak terkontaminasi celah.

cC bC

aC

Dengan menggunakan persamaan 2.5 dan permeabilitas rongga berisi udara

adalah 1 maka nilai dapat dihitung dengan persamaanc

C

t

AC oc

⋅= ε

2.10

Sedangkan dihitung dengan persamaanb

C

t d

A

C

r o

b−

⋅⋅=

ε ε

2.11

dengan

11210854.8 −−= Fm xoε

r ε = permitivitas relatif bahan

Dengan menganalisis gambar 2.10

a

cb

b

c V

C C

C V ⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+= 2.12


31/143

16

Dengan melakukan substitusi persamaan 2.10 dan 2.11 ke dalam 2.12 maka

didapatkan persamaan

⎟ ⎠ ⎞⎜

⎝ ⎛ −⋅+

=

11

1t

d

V

V

r

a

c

ε

2.13

Maka Intensitas medan listrik yang melalui rongga dihitung dengan persamaanc

E

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ −⋅+

⋅=

11

1t

d

d E E

r

ac

ε

2.14

Dengan melakukan pendekatan d t


32/143

17

Pendekatan dilakukan dengan menganggap rongga berbentuk bola sehingga di

dapatkan persamaan

rcrc

ar

c

E

E ε ε

ε

⋅+

⋅⋅=

2

3

2.16

Dimana =rcε permitivitas relatif dari gas di dalam rongga

Ketikacr

ε ε >> maka persamaan menjadi

ac E E ⋅=2

3 2.17

Setiap kali peluahan elektrik terjadi di dalam rongga terjadi lompatan/

pemindahan muatan dari satu sisi ke sisi lain pada rongga sampai perbedaan

potensial di dalam rongga tidak memungkinkan untuk melakukan pemindahan

muatan tersebut. Ketika tegangan bolak-balik diterapkan pada bahan isolator,

proses pemindahan muatan/ peluahan sesuai dengan dengan kenaikan atau

penurunan tegangan. Hal ini menyebabkan rangkaian kejadian peluahan dengan

pemindahan muatan ke satu ataupun berbagai arah.

Gambar bentuk tegangan pada rongga, tegangan terapan, dan pengaruh yang

terjadi pada arus bisa dilihat pada gambar 2.11

Gambar 2.11 Gambar Grafik Tegangan Terapan, Rongga Dan Arus Keluaran

Sumber: [3]

aV = tegangan terapan (sumber) = Tegangan Ambang+V

cV = tegangan rongga i = grafik arus keluaran


33/143

18

cV merupakan kurva tegangan pada rongga apabila tidak terjadi peluahan di

dalam rongga. Kenaikan tegangan menyebabkan juga menjadi naik hingga

mencapai nilai kemudaian terjadi lompatan muatan. Lompatan muatanmenyebabkan jatuhnya tegangan sampai pada titik tertentu dimana perbedaan

potensial tidak bisa untuk memindahkan muatan. kembali meningkat sejalan

dengan kenaikan tegangan terapan hingga mencapai nilai dimana tegangan

terapan terjadi kembali. Dalam hal ini peluahan terjadi selama periode naik positif

(+) pada tegangan sinusoidal. Sama halnya dengan periode naik negatif (-)

peluahan terjadi apabila tegangan rongga mencapai nilai . Bentuk gelombang

seperti gambar 2.11 terjadi apabila terdapat satu rongga tunggal pada bahan

isolasi. Hal tersebut dapat memberikan pengaruh berupa kelompok pulsa negatif

dan positif terhadap arus keluaran akibat kenaikan atau penurunan tegangan

secara sinusoidal.

aV cV

+

V

cV

cV

aV +V

−V

2.4 PENGARUH YANG TIMBUL AKIBAT PARTIAL DISCHARGE (PD)

Partial Discharge (PD) atau peluahan elektrik memberikan pengaruh

terhadap bahan-bahan isolasi baik padat cair ataupun gas. Pengaruh-pengaruh

yang ditimbulkan bersifat merusak dan apabila terjadi secara terus menerus bisa

mengakibatkan kegagalan sistem isolasi.

1.4.1 PENGARUH PADA BAHAN ISOLASI PADAT

Ketika pada rongga mengalami loncatan muatan, sisi yang saling

berhadapan pada rongga sesaat menjadi Anoda dan Katoda. Pada saat itu terjadi

tumbukan pada anoda oleh elektron yang mempunyai energi yang cukup untuk

melepaskan ikatan kimia bahan isolasi. Begitu pula terjadi pada katoda oleh ion

positif yang menyebabkan kerusakan dengan meningkatnya temperatur

permukaan dan ketidakstabilan suhu. Pengaruh lain pada bahan isolasi juga bisa

disebabkan oleh faktor dari luar, di antaranya dihasilkan oleh tumbukan-tumbukan

ion yang merusak lapisan kimia oleh O3 dan NO2 yang berasal dari lingkungan.

Hal tersebut akan mengakibatkan erosi secara perlahan serta akan memperbesar

rongga pada bahan isolasi.


34/143

19

Aktivitas PD dalam bahan isolasi padat akan membentuk beberapa

pengaruh diantaranya adalah

•

Pemohonan Elektrik

Pohon-pohon elektrik pertama diamati pada awal 1920 ketika

Perusahaan Commonwealth Edison mulai menerapkan pemasangan

kabel bawah tanah Pohon-pohon elektrik terdiri atas rangkaian saluran

saling behubungan atau lintasan peluahan dengan garis tengah berkisar

antara 1 – 10 mikron. Aktivitas peluahan pada rongga pada awalnya

terpusat pada lokasi-lokasi tertentu membuat rongga yang arahnya

mendalam pada permukaan. Rongga tersebut berkembang melebar

sepanjang permukaan isolasi dan energi peluahan di tiap ujungnya

makin meningkat. Dengan adanya stress elektrik membuat kenaikan

Intensitas medan listrik yang tinggi pada ujung rongga. Hal tersebut

membuat getaran pada permukaan bahan isolasi. Getaran yang

ditimbulkan menimbulkan keretakan dan membuat jalur seperti saraf

otak dendrit pada permukaan isolasi Gambar 2.12 menunjukkan suatu

pohon elektrik yang terjadi dari suatu ujung jarum di dalam bahan

isolasi poliester.

Gambar 2.12 Pohon Elektrik Pada Bahan Poliester Resin

Sumber : [3]

Proses yang tepat terjadinya pohon-pohon elektrik belum

diketahui secara pasti secara umum merupakan kombinasi pengaruh

mekanik dan temperatur.


35/143

20

• Pemohonan Air

Pada tahun 1960 konduktor tegangan tinggi yang dimulai

dibuat dengan menggunakan polietilena sebagai bahan isolasi. Pada

saat itu banyak sekali terjadi gangguan pada pemakaian konduktor

tersebut yang berada pada lingkungan-lingkungan lembab seperti di

sekitar sungai-sungai. Hal ini disebabkan dengan ditemukan peresapan

air sedang menyebar keseluruh bagian melalui lapisan pelindung

isolasi. Isolasi Polietilena tersebut ternyata mempunyai sifat dapat

menyerap air. Penemuan kerusakan polietilena oleh peluahan elektrik

pada isolasi padat yang mengandung uap air dikenal sebagai

pemohonan air. Pemohonan air bisa menyebabkan suatu kerusakan di

dalam bahan isolasikarena merupakan gejala awal pemohonan elektrik

yang bisa mempercepat kegagalan.

Contoh pemohonan air tampak pada gambar 2.13 dan 2.14

.

Gambar 2.13 Pemohonan Air Menyebar Gambar 2.14 Pemohonan Air

Sumber : [3] Dasi Kupu-Kupu

Sumber : [3]


36/143

21

• Jejak Elektrik

Jejak Elektrik adalah pembentukan suatu alur yang permanen

yamg bisa menjembatani permukaan bahan isolasi. Jejak Elektrik bisa

mengakibatkan kerusakan karena menghasilkan proses karbonisasi

pada permukaan bahan isolasi.

Kebanyakan peralatan tegangan tinggi di dalam sistem

pembangkit dan industri berada di luar (out door). Udara luar seperti

pada lingkungan pesisir pantai yang banyak mengandung garam,

pegunungan yang mengandung sulfur merupakan polutan yang bisa

mengakibatkan terjadinya jejak elektrik. Polutan tersebut melapisi

bahan isolasi sehingga menyebabkan arus bocor pada permukaan

bahan. Arus bocor tersebut akan menghasilkan proses karbonisasi yang

menyebabkan kerusakan pada peralatan.

2.4.2 PENGARUH PADA BAHAN ISOLASI CAIR

Bahan Isolasi ada yang berbentuk Zat cair. Bahan isolasi berbentuk cairan

ini selain bisa bermanfaat untuk isolasi juga bisa bermanfaat sebagai media dalam

sistem pendinginan. Cairan ini bisa digunakan sebagai media dalam sistem

pendinginan karena sifatnya yang mengikuti bentuk dan ruang untuk mengambil

panas dari konduktor secara konveksi untuk dialirkan kepada radiator.Cairan yang

biasa digunakan adalah minyak mineral, bahan tersebut digunakan pada

transformator dan peralatan tegangan tinggi lainnya. Pada penggunaan cairan ini

yang perlu diperhatikan adalah kemurniannya karena bahan ini mudah melarutkan

polutan serta apabila kebocoran yang terjadi dapat mengganggu lingkungan.

Belum ada teori yang bersifat umum mengenai bagaimana kerusakanterjadi di dalam bahan isolasi cair. Banyak sekali perbedaan pandangan

adakalanya sebagai pelengkap dan berlawanan terhadap karakteristik. Banyak

faktor-faktor yang mempengaruhi seperti temperatur bahan; tekanan statis dalam

sistem; kemurnian bahan; bidang, bentuk dan material electroda; kondisi

permukaan; ukuran dari celah; secara langsung mempengaruhi karakteristik yang

terukur dari bahan isolasi cair. Oleh karena itu karakteristik ini, khususnya kuat

dielektrik, tidak bisa digambarkan dengan hanya nilai kuantitas bahan tersebut.


37/143

22

Kondisi-kondisi test harus digambarkan secara detil jika suatu nilai kuantitas

menunjukkan sifat bahan tersebut.

Secara umum ada unsur-unsur yang dalam praktek, biasanya yang

dihubungkan dengan proses-proses kegagalan. Unsur –unsur tersebut diantaranya

adalah :

• Partikel

Dalam sistem tegangan tinggi di mana isolasi cair digunakan

untuk pendinginan menggunakan penyaring untuk memisahkan atau

membersihkan dari polutan. Bahan isolasi cair tidak mungkin benar-

benar murni dari polutan meskipun dalam keadaan baru sekalipun.

Udara sekitar dan debu serta penggunaan serat kayu sebagai

konstruksi dalam peralatan seperti di dalam transformator merupakan

polutan yang terjadi dalam bahan isolasi cair.

Apabila diterapkan medan listrik di dalam isolasi cair maka

muatan akan terpolarisasi. Jika permitivitas partikel 2ε lebih besar dari

bahan isolasi cair 1ε , maka akan timbul suatu gaya. Besarnya gaya

tersebut dihitung dalam persamaan

2

21

123

22

1 E r F ⋅

+⋅

−⋅⋅=

ε ε

ε ε 2.18

gaya pada persamaan tersebut akan bertambah jika partikel tersebut

lembab akibat permitivitas air. Sehingga menyebabkan ∞→2ε dan

persamaan menjadi

23

2

1 E r F ⋅⋅= 2.19

Gaya tersebut akan menarik Partikel-partikel untuk membentuk

jembatan elektroda yang bisa menyebabkan kegagalan isolasi.

Banyak penelitian tentang pergerakan partikel dalam bahan isolasi

cair tetapi tidak akurat akan besarannya dalam hubungannya dengan

kekuatan bahan. Bagaimanapun juga polutan tersebut mempengaruhi

dari kekuatan bahan isolasi cair.


38/143

23

• Air

Air tetap muncul keberadaannya di dalam bahan isolasi cair. Air

tersebut berasal dari lingkungan ataupun disebabkan oleh kerusakan

akibat oksidasi dari bahan isolasi cair. Pada umumnya kandungan air

tidak boleh lebih dari 20 ppm (part per million). Bahan isolasi cair

dengan kandungan air lebih dari 20 ppm maka di dalam medan listrik

akan menghasilkan gelembung yang bisa menyebabkan lemahnya

kekuatan isolasi. Kekuatan isolasi tersebut menjadi tidak stabil dan

bisa mengakibatkan kegagalan.

• Gelembung Udara

Gelembung Udara dibentuk pada celah atau retakan pada permukaan

elektroda disebabkan oleh

• Pemisahan dari partikel zat cair menghasilkan produk gas.

• Penguapan akibat peluahan yang terjadi.

Medan listrik akan menghasilkan stress pada bahan isolasi cair.

Munculnya gelembung udara akan menimbulkan peluahan-peluahan

elektrik yang bisa melepas ikatan kimia dari bahan isolasi dan

menurunkan kekuatan bahan untuk menjadi kegagalan.

2.4.3 PENGARUH PADA BAHAN ISOLASI GAS

Pada isolasi Gas Pengaruh PD diawali oleh peristiwa korona. Peristiwa

korona terjadi ketika suatu isolasi gas dilalui suatu medan listrik yang seragam

menimbulkan ionisasi yang merupakan gejala awal terjadinya kegagalan.

Kemudian pada medan yang tidak seragam akan menyebabkan terjadinya

peluahan yang akan berlangsung lama dan akhirnya terjadi kegagalan isolasi.

Ionisasi pada sistem isolasi gas ini yang menyebabkan kekuatan

material menjadi berkurang. Pada bahan isolasi gas tidak tampak adanya

bekas cacat ataupun tanda seperti pada bahan isolasi lainnya, tetapi adanya

desis merupakan gejala awal yang harus diperhatikan apabila menggunakan

isolasi gas.


39/143

24

2.5 HIPOTESA

Penelitian tentang PD sudah banyak dilakukan untuk mengetahui

karakteristik dan kualitas serta kekuatan bahan serta cara-cara mendeteksinya.

Beberapa penelitaian tentang PD yang sudah dillakukan adalah

1. Penelitian Deteksi PD pada konduktor saluran tegangan menengah. Hal

ini dilakukan untuk mengantisipasi adanya kegagalan sejak awal pada

saluran distribusi. Penelitian ini dilakukan dengan membuat rongga tiruan

dan variasi diameter rongga pada bahan isolasi yang digunakan sebagai

interpretasi dari void bahan isolasi serta menganalisis gelombang keluaran

pulsa PD yang terjadi dari penerapan tegangan AC. Penelitian ini

menghasilkan bahwa variasi besar diameter rongga menghasilkan tingkat

tegangan tembus yang berbeda-beda. [4]

2.

Penelitian Deteksi PD pada saluran tegangan menengah juga dilakukan

pada sambungan konduktor. Hal ini dilakukan dengan melakukan deteksi

rongga yang dihasilkan pada sambungan dengan penerapan tegangan AC.

Penelitian tersebut menghasilkan bahwa pada sambungan yang tidak

sempurna akan memperlebar rongga dan mempengaruhi nilai tegangan

tembus yang terjadi. [3]

3.

Analisis gelombang Korona, PD, pada kubikel dengan dilapisi bahan

isolasi. Penelitian dilakukan dengan menganalisis gelombang korona, PD

dari berbagai bahan isolasi seperti vernis, resin dan tanpa isolator.

Penelitian ini menghasilkan tingkat tegangan tembus berbeda-beda dari

bahan isolasi yang digunakan. [1]

4. Analisis gelombang Korona, PD, pada kubikel dengan dilapisi bahan

isolasi. Penelitian dilakukan dengan menganalisis gelombang korona, PDdari berbagai bahan isolasi seperti vernis, resin dan tanpa isolator dengan

menggunakan metode RIV (Radio Interference Voltage). Metode ini

menggunakan analisis desis suara yang dihasilkan oleh gelombang PD

yang terjadi. Penelitian ini menghasilkan tingkat tegangan tembus

berbeda-beda dari bahan isolasi yang digunakan. [5]


40/143

25

5. Karakteristik tegangan tembus dari minyak goreng yang merupakan

fungsi dari temperatur sebagai pengganti isolasi cair minyak trafo.

Penelitian dilakukan dengan menguji tingkat tegangan tembus bahan

isolasi cair minyak goreng dengan fungsi dari kenaikan temperatur dan

dibandingkan dengan isolasi pada minyak transformator. Penelitian ini

menghasilkan tegangan tembus pada minyak goreng lebih tinggi dari

minyak trafo sehingga bisa digunakan sebagai bahan pengganti isolasi

cair pada peralatan tersebut. [6]

6. Deteksi PD pada stator generator. Hal ini dilakukan karena adanya

ketidakhomogenitas isolasi pada stator generator. Penelitian dilakukan

dengan menganalisis pulsa PD yang terjadi dan estimasi umur bahan

isolasi stator generator. Penelitian ini menghasilkan estimasi umur

pemakaian bahan isolasi dari analisis pulsa PD yang dihasilkan. [7]

7. Diagnosis dari isolasi transformator daya. Hal ini dilakukan karena umur

peralatan yang makin menua sejalan dengan pemakaian dilapangan.

Diagnosis peralatan dapat dilakukan pada setiap bagian maupun secara

keseluruhan. Analisis gas dan isolasi cair berguna memberikan informasi

tentang penyebab kegagalan yang berbeda-beda. Analisis kelembaban

dilakukan dengan menggunakan sensor dan metoda Furan. Analisis PD

digunakan untuk pendeteksian kegagalan dan memungkinkan untuk

menentukan sumber penyebabnya. Penelitian ini menghasilkan suatu

kesimpulan bahwa parameter isolasi memberi banyak informasi tentang

kondisi aktual transformator daya. [8]

8. Pengujian lapangan pada taksiran isolasi transformator. Hal ini dilakukan

untuk melakukan akusisi data kondisi transformator dengan melakukan pengukuran dielektrik. Cara pengujian yang umum yaitu dengan domain

waktu dan domain frekwensi sedangkan pada penelitian ini menggunakan

pengukuran polarisasi dan depolarisasi arus. Penngukuran dilakukan pada

transformator 100-800 MVA dengan berbagai kondisi seperti hujan, dekat

dengan medan korona. Pada penelitian ini menghasilkan sensitivitas

pengukuran dengan tingkat kesalahan 0.5 %. [9]


41/143

26

9. Aplikasi dari pertimbangan berdasarkan kasus dalam diagnosa kegagalan

transformator daya. Hal ini dilakukan karena penurunan effisiensi

transformator yang mengakibatkan terjadinya kegagalan. Tujuan

dilakukannya penelitian ini adalah mengurangi kegagalan yang terjadi

akibat diketahuinya kondisi awalnya. Penelitian ini dilakukan dengan cara

mengakusisi data dari berbagai kasus, sehingga dapat kerusakan yang

ditimbulkan dari kegagalan yang diawali dengan gejala serupa dapat

diantisipasi dengan baik. Penelitian ini menggunakan analisis data

berdasarkan pada hasil pengujian ( Dissolve Gas Analyst ) DGA pada

transformator daya. Hasil penelitian ini ialah didapatkannya pemetaan

kegagalan sehingga membantu diagnosis kegagalan dan penanganannya

dengan cepat dan tepat. Pada penelitian ini dibuktikan juga bahwa metoda

ini bisa melengkapi kelemahan sistem jaringan saraf ataupun fuzzy dalam

penggunaannya sebagai analisis transformator daya. [10]

Penelitian yang sudah ada tersebut sangat mendukung analisa pola dan

tingkat PD dalam menilai kondisi transformator daya. Pada penelitian yang sudah

dilakukan didapatkan karakteristik berbagai bahan isolasi dari tingkat tegangan

tembusnya dan tingkat PD yang terjadi. Transformator daya merupakan peralatan

yang menggunakan bahan isolasi yang tersusun secara kompleks yaitu isolasi

padat pada belitan yang terendam di dalam isolasi cair. Penelitian yang sudah ada

membantu mengarahkan analisis dari susunan material isolasi yang ada di dalam

transformator. Penilaian kondisi di dalam penelitian ini dilakukan dengan

menggunakan analisa pertimbangan terhadap kasus. Analisa ini dilakukan dengan

menggunakan hasil data pengolahan hasil pengujian partial dischargetransformator daya. Pengolahan data yang dilakukan berdasarkan pengolahan

satistik yaitu dengan menggunakan uji korelasi dan mencari seberapa besar

pengaruh variabel tegangan terhadap tingkat PD. Hasil dari analisis pertimbangan

terhadap kasus tersebut adalah pemetaan kegagalan yang bisa mempengaruhi

kualitas transformator daya yang diperoleh dari karakteristik PD yang terjadi

pada peralatan tersebut.


42/143

BAB III

PENGUJIAN PD DAN

PENGOLAHAN DATA HASIL PENGUJIAN

3.1 UMUM

Penulisan Tesis Analisa Pola dan tingkat PD dalam menilai dalam menilai

kondisi transformator daya dilakukan dengan melakukan pengujian PD

transformator dan pengumpulan data hasil pengujian.

Pengujian PD dilakukan dengan menerapkan variasi tegangan AC pada

transformator. Penerapan variasi tegangan dilakukan untuk menguji kemampuan

kekuatan isolasi terhadap kenaikan dari tegangan. Penerapan tegangan tersebut diatur

sedemikian rupa sehingga masih didalam interval kemampuan isolasi transformator.

Setiap kenaikan tegangan tersebut diambil data besaran peluahan dan pola yang

terjadi.

Pengujian dilanjutkan dengan melakukan penerapan tegangan tesebut dalam

beberapa interval waktu. Penerapan tegangan ini dilakukan untuk menguji ketahanan

isolasi pada tingkat tertentu. Penerapan tegangan yang dipakai biasanya sebesar 1.5 p.u (per unit) dari tegangan nominal transformator daya. Pada interval waktu tertentu

diambil data besaran dan pola peluahan yang terjadi.

Selanjutnya dilakukan investigasi terhadap hasil pengujian yang

diidentifikasikan sebagai kondisi ketidaknormalan transformator. Setelah ditemukan

penyebab terjadinya peluahan tersebut transformator daya diperbaiki dan dilakukan

pengujian ulang seperti sebelumnya supaya didapatkan pola dan besaran PD sesuai

standard yang ada.

Universitas Indonesia27 Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009


43/143

28

Data di dalam penulisan tesis ini diambil dari beberapa transformator yang

didentifikasikan bermasalah pada saat pengujian. Peralatan tersebut merupakan

transformator baru buatan PT Pauwels Trafo Asia tahun 2008. Data peralatan yang

diambil sebagai bahan penulisan tesis ini berjumlah 3 buah yang mempunyai

Spesifikasi sebagai berikut:

1. Transformator 1

Serial : S0468

Rating : 150/31.5 kV

Kapasitas Daya : 90 MVA

2. Transformator 2

Serial : S0465

Rating : 110/33 kV


3. Transformator 3

Serial : X0917

Jenis : 150/20 kV


Universitas Indonesia Analisis pola ..., Ari Muladi, FT UI, 2009


44/143

29

Urutan kerja analisa pola dan tingkat PD dalam menilai kondisi transformator daya

ditunjukkan dalam diagram alir pada gambar

PERSIAPAN

PENGUJIAN

MULAI

PENGUJIAN

PENERAPAN

TEGANGAN PADA

WAKTU TERTENTU

PENGAMBILAN DA TA

POLA DAN TINGKATAN

SELESAI

ANA LISA

PENGUMPULAN DATA

SEBELUM/SESUDAH

PERBAIKAN

INVESTIGASI

PERBAIKAN

TERIDENTIFIKASI

BERMASALAH

I

II

KESIMPULAN

PENGUJIAN DENGAN

VARIASI TEGANGAN

PENGAMBILAN DA TA

POLA DAN TINGKATAN

Gambar 3.1 Diagram Alir Metodologi Penelitian



45/143

30

3.2 PROSEDUR PENGUJIAN

3.2.1 Mekanisme Sebelum Pengujian

Sebelum melakukan pengujian banyak hal yang harus dipersiapkan

supaya didapatkan hasil yang tepat dalam melakukan pengujian. Persiapan

– persiapan yang dilakukan adalah dengan melakukan kalibrasi dan

persiapan peralatan yang dipakai untuk pengujian.

3.2.1.1 Rangkaian Pengujian Tingkat PD Transformator Daya

Pengidentifikasian Pola dan tingkat PD dilakukan dengan melakukan

pengujian transformator. Koneksi rangkaian pendeteksi pada rangkaian

pengujian PD transformator ada 2 macam yaitu Zm (measuring impedance)

terhubung pada fasilitas tap pada bushing ataupun dengan bantuan kapasitor

kopling (apabila bushing tidak terdapat fasilitas tap).

Koneksi rangkaian pengujian bisa terlihat dalam gambar 3.1 dan 3.2 di

bawah ini.

Gambar 3.2 Rangkaian Pengujian tingkat PD

menggunakan kapasitor kopling

sumber : [11]



46/143

31

Gambar 3.3 Rangkaian Pendeteksian tingkat PD

Menggunakan fasilitas Tap pada bushing

Sumber : [11]

Transformator bekerja dengan memberikan tegangan pengujian pada

sisi belitan teganggan rendah. Besarnya tegangan pengujian bervariasi yaitu

antara 1- 2 P.U (Per Unit) menggunakan frekwensi 100 Hz. Penggunaan

frekwensi ini dimaksudkan menjaga naiknya jumlah garis gaya magnet

(Flux) supaya rugi-rugi pada inti transformator menjadi tidak besar yang

berakibat kerusakan pada inti transformator.

Dalam persamaan besarnya flux yang mengalir melalui inti ditunjukkan

N f

e

⋅

⋅=

225.0φ ...................................................................................... 3.1

Rugi-rugi pada inti ditunjukkan

n

maksh B f k W ⋅⋅= 1 ............................................................................. 3.2



47/143

32

Penjelasan bagan gambar 3.2 di atas adalah sebagai berikut

• Penggunaan filter Z untuk mereduksi interferensi gangguan yang

disebabkan oleh peralatan sumber.

• Penggunaan pulse generator sebagai pengkalibrasi detektor PD yang

akan digunakan.

• Pendeteksian pola PD dilakukan dengan menghubungkan tap

bushing transformator ataupun kapasitor kopling pada Zm

(Measuring Impedance) melalui kabel yang mempunyai induktansi

rendah dengan jarak yang sedekat mungkin. Kemudian pada ujung

bushing diberi pelindung untuk mengurangi interferensi corona dari

udara yang kan mengganggu pengukuran discharge. Kemudian Zm(Measuring impedance) dihubungkan pada pendeteksi PD untuk

ditampilkan pada osiloskop dan diukur dengan voltmeter yang ada

pada detektor.

3.2.12 Prosedur Kalibrasi

Sebelum proses kalibrasi dilakukan harus dipastikan peralatan sudah

siap sesuai dengan koneksi rangkaian seperti yang ditunjukkan oleh gambar

diatas, serta tidak diperbolehkan mengubah rangkaian setelah proses

kalibrasi.

Proses kalibrasi yang dilakukan diantaranya adalah

1. Kalibrasi Tegangan Uji

Kalibrasi tegangan uji dilakukan untuk mensinkronkan dari

keluaran tegangan pengujian dengan pendeteksi tegangan atau

untuk mengukur sensitivitas dari pendeteksi tegangan. Kalibrasi

Tegangan uji juga bisa melindungi bushing transformator dari

tegangan lebih sehingga bisa menentukan besarnya tegangan

pengujian agar tidak melebihi kemampuan dari peralatan.



48/143

33

2. Kalibrasi Tingkat PD

Kalibrasi ini dilakukan untuk melakukan pengujian sensitifitas

peralatan dan mengetahui besarnya gangguan-gangguan dalam

pengukuran PD. Kalibrasi dilakukan dengan menerapkan nilai PD

yang ditentukan pada generator pulsa PD kemudian dibandingkan

dengan pembacaan pada alat.

3. Pengukuran Kapasitansi dari Terminal

Pengukuran ini dimaksudkan untuk menguji sensitifitas dari

detektor, dilakukan dengan membandingkan pengukuran pada

kriteria tertentu.

3.2.2 Pengidentifikasian Pulsa PD

Pengidentifikasian dilakukan dengan mengumpulkan informasi sebanyak-

banyaknya tentang karakteristik dari peluahan elektik. Pengumpulan informasi

ini dimaksudkan untuk dapat membedakan sifat alami dari tanggapan peluahan

elektrik dengan gangguan. Gangguan yang dimaksudkan ini beraneka macam

salah satunya mungkin bisa disebabkan oleh derau dari lingkungan maupun

ketidaksempurnaan sistem.

Dalam melakukan pengidentifikasian tersebut menggunakan sumber

tegangan bolak-balik sebagai masukan dalam rangkaian pengujian. Tanggapan

dari penerapan tegangan uji tersebut diterima oleh osiloskop. Hasil tampilan

pada osiloskop tersebut dianalisa berdasarkan tampilan yang ada serta dengan

membandingkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya.

Dalam menganalisa pengidentifikasian peluahan elektrik tersebut terdapat

beberapa Pola Penyajian Peluahan Elektrik. Pola penyajian tanggapan

karakteristik peluahan elektrik ditunjukkan dalam berbagai bentuk diagram.

Bentuk-bentuk diagram yang digunakan diantaranya adalah bentuk elips dan



49/143

34

sinusoidal, kedua diagram ini digunakan sebagai representasi dari tegangan

masukan.

Contoh diagram tersebut ada pada gambar 3.3 dan 3.4 dibawah ini.

Gambar 3.4 Diagram Elips Gambar 3.5 Diagram Sinusoidal

Sumber : [12] Sumber : [12]

Pola peluahan elektrik disajikan dalam bentuk pulsa, oleh sebab itu lebar

pulsa pada detektor peluahan elektrik sangat menentukan bentuk diagram yang

ditampilkan. Gambar 3.5 dan 3.6 menampilkan bentuk pulsa yang terjadi pada

detektor dengan pulsa lebar (wideband) pada diagram elips dan sinusoidal dan

gambar 3.7 merupakan tampilan detektor dengan pulsa sempit (narrowband).

Gambar 3.6 Tampilan Wideband Detector Gambar 3.7 Tampilan Wideband

Pada Diagram Elips Detector Pada

Diagram Sinusoidal




50/143

35

Gambar 3.8 Tampilan Narrowband Detector

Pada Diagram Elips

Sumber : [12]

Beberapa contoh Pola-pola PD dan penyebarannya dalam diagram elips

tampak pada beberapa gambar di bawah ini.

Gambar 3.9 Pola PD di Kuadran 1 dan 3 Gambar 3.10 Pola PD di kuadran 1 dan 3

Penyebaran secara Acak Dengan penyebaran merata




51/143

36

Gambar 3.11 Pola penyebaran PD Gambar 3.12 Pola penyebaran PD

Pada Salah Satu pada Kedua Sisi

Sisi puncak Diagram (sisi Negatif) puncak Diagram


Gambar 3.13 Pola penyebaran PD pada kedua

Sisi dasar diagram (Tegangan 0)

Sumber : [12]



52/143

37

3.2.3 Pengujian Tingkat PD dengan Variasi Tegangan Uji

Pengidentifikasian secara langsung dari penyebab pada tanggapan

biasanya tidak dimungkinkan dengan melakukan observasi dan analisa pada

hasil yang di dapat pada tampilan osiloskop saja. Hasil tampilan dari osiloskop

meskipun memberikan banyak informasi tetapi tidak bisa memberikan

identifikasi yang tepat dalam mendiagnosa. Untuk mendapatkan diagnosa yang

tepat harus dihubungkan dengan beberapa pengujian seperti penerapan variasi

tegangan uji.

Variasi tegangan uji yang dilakukan adalah dengan menerapkan beberapa

tegangan pengujian seperti ditunjukkan oleh gambar 2.14 berikut. Pemilihan

Variasi tegangan uji tersebut tidak melebihi nilai dasar sistem isolasi ( BIL

Basic Insulation Level) sehingga tidak merusak sistem isolasi yang ada.

Pengujian dari variasi tegangan uji ini dilakukan sekaligus untuk mengetahui

nilai Inception dan Extinction Voltage.

Voltage Test

0

0.5

1

1.5

2

2.5

5 10 15

Time (minutes)

V o

Documents

digital_122208-T26020-Analisis pola-Lampiran.pdf