Pengujian Minyak Trafo

Salah satu laboratorium pengujian yang dimiliki oleh PLN Litbang adalah Laboratorium Kimia, yang melakukan pengujian terhadap minyak trafo, minyak pelumas dan lain-lain. Pada tanggal 01 Mei 2009, di Laboratorium Kimia sedang berlangsung pengujian terhadap minyak trafo, yang bertujuan untuk mengetahui kelayakan/memenuhi syarat atau tidak, minyak trafo tersebut sebagai media pendingan dan isolasi dalam trafo.

Item pengujiannya meliputi enam hal, yang mengacu pada standar IEC 60422 : 2005, yaitu :
1. Tegangan tembus, batas minimal yang ditolerir adalah 30 kV
2. Kadar air, < 25 ppm (sepersejuta) 3. Keasaman minyak trafo, < 0,3 m KOH/gram 4. Titik nyala/flash point, derajat penurunannya maksimal 10%, dengan satuan suhu oC 5. Sedimen, < 0,02% 6. Tegangan antar muka, < 22 mili N/m. Jika lebih besar dari angka tersebut, minyak trafo harus diganti, tidak boleh hanya di treathment saja. Enam item tersebut dilakukan terhadap minyak trafo yang dalam kondisi sedang digunakan dalam trafo, sedangnya untuk minyak trafo yang baru, ada item penambahan yang diuji, meliputi sebelas item, dimana salah satunya adalah viskositas (kekentalan), dengan batas maksimal 12 cSt. Untuk menjaga kendalan minyak trafo, perlu dilakukan pengujian setahun sekali, karena jika karakter minyak trafo sudah tidak sesuai standar, resikonya trip, sehingga listrik akan mengalami pemadaman.
1. Pendahuluan
Isolator adalah alat listrik yang dipakai untuk
menjalankan tugasnya mengisolasi didalam rangkaian
listrik. Alat ini mempunyai sifat atau kemampuan untuk
dapat memisahkan secara elektris dua buah penghantar
atau lebih yang berdekatan sehingga tidak terjadi
kebocoran arus atau dalam gradien yang tinggi tidak
terjadi loncatan api (flashover). Dengan demikian
bahan isolasi haruslah mempunyai kekuatan dielektrik
yang baik sehingga sifat hantarannya dapat ditiadakan.
Media dielektrik yang paling baik adalah ruangan
vakum yamg sifat hantarannya nol. Karena bahan
isolator minyak bukan dielektrik sempurna, maka
molekul-molekul yang terdapat pada bahan tersebut
tidak terikat erat tetapi masih terdapat elektron-elektron
yang dapat bergerak bebas atau dapat terlepas dari
ikatan akibat menerima beban tegangan dan
menimbulkan aliran arus bocor (leakage current) atau
arus yang mengalir melalui media elektrik. Isolator
minyak sebagian besar berasal dari minyak bumi atau
minyak mentah yang diolah secara khusus sehingga
mempunyai sifat–sifat sebagai isolator dan juga sebagai
pendingin. Isolator minyak mineral mudah didapat dan
murah dibanding isolator minyak lain (non minyak
bumi).
Isolator minyak sintetis seperti hidrokarbon sintetis,
ester, hidrokarbon aromatic khlorinat, dan sebagainya,
proses pembuatannya memakai reaksi kimia yang
sangat mahal dan rumit juga tidak mudah didapat unsur
kimianya. Kelebihan isolator minyak sintetis adalah
isolator jenis ini sederhana dalam pengoperasian
peralatannya. Isolator minyak, dalam hal ini minyak
transformator mempunyai unsur atau senyawa utama
yaitu hidrokarbon. Senyawa hidrokarbon yang utama
dari isolator minyak ini adalah senyawa hidrokarbon
parafinik, senyawa hidrokarbon naftenik, dan senyawa
hidrokarbon aromatik. Selain ketiga senyawa tersebut,
isolator minyak masih mengandung senyawa yang
disebut zat aditif (tambahan) meskipun kandungannya
sangat kecil.
Minyak pelumas ini jika dibandingkan dengan
minyak tranformator maka Minyak pelumas jenis
Mesran Super SAE 40 memiliki kekentalan yang lebih
tinggi dibandingkan dengan minyak trafo, hal ini sangat
memberi pengaruh pada kecepatan transfer panas yang
dimiliki, berdasarkan standar dari ASTM D-445 dan
IEC 296A, besar kekentalan minyak atau viskositas
kinematic yang dianjurkan adalah 16 eSt pada suhu
400C. Viskositas kinematik minyak trafo 10/85933 eSt.
Sedangkan viskositas kinematik dari minyak pelumas
Mesran Super SAE 40 adalah sekitar 145,22498 cSt.
Untuk minyak trafo yang berada dipasaran viskositas
kinematiknya bisa mencapai sekitar 110 eSt yakni
minyak trafo produksi Shell (Diala Shell HFX).
Penelitian dilaksanakan terhadap bahan minyak
lumas mesin jenis Mesran Super SAE 40 produk dari
Pertamina. Tujuan penelitian ini adalah untuk
mengetahui pengaruh suhu terhadap tegangan tembus
pada bahan pengujian. Diharapkan dari hasil penelitian
ini diketahui sifat yang dimaksud sehingga dengan
mempertimbangkan faktor-faktor lain, bahan ini bisa
merupakan alternatif untuk digunakan sebagai bahan
isolasi dan pendingin untuk transformator.
2. Landasan Teori
2.1. Isolator Cair
Isolasi cair memiliki dua fungsi yaitu sebagai
pemisah antara bagian yang bertegangan dan juga
sebagai pendingin sehingga banyak digunakan pada
peralatan seperti transformator, Pemutus Tenaga, switch
gear.
2.2. Minyak Trafo
Kegunaan minyak trafo adalah selain untuk bahan
isolasi juga sebagai media pendingin antara kumparan
kawat atau inti besi dengan sirip pendingin. Agar
minyak trafo berfungsi dengan baik, kualitas minyak
harus sesuai dengan standar kebutuhan, ditunjukkan
pada tabel 1.
Tabel 1. Standard Minyak sebagai isolasi pada transformator
a. viskositas <25 b. Titik Nyala > 130 derajat Celsius
c. kadar asam < 0.40 mg KOH/g d. tegangan tembus > 120 kV/cm
e. kotoran < 0.10 % 2.3. Mekanisme Ketembusan Isolasi Cair Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan, antara lain yang pertama adalah isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen. Kedua isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi. Ketiga isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge). Namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi. Beberapa macam faktor yang diperkirakan mempengaruhi ketembusan minyak transformator seperti luas daerah elektroda, jarak celah (gap spacing), pendinginan, perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak ), pengaruh kekuatan dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta kondisi pengujian atau minyak transformator itu sendiri juga mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator. Ketembusan isolasi (insulation breakdown, insulation failure) disebabkan karena beberapa hal antara lain isolasi tersebut sudah lama dipakai, berkurangnya kekuatan dielektrik dan karena isolasi tersebut dikenakan tegangan lebih. Pada prinsipnya tegangan pada isolator merupakan suatu tarikan atau tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya dalam isolator itu sendiri agar supaya isolator tidak tembus. Dalam struktur molekul material isolasi, elektronelektron terikat erat pada molekulnya, dan ikatan ini mengadakan perlawanan terhadap tekanan yang disebabkan oleh adanya tegangan. Bila ikatan ini putus pada suatu tempat maka sifat isolasi pada tempat itu hilang. Bila pada bahan isolasi tersebut diberikan tegangan akan terjadi perpindahan elektron-elektron dari suatu molekul ke molekul lainnya sehingga timbul arus konduksi atau arus bocor. Karakteristik isolator akan berubah bila material tersebut kemasukan suatu ketidakmurnian (impurity) seperti adanya arang atau kelembaban dalam isolasi yang dapat menurunkan tegangan tembus. 2.4. Sifat-Sifat Listrik Cairan Isolasi Sifat sifat listrik yang menentukan unjuk kerja cairan sebagai isolasi adalah: - Withstand Breakdown kemampuan untuk tidak mengalami ketembusan dalam kondisi tekanan listrik (electric stress ) yang tinggi. - Kapasitansi Listrik per unit volume yang menentukan permitivitas relatifnya. Minyak petroleum merupakan subtansi nonpolar yang efektif karena merupakan campuran cairan hidrokarbon. Minyak ini memiliki permitivitas kirakira 2 atau 2.5 . Ketidak bergantungan permitivitas subtansi nonpolar pada frekuensi membuat bahan ini lebih banyak dipakai dibandingkan dengan bahan yang bersifat polar. Misalnya air memiliki permitivitas 78 untuk frekuensi 50 Hz, namun hanya memiliki permitivitas 5 untuk gelombang mikro. - Faktor daya: Faktor dissipasi daya dari minyak dibawah tekanan bolak balik dan tinggi akan menentukan unjuk kerjanya karena dalam kondisi berbeban terdapat sejumlah rugi rugi dielektrik. Faktor dissipasi sebagai ukuran rugi rugi daya merupakan parameter yang penting bagi kabel dan kapasitor. Minyak transformator murni memiliki faktor dissipasi yang bervariasi antara 10-4 pada 20oC dan 10-3 pada 90oC pada frekuensi 50 Hz. - Resistivitas: Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resitivitasnya lebih besar dari109 W-m. Pada sistem tegangan tinggi resistivitas yang diperlukan untuk material isolasi adalah 1016 W-m atau lebih. (W=ohm) Berdasarkan standar yang dikeluarkan oleh ASTM yakni dalam standar D-877 disebutkan bahwa suatu bahan isolasi harus memiliki tegangan tembus sebesar kurang lebih 30 kV untuk lebar sela elektroda 1 mm, dengan kata lain kekuatan dielektrik bahan isolasi kurang lebih 30 kV/mm. Sedangkan menurut standar ASTM D-1816 suatu bahan isolasi harus mampu menahan tegangan sebesar 28 kV untuk suatu lebar sela elektroda sebesar 1,2 mm. Standar ini merupakan standar yang diterima secara internasional dan harus dipenuhi oleh suatu bahan yang dikategorikan sebagai suatu bahan isolasi.