Pengujian Kualitas Isolasi Trafo.

Pengujian Kualitas Isolasi Trafo.

Peralatan trafo tenaga merupakan bagian penting dalam jaringan tenaga listrik. Peralatan ini perlu untuk dijaga kondisinya agar dapat beroperasi optimal. Salah satu bagian penting yang dapat menggambarkan kondisi trafo secara keseluruhan adalah peralatan isolasi. Peralatan isolasi trafo terdiri dari isolasi cair (minyak) dan isolasi padat (kertas). Saat ini PT PLN telah melakukan beberapa pengujian untuk mengetahui kualitas isolasi trafo, yaitu :

a. Tegangan Tembus Minyak (Breakdown Voltage)

Merupakan pengujian untuk mengetahui pada tegangan berapa isolasi minyak trafo mengalami breakdown. Metode pengujian yang dapat dilakukan antara lain ASTM D-1816 dan ASTM D-877. Standar nilai hasil pengujian untuk kedua metode tersebut adalah [1]:

Metode	<68>	69 s/d 288 kV	>288 kV
ASTM D-1816 ( 1 mm)	23	26	26
ASTM D - 877 ( 1 mm)	26	30	30

Tabel 1. Standar hasil pengujian kekuatan dielektrik

Semakin tinggi nilai hasil pengujian tegangan tembus minyak, maka kekuatan isolasi minyak juga akan semakin tinggi. Tegangan tembus minyak mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya partikel-partikel hasil oksidasi dan kandungan air dalam minyak. Dalam membuat analisa kondisi isolasi, selain hasil pengujian kekuatan dielektrik harus diperhatikan juga kandungan air dan oksigen. Kombinasi antara dua zat ini dengan energi panas akan mengakibatkan kerusakan pada isolasi kertas sebelum nilai kekuatan dielektrik di bawah standar.

b. Tegangan Antar Permukaan (Interfacial Tension / IFT)

Adalah pengukuran tegangan antar permukaan minyak dengan air. Nilai IFT adalah besarnya daya yang dibutuhkan untuk menarik sebuah cincin kecil ke atas sejauh 1 cm melalui permukaan antara air dan minyak (ASTM D-971). Minyak yang bagus (baru) mempunyai nilai IFT antara 40 – 50 dyne/cm. Nilai IFT dipengaruhi oleh banyaknya partikel-partikel kecil hasil oksidasi minyak dan kertas. Oksidasi akan menghasilkan air dalam minyak, meningkatkan nilai keasaman minyak dan pada kondisi tertentu akan menyebabkan pengendapan(sludge). Standar hasil pengujian IFT menggunakan metode ASTM D-971 [7] adalah sebagai berikut

IFT	<69>	69 – 288 kV	288 kV
ASTM D-971	24	26	30

Minyak harus di reklamasi ketika nilai IFT mencapai 25 dyne/cm. Pada kondisi ini, minyak sudah banyak mengandung kontaminasi hasil oksidasi dan akan terjadi pengendapan.

c. Kandungan air dalam minyak (Water content)

Salah satu hal yang membahayakan trafo adalah kandungan air. Kandungan air dan oksigen yang tinggi akan mengakibatkan korosi, menghasilkan asam, endapan dan cepat menurunkan usia trafo. Dari hasil penelitian EPRI diperolah bahwa setiap peningkatan kandungan air 2 kali lipat pada temperatur yang sama akan menurunkan usia isolasi menjadi 0.5 kali. Kandungan air dalam trafo dapat berasal dari udara saat trafo dibuka untuk keperluan inspeksi, dan apabila terjadi kebocoran maka uap air akan masuk ke dalam trafo karena perbedaan tekanan parsial uap air.

Standar hasil pengujian kandungan air dalam minyak menggunakan metode ASTM D-1533 [2] adalah sebagai berikut :

Kandungan Air	<69>	69 – 288 kV	288 kV
ASTM D-1533	35	25	20

Tabel 2. Standar hasil pengujian kandungan air dalam minyak

Nilai diatas tidak sepenuhnya menjamin kondisi isolasi trafo. Karena kandungan air dalam minyak akan sangat berbahaya apabila mencapai 30% saturasi air dan minyak harus direklamasi. Untuk itu pada waktu pengambilan sampel minyak untuk pengujian kandungan air harus dicatat temperatur minyak trafo. Temperatur ini sangat diperlukan pada waktu melakukan analisa. Prosentase saturasi air dalam minyak dapat dilihat pada gambar berikut [3]:

Gambar 1. Prosentase saturasi air dalam minyak

Selain itu, kandungan air dalam minyak dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah kandungan air dalam kertas [1].

Temperatur (oC)	Air dalam minyak	Air dalam kertas
20	1	3000
40	1	1000
60	1	300

Tabel 3. Perbandingan distribusi air dalam minyak dan kertas.

Kandungan air pada kertas terutama terkumpul pada sepertiga belitan bagian bawah dimana suhu minyak rendah. Hal ini akan memungkinkan terjadinya flashover antar belitan.

d. Angka kenetralan (Neutralization Number / NN)

Merupakan jumlah kalium hidroksida (KOH) yang dibutuhkan (dalam mg) untuk menetralkan 1 gram minyak sample. Semakin banyak KOH yang dibutuhkan, maka semakin asam minyak dan semakin besar pula angka kenetralannya. Proses oksidasi pada kertas dan minyak akan menghasilkan asam. Kandungan asam dalam minyak mempercepat penurunan kondisi minyak dan kertas, yaitu :

- asam akan membentuk lebih banyak asam dari minyak dan kertas

- bereaksi dengan kertas menghasilkan air

- asam bersifat korosif terhadap logam dan akan membentuk lebih banyak partikel-partikel logam pada belitan dan bagian bawah tangki minyak.

Standar hasil pengujian angka kenetralan minyak dengan metode pengujian ASTM D-974 [7] adalah sebagai berikut :

Metode	<68>	69 s/d 288 kV	>288 kV
ASTM D 974	0.2	0.2	0.1

Tabel 4. Standar hasil pengujian angka keasaman

Berdasarkan hasil pengujian IFT dengan NN, dapat dibuat analisa lebih lanjut dengan membandingkan nilai keduanya [7]:

Kondisi Minyak	IFT	NN	IFT / NN
Bagus	30,0 – 45,0	0,00 – 0,10	300 – 1500
Proprosional A	27,1 – 29,9	0,05 – 0,10	271 – 600
Marginal	24,0 – 27,0	0,11 – 0,15	160 – 318
Jelek	18,0 – 23,9	0,16 – 0,40	45 – 159
Sangat jelek	14,0 – 17,9	0,41 – 0,65	22 – 44
Sangat sangat jelek	9,00 – 13,9	0.66 – 1,50	6 – 21
Rusak		> 1,51

Tabel 4. Nilai perbandingan IFT dengan NN

Dari hasil perbandingan di atas, apabila hasil pengujian IFT : 29,2 dyne/cm, NN : 0,3 dan IFT / NN : 96 maka minyak diklasifikasikan ke dalam kondisi jelek.

e. Flash point

Temperatur minimum dimana minyak menghasilkan uap yang cukup untuk dibakar bersama udara. Flash point merupakan indikator ketidakstabilan minyak. Minyak yang bagus mempunyai nilai flash point tinggi, nilai standar berdasarkan metode pengujian ASTM D-92 adalah 150^oC dan akan terus berkurang apabila kandungan air, oksigen, gas-gas terlarut meningkat dan ikatan rantai karbon minyak berkurang.

f. Warna

Untuk mendeteksi kecepatan penurunan atau kontaminasi yang serius. Nilai standar berdasarkan metode pengujian ASTM D-1500 adalah <3,5.>

g. Sludge.

Sludge dihasilkan oleh adanya oksigen dan kandungan air dalam minyak trafo. Sludge terutama terjadi pada belitan trafo bagian bawah dan terus meningkat. Slugde akan mengakibatkan suhu trafo naik pada beban yang dan hasil pengujian IFT akan mengalami penurunan.

Selain 7 macam pengujian di atas, ada beberapa pengujian on-line yang dapat dilakukan untuk memperkirakan kondisi kertas, yaitu:

a. Rasio CO/CO₂

Jumlah gas CO₂ dan CO dalam trafo meningkat seiring dengan peningkatan suhu operasi trafo. Berdasarkan hasil pengujian DGA menurut standar IEEE C57.104 [4], akumulasi gas CO₂ dan CO menggambarkan kondisi kertas yang dibedakan ke dalam 4 status seperti pada tabel berikut :

	CO2 (ppm)	CO (ppm)
Kondisi 1	0 - 2500	0 - 350
Kondisi 2	2501 – 4.000	351 - 570
Kondisi 3	4001 – 10.000	571 – 1.400
Kondisi 4	> 10.000	> 1.400

Tabel 5. Akumulasi gas CO₂ dan CO

Kondisi 1 adalah kondisi normal operasi sedangkan kondisi 4 kertas sudah mendekati kerusakan.

Apabila salah satu atau kedua gas telah mencapai kondisi 2 atau 3, maka rasio peningkatan jumlah CO₂/CO sangat membantu dalam menentukan kondisi isolasi padat. Pada trafo yang beroperasi pada beban dan suhu normal, hasil pengujian rasio pertambahan gas CO₂ akan 7 sampai 20 kali lebih besar dibanding CO. Kondisi normal ini dapat dipertimbangkan untuk ratio pertambahan mencapai 5. Apabila rasio kurang dari 5 disertai dengan pertambahan gas H₂, CH₄, C₂H₆ maka ada kemngkinan terjadi masalah di dalam trafo dan kertas mengalami penurunan kondisi yang cepat apabila rasio CO₂/CO kurang dari 3. Pada kondisi ini trafo mendekati kerusakan sehingga perlu dilakukan inspeksi internal pada isolasi kertas.

b. Furan

Pengujian furan dapat dilakukan apabila hasil pengujian rasio pertambahan CO₂/CO bernilai 3 atau kurang. Furan adalah molekul organic yang dihasilkan dari penurunan isolasi kertas akibat pemanasan berlebih, oksidasi dan asam. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian untuk 5 macam furan yang disebabkan oleh hal, yaitu :

- 5H2F (5 hidroksimetil 2 furaldehid) yang disebabkan oleh oksidasi

- 2FOL (2 fulfurol) disebabkan kandungan air yang tinggi pada kertas

- 2FAL (2 furaldehid) disebabkan oleh pemanasan berlebih

- 2ACF (2 Asetilfuran) disebabkan oleh petir

- 5M2F (5 Metil 2 Furaldehid) disebabkan oleh hotspot pada belitan.

Pada isolasi yang bagus, seharusnya jumlah keseluruhan furan yang terdeteksi kurang dari 100 ppb. Jika terjadi kerusakan pada kertas, maka hasil uji furan akan lebih dari 100 ppb sampai 70.000 ppb. Minyak harus direklamasi jika jumlah furan melebihi 250 ppb, karena kertas telah mengalami penurunan kondisi dan usia trafo berkurang. Hasil pengujian furan ini dikorelasikan dengan hasil pengujian IFT dan keasaman. Asam menyerang isolasi kertas menghasilkan furan dan akan menyebabkan IFT turun. Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik, analisa hasil pengujian dilakukan berdasarkan pada tren hasil pengujian bukan pada 1 hasil pengujian saja.

Hal yang perlu diperhatikan dalam menjaga kondisi isolasi trafo adalah kandungan gas oksigen. Gas ini sangat berbahaya karena menimbulkan oksidasi di dalam trafo. Oksigen di dalam minyak berasal dari adanya kebocoran dan penurunan kondisi isolasi. Beberapa ahli dan organisasi termasuk EPRI meyakini bahwa kandungan oksigen dalam lebih dari 2000 ppm akan mempercepat pemburukan kondisi kertas. Minyak harus di-treatment apabila kandungan oksigen mencapai 10.000 ppm.

Daftar Pustaka :

[1] Transformer Maintenance Guide, by J.J. Kelly, S.D. Myers, M. Horning, 2001.

[2] Reference Book on Insulating Liquids and Gases, Doble Engineering Company’s

[3] IEEE Guide for Diagnostic Field Testing of Electrical Power Apparatus. IEEE Standard 62-1995,

[4] Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed Transformers, IEEE Standard C57.104™

[5] Transformer Maintenance, FIST Vol 3-30, Bureau of Reclamation Colorado, 2000

[6] Transformer Diagnostics, FIST Vol 3-31, Bureau of Reclamation Colorado, 2003.

[7] A Guide to Transformer Maintenance, by J.J. Kelly, S.D. Myers, R.H. Parrish, 1981