Pendingin (Oil/Minyak) Pada Transformator, Circuit Breaker dan Kabel (Ilmu Bahan Semester1)

1.Minyak Pada Transformator

Definisi dan fungsi

Minyak transformator adalah cairan yang dihasilkan dari proses pemurnian minyak mentah. Selain itu minyak ini juga berasal dari bahan bahan organik, misalnya minyak piranol dan silikon, berapa jenis minyak transformator yang sering dijumpai dilapangan adalah minyak transformator jenis Diala A, diala B dan Mectrans.

Minyak transformator merupakan salah satu bahan isolasi cair yang dipergunakan sebagai isolasi dan pendingin pada transformator. Sebagian bahan isolasi minyak harus memiliki kemampuan untuk menahan tegangan tembus, sedangkan sebagai pendingin minyak transformator harus mampu meredam panas yang ditimbulkan, sehingga dengan kedua kemampuan ini maka minyak diharapkan akan mampu melindungi transformator dari gangguan.

Struktur

Minyak transformator mempunyai unsur atau senyawa hidrokarbon yang terkandung dalam minyak transformator ini adalah :

1.senyawa hidrokarbon parafinik.

2.senyawa hidrokarbon naftenik.

3.senyawa hidrokarbon aromatik.

Selain ketiga senyawa diatas minyak transformator masih mengandung senyawa yang disebut zat aditif meskipun kandungannya sangat kecil.Kenaikan suhu pada transformator akan menyebabkan terjadinya proses hidrokarbon pada minyak, nilai tegangan tembus dan kerapatan arus konduksi merupakan beberapa indikator atau variable yang digunakan untuk mengetahui apakah suatu minyak transformator memiliki ketahanan listrik yang memahami persyaratan yang berlaku.

No.	.            Sela (mm)	Teg.Tembus (kv)
1	2.5	23,868
2	5	40,906
3	7.5	58,782
4	10	69,466

Secara analisa kimia ketahanan listrik suatu minyak transformator dapat menurun akibat adanya pengaruh asam dan pengaruh  tercampurnya minyak dengan air. Untuk menetralisir keasaman suatuminyak transformator dapat menggunakan potas hidroksida (KOH). Sedangkan untuk menghilangkan kandungan air yang terdapat dalam minyak tersebut yaitu dengan cara memberikan suatu bahan higroskopis yaitu selikagel.

           

Standart Minyak

Dalam menyalurkan perannya sebagai pendingin, kekentalan minyak

transformator ini tidak boleh terlalu tinggi agar mudah bersikulasi, dengan demikian proses pendinginan dapat berlangsung dengan baik. Kekentalan relatif minyak transformator tidak boleh lebih dari 4,2 pada suhu 20oC dan 1,8 dan 1,85 dan maksimum 2 pada suhu 50oC. Hal ini sesuai dengan sifat minyak transformator yakni semakin lama dan berat operasi suatu minyak transformator, maka minyak akan akan semakin kental. Bila kekentalan minyak tinggi maka sulit untuk bersikulasi sehingga akan menyulitkan proses pendinginan transformator.

Adapun persyaratan yang harus dipenuhi oleh minyak transformator

adalah sebagai berikut.

1. Kejernihan

Kejernihan minyak isolasi tidak boleh mengandung suspensi atau endapan (sedimen).

2. Massa jenis

Massa jenis dibatasi agar air dapat terpisah dari minyak isolasi dan tidak melayang.

3. Viskositas kinematika

Viskositas memegang peranan penting dalam pendinginan, yakni untuk menentukan kelas minyak.

4. Titik nyala

Titik nyala yang rendah menunjukkan adanya kontaminasi zat gabar yang mudah terbakar.

5. Titik tuang

Titik tuang dipakai untuk mengidentifikasi dan menentukan jenis peralatan yang akan menggunakan minyak isolasi.

6. Angka kenetralan.

Angka kenetralan merupakan angka yang menunjukkan penyusutan asam minyak dan dapat mendeteksi kontaminasi minyak, menunjukkan kecendrungan perobahan kimia atau indikasi

perobahan kimia dalam bahan tambahan.

7. Korosi belerang

Korosi belerang kemungkinan dihasilkan dari adanya belerang bebas atau senyawa belerang yang tidak stabil dalam minyak isolasi.

8. Tegangan tembus

Tegangan tembus yang terlalu rendah menunjukkan adanya kontaminasi seperti air, kotoran atau partikel konduktif dalam minyak.

9. Kandungan air

Adanya air dalam dalam isolasi menyebabkan menurunnya tegangan tembus dan tahanan jenis minyak isolasi akan mempercepat kerusakan kertas pengisolasi.

Transformator menggunakan minyak

 

   1. )CorrugatedWall                                     

   2. ) Thermometer With Contact

   3. ) Buschollz Relay

   4. ) HV Insulator

   5. ) AG Insulator

   6. ) Oil Extension Tank

   7. ) Dehydrating Breather

   8. ) Magnetic Oil Level Indicator

   9. ) Junction Box

  10. ) Label

  11. ) Oil Drain Valve

  12. ) Wheels

 2.Minyak Pada Circuit Breakers (PMT)

          Definisi dan fungsi

Pemutus Tegangan dengan Medium Minyak ( PMT Dengan Medium Minyak ) merupakan salah satu peralatan pengaman jaringan  listrik pada Gardu- Gardu Induk baik pada Gardu Induk tegangan ekstra tinggi ( GITET ), Gardu Induk Tegangan Tinggi (GITT), maupun Gardu Distribusi. Agar komponen-komponen pada jaringan listrik Gardu Induk dapat bekerja dengan optimal dalam  menyalurkan listrik tanpa adanya gangguan, maka dipasanglah peralatan-peralatan pengaman salah satunya adalah peralatan pemutus tegangan dengan medium minyak yang digunakan sebagai pengaman apabila terjadi gangguan pada jarinan listrik. Jenis minyak yang digunakan pada PMT Medium Minyak ini adalah Dielektrik.

Struktur

PMT dengan Medium Minyak ini dibagi menjadi dua, antara lain : PMT dengan sedikit minyak yang digunakan pada gardu induk tegangan tinggi (GITT ) yang memiliki tegangan sebesar 150 KV. Dan PMT dengan menggunakan banyak minyak biasanya digunakan pada Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi yang memiliki tegangan sebesar 500 KV.

MT Minyak
         Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 10 kA dan pada rangkaian bertegangan sampai 500 kV. Pada saat kontak dipisahkan, busur api akan terjadi didalam minyak, sehingga minyak menguap dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi busur api, karena panas yang ditimbulkan busur api, minyak mengalami dekomposisi dan menghasilkan gas hydrogen yang bersifat menghambat produksi pasangan ion. Oleh karena itu, pemadaman busur api tergantung pada pemanjangan dan pendinginan busur api dan juga tergantung pada jenis gas hasil dekomposisi minyak.

 

 

Gas yang timbul karena dekomposisi minyak menimbulkan tekanan terhadap minyak, sehingga minyak terdorong ke bawah melalui leher bilik. Di leher bilik, minyakini melakukan kontak yang intim dengan busur api. Hal ini akan menimbulkan pendinginan busur api, mendorong proses rekombinasi dan menjauhkan partikel bermuatan dari lintasan busur api.

Minyak yang berada diantara kontak sangat efektif memutuskan arus. Kelemahannya adalah minyak mudah terbakar dan kekentalan minyak memperlambat pemisahan kontak, sehingga tidak cocok untuk sistem yang membutuhkan pemutusan arus yang cepat.

Sakelar PMT minyak terbagi menjadi 2 jenis, yaitu:
           

• Sakelar PMT dengan banyak menggunakan minyak (Bulk Oil Circuit Breaker), pada tipe ini minyak berfungsi sebagai peredam loncatan bunga api listrik selama terjadi pemutusan kontak dan sebagai isolator antara bagian-bagian yang bertegangan dengan badan, jenis PMT ini juga ada yang dilengkapi dengan alat pembatas busur api listrik.   

• Sakelar PMT dengan sedikit menggunakan minyak (Low oil Content Circuit Breaker), pada tipe ini minyak hanya dipergunakn sebagai peredam loncatan bunga api listrik, sedangkan sebagai bahan isolator dari bagian-bagian yang bertegangan digunakan porselen atau material isolasi dari jenis organik.

  

      1    bushing                         6    plunger guide

                2    oil level indicator             7    arc control device

                3    vent                              8    resistor

                4    current transformer         9    plunger bar

                5    dashpot

 

3.Minyak Pada Kabel

          Definisi dan fungsi

            Dalam penyaluran tenaga listrik dari pusat-pusat pembangkit ke konsumen biasanya dilakukan melalui Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT), seiring dengan perkembangan daerah, maka didaerah perkotaan SUTT sulit dipergunakan karena kesulitan lahan untuk tower  maka digunakan Saluran Kabel Tegangan Tinggi (SKTT). Selain itu kabel juga digunakan untuk penyaluran tenaga listrik antar pulau dengan menggunakan Saluran Kabel Laut Tegangan Tinggi. (SKLT).

Kabel yang digunakan untuk SKTT maupun SKLT biasanya kabel berisolasi kertas yang diberi minyak dan disebut kabel minyak atau kabel yang berisolasi Cross-linked polyethylene (XLPE) yang disebut kabel XLPE.

 KABEL MINYAK

Kabel ini menggunakan isolasi yang terbuat dari jenis isolasi padat terdiri dari kertas yang diresapi dengan Viskos Compon dan dilakukan treatment  dengan minyak untuk membuang kelembaban serta udara, karena itu dinamakan kabel minyak.

BAGIAN-BAGIAN  KABEL MINYAK

Bagian-bagian dari kabel minyak ini terdiri dari:

·         Konduktor.

·         Kanal minyak

·         Insulation

·         Minyak impregnasi

·         Electrostatic Screen

·         Penguat dan Selubung logam

·         Pengaman karat. 

a. Konduktor

Konduktor yang digunakan yaitu tembaga atau aluminium, logam tersebut dipilih dengan pertimbangan beberapa hal yaitu arus beban dan keekonomisan.

Konduktor Hollow dibuat dengan segmental Strip yaitu untuk kekukuhan atau kekuatan yang lebih tinggi dan telah digunakan sampai dengan penampang 2000 mm2. Untuk mentransfer beban listrik yang besar  (very Heavy load ) biasanya digunakan konduktor “Milliken”. Konduktor tersebut umumnya dibuat “Six Stranded Segmen” dan terisolisasi antara segmen satu dengan yang lain, tersusun disekeliling kanal yang berisi spiral penyangga dan diikat bersama dengan pita Bronze. Masing – masing segmen dibentuk oleh sejumlah konduktor bulat dan terpasang kompak pada bentuk segmen yang dibutuhkan. Konstruksi harus dibuat equal, untuk mengurangi rugi-rugi akibat efek kulit, Skin efek juga dipengaruhi oleh ukuran kanal (Duct), misalnya untuk konduktor 1600 mm2, jenis ‘ Conci’ pada 50 Hz dan suhu 85°C akan mempunyai Skin efek 24,5% jika kanal 12 mm dan 60% jika 40 m.

Dengan konduktor “Milliken”, karena masing-masing sektor secara automatik ditransposed, maka pembesaran diameter kanal mengurangi pengaruh skin efek cukup banyak. Nilai rugi-rugi akibat Skin efek untuk konduktor cooper “Milliken” cukup rendah yaitu untuk diameter 2500 mm2 pada 85° C dan 25 mm kanal adalah 14%. Nilai rugi-rugi akibat Skin efek yang rendah yaitu 2 s.d 4% dapat dicapai dengan konduktor yang disusun elemen terisolasi satu dengan yang lainnya menggunakan enamel. 

b.Kanal Minyak

Pada kabel inti tunggal, konduktor dilengkapi dengan kanal minyak yang terbuat dari Steel Strip Spiral bulat terbuka yang menggunakan kawat konduktor stranded. Untuk jenis Segmental Self Supporting Conductor tidak perlu menggunakan Steel Spiral.

Diameter kanal minyak disesuaikan dengan persyaratan sistem hidrolik, dan umumnya dengan batas 12 s.d 25 mm.

Pada sistem instalasi kabel, dilengkapi dengan tangki-tangki ekspansi baik ujung yang satu maupun ujung yang lainnya, bergantung pada sirkitnya, atau juga dapat dipasang tangki  ditengah-tengah instalasi kabel.

Instalasi kabel dirancang dengan prinsip bahwa pada kondisi pelayanan yang tidak normal, tekanan minyak kabel akan lebih tinggi dari tekanan atmosfir sepanjang kabel  dari sistem instalasi tersebut. 

c.Insulation

Isolasi kabel ini terbuat dari jenis isolasi padat terdiri dari kertas yang dilapiskan pada konduktor yang diresapi dengan Viskos Compon dan dilakukan treatment untuk membuang kelembaban serta udara.

Isolasi kabel terdiri dari “Cellulose Paper” yang dilapiskan pada konduktor yang membentuk suatu dinding isolasi yang uniform dan kompak dan tidak mengkerut atau terjadi kerusakan selama proses pembuatan atau ketika penanganan kabel dilapangan saat penggelaran. seperti pembengkokan serta perlu diawasi baik terhadap tarikan maupun kelembabannya.

Ketebalan kertas bervariasi, kertas yang tipis yang mempunyai dielektrik strenght tinggi tetapi kekuatan  mekaniknya rendah dan digunakan pada tempat yang paling dekat dengan konduktor.

Kertas yang digunakan mempunyai kemurnian dan keseragaman tinggi, dicuci menggunakan Deionize water selama pembuatannya.

Sifat kerapatan dari kertas dipilih secara hati-hati untuk mendapatkan dielektrik strenght yang paling tinggi dan juga kompatibel dengan metode impregnasi yang lain. Isolasi tersebut mempunyai ketebalan bervariasi dari 3 mm untuk 30 kV dan  35 mm yang digabung dengan minyak bertekanan tinggi khususnya untuk tegangan 750 s.d 1000 kV.

Untuk kabel-kabel yang besar dan apabila kabel menggunakan selubung aluminium, isolasi diamankan dari kerusakan mekanik menggunakan  lapisan pita “Glass Fibre Coopen Threated Woven” 

d. Minyak peresap ( impregnasi)

Pada kabel yang menggunakan selubung logam dari timah atau aluminium untuk mengamankan konduktor yang terisolasi terutama untuk tegangan >50 kV, karena formasi pada saat pelayanan yang disebabkan oleh Void akibat Heat Cycling dan pada waktu ada tekanan tegangan yang lebih besar.

Void-void ini membentuk ionisasi yang terus bertambah yang akhirnya dapat menyebabkan kerusakan. Untuk membuang atau menyingkirkan Void-void ini, kabel diberi minyak, dengan impregnasi penuh memakai bahan yang viskositasnya  rendah, dimana pada waktu ada pemanasan kabel minyak akan mengalir keluar menuju reservoir dan akan kembali lagi pada waktu kabel bertemperatur rendah. Kabel yang berdiri sendiri (Self-Contained Oil Filled ) umumnya digunakan dengan jenis tekanan rendah, yaitu dirancang untuk untuk  tekanan minimum namun masih diatas tekanan udara luar. Nilai aktual tekanan itu dapat lebih tinggi pada suatu lokasi dan akan bervariasi sepanjang panjangnya instalasi bergantung pada profil instalasinya. Nilai tekanan yang lebih tinggi lagi, umumnya > 10 atm digunakan  untuk instalasi kabel dengan tegangan tinggi  supaya menaikkan Dielektrik Strenght Isolasi.

Informasi tentang minyak yang rendah viskositasnya dari minyak kabel T-3570. Minyak T-3570 murni 100 % jenis hidrokarbon. Tidak memungkinkan untuk memberikan informasi secara lengkap dari struktur minyak mineral tersebut. Analisa molekul adalah cukup banyak dipengaruhi oleh teknik pengukuran. Analisa yang dilakukan oleh NDM, adalah salah satu yang tekniknya sudah dikenal dan memberikan indikasi dari distribusi aromatik naphtenic dan paraffinic. Menggunakan teknik ini,minyak T-3570 berisi kira-kira 10 % molekul aromatic yang (utama) predominantly single dan struktur dua ring.The balance of the oil comprices a micture of naphtenic and paraffinic grouping predominant.Tidak ada tambahan bahan kimia berkaitan pada T-3570. karakteristik yang lain yang dapat membantu bahwa minyak &-3570 merupakan viscositas sangat rendah menjamin bahwa dalam hal ada kebocoran kabel,minyak akan segera nmuncul pada permukaan air dalam bentuk film yang sangat tipis.Tambahan lagi,penguapan yang tinggi dari minyak ini, akan memberi vasilitas mengurangi rugi akibat penguapan. 

e. Data kimia

Acid value (inorganic)                      :   nil

Acid value (organic)                         :   0,01mgKOH/g max

Sulphur content                               :  non corrosive

Physical data 

Coefisien of expansion                      :  0,00089/  °C Viscops   

Viscosity at 60° C                             :  2 cSt

Viscocity    20° C                              : 5  cst   

Viscosity   pada 0°C                          :  10 cst

Flash point (open)                             : 115 °C min

Pour point                                        :  -27 °C

Cloud point                                       :  -25 °C

General information         

Extra low viscocity 

e. Karakteristik Minyak

Minyak kabel merupakan adalah komponen instalasi kabel yang sangat penting, dan hanya minyak bagian dari sistem isolasi kabel yang dapat diperiksa setelah kabel dipasang. Oleh karena itu konsentrasi kita pada karakteristik minyak yang penting yaitu:

·         Viskositas

·         Koefisien muai termal

·         Tegangan tembus

·         Tangen delta

·         Penyerapan terhadap gas 

F. Viskositas

Dapat dilihat pada perhitungan sistem hidrolik,  viskositas minyak adalah sangat penting. Minyak harus dipertimbangkan dengan desain dari kanal minyak kabel panjang seksi pemasok minyak dan jenis tangki ekspansion. Viskositaas diukur dalam senti stokes atau centipoise ( centipoise adalah centistoke dikalikan dengan spesifik grafiity minyak).

Viskositi harus serendah mungkin kompatibel dengan titik nyala dan titik  mengembun. Viskositas yang rendah mengijinkan operasi dengan suhu yang sangat rendah dan membantu desain sistem yang ekonomis dengan mengurangi banyaknya titik pasokan minyak.

Minyak mineral Viskositas rendah yang digunakan mempunyai viskositas pada 20° C kurang lebih 12 cst dan titik tuang 45°C atau kurang.

Salah satu minyak yaitu  Dodecyl Benzene (DDB) yang dikenalkan pada tahun 60an, mempunyai viskositas pada 20° C sama dengan minyak mineral diatas dan bahkan lebih rendah titik tuangnya. Selanjutnya, mempunyai titik nyala yang tinggi dan kemampuan menyerap gas pada waktu terjadi tekanan listrik. Bahkan lebih rendah Viskositas Dodecyl Benzene (DDB). yang pada penggunaan normal cocok untuk pemasok tekanan kabel laut yang sangat panjang.

Minyak ini digunakan untuk inatalsi Angke –Ketapang dan petukangan dan petukangan kearah Senayan yang mempunyai viscositas 5cSt pada 20°C. 

g. Koefisien Ekspansi Panas

Koefisien ekspansi panas adalah sangat penting .hal ini memberikan ukuran dari aliran minyak,dan juga menentukan ukuran ruangan untuk ekspansi. Koefisien panas I ni juga akan mempengaruhi pada tekanan dinamik,dan dengan demikian juga diameter kanal minyak (oil duct) ,panjang seksi pemasok minyak dan jenis vesel pemuai yang dipilih.Dua jenis karaktersitik ini merupakan parameter hidrolik yang sangat penting.Tetapi agar cairan isolasi mempunyai isolasi yang terbaik,minyak juga harus mempunyai karakteristik listrik yang baik. 

h. Tegangan tembus

Pertama minyak kabel harus mempunyai tegangan tembus yang tinggi. Tegangan tembus ini dapat diukur dengan tes cell spesial. Pengujian dengan alat uji tersebut memberikan indikasi kondisi minyak isolasi kabel.Air dan kotoran-kotoran akan merendahkan kuat dielektrik.

i. Tangen Delta

Mengukur tan delta minyak adalah pengukuran yang terbaik yang dilakukan untuk memeriksa kemurnian minyak kabel. Cairan isolasi listrik yang baik diperlukan harga tan delta yang rendah. Kotoran yang terdapat pada minyak seperti: air, ageing product,rest of lubricant, debu, udara dan benda lain. Kontaminasi yang berbahaya adalah kontaminasi yang memberikan kenaikan tan delta. 

j.Penyerapan Gas

  Karakteristik lain dari minyak isolasi kabel adalah kemampuan menyerap gas  pada kondisi ada tekanan listrik (electrical stress). Untuk beberapa alasan, itu dapat terjadi bahwa kita dapat mendapatkan gas entah dimana. Apabila susunan gas itu tidak dapat diserap, maka akan terjadi gelembung-gelembung. Tegangan tembus dari gelembung gas adalah lebih kecil dari pada minyak dan kertas. hal ini kemudian akan membentuk ionisasi dan akhirnya gagal isolasi. Oleh karena itu bahwa minyak harus mempunyai kemungkinan untuk menyerap gas apabila tegangan diberikan pada kabel.

Hal yang penting adalah :

1.  Minyak  harus  menyerap gas pada  terjadi gangguan

2. Pembuatan,splicing(sambungan dan terminating pada kabel harus dikerjakan dengan cara yang baik, sehinggga penimbulan gas tidak terjadi. 

k. Pelepasan Gas (degassifying)

Jika minyak menjadi cairan isolasi yang baik, maka  perlu mempunyai minyak yang tanpa gas atau jenis kontaminasi yang lain. Gas dan air akan dilepas dari minyak pada mesin pelepas gas. Mesin pelepasan gas bekerja sebgai berikut: minyak yang akan diolah dihamparkan (spread ) didalam ruangan vaccum, dimana minyak akan mempunyai permukaan yang luas dibanding volume.gas atau air akan mengurai didalam ruang vacuum dan minyak yang bebas gas ada dibawah dipompa kedalam tangki yang rapat. Jika minyak mempunyai kontaminan yang tinggi  pada proses ini dapat diulang-ulang sampai minyak menjadi kering dan bebas gas.

Penyerapan kotoran minyak yang lain dari air dan gas tidak dapat dilepas selama   proses pelepasan gas (degasifying).

Hasil penyerapan ini harus dilepas dengan menyaring minyak menggunakan fuller,s earth. Fuller,s earth akan menyerap semua partikel–partikel dimana partikel tersebut akan menaikkan tan delta. Penyaringan melalui fuller,s earth adalah dengan cara memompa minyak melalui suatu penyaring dengan desain khusus. Hal ini dapat dilakukan terpisah, tetapi sangat sering dilakukan secara seri dengan degassifying.

Construction:
1 -Conductor (key-stone type)
2 -Conductor shielding
3 -Insulation (oil impregnated paper)
4 -Insulation shielding
5 -Lead sheath
6 -Plastic jacket
7 -Tape armour
8 -Optical fiber (option)
9 -Steel wire armour
10 -Serving

 

KESIMPULAN

Dalam berbagai penjelasan pada isi makalah, maka dapat dikatakan bahwa Isolasi cair merupakan Isolasi multifungsi.Selain sebagai Isolasi juga sebagai pendingin,namun harus melalui perhitungan dan standartisasi bahan isolasi cair yang digunakan tersebut,terutama Minyak sebagai bahan yang dibahas di makalah ini.

Disusun Oleh Raga Sanjaya 0941150043 Politeknik Negeri Malang 2009