Transformator Daya dan Cara Pengujiannya

Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan). Dalam operasi umumnya, trafo-trafo tenaga ditanahkan pada titik netralnya sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan/proteksi, sebagai contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV, dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan di sisi netral 20 kV nya. Transformator yang telah diproduksi terlebih dahulu melalui pengujian sesuai standar yang telah ditetapka Klasifikasi  Transformator tenaga dapat di klasifikasikan menurut: • Pasangan:  Pasangan dalam  Pasanga luar • Pendinginan Menurut cara pendinginannya dapat dibedakan sebagai berikut: (lihat Tabel 1)  • Fungsi/Pemakaian Transformator mesin  Transformator Gardu Induk  Transformato  r Distribusi • Kapasitas dan Tegangan Untuk mempermudah pengawasan dalam operasi trafo dapat dibagi menjadi: Trafo besar, Trafo sedang, Trafo kecil.  Cara Kerja dan Fungsi Tiap-tiap Bagian Suatu transformator terdiri atas beberapa bagian yang mempunyai fungsi masing-masing: • Bagian utama  - Inti besi  Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh “Eddy Current”.  - Kumparan trafo  Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.  Umumnya pada trafo terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluksi yang menginduksikan tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat transformasi tegangan dan arus. - Kumparan tertier  Kumparan tertier diperlukan untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta. Kumparan tertier sering dipergunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua trafo daya mempunyai kumparan tertier. - Minyak trafo  Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:     kekuatan isolasi tinggi  penyalur panas yang baikberat jenis yang kecil, sehingga partikel-partikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat  viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik  titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat membahayakan  tidak merusak bahan isolasi padat  sifat kimia y ang stabil. - Bushing  Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah busing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut denga tangki trafo. - Tangki dan Konservator  Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator. • Peralatan Bantu  - Pendingin  Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi di dalam trafo, maka untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan tersebut trafo perlu dilengkapi dengan sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar trafo.  Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat berupa: Udara/gas, minyak dan air. Pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara :  Alamiah (natural)  Tekanan/paksaan (forced).  Macam-macam dan sistem pendingin trafo berdasarkan media dan cara pengalirannya dapat diklasifikasikan seperti pada Tabel 1. - Tap Changer (perubah tap)  Tap Changer adalah perubah perbandingan transformator untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder sesuai yang diinginkan dari tegangan jaringan/primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat dilakukan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak berbeban (off load), tergantung jenisnya. - Alat pernapasan  Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka suhu minyakpun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki.  Kedua proses di atas disebut pernapasan trafo. Permukaan minyak trafo akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai tegangan tembus minyak trafo, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat hygroskopis. - Indikator  Untuk mengawasi selama trafo beroperasi, maka perlu adanya indicator pada trafo sebagai berikut: indikator suhu minyak  indikator permukaan minyak  indikator sistem pendingin  indikator kedudukan tap  dan sebagainya. • Peralatan Proteksi  - Rele Bucholz  Rele Bucholz adalah rele alat/rele untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas.  Gas yang timbul diakibatkan oleh: a. Hubung singkat antar lilitan pada/dalam phasa  b. Hubung singkat antar phasa  c. Hubung singkat antar phasa ke tanah  d. Busur api listrik antar laminasi  e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.  - Pengaman tekanan lebih  Alat ini berupa membran yang dibuat dari kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas, berfungsi sebagai pengaman tangki trafo terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kakuatan tangi trafo. - Rele tekanan lebih  Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo. Bedanya rele ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung mentripkan P.M.T. - Rele Diferensial  Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan di dalam trafo antara lain flash over antara kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda kumparan. - Rele Arus lebih  Befungsi mengamankan trafo arus yang melebihi dari arus yang diperkenankan lewat dari trafo terseut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat. - Rele Tangki tanah  Berfungsi untuk mengamankan trafo bila ada hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada trafo. - Rele Hubung tanah  Berfungsi untuk mengamankan trafo bila terjadi gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah. - Rele Termis  Berfungsi untuk mencegah/mengamankan trafo dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan oleh arus lebih. Besaran yang diukur di dalam rele ini adalah kenaikan temperatur. Pengujian Transformator Pengujian transformator dilaksanakan menurut SPLN’50-1982 dengan melalui tiga macam pengujian, sebagaimana diuraikan juga dalam IEC 76 (1976), yaitu : - Pengujian Rutin  Pengujian rutin adalah pengujian yang dilakukan terhadap setiap transformator, meliputi: pengujian tahanan isolasi  pengujian tahanan kumparan  pengujian perbandingan belitan Pengujian vector group  pengujian rugi besi dan arus beban kosong  pengujian rugi tembaga dan impedansi  pengujian tegangan terapan (Withstand Test)  pengujian tegangan induksi (Induce Test). - Pengujian jenis  Pengujian jenis adalah pengujian yang dilaksanakan terhadap sebuah trafo yang mewakili trafo lainnya yang sejenis, guna menunjukkan bahwa semua trafo jenis ini memenuhi persyaratan yang belum diliput oleh pengujian rutin. Pengujian jenis meliputi:     pengujian kenaikan suhu pengujian impedansi - Pengujian khusus  Pengujian khusus adalah pengujian yang lain dari uji rutin dan jenis, dilaksanakan atas persetujuan pabrik denga pmbeli dan hanya dilaksanakan terhadap satu atau lebih trafo dari sejumlah trafo yang dipesan dalam suatu kontrak. Pengujian khusus meliputi :     pengujian dielektrik pengujian impedansi urutan nol pada trafo tiga phasa pengujian hubung singkat pengujian harmonik pada arus beban kosong pengujian tingkat bunyi akuistik pengukuran daya yang diambil oleh motor-motor kipas dan pompa minyak. • Pengujian Rutin  - Pengukuran tahanan isolasi  Pengukuran tahanan isolasi dilakukan pada awal pengujian dimaksudkan untuk mengetahui secara dini kondisi isolasi trafo, untuk menghindari kegagalan yang fatal dan pengujian selanjutnya, pengukuran dilakukan antara: sisi HV - LV sisi HV - Ground sisi LV- Groud X1/X2-X3/X4 (trafo 1 fasa) X1-X2 dan X3-X4 )trafo 1 fasa yang dilengkapi dengan circuit breaker. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan megger, lebih baik yang menggunakan baterai karena dapat membangkitkan tegangan tinggi yang lebih stabil. Harga tahanan isolasi ini digunakan untuk kriteria kering tidaknya trafo, juga untuk mengetahui apakah ada bagian-bagian yang terhubung singkat. - Pengukuran tahanan kumparan  Pengukuran tahanan kumparan adalah untuk mengetahui berapa nilai tahanan listrik pada kumparan yang akan menimbulkan panas bila kumparan tersebut dialiri arus.  Nilai tahanan belitan dipakai untuk perhitungan rugi-rugi tembaga trafo.  Pada saat melakukan pengukuran yang perlu diperhatikan adalah suhu belitan pada saat pengukuran yang diusahakan sama dengan suhu udara sekitar, oleh karenanya diusahakan arus pengukuran kecil.  Peralatan yang digunakan untuk pengukuran tahanan di atas 1 ohm adalah Wheatstone Bridge, sedangkan untuk tahanan yang lebih kecil dari 1 ohm digunakan Precition Double Bridge.  Pengukuran dilakukan pada setiap fasa trafo, yaitu antara terminal:  Untuk terminal tegangan tinggi:  a. Trafo 3 fasa  - fasa A - fasa B  - fasa B - fasa C  - fasa C - fasa A  b. Trafi 1 fasa - terminal H1-H2 untuk trafo double bushing  - terminal H1-Ground untuk trafo single bushing Untuk sisi tegangan rendah  a. Trafo 3 fasa     - fasa a - fasa b  - fasa b - fasa c  - fasa c - fasa a b. Trafo 1 fasa  - terminal X1-X4 dengan X2-X3 dihubung singkat. Pengukuran dengan Wheatstone bridge digunakan untuk tahanan di atas 1 ohm. Rangkaian pengukuran dapat dilihat pada Gambar 1. Pada keadaan seimbang berlaku rumus: Rx adalah hagra tahanan belitan yang diukur = factor pengali. Pengukuran dengan Precition double bridge digunakan untuk tahanan yang lebih kecil dar 1 ohm. Rangkaian pengukuran seperti Gambar 2. Tahanan yang diukur Rx dapat dihitung dengan menggunakan rumus:  - Pengukuran perbandingan belitan  Pengukuran perbandingan belitan adalah untuk mengetahui perbandingan jumlah kumparan sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah pada setiap tapping, sehingga tegangan output yang dihasilkan oleh trafo sesuai dengan yang dikehendaki. toleransi yang diijinkan adalah:  a. 0,5 % dari rasio tegangan atau b. 1/10 dari persentase impedansi pada tapping nominal.  Pengukuran perbandingan belitan dilakukan pada saat semi assembling yaitu setelah coil trafo di assembling dengan inti besi dan setelah tap changer terpasang, pengujian kedua ini bertujuan untuk mengetahui apakah posisi tap trafo telah terpasang secara benar dan juga untuk pemeriksaan vector group trafo.  Pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan Transformer Turn Ratio Test (TTR), misalnya merk Jemes G. Biddle Co Cat. No.55005 atau Cat. No. 550100-47. - Pemeriksaan Vector Group  Pemeriksaan vector group bertujuan untuk mengetahui apakah polaritas terminal-terminal trafo positif atau negatif. Standar dari notasi yang dipakai adalah ADDITIVE dan SUBTRACTIVE. - Pengukuran rugi dan arus beban kosong  Pengukuran ini untuk mengetahui berapa daya yang hilang yang disebabkan oleh rugi histerisis dan eddy current dari inti besi (core) dan besarnya arus yang ditimbulkan oleh kerugian tersebut. Pengukuran dilakukan dengan memberikan tegangan nominal pada salah satu sisi dan sisi lainnya dibiarkan terbuka. - Pengukuran rugi tembaga dan impedansi  Pengukuran ini bertujuan untum mengetahui besarnya daya yang hilang pada saat trafo beroperasi akibat dari tembaga (Wcu) dan strey loss (Ws) trafo yang digunakan.  Pengukuran dilakukan dengan memberi arus nominal pada salah satu sisi dan pada sisi yang lain dihubung-singkat, dengan demikian akan terbangkit juga arus nominal pada sisi tersebut, sehingga trafo seolah-olah dibebani penuh.  Perhitungan rugi beban penuh (Wcu) dan impedansi (Iz), dimana pada waktu pengukuran tahanan belitan (R), Wcu dan Iz dilakukan pada saat suhu rendah (udara sekitar (t)), maka Wcu dan Iz perlu dikoreksi terhadap suhu acuan 75ºC, dimana factor koreksi (a) adalah :  - Pengujian tegangan terapan (Withstand Test)  Pengujian ini dimaksudkan untuk menguji kekuatan isolasi antara kumparan dan body tangki.  Pengujian dilakukan dengan memberi tegangan uji sesuai denga standar uji dan dilakukan pada: - sisi tegangan tinggi terhadap sisi tegangan rendah dan body yang di ke tanahkan  - sisi tegangan rendah terhadap sisi tegangan tinggi dan body yang di ke tanahkan.  - waktu pengujian 60 detik. - Pengujian tegangan induksi  Pengujian tegangan induksi bertujuan untuk mengetahui kekuatan isolasi antara layer dari tiap-tiap belitan dan kekuatan isolasi antara belitan trafo. Pengujian dilakukan dengan memberi tegangan supply dua kali tegangan nominal pada salah satu sisi dan sisi lainnya dibiarkan terbuka. Untuk mengatasi kejenuhan pada inti besi (core) maka frekwensi yang digunakan harus dinaikkan sesuai denga kebutuhan. Lama pengujian tergantung pada besarnya frekwensi pengujian berdasarkan rumus: waktu pengujian maksimum adalah 60 detik.  - Pengujian kebocoran tangki  Pengujian kebocoran tangki dilakukan setelah semua komponen trafo terpasang. Pengujian dilakukan untuk mengetahui kekuatan dan kondisi paking dan las trafo. Pengujian dilakukan dengan memberikan tekanan nitrogen (N2) sebesar kurang lebih 5 psi dan dilakukan pengamatan pada bagian-bagian las dan paking dengan memberikan cairan sabun pada bagian tersebut. Pengujian dilakukan sekitar 3 jam apakah terjadi penurunan tekanan. • Pengujian Jenis (Type Test)  - Pengujian kenaikan suhu  Pengujian kenaikan suhu dimaksudkan untuk mengetahui berapa kenaikan suhu oli dan kumparan trafo yang disebabkan oleh rugi-rugi trafo apabila trafo dibebani. Pengujian ini juga bertujuan untuk melihat apakah penyebab panas trafo sudah cukup effisien atau belum.  Pada trafo dengan tapping tegangan di atas 5% pengujian kenaikan suhu dilakukan pada tappng tegangan terendah (arus tertinggi), pada trafo dengan tapping maksimum 5% pengujian dilakukan pada tapping nominal.  Pengujian kenaikan suhu sama dengan pengujian beban penuh, pengujian dilakukan dengan memberikan arus trafo sedemikian hingga membangkitkan rugi-rugi trafo, yaitu rugi beban penuh dan rugi beban kosong.  Suhu kumparan dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut:  t adalah suhu sekitar pada saat akhir pengujian. - Pengujian tegangan impulse  Pengujian impulse ini dimaksudkan untuk mengetahui kemampuan dielektrik dari sistem isolasi trafo terhadap tegangan surja petir.  Pengujian impuls adalah pengujian dengan memberi tegangan lebih sesaat dengan bentuk gelombang tertentu. Bila trafo mengalami tegangan lebih, maka tegangan tersebut hampir didistribusikan melalui effek kapasitansi yang terdapat pada : - antar lilitan trafo - antar layer trafo - antara coil denga ground. - Pengujian tegangan tembus oli  Pengujian tegangan tembus oli dimaksudkan untuk mengetahui kemampuan dielektrik oli. Hal ini dilakukan karena selain berfungsi sebagai pendingin dari trafo, oli juga berfungsi sebagai isolasi.  Persyaratan yang ditentukan adalah sesuai denga standart SPLN 49 - 1 : 1982, IEC 158 dan IEC 296 yaitu:  - > = 30 KV/2,5 mm sebelum purifying - > = 50 KV/2,5 mm setelah purifying  Peralatan yang dapat digunakan misalnya merk Hipotronics type EP600CD. Cara pengujian:  - bersihkan tempat sample oli dari kotoran dengan mencucinya dengan oli sampai bersih. - ambil contoh/sample oli yang akan diuji, usahakan pada saat pengambilan sample oli tidak tersentuh tangan atau terlalu lama terkena udara luar karena oli ini sanga sensitive. - tempatkan sample oli padaalat tetes. - nyalakan power alat tetes. - tekan tombol start dan counter akan mencatat secara otomatis sejauh mana kemampuan dielektrik oli tersebut. Setelah counter berhenti dan tombol reset menyala, tekan tombol reset untuk mengembalikan ke posisi semula. - hasil pengujian tegangan tembus diambil rata-ratanya setelah dilakukan 5 (lima) kali dengan selang waktu 2 menit.     Kesimpulan Kelayakan operasi dari suatu transformator daya dapat ditetapkan setelah melalui tahapan-tahapan pengujian berdasarkan standar yang berlaku.  Ketelitian dari proses pengujian transformator daya sangan dipengaruhi oleh temperatur ruang serta ketepatan waktu pelaksanaannya. Keandalan transformator selama masa operasi, sangat ditentukan oleh cara pemeliharaannya, sehingga jadwal waktu pemeliharaan perlu dikaji lebih lanjut. q Daftar Pustaka IEC 156/1963 “ Method for the determination of electric strength of insulating oils” 1963 IEC 76/1976 “Power Transformer” 1976. P.T. Bambang Djaya “ Methode Pengujian Transformator Distribusi” P.T. Bambang Djaya, Surabaya 1995. P.T. PLN “ Petunjuk Operasi dan Pemeliharaan untuk Transformator Tenagan” Perusahaan Umum Listrik Negara, Jakarta 1981. SPLN 17 : 1979 “Pedoman Pembebanan Transformator Terendam Minyak” Jakarta, 1979. SPLN 50 - 1982 “Pengujian Transformator” Jakarta, 1982.