Pengujian Tegangan Tembus Minyak

Breakdown Pengujian Isolasi Minyak

Didalam transformator daya yang digunakan di gardu induk, terdapat minyak trafo yang berfungsi untuk memisahkan secara listrik kumparan primer dengan kumparan sekundernya agar tidak terjadi tegangan tembus (breakdown). Minyak trafo ini memiliki tingkat isolasi yang lebih baik jika dibandingkan dengan udara bebas. Salah satu parameter yang dapat menunjukkan baik buruknya tingkat isolasi suatu bahan adalah tegangan tembusnya.

Rangkaian Pengujian Tegangan Tembus Minyak

Untuk memastikan kelayakan tegangan tembus dari minyak trafo tersebut, harus dilakukan pengujian. Pengujian tegangan tembus minyak ini dilakukan dengan memberi tegangan tinggi AC. Untuk membangkitkan tegangan tinggi arus bolak balik, trafo uji yang digunakan adalah trafo satu fasa. Hal ini disebabkan karena pengujian biasanya dilakukan untuk setiap fasanya.

Bagan Pengujian Tegangan Tembus Minyak

Suatu bahan dielektrik tidak mempunyai elektron-elektron bebas, melainkan elektron – elektron yang terikat dengan inti atom unsur dielektrik tersebut. Misalnya suatu dielektrik ditempatkan diantara dua elektroda kemudian elektroda diberi tegangan, maka akan timbul medan listrik di dalam dielektrik. Medan listrik ini akan memberi gaya kepada elektron-elektron agar terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron bebas. Maka dapat dikatakan bahwa medan listrik merupakan suatu beban yang menekan dielektrik agar berubah sifat menjadi konduktor.

Medan Listrik Pada Bahan Dielektrik

    Beban yang dipikul dielektrik disebut juga terpaan medan listrik. Setiap dielektrik mempunyai batas kekuatan untuk memikul terpaan listrik. Jika terpaan listrik yang dipikulnya melebihi batas tersebut dan terpaan berlangsung lama, maka dielektrik akan menghantar arus atau gagal melaksanakan fungsinya sebagai isolator. Dalam hal ini dielektrik mengalami tembus listrik atau “breakdown".

    Karakteristik pada isolasi cair akan berubah jika terjadi ketidakmurnian di dalamnya. Hal ini akan mempercepat terjadinya proses kegagalan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kegagalan isolasi antara lain adanya partikel padat, uap air dan gelembung gas. Teori kegagalan zat isolasi cair dapat dibagi menjadi empat jenis sebagai berikut :

Teori Kegagalan Zat Murni atau Elektronik

     Teori ini merupakan perluasan teori kegagalan dalam gas, artinya proses kegagalan yang terjadi dalam zat cair dianggap serupa dengan yang terjadi dalam gas. Oleh karena itu supaya terjadi kegagalan diperlukan elektron awal yang dimasukkan ke dalam zat cair. Elektron awal inilah yang akan memulai proses kegagalan.

Teori Kegagalan Gelembung Gas

     Kegagalan gelembung atau kavitasi merupakan bentuk kegagalan yang disebabkan oleh adanya gelembung-gelembung gas didalam isolasi cair. Gelembung-gelembung udara yang ada dalam cairan tersebut akan memanjang searah dengan medan. Hal ini disebabkan karena gelembung-gelembung tersebut berusaha membuat energi potensialnya minimum.

     Gelembung gelembung yang memanjang tersebut kemudian akan saling sambung-menyambung dan membentuk jembatan yang akhirnya akan mengawali proses kegagalan.

Teori Kegagalan Bola Cair

     Jika suatu zat isolasi mengandung sebuah bola cair dari jenis cairan lain, maka dapat terjadi kegagalan akibat ketidakstabilan bola cair tersebut dalam medan listrik. Medan listrik akan menyebabkan tetesan bola cair yang tertahan di dalam minyak yang memanjang searah medan dan pada medan yang kritis tetesan ini menjadi tidak stabil. Setelah menjadi tidak stabil bola air akan memanjang, dan bila panjangnya telah mencapai dua pertiga celah elektroda maka saluran - saluran lucutan akan timbul sehingga kemudian kegagalan total akan terjadi.

Teori Kegagalan Tak murnian Padat

     Kegagalan tak murnian padat adalah jenis kegagalan yang disebabkan oleh adanya butiran zat padat (partikel) di dalam isolasi cair yang akan memulai terjadi kegagalan.

Jenis Minyak Trafo

Jenis – jenis minyak yang dapat digunakan untuk bahan isolasi terdiri dari :

1. Minyak isolasi Dari Bahan Olahan Bumi, terdiri dari :

• Minyak Isolasi Mineral

         Minyak isolasi mineral adalah minyak yang berasal dari minyak bumi yang diproses secara fraksinasi dan destilasi. Biasanya digunakan pada peralatan tegangan tinggi seperti trafo daya, kapasitor daya, kabel daya, dan Circuit breaker (Pemutus Daya). Minyak isolasi ini berfungsi sebagai bahan dielektrik dan media pemadaman busur api.

• Minyak Isolasi Sintesis

         Minyak isolasi sintesis adalah minyak isolasi yang diproses secara kimia untuk mendapatkan karakteristik yang lebih baik dari minyak isolasi mineral. Berikut ini beberapa contoh dari minyak isolasi sintesis  adalah  askarel, silikon cair, fluorinasi cair, ester sintesis.

  

2. Minyak Isolasi Dari Bahan Olahan Nabati, contohnya :

• Minyak jarak
• Minyak kelapa murni (VCO)
• Minyak kelapa sawit (CPO)
• Minyak kedelai
• Minyak jagung

    

    Untuk mengetahui sampel minyak masih dalam keadaan baik maka dibutuhkan perbandingan hasil uji dengan suatu standarisasi. Standarisasi yang digunakan untuk minyak trafo adalah Standar IEC 156 yang dapat terlihat pada tabel di bawah ini :

Standar yang biasa digunakan di lapangan adalah untuk trafo yang sudah dipakai adalah 40 kV / 2,5 mm dan minyak baru adalah 50 kV / 2,5 mm.

  

Diagram Alir Pengujian Tegangan Tembus Minyak

Berikut adalah diagram alir pengujian tegangan tembus minyak :

Persamaan Tegangan Tembus Minyak

Berikut adalah persamaan untuk tegangan tembus minyak :

,dimana :

Vb = tegangan tembus/ breakdown (kV)

A   = konstanta

d    = panjang ruang celah (mm)

n    = konstanta yang nilainya kurang dari 1

Fenomena yang Terjadi Saat Pengujian Tegangan Tembus Minyak

     Untuk mendapatkan nilai tegangan tembus pada sampel minyak, maka dimulai dengan menaikkan tegangan uji secara bertahap, saat kondisi sampel uji mendekati nilai tegangan tembusnya, akan timbul suara mendesis. Hal ini terjadi karena adanya tekanan yang terus-menerus dan semakin besar pada sampel minyak.

     Pada saat terjadi tegangan tembus pada sampel uji akan timbul suara ledakan. Fenomena ini lebih disebabkan karena terjadi tumbukan elektron dan tekanan impulsif (semakin besar secara tiba-tiba) pada minyak isolasi.

     Dalam kondisi sesudah terjadi tegangan tembus akan timbul gelembung gas dan kabut hitam (arang) pada sampel minyak. Hal ini disebabkan oleh :

• Permukaan elektroda tidak rata, sehingga terdapat kantong-kantong udara di permukaannya
• Adanya tabrakan elektron saat terjadi tegangan tembus, sehingga muncul produk-produk baru berupa gelembung gas atau arang.
• Adanya penguapan cairan karena lucutan pada bagianbagian elektroda yang tajam dan tak teratur
• Zat cair dikenai perubahan suhu dan tekanan

Korelasi

• Hubungan antara jarak sela elektroda terhadap tegangan tembus minyak adalah berbanding lurus, artinya semakin besar jarak sela antar elektrodanya maka semakin tinggi tegangan tembus yang terjadi pada minyak.
• Dengan jarak sela yang sama, untuk jenis minyak yang berbeda memiliki tegangan tembus yang berbeda pula. Tegangan tembus rata – rata pada minyak pelumas lebih tinggi daripada tegangan tembus pada minyak kelapa.

Sumber Gambar : www.b2hv.com