Pemurnian Minyak Transformator
Minyak transformator dapat terkontaminasi oleh berbagai macam pengotor seperti kelembaban, serat, resin dan sebagainya. Ketidakmurnian dapat tinggal di dalam minyak karena pemurnian yang tidak sempurna. Pengotoran dapat terjadi saat pengangkutan dan penyimpanan, ketika pemakaian, dan minyak itu sendiri pun dapat membuat pengotoran pada dirinya sendiri.
Beberapa metode pemurnian minyak transformator dijelaskan dalam bagian berikut ini
a). Mendidihkan (boiling)
Minyak dipanaskan hingga titik didih air dalam alat yang disebut Boiler. Air yang ada dalam minyak akan menguap karena titik didih minyak lebih tinggi dari pada titik didih air. Metode ini merupakan metode yang paling sederhana namun memiliki kekurangan. Pertama hanya air yang dipindahkan dari minyak, sedangkan serat, arang dan pengotor lainnya tetap tinggal. Kedua minyak dapat menua dengan cepat karena suhu tinggi dan adanya udara.
Kekurangan yang kedua dapat diatasi dengan sebuah boiler minyak hampa udara (vacum oil boiler). Alat ini dipakai dengan minyak yang dipanaskan dalam bejana udara sempit (air tight vessel) dimana udara dipindahkan bersama dengan air yang menguap dari minyak. Air mendidih pada suhu rendah dalam ruang hampa oleh sebab itu menguap lebih cepat ketika minyak dididihkan dalam alat ini pada suhu yang relatif rendah. Alat ini tidak menghilangkan kotoran pada kendala pertama, sehingga pengotor tetap tinggal.
b). Alat Sentrifugal (Centrifuge reclaiming)
Air serat, karbon dan lumpur yang lebih berat dari minyak dapat dipindahkan minyak setelah mengendap. Untuk masalah ini memerlukan waktu lama, sehingga untuk mempercepatnya minyak dipanaskan hingga 45 - 55 oC dan diputar dengan cepat dalam alat sentrifugal. Pengotor akan tertekan ke sisi bejana oleh gaya sentrifugal, sedangkan minyak yang bersih akan tetap berada ditengah bejana. Alat ini mempunyai efesiensi yang tinggi. Alat sentrifugal hampa merupakan pengembangannya.
Bagian utama dari drum adalah drum dengan sejumlah besar piring / pelat (hingga 50) yang dipasang pada poros vertikal dan berputar bersama-sama. Karena piring mempunyai spasi sepersepuluh millimeter, piring piring ini membawa minyak karena gesekan dan pengotor berat ditekan keluar.
c). Penyaringan (Filtering)
Dengan metode ini minyak disaring melalui kertas penyaring sehingga pengotor tidak dapat melalui pori-pori penyaring yang kecil, sementara embun atau uap telah diserap oleh kertas yang mempunyai hygroscopicity yang tinggi. Jadi filter press ini sangat efesien memindahkan pengotor padat dan uap dari minyak yang merupakan kelebihan dari pada alat sentrifugal. Walaupun cara ini sederhana dan lebih mudah untuk dilakukan, keluaran yang dihasilkan lebih sedikit jika dibandingkan dengan alat sentrifugal yang menggunakan kapasitas motor penggerak yang sama. Filter press ini cocok digunakan untuk memisahkan minyak dalam circuit breaker (CB), yang biasanya tercemari oleh partikel jelaga (arang) yang kecil dan sulit dipisahkan dengan menggunakan alat sentrifugal.
d). Regenerasi (Regeneration)
Produk-produk penuaan tidak dapat dipindahkan dari minyak dengan cara sebelumnya. Penyaringan hanya baik untuk memindahkan bagian endapan yang masih tersisa dalam minyak. Semua sifat sifat minyak yang tercemar dapat dipindahkan dengan pemurnian menyeluruh yang khusus yang disebut regenerasi.
Dalam dengan menggunakan absorben untuk regenerasi minyak transformator sering dipakai di gardu induk dan pembangkit. Adsorben adalah substansi yang partikel partikelnya dapat menyerap produk produk penuaan dan kelembaban pada permukaannya. Hal yang sama dilakukan adsorben dalam ruang penyaring tabung gas yang menyerap gas beracun dan membiarkan udara bersih mengalir. Regenerasi dengan adsorben dapat dilakukan lebih menyeluruh bila minyak dicampur dengan asam sulfur.
Proses pemurnian minyak transformator
Minyak transformator dapat dikotori oleh uap air, fiber (misalnya: kertas, kayu, tekstil), dammar dsb. Hal ini dapat mempengaruhi kemurnian minyak transformator. Bentuk dari pengotoran dapat bermacam-macam yaitu: meleleh dan mencairnya bahan-bahan yang digunakan di dalam transformator, partikel-partikel yang mengendap di dasar tangki, pada belitan atau pada intinya. Dengan adanya pengotoran maka tegangan tembus minyakakan menurun dan ini berarti mengurangi atau menurunnya umur pemakaian minyak.
Akhir-akhir ini usaha memperlambat terjadinya penurunan tegangan tembus minyak transformator untuk pemakaian pada transformator yang bertegangan kerja tinggi dan dayanya besar, ruangan yang terdapat di atas permukaan minyak diisi bdengan gas murni (biasanya nitrogen).
Cara lain untuk memperpanjang umur minyak transformator adalah dengan mencampurkan senyawa tertentu antara lain: paraoksi diphenilamin. Senyawa tersebut dimasukan ke dalam minyak transformtor yang telah dipanasi 80˚ hingga 85˚C. campuran tersebut konsentrasinya dibuat 0,1% dan selanjutnya didinginkan. Minyak transformator yang sudah diberi senyawa paraoksi dipenilamin akan berwarna kemerah-merahan.
Pemanasan
Pada cara ini minyak transformator dipanasi hingga titik didih air pada perangkat khusus yang disebut Penggodok minyak (Oil Boiler). Air yang yang terkandung di dalam minyak akan menguap.
Cara ini dianggap sebagai cara yang paling sederhana dalam hal pemurnian minyak transformator. Dengan cara ini bahan-bahan pencemar padat, misalnya: fiber, jelaga: akan tetap tinggal di dalam minyak. Apabila pemanasan tersebut mendekati titik penguapan minyak, akan menyebabkan umur minyak berkurang. Namun hal ini dapat diiatasi dengan cara memanaskan minyak di tempat pakem, sehingga air akan menguap pada suhu yang relative rendah. Namun demikian pencemar selain air akan tetap tinggal di dalam minyak.
b. Penyaringan
Pada metode ini digunakan kertas khusus untuk menyaring minyak yang tercemar. Untuk mempercepat waktu penyaringan, digunakan tekanan. Air yang terkandung dalam ninyak transformator diserap dengan kertas higriskopis. Dengan cara ini baik air maupun partikel-partikel pencemar lainnya akan tersaring sekaligus.
Untuk menambah output mesin penyaring, minyak dipanasi 40˚ hingga 45˚C sehingga viskositas minyak menurun dan dengan demikian makin memudahkan penyaringan.
Normalnya, minyak yang akan disaring dimasukkan ke filter atau penyaring dengan tekanan 3 hingga 5 atmosfir. Biasanya penyaring diganti setelah digunakan selama 4 jam, tetapi bila minyaknya sangat kotor, penggantiannya dilakukan setiap 0,5 hingga 1 jam.
c. Pemusingan
Pencemaran minyak transformator misalnya: fiber, karbon maupun lumpur adalah lebih besar daripada minyak transformator sehingga kotoran-kotoran tersebut suatu saat mengendap dan mudah dipisahkan secara kasar. Untuk mempercepat proses pemisahan, maka minyak dipanaskan 45˚ hingga 55˚ di dalam suatu tabung dan kemudian diputar atau dipusing dengan cepat. Karena gaya sentrifugal, maka subtansi yang lebih berat akan berada di bagian pinggir bejana dan minyaknya sendiri yang relative lebih ringan akan berada di tengah bejana.
Bagian utama dari pemutar adalah sebuah silinder yang memiliki lempengan-lempengan (hingga 50 buah). Lempengan-lempengan tersebut berputar bersama-sama dengan poros.
d. Regenerasi
Pencemaran minyak transformtor seperti yang dijelaskan sebelumnya. Pencemaran akan lebih dapat dihilangkan dengan pemurnian khusus yaitu regenerasi.
Cara ini mengunakan absorben untuk regenarasi minyak transformator. Dalam praktek, cara ini banyak digunakan pembangkit-pembangkit tenaga listrik dan gardu-gardu induk.
Absorben adalah subtansi yang siap menyerap produk yang diakibatkan oleh pemakaian dan kelembaban pada minyak transformator. Regenerasi dengan absorben dapat lebih baik hasilnya jika dilakukan setelah minyak ditambah dengan H2SO4. Selanjutnya jika terjadi kelebihan asam dapat dinetralisir dengan kalium hidroksida (KOH) dan kemudian minyaknya dicuci dengan air yang dialirkan, ditambah dengan absorben dan kemudian disaring.
Terdapat 2 cara untuk menambahjan absorben ke dalam minyak transformator, yaitu:
– Minyak dipanaskan dan dicampur dengan absorben yang dipadatkan dan kemudian disaring. Cara atau metode ini disebut Metode Sentuhan (Contact Method).
– Minyak yang telah dipanasi dialikan melalui lapisan tipis dari absorben yang disebut Metode Filtrasi.
Filtrasi penyerap untuk regenerasi minyak transfortor terdiri dari sebuah silinder yang dilas dengan sebuah kawat kasa di dasarnya, di sini penyerap dimasukkan ke dalam minyak kemudian dialirkan melalui kawat kasa tersebut.
Lama kelamaan kawat kasa akan tersumbat partikel-partikel halus dari absorben. Untuk membersihkan absorben yang tersaring dan sisa-sisa minyak, silinder dapat dibalikkan atau diputar 180˚.
Instalasi ini akan lebih efisien jika 10% sampai 20% absorben dibuang dari dasar absorber dan ditambahkan absorben baru.
Dapat digunakan 2 absorber yang dikopel secara seri sehingga minyak mengalir pada awal melalui absorber yang mash baru, kemudian minyak dialirkan ke absorber yang berikutnya.
Absorber yang digunakan untuk regenerasi kebanyakan produk buatan misalnya: silikagel, alumina atau tanah liat khusus.
Purifikasi minyak trafo
merupakan suatu proses pemurnian minyak trafo melalui alat yang disebut Transformer Oil Purification Plant dengan cara menghilangkan atau mengurangi kontaminasi fisik; berupa kontaminasi partikel-partikel, kandungan air, kandungan gas, dan lain-lain. Merujuk pada ketiga kontaminan, pemurnian minyak trafo umumnya melalui tahapan
Filtrasi (penyaringan minyak)
De-humidifikasi (penghilangan kelembaban), dan
De-gasifikasi (penghilangan gas terlarut)
Jika dipersempit lagi, maka proses purifikasi minyak trafo adalah gabungan dari dua proses, yaitu proses filtrasi dan proses vakum; filtrasi untuk menyaring partikel-partikel yang > 0,2 mikron, sedangkan proses vakum untuk menghilangkan sebagian besar air terlarut dan melenyapkan kandungan gas dalam minyak trafo.
Proses sederhana ini, biasanya cukup untuk memperbaiki tegangan tembus listrik yang rendah (yang disebabkan oleh kombinasi partikel dan kandungan air yang tinggi)
Sebagai catatan, purifikasi minyak trafo dapat dilakukan secara on-line (ketika trafo sedang beroperasi), maupun ketika trafo dalam keadaan off-line (tidak beroperasi)
ANALISA KETIDAKMURNIAN MINYAK TRAFO TERHADAP
KEKUATAN ISOLASINYA PADA BERBAGAI KONDISI
PENUAAN
Abstrak
Penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh ketidakmurnian isolasi cair pada minyak transformator akibatpenuaan material dengan metode pengujian sifat-sifat fisik,sifat-sifat kimia, dan sifat-sifat listrik. Pengujian untuk analisa ketidakmurnian minyak adalah dengan menaikan kadar air murni (ppm) pada suhu 30 0C, kemudian mengukur tegangan tembus dan tegangan permukaan. Pengujian untuk analisa kestabilan oksidasi yaitu badder test durasi 10 hari pada 100 oC, kemudian mengukur tegangan permukaan, keasaman dan tangen delta. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa kenaikan suhu kerja di atas 60 oC akan menyebabkan terjadinya dekomposisi pada sifat-sifat fisik dan sifat-sifat kimia sehingga kinerja minyak mengalami penuaan dan minyak harus dipurifikasi seperti (flushing, rekuperasi) untuk mengurangi ketidakmurnian. Pemeliharaan dan pengawasan yang baik akan sangat bermanfaat untuk memelihara kualitas isolasi minyak transformator dan mengurangi resiko kerusakan belitan transformator. Untuk itu diperlukan minyak kualitas tinggi (high electrical properties) dan tahan terhadap oksidasi seperti pada minyak Shell Diala HX dan Nytro 10X
yang biasa disebut dengan inhibitor oil.
Pendahuluan
Pada umumnya bahan isolasi cair (liquid insulationmaterial) telah digunakan sebagai bahan pengisi pada peralatan-peralatan listrik seperti transformator, kapasitor,pemutus beban (circuit breaker), dan rheostat serta peralatan lain seperti instalasi sistem HVDC dan minyak kabel. Fungsi bahan ini selain sebagai islolasi juga berfungsi sebagai pendingin bagi peralatan. Oleh karena itu bahan-bahan isolasi cair yang akan digunakan harus mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas yang tinggi serta sifat listrik dan sifat kimia yang dapat menunjang ketahanan isolasi tersebut.Ketahanan isolasi minyak dapat dipengaruhi oleh kondisi iklim, yaitu berupa suhu dan kelembaban udara disekitarnya.
Oksigen yang terdapat di udara dan suhu minyak yang tinggi
dapat menyebabkan oksidasi pada permukaan minyak yang cenderung meningkatkan keasaman minyak. Kadar asam yang terdapat dalam minyak adalah merupakan ukuran
kerusakan (deteriorasi) bahan isolasi. Jika keasaman minyak tinggi, maka terjadi endapan pada dinding trafo maupun pada lapisan isolasi belitan sehingga mempersulit proses
pendinginan. Suatu endapan dengan ketebalan 0,2 mm - 0,4mm dapat menaikkan suhu 10 0C - 15 0C. Selain itu endapan endapan ini akan meningkatkan kemungkinan terjadinya
bunga api antara bagian-bagian transformator yang terbuka.
Bila dalam minyak terdapat kelembaban, maka akan terbentuk jalur-jalur yang membuka jalan terhadapterjadinya hubung singkat. Kelembaban tidak hanya menurunkan ketahanan isolasi minyak, tetapi kelembaban juga diserap oleh bahan isolasi lain seperti isolasi belitan, sehingga dapat merusak gulungan kawat tembaga transformator.
Pemeliharaan minyak transformator secara berkala sangat penting untuk mencegah terjadinya kerusakan isolasi dengan konsekuensi pemadaman.Sebuah transformator yang bekerja dengan baik selama sekian tahun, dapat mengalami kerusakan seketikadisebabkan oleh kegagalan isolasi. Pemeliharaan yang dilakukan secara teratur pada minyak transformator adalah merupakan cara yang paling baik untuk mempertahankan kondisi operasional sebuahtransformator sehingga masa pemanfaatan menjadi relatif panjang.
Lokasi observasi penelitian dilaksanakan di UnitPembangkit I Sektor Tello dan Gardu Induk 150 kV, 70kV PT. PLN Wilayah Sulselra. Kondisi minyak trafo sangat dipengaruhi oleh kenaikan suhu akibat kondisipembebanan dan kelembaban udara pada malam hari.Ketidakmurnian yang terjadi terutama disebabkan oleh kadar air dan kadar asam pada minyak trafo setelahdipakai selama jam operasi tertentu (8000-12000 jam)
untuk trafo pembangkit, sedangkan trafo GIketidakmurnian pada umumnya disebabkan oleh kadarair (ppm) dan kandungan asam-asam volatil. Untukmengantisipasi kondisi tersebut dilakukan prosespemurnian minyak.
Metoda Eksperimen
Pengujian sifat-sifat Fisik
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui perubahan sifat-sifat fisik dari minyak setelah dipakai. Pengujian ini meliputi uji kekentalan (viskositas), titik nyala (flash point), pengamatan warna, dan tegangan permukaan. Viskositas minyak yang diinginkan adalah viskositas yang rendah, sehingga dapat bersirkulasi dengan baik. Untuk titik nyala dipilih minyak dengan titik nyala yang tinggi. Pada pengamatan warna, minyak dengan warna kuning/bening dianggap masih baik. Pengujian tegangan permukaan dilakukan untuk
mengetahui tingkat diskontinuitas kerapatan minyak dengan zat cair lain.
Instrument pengukuran:
Alat uji kekentalan Engler
Close up tester
Colour comparator
Pengujian sifat-sifat Kimia
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui perubahan sifatsifat kimia akibat dekomposisi molekul-molekul minyak setelah dipakai. Pengujian ini meliputi uji keasaman (acidvalue) dan kadar air (water content). Untuk pengujian kestabilan oksidasi dilakukan pada minyak yang mengandung zat anti-oksidant (Nytro 10X) dan minyak Nytro 10 BN(uninhibitor oils). Pada uji kadar air akan diperlihatkan persentase air pada minyak akibat kenaikan suhu dan kelembaban.
Instrumen Pengukuran:
Titrasi penunjuk warna
Liquid petroleum oil tester
Badder test open glass beaker
Uji Tegangan Tembus dan Purifikasi
Pengujian ini meliputi pengujian tegangan tembus, factor disipasi, kapasitansi, dan permitivitas relatif.
Instrumen pengukuran:
Oil tester type SKN-1060, Sanmi Kogyo, Co.Ltd, Japan: Thermometer dan elemen pemanas.
Mobile oil filter oil purifier.
Hasil dan Pembahasan
Hasil pengukuran sifat minyak:
Data hasil pengukuran sifat fisik dan kimia adalah sebagai berikut:
Tabel pengukuran sifat fisik:
Dapat dilihat pada hal 5.
Tabel pengukuran sifat kimia:
Dapat dilihat pada hal 5.
Hasil pengukuran sifat listrik:
Pengujian ini adalah untuk mengetahui pengaruh kenaikan suhu minyak terhadap perubahan sifat-sifat listrik minyak. Kenaikan suhu pada minyak diperoleh dengan merendam bejana berisi minyak ke dalam bejana air yang dipanaskan pada suhu tertentu. Spesifikasi minyakstandar IEC; = 30 kV/2,5 mm.
Korelasi antara perubahan dekomposisi dari sifat minyak terhadap tegangan tembus minyak dapat dilihat pada gambar:
pada Gambar terlihat bahwa terdapat diskrepansi nilai kadar air yang signifikan pada tegangan tembus di bawah 30 kV dan kadar air di atas 0,05 %. Untuk kadar asam terlihat pada gambar berikut yaitu diskrepansi
signifikan pada 18 cSt/0,01 mgKOH/gr dan 22 cSt/0,02 mg KOH/gr
Analisa kestabilan oksidasi
Eksperimen ini adalah untuk mengetahui tingkat oksidasi pada minyak yang mengandung zat anti oksidan. Metode yang digunakan adalah open glass beaker pada suhu 100 oC selama beberapa hari.
Analisa ketidakmurnian minyak
Eksperimen untuk mengetahui ketidakmurnian kadar air pada minyak yaitu menaikkan kadar air(g/liter) pada suhu 30 C, kemudian mengukur tegangan tembus dan tegangan permukaan.
Proses pemurnian minyak
Minyak transformator dapat digolongkan dalam empat kelompok berdasarkan tingkat keasaman dan tegangan tembusnya, yaitu:
Minyak transformator kadar asam rendah (<1>80 kV/cm) minyak ini masih baik dan dapat dipakai, belum terdapat indikasi kerusakan sampai pada batas tertentu.
Minyak transformator kadar asam rendah (<1 style=""> di dalam minyak terdapa partikel air dan kotoran sehingga dapat menyebabkan gangguan pada trafo.
Minyak transformator kadar asam tinggi (>1 mg KOH/gr) dan tegangan tembus tinggi(>80 kV/cm). Minyak dalam keadaan asam yang tinggi dapat merusak bahan isolasi kumparan meskipun tegangan tembusnya tinggi minyak tersebut tidak layak pakai.
Minyak transformator kadar asam tinggi (>1 mg KOH/gr) dan tegangan tembus rendah(<80 style=""> isolasi kumparan,sehingga minyak tidak layak pakai.
Minyak transformator dengan kadar asam tinggi dapat diolah kembali atau regenerasi dengan menetralkan asam-asam terlarut (saponifikasi). Untuk keperluan tersebut digunakan soda kaustik (NaOH) dan dilakukan dalam reactor minyak kapasitas 700 liter dalam sekali pengolahan 500 ltr minyak kadar asam tinggi dan kotor dicampur dengan 120 liter larutan soda kaustik 4%. Kehilangan minyak dalam proses pengolahan ini 10-20 liter minyak. Kehilangan minyak hanya 4% - 5% atau efisiensi 95% - 96%. Proses pengolahan ini dapat dilakukan dalam waktu 3 hari kerja. Lama reaksi penetralan 4 jam. Suhu optimum untuk reaksi penetralan 70-80 oC.
IV. Kesimpulan
o Minyak transformator sebagai bahan pendingin dan bahan isolasi akan mengalami perubahan dekomposisi pada struktur molekul dan ikatan atom-atomnya jika dioperasikan pada suhu kerja 60-80 oC.
o Tingkat ketahanan dielektrik dari hasil pengukuran pada minyak transformator sangat dipengaruhi oleh kadar air (angka diskrepansi di atas 0,05% pada tegangan tembus di bawah 30 kV) dan kadar asam (angka diskrepansi 0,02 mgKOH/gr pada 22 cSt) .
o Tingkat kestabilan oksidasi pada minyak transformator yang mengandung anti-oksidant (inhibitor) mempunyai ketahanan isolasi yang lebih baik dibandingkan minyak tanpa zat anti-oksidant (uninhibitor).
o Hasil observasi di beberapa lokasi penelitian menunjukkan bahwa kegagalan dielektrik minyak isolasi pada
transformator di pembangkit pada umumnya dipicu oleh kenaikan suhu, sedangkan pada transformaotr di gardu induk disebabkan oleh medan kritis pada pengubah tap tegangan.
