## PENGARUH  OVER  EKSITASI  PADA TRANSFORMATOR

## PENUAAN  ISOLASI KERTAS DITINJAU  DARI STSI TERMAL
Muhammad Luqmanul Hakiml), Aris Kiswanto2), M. TonyPraset5ro3)
'''''turusan  Teknik Elektro  Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah  Semarang
Jl. Kasipah no 10-12  Semarang - Indonesia

## Abstract
Distribution of electricity  to consutners tltrough some process that begins from power plants to substations supptied  (sub-station),  then lowered into the substation'  a lo**-voltage distribution substations.
-J The distance is toofar between the point on the  voltage distribution in pmticular between  the IBT ' to the parent dtsitbution substation secondary voltage drop triggers, It is as well as on the d*tani between  new or IBT IBT cilegon Ganfiil to trigger serpong  substation secondary  voltage drop at substation serPong.
To stabilize the voltage of the secondary to the primary voltage on distribution transformer tap changer  operation.  Problems  arise  when the tap changer to operate  too mtrch will lead to the over-excitation  of the dislribution tr ansformer.
The side  effects of the over-excitation also trigger an increqse in temperature of the thermal truxformer, so the effect on the components within  it, is no exception to the isolation of paper  in the process of thermal temperattre rise is accelerating  aging  insulating  paper  itself. ' The  g4literyqg of aging inslqlating paper  must be accompanied by tlq-qqti-mated number of cleor  that the ripliceient of aging  insulating paper  on time, so it requires the calculation of accwate data on the thermal  temperature kenaiakan to aging transfortner paper  insulation.
Kelruords:  electricily  distribUion  process,  reduced  secondary voltage,  over-excitation, ogtng insulating paper, tlrc estimated  value.
hubungan antara pusat  listrik Dimana  dalam sistem  tenaga listrik
1. Pendahuluan
Sistem tenaga listrik adalah
(pembangkit) dan konsumen (beban)
dimana diantara  keduanya terdapat
saluran  transmsi, gardu induk, dan
saluran distribusi sehingga energi listrik
yang dihasilkan pusat listrik dapat dipergunakan  oleh konsumen.
tidak  bisa dipisahkan dengan peralatan- peralatan  (komponen-komponen) yang ada. Salah satu peralatan terpenting dalam sistem tenaga listrik Yaitu
39
Pengaruh  Over Eksitasi.....
http : //j urIral. unimus. ac. id
transformator. Alat ini menyambungkan antara suplai daya dari sisi pembangkit ke sisi  konsumen.
Sebagai komponen  yang mengkonversi besaran tegangan dan menghubungkan penyuplai daya dengan konsumen, keberadaan  transformator  sangat penting dalam menyalurkan daya, sehingga diharapkan rransformator selalu dapat beroperasi. Akan tetapi, seringkali transformator mengalami kerusakan, terutarna transformator-transformator yang terhubung ke penyulang (tr ansfor mat o r di s tr ibus i).
Melihat ke dalam lagi dari sisi transformator, isolasi kertas  mempunyai andil yang cukup besar  terhadap kinerja dari transformator itu sendiri, Isolasi kertas merupakan  hal yang sangat penting pada transfonnaror. Umur  isolasi kerCas menenfukan masa hidup transformator.
Isolasi ini dapat  mengalami penurunan kekuatan, sehingga faktor-faktor yang menyebabkan penurunan umur atau penuaan (ogeing) dan penurunan kekuatan dielektrik (penurunan  nilai tahanan) isolasi kertas  harus dikurangi saat pengoperasian transformator.
Ada beberapa faktor yang menyebahL:n penuaan dan penurunan  tahanan  isolasi kertas, yaitu:

## 1. Gangguan hubung  singkat
Z. Jenis  beban (harmonisa)

## 3. Tegangan operasi
4. Kandungan air (water content), oksigen  (oxygen content\, dan asam (acid content), baik pada isolasi kertas maupun minyak  transformator.
Gangguan hubung singkat, harmonisa beban, dan tegangan operasi akan menimbulkan stress termal  pada isolasi kertas. Sedangkan kandungan air, oksigen, dan asam  akan menyebabkan terjadinya reaksi  kimia yang mengakibatkan depolimerisasi isolasi kertas  sehingga kekuatanrrya menurun. Dari beberapa faktor penyebab penuaan isolasi kertas di atas Tegangan operasi pada suatu transformator dapat menyebabkan  terjadinya  over eksitasi inti pada  transformator yang mengakiba.tkan terjadinya kenaikan temperatur atau pemanasan pada transformator.
Akumulasi  terjadinya pemanasan  sedikit demi sedikit akan menjadi  salah satu penyebab faktor terjadinya penurunan kekuatan,  penuaan,  dan kerusakan  isolasi ffansformator.  Sehingga perlu adanya perhitungan nilai estimasi dari penuaan isolasi kertas agar penggantian isolasi kertas ini bisa tepat pada waktunya dengan  harapan memperkecil terjadinya rasio gangguan dalam sistem tenaga listrik.
4CI
M. IuQmanul  Hakim,  Aris  Kiswanto, M. Tony p
Media  Elektrika, Vol.  5 No. 1, Juni 2012
2. Tinjauan Pustaka
Gardu Induk merupakan sub
sistem dari sistem  penyaluran (iransmisi)
tenaga listrik, atau merupakan satu kesatuan dari sistem penyaluran
(transmisi),  Penyaluran (transmisi)
merupakan  sub  sistem dari sistem tenaga
listrik. Berarti, gardu induk merupakan sub-sub sistem dari sistem tenaga listrik.
Sebagai sub sistem dari sistem
penyaluran  (tronsmisi), gardu induk mempulyai peranan penting, dalam
pengoperasiannya tidak dapat  dipisahkan
dari sistem  penyaluran (transmisi) secara
keseluruhan.
Dalam pembahasan ini difokuskan
pada masalah  gardu induk  yang pada umunnya terpasang di Indonesia, pembahasannya bersifat praktis (terapan)
sesuai konsttruksi yang terpasang  di
lapangan.
Tegangan yang dibangkitkan
generator  terbatas dalam belasan kilovolt,
sedangkan transmisi membutuhkan
tegangan dalam puluhan sampai ratusan
kilovolt, sehingga diarfiaru  pembangkit dan  transmisi  dibutuhkan trafo daya step
up. Oleh karena itu, semua peralatan yang  terpasang di sisi sekunder trafo ini
harus mampu memikul tegangan  tinggi.
tssN  1979-7451
Tegangan transmisi dalam puluhan sampai  ratusan kilovolt sedangkan konsumen membutuhkan tegangan ratusan sampai dua puluhan  kilovolt, sehingga diantaru transmisi dan konsumen dibutuhkan trafo daya step down. Semua perlengkapan yang terpasang di sisi primer trafo ini juga harus mampu memikul tegangan tinggi.
Trafo- trafo daya ini bersama perlengkapan-perlengkapannya disebut gardu induk.
Trafo Distribusi  adalah merupakan suatu  komponen yang sangat penting dalam penlaluran tenaga listrik dari gardu distribusi ke konsumen.  Kerusakan pada Trafo Distribusi menyebabkan kontiniutas  pelayanan terhadap konsumen akan terganggu (terjadi pemutusan  aliran listrik atau ptmadaman). Pemadaman merupakan suafu kerugian yang menyebabkan biaya-biaya  pembangkitan akan meningkat tergantung  harga KWH yang tidak terjual.  Pemilihan rating  Trafo Distribusi yang tidak sesuai dengan kebutuhan beban akan menyebabkan efisiensi  menjadi kecil, begitu juga penempatan lokasi Trafo Distribusi yang tidak cocok mempengaruhi drop tegangan ujung pada konsumen atau
Pengaruh Over Eksitasi....,
jatuhnya/turunnya tegangan ujung saluran/konsumen.
Transformator aiau trafo adalah kornponen  elektromagnet yang dapat merubah  tegangan tinggi ke rendah atau sebaliknya dalam frekuensi sama.  Trafo merupakan jantung dari distribusi dan transmisi yang diharapkan beroperasi maksimal Cr"rju terus menerus tanpa henti). Agar dapat berfungsi dengan bailg makan trafo harus  dipelihara  dan dirawat dengan baik menggunakan sistem dan peralatan  yang tepat.
l. Tap changer ( perubah tap ) : Tap Changer adalah perubah perbandingan transforunator untuk mendapatkan tegangan operasi  sekunder sesuai yang diinginkan dari tegangan jafingan / primer  yang berubah-ubah.  Tap changer dapat dioperasikan baik dalam keadaan  berbeban( on-load ) atau  dalam keadaan tak berbeban ( off load ), tergantung jenisnya.
Trafo Distribusi dapat dipasang diluar ruanga (pemasangan diluar) dan dapat  dipasang diruangan (pemasangan
dalam) tergantung  kepada keadaan lokasi beban. Pemeliharaan merupakan salah satu kompanen yaxg secara langsung mendukung  keandalan, daya marnpu serta mutu produksi dari suatu peralatan.
Pemeliharaan tidak saja merupakan
pekerjaan pisik yang langsung  terhadap peralatan yang bersangkutan, tetapi diperlukan suatu perencanaan yang bail< dan pengawasan
terhaiiap
pelaksanaannya, sehingga dengan demikian pemeliharaan akan dapai dilakukan dengan teratur dan sesuai dengan ketentuan-ketentuan,  petunjuk- pefunjuk  yang berlaku terhadap  peralatan yang  bersangkutan.
Distribusi  yang tepat,  rating sesuai dengan kebutuhan beban akan menjaga teganganjatuh pada  konsumen dan akan menaikkan  efisiensi  penggunaan Trafo Distribusi.  Jadi Transformator Distribusi merupakan salah satu perulatan  yang perlu dipelihara  dan  dipergunakan sebaik mungkin  (seefisien mungkin), sehingga keandalan/ lcontinuitas  pelayanan  terhadap terjamin.
Over eksitasi pada transformator merupakan  suatu kejadian dimana inti transformator  mengalami  safurasi  karena fluks magnetik yang mengalir di inti meningkat sehingga meningkatkan &rus eksitasi yang melebihi  batas desai;r peralatan.
Seringkali tanpa disadari suirru transfirmator yang beroperasi pada jaringan mengalami over eksitasi. Olelr karena itu perlu diketahui penvebai:, terjadinya over  eksitasi pada transformator.
M: Luqmanul llakim, Aris Kiswanto, M. Tony p 42
Media  Elektrika,  Vol. 5 No. !, Juni  2012
Dalam  jaringan,  seringkali jarak
antara IBT 500/150 kV dengan
transformator l50l2A kV sangat jauh hingga  ratusan kilometer.  Keadaan ini tentu saja  menyebabkan  tegangan  suplai
ke transformator 150120 kV menjadi
turun, bernilai lebih rendah, dibawah
tegangan nominalnya bahkan hingga batas toleransi minimum Yang diperbolehkan,  sehingga  tegangan di sisi
sekunder  (penyulang) pun akan ikut turun, berada di bawah tegangan
nominalnya. Begitu juga saat suatu transformator dari keadaan tidak berbeban, kemudian  menjadi berbeban,
maka tegangan di sisi sekunder akan turun dibandingkan tegangan  ratinguya (mengalami voltage  drop).
Untuk menjaga kualitas ke sisi konsumen,  transformator-transfomator ke sisi penyulang ini harus dinaikkan kembali tegangannya agat kualitas
tegangan yang  disyaratkan  terpenuhi. Hal ini biasanya  dilakukan dengan
pengoperasian OLTC  (On Load TaP
Changer) pada posisi taP tertentu
sehingga diperoleh nilai tegangan
sekunder yang sesuai. Penjelasan  ini
lssN 1979-7451
dapat lebih mudah  dipahami dengan Vo No rumus:f =- (l) Vs Ns
Tegangan primer (Vp) meruPakan tegangan yang diterima dari suplai,
sehingga nilainya  tetap. Sedangkan tegangan  sekunder (Vs) meruPakan tegangan hasil konversi transformator sesuai dengan  perbandingan lilitan. Nilai tegangan sekunder ini akan dinaikkan kembali ke nilai nominal agar kualitas tsrjaga.
Belitan sekunder (Ns) bernilai tetap, sehingga untuk menaikftan kembali tegangan sekundor, dilakukan dengan
mengurangi  panjang  belitan primer yang digunakan (memperkecil rasio belitan) dengan  pengoperasian OLTC (penaikan tap-changer).
Hukum  faraday menyatakan  bahwa gzya  gerak listrik (GGL) sebanding dengan ruta-r ata perubahan fl uks.
e(t)  = Nafimax coso.t d = B.A=
Pada frekuensi 50 Hz,maka'. e(r)  = -*o% e(t1= -*d($max sinaDA (2) (3) (4) pN, I (s)
Pengaruh  Over Eksitasi.....
Emax : N.atA.Bmax
dengan  ro = Zzrf
Pada operasi  steady-state, nilai
dari induksi  GGL ini adalah:
berbanding terbalik dengan
sistem (Walter,  2004).
E =Jir.f .N.d ,E 0=--_ - 42tr.f .N frekuensi Oleh karena itu, satuan eksitasi adalah per unit tegangan dibagi dengan per unit frekuensi  (volt/hertz). Over eksitasi terjadi jika per unit volt/hertz  melebihi batas desain peralatan  (Walter,  2004).
Kondisi ovel voltage danlatau under frequenqt dapat menghasilkan suattt level flulo  yang menyebabkan inti transformator mengalami saturasi.
Keadaan  operasi yang tidak normal ini dapat terjadi  pada setiap bagian dari sistem  tenaga listrik, termasuk transformator,  mengalami over eksi'rasi (Harlow,2004).

## 2.  Akibat
Over
Transformator
Eksitasi Pada
Over eksitasi pada transformator menyebabkan kenaikan  temperatur inti transformator dan meningkatkan temperatur minyak transformator sebagai media pendingin  transformator, meningkatkan tingkat kebisingan (noise) dan getaran (vibration) pada transformator (FI., iow, 2004).
Beberapa transformator yang mengalami over eksitasi mengalarni slress termal yang lebih besar
M. Luqmanul Hakim,  Aris Kiswanto, M. Tony p
(6) (e) (r0)
y m s = #f N A o max-- Jir.y N. AB mw< (7 )
Pada  bagian primer transformator,
tegangan (E) bcmilai tetap, frekuensi sistem (fl konstan,  luas  penarnpang inti (A) jugu tetap. Oleh karena itu, penurunan panjang belitan primer (M1 yang digunakan akan menyebabkan peningkatan densitas fluks (B) yang terjadi karena  bertambahnya fluks yang mengalir pada inti transformator.
Fluks yang  mengalir  pada suatu
penghantar  sebanding  dengan  besar arus.
Peningkatan jumlah fluks yang  mengalir pada inti ekan rneningkatkan arus eksitasi.  Peningkatan arus eksitasi  ini dapat menyebabkan transformator mengalami  over  eksitasi.
Nilai over eksitasi yang terjadi adalah sebesar  tegangan sistem dibagi dengan tegangan desain yang sesuai dengan pilihan tap-nya.
overelaitasr= tegangattsistem 1g1 teganganpadatap ' '
Fluks  magnetik  pada inti transformator besarnya sebanding  dengan tegan-qan dan
Media  Elektrika,  Vol.  5 No. 1, Juni 2012
dibandingkan  dengan transformator sejenis pada beban yang sama jika tanpa over  eksitasi.
O1,er eksitasi dapat menyebabkan kerusakan  pennanen pada belitan dan inti transformator akibat panas yang
disebabkan oleh arus eksitasi yang
tinggi yang mengalir  ketika tegangan
rneningkat tajam ke level saturasi (Castro,2004).
Transformator  akan menuju ke kondisi over eksitasi ketika tegangan sistem berubah, ketika beban berubah danJatau
faktor daya (PF),  berubah, atau ketika kombinasi antaru tegangan sistem dan kondisi beban (Castro,  2004).
Peningkatan over eksitasi juga dapat menyebabkan penurunan
kemampuan menyuplai daya pada
transformator.  Walaupun penurunan ini
tidak terlalu besar, hot spot akan
meningkat  dan menyebabkan  terjadinya penuaan pada  isolasi transformator sehingga terjadi penurunan masa hidup
(lifetime)  isolasi transformator yang
cukup mengkhawatirkan (Savaghebi,
2007).
Over eksitasi pada transformator dapat menyebabkan  kerusakan  termal
pada inti akibat fluks besar yang
tssN  1979-7451
berlebihan pada rangkaian magnetik.
Fluks yang berlebih ini membuat inti besi  mengalami saturasi dan mengalir ke dalam  struktur  yang berdekatan, menyebabkan tingginya  rugi-rugi arus Eddypada inti dan  material konduktor yang berdekatan (Walte 4 2004).
3. Rugi-rugi Inti
Adanya over  eksitasi akan menghasilkan rugi-rugi. Rugi-rugi saat over  eksitasi ini terjadi di inti. Rugi-rugi ini adalah rugi-rugi  tanpa  beban (no- load losses). Rugi-rugi inti ini lebih bergantung pada  besar fluks dibandingkan besar tegangan. Rugi-rugi inti dapat diklasifikasikan menjadi rugi- rugi hysteresis  dan rugi-rugi arus  eddy.
Rugi-rugi inti akan meningkat saat terjadi over  eksitasi  (Gaudreau,  2002).
4. Rugi-rugi  Hysteresis
Jika suatu inti magnetik disuplai dengan tegangan AC (seperti pada gambar dibawah) pada belitannya, akan terbentuk kurva B-H. Saat terjadi satu siklus arus
(atau  tegangan),  terbentuk kurva B-.Fl yang melewati  lintasan OZCZ'P.' UL7.
Setelah  beberapa siklus, karakleristik kurva B-H menjadi suatu loop seperti pada gambar. Kurva ini dinamakan loop hysteresis.
Pengaruh Over Eksitasi.....
Rugi-rugi hysteresis per siklus merupakan luas kurva dapat dihitung
dengan rumus I l]: wh=Yotf HdB (l l)
dengan Wh merupakan rugi-rugi
Hy s t e r e s is/uni t v o lume.
Karena arus melakukan f kali siklus dalam satu detik, rugi-rugi Hysterdsis dalam volume V material ketika dioperasikan pada f Hz adalah I I 1 ] :
Ph=Wh.V.f  Watt (12)
Untuk menghindari  perhitungan luas loop, Steinmetz  memberikan rumus empiris untuk menghitung rugi-rugi hysteresis  berdasarkan studi eksperimen, sehingga rugi-rugi Hysteresis dapat ditulis (Kothari, 2004):
Ph= Kh.f  .Bmn Watt/m3 (l 3) dengan konstanta Kh rli.lainya bergantung pada jenis material dan n merupakan eksponen Steinneetz yang nilainya bergantung pada jenis  material [ 1].
5. Rugi-rugi  Arus Eddy
Ketika inti magnetik dialiri fluks, tegangan terinduksi  pada semua bagian yang dilewati fluks. Hal ini akan menghasilkan  arus sirkulasi  pada  inti.
Arus ini disebut arus eddy dan menghasilkan rugi-rugi daya (12,R) yang
disebut rugi-rugi  arus Eddy (Kothari.
2004). Arus ini terbentuk  karena adanl,a
beda potensial  diantara  badan material karena perubahan  fluks.
Rugi-rugi arus Eddy dapat dihitung dengan rumus empiris (Kothari, 2004): n.l Pe = Ke.f ".Bmz Wattlm' (t+) dengan konstanta Ke nilainya  bergantung pada jenis material.
Rugi-rugi inti merupakan penjumlahan dari rugi-rugi Hysteresis dan rugi-rugi arus Eddy. Rugi-rugi ini dapat  dihitung dengan rumus empiris:
Pc= Ph+ Pe (15)
Pc = Kh.f .B*n + xe.y2.nmz
Watt/m3 (16)
Dari rumus diatas, terlihat bahwa kenaikan  densitas fluks menyebabkan kenaikan rugi-rugi inti. Hubungan  antaru rugi-rugi inti dengan eksitasi  pada level ini dapat lebih baik diperkirakan berdasarkan frekuensi yang konstan menggunakan rumus sebagai berikut (Castro,2004):
Pc = K.BryQ (r7)
dengan g merupakan elcsponen  Steinmetz modifikasi dan bernilai sekitar 3,7
(Castro,20Aq.
Dari persamaan (20), besar densitas fluks
dapat dirumuskan:
- Erms Bmax = -;- .l2tt.f .N.A
(1 8)
sehingga  persamaan (17) dapat dijabarkan menjadi:
M. Luqmanul Hakim,  Aris  Kiswanto, M. Tony P 46
Media  Elektrika,  Vol.  5 No. 1, Juni 2012
r, = y.g-fu!-.1u 42n.f .N.A
(1e) o p" = E'*L' .x1:f-1q ool 1g.r , Jzr.7.n.
Dari persamaan (20) bisa dilihat
bahwasanya  prsamaan tersebut untuk mencari rugi-rugi  inti transformator  etika transformator dalam keadaan over eksitasi (tap 18) sehingga konsumsi beban saat posisi tap  18 akan
menunjukkan  arus beban tertinggi nya.
Sehingga rugi-rugi berbeban ketika
transformator  menunjukkan  arus beban
tertinggi  dijabarkan sesuai rumus:
lssN 1979-7451
trasnsformator dan tempertur hot spot maksimal transformator, sehingga dari suhu bagian-bagian tersebut nantinya a-kan terakumulasi menjadi temperatur hot spotmaksimal/tempertur keseluruhan transformator. Temperatur  minyak  bagian atas transformator dipengaruhi oleh besar nya perbandingan rugi-rugi total akibat over eksitasi dan  rugi-rugi total data pabikan  dikalikan temperatur  minyak data pabrikan(top oil temperature ise), sesuai rumus:
Dimana PlLBmerupakan rugi-rugi pada
arus beban tertinggi (kW), IBarus beban yang terjadi (ampere), lNarus beban maksimal data pabrikan (ampere),PLlNrugi-rugi  berbeban data pabrikan (kW).
Kenaikan beban pada transformator memicu rugi-rugi yang ditimbulkan juga semakin besar dan berbanding lurus
dengan  besar  kenaikan suhu  termal  pada transformator itu sendiri,  dimana suhu
termal pada transformator  terkonsentrasi
pada beberapa bagian utama yaitu
tempeftur minyak bagian atas
Pengaruh Over Eksitasi.....
(22)
Kemudian temperatur hot spot transformato  meupakan penjumlahan kenaikan  temperatur minyak bagian atas transformator dan HS factor x gradien, dimana (HSy*o,: 14 dan gradient:1,3)
sehingga didapat rumus:
L9rro = L9roo * HS y,",o,xgradient (23)
Dari rumus (23)  merupakan  kenaikan hot spot transformator yang masih mengabaikan  temperatur ambient(suhu lingkungan sekitar transformator), dimana suhu lingkungan sekitar transformator juga ikut mempengaruhi dari kenaikan temperatur hot
spotttansfa:'mator itu sendiri. Sehingga didapat  rumus:
Lu-o = orr"-.(*) P,,"u=#*,^
(21)
Oaso = 0n + A,roo + HS r,",,"xgradien (24)
Kenaikan temperatur hot spoltrarrsformatbr memicu penuaan
isolasi  kertas pada transformator yang semakin
cepat,
dengan
mempertimbangkan titik terpanas (hottest spof)  sehingga didapat rumus:
FAA="-r[%.-)
(2s\
3. Metodologi  Penelitian Setelah melalui tahapan metode studi pustaka metode kedua _vaitu metode observasi (pengamatan  secara langsung di lapangan).  Dimana  pengamatan kasus dilakukan di transformator 1 Gardu Induk Serpong, gardu induk serpong ini letaknya cukup jauh dari suplai pornbangkit  (sebelum PLTU Balaraja
masuk ke sistem) dan menerima suplai tegangan dari IBT yang cukup  jauh letaknya  (dari IBT Cilegon  Baru atau IBT Gandul).
Transformator 1  GI Serpong sering mengalami suplai tegangan ke sisi primer yang rendah dari sistem. Berdasarkan data OPGI tahun  2008, transformator ini pemah mengalami  tegangan di bawah batas toleransi minimal  (150  kv-l0g/o).
Untuk menjaga kualitas tegangan ke konsumen, seringkali dilakukan pengoperasian OLTC hingga tap *ertinggi (tap-18),  bahkan  hampir  setiap hari.  Oleh karena itu, dilakukan penelitian terha.lap transformator I Gardu Induk Serpong dengan menganalisa data dan perhitungan secara matematis untuk mendapatkan nilai estimasi penuaan isolasi kertas.
Media Elektrika, vol. ltto. 1, Juni 2012 Alur penelitian lssN 1979-7451 Mencari: 1. Rugi-rugi  tota( P total)
2. Temperatur  hot  spot malsimal
3. Penuaan (lgeirg:) pada  isolasikertas
Masuld<an datadesain dabrikan, anrs beban tertinggi dan rugi-rugi transform*oi
Apakah  ada penunrnan tegailgan sekunder
(Vs) pada GI distribusi ?
Hitung nrgi-rugi (Pc, ) transformator  pada  posisi tap 18 dengan  persaman  20.
Hitung rugi-rugi beban ( Ptrs ) pada  arus tertingggi dengan persamaan  21.
Nilai rugi-rugi wta { Pr*)
Hitung kenaikan  temperatur minyak bagian atas transforntator {L,Oroo ) dengan  persarnaan  22
Hitung kenaikan  temperatur  hot  spot transformato ,1  ilr* ) dengan  persamaan  23
Hitung ternperatur  hot  spot  maksim  zt (0 uso ) dengan  persamaan  24
Fengaruh Over Eksitasi.....
Nilai hot spot
malrsimal( LeHe) )
Hitung  faktor percepafa[  p€auaan isolasi  kertas ( 77,a ) dengan
persamaen  25 FAA=0
Ageing iffilasi.. - = FAAx ageing maksimal  pabrikan lgefug Isolasi kerbs malsimal sesuai data pabrikan SSAI SEL 50 Gambar 1. AIur penelitian
n, Aris Kiswanto, M. Tony p
Media  Elektrika,  Vol. 5 tto. t, Juni 2O!2
4. Pembahasan
Besar Rugi-Rugi  Akibat  Over Eksitasi
Untuk mengandlisis over eksitasi, dipilih transformator distribusi dengan kapasitas 60 MVA 150120 kV menggunakan
minyak sebagai media  pendingin dan media  isolasi, sistem pendingin minyak
ONAF dan pada frekuensi fundamental
(50 Hz). Rugi-rugi yang  diperoleh dari
data desain pabrikan  pada temperature
75"C adalah (Sumaryadi  dklq 2009): Rugi beban nol Rugi berbeban :38 kW
:.220 kW
Belitan  sisi tegangan tinggi :150.000 V, wye
Belitan  sisi tegangan rendah : 20.000 V, wy"
Temperature hot spot maksimal adalah
98aC (non  thermally upgrade  insulation paper) (IEC 60354,  1991). Kenaikan temperature maksimal pada  temperature
ambient 27"C adalah: hot spot temperature 7I"C, belitan 58"C, minyak 53"C.
Dengan menggunakan  perbandingan dua keadaan, yaitu keadaan saat tegangan
nominal  dan keadaan  saat over eksitasi pada posisi tap 18, dapat dihitung besar
rugi-rugi inti saat transformator berada pada posisi tap 18 dengan  menggunakan
tssN  1979-7451
persamaan (20). Nilai konstanta K, frekuensi (l), dan luas penampang inti (l) sama pada dua keadaan tersebut, perbandingan belitan menggunakan pendekatan nilai arus pada kurva kontinuitas OLTC, sehingga besar rugi- rugi inti transtbrmator  saat over eksitasi (berada  pada posisi tap 18)  adalah:
Pro :ErmsoQ N*4
P", E ms*q' Noq _ D7.53.7 6.83.7
Pco = ,*tl ' o.*r:;7 xrc'
P"o =l.2l1x 38 = 46.03 kW
Rugi-rugi berbeban (load losses) merupakan penjumlahan dari rugirugi arus searah  (12R), rugi-rugi  belitan arus eddy (winding eddy current /osses), dan rugi-rugi stray lainnya.  Besamya saat beban maksimal adalah sekitar 220 kW
(Sumaryadi dkk,2009).
Dari data beban  transformator I GI Semong pada  tahun 2008,  arus beban tertinggi adalah  1630 A (8 April 2008).
Rugi-rugi berbeban pada arus tersebut
r2
adalah: Puo =?z*Prr, (21) lN p,,o =l!]-\*zzo= I94,85 kW r732'
Pengaruh  Over Eksitasi.....
Rugi-rugi total transformator adalah penjumlahan rugi-rugi inti dengan rugi- rugi berbeban,  s6hingga rugi-rugi total pada  arus tersebut adalah:
194.85 +46.03 = 240.88 kW (ls)
Akibat adanya penambahan rugi-rugi  inti ini, pembebanan transformator pada kondisi ambient temperature e7"C) hanya bisa dilakukan  hingga sebesar:
%o beban- 258-'16'03 xl[[vo = 96.35o/o 220
Jika pada transformator dilakukan pembebanan maksimum (100%),  rugi- rugi total akibat over eksitasi menjadi sebesar:
220 + 46.03 = 266.03 kW (1s)
Oleh karena itu, agar dapat  menghindari rugi-rugi total yang melebihi batas normal dan terjadinya  penuaan yang cepat akibat over eksitasi,  transformator hanya bisa dibebani  hingga arus  sebesar:

## Iu'=pr-pco
I r'
Prr* (8) ru':25s-46.03 I *' z2o
Kenaikan  Temperatur Akibat Over

## Eksitasi
Kenaikan temperatur  merupakan  hal yang tidak dapat dihindari saat terjadi over eksitasi. Jika pad,a transformator dilakukan pembebanan maksimum 000yA, besarnya kenaikan temperatur adalah sebagai berikut:
Kenaikan  temperatur minyak bagian atas transformator (top-oil temperature  rise) menjadi sebesar(IEEE Std CS7.ll0-
19e8):
Lo-o = or--.(*)'r rrrt Lo,oo= 53,(+#)o' = ro.rr.,
Kenaikan temperatur hot spot transformator  (dengan HSyo"tor: 14 dan gradient  =1,3) menjadi sebesar (IEEE Std c57.91-1995):
L9rro = L9roo * HST",o"xgradient  (23)
L9rro = 54.32+ l8 = 72.32"C
M. Ltiqmanul Hakim,  Aris Kiswanto, M. Tony p I^ - D 2lL'97 *f732'
220
Tabel 1. Perhitungan  Rugi-Rugi
Jenis Rugi-Rugi Rugi- Rugi Sesuai Rating Fallor Pengali (Pengar uh Over Eksitasi) Koreksi Rugi-rugi Rugi-rugi inti 38 kW 1.211 46.Okw Rugi-rugi berbeban 220 kw 22AkW Rugi-rugi total 258 Kw 266.03Kw
Media  Elektrika,  Vol.  5 No. 1, Juni 2012
Apabila ambient  temperatur pada gardu
induk dimana transformator tersebut
ditempatkan ruta-rita adalah 27"C,
temperatur hot spot maksimal menjadi
(rEEE Std  Cs7.9 1-reel):
0aso = 0n + A,roo * HS poo,xgradien Q4)
9aso =27 +54.32+18 = 99.32"C
Penuaan (Ageing)  Pada  Isoiasi Kertas
Penuaan pada isolasi  kertas  dapat  terjadi karena  berbagai hal, salah satunya adalah
karena kenaikan temperafur hot spot.
Karena distribusi temperatur pada kebanyakan transformator tidak seragam,
saat ini penuaan dipelajari dengan cara mempertimbangkan titik terpanas  {hotte st spot)  pada transformator  (Castro,  2004).
Akibat adanya kenaikan temperature
karena over eksitasi menjadi 99,32"C,
iaktor percepatan penuaan (ageing
accelerator factor) untuk isolasi kertas
belitan (non  thermally  upgrade  insulotion paper) transformator menjadi sebesar
(Sumaryadi dkk, 2ooe):FAA=*r(%*) rrtl
FAA=ex(o.zz) =1.246
Artinya isolasi  kertas  pada  transformator 1 GI Serpong akan mengalami laju penuaan  sebesar l,246kali lebih cepat.
Kesimpulan.
l. Over eksitasi dapat menyebabkan kenaikan  temperatur inti transformator dan ineningkatkan temperatur minyak transformator sebagai  media pendingin transformator,  meningkatkan tingkat kebisingan (noise) dan getaran
(v ibr a t i o n'1 pada transformator.
2. Over eksitasi  menyebabkan  kenaikan rugi-rugi inti pada  transformator 1 hingga sebesar 46,03 kW sehingga menyebabkan kenaikan temperatur minyak  (top oil temperature).
3. Akibat  over eksitasi, temperatur  hot spot maksimal  naik  menjadi  99.32"C dan umur isolasi kertas menjadi 1,246 kali lebih cepat dibandingkan
r* keadaan normal.

## Daftar Pustaka
A. Gaudrearl P. Picher, L. Bolduc, dan A.
Coutu, 2002, No-Load  Losses in Transformer Under Overexcitation /Inrush-Current  Conditions:  Test and a
NewModel.
A.E. Fitzgerald,  Charles Kingsley, Jr., dan Stephen D. Umans. 20A2, Electric Machinery 6th Edition. McGraw-Hill.
Massachussets.
c.R.T. castro, S.R. Barbosa, H.L. Ferreir4 sumaryadi, Bambang cahyono, dan Indera L.E. Samico, [.J.S.  Lopes, dan S.R. Silva. Arifianto. 2009, Diagnostic Degradation 2004, Powitr Transformer Loading
Process of Pawer Transformer  Insulation Studies  Considering Overexcitation. System: Harmonic  Current  Impact to
IEEE. Capabitity of Transformer #7 pulogadung D.P. Kothari dan I.J. Nagrath.  2006. Elecfric
s/s.
Machines.TataMcGraw-Hill.NewDelhi. --r 2004, Transformer  Handbook.  ABB.
Didik susilo widianto. Power Transformer zwich.switzerland.
Design  Aspect. PT. Unindo -  Areva. Walter A. Elmore. 2004, Protective Relrying Jakarta.
Theory and Applicatiozs.  Marcel Dekker. http://kampungelektro.blogspot.comD0l2l02 New york.
/ransformator.html
www.Elektroindonesiacom http://switshyard-
elechic.blogsoot.com/20 1 I /04/20 http : //tanotocentre. Wordores s. com/2009/06/0
5.
IEC  60076. 2000. Power  Transformers.
IEC  60354. Lggl.Loading  Guide for Oit-
Immersed Power Trans rrners.
IEEE Std c57.110-1998. tggg. IEEE
R.ecommended Practice for Establishing
Transformer  Capability Wen Supplying
Nons iruts oidal  Load  Currents.
IEEE Std C57.91-1995. IEEE Guide for
LodW Mineral -  Al  - Immersed
Transformers.

## J. H. Harlow. 2004. Electric Power
Transformer Engineering.  CRC Press.
M. Savaghebi,.A. Gholami,  dan H. Hooshyar.
20A?. Loading  Capability of Transformer
in Over-exc:itation  Conditian. IEEE.
Maschinenfabrik  Reinhausen. 2005. Tap
Changer Application.
Mukund R. Patel. 2005. Spacecraft Pou,er
Systems. CRC Press.
M. Luqmanul Hakim,  Aris Kiswanto, M. Tony p