of 16/16
Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007 1 PENGUJIAN DAN INTERPRETASI SFRA PT PLN (PERSERO) P3B Region Jawa Timur & Bali [email protected] ; [email protected] [email protected] ; [email protected] Abstrak I. Pendahuluan Salah satu metoda yang digunakan saat ini untuk mengetahui respons perubahan parameter terhadap penuaan, transportasi atau hubung singkat yaitu metoda Frequency Response Analysis. Prinsip utama dari frekuensi respons yaitu membandingkan sinyal (tegangan atau arus) yang keluar terhadap sinyal yang masuk. Sweep Frekuensi Response Analyzer (SFRA) adalah suatu alat yang dapat memberikan indikasi mengenai perubahan inti dan belitan pada trafo. Hal ini dilakukan dengan melakukan pengujian, sekalipun hanya dengan hal yang simple, melihat seberapa baik belitan trafo mengirimkan sinyal low voltage yang bervariasi dalam frekuensi. Seberapa baik trafo dihubungan dengan element impedansi, kapasitif dan induktif yang secara langsung berhubungan dengan konstruksi fisik trafo. Perubahan frekuensi respons seperti yang diukur dengan teknik SFRA dapat Sweep Frequency Response Analyzer (SFRA) adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur dan menganalisa perubahan yang terjadi pada trafo sesudah mengalami hubung singkat. SFRA juga dapat memberikan indikasi perubahan pada core (inti) dan winding (belitan) pada transformator. Prinsip utama dari metoda SFRA ini adalah membandingkan sinyal (tegangan atau arus) yang keluar terhadap sinyal yang masuk. Perubahan pada frekuensi respon yang diukur dengan teknik SFRA akan mengindikasikan perubahan fisik didalam trafo, penyebab dari perubahan inilah yang perlu untuk di identifikasi dan investigasi lebih lanjut. Tulisan ini akan lebih membahas analisa mengenai hubungan antara perubahan kurva frekuensi respon yang dihasilkan SFRA terhadap perubahan fisik dari peralatan.

Foren 3-Sfra Rjtb

  • View
    21

  • Download
    7

Embed Size (px)

DESCRIPTION

fra ui

Text of Foren 3-Sfra Rjtb

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    1

    PENGUJIAN DAN INTERPRETASI SFRA

    PT PLN (PERSERO)

    P3B Region Jawa Timur & Bali

    [email protected]; [email protected]

    [email protected] ; [email protected]

    Abstrak

    I. Pendahuluan

    Salah satu metoda yang digunakan saat ini untuk mengetahui respons

    perubahan parameter terhadap penuaan, transportasi atau hubung singkat yaitu

    metoda Frequency Response Analysis. Prinsip utama dari frekuensi respons yaitu

    membandingkan sinyal (tegangan atau arus) yang keluar terhadap sinyal yang

    masuk.

    Sweep Frekuensi Response Analyzer (SFRA) adalah suatu alat yang dapat

    memberikan indikasi mengenai perubahan inti dan belitan pada trafo. Hal ini

    dilakukan dengan melakukan pengujian, sekalipun hanya dengan hal yang simple,

    melihat seberapa baik belitan trafo mengirimkan sinyal low voltage yang bervariasi

    dalam frekuensi. Seberapa baik trafo dihubungan dengan element impedansi,

    kapasitif dan induktif yang secara langsung berhubungan dengan konstruksi fisik

    trafo. Perubahan frekuensi respons seperti yang diukur dengan teknik SFRA dapat

    Sweep Frequency Response Analyzer (SFRA) adalah suatu alat yang

    digunakan untuk mengukur dan menganalisa perubahan yang terjadi pada trafo

    sesudah mengalami hubung singkat. SFRA juga dapat memberikan indikasi perubahan

    pada core (inti) dan winding (belitan) pada transformator.

    Prinsip utama dari metoda SFRA ini adalah membandingkan sinyal (tegangan

    atau arus) yang keluar terhadap sinyal yang masuk.

    Perubahan pada frekuensi respon yang diukur dengan teknik SFRA akan

    mengindikasikan perubahan fisik didalam trafo, penyebab dari perubahan inilah yang

    perlu untuk di identifikasi dan investigasi lebih lanjut.

    Tulisan ini akan lebih membahas analisa mengenai hubungan antara perubahan

    kurva frekuensi respon yang dihasilkan SFRA terhadap perubahan fisik dari peralatan.

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    2

    mengindikasikan perubahan didalam trafo, penyebab inilah yang butuh untuk

    diidentifikasi dan diinvestigasi selanjutnya.

    Dengan menggunakan alat SFRA, akan dianalisa perubahan yang terjadi

    pada trafo setelah mengalami gangguan hubung singkat dan juga membandingkan

    hasil analisa tersebut dengan kondisi trafo secara visual dilapangan.

    II. Prinsip Sweep Frequency Response

    2.1 Rangkaian RLC

    Analisa frekuensi respons secara umum diterapkan pada rangkaian

    kompleks dari element pasif. Kita hanya akan memikirkan resistor, induktor dan

    kapasitor sebagai element circuit pasif, dan harus diasumsikan ideal. Tiga element

    fundamental ini merupakan rangkaian utama dari berbagai macam alat, seperti

    trafo, motor, generator, dll.

    Komponen R, L dan C terdapat di dalam trafo dalam banyak bentuk.

    Komponen L dan C menghasilkan individual frekuensi resonansi. Komponen L

    dan C sangat ditentukan oleh hasil pengukuran/ perhitungan konstruksi dan

    penempatan. Jika kita dapat mengukur perubahan dalam respon frekuensi pada

    lilitan (winding), maka kita dapat mendeteksi perubahan letak (movement) dari

    lilitan. Sehingga pengujian SFRA yang berulang-ulang akan dapat mendeteksi hal

    tersebut.

    Model RLC yang berhubungan dengan tes FRA lebih mudah dilihat dalam

    range frekuensi rendah, sedangkan tes dengan belitan tegangan tinggi pada

    transformer tipikal. Banyak trafo menghasilkan resonansi yang berbeda pada

    range frekuensi ini. Frekuensi resonansi hanya ditentukan oleh komponen L

    dan C.

    Gambar 1. Respon Frekuensi Dengan Resonansi Urutan Kedua

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    3

    Gambar 2 menunjukkan rangkaian RLC paralel yang sejenis yang menghasilkan

    resonansi.

    Gambar 2. Rangkaian RLC Untuk Resonansi Urutan Kedua

    2.2 Sweep Frequency Response Analyzer

    SFRA menggunakan metode rangkaian berikut :

    Keterangan :

    S : Tegangan Sumber (Input)

    R : Tegangan Referensi

    T : Tegangan Benda yang Diukur

    Zs : Impedans sumber dari network analyzer

    Zt : Impedans dari winding yang diuji

    Impedans sumber selalu 50 agar match dengan impedans kabel penghubung. Dengan menggunakan notasi pada gambar, maka dapat didefinisikan

    bahwa :

    Rasio Amplitudo k = 20log10 (T/R)

    Sudut Fasa = (T/R)

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    4

    Tegangan sumber 10 volt, tetapi dijaga tegangan tetap walaupun frekuensi

    berubah-ubah. Frekuensi berubah secara otomatis (scanning) dengan pertambahan

    logaritmis atau deret ukur (perkalian).

    Kabel penghubung harus cukup panjang (karena trafo tenaga berukuran

    besar/tinggi) namun RLC kabel tidak boleh mempengaruhi amplitudo dan phasa

    sinyal input.

    Data rasio amplitudo dan sudut phasa sebagai fungsi frekuensi digambar

    dan disebut kurva Frequency Response (FR). Amplitudo dinyatakan dalam

    satuan decibel (dB) sedangkan sudut phasa dinyatakan dalam derajat.

    2.3 Hubung Singkat Pada Trafo

    Untuk menilai apakah trafo tahan terhadap hubung singkat, sesuai standar

    adalah dengan cara membandingkan nilai impedansi hubung singkat dengan arus

    nominal 50 Hz trafo sebelum dan sesudah diuji. Hal ini dapat dibuktikan dengan

    membuka tank trafo dan melihat inti dan belitan secara visual apa ada perubahan

    letak, retak atau lepas dari belitan, isolasi trafo.

    Uji hubung singkat dilakukan dengan memberikan tegangan pengenal

    (rated voltage) pada trafo sisi belitan tegangan tinggi (TT), sementara belitan sisi

    tegangan rendah (TR) dihubung singkat, sehingga pada trafo akan terjadi aliran

    arus hubung singkat. Besarnya arus hubung singkat yang terjadi ditentukan oleh

    besarnya impedans hubung singkat dari trafo.

    Sebagai evaluasi penilaian terhadap hasil uji hubung singkat dipergunakan

    kriteria sebagai berikut :

    1. Trafo tidak boleh mengalami perubahan nilai induktansi antara nilai sebelum

    dan sesudah uji hubung singkat.

    2. Setelah mengalami uji hubung singkat, secara visual konstruksi dalam trafo

    tidak boleh mengalami kerusakan atau perubahan bentuk atau posisi.

    3. Perubahan impedansi hubung singkat yang diizinkan adalah

    Bentuk Inti Penampang Konduktor Perubahan Impedansi Max

    Bulat Bulat 2 %

    Bulat Persegi 4 %

    Oval - 7.50 %

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    5

    Sebagai pembanding, pengukuran impedansi juga bisa dilakukan dengan

    menggunakan universal RLC bridge, dengan frekuensi kerja 1 KHz.

    Bila perbedaan nilai impedansi dibawah nilai yang ditentukan, sedangkan secara

    fisik juga tidak terlihat ada pergeseran maka trafo dinyatakan tahan terhadap uji

    hubung singkat.

    III. Metoda Pengujian

    Peralatan yang digunakan untuk mengukur trafo yaitu SFRA Merk Doble

    M5100.

    Gambar 3. Rangkaian Pengukuran dengan SFRA

    Kabel penghubung yang digunakan yaitu jenis RG58 atau RG238/U RF

    coaxial kabel yang shieldnya digrounded ke instrumen chasis. Panjang kabel

    sekitar 60 ft dengan shield sekurang-kurangnya 8 ft. Bila panjang kabel lebih dari

    panjang gelombang maka efek phasing mulai muncul, karena itu pengukuran

    dengan panjang kabel 60 ft lebih baik dibatasi pada frekuensi 2 MHz. Pembangkit

    frekuensi yang digunakan adalah mempunyai tegangan tetap 10 volt dengan

    frekuensi bergerak otomatis bergerak dari 10 Hz-10 MHz.

    Ada beberapa metode pengujian SFRA yaitu :

    1. Metode High Voltage

    Metode HV yaitu metode pengujian sisi primer (R-S, S-T dan T-R). Ada

    2 tipe respon High Voltage (HV) untuk veltor group Wye (Y) dan group Delta

    () terlihat seperti gambar berikut :

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    6

    Gambar 4. Respon Frekuensi Vektor Group Wye (Y)

    Gambar 5. Respon Frekuensi Vektor Group Delta ()

    2. Metode Low Voltage

    Metode LV yaitu metode pengujian pada sisi sekunder (r-s, s-t, t-r).

    3. Metode Interwinding

    Metode Interwinding yaitu metode pengujian dengan menggabungkan

    phasa sisi primer dan sisi sekunder (R-r, S- s, T-t). Dapat dilihat pada gambar 6,

    rangkaian HV, LV dan Interwinding.

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    7

    Gambar 6. Rangkaian HV, LV dan Interwinding

    4. Short Circuit

    Short Circuit yaitu metode pengujian pada sisi primer sedangkan sisi

    sekunder di short (R-S, S-T dan T-R dan sisi sekunder r-s-t dishort).

    Berikut adalah bentuk kurva respon frekuensi terhadap masing-masing

    metode pengujian.

    Gambar 7. Respon Frekuensi 3 Metode Pengujian SFRA

    IV. Strategi Interpretasi SFRA menurut Doble

    Ada tiga strategi yang digunakan oleh Doble, yaitu :

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    8

    1. Strategi pertama yaitu strategi terbaik dengan membandingkan hasil pengujian

    dengan data awal hasil SFRA sebagai referensi (baseline). Setiap ada variasi

    perubahan pada frekuensi resonant, maka harus dilakukan investigasi.

    2. Strategi kedua yaitu membandingkan hasil SFRA dengan hasil SFRA trafo

    yang sejenis (sister units), ini juga merupakan teknik teknik yang benar

    (valid). Dalam prakteknya, beberapa trafo yang sejenis bisa saja sangat

    berbeda, dikarenakan perbedaan pabrikan.

    3. Strategi ketiga yaitu melakukan perbandingan antar fasa. Mungkin terdapat

    perbedaan yang significant antar fasa, tetapi cenderung mengikuti bentuk yang

    diharapkan. Fasa R dan T cenderung lebih mirip, sedangkan fasa S mungkin

    berbeda pada suatu titik. Pengaruh dari posisi tap changer mungkin ada

    perbedaan langkah (stepwise) yang berbeda dalam respon resonansi.

    Sumber : Doble-Transformer SFRA Report 2003 10 02.pdf

    Pengujian SFRA dilakukan pada saat :

    1. Untuk mendapatkan data awal (baseline)

    2. Setelah relokasi

    3. Setelah terjadi suatu insiden (gangguan, bencana alam, dll)

    Yang perlu diperhatikan saat pengujian yaitu :

    1. Sangat penting untuk me-record posisi tap ketika melakukan pengujian SFRA.

    2. Sebaiknya pengujian SFRA dilakukan berulang-ulang dan membandingkan

    hasil pengujiannya, untuk menghindari kesalahan dalam mengambil

    keputusan.

    Sesuai dengan pengalaman Doble, perbedaan bentuk kurva pada frekuensi tertentu

    dapat diinterpretasi yang menjelaskan kondisi kerusakan sebagai berikut :

    1. < 2 KHz : Core Deformation, Open Circuit, Shorted Turns dan

    Residual Magnetism.

    2. 2 KHz 20 KHz : Bulk Winding Movement relative to Each Other and

    Clamping Structure.

    3. 20 KHz 400 KHz : Deformation Within The Main and Tap Windings.

    4. 400 KHz 2- MHz : Movement of Main and Tap Winding Leads.

    Sumber : Doble-SFRA Perth Nov 04.pdf

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    9

    IV. Studi Kasus Pengujian SFRA

    a. Relokasi Trafo

    Salah satu faktor yang dapat memperngaruhi kondisi internal trafo yaitu

    relokasi. Berikut akan dibahas studi kasus relokasi trafo berdasarkan perbedaan

    hasil uji SFRA sebelum dan setelah trafo direlokasi.

    Studi kasus dilakukan pada eks Trafo 1 GI Porong yang dipindahkan ke GI

    Buduran Trafo 5.

    Pernah dilakukan uji SFRA pada tanggal 11 Agustus 2005 saat

    pemeliharaan tahunan. Kemudian setelah dilakukan relokasi di uji kembali pada

    tanggal 08 September 2006.

    a. Data Trafo 5 GI Buduran

    Merk : UNINDO

    Tipe : TTUB

    Tegangan : 70/20 kV

    Daya : 20 MVA

    Inom : 164.9/577 A

    Cooling : ONAN/ONAF

    Tahun Buat : 1985

    b. Perbandingan Hasil Uji SFRA

    Gambar 8. Hasil Uji SFRA Sebelum dan Setelah Relokasi

    Setelah Relokasi

    Sebelum Relokasi

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    10

    c. Perbandingan Pengujian Phasa R (Sebelum dan Setelah Relokasi)

    Gambar 9. Hasil Uji SFRA Sebelum dan Setelah Relokasi

    Dapat dilihat pada gambar diatas, bahwa telah terjadi pergeseran kurva

    respons frekuensi phasa R. Hasil uji SFRA setelah dilakukan relokasi

    menunjukkan peningkatan amplitudo atau respons-nya (dB). Hasil pengujian

    menunjukkan perbedaan respons yang significant.

    Hasil pengujian mengindikasikan bahwa telah terjadi gangguan pada

    internal trafo.

    Terdapat perubahan respon frekuensi setelah di relokasi

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    11

    d. Perbandingan Pengujian Antar Phasa (R dan T)

    Gambar 10. Hasil Uji SFRA Antar Phasa (R-T)

    Pada pengujian antar phasa (R-T), tidak terlihat perbedaan yang

    significant. Hal ini mengindikasikan bahwa trafo dalam kondisi baik (normal).

    e. Analisa Kasus 1 (Relokasi Trafo)

    1. Dari hasil membandingkan data sekarang dengan data awal terdapat

    perubahan respon frekuensi hasil uji untuk setiap fasa dengan range

    frekuensi 10 Hz 2 MHz.

    2. Dari hasil membandingkan data uji SFRA antar fasa R dan fasa T, tidak

    terdapat perubahan respon frekuensi yang signifikan pada range frekuensi

    10 Hz 2MHz.

    3. Hasil uji Tan Delta, Tahanan Isolasi, IP, Ratio Belitan, RDC, Induce Test

    dan Withstand Test adalah baik (kondisi trafo operasi normal).

    f. Perubahan respon frekuensi terhadap kondisi awal dapat disebabkan oleh:

    1. Ukuran & jenis konduktor jumper untuk fasilitas hubung singkat sisi

    sekunder / primer tidak sama (belum ada standarisasi).

    2. Pengujian dilakukan pada tap yang berbeda.

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    12

    4.2 Gangguan Penyulang

    Sebelum dan setelah dilakukan investigasi gangguan pada Trafo 3 GI

    Buduran diuji SFRA. Investigasi dilakukan setelah terjadi gangguan pada tanggal

    16 November 2006 yang disebabkan oleh kabel outgoing phasa S & T penyulang

    20 kV Citra Fajar terbakar sehingga mengakibatkan trafo trip.

    a. Data Trafo 3 GI Buduran

    Merk : SMITH

    Tipe : -

    Tegangan : 150/20 kV

    Daya : 60 MVA

    Inom : 230/1732 A

    Cooling : ONAN/ONAF

    Tahun Buat : 1994

    b. Pengujian SFRA Sebelum Investigasi

    Gambar 11. Pengujian SFRA Sebelum Investigasi

    Hasil pengujian SFRA sebelum diinvestigasi menunjukkan perubahan

    respon frekuensi pada frekuensi tinggi (400 KHz-2 MHz).

    Perubahan respon frekuensi ketiga

    phasa pada frekuensi tinggi

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    13

    c. Pengujian SFRA Setelah Investigasi

    Gambar 12. Pengujian SFRA Setelah Investigasi

    Hasil investigasi dilapangan menemukan bahwa terdapat banyak air

    pada konservator dan juga pada dasar main tank. Juga ditemukan bahwa

    kompartemen diverter switch OLTC kotor. Sehingga terjadi gangguan.

    d. Perbandingan Hasil Uji SFRA

    Gambar 13. Perbandingan Hasil Uji SFRA

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    14

    Dari hasil investigasi yang telah dilakukan, maka diambil tindakan

    untuk mengevakuasi minyak trafo serta dilakukan filter minyak, sebelumnya

    main tank trafo divakum terlebih dahulu. Kemudian dilakukan overhaul

    OLTC, perbaikan sambungan bushing 150 dan 20 kV serta dilakukan

    pengujian/ komissioning (tan delta, megger, dll).

    e. Perbandingan Hasil Uji SFRA Phasa R (Sebelum dan Setelah Diuji)

    Gambar 14. Perbandingan Hasil Uji SFRA Phasa R (Sebelum dan Setelah Diuji)

    g. Analisa Kasus 2 (Gangguan Trafo)

    1. Dari hasil uji SFRA diketahui adanya perubahan respon frekuensi ketiga

    phasa pada frekuensi tinggi.

    2. Interpretasi dari hasil uji SFRA ada kelainan pada Lead Tap Trafo dan

    Lead Belitan Utama.

    3. Hasil investigasi terdapat banyak air di Konservator & dasar Main Tank

    dan Kompartemen Diverter Switch kotor

    4. Setelah dilakukan tindakan (evakuasi & filter minyak, check internal trafo,

    overhaul OLTC & bushing dan pengujian-pengujian), respon frekuensi

    kembali normal.

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    15

    V. Kesimpulan

    1. Untuk menentukan kondisi trafo tidak bisa hanya menggunakan satu metoda

    seperti pengujian SFRA saja, ada beberapa pengujian lain yang harus

    dilakukan sehingga dapat disimpulkan mengenai kondisi trafo.

    2. Analisa yang dilakukan terhadap hasil uji SFRA harus dibandingkan dengan

    kondisi visual trafo dilapangan.

    3. Hasil uji SFRA harus dilakukan secara berulang, sehingga dapat dilihat

    perbandingan hasil pengujian. Tidak bisa hanya melakukan pengujian

    sebanyak satu kali. Karena ada faktor lain yang dapat menyebabkan buruknya

    hasil uji SFRA, misalnya klem kabel alat uji ke bushing trafo yang kendor dan

    kalibrasi alat uji.

    4. Perlu dilakukan pengujian SFRA untuk Trafo existing sebagai data awal

    (referensi).

    5. Dalam melakukan pengujian SFRA, perlu penyamaan persepsi untuk metode

    pengujian se-P3B Jawa Bali sehingga memudahkan dalam analisa hasil uji bila

    analisa memerlukan data Sister Unit (dalam hal ini untuk membandingkan

    dengan Sister Unit / Sejenis).

    6. Perlu diadakan Training Interpretasi Hasil Uji SFRA dengan metode Studi

    Kasus.

  • Forum Engineering ke-3 10 - 11 Juli 2007

    16

    VI. Daftar Pustaka

    1. Charles Sweetser, Tony Mcgrail, Sweep Frequency Response Analysis

    Transformer Application, A Technical Paper from Doble Engineering, Version

    1.0 November 2004.

    2. Charles Sweetser, Tony Mcgrail, Power Transformer Sweep Frequency

    Response Analysis Test, Doble Engineering Version 1.0 Final, October 2nd

    2003.

    3. Sweep Frequency Response Analysis (SFRA) and Transformer Diagnostic,

    M5100 Product Series Doble Engineering, February 2004.

    4. Edy Iskanto, Agus Yogianto, Pranyoto, Diagnosa Kondisi Transformator

    Dengan Metode Frequency Response Analysis, Penelitian Frequency

    Spectroscopy, Juni 2005.