Foren 3-Sfra Rjtb
-
Upload
riyan-ngudiarjo -
Category
Documents
-
view
31 -
download
7
description
Transcript 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.