prediksi tingkat kegagalan transformator gardu induk
TRANSCRIPT
1
Prediksi Tingkat Kegagalan Transformator Gardu Induk Distribusi 150/20 KV Dan Transformator Gardu Induk Distribusi 70/20 KV
Berdasarkan Derajat Polimersiasi Isolasi Kertas
Barlian Caxica Pristy1 dan Rudy Setiabudy2
1.Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru UI, Depok, 16424, Indonesia 2.Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru UI, Depok, 16424, Indonesia
Email:[email protected]
Abstrak
Transformator adalah mesin listrik yang memiliki peran vital dan nilai yang paling tinggi dalam sistem tenaga listrik. Transformator sebagai jantung dari aliran daya listrik ke konsumen sehingga kegagalan operasi transformator merupakan hal yang sangat tidak diharapkan karena dapat menyebabkan pemadaman listrik. Oleh sebab itu dibutuhkan cara untuk memprediksi tingkat kegagalan transformator agar kegagalan transformator bisa diantisipasi untuk meningkatkan kontinuitas pelayanan listrik. Penelitian ini dilakukan untuk memprediksi tingkat kegagalan transformator dengan menggunakan data derajat polimerisasi isolasi kertas. Sebelum memperoleh data Derajat Polimerisasi (DP) isolasi kertas, terlebih dahulu dilakukan pengukuran kadar furan. Dengan menggunakan metode Distribusi Weibull, data derajat polimerisasi dapat dimanfaatkan untuk memprediksi tingkat kegagalan transformator. Transformator yang diteliti laju tingkat kegagalannya adalah transformator gardu induk distribusi 150/20 KV Senayan dan Kembangan dan transformator gardu induk distribusi 70/20 KV Gandaria. Dari prediksi laju tingkat kegagalan selama dua belas hari diperoleh hasil bahwa transformator 150/20 KV Kembangan memiliki laju tingkat kegagalan paling tinggi dengan parameter kerusakan (parameter beta) sebesar 3.3884. Hal tersebut disebabkan oleh spesifikasi operasi pembebanan transformator daya yang melebihi standar yakni 94% (standar maksimal 80%). Selain itu transformator ini memiliki kandungan air dalam isolasi minyak paling banyak yang hampir mendekati batas toleransi yaitu sebesar 9,72 ppm (batas toleransi 10 ppm).
Prediction of 150/20 KV Substation Distribution Transformer and 70/20 KV
Substation Distribution Transformer Failure Rate Based On Polymerization Degree of Paper Insulation
Abstract
Transformer is an electric machine that has a vital role and the highest value in the
power system. Transformer as the heart of the flow of electricity to the consumer so that the failure of the transformer operation is very unexpected because it can cause a power outage. Therefore, it is necessary to predict the failure rate of the transformer so that the failure of the transformer can be anticipated to increase the continuity of electricity services. This research was conducted to predict the failure rate of transformer by using data of degree of paper insulation polymerization. Before obtaining data Degrees of Polymerization (DP) paper isolation, firstly measured furan content. Using the Weibull Distribution method,
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
2
polymerization degree data can be utilized to predict the failure rate of the transformer. Transformer under investigation rate of failure rate is transformer substation of 150/20 KV distribution Senayan and Kembangan and transformer substation distribution 70/20 KV Gandaria. From the predicted twelve-day failure rate, the transformer 150/20 KV Kembangan has the highest failure rate with the parameter of damage (beta parameter) of 3.3884. This is due to the specification of power transformer charging operation that exceeds the standard of 94% (maximum 80% standard). In addition, this transformer has a water content in the most oil isolation that almost approaches the tolerance limit of 9.72 ppm (tolerance limit of 10 ppm).
Keywords: degree of polymerization; furan content; transformer; Weibull Distribution
1. Pendahuluan
Transformator daya adalah mesin listrik yang berfungsi untuk merubah level tegangan
atau arus tanpa merubah frekuensi dan daya. Tranformator daya merupakan memiliki peranan
yang vital dalam sistem tenaga listrik dan memiliki nilai yang paling tinggi. Isolasi kertas
merupakan pembungkus lilitan transformator yang berfungsi sebagai isolator apabila terjadi
hubung singkat antar lilitan atau faktor gangguan lain yang dapat menyebabkan arus dengan
nominal yang besar. Apabila arus gangguan melebihi batas kemampuan isolasi kertas untuk
menahan arus gangguan maka transformator akan rusak. Isolasi kertas merupakan bagian
penting di dalam transformator dimana jika isolasi kertas rusak maka transformator juga akan
rusak. Maka dari itu, isolasi kertas ini bisa digunakan sebagai representasi kerusakan
transformator. Seperti yang kita ketahui bahwa transformator daya apabila mengalami
gangguan operasi berdampak dengan terjadinya pemadaman listrik yang dapat
menyebabakan penurunan keandalan dalam pengiriman daya listrik, akibatnya terjadi
peningkatan biaya perbaikan maupun perawatan. Oleh sebab itu, diperlukan suatu
perhitungan atau prediksi terkait tingkat kegagalan suatu transformator untuk mengurangi
dampak secara langsung pemadaman listrik dan mengingat bahwa biaya yang sangat besar
terutama harga transformator. Sehingga hasil dari prediksi ini nantinya dapat dijadikan suatu
pedoman untuk perencanaan di masa yang akan datang meliputi perencanaan perawatan atau
pun modal investasi.
Penelitian ini bertujuan untuk membuat prediksi tingkat kegagalan transformator
gardu induk menggunakan data derajat polimerisasi isolasi kertas transformator daya dan
mengetahui perbandingan tingkat kegagalan transformator.
Batasan dalam penulisan skripsi ini yaitu objek penelitian adalah transformator daya
150/20 KV dan 70/20 KV, data yang dipakai adalah nilai derajat polimerisasi isolasi kertas
transformator, metode analisis senyawa furan digunakan untuk mengetahui kondisi isolasi
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
3
kertas serta nilai derajat polimerisasinya, dan perhitungan tingkat kegagalan transformator
menggunakan distribusi Weibull.
2. Transformator Daya
Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang dapat mengkonversi
(menaikkan atau menurunkan) tegangan dan arus listrik pada system tenaga atau rangkaian
listrik yang memiliki prinsip kerja yang berdasarkan pada induksi elektromagnetik.
Transformator adalah suatu mesin listrik statis yang digunakan untuk menyalurkan tenaga
listrik dari suatu rangkaian lain tanpa adanya perubahan frekuensi. Lilitan transformator
tersebut tidak terhubung secara langsung. Satu-satunya yang menghubungkan antar lilitan
adalah fluks magnet yang ada di dalam inti besi.
Dalam sistem tenaga listrik transformator daya merupakan alat yang sangat vital bahkan
bisa dikatakan sebagai jantung dari transmisi dan distribusi. Maka dari itu kondisi suatu
transformator diharapkan dapat bekerja secara optimal secara terus menerus tanpa berhenti.
Mengingat sangat pentingnya transformator maka dituntut pemeliharaan sebaik mungkin.
2.1.Konstruksi Transformator Daya
2.1.1. Inti Besi
Inti besi digunakan sebagai media mengalirnya fluks yang timbul akibat induksi arus
bolak balik pada kumparan yang mengelilingi inti besi sehingga dapat menginduksi kembali
ke kumparan yang lain. Dibentuk dari lempengan – lempengan besi tipis berisolasi dengan
maksud untuk mengurangi eddy current yang merupakan arus sirkulasi pada inti besi hasil
induksi medan magnet, dimana arus tersebut akan mengakibatkan rugi - rugi (losses).
Transformator terdiri dari dua atau lebih lilitan kawat yang dililitkan pada inti besi.
2.1.2. Belitan Transformator
Belitan Transformator adalah lilitan kawat yang membentuk suatu kumparan. Kumparan
ini diisolasi terhadap inti besi dan terhadap kumparan lain dengan menggunakan isolasi padat
seperti karton, pertinax, dan lain-lain. Belitan Transformator ini dapat dikelompokkan
menjadi beberapa jenis, yakni belitan primer, belitan sekunder, dan belitan tersier.
2.1.3. Isolasi Transformator
Isolasi secara elektrik bertujuan untuk memisahkan bagian yang bertegangan dengan
bagian yang tidak bertegangan atau untuk memisahkan bagian yang bertegangan dengan
bagian yang bertegangan lainnya. Isolasi pun juga memiliki fungsi untuk menahan tekanan
dan getaran yang timbul secara mekanik dan fungsi lain yang bertujuan untuk melindungi
dari panas dan bahan kimia. Kegagalan dari isolasi pada peralatan tegangan tinggi yang
terjadi saat peralatan sedang beroperasi dapat menyebabkan kerusakan pada alat sehingga
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
4
kontinuitas sistem menjadi terganggu. Sistem isolasi pada transformator berfungsi sebagai
perlindungan akan percikan busur listrik dan short yang mungkin terjadi di dalam
transformator. Sistem isolasi pada transformator dapat dikelompokkan menjadi dua, yakni
isolasi cair dan isolasi padat. Isolasi cair yang paling banyak berasal dari bahan minyak,
sedangkan isolasi pada dari selulosa atau kertas.
2.1.4. Bushing
Berfungsi sebagai isolator yang menghubungkan komponen tegangan tinggi dengan
bagian dalam transformator dan menghubungkan komponen tegangan rendah dengan bagian
dalam transformator. Bushing pada transformator melindungi transformator dari gangguan
gelombang berjalan tegangan tinggi.
2.1.5. Sistem Pendingin
Rugi-rugi besi dan tembaga akan menimbulkan panas pada inti besi dan kumparan-
kumparan. Jika panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan maka akan
merusak isolasi dari transformator. Oleh karenanya untuk mengurangi adanya kenaikan suhu
yang berlebihan tersebut pada transformator perlu juga dilengkapi dengan sistem pendingin
yang berfungsi untuk menyalurkan panas keluar transformator. Media sistem pendingin
tersebut dapat berupa gas, minyak dan air.
2.1.6. Tap – Changer dan Meter Indikator
Tap - changer adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan
tegangan operasi sekunder yang lebih baik (diinginkan) dari tegangan jaringan / primer yang
berubah-ubah. Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu adanya
indikator yang dipasang pada transformator. Indikator tersebut adalah indikator suhu minyak,
indikator tekanan gas nitrogen, kedudukan tap, dan lain sebagainya.
2.1.7 Derajat Polimerisasi
Isolasi padat adalah isolasi yang menyelubungi lilitan konduktor transformator yang
terbuat dari bahan selulosa yang berasal dari serat pohon. Selulosa adalah polimer linear yang
terdiri dari individu unit glukosa anhidrat yang terkait pada atom karbon pertama dan
keempat melalui glukosida sebuah obligasi. Polimer dan serat alam selulosa merupakan
fungsi dari kekuatan mekanik selulosa. Oleh karena itu jumlah dari unit monomer dalam
ikatan polimer dikenal dengan nilai Derajat Polimerisasi (DP) yang mana kualitas dari bahan
selulosa dapat diukur dari istilah DP ini. Derajat polimerisasi merupakan perkiraan dari sisa
umur isolasi kertas yang artinya nilai DP kecil menunjukkan bahwa tensile strength dari
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
5
isolasi kertas juga kecilMaka dari itu apabila dikaitkan sisa umur transformator dapat
diperkirakan dengan menghitung DP.
2.1.8 Senyawa Furan
Untuk memperkirakan nilai DP pada isolasi kertas adalah dengan cara mendeteksi
senyawa yang dihasilkan akibat dekomposisi isolasi kertas yang terlarut pada isolasi minyak.
Senyawa yang terlarut ini disebut dengan senyawa furan. Gas karbondioksida dan
karbondioksida dapat juga digunakan untuk mengidentifikasi kerusakan isolasi kertas,
namun tidak mutlak karena gas-gas tersebut dapat terbentuk dari bahan selulosa dan minyak
dalam beberapa kondisi.
Terdapat lima jenis senyawa furan yang akan teridentifikasi dan penyebab senyawa -
senyawa tersebut muncul.
Tabel 1. Senyawa Furan dan Penyebabnya
Dalam periode tertentu beberapa senyawa di atas tidaklah stabil keberadaannya. Tapi,
ada satu senyawa yang paling stabil keberadaannya dalam waktu yang lama yakni 2-
furaldehyde (2FAL). Oleh karena itu,telah secara luas senyawa 2FAL digunakan sebagai
indikator untuk memperkirakan nilai DP.
3. Metode Penelitian
Untuk menentukan tingkat kegagalan transformator dengan menggunakan data derajat
polimerisasi, dilakukan dengan tahapan sebagai berikut :
3.1.Pengukuran Kadar Furan
Furan merupakan produk dari degradasi isolasi kertas yang terlarut dalam isolasi
cair transformator. Oleh karena itu pengukuran kadar senyawa furan sama dengan
mengukur derajat degradasi atau peluruhan isolasi kertas. Berdasarkan standar ASTM D
5387, metode yang digunakan untuk mengukur kadar furan adalah metode High
Performance Liquid Chromatography (HPLC). Pada metode HPLC, senyawa furan
Senyawa Furan Rumus Kimia Penyebab
2-furaldehyde 2FAL Overheating ,old faults
5-methyl-2-furaldehyde 5M2F severe overheating 5-hydroxmethyl-2-
furaldehyde 5H2F oksidasi
2-acetyl furan 2ACF rare,lighting 2-furfuryl alcohol 2FOL kelembaban tinggi
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
6
merupakan hasil ekstraksi hingga fase padat (solid-phase extraction) dari
sampel/spesimen dari isolasi minyak transformator.
3.2.Perhitungan Derajat Polimerisasi
Untuk meghitung nilai derajat polimerisasi, digunakan persamaan Chendong -
Stebbins,
!" =log!" 2!"#!!" ∗ 0,88 − 4,51
−0,0035
dengan,
ppb = parts per billion 2FAL = 2 Furaldehyde
3.3. Analisis Kadar Furan dan Derajat Polimerisasi
Setelah dilakukan pengukuran kadar furan,dilakukan analisis lebih lanjut terkait kadar
furan untuk mendapatkan diagnosa dan kondisi transformator pada saat itu karena data yang
digunakan dalam penelitian ini adalah data derajat polimerisasi transformator yang minimal
berada pada kondisi percepatan ageing (Kondisi 2). Standar untuk mengevaluasi derajat
polimerisasi bisa dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Hubungan antara nilai 2-Furfural dengan perkiraan DP dan rekomendasi (IEC 61198
ed1.0 1993)
3.4.Pengolahan Data Menggunakan Distribusi Weibull
No Hasil Uji (ppm) Keterangan
1 <473 Ageing normal 2 473 - 2196 Percepatan Ageing 3 2197 - 3563 Ageing berlebih – Zona bahaya 4 3564 - 4918 Beresiko tinggi mengalami
kegagalan 5 >4919 Usia isolasi telah habis
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
7
Distribusi Weibull adalah suatu metode yang digunakan untuk menentukan keandalan
(reliability) dan prediksi kegagalan mesin peralatan berdasarkan data yang ada terkait mesin
peralatan tersebut. Distribusi Weibull secara luas digunakan untuk berbagai masalah
keteknikan karena kegunaannya yang bermacam-macam. Keuntungan dalam menggunakan
distribusi Weibull adalah kemampuannya untuk menganalisis secara akurat suatu mesin
peralatan dan meramalkan kegagalan mesin peralatan meskipun dengan jumlah data yang
sedikit.
Dalam metode distribusi dikenal tiga parameter , yaitu parameter beta (!),parameter
ini merepresentasikan kerusakan transformator. Selain itu disebut juga parameter kelandaian
weibull. Parameter eta/ skala (!),parameter ini menjelaskan seberapa terbentangnya
distribusi yang akan memberikan efek pada ukuran kurva distribusi yang disebut sebagai
perubahan skala absis. Parameter gamma (!), parameter ini menjelaskan lokasi awal
distribusi yang dapat bernilai positif atau negative.
Dengan diketahuinya failure data dan distribusinya beserta parameternya maka dapat
diketahui tingkat kegagalan (failure rate) dan keandalan (reliability) suatu mesin yang
direpresentasikan dengan empat fungsi yaitu fungsi Probability Density Function
(PDF),Cumulatif Distribution Function (CDF), Reliability Function, dan Hazard Function.
Fungsi – fungsi tersebut dapat dimodelkan dengan fungsi Weibull tiga parameter,yaitu :
!"# = ! ! = !!
!!
!!!!"# − !
!
! (1)
!"# = ! ! = !(!)!
!
!" = 1− !"# −!!
! = ! ! (2)
!"#$%&$#$'( = ! ! = !!!!
!
(3)
!"#"$% = ℎ ! =!!
!!
!!!
(4)
dengan,
! : parameter beta
! : parameter eta
t : mission time ke-n
3.5.Langkah – langkah menggambar grafik fungsi distribusi weibull
Laju tingkat kegagalan transformator akan lebih mudah untuk dipahami dan dianalisa
apabila digambar dalam bentuk grafik. Berikut ini langkah – langkah dalam membuat grafik :
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
8
a. Mencari data gagal dari transformator. Data yang dibutuhkan adalah derajat polimerisasi
(DP)
b. Menghitung median rank dari setiap DP
!"#$%& !"#$ = ! !! = !!!.!!!"#!!.!
!100 (5)
dengan, i = rank order atau urutan peringkat
Nmax = jumlah total data
c. Mencari nilai X dan Y pada setiap nilai DP
! = !" !" !!!!"#$%& !"#$
(6)
! = ln (!"!#$% − !" − !"#$%&') (7)
d. Mencari nilai A dan B dengan menggunakan metode regresi linier untuk mendapatkan
persamaan Y=A+BX
! = !"!! !!! !" !!!!!! !!!
!!! /!!!!!
!"!! !!!!!!! !"!!!
!!!!/!
(8)
! = ! − !" = !!!!!!!
− ! !"!!!!!!!
(9)
e. Menghitung nilai ! , !, dan Γ
! = !
! = !!! (8)
! = !!+ 1 (9)
Γ N = !!!!!! !!!!" (10)
f. Mencari nilai MTTF, PDF, CDF, keandalan, dan tingkat kegagalan
g. Membuat grafik
4. Pengolahan Data dan Analisis
Data yang digunakan dalam distribusi Weibull harus memenuhi kaidah
Independently Identically Distributed (IID). Data sekunder didapat dari PT. PLN Persero
TJBB, yakni data pengujian furan beserta waktu pengujiannya pada transformator distribusi
#2 GIS 150 KV Senayan, transformator distribusi #2 GIS 150 KV Kembangan, dan
transformator distribusi #2 GI 70 KV Gandaria. Berikut ini data pengujian furan untuk
ketiga transformator :
Tabel 3. Data Waktu Gagal dan Pengujian Furan Senayan
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
9
T
a
b
e
l
4
.
D
a
t
a
Waktu Gagal dan Pengujian Furan Transformator Kembangan
Tabel 5. Data Waktu Gagal dan Pengujian Furan Transformator Gandaria
T
a
b
e
l
6
.
S
pesifikasi Transformator
No 2FAL /
Senyawa Furan (ppb)
Waktu gagal
Waktu antar gagal = ti (hari)
N=kumulatif
1 2443,31 28/03/2016 2 1652,96 28/04/2016 31 31 3 1011,73 17/06/2016 50 81 4 2054,48 23/06/2016 6 87 5 1702,09 30/08/2016 68 155 6 1333,78 10/11/2016 42 197
Nmax= 551
No.
2FAL / Senyawa
Furan (ppb)
Waktu gagal Waktu
antar gagal = ti (hari)
N=kumulatif
1 2.616,08 25/05/2016 2 2.989,64 23/06/2016 29 29 3 3.045,47 25/07/2016 32 61 4 2.144,61 11/08/2016 17 78 5 1.876,26 21/09/2016 21 99
Nmax= 267
No.
2FAL / Senyawa
Furan (ppb)
Waktu gagal Waktu
antar gagal = ti (hari)
N=Kumulatif
1 821,81 21/04/2016 2 874,18 25/05/2016 34 34 3 984,43 25/07/2016 61 95 4 738,54 11/08/2016 17 112 5 803,7 30/08/2016 19 131 6 548,75 11/10/2016 62 193
Nmax= 565
Spesifikasi GIS 150 KV #2 Senayan
GIS 150 KV #2
Kembangan
GI 70 KV #2
Gandaria APP Pulogadung Duri Kosambi Cawang
Rasio tegangan 150/20 150/20 70/20 Usia 32 23 24
Pelayanan VVIP Istana Backbone VIP Hankam
Beban (%) 69,40% 94% 92,52% Water Content
(ppm) 7,42 9.72 6,15
Tegangan Tembus 39,2 37,4 32,9
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
10
4.1. Pengolahan Data dan Analisis Transformator Senayan
Berikut ini proses perhitungan fungsi Weibull secara runut mulai dari mencari nilai
parameter Weibull hingga membuatnya ke grafik.
a. Perhitungan nilai parameter β dan η
Dengan menggunakan regresi linier pada sumbu y didapatkan parameter –
parameter yang dibutuhkan dalam distribusi Weibull :
! =!"!! !! − ln !!!
!!! !!!!!! /6!
!!!
!"!! !! −!!!! !"!!!
!!!!/6
! = ! − !" =!!!
!!!
! − !!"!!!
!!!
!
! = ! + !"
! = −3,9957+ 1,02511!
! = ! = 1,02511
! = !!! = 49,2964
Γ N = 0,9503
b. Menghitung nilai PDF, CDF, Keandalan, dan Tingkat Kegagalan
Berikut ini adalah perhitungan fungsi – fungsi Weibull untuk prediksi hari pertama
setelah transformator diuji furan.
!!!" = ! ∗ Γ = 48,798 ℎ!"#
!"# = ! ! = 1− !!!!
!
! ! = 1− !!!,!"#$% = 0,011693
!"# = ! ! =!!
!!
!!!!!(
!!)!
!"# = ! ! = !.!"#$$!",!"#$
!!",!"#$
!.!"#$$!!!!(
!!".!"#$)
!.!"#$$=0,18512293
!"#$%#&#$ = ! ! = !!(!!)!= 0,981774053
!"#$%&' !"#$#$%$& = ! ! = !(!)!(!) = 0,018855961
Dilakukan proses perhitungan yang sama untuk prediksi hari ke-2 hingga hari ke-12. Dibawah ini hasil prediksi fungsi – fungsi weibull dengan mission time 12 hari :
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
11
Tabel 7. Hasil Perhitungan PDF, CDF, keandalan, dan tingkat kegagalan Transformator Senayan
c. Hasil dan analisa grafik Fungsi Weibull
Perhitungan Weibull dan plot grafik dibantu menggunakan software Reliasoft
Weibull++, tujuannya untuk memperoleh hasil perhitungan yang lebih akurat. Berikut ini
adalah grafik fungsi Weibull PDF (Probability Density Function) :
Gambar 1. Grafik PDF Transformator Senayan
MTTF= 48,79800645 mission
time (hari)
PDF [f(t)] CDF [F(t)] R(t) λ
1 0,018512293 0,018225947 0,981774053 0,018855961 2 0,018482049 0,036742078 0,963257922 0,01918702 3 0,018314435 0,055146807 0,944853193 0,019383366 4 0,018091755 0,073353036 0,926646964 0,019523892 5 0,017840635 0,091320974 0,908679026 0,019633594 6 0,017573232 0,109028935 0,890971065 0,019723685 7 0,017296163 0,126464244 0,873535756 0,019800178 8 0,017013438 0,143619391 0,856380609 0,019866679 9 0,016727673 0,160490115 0,839509885 0,019925522 10 0,016440661 0,177074326 0,822925674 0,019978307 11 0,016153686 0,193371454 0,806628546 0,020026177 12 0,015867686 0,209382026 0,790617974 0,020069979
Waktu (Hari)
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
12
Gambar di atas merupakan grafik PDF yang menjelaskan probabilitas atau resiko
transformator mengalami kegagalan mulai dari waktu t0 hingga waktu tn. Berdasarkan
parameter eta transformator senayan akan memiliki waktu durasi rawan kegagalan yang
lumayan panjang. Berdasarkan grafik di atas Transformator Distribusi #2 GIS 150 KV
Senayan mengalami kemungkinan frekuensi kegagalan yang tinggi dan rata -rata konstan
terutama ketika berada pada hari pertama hingga ke - 8, namun setelah hari ke-8 probabilitas
transformator mengalami penurunan hampir signifikan.
Gambar 2. Grafik CDF Transformator Senayan
Grafik CDF adalah grafik yang yang menjelaskan ketidakandalan (unreliability) dari
transformator. Pada gambar 2 terlihat bahwa ketidakandalan yang merupakan hasil
pengurangan dari keandalan Transformator Distribusi #2 GIS 150 KV Senayan cenderung
mengalami peningkatan. Hal ini terbukti dari grafik di atas, ketika waktu gagal pertama
ketidakandalan berada pada titik median rank 12,9 % , kemudian pada saat waktu gagal ke-5
menjadi 87 %. Rentang antara waktu gagal pertama dengan waktu gagal kelima adalah 62
hari.
CDF
Waktu (Hari)
Ting
kat K
egag
alan
Waktu (hari)
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
13
Gambar 3. Grafik Tingkat kegagalan versus waktu kegagalan Transformator Senayan
Nilai beta yang didapat sebesar 1,02511 menunjukkan bahwa tingkat kegagalan
semakin meningkat secara seiring dengan bertambahnya waktu. Kenaikan tingkat kegagalan
ini terjadi karena menurut hasil evaluasi data pengujian furan dan derajat polimerisasi
menunjukkan transformator senayan mengalami ageing berlebih dan berada pada zona
berbahaya (kondisi 3) pada isolasi kertas. Oleh sebab itu, seiring bertambahnya waktu
tingkat kegagalan transformator juga meningkat. Isolasi kertas yang berfungsi melindungi
transformator mengalami kerusakan artinya tidak ada suatu materi yang melindungi
transformator dari terjadinya gangguan hubung singkat antar lilitan.
4.2.Pengolahan Data dan Analisis Transformator Kembangan
Untuk memperoleh prediksi fungsi weibull Transformator Kembangan dilakukan proses
perhitungan yang sama dengan proses perhitungan Transformator Senayan. Berikut ini hasil
perhitungan fungsi Weibull untuk transformator Kembangan :
Tabel 8. Hasil Perhitungan PDF,CDF, keandalan, dan tingkat kegagalan
Transformator kembangan
MTTF= 24,8126853
mission time = t (hari)
PDF [f(t)] CDF [F(t)] R(t) λ
1 4,42934E-05 1,30722E-05 0,999986928 4,4294E-05 2 0,000231879 0,000136876 0,999863124 0,000231911 3 0,000610465 0,000540638 0,999459362 0,000610795 4 0,001212482 0,001432364 0,998567636 0,001214221 5 0,002062674 0,003048391 0,996951609 0,002068981 6 0,003179895 0,005646784 0,994353216 0,003197954 7 0,004577421 0,009501682 0,990498318 0,004621331 8 0,006262616 0,014897588 0,985102412 0,006357325 9 0,008236271 0,022123149 0,977876851 0,008422606 10 0,010491771 0,031464171 0,968535829 0,01083261 11 0,013014216 0,043195774 0,956804226 0,013601754 12 0,015779604 0,057573692 0,942426308 0,016743594
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
14
Berikut ini adalah grafik fungsi Weibull PDF (Probablity Density Function) :
Gambar 4. Grafik PDF Transformator Kembangan
Dengan nilai parameter beta yang didapat sebesar 3,3884 , menunjukkan bahwa
grafik PDF pada gambar 4. berbentuk garis melengkung setengah sinusoidal seperti
lonceng. Apabila nilai beta semakin besar maka bentuk grafik PDF yang diperoleh
memiliki puncak yang semakin tinggi. Semakin tinggi puncak grafik maka probabilitas
transformator mengalami kegagalan akan semakin besar pada suatu waktu.
Gambar 5 . Grafik CDF Transformator Kembangan
Waktu (Hari)
CD
F
Waktu (Hari)
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
15
Transformator Distribusi #2 GIS 150 KV Kembangan cenderung meningkat drastis
seiring bertambahnya waktu (hari), ditunjukkan dengan nilai ketidakandalan pada saat
waktu gagal pertama sebesar 15,9 % menjadi 84 % pada saat waktu gagal keempat.
Rentang antara waktu kegagalan pertama hingga waktu kegagalan keempat adalah 15
hari.
Gambar 6 Grafik tingkat kegagalan versus waktu transformator Kembangan
Jika membandingkan dengan gambar 3, transformator Kembangan memiliki laju
tingkat kegagalan yang lebih tinggi dibandingkan Transformator Senayan. Analisa ini
diperkuat dengan nilai beta yang diperoleh sebesar 3,3884, dimana menurut teori pada
bab tiga menujukkan bahwa nilai parameter beta menentukan tingkat kerusakan
transformator.
Perbedaan laju tingkat kegagalan tersebut dapat terjadi karena menurut evaluasi
hasil pengujian furan, transformator sudah berada pada kondisi beresiko sangat tinggi
mengalami kegagalan. Kondisi ini berarti tanda bahaya untuk transformator, karena
isolasi kertas yang sudah mengalami kerusakan yang parah. Menurut data yang
diperoleh, transformator Kembangan memiliki operasi pembebanan rata – rata sebesar
yakni 94 % , jauh melebih standar operasi pembebanan sebesar 80 % .
4.3.Pengolahan Data dan Analisis Transformator Gandaria
Untuk memperoleh prediksi fungsi weibull Transformator Gandaria dilakukan proses
perhitungan yang sama dengan proses perhitungan Transformator Senayan. Berikut ini hasil
perhitungan fungsi Weibull untuk transformator Gandaria :
Ting
kat K
egag
alan
Waktu (Hari)
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
16
Tabel 9 Hasil Perhitungan PDF, CDF, keandalan, dan tingkat kegagalan
Transformator Gandaria
MTTF= 40.88045347 t = Mission time (hari) PDF [f(t)] CDF
[F(t)] R(t) λ
1 0,003756664 0,00238 0,997622202 0,00376562 2 0,005595939 0,0071 0,992899208 0,00563596 3 0,007039404 0,01344 0,986558288 0,00713531 4 0,008257247 0,02111 0,978894726 0,00843528 5 0,009317379 0,0299 0,970096048 0,00960459 6 0,010255381 0,0397 0,960300533 0,01067935 7 0,011092816 0,05038 0,949618732 0,01168134 8 0,011844046 0,06186 0,938143592 0,01262498 9 0,012519308 0,07404 0,925955935 0,01352041 10 0,013126292 0,08687 0,913127717 0,01437509 11 0,013671025 0,10028 0,89972409 0,01519469 12 0,014158399 0,1142 0,885804779 0,01598366
Berikut ini adalah grafik fungsi Weibull PDF (Probability Density Function) :
Gambar 7 Grafik PDF transformator Gandaria
Nilai parameter beta yang didapat sebesar 1,58177, menunjukkan bahwa grafik PDF
pada gambar 7 berbentuk garis melengkung seperti ombak yang memiliki puncak. Semakin
besar nilai parameter beta maka puncak grafik akan semakin tinggi dan bentuknya akan
menyerupai lonceng
Waktu (Hari)
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
17
Gambar 8 Grafik CDF transformator Gandaria
Grafik pada gambar 8 dengan nilai beta 1,58177 memiliki garis miring yang tidak
terlalu tinggi apabila dibandingkan grafik CDF transformator Kembangan. Hal ini
menunjukkan bahwa percepatan kenaikan ketidakandalan Transformator Distribusi #2 GI 70
KV tidak secepat percepatan kenaikan ketidakandalan transformator Kembangan.
Gambar 9 Grafik tingkat kegagalan versus waktu Gandaria
Dengan membandingkan gambar 9 dengan gambar 6, dapat diketahui bahwa
transformator Kembangan memiliki laju tingkat kegagalan yang lebih tinggi. Analisa ini
CDF
Waktu (Hari)
Ting
kat K
egag
alan
Waktu (Hari)
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
18
diperkuat dengan nilai parameter beta yang diperoleh pada transformator Gandaria sebesar
1,58177 sedangkan nilai parameter beta untuk transformator Kembangan sebesar 3,3884.
Menurut data operasi pembebanan kedua transformator tersebut hampir sama yakni
92,52% (transformator gandari) dan 94 % (transformator kembangan). Namun, mengapa
kondisi isolasi kertas transformator gandaria masih lebih baik (level 2) daripada
transformator kembangan yang berada pada hampir level empat. Perbedaan laju tingkat
kegagalan ini dapat terjadi disebabkan oleh desain tangki transformator Gandaria lebih baik
ketimbang transformator Kembangan. Analisa ini didukung oleh data kandungan air dalam
isolasi minyak kedua transformator, dimana kandungan air transformator Gandaria sebesar
6,15 ppm sedangan kandungan air transformator Kembangan sebesar 9,72 ppm. Hal ini
menandakan bahwa tangki transformator kembangan mengalami kebocoran sehingga udara
dari luar bisa masuk ke dalam tanki. Kebocoran ini menimbulkan naiknya kandungan air
berlebih yang disebabkan oleh reaksi antara gas oksigen dari udara luar dengan gas hidrogen
dari dalam tangki akibat panas dari arus lebih (overcurrent) Seperti yang telah dijelaskan
pada dasar teori bahwa adanya kelembaban atau kandungan air di dalam tanki dapat membuat
kemampuan tegangan tembus isolasi minyak transformator menurun sehingga dapat memicu
terjadinya kegagalan isolasi atau breakdown. Kegagalan isolasi menyebabkan kegagalan
transformator.
5. Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Laju tingkat kegagalan paling tinggi adalah Transformator Kembangan dengan nilai
parameter kerusakan (parameter beta) sebesar 3,3884. Transformator Kembangan
memiliki laju tingkat kegagalan dan ketidakandalan yang lebih besar dibandingkan
Transformator Senayan disebabkan operasi pembebanan Transformator Kembangan
yang melebihi standar sebesar 94 % sedangkan Transformator Senayan sebesar 69,4 %.
Laju tingkat kegagalan semakin tinggi disebabkan adanya panas berlebih akibat arus
lebih yang muncul sebagai konsekuensi operasi pembebanan berlebih dimana hal ini
menjadi pemicu degradasi isolasi kertas.
2. Transformator Kembangan memiliki laju tingkat kegagalan dan ketidakandalan yang
lebih besar dibandingkan transformator Gandaria karena tangki Transformator
Kembangan mengalami kebocoran yang ditandai dengan adanya kandungan air dalam
isolasi minyak sebesar 9,72 ppm (hampir mendekati batas toleransi 10 ppm) , sedangkan
transformator #2 GI gandaria sebesar 6,15 ppm dimana kandungan air ini mungkin saja
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
19
dapat meningkat apabila tidak segera dilakukan tindakan pencegahan. Kandungan air
yang tinggi dapat menyebabkan menurunnya kemampuan tegangan tembus isolasi
minyak yang mana dampak dari menurunnya kemampuan tegangan tembus adalah
transformator akan mudah mengalami kegagalan apabila terjadi gangguan sistem tenaga
listrik.
3. Laju tingkat kegagalan transformator berbanding lurus dengan tingkat kerusakan isolasi
kertas yang direpresentasikan oleh evaluasi derajat polimerisasi isolasi kertas. Karena
Transformator Kembangan dengan evaluasi derajat polimerisasi paling buruk (kondisi 3)
memiliki tingkat laju tingkat kegagalan yang ralatif lebih besar dibandingkan
Transformator Senayan yang memiliki evaluasi derajat polimerisasi (kondisi 2) dan
Transformator Gandaria (kondisi 2).
Tindakan pencegahan untuk menekan laju kenaikan tingkat kegagalan transformator adalah dengan menurunkan operasi pembebanan kurang dari batas toleransi beban lebih (overload) yang mana berdasarkan SPLN nomor 50 batas toleransi beban lebih kurang dari 80% dari rating transformator.
6. Daftar Referensi [1] Abernethy, Robert B. (2010). The New Weibull Handbook fifith edition. Oyster
Road,Nort Palm Beach,Florida. [2] Reliawiki org .Education To Empower The Reliablity Profesional: Chapter 8
Weibull Distribution. <http://reliawiki.org/index.php/The_Weibull_Distribution>
[3] Tamara,Firly.(2014). Skripsi :Analisis Prediksi Waktu Kegagalan Transformator Menggunakan Distribusi Weibull dan Distribusi Eksponensial. Depok : Fakultas Teknik Universitas,Kekhususan Tenaga Listrik
[4] Hadianti,Risya.(2014). Perbandingan Perhitungan Waktu Gagal Transformator Dengan Distribusi Weibull Dan Distribusi Lognormal. Depok : Fakultas Teknik,Universitas Indonesia,Kekhususan Tenaga Listrik
[5] Pristy,Barlian Caxica. (2016). Penelitian Kerja Praktek :Analisis Kegagalan Transformator 30-PT-811 PT.Badak LNG Berdasarkan Pengujian DGA. Depok : Fakultas Teknik,Universitas Indonesia,Kekhususan Tenaga Listrik
[6] Nugroho,Wicaksono. (2015). Analisis Kondisi Minyak Trafo 30-PT-43 PT. Badak LNG. Surabaya : Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Sepuluh November,
[7] Tinjauan Pustaka. Politeknik Negeri Sriwijaya. Palembang. <http://eprints.polsri.ac.id/1676/3/BAB%20II.pdf >
[8] CG Global R&D Centre,Crompton Greaves LTD. (2008). The Experience of DP and Furan in Remnant Life Assessment of Power Transformer. Mumbai,India
[9] PT PLN PERSERO. (2014). Dokumen : Buku Pedoman Pemeliharaan Transformator Tenaga. Jl Trunojoyo Blok M I/135,Jakarta.
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017
20
[10] Mtetwa,Nkonsenye Sidwell. Thesis : Accuracy of Furan Analysis in Estimating the Degree of Polymerization in Power Transformers. Faculty Engineering and the Built Environtment,Univeristy of the Witwatersrand.
[11] TK, Review of Modern Diagnostic Techniques for Assessing Insulation Condition in Aged Transformers. IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical insulation, Vol. 10, No. 5;October 2003
[12] Gray,I.A.R. Evaluation of Transformer Solid Insulation. Transformer Chemsitry Services
[13] Jardine,Andrew K.S. Albert H.C Tsang. Maintenance,Replacement,and Reliability. CRC Press. London.
[14] Hendrawan, Dimas. (2016). Penelitian Kerja Praktek : Analisa Penyebab Permasalahan Heat Exchanger Propane Desuperheater G4-E-1A/B pada PT Badak NGL. Depok : Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
[15] Seba, Harry. “All About Transformer.” 26 June 2016. < http://farhadyazdi.com/wp-content/uploads/2015/11/slide_3.jpg >
[16] Entriprise, X-trans. “oil cooled transformers.” 2007. India. <http://www.exportersindia.com/xtrans_enterprises/>
[17] Engineers, Vishwakarma. “Transformer Tanks With Plate Radiator.” 2008. Maharashtra, India. <https://www.indiamart.com/proddetail /power-transformer-tank 6224460191.html>
[18] PT PLN PERSERO. (1997). Standar PLN :Spesifikasi Transformator Distribusi. J. Trunojoyo,No.135, Kebayoran Baru. Jakarta
Prediksi Tingkat ..., Barlian Caxica Pristy, FT UI, 2017