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.


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


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)


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 %


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 :


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.


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 :


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


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


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


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.


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


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


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.


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.


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.

foren 3-sfra rjtb

Documents