Prediksi Tingkat Kegagalan Transformator Gardu Induk ...

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


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


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


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


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


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 :


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


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


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 :


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)

PDF


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)


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


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)

PDF

CD

F

Waktu (Hari)


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)


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

PDF

Waktu (Hari)


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)


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


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.


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 Kegagalan Transformator Gardu Induk ...

Documents

Transcript of Prediksi Tingkat Kegagalan Transformator Gardu Induk ...