JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 3, NO. 1, MARET 2012: 59-64
59
Analisis Dissolved Gas Analysis terhadap Kinerja Transformator 30 MVA Gardu Induk Betung Menggunakan Metode Fuzzy Djulil Amri Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya, Indralaya Ogan Ilir, Palembang 30622, Indonesia E-mail:
[email protected];
[email protected]
Abstrak Pada penelitian ini, penulis menganalisis dissolved gas analysis (DGA) terhadap kinerja transformator 30 MVA menggunakan metode fuzzy, yang berada pada Gardu Induk Betung. DGA (merupakan analisis gas terlarut pada minyak isolasi transformator dan merupakan salah satu bentuk perawatan untuk minyak isolasi transformator. Dalam menganalisis DGA menggunakan metode fuzzy IEC, dimana metode yang digunakan berbeda dengan metode fuzzy pada umumnya, metode fuzzy ini tidak menggunakan defuzzyfikasi melainkan menormalisasikan hasil dari fire strength. Setelah didapatkan nilai dari normalisasi, maka nilai tersebut di masukkan dalam tabel indikasi fuzzy IEC. Tabel indikasi fuzzy IEC mengindikasikan secara detail apa yang terjadi dalam minyak isolasi. Selain menganalisis DGA dengan menggunakan metode fuzzy, pada penelitian ini membandingkan dengan metode IEEE yang digunakan oleh PT. PLN (Persero).
Abstract DGA Analysis TO 30 MVA Tranformator Performance at Betung Substation Using Fuzzy Method. In this study, the authors analyzed the dissolved gas analysis (DGA) of the 30 MVA transformer performance using fuzzy method, which is at Betung substation. DGA is an analysis of dissolved gases in transformer insulating oil, and is one form of treatment for transformer insulating oil. In analyzing the fuzzy method IEC DGA, which used different methods with fuzzy methods in general, this method does not use defuzzyfikasi fuzzy but normalizing the results of fire strength. Having obtained the values of the normalization, then the value is included in the table indicate fuzzy IEC. This table indicates in detail what happened in the insulating oil. In addition to analyzing DGA using fuzzy methods, this study compares the IEEE method that is used by used by the PT. PLN (Persero) Keywords: dissolved gas analysis (DGA), methods IEEE, IEC fuzzy, oil insulation
Salah satu komponen utama pada gardu induk adalah transformator. Pentingnya peranan transformator ini, maka perlu dilakukan penelitian yang berhubungan dengan transformator, terutama pada minyak transformator yang berfungsi sebagai isolasi dan pendingin. Mengingat mahalnya harga minyak transformator, maka perlu dilakukan pemeliharaan dan perawatan minyak transformator, salah satu bentuk perawatan pada minyak transformator adalah uji dissolved gas analisis (DGA). Uji DGA dapat diartikan sebagai analisis kondisi transformator berdasarkan jumlah gas terlarut (fault gas) pada transformator.
1. Pendahuluan Tingginya kebutuhan akan listrik yang sangat tinggi membuat PT. PLN sebagai perusahaan yang bergerak di bidang penyedia kelistrikan Indonesia harus dapat menyediakan kebutuhan listrik bagi masyarakat. Dalam sistem kelistrikan PT. PLN menyediakan sistem pembangkitan sebagai sumber untuk menghasilkan listrik. Gardu Induk merupakan simpul dalam sistem tenaga listrik, yang terdiri dari susunan dan rangkaian sejumlah perlengkapan yang dipasang menempati suatu lokasi tertentu untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik, menaikkan dan menurunkan tegangan sesuai dengan tingkat tegangan kerjanya, tempat melakukan kerja switching rangkaian suatu sistem tenaga listrik dan untuk menunjang keandalan sistem tenaga listrik [1].
Uji DGA ini sangat menguntungkan dalam dunia industri karena dapat dilakukan pada saat transformator dalam keadaan operasi (online)/ kondisi dimana transformator bertegangan dan masih menyalurkan listrik ke masyarakat. Hasil DGA inilah yang menjadi
59
60
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 3, NO. 1, MARET 2012: 59-64
acuan PT. PLN dalam melakukan pemeliharaan minyak transformator. Tingginya harga pengujian DGA ini membuat penulis ingin memberikan solusi metode lain yang dapat mengindikasikan kerusakan yang terjadi pada minyak transformator dan nantinya akan berdampak pada cara pemeliharaan transformator. Transformator. Transformator merupakan suatu peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi yang sama dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetis, dimana perbandingan tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya [2-4]. Komponen utama transformator: 1). Inti besi, berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, magnetik yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan; 2).Kumparan transformator adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yang membentuk suatu kumparan atau gulungan. Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap antar kumparan dengan isolasi padat seperti karton, pertinak dan lainlain. Kumparan tersebut sebagai alat transformasi tegangan dan arus; 3) Minyak transformator, merupakan salah satu bahan isolasi cair yang dipergunakan sebagai isolasi dan pendingin pada transformator. Sebagai bagian dari bahan isolasi, minyak harus memiliki kemampuan untuk menahan tegangan tembus, sedangkan sebagai pendingin minyak transformator harus mampu meredam panas yang ditimbulkan, sehingga dengan kedua kemampuan ini maka minyak diharapkan akan mampu melindungi transformator dari gangguan; 4) Bushing, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator merupakan alat penghubung antara kumparan transformator dengan jaringan luar. Bushing sekaligus berfungsi sebagai penyekat/isolator antara konduktor tersebut dengan tangki transformator; 5) Tangki konservator, berfungsi untuk menampung minyak cadangan dan uap/udara akibat pemanasan trafo karena arus beban. Di antara tangki dan trafo dipasangkan relai buchol yang akan meyerap gas produksi akibat kerusakan minyak. Untuk menjaga agar minyak tidak terkontaminasi dengan air, ujung masuk saluran udara melalui saluran pelepasan/venting dilengkapi media penyerap uap air pada udara, sering disebut dengan silica gel dimana silica gel ini tidak keluar mencemari udara di sekitarnya; 6) Peralatan bantu pendinginan transformator, berfungsi untuk menjaga agar transformator bekerja pada suhu rendah. Pada inti besi dan kumparan–kumparan akan timbul panas akibat rugi-
Gambar 1. Rumus Kimia Minyak Mineral [2]
Gambar 2. Rumus Kimia PCB (poly chlorinated biphenyl) Pada Kondisi Normal (t = 25 °C, p = 1 atm) [2]
rugi tembaga; Tap changer, berfungsi untuk menjaga tegangan keluaran yang diinginkan dengan input tegangan yang berubah-ubah. Kualitas operasi tenaga listrik jika tegangan nominalnya sesuai ketentuan, tapi pada saat operasi dapat saja terjadi penurunan tegangan sehingga kualitasnya menurun. Jenis pendingin transformator [4]. Terdapat dua jenis pendingin pada transformator, diantaranya adalah: 1) Tipe kering: AA (pendingin udara natural), AFA (pendinginan udara terpompa); 2) Tipe basah: ONAN (oil natural air natural), ONAF (oil natural air forced), OFAF (oil forced air forced). Karakteristik minyak isolasi [2]. Minyak yang digunakan untuk isolasi pada transformator tenaga biasanya adalah minyak mineral (liquid petrolatum) hasil destilasi dari minyak bumi.
2. Metode Penelitian Definisi dissolved gas analisis (DGA) [5]. DGA dalam dunia industri dikenal sebagai tes darah (blood test) pada transformator. Di dalam darah manusia terlarut bermacam-macam zat-zat dari tubuh manusia, maka pengujian zat-zat terlarut dalam darah dapat memberikan gambaran informasi kesehatan manusia. Seperti halnya dengan darah, uji DGA dapat memberikan informasi tentang kondisi transformator sebab uji DGA dilakukan pengujian gas-gas terlarut (fault gas). Dengan demikian DGA dapat diartikan sebagai analisis kondisi transformator berdasarkan jumlah gas terlarut (fault gas) pada transformator.
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 3, NO. 1, MARET 2012: 59-64
Jenis kegagalan yang dapat dideteksi melalui uji DGA [5]: 1) Gangguan thermal, gangguan termal (thermal fault) merupakan pemanasan lokal yang terjadi pada lilitan (winding) di mana kenaikan suhu melampaui batas ketahanan material isolasi pemburukan minyak isolasi pada suhu 150 °C sampai 500 °C yang menghasilkan rata-rata molekul gas ringan dalam jumlah besar seperti H2 (hidrogen) dan CH4 (methana) dan sedikit molekul gas yang lebih berat C2H4 (etilen) dan C2H6 (etana). Selain pemburukan minyak, kegagalan termal dapat pula terjadi pada kertas selullosa. Pemburukan kertas ini ditunjukkan kemunculan gas CO2 dan CO; 2) Korona, atau partial discharge pada umumnya menghasilkan gas hidrogen. Salah satu contoh partial discharge berupa pelepasan muatan (discharge) dari plasma dingin (corona) pada gelembung gas (menyebabkan pengendapan X-wax pada isolasi kertas) ataupun tipe percikan (menyebabkan proses perforasi/kebolongan pada kertas yang bisa saja sulit untuk dideteksi); 3) Busur api (arching), merupakan pelepasan muatan listrik (electrical discharge) yang berlangsung lama dan menimbulkan bunga api atau kilatan cahaya. Saat electrical discharge mencapai kondisi arching atau bagian discharge berkelanjutan suhu bisa mencapai 700–1800 °C menyebabkan terjadi gas asetilen.
61
Dalam diagram alir perhitungan dengan metode fuzzy (Gambar 2), terlihat cara pengerjaan perhitungan yang harus dilakukan, sebagai berikut: 1) Menentukan himpunan dari data DGA yang telah diperoleh, sebagai contoh pada analisis ini himpunan yang digunakan yaitu high, medium, dan low. Sebagai himpunan untuk menentukan batasan dalam data yang telah diperoleh; 2) Selanjutnya menentukan fungsi keanggotaaan yang memiliki interval antara 0 dan 1. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mendapatkan nilai keanggotaan adalah dengan melalui pendekatan fungsi, di mana pendekatan fungsi ini sesuai dengan standar IEC. Selain
Menentukan himpunan dari setiap data DGA
Menentukan fungsi keanggotaan
Blok diagram merupakan salah satu bagian terpenting dalam penganalisisan suatu permasalahan, karena dari blok diagram inilah dapat diketahui cara pengerjaan keseluruhan menggunakan metode fuzzy. Keseluruhan diagram blok rangkaian dapat dilihat pada Gambar 1.
Menentukan fire strength dari himpunan
Pengambilan sampel data
Normalisasi vektor diagnosis fuzzy
Penyelesaian dengan metode fuzzy
Menentukan gangguan dengan metode fuzzy
Pengambilan keputusan
Gambar 3. Diagram Alir Proses Analisis
Hasil normalisasi dimasukkan ke klasifikasi gangguan kode rasio gas IEC
Pengambilan keputusan menentukan gangguan Gambar 4. Diagram Alir Perhitungan dengan Metode Fuzzy
62
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 3, NO. 1, MARET 2012: 59-64
Table 1. Penentuan Fuzzy [7]
0
1
2
r1 =
<0,1
0,1–3
>3
r2 =
0,1–1
<0.1
>1
r3 =
<1
1-3
>3
Ratio
Code (r)
Tabel 2. Pengklasifikasian Gangguan dengan Kode Rasio Gas IEC [7]
No.
Tipe Gangguan
0
Tidak ada gangguan
0
0
0
1
Partial discharges dengan kepadataan energi rendah
0
1
0
2
Partial discharges dengan kepadataan energi tinggi
1
1
0
3
Discharges dengan energi rendah
1 or 2
0
1 or 2
4
Discharges dengan energi tinggi
1
0
2
5
panas,<150 °C
0
0
1
6
Gangguan panas dengan temperatur rendah, 150-300 °C
0
2
0
7
Gangguan panas dengan temperatur sedang 300–700 °C
0
2
1
8
Ganguan panas dengan temperatur tinggi >700 °C
0
2
2
itu pada proses ini penentuan batas A dan a hanya berdasarkan pada batasan yang diperbolehkan oleh IEC. Dimana A dan a adalah batasan batasan yang terdapat pada kurva BETA; 3) Nilai keanggotaan sebagai hasil dari operasi 2 himpunan sering dikenal fire strength atau predikat, operator yang digunakan adalah AND dan OR di mana AND sebagai min dan OR sebagai max; 4) Penormalisasian dilakukan setelah mendapatkan hasil dari fire strength, sesuai dengan standar IEC; 5) Setelah dianalisis sesuai tabel klasifikasi gangguan IEC, dari sinilah dapat diketahui gangguan yang terjadi.
Penggunaannya dalam metode konvensional adalah dasar dari generasi rasio gas dari satu gangguan atau banyak gangguan tetapi dengan dari satu yang umum dan alami dari transformator tersebut. Ketika gas melebihi dari satu gangguan dalam transformator yang menyebabkan ganguan menyeluruh dan menjadikannya dalam hubungan gas yang lebih komplek dan sangat tidak cocok dengan metode konvensional, maka kode IEC dapat mendefinisikan hal tersebut dengan kenaikan dari batasan-batasan yang telah dilalui. Dalam kode IEC ada 3 gas yang menjadi indikator ke
Fuzzy Logic sebagai Diagnosis Gangguan [7]. Tes DGA telah banyak digunakan dalam industri. Beberapa metode konvensional digunakan untuk mendiagnosis. Transformator dalam kondisi normal membutuhkan lebih dari satu tipe untuk mendiagnosis gangguan.
tiga gas yang dimaksud adalah
,
,
dengan
kode 0, 1, dan 2 dari penggambaran sebuah fuzzy. Pada Tabel 2 memperlihatkan klasifikasi dari gangguan transformator menggunakan metode IEC.
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 3, NO. 1, MARET 2012: 59-64
berarti bahwa suatu item tidak menjadi anggota dalam suatu himpunan.
3. Hasil dan Pembahasan Penganalisisan ini bertujuan untuk mengetahui apakah gangguan yang terjadi dengan mengunakan metode fuzzy telah sesuai dengan diagram alir yang telah ditentukan. Adapun penganalisisan yang dilakukan antara lain: 1) Perhitungan dengan metode fuzy, 2) Hasil perhitungan akan dianalisis dengan tabel pengklasifikasian metode fuzzy, 3) Pengambilan keputusan tentang keadaan transformator. Analisis Kondisi Transformator berdasarkan Hasil Uji DGA [5]. Terdapat beberapa metode untuk melakukan interpretasi data dan analisis seperti yang tercantum dalam standar IEEC C57-104 1999 dan IEC 6099 yaitu: 1) Standar IEEE, 2) Key gas, 3) Roger’s ratio, 4) Duval’s triangle. Perhitungan dengan Metode Fuzzy[8]. Dari 3 gas rasio r1 =
, r2=
, r3=
63
dapat dikodekan
dengan 0, 1, 2 sebagai pengklasifikasian fuzzy untuk high, low medium, dengan catatan r1, r2, r3 lebih dari atau sama dengan 0. Tabel 3 memberikan hubungan antara range dari kode dengan penyesuaian IEC, dapat terlihat pada Table 3.
(1)
(2) Selanjutnya perhitungan di sesuaikan dengan periode dari data DGA yang ada. Perhitungan Hasil Tes DGA. Pada himpunan fuzzy nilai keanggotaan yang dalam suatu himpunan sering ditulis dengan µ A (x), yang memiliki 2 kemungkinan yaitu: a) 1 (satu) yang berarti bahwa suatu item menjadi anggota dalam suatu himpunan, atau b) 0 (nol ) yang Tabel 3. Rasio Gas dan Penyesuaian Kode IEC [2]
Dalam penganalisisan, himpunan keanggotaan yang digunakan adalah high, medium, dan low dengan pengindikasan dengan 0 (nol), 1 (satu), dan 2 (dua). Di mana r1, r2, r3 adalah rasio yang telah ditentukan oleh kode IEC dengan r1, r2, r3,
, , , selain itu dalam perhitungan ini menentukan: µone (r1) µtwo (r1) µzero (r1)
µzero (r2) µone (r2) µzero (r3) µone (r3)
µtwo (r2) µtwo (r3)
dengan rumus fungsi dari kode IEC.
4. Simpulan Hasil analisis dissolved gas transformator di PT. PLN Gardu Induk Betung menggunakan metode fuzzy logic menunjukkan bahwa transformator 30 MVA diperoleh indikasi discharge dan gangguan panas dalam minyak isolasi. Penggunaan metode fuzzy pada hasil DGA ini dibandingkan dengan metode IEEE. Pada metode IEEE untuk transformator 30 MVA Gardu Induk Betung diindikasikan pada kondisi 1, di mana pada kondisi ini transformator beropersi normal namun tetap perlu dilakukan pemantauan kondisi gas-gas tersebut. Dari analisis yang dilakukan antara keduanya metode fuzzy dan IEEE dapat dibedakan pada cara pengambilan keputusan untuk menentukan gangguannya, pada metode fuzzy pengambilan keputusan gangguan menggunakan Tabel 2 pengklasifikasian gangguan dengan kode gas rasio IEC, di mana pada Tabel 2 ini gangguan sangat terperinci. Sedangkan metode IEEE pengklasifikasian gangguan sangat umum dan tidak terperinci.
Kode gas rasio yang berbeda
Daftar Acuan
Rentan gas ratio <0,1
0
1
0
0,1–1
1
0
0
1–3
1
2
1
>3
2
2
2
[1] PT. PLN (Persero), Buku Workshop, Ophar PT. PLN, Jakarta, 2009. [2] M. Solikhudin, Studi Gangguan Interbus Transformator (IBT-1)500/159 KV di Gitet 500 Kv Jakarta Barat, www.lontar.ui.ac.id, 2012. [3] I. Iryanto, Studi Pengaruh Penuaan (aging) terhadap Laju Degradasi Kualitas Minyak Isolasi
64
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 3, NO. 1, MARET 2012: 59-64
Transformator Tenaga, www.eprints.undip.ac.id/31999/pdf, 1999. [4] A. Prayoga, Benson Marnatha, Edison Marulitua S. M. Nahar. Tugas kelompok transformator Universitas Indonesia. www.staff.ui.ac.id. 2012. [5] A. Juandi, Pengaruh Perubahan Tegangan Tembus pada Bahan Isolasi Cair, www.uii.ac.id/index.php/journal_teknoin/article. 2012. [6] S. Kusumadewi, H. Purnomo, Aplikasi Logika Fuzzy untuk Pendukung Keputusan, edisi 2, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2010, p.452.
[7] A. Haddad, D. Warne, Advances in High Voltage Engineering Chapter 10, The Istitution of Engineering and Technology, London, UK, 2007, p.647. [8] T. Brescia, S. Bruno, M. La Scala, S. Lamonaca, G. Rotondo, U. Stecchi, A Fuzzy–Logic Approach to Preventive Maintenance of Critical Power Transformer, 2009 International Conference on Electrity Distribution, Prague, Czech Republic. http://www.cired.be/CIRED09/pdfs/CIRED2009_0 944_Paper.pdf, 2009.
