Analisis Kualitas Minyak Transformator Daya 25 Kva Berdasarkan Data Citra Kamera Termal Dan Data Hasil Uji Gas Chromatograph Subkhi Abdul Aziz 2208 100 149 Pembimbing: Dr. Eng. Ardyono Priyadi, ST., M.Eng. Vita Lystianingrum Budiharto Putri, ST., M.Sc.
SEMINAR TUGAS AKHIR JURUSAN TEKNIK ELEKTRO ITS 26 JUNI 2012
LATAR BELAKANG
Banyaknya transformator pada jaringan distribusi
1
2
3
Tes kualitas minyak trafo seperti uji gas terlarut dalam minyak harganya mahal Penggunaan kamera termal oleh PT. PLN APJ Mojokerto untuk pemeriksaan trafo
PERUMUSAN MASALAH
1
• Bagaimana data citra kamera termal dapat menentukan kualitas minyak transformator daya 25 KVA?
2
• Bagaimana menganalisis perbandingan data citra kamera termal dengan hasil uji gas chromatograph (tes DGA)?
TUJUAN
1
• Mengetahui kualitas minyak transformator dari data citra kamera termal
2
• Mengetahui pengaruh gas-gas terlarut yang muncul pada minyak trafo terhadap suhu yang timbul di permukaan trafo
3
• Mengetahui seberapa besar pengaruh panas yang timbul akibat arus yang mengalir pada kualitas minyak trafo yang berbeda-beda
BATAS MASALAH
1
• Sampel minyak trafo yang digunakan dibatasi hanya 6 sampel minyak
2
• Penentuan kondisi minyak trafo berdasarkan tes uji gas chromatograph (DGA) dengan metode TDCG (total dissolved combustible gas)
3
• Kamera termal yang digunakan untuk membaca suhu permukaan transformator adalah merk Flir tipe T250
4
• Data foto yang diambil adalah berjarak 3 meter dari depan trafo
METODOLOGI PELAKASANAAN TUGAS AKHIR
PEMILIHAN MINYAK TRAFO
Keterangan: No
Sampel Minyak
Tegangan Tembus
Warna Minyak
1 2 3 4 5 6
Minyak trafo 2 Minyak trafo 3 Minyak trafo 5 Minyak trafo 5+ Minyak trafo 6 Minyak trafo 6+
24.1 KV 69.9 KV 40.1 KV 35.4 KV 23.1 KV 16.2 KV
Kuning bening Kuning cerah Kuning Kuning keruh Coklat keruh Coklat
SKEMA RANGKAIAN PENGUJIAN
SUSUNAN ALAT DALAM PENGUJIAN
Multimeter Digital
CB
1
2
1. Fuse Cut Off 2. PT 3. CT
Trafo Step Up 400 V/20 KV
3 Trafo Step Down (Trafo Uji) 20 KV/400 V
Power Quality Analyzer (PQA)
Load Bank 60 KVA
SPESIFIKASI TRAFO UJI
Spesifikasi: Merk Kapasitas Fasa Frekuensi Pendinginan Tegangan Tegangan
Bambang djaya 25 KVA 3 50 Hz ONAN Tegangan Tinggi 20.000 V Arus 0,721 A Tegangan Rendah 400/231 V Arus 36,084 A
PENGATURAN BEBAN TRAFO Pembebanan pada trafo dilakukan dengan beban resistif murni 3 fasa. Beban resistif murni dalam pengujian adalah load bank berkapasitas 60 KVA dengan cos θ = 1.
Gambar Panel pengaturan beban pada load bank Sampel Minyak
20%
40%
60%
80%
100%
Beban Trafo
Beban Trafo
Beban Trafo
Beban Trafo
Beban Trafo
Pengujian 1
Minyak trafo 3
10 menit
10 menit
10 menit
10 menit
10 menit
Pengujian 3
Minyak trafo 5+ 10 menit
10 menit
10 menit
10 menit
10 menit
Pengujian 4
Minyak trafo 6+ 10 menit
10 menit
3 jam
1 jam
1 jam
Pengujian 5
Minyak trafo 2
10 menit
10 menit
3 jam
1 jam
1 jam
Pengujian 6
Minyak trafo 6
10 menit
10 menit
3 jam
1 jam
1 jam
PEMASANGAN dan PENGAMBILAN DATA KAMERA
Skema pengambilan foto permukaan trafo Transformer 25 kVA
2 m 3
2m
m
4
3m
m 5
4m
m
6
5m
m 6m
Foto pengambilan suhu permukaan trafo dengan kamera termal
PENGAMBILAN DATA ARUS PRIMER dan SEKUNDER TRAFO
Pengambilan data arus sekunder trafo
Kabel penjepit buaya Clamp sensor
Pengambilan data arus primer trafo
Power Quality Analyzer (PQA)
PENGAMBILAN DATA DGA PADA SAMPEL MINYAK TRAFO
Gambar Kelman Transport X
Cara pengujian dengan Kelman Transport X: • Setting alat kelman transport x dengan memasukkan data trafo dan tanggal pengujian • Sampel minyak yang sudah disiapkan dimasukkan kedalam alat suntik kelman transport x sampai penuh lalu minyak dibuang (2X) • Masukkan kembali sampel minyak kedalam alat suntik, setelah selesei masukkan kedalam botol kelman transort x (seperti pada gambar disamping) • Tunggu beberapa menit karena botol akan mengevaluasi gas-gas yang terlarut didalam minyak • Setelah selesei akan keluar sebuah print out dalam bentuk hardcopy yang memberikan informasi hasil DGA dari sampel minyak yang diuji
HASIL PENGUJIAN Pembacaan Arus Sekunder Trafo
Pembacaan Pembebanan Trafo
ANALISIS PEMBACAAN ARUS SEKUNDER dan PEMBEBANAN Persentase selisih arus sekunder dan pembebanan di fasa R Sampel Minyak
20%-40% Beban Trafo
40%-60% Beban Trafo
60%-80% Beban Trafo
80%-100% Beban Trafo
minyak trafo 2
2.24%
0.26%
0.60%
0.43%
minyak trafo 3
2.59%
0.36%
1.68%
1.51%
minyak trafo 5
4.59%
1.66%
1.89%
1.83%
minyak trafo 5+
1.50%
0.78%
0.33%
0.65%
minyak trafo 6
0.24%
0.46%
3.64%
2.16%
minyak trafo 6+
0.23%
0.66%
0.64%
-0.11%
Dari hasil perhitungan persentase selisih antara arus sekunder dan pembebanan di tiap fasa didapatkan hasil: a) Pada fasa R selisih terkecil adalah -0.11% dan selisih terbesar 4.59% b) Pada fasa S selisih terkecil adalah 0.22% dan selisih terbesar 9.96% c) Pada fasa T selisih terkecil adalah -0.29% dan selisih terbesar 5.56% Berdasarkan rumus S = V x I Dimana: S = daya kompleks (VA) V = tegangan (V) I = arus (A)
ANALISIS PEMBACAAN ARUS SEKUNDER dan PEMBEBANAN Berdasarkan rumus S = V x I Dimana: S = daya kompleks (VA) V = tegangan (V) I = arus (A) Pada fasa R selisih terkecil adalah -0.11% dan selisih terbesar 4.59% S=VxI Beban 20%: 1,6 KVA = 218, 28 V x 7,33 A Beban 40%: 3,12 KVA = 213,26 V x 14,63 A
1,9959
1,95
4,59 %
S=VxI Beban 80%: 5,73 KVA = 223, 56 V x 25,63 A Beban 100%: 7,04 KVA = 223,77 V x 31,46 A
1,2286
1,2275
-0,11 %
ANALISIS PEMBACAAN ARUS PRIMER & SEKUNDER TRAFO
Arus primer trafo didapatkan dari pembacaan multimeter yang dipasangkan setelah trafo arus dengan rasio 1:2. Maka arus primernya adalah
Ip = Imultimeter x 2 Sampel Minyak
20% Beban Trafo
minyak trafo 2 minyak trafo 6
Pembacaan Arus Primer (A) 40% Beban Trafo
60% Beban Trafo
80% Beban Trafo
100% Beban Trafo
0.061
0.14
0.198
0.257
0.313
0.061
0.139
0.197
0.258
0.315
Arus sekunder trafo yang dimaksud adalah arus rata-rata dari fasa R, fasa S, dan fasa T. Jika dirumuskan menjadi:
Irata-rata = (IR+IS+IT)/3 Sampel Minyak
Pembacaan Arus Sekunder (A)
20% Beban Trafo
40% Beban Trafo
60% Beban Trafo
80% Beban Trafo
100% Beban Trafo
minyak trafo 2
6.253
14.17
19.973
25.09
30.487
minyak trafo 6
6.25
13.9
19.56
25.13
30.65
ANALISIS PEMBACAAN ARUS PRIMER & SEKUNDER TRAFO
Rugi Daya yang Hilang (VA) 20% 40% 60% Beban Trafo Beban Trafo Beban Trafo
Sampel Minyak minyak trafo 2
minyak trafo 6
80% Beban Trafo
100% Beban Trafo
Pinput
4226.2
9699.48
13509.9
17805.48
21685.27
Poutput
4115.59
9326.4
13145.8
16513.71
20065.91
∆P
110.61
373.08
572.04
1291.77
1619.36
Pinput
4226.2
9630.2
13648.5
17874.76
21823.84
Poutput
4113.62
481.51
12873.9
16540.04
20173.19
∆P
112.58
481.51
774.57
1334.72
1650.65
Rugi daya yang hilang pada trafo dapat dihitung dengan rumus:
∆P = Pinput - Poutput Dimana:
∆P = rugi daya (VA) Pinput = daya yang masuk (VA) Poutput = daya yang keluar (VA)
Untuk menghitung daya masuk dan daya keluar adalah:
Pinput = Ip x 20.000 x √3 Poutput= Irata-rata x 380 x √3
HASIL TES UJI DGA PADA SAMPEL MINYAK TRAFO Sampel minyak
TDCG
Minyak Minyak Minyak Minyak Minyak Minyak
335 ppm 8623 ppm 267 ppm 258 ppm 1231 ppm 176 ppm
trafo 2 trafo 3 trafo 5 trafo 5+ trafo 6 trafo 6+
Hasil Uji DGA
Status Kondisi 1 Kondisi 4 Kondisi 1 Kondisi 1 Kondisi 2 Kondisi 1
Gas dengan jumlah abnormal
Metana (CH4) dan Etana (C2H6) Hidrogen (H2), Metana (CH4) dan Etana (C2H6) Etana (C2H6) Etana (C2H6) Etana (C2H6), Etilena (C2H4) dan Asetilena (C2H2) Asetilena (C2H2)
Analisis hasil uji DGA berdasarkan metode doernenburg dan roger rasio serta perbandingan kemunculan gas pada metode gas kunci, didapatkan hasil: • • • • • •
Pada minyak trafo 2 Gas CH4 dan C2H6 Pada minyak trafo 3 Gas H2, CH4, dan C2H6 Pada minyak trafo 5 Gas C2H6 Pada minyak trafo 5+ Gas C2H6 Pada minyak trafo 6 Gas C2H6, C2H4, C2H2 Pada minyak trafo 6+ Gas C2H2
pemanasan minyak dan terjadi partial discharge intensitas rendah. pemanasan minyak dan terjadi partial discharge intensitas rendah. pemanasan minyak dan terjadi partial discharge intensitas rendah. pemanasan minyak dan terjadi partial discharge intensitas rendah. pemanasan dan busur api (partial discharge intensitas tinggi) pada minyak. pemanasan dan busur api (partial discharge intensitas tinggi) pada minyak.
HASIL PEMBACAAN SUHU KAMERA TERMAL Hasil foto kamera termal menggunakan software flir report
Pengukuran Titik
Pengukuran Area
Hasilnya digunakan dalam penelitian
HASIL PEMBACAAN SUHU KAMERA TERMAL hasil pembebanan: 60% kapasitas trafo selama 3 jam 80% kapasitas trafo selama 1 jam 100% kapasitas trafo selama 1 jam Sampel Minyak Minyak trafo 2 Minyak trafo 6+ Minyak trafo 6
60% Beban Trafo
80% Beban Trafo
100% Beban Trafo
34.8 0C 34.9 0C 35.8 0C
35.6 0C 36.3 0C 36.9 0C
36.4 0C 37.2 0C 37.7 0C
HASIL PEMBACAAN SUHU KAMERA TERMAL hasil pembebanan: 20% kapasitas trafo selama 10 menit 40% kapasitas trafo selama 10 menit 80% kapasitas trafo selama 10 menit 100% kapasitas trafo selama 10 menit Sampel Minyak Minyak trafo 3 Minyak trafo 5+
20% Beban Trafo
40% Beban Trafo
80% Beban Trafo
100% Beban Trafo
34.2 0C 33.4 0C
34.3 0C 33.6 0C
34.5 0C 33.9 0C
34.7 0C 34.2 0C
ANALISIS HASIL PEMBACAAN SUHU KAMERA TERMAL
Sampel Minyak Minyak trafo 2 Minyak trafo 6+ Minyak trafo 6
3 Jam 60% Beban Trafo
1 Jam 80% Beban Trafo
1 Jam 100% Beban Trafo
(TDCG)
34.8 0C 34.9 0C 35.8 0C
35.6 0C 36.3 0C 36.9 0C
36.4 0C 37.2 0C 37.7 0C
Kondisi 1 Kondisi 1 Kondisi 2
Kualitas Minyak
Gas Jumlah Abnormal CH4 dan C2H6 C2H2 C2H6, C2H4, dan C2H2 54 ppm
10 Menit
Sampel Minyak Minyak trafo 3 Minyak trafo 5+
20% Beban Trafo
34.2
0C
33.4
0C
10 Menit 40% Beban Trafo
10 Menit 80% Beban Trafo
10 Menit 100% Beban Trafo
34.3
0C
34.5
0C
34.7
0C
33.6
0C
33.9
0C
34.2
0C
Kualitas Minyak
TDCG 335 ppm 176 ppm 1231 ppm
344 ppm
Gas Jumlah Abnormal
TDCG
Kondisi 4
H2, CH4, dan C2H6
8623 ppm
Kondisi 1
C2H6
(TDCG)
1761 ppm 71 ppm
258 ppm
PEMBUATAN PROGRAM FUZZY HASIL PENGUJIAN
Tujuan: pengembangan penelitian monitoring transformator dalam memudahkan penentuan kualitas minyak trafo berdasarkan data hasil pengujian
Input: suhu
Input: kapasitas beban trafo
Output: kualitas minyak trafo
PEMBUATAN PROGRAM FUZZY HASIL PENGUJIAN
Variabel Input Suhu Fungsi keanggotaan dari input suhu adalah: Normal = [0 10 20]; Hangat = [18 28 38]; Panas = [36 46 56]; Sangat panas = [54 64 74];
PEMBUATAN PROGRAM FUZZY HASIL PENGUJIAN Variabel Input Kapasitas Pembebanan Trafo Fungsi keanggotaan input kapasitas pembebanan trafo adalah: 40% beban trafo = [1 5 9]; 60% beban trafo = [7 11 15]; 80% beban trafo = [13 17 21]; 100% beban trafo = [19 23 27]; Beban lebih = [25 29 33];
PEMBUATAN PROGRAM FUZZY HASIL PENGUJIAN
Variabel Output Status Pengoperasian Trafo Fungsi keanggotaan input kapasitas pembebanan trafo adalah: Normal = [0 10 20]; Waspada = [15 25 35]; Perlu pemeriksaan = [30 40 50]; Perlakuan khusus = [45 55 65];
PEMBUATAN PROGRAM FUZZY HASIL PENGUJIAN
Input nilai suhu dan kapasitas pembebanan trafo Nilai output keanggotaan fuzzy
Penjelasan output fuzzy
PEMBUATAN PROGRAM FUZZY HASIL PENGUJIAN
Nilai keanggotaan output
KESIMPULAN
1 2
• Warna minyak trafo tidak mencerminkan kualitas dari nilai DGA dalam metode TDCG • Nilai dari hasil tes DGA dengan metode TDCG harus memperhatikan gas-gas yang melebihi nilai normal.
3
• Semakin besar kandungan gas asetilena pada suatu minyak trafo akan membuat minyak trafo semakin panas seperti pada hasil pengujian menggunakan minyak trafo 6.
4
• Kualitas minyak trafo yang berbeda tidak mempengaruhi arus sekunder trafo. Besar arus sekunder pada trafo mengikuti kenaikan pembebanan trafo.
5
• Rugi daya yang hilang pada trafo menjadi lebih besar saat trafo dibebani mendekati kapasitas totalnya
SARAN
1 2
• Proses pengambilan data suhu permukaan trafo dengan kamera termal dan data kualitas minyak berdasarkan tes DGA dilakukan pada trafo yang masih bekerja untuk mensuplai daya pada jaringan distribusi.
• Transformator yang dijadikan untuk pengujian dapat divariasikan dengan tipe yang berbeda.
TERIMA KASIH
Lanjutan….
Analisis Kualitas Minyak Transformator Daya 25 Kva Berdasarkan Data Citra Kamera Termal Dan Data Hasil Uji Gas Chromatograph Subkhi Abdul Aziz 2208 100 149 Pembimbing: Dr. Eng. Ardyono Priyadi, ST., M.Eng. Vita Lystianingrum Budiharto Putri, ST., M.Sc.
SIDANG TUGAS AKHIR JURUSAN TEKNIK ELEKTRO ITS 27 JUNI 2012
Transfer suhu pada Transformator
Air, a: Ta
q"sun Tank, t: T, A, α, ε
Oil, o: To ht, i
ht, o
Eksternal radiator, r: Tr, Ar hc
Core and coil, c: Tc, Ac
h = koefisien aliran transfer panas T = suhu A = luas area permukaan α = daya serap ε = emisivitas
hr, o hr, i
Rumus Keseimbangan Transfer Suhu
Pemanasan matahari
+ Daya serap permukaan body + Daya serap pendingin radiator = + Permukaan (body dalam) + Pendingin radiator dalam
Enegi panas pada transformator
+
Permukaan body luar
+ Pendingin radiator luar + Emisivitas permukaan (body luar) + Emisivitas pendingin radiator
Rumus Keseimbangan Transfer Suhu
Pemanasan Matahari
Energi panas pada transformator
360n )]x 365 [sin φ sin δ + cos φ cos δ cos ω ]
q"sun = 428[1 + 0,033 cos(
dTt ( mc p ) t dt Emisivitas permukaan (body)
Daya serap permukaan (body) =
( At ) x (α I σ T ) 4 a
Permukaan (body) dalam
ht ,i = (
K oil , f NU t Ht
)
( At ) x(ε I σ Ta4 ) Permukaan (body) luar
ht ,o = (
K air , f NU t Ht
)
Rumus Keseimbangan Transfer Suhu
Enegi panas pada transformator
Pemanasan matahari
+ Daya serap permukaan body + Permukaan (body) dalam
=
+ Emisivitas permukaan (body luar) + Permukaan body luar
dTt Asα s q"sun +( At ) x(α I σ T ) + ht ,i At (To − Tt ) = (mc p ) t + ( At ) x(ε I σ Ta4 ) + ht ,o At (Tt − Ta ) dt 4 a
Pengambilan Data Suhu dengan Kamera Termal
Pengambilan Data Suhu Kamera Termal
2m
3m
6m
Hasil Report Power Quality Analyzer
