BAB II LANDASAN TEORI
2.1.
Generator PLTA Cirata Generator adalah suatu alat untuk mengubah energi mekanik menjadi
energi listrik. Energi mekanik merupakan hasil putaran turbin yang di hubungkan dengan generator melalui turbin generator shaft, sehingga membuat generator berputar. Energi listrik dihasilkan dari medan magnet yang dihasilkan oleh putaran rotor. Konstruksi stator terdiri dari kerangka atau gandar, inti jangkar, alur atau parit atau slot yang berfungsi untuk meletakkan kumparan atau coil bar. Kumparan untuk lilitan tiga fasa memiliki ujung (ends) dan dua sisi (sides), sisi dari kumparan ditempatkan pada slot dari inti stator dan ujungnya dipertemukan dengan setiap ujung dari inti stator. Dalam proses manufakture, sebelum kumparan atau stator coil bar dipasang pada stator maka harus dilapisi dengan isolasi sesuai dengan klasifikasi standard operasi generator tersebut. Isolasi berfungsi untuk melapisi dan melindungi konduktor agar tidak terjadi hubungan atau kontak langsung antara konduktor dengan konduktor atau konduktor dengan
8
9
slot stator. Penurunan kualitas material pada isolasi kumparan menyebabkan kontak antara konduktor atau konduktor dengan slot terjadi.
2.1.1. Bagian Generator Generator PLTA Cirata merupakan generator type sinkron, dimana putaran generator tetap konstan pada rpm 187.5 untuk menjaga sistem supply ketenagalistrikan pada frekuensi 50 Hz. Generator sinkron secara mendasar terdiri dari stator, rotor, dan celah udara. Stator Stator merupakan bagian yang diam yang terdiri dari bagian luar (rangka stator) dan bagian dalam. Rangka stator terbuat dari besi tuang dan merupakan rumah dari semua bagian generator. Rangka luar stator harus tahan terhadap getaran selama mesin itu bekerja maupun terhadap stres mekanik seperti pada saat terjadi hubung singkat. Bagian dalam stator dibuat dari kumpulan laminasi lembaran baja (dengan permeabilitas yang tinggi) dan mempunyai banyak slot yang mengelilingi pinggiran dalamnya. Laminasi ini diisolasi satu sama lain. Jumlah kutub stator PLTA cirata sebanyak 32 kutub. Kumpulan laminasi ini disatukan untuk membentuk bagian yang padu. Stator terdiri dari kumparankumparan yang bila menerima medan magnet akan menghasilkan listrik.
10
Gambar 2.1 Generator PLTA Cirata
Gambar 2.2 Stator Generator PLTA Cirata Rotor Rotor merupakan bagian yang ikut berputar. Rotor juga terdiri dari laminasi laminasi seperti halnya stator untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Kumparan medan ini disuplai tegangan dc. Pada generator PLTA Cirata supply DC diberikan oleh system eksitasi melalui carbon brush dan slipring yang diinjeksi ke rotor, untuk menghasilkan medan electromagnet. Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar. Jumlah kutub pada rotor harus sama dengan jumlah kutub pada stator.
11
2.1.2 Spesifikasi Generator PLTA Cirata Spesifikasi merupakan data kemampuan / data kerja suatu peralatan agar dapat beroperasi secara normal. Spesifikasi generator pada PLTA Ciarata sebagai berikut : •
Merk
: ELIN – UNION
•
Tipe
: Umberella, 3 phase synchronous
•
Jumlah pole
: 32 (16 pasang kutub)
•
Putaran
: 187,5 rpm
•
Kapasitas
: 140.000 KVA
•
Tegangan
: 16,5 KV
•
Arus
: 4899 A (rated current)
•
Frekwensi
: 50 HZ
•
Cos phi
: 0.9 lagging
•
Kelas isolasi
:F
•
Sistem pendingin
: forced air
•
Tegangan eksitasi
: 110 v
•
Excitasi current no load
: 987 A
(arus eksitasi saat generator ON tapi belum syncron / berbeban) •
•
Arus eksitasi pada pembebanan (kondisi cos phi 0.9)
: 1585 A
Efisiensi
: 97 %
12
2.1.3. Winding Stator PLTA Cirata Berdasarkan data spesifikasi dari Ellin-Union stator yang digunakan PLA Cirata adalah 3 phasa dengan belitan dua lapis (double layer winding). Dimana pada belitan berlapis ganda setiap alur diisi oleh dua sisi kumparan / bar stator (gambar 2.3). Terdapat winding overhang atau bagian dari lilitan yang tidak terletak diluar alur.
Gambar 2.3 Stator Coil, Slot dan Winding Overhang
Gambar 2.4 Slot Belitan Dua Lapis
Gambar 2.5.a. Stator Coil untuk double layer winding Sumber VATech Hydro, Austria
13
Gambar 2.5.b. Stator Slot dan Slot double layer winding Sumber VATech Hydro, Austria Penjelasan gambar 2.3 menjelaskan pada kumparan / coil bar stator terhubung dengan sisi overhang, dimana dua coil bar ditempatkan dalam satu slot. Pada salah satu sisi winding overhang, bar slot stator ditempatkan disisi bawah layer pada slot (bottom layer) dan pada sisi lainya bar slot stator ditempatkan disisi atas layer pada slot (top layer). Sisi atas slot adalah daerah yang dekat dengan celah udara. Karena dua sisi kumparan yang berbeda diletakan pada satu slot, maka kedua kumparan perlu diisolasi dengan baik. Pada gambar 2.5 a dan b diperlihatkan foto stator slot double layer winding dan penempatan nya pada stator slot.
2.2
Mekanisme Kegagalan Bahan Isolasi Isolasi merupakan peranan penting dalam sistem tenaga listrik, terutama
dalam sistem tegangan tinggi. Isolasi pada tegangan tinggi memiliki fungsi sebagai suatu bahan yang dapat menghindarkan suatu peralatan dari kerusakan akibat lompatan arus dari suatu konduktor ke konduktor lainnya.
14
Kegagalan isolasi memiliki kaitan erat dengan partial discharge. Partial discharge (peluahan parsial) merupakan peristiwa terjadinya pelepasan atau loncatan bunga api listrik pada suatu bagian isolasi, baik pada bagian rongga dalam atau pada permukaan isolasi akibat adanya perbedaan potensial yang sangat tinggi dalam bahan isolasi tersebut. Kegagalan isolasi pada peralatan tegangan tinggi akan sangat berengaruh pada operasi peralatan tersebut dan menggangu kestabilan sistem. Partial discharge dapat terjadi pada bahan isolasi padat, cair maupun gas.
15
2.2.1 Kegagalan Isolasi Padat Mekanisme kegagalan isolasi padat meliputi kegagalan asasi (intrinsik), elektro mekanik, streamer, thermal dan kegagalan erosi. Mekanisme ini sesuai dengan fungsi waktu penerapan teganganya. Digambarkan dengan kurva karateristik berikut. Kv
1.
Intrisnsik
2.
Kegagalan Elektromekanik
3.
Kegagalan Streamer 4.
Kegagalan Termal
5.
Kegagalan Erosi
Log t (detik) Gambar 2.6 Grafik Kegagalan Isolasi Padat (sumber : Farouq Ramadhan, 2011) Penjelasan gambar 2.6. dijelaskan beberapa kegagalan pada isolasi padat berhubungan dengan tipe kegagalan / sebab dari kegagalan, dan kecepatan kegagalan terjadi berdasarkan waktu. Mekanisme kegagalan dijelaskan sebagai berikut. 1. Kegagalan Intrinsik Adalah kegagalan yang berhubungan dengan jenis dan suhu bahan tanpa menghiraukan berbagai factor lain sebagai pengaruh luar seperti tekanan, bahan elektroda, ketidakmurnian dan kantong udara. Kegagalan terjadi saat tegangan pada bahan dinaikan sehingga meningkatkan tekanan listrik yang terjadi pada bahan isolasi hingga
16
106 volt/cm dalam waktu yang sangat singkat sekitar 10 -8 detik. Kegagalan ini terjadi pada lapisan dielektrik yang tipis dengan tegangan tinggi yang diterapkan. Dengan waktu yang singkat dan medan listrik yang tinggi memungkinkan elektron mendapatkan energi tambahan untuk melintasi bahan isolasi
hingga mencapai lapisan
konduksi.
2. Kegagalan Elektromagnet Adalah kegagalan yang berhubungan dengan tekanan listrik pada bahan isolasi yang diakibatkan oleh perbedaan polaritas antara elektroda yang mengapit isolasi tersebut. Tekanan listrik tersebut menimbulkan tekanan mekanik berupa gaya yang bekerja pada suatu bahan yang berhubungan dengan Modulus Young. Pada tegangan 106 volt/cm menimbulkan tekanan mekanik 2 kg/cm2 sampai 6 kg/cm2.. Persamaan modulus young
(2.1) Dengan persamaan Stark dan Garton :
(2.2) Jika kekuatan asasi (intrinsik) tidak tercapai pada d0/d = 0.6, maka material isolasi akan gagal bila tegangan V dinaikan lagi. Jadi besarnya tegangan maksimum yang dapat dikenakan pada bahan isolasi sebelum terjadinya kegagalan adalah :
17
(2.3) Dimana : Y
: modulus young
F
: gaya yang bekerja pada zat padat
∆L : pertambahan panjang zat padat L
: panjang zat padat
A
: pertambahan zat yang dikenai gaya
d0
: tebal isolasi sebelum dikenai tegangan
d
: tebal isolasi setelah dikenai tegangan
ε0εr : permitivitas
3. Kegagalan Streamer Adalah kegagalan
yang terjadi sesudah suatu banjiran
(avalanche). Sebuah elektron yang memasuki band conduction dikatoda akan bergerak menuju anoda dibawah pengaruh medan memperoleh energi antara benturan dan kehilangan energi pada waktu membentur. Jika lintasan bebas cukup panjang maka tambahan energi yang diperoleh melebihi pengionisasi lattice (energi kisi). Energi kisi merupakan energi yang dilepaskan oleh ion ion dalam keadaan gas untuk bergabung menghasilkan satu mol senyawa ionik. Akibatnya dihasilkan tambahan elektron - elektron pada saat terjadinya benturan. Jika suatu tegangan dikenakan terhadap elektroda bola, maka pada media yang berdekatan timbul tegangan. Karena gas mempunyai
18
permivitas lebih rendah dari zat padat sehingga gas akan mengalami tekanan listrik yang besar. Akibatnya gas tersebut akan mengalami kegagalan sebelum zat padat mencapai kekuatan asasinya (intrinstik). Karena kegagalan tersebut maka akan jatuh sebuah muatan pada permukaan zat padat sehingga medan yang tadinya seragam terganggu. Bentuk muatan pada ujung pelepasan ini dalam keadaan tertentu dapat menimbulkan medan lokal yang cukup tinggi (sekitar 10 MV/cm), karena medan ini melebihi kekuatan instristiknya maka akan terjadi kegagalan pada zat padat.
4. Kegagalan Thermal Adalah kegagalan yang terjadi jika kecepatan pembangkitan panas disuatu titik melebihi laju kecepatan pembuangan panas keluar. Akibatnya terjadi penumpukan energi panas dan akan mengakibatkan keaadaan tidak stabil sehingga terjadi kegagalan isolasi. Dalam hukum konversi energi : U0 = U1 + U2 dimana : U0 : panas yang dibangkitkan U1 : panas yang disalurkan keluar U2 : panas yang menaikan suhu bahan
(2.4)
19
5. Kegagalan Erosi Adalah kegagalan yang diakibatkan oleh ketidaksempurnaan bahan isolator yang digunakan, seperti terdapat rongga dalam bahan isolasi tersebut. Lubang atau rongga akan terisi oleh gas atau cairan yang kekuatan medan kegagalnya lebih kecil dari kekuatan zat padat. Hal ini dikarenakan rongga tersebut memiliki kekuatan medan atau dielektrik yang berbeda dengan kekuatan dielektrik dari bahan isolasi. Kekuatan medan dalam rongga isolasi ditentukan oleh perbandingan dari permitivitas dan bentuk rongga. Pada setiap pelepasan muatan maka energi panas juga dihasilkan, total energi panas yang berlebihan akan menghasilkan karbonisasi pada rongga tersebut sehingga merusak susunan kimia isolasi tersebut. Bentuk kegagalan isolasi dan rangkaian ekivalennya seperti gambar 2.7 :
Gambar 2.7 Kegagalan Erosi dan Rangkaian Ekivalennya (sumber : Yanuar Barianto, 2012)
20
Gambar 2.8 Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus Dalam Rongga Yang Terisi Gas (sumber : Yanuar Barianto, 2012) Jika tegangan AC yang dikenakan tidak menghasilkan kegagalan maka bentuk gelombang yang terjadi pada rongga V1. Tetapi jika V1 cukup besar, maka bisa terjadi kegagalan pada tegangan V1 pada saat terjadi lucutan dengan tegangan V1’ maka pada rongga terjadi busur api. Busur api yang terjadi diiringi jatuhnya tegangan sampai V1” dan mengalirnya arus sampai busur api padam. Tegangan pada rongga naik lagi pada tegangan V1’ sampai terjadi kegagalan berikutnya. Hal ini juga terjadi pada setengah gelombang (negative). Rongga akan melucut pada waktu tegangan rongga mencapai –V1’. Pada waktu gas dalam rongga gagal maka permukaan zat isolasi padat merupakan katoda anoda seperti gambar berikut ini :
21
Gambar 2.9 Bentuk Gas Dalam Rongga Pada Saat Mengalami Kegagalan (sumber : Yanuar Barianto, 2012) Benturan elektron pada anoda mengakibatkan terlepasnya ikatan kimiawi pada isolasi padat tersebut, demikian pula penambahan katode ion – ion positif akan mengakibatkan kenaikan suhu yang menyebabkan ketidakstabilan thermal. Sehingga dinding zat padat menjadi rusak, rongga menjadi semakin besar sehingga isolasi menjadi tipis. Hubungan antara tegangan lucutan dan umur dinyatakan dengan :
(2.5) dimana : Vi
: tegangan dimana mulai terjadi lucutan
Va
: tegangan yang diterapkan
n
: nilai antara 3 dan 10
A
: konstanta
22
2.3. Pengukuran Peluahan Sebagian Peluahan sebagian merupakan suatu bentuk ukuran kesensitifan dari sebuah bahan isolasi terhadap tekanan listrik yang terjadi, oleh karena itu pengukuran peluahan sebagian sangat perlu dilakukan untuk mengetahui kualitas dari sebuah bahan isolasi. Pendeteksian dan pengukuran peluahan sebagian didasarkan pada sebuah asumsi bahwa pada suatu bahan isolasi terdapat sebuah rongga kecil (cacat) dimana sebuah peluahan terjadi. Peluahan ini terjadi akibat adanya pergerakan muatan yang berbentuk pulsa arus pada rongga (cacat). Pergerakan muatan ini dapat dideteksi dan diukur serta merupakan representasi kehadiran peluahan sebagian pada bahan isolasi yang mengalami ketaksempurnaan (rongga). Pulsa arus peluahan sebagian yang asli tidak dapat diukur secara langsung karena tidak memungkinkan untuk menempatkan alat ukur tepat pada letak sumber peluahannya. Sehingga besaran peluahan sebagian yang diukur merupakan besaran yang dilihat oleh alat ukur yang diposisikan sedemikian rupa, sehingga dapat mengukur besar peluahan sebagian secara tidak langsung. Dengan cara ini maka peluahan sebagian yang diukur merupakan muatan yang dianggap setara (apparent charge) dengan perubahan muatan pada sistem pengukuran. Besaran muatan peluahan sebagian dinyatakan dalam satuan pico coloumb (pC) (IEC 60270).
23
Gambar 2.10.Rangkaian ekivalen peralatan isolasi yang memiliki void (C1) dan rangkaian ekivalen kapasitansi. (Naidu M.S., 1996)
Berikut akan dijelaskan metode pendeteksian dan pengukuran peluahan sebagian pada isolasi padat yang memiliki rongga udara. Gambar 2.10 menunjukkan rangkaian ekivalen dari suatu sistem isolasi yang memiliki cacat ketaksempurnaan yang berupa rongga udara. Rongga udara dimisalkan sebagai sebuah kapasitansi C1 dan jumlah kapasitansi di atas dan di bawah rongga udara dimisalkan sebagai C2. Sedangkan kapasitansi bagian isolasi lainnya dimisalkan sebagai C3. Rangkaian ekivalen kapasitansinya dapat digambarkan sebagai rangkaian kapasitor pada Gambar 2.10. Jika tegangan diantara bahan isolasi dinaikkan sampai rongga udara mengalami tekanan medan listrik diatas tegangan kritis peluahan sebagian (U), maka rongga udara akan mulai pengalami peluahan. Peristiwa peluahan ini dapat dianalogikan sebagai terpicunya sela (s) pada gambar 1b yang terletak paralel dengan kapasitor C1 (bagian I). Akibat peluahan yang terjadi pada C1, sela (s) akan menutup dan mengakibatkan muatan pada C1 dikosongkan dan arus i2 akan mengalir melalui sela (s), dengan kata lain tegangan pada C1 turun menjadi nol
24
dimana hal ini terlihat pada gambar 2.10, rangkaian kapasitansi bagian I. Akibatnya tegangan pada bagian kapasitor C1 + C2 menjadi hanya tegangan pada C2. Tegangan C2 ini akan lebih kecil dari tegangan pada C3. Untuk menyamakan tegangan pada rangkaian, maka kapasitor C3 akan melepas muatan ke rangkaian C1+C2 (gambar 1b, bagian II). Besar muatan yang dilepaskan oleh kapasitor C3 dapat diukur dengan menempatkan alat ukur di dekat sumber tegangan U. Perubahan tegangan yang dideteksi oleh alat ukur merupakan besaran muatan yang dilepaskan oleh kapasitor C3 ke sumber peluahan sebagian. Dengan demikian muatan yang terukur bukanlah merupakan muatan peluahan sebagian yang terjadi pada C1, melainkan setara dengan muatan C1. Karenanya pengukuran ini disebut sebagai pengukuran muatan yang ‘kelihatan/setara’ (apparent charge).
2.3.1
Peluahan Sebagian Pada Stator Winding Generator Pengukuran peluahan sebagian atau partial discharge pada stator winding
stator dapat dilakukan dengan menggunakan salah satu teknik analisis peluahan yaitu PRPD (Phase Resolved Partial Discharge). PRPD digunakan dalam menghitung banyaknya jumlah peluahan sebagian yang terjadi selama waktu tertentu yang dapat dilihat pada Gambar 2.11
(Illias, 2012). Metode PRPD
digunakan dengan melakukan pengukuran pengulangan pulsa peluahan sebagian (n) (menurut IEC 60270). Metode ini dilakukan dengan membandingkan antara total jumlah peluahan sebagian yang terekam dalam satu interval waktu dengan durasi waktunya. Jumlah peluahan yang terjadi dapat diketahui dengan cara menghitung titik-titik
25
peluahan yang terjadi. Banyaknya gelombang peluahan perlu dianalisa untuk mengetahui dimana terjadinya peluahan paling banyak terjadi. Dengan melakukan kuantisasi ini dapat membantu dalam membedakan jenis peluahan sebagian yang terjadi. Beberapa peluahan sebagian diperlihatkan gambar 2.11, 2.12, 2.13 yang terlihat dengan metode pengukuran PRPD. Lebih jelasnya dijelaskan sub bab selanjutnya sub bab 2.4 jenis peluhan yang terlihat dengan metode PRPD.
Gambar 2.11 Pola Peluahan Sebagian Jenis Void
Gambar 2.12
Pola Peluahan Sebagian Jenis Surface
Gambar 2.13 Pola Peluahan Sebagian Jenis Korona
26
2.4 Pengukuran PD Berdasarkan IEC : 2012 TS 60034-27-2 Berdasarkan standart IEC TS 60034-27-2 page 37 Interpretation of on-line measurements. “if the winding deteriorates due to operation in service, then for example Qm will usually increase over time. Doubling of Qm over one year may be an indication that significant deterioration has occurred”. Dimana Qm adalah besarnya pulsa PD yang terukur, sehingga dapat di jadikan dasar jika pada pengukuran trending dalam jangka waktu 1 tahun telah terjadi peningkatan besarnya pulsa PD dua kali dari pengukuran awal, dapat dijadikan indikasi telah terjadinya PD secara signifikan.
2.5 Jenis Peluahan yang Terlihat Dengan Metode PRPD Pola PRPD (Phase Resolved Partial Discharge) menunjukan peristiwa partial discharge yang berkaitan dengan tegangan tinggi dan sudut fasa. Pada sub bab ini akan dijelaskan peristiwa PD yang terjadi pada winding stator diperlihatkan gambar 2.14
Gambar 2.14 Lokasi Kegagalan Partial Discharge Pada Winding Stator
27
Keterangan gambar 2.13 adalah lokasi kegagalan pada area slot stator / winding stator, ditandai dengan S1, S2, S3, S4. Pada S1 terjadi peluahan pada permukaan winding. S2 peluahan terjadi di dalam winding (deliminasi of tape layer). S3 peluahan terjadi pada celah stator, peluahan pada slot stator dan isolasi winding. S4 peluahan terjadi pada rongga antar isolasi, terjadi karena void yang kecil (micro void). Potensi kemungkinan kegagalan total dikarenakan peluahan pada winding stator termasuk kegagalan dengan potensi tinggi (high) kecuali untuk kegagalan pada rongga isolasi akibat micro void termasuk potensi kemungkinan kegagalan total rendah. Diperlihatkan gambar 2.16. Partial discharge juga dapat terjadi pada area endwinding stator atau winding overhang, diperlihatkan gambar 2.15
Gambar 2.15 Lokasi Kegagalan Partial Discharge Pada Winding Stator Pengukuran PD dengan visualisasi PRPD pada Stator Generator PLTA Cirata menggunakan software minitoring dari pabrikan omicron. Secara garis kegagalan akibat peluahan sebagian. Diperlihatkan gambar 2.16 nilai high medium low adalah potensi kemungkinan kegagalan total yang dapat terjadi akibat PD / peluahan sebagian.. Potensi nilai high terjadi pada kegagalan di area winding stator, dimana penjelasan mengenai kegagalan partial discharge pada
28
winding stator akan di jelaskan pada sub bab selanjutnya. Gambar 2.16 akan digunakan sebagai dasar untuk menganalisa bentuk signal pada pengukuran di bab III.
Gambar 2.16 Bentuk Signal Kegagalan Partial Discharge Metode PRPD ( Omicron Monitoring Software PD, 2012) 2.5.1
Cacat Partial Discharge Pada Lokasi S1 Deliminasi Pada Isolasi Permukaan Winding Stator
Gambar 2.17 Bentuk Signal Deliminasi Winding Pengukuran PRPD
29
pengukuran PRPD. Bentuk signal ini terjadi akibat deliminasi pada permukaan winding stator umumnya terjadi karena siklus thermal yang berlebihan (IEC 60031 PD Online). Lokasi PD diperlihatkan pada gambar 2.18
Gambar 2.18 Lokasi Kegagalan PD Pada Delimination Winding
2.5.2. Cacat Partial Discharge Pada Lokasi S2 Partial Discharge Dalam Winding / Internal Discharge
Gambar 2.19 PRPD Pola Keluaran PD Pada Peluahan Internal Pada gambar 2.19 diperlihatkan bentuk signal partial discharge yang terlihat pada pengukuran metode PRPD, partial discharge ini terjadi akibat internal discharge. Pada umumnya, pola yang terbentuk menyerupai dua pola segitiga
30
yang simetris di siklus tegangan positif dan negative. Titik puncak dua segitiga yang simetris tersebut terletak pada sudut fasa 30º di siklus positif dan 210º di siklus negatif. Jika dilakukan inspeksi visual atau pada saat dilakukan pembersihan belitan stator akan terlihat kerusakan pada pita terluar lapisan belitan stator. Internal discharge terjadi jika terdapat void di dalam isolasi. Void ini timbul karena proses yang tidak sempurna pada proses manufaktur. Peluahan akan terjadi pada void tersebut dan secara perlahan-lahan menimbulkan pohon elektris yang pada akhirnya menyebabkan kegagalan. Lokasi peluhan internal diperlihatkan gambar 2.20
Gambar 2.20 Lokasi PD Pada Peluahan Internal
31
2.5.3. Cacat Partial Discharge Pada Lokasi S3 Partial Discharge Pada Celah Stator atau Slot Discharge
Gambar 2.21 PRPD Pola Keluaran PD Pada Celah Stator Pada gambar 2.21 diperlihatkan bentuk signal partial discharge yang terlihat pada pengukuran metode PRPD, partial discharge ini terjadi pada celah stator / slot discharge. Pola PD yang dihasilkan berbentuk asimetris dengan nilai magnitudo pada siklus negatif lebih besar dari siklus positif. Grafik berbentuk segitiga dengan nilai puncak yang berada pada sudut fasa 0º. Siklus negatif dengan amplitudo sekitar 10nC Slot discharge terjadi jika terdapat kerusakan proteksi korona dan adanya ketidaksempurnaan proses injeksi resin diantara isolasi belitan dengan celah stator generator. Umumnya pada generator dengan tegangan di atas 6 kV terdapat slot discharge dengan nilai tertentu akibat adanya void kecil pada isolasi dan adanya kerusakan kecil pada proteksi korona. Hal ini biasanya disebabkan oleh vibrasi yang dapat merusak isolasi celah stator, berakibat pada abrasi permukaan isolasi karena adanya gesekan dengan dinding celah.. Lokasi peluahan pada celah stator
32
digambarkan pada gambar dibawah ini. Pada gambar 2.22 diperlihatkan lapisan isolasi pada slot terkikis. Terjadinya karat juga diperlihatkan pada permukaan bar.
Gambar 2.22 Lokasi PD Pada Celah Stator
Gambar 2.23 Degradasi yang diakibatkan Slot Partial Discharge (sumber IEC 600034)
2.5.4. Cacat Partial Discharge Pada Lokasi S4 Partial Discharge Akibat Micro Void Rongga Isolasi Pada gambar 2.24 diperlihatkan bentuk signal partial discharge yang terlihat pada pengukuran metode PRPD, partial discharge ini terjadi akibat adanya void yang berukuran kecil (micro voids), yang berakibat adanya gas pada void / rongga antara isolasi.
33
Gambar 2.24 PRPD Pola Keluaran PD Akibat Micro Void
Gambar 2.25 PRPD Pola Keluaran PD Akibat Micro Void Pada gambar 2.24 bentuk signal pola PRPD terjadi dengan perbedaan skala, tampak signal menumpuk diatas signal pertama. Pada gambar 2.25 pola PRPD juga menunjukan PD akibat adanya micro void. Lokasi PD akibat micro void ditunjukan gambar 2.26
Gambar 2.26 Lokasi PD Akibat Micro Void
34
2.5.5. Cacat Partial Discharge Pada Endwinding Stator
Gambar 2.27 Diagram PRPD PD Endwinding Discharge Peluahan ini terjadi secara langsung antara belitan dari fasa yang berbeda di daerah belitan akhir. Hal ini terjadi karena adanya kontaminasi debu atau oli yang bersifat konduktif pada permukaan isolasi di daerah tersebut. PD pada bagian akhir stator terjadi karena adanya kontaminasi permukaan, penuaan generator, atau desain yang tidak sesuai. Jika dilakukan inspeksi visual, maka akan ditemukan bubuk putih pada permukaan stator generator dibagian belitan akhir. Grafik pola PD yang dihasilkan memiliki kemiripan dengan grafik peluahan pada celah stator. Akan tetapi, puncak pola segitiga yang terbentuk lebih berorientasi pada tegangan maksimum yakni sudut fasa 270º.
35
Gambar 2.28 Lokasi PD Pada Endwinding Stator
Gambar 2.29 Isolasi Endwinding Stator yang Mengalami Discharge
Penjelasan gambar 2.28 diperlihatkan endwinding
lokasi terjadinya PD pada
stator, atau pada daerah belitan akhir stator. Pada gambar 2.29
diperlihatkan isolasi stator pada bagian endwinding yang rusak.
36
2.6.
Metode Monitoring Partial Discharge Pelaksanaan monitoring partial discharge pada generator dapat dilakukan
beberapa metode yang masing-masing memiliki kelebihan dan dan kekurangan antara lain : Tabel 2.1 Metode Pemilihan Monitoring PD No
etode Monitoring
1
Continius
Kelebihan
Online PD
Monitoring
dimonitor
Kekurangan
secara Biaya instalasi sangat mahal
terus menerus, Potensi circuit
Setiap
generator
terjadi
short
dipasang 1 unit
pada
stator
discharge monitoring.
winding dapat dicegah Monitoring pada tingkat maksimal. Degradasi kenaikan PD
PD
harus partial
periodik
bulanan atau per 2 bulanan sudah
cukup
untuk
secara mendadak dan
menganalisa
cepat,
karena kejadian PD tidak
dapat
segera
diketahui.
mendadak, berdasarkan
adanya
PD, tetapi
kenaikan
trending pengukuran berkala 2
Periodical
(Semi Biaya
relative
Continuous)
murah
Online Monitoring
online monitoring 1
lebih Trend PD tidak bisa diamati
disbanding entitas
pembangkit menyediakan partial
1
Monitor tidak dipasang pada unit
generator tersebut dan untuk
cukup
melihat data yang lalu dapat
unit
discharge
monitoring dan masingmasing
generator
dilengkapi trend data system Pengukuran PD dapat secara periodic
secara langsung bila PD
diambil.
37
Data PD dalam bentuk continuous trend data tersimpan
dalam
file
data base dan sewaktuwaktu dapat dibuka 3
Simple Monitoring
Online Biaya
paling
murah Tidak tersedia fasilitas alat
karena 1 entitas unit
penyimpan
pembangkit
cukup
pengukuran PD, sehingga
unit
tidak dapat dibuat trend
menyediakan partial monitoring.
1
discharge
data
data
pengukuran
discharge
untuk
partial kurun
waktu tertentu 4
Offline Monitoring
Tidak ada
Hasil pengukuran kurang tajam, mengukur
karena
tidak
pada
kondisi
sebenarnya
Dengan mempertimbangkan optimalisasi penggunaan biaya terhadap manfaat maksimal maka metode pengukuran partial discharge Stator generator PLTA Cirata yang dipilih adalah “Periodical (Semi Continuous) Online Monitoring”.
38
2.7.
Metode Pemilihan Sensor Partial discharge Dibutuhkan pemasangan sensor yang akan digunakan untuk menangkap
sinyal partial discharge pada generator yang sedang online atau terhubung dengan beban sistem. Dibutuhkan sesor sesuai dengan kondisi pengukuran agar tidak terjadi bias atau noise akibat dari pengaruh suara, getaran, temperature dan kelembapan. Persyaratan utama sebuah sensor capacitive coupler yang dibutuhkan harus mampu menangkap signal partial discharge baik yang berfrekuensi rendah maupun berfrekuensi tinggi, untuk memenuhi kebutuhan tersebut diatas maka beberapa spesifikasi teknik yang harus dipenuhi antara lain : Tabel 2.2 Spesifikasi Kebutuhan Pemilihan Sensor PD No.
Item Deskripsi
Satuan
Spesifikasi Teknik
1
Rated Voltage
KV
+/- 24 KV
Keterangan Tested and certified upto 2 x voltage test Maximum signal
2
Bandwidth
MHz
0 upto 150 MHz
energy in transferred pada range 0 s/d 20 MHz.
3 4 3
Coupler Sensivity Operating Temperature Tested sensor for electrical tracking.
Pico Farrad o
C
certified
use in hazardous area.
-50 oC upto 130 oC Tested according to
Tested by
ANSI/IEEE C37.20.2
Independently
Tested according to
Tested sensor for 4
500 s/d 1000 pF
certified
CSA Class I Div 2 and
Tested by
Class II Div 2
Independently
following standard :
39
a. EU ATEX b. ASTM D1868. c. IEC 60270 d. IEEE 1434-2000. Tested sensor for long term endurance over
5
certified
1000 hours in 30
Tested according to
Tested by
IEEE 1043.
Independently
KVrms.
Beberapa pilihan tipe sensor yang ada yang digunakan sebagai pertimbangan untuk menentukan sensor pengukuran PD yang tepat untuk stator generator PLTA Cirata ditampilkan table berikut :
Tabel 2.3 Pemilihan Sensor PD No
Tipe Sensor Spesifikasi Teknik
Kelebihan
Menggunakan Radio Frequency 1
Current Transformers (RFCT)
Sensitive terhadap
radio frequency current transformer. Dipasang pada
Sangat sensitive untuk pengukuran PD
titik netral
2
Capacitive CableType Coupler
noise sehingga kesulitan dalam interpretasi data PD karena tercampur noise.
generator. Menggunakan
Kelemahan
Dipasang secara Tidak bisa
28 KV crossed
temporer pada
mendeteksi high
linked
phase terminal
frequency PD yang
polyurethane
generator
terjadi melalui
distribution
(umumnya
winding.
cable.
terpasang pada
Sensor PD
Potential
Penanganannya harus dilaksanakan
40
memiliki low
Transformer
oleh teknisi yang
frequency.
Cubicle)
sudah sangat
sehingga
berpengalaman
pemasangannya
karena bekerja pada
tidak perlu
area bertegangan
shutdown
tinggi.
generator. Pemasangan sensor Sensor
memerlukan shut
dipasang secara Mampu Permanently 3
permanen.
Capacitive Memiliki range Coupler
frequency yang
mendeteksi low
down generator. Untuk memisahkan
dan high
noise dengan PD di
frequency PD.
perlukan alat
lebar (rendah
modern algorithma
s/d tinggi).
digital data processing. Sangat sensitive terhadap PD yang berdekatan
Stripline 4
Antennae (Stator Slot Coupler/ SSC)
Memanfaatkan RTD sebagai sensor PD.
dengan sensor. Pemasangan sensor tdk perlu shutdown generator karena cukup menggunakan fasilitas connection port RTD.
RTD tidak didesain sebagai antenna oleh karena sifat frekuensi nya yang tinggi sehingga tidak efisien untuk mendeteksi PD. Lokasi RTD didalam stator winding maka tidak akan optimal untuk mendeteksi low frequency PD .
41
Berdasarkan kebutuhan pengukuran PD stator generator PLTA cirata yang membutuhkan pengukuran PD pada frekuensi tinggi dan rendah, serta memiliki kemampuan untuk memisahkan unsur noise dari PD maka disimpulkan menggunakan sensor PD jenis Permanently Capactive Coupler.
Gambar 2.30 PD Sensor yang Diinstal Pada Terminal Generator Pemasangan capasitive sensor yang dipasang pada terminal output generator untuk mendeteksi pulsa PD. Output dari sensor kapasitif dihubungkan sebagai input PDsistem OMS600 melalui kabel koaksialganda agar noise yang ada dapat diminimalisir.
