BAB III PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
3.1.
Identifikasi Penelitian Dalam proses operasi generator, faktor stress dialami generator yang
berputar secara terus menerus adalah tegangan tinggi, faktor panas, listrik, lingkungan dan stress mekanik. Menurut statistik penyebab kegagalan paling umum pada mesin yang berputar generator berhubungan dengan kegagalan isolasi. Pada tingkat tertentu kegagalan isolasi sebagian atau PD diperbolehkan terjadi dalam isolasi stator, Namun unsur degradasi isolasi terus menurun akibat faktor umur dari generator, mengakibatkan nilai PD meningkat khususnya pada winding generator. Sehingga dibutuhkan pengukuran secara berkala untuk mengetahui trending peningkatan PD. Metode pengukuran online continues dipilih agar data trending pengukuran PD pada kondisi pengukuran kondisi nyata dapat diperoleh, pengukuran dimana generator terhubung dengan sistem beban pada tegangan nominalnya 16.5kv.
42
43
3.2.
Instrumen Penelitian Adapun instrumen yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah: 1. Permanently Capactive Coupler Digunakan coupling capasitor MCC 124 dengan tegangan maksimum 24kV. 2. Filter signal PD Digunakan modul OMS600 PD merk omicron, merupkan digital bandpass filter 3. Monitoring server Digunakan monitoring system PDM 600 untuk analisa data pengukuran, dan penyimpanan data pengukuran berupa trending. Sistem ini terhubung jaringan internet, sehingga dapat dilakukan pemantauan dari jarak jauh tanpa datang ke perangkat 4. Software monitoring Digunakan monitoring software untuk menampilkan data pengukuran
3.2.1
PDM 600
PDM 600 adalah modul yang terdiri dari 3 modul MPD 600 di dalamnya.
Gambar 3.1 Modul PDM 600
44
Tabel 3.1 Spesifikasi Sistem PDM 600 Modul System PDM 600 Spesifikasi Primary Switcher
Vin 100-240 V AC Vout 12 V DC 5000 V
Isolation Transformer
60 VA 230 / 230 V AC 0.26 A
Vn 240 V AC Surge Arrester
Vc 350 V AC Vp 1.4 kV Imax 40 kA
Tabel 3.2 Data Spesifikasi Modul MPD 600 Charateristic Rating Maksimum pulse rate Time domain Integration range
1..5 x 106 pulsa/second per FO network 100 ns … 8µs
Frequency domain Center Frequency Bandwidth (standart)
0 Hz…32 Mhz free adjustable 9 kHz, 40 kHz, 100 kHz, 160 kHz, 300 kHz, 650 kHz, 1 MHz, 1.5MHz
Bandwidth (with broadband
9 kHz, 30 kHz, 100 kHz, 300 kHz, 1
filters)
MHz, 3MHz Coaxial cable for low-frequency voltage
Input
input (V) and high frequency partial discharge detect input (PD)
V input
45
Frequency range
0 Hz – 4.3 Hz
Impedance
1µF // 1 MΩ
Tegangan
102 dB
PD input Frequency range
0 Hz – 20 MHz
Impedance
50 Ω
Tegangan
10 Vrms (max) 132 dB (overall)
Dynamic range
70 dB (per input range)
Tabel 3.3 Data Teknis Insulation Transformer Karakteristik Rating Input Voltage
100 – 260 VAC
Frequency range
50 – 60 Hz
No-load loss (typically)
3.3 W
Output Voltage
2 x 115 V or 1 x 230 V
Power
60 VA
Test Voltage
500 V, 50 Hz
Karakteristik
Tabel 3.4 Data Teknis Primary Switcher Rating
Input Voltage nominal
100 – 240 V AC 100 – 353 V DC
Current
0.28 A
Voltage range
90 – 264 V AC
Output Voltage accuracy
< ± 2%
46
Temperatur coefficient Overloadprotection / Short circuit
0.01 % / Kelvin Continius
Insulation (prim./sec.)
3.3 kV AC
Insulation resistance
> 1GΩ
Tabel 3.5 Data Teknis Surge Arrester Rating
Karakteristik
240 V AC (230 V AC…240 V AC) Nominal voltage
240 V AC (230 V AC…240 V AC) 415 V AC (L-L) (400 V AC…415 V AC)
Rated voltage (L-N)
350 V AC
Rated voltage (N-PE)
264 V AC
Nominal frequency
50/60 Hz
Rated load current
40 A 63 A (10 mm2)
Max. discharge surge current
40 kA
Protection level (L-N)
1.4 kV
Protection level (N-PE)
≤ 1.5 kV
Karakteristik Connector
Tabel 3.6 Data Teknis MCU 502 Controller Rating 1 x USB 2.0 2 x fiber-optic network (600 series)
47
3.2.2 Coupling Capasitor
Gambar 3.2 MCC 124 Coupling Capasitor Tabel 3.7 Data Teknis Coupling Capasitor Karakteristik
Rating
Construction
Indoor post insulator
Material
Epoxy resin
Mounting
Vertical or horizontal
Nominal voltage (L-E)
24 kV
Nominal capacitance
1.1 nF
Internal PD
< 2 pC
Overvoltage protection
Overvoltage protection 90 V
Integrated surge arrester 90 V for signal output
Integrated surge arrester 90 V for signal output
48
3.2.3 Desain Monitoring System
Gambar 3.3 Desain Monitoring Sistem PD
Tabel 3.8 Penjelasan Gambar 3.3 Nomor
Qty/Gen
Unit
Deskripsi
B1
1
pcs / rotM
Modul PDM 600
B2
1
pcs / location
Server monitoring
B3
1
pcs / location
MCU 502 dan Fiber Optic
B4
3
pcs / rotM
Kabel sensor dengan konektror BNC-TNC
B5
3
pcs / rotM
Couppling capasitor MCC 124 ke busbar
B6
3
pcs / rotM
Kabel Couppling capasitor MCC 124
B7
1
pcs / rotM
Kabel sensor dari MCC 124 ke busbar
B8
1
pcs / rotM
AC atau DC kabel power
B9
1
pcs / rotM
Grounding cable
49
3.2.4 Peralatan Utama Monitoring Partial Discharge PLTA Cirata
Gambar 3.4. Gambar Modul PDM 600 dan Koneksi Dari Generator
Gambar 3.5 Monitoring Server
Gambar 3.6 FO controller (MCU 502)
50
Gambar 3.7 Coupling capacitors MCC 124
3.3.
Metode Pengumpulan Data Pengukuran data di pembangkit PLTA Cirata dilakukan pada dua periode.
Fungsi : melakukan analisa performa unit 7. Investigasi dilakukan untuk melihat trend diagram. PD magnitude pada phasa naik secara signifikan dari 20nC sampai 120nC, kenaikan terjadi selama 9 bulan pengukuran periode 2013. 1.
Periode 1 Pengukuran trending selama 9 bulan, dilakukan pada januari 2013 September 2013. Dilaksanakan oleh bapak Constant PT Citra Wahana Sekar Buana beserta tim Inspection PLTA Cirata Unit 7, bapak Yohanes Mulyana; Wahab Winoto; Ugan Suganda
2.
Periode 2 Pengukuran trending dilakukan pada bulan januari 2014 – desember 2014. Dilakukan pengukuran kembali untuk mengetahui kondisi PD terakhir.
51
METODE PENGUKURAN PARTIAL DISCHARGE STATOR GENERATOR UNIT 7 PLTA CIRATA
Mulai
PD = Partial Discharge PRPD = Phase Resolved Partial Discharge 3 PARD = Multi Chanel PD (Diagram Phasor)
Jumlah Titik / Cluster PD Trending Diagram
Trending Meningkat ?
Analisa Cluster Metode PRPD per Phasa Cluster
Ya
Pengukuran Ulang Metode PRPD Phasa R S T
Tidak
Tidak
Nilai PD Tinggi?
Nilai PD Satuan Coloumb
Ya
Metode Visualisai 3PARD
Analisa Jenis PD (Tabel dasar jenis PD Pada Pengukuran PRPD)
Selesai
Gambar 3.8. Diagram Alir Metode Pengukuran Partial Discharge
52
3.3.
Hasil Pengukuran Monitoring Partial Discharge Unit 7 Periode 1 Hasil pengukuran PD magnitude phasa S. Waktu pengukuran dilakukan
selama 9 bulan pada bulan januari 2013 – September 2013. Diperlihatkan pada grafik 3.7 peningkatan PD terjadi pada phasa S secara signifikan dari nilai 20nC sampai 120nC selama 9 bulan pengukuran.
Gambar 3.9.a Monitoring PD Unit 7 Selama 9 Bulan Tahun 2013
Observasi selanjutnya dilakukan pada pengukuran dua phasa lainya, phasa R dan phasa T, hasil pengukuran diperlihatkan grafik trending berikut.
Gambar 3.9.b Pengukuran pada Phasa R
53
Gambar 3.9.c Pengukuran Pada Phasa T
Diperlihatkan kenaikan nilai PD pada phasa S gambar 3.9.b dan phasa T gambar 3.9,c. namun peningkatan besaran nilai PD hanya sedikit.
3.3.1
Analisa data PD Dengan PRPD Hasil peningkatan trending partial discharge unit 7 dianalisa lebih lanjut
dengan melihat pola / pattern dengan menggunakan visualisai PRPD. PRPD adalah visualisai pengukuran dengan pola / pattern yang komplek menggunakan beberapa sumber PD yang dapat dilihat bersamaan, pola pada phasa R, phasa S dan phasa T.
Gambar 3.10 PRPD Unit 7
54
3.3.2
Analisa data PD Dengan 3PARD Metode selanjutnya untuk menganalisa data digunakan visualisai
pengukuran PD dengan teknik multi-channel dimana sumber PD berbeda di aplikasikan pada 3PARD. 3PARD (star diagram) memvisualisaikan hubungan antara pengukuran single PD pada satu phasa dan pengukuran signal dua phasa. Dengan pengulangan prosedur dari sejumlah besar pengukuran pulsa PD, sumber PD pada pengujian diluar noise ditampilkan pada gambar 3.11 dalam diagram 3PARD. Kosentrasi PD divisualisasikan pada
gambar 3.11 tujuh
kelompok titik (cluster) dapat diidentifikasikan dengan visualisasi warna orange ataupun merah yang terlihat. Analisa difokuskan dengan memilih masing masing titik (cluster) 1 – 7.
Gambar 3.11 Sumber PD yang Dipisahkan Dengan 3 PARD Dikarenakan kopling elektromagnetik pada gulungan pembangkit, mengakibatkan pulsa yang dihasilkan oleh sumber PD terletak di salah satu fase dapat terlihat dalam dua fase lain. Dalam melakukan penelitian ini hanya fase di mana sumber-sumber ini menunjukkan amplitudo tertinggi yang akan diteliti lebih lanjut.
55
3.3.3
Analisa Data Pada Cluster (Titik) Peluahan Cluster 1 dan Cluster 2 Penjelasan pengukuran pada cluster 1, nilai pengukuran phasa S
memperlihatkan pengukuran PD tertinggi dengan nilai 56.40 nC (gambar 3.12) dimana pada phasa lain memperlihatkan nilai lebih rendah sekitar 9nC, diperlihatkan gambar 3.13. Bentuk signal pengukuran cluster 1 pada phasa S dapat terjadi karena terjadinya PD pada bagian permukaan winding / surface discharge. Lihat teori bab II Sub bab 2.5.1 PD pada lokasi S1 (Omicron Monitoring Software PD, 2012) Penjelasan pengukuran pada cluster 2, phasa S memperlihatkan nilai PD yang lebih besar 4.8nC dimana pada phasa lain memperlihatkan nilai lebih rendah sekitar 1.7nC, diperlihatkan gambar 3.15. Bentuk signal pengukuran cluster 2 pada phasa S dapat terjadi karena adanya gap dischrage yang terjadi karena adanya void, berdasarkan teori bab II bentuk signal menyerupai peluahan pada permukaan endwinding (E1). (Omicron Monitoring Software PD, 2012)
Pengukuran Cluster 1
Gambar 3.12 PRPD Phasa S Pada Cluster 1
Pengukuran Cluster 2
Gambar 3.14 Pola PRPD Phasa S Cluster 2
56
Gambar 3.13 3-Channel PRPD Pada Cluster 1
Gambar 3.15 Chanel PRPD Pada Cluster 2
Cluster 3 Penjelasan pengukuran pada cluster 3, di presentasikan fenomena PD pada phasa R, diperlihatkan gambar 3.17 dengan nilai 4.79nC lebih besar daripada phasa lainya. Bentuk signal pada cluster 3 pada phasa R berdasarkan teori bab II bentuk signal menyerupai peluahan pada celah stator /slot discharge (S3). (Omicron Monitoring Software PD, 2012). Terkikisnya lapisan isolasi antara slot stator dengan isolasi winding stator. 3-Chanel PRPD Cluster 3
PRPD Phasa R Cluster 3
Gambar 3.16 3-Chanel PRPD
Gambar 3.17 PRPD Phasa R
57
Cluster 4 Pada cluster 4 diperlihatkan fenomena PD diantara phasa. PD terjadi antara dua phasa dan PD terdeteksi disalah satu phasa cenderung bergeser kekanan (dekat dengan persimpangan titik 0 derajat pada siklus AC), sebaliknya PD yang sama pada phasa lainya cenderung bergeser ke kiri (dekat dengan puncak siklus AC). Diperlihatkan gambar berikut.
PRPD Phasa R
PRPD Phasa S
Gambar 3.18. PRPD Phasa R Pada Cluster 4
Gambar 3.19. PRPD Phasa S Pada Cluster 4
PRPD Phasa T
Gambar 3.21. PRPD Phasa T Pada Cluster 4
58
.3-Chanel PRPD
Gambar 3.20.3-Chanel PRPD Pada Cluster 4
59
Cluster 5 Penjelasan pengukuran pada cluster 5 phasa T memperlihatkan nilai PD yang lebih besar 2.17nC dimana pada phasa lain memperlihatkan nilai lebih rendah sekitar 1nC, diperlihatkan gambar 3.22, namun nilai PD masih rendah untuk semua phasa. Bentuk signal pengukuran cluster 5 pada phasa T dapat terjadi karena adanya gap dischrage yang terjadi. Aktifitas ini terjadi antara bar stator pada winding terjadi penumpukan atau pengepresan bar pada winding overhang / endwinding tidak sempurna. This activity will occur between bars in the winding overhang or between a bar and the press finger of the stator core. (sumber : case studies monitoring in electrical rotaring machines). Kondisi ini mengakibatkan adanya korona atau loncatan elektrostatis yang disebabkan oleh ionisasinya fluida (perpindahan
elektron) yang mengelilingi
sebuah konduktor,
yang
terjadi
saat kekuatan medan listrik melebihi nilai tertentu, tapi kondisinya tidak cukup untuk menimbulkan busur api. Berdasarkan teori bab II bentuk signal menyerupai peluahan pada permukaan endwinding (E2). (Omicron Monitoring Software PD, 2012). PRPD Phasa T Cluster 5
Gambar 3.22 3-chanel PRPD Cluster 5
3 PRPD Phasa R Cluster 5
Gambar 3.23. PRPD Phasa T Cluster 5
60
Cluster 6 Sama dengan cluster 4, cluster 6 memperlihatkan fenomena PD antara phasa. PD terjadi antara dua phasa dan PD terdeteksi disalah satu phasa cenderung bergeser ke kanan (dekat dengan persimpangan titik 0 derajat pada siklus AC), sebaliknya PD yang sama pada phasa lainya cenderung bergeser ke kiri (dekat dengan puncak siklus AC)
.3-Chanel PRPD
Gambar 3.24. 3-Chanel PRPD pada Cluster 6
61
PRPD Phasa R S T Cluster 6
Gambar 3.25. PRPD Phasa R Pada Cluster 6
Gambar 3.26. PRPD Phasa S Pada Cluster 6
Gambar 3.27. PRPD Phasa T Pada Cluster 6
62
Cluster 7 Penjelasan pengukuran pada cluster 7, di presentasikan fenomena PD pada phasa T, diperlihatkan gambar 3.29 dengan nilai 2.24nC lebih besar daripada phasa lainya. Bentuk signal pada cluster 7 pada phasa T berdasarkan teori bab II bentuk signal menyerupai peluahan pada celah stator /slot discharge (S3). (Omicron Monitoring Software PD, 2012). Terkikisnya lapisan isolasi antara slot stator dengan isolasi winding stator.
3 PRPD Cluster 7
PRPD Phasa T Cluster 7
Gambar 3.28. 3-chanel PRPD Cluster 7
Gambar 3.29 PRPD Phasa T Pada Cluster 7
63
3.5
Hasil Pengukuran Monitoring Partial Discharge Unit 7 Tahun 2014 Hasil pengukuran PD magnitude phasa R S T. Waktu pengukuran
dilakukan selama bulan 1 januari 2014 – 23 desember 2014. Diperlihatkan pada gambar grafik 3.30 peningkatan PD terjadi secara signifikan dari nilai 120nC sampai 160nC selama pengukuran di tahun 2014 pengukuran. Pada pengukuran sebelumnya tahun September 2013 nilai PD mencapai 120nC.
Gambar 3.30 Monitoring PD Unit 7 periode 1 januari 2014 - 23 desember 2014 Observasi selanjutnya dilakukan dengan menghitung total peluahan yang terjadi pada unit 7 selama periode selama periode 1 januari 2014 - 23 desember 2014. Dengan menggunakan table perhitungan pada Microsoft excel di dapat nilai sebagai berikut :
64
Gambar 3.31 Data Peluahan PD Unit 7 periode 1 januari 2014 - 23 desember 2014 Nilai total peluahan periode 1 januari 2014 - 23 desember 2014 adalah 418000 Coulumb. Dengan perhitungan sebagai berikut : = Sum (F2:F37954) = 418E-04 = 418000 coulumb Dimana =Sum adalah total penjumlahan data, F2 adalah data awal pengukuran pada tanggal 1/1/2014 dan F37954 adalah data akhir pengukuran pada tanggal 23/12/2014.
3.5.1
Analisa Trending Tiap Phasa Tahun 2014 Untuk mengetahui nilai PD pada phasa yang mengalami signifikan
peningkatan, grafik pengukuran trending peluahan partial discharge di lihat peningkatan trendingnya per phasa. Pengukuran trending ini dilakukan secara total selama periode Periode 1 januari 2014 - 23 desember 2014
65
Gambar 3.32 Monitoring PD Unit 7 Phasa R Periode 1 januari 2014 - 23 desember 2014
Gambar 3.33 Monitoring PD Unit 7 Phasa S Periode 1 januari 2014 - 23 desember 2014
66
Gambar 3.34 Monitoring PD Unit 7 Phasa T Periode 1 januari 2014 - 23 desember 2014 Pada gambar 3.38 pengukuran peluahan partial discharge phasa R terjadi sampai pada 25nC. Pada phasa S nilai peluahan sampai pada nilai 160nC diperlihatkan gambar 3.39. Pada phasa T nilai peluahan sampai pada nilai 28.2nC diperlihatkan gambar 3.40. Data ini di dapatkan dengan melakukan pengolahan data dengan Microsoft excel diperlihatkan gambar 3.41.
Gambar 3.35 Microsoft Excel Pengolahan Data Peluahan PD Unit 7 Periode 1 januari 2014 - 23 desember 2014
67
3.5.2 Analisa Trending Phasa S Pada Nilai Peluahan > 80nC Pengukuran trending dapat dilakukan dengan cara lainya, yaitu menganalisa nilai peluahan diatas 80nC pada phasa S dengan melihat indikasi warning yang terekam pada peralatan.
Gambar 3.36 Partial Discharge Phasa S > 80nC
Gambar 3.37 Trending Partial Discharge Phasa S > 80nC
68
3.5.3 Pengukuran PD Pada Satu Waktu Pengukuran PD pada satu waktu ini adalah pengukuran ulang partial discharge pada satu waktu yaitu tanggal 23 desember 2014, ini merupakan pengukuran peluahan partial discharge terakhir dari penelitian ini. Metode yang digunakan menggunakan visualisai PRPD untuk melihat pola / pattern partial discharge yang terjadi. Pengukuran dilakukan pada jam 08.03 AM dengan kondisi beban 100 MW dan MVar 40 diperlihatkan gambar rekaman beban pada jam tersebut gambar 3.38.
Gambar 3.38 Kondisi Beban Saat Pengukuran
3.5.4
Analisa Data PD Dengan PRPD Hasil peningkatan trending partial discharge unit 7 dianalisa lebih lanjut
dengan melihat pola / pattern dengan menggunakan visualisai PRPD. PRPD adalah visualisai pengukuran dengan pola / pattern yang komplek menggunakan beberapa sumber PD yang dapat dilihat bersamaan, yaitu pola pada phasa R, phasa S dan phasa T. Pattern partial discharge yang diukur pada tanggal 23 desember 2014.
69
3.5.5 Hasil Pengukuran PRPD Tiap Phasa Pengukuran pada tanggal 23 Desember 2014 jam 8.03 PM. Diperlihatkan nilai PD pada phasa R 10.85nC dan Phasa T 9.11nC.
Gambar 3.39 Nilai PD Tanggal 23 desember 2014
Gambar 3.40 PRPD Phasa R 23 Desember 2014
70
Gambar 3.41 PRPD Phasa T 23 Desember 2014
3.5.6 Analisa Data Pada Phasa S
Gambar 3.42 PRPD Phasa S 23 Desember 2014 Bentuk signal pengukuran pada phasa S dapat terjadi karena terjadinya PD pada bagian permukaan winding / surface discharge. Lihat teori bab II Sub bab 2.5.1 PD pada lokasi S1 (Omicron Monitoring Software PD, 2012). Type PD yang terjadi sesuai dengan pengukuran pada tahun 2013 cluster 1 PD pada permukaan winding namun dengan nilai yang lebih besar. Tahun 2013 nilai PD pada titik ini 56.40nC pada tahun 2014 nilai PD 63.83nC.
71
3.6
Data Visual Kondisi Belitan Stator Unit 7 (27 September 2013) Pada 27 September 2013 PT PJB UP Cirata mengadakan pengecekan
secara visual pada saat unit sedang Overhaul AI (unit sedang masuk masa pemeliharaan). Stator winding dilepas dari ruang generator untuk dilakukan pengecekan terhadap isolasi stator. Dimana ini merupakan pengecekan visual tindak lanjut dari pengukuran partial discharge pada periode januari 2013 – september 2013.
Gambar 3.43. Stator PLTA Cirata Unit 7 Dilepas Dari Ruang Generator
Selama pengecekan visual ditemukan beberapa akibat terjadinya partial discharge pada slot stator no 7, 44, 80, 99, 234, 252. Fakta ini memperlihatkan kondisi visual pengecekan dan trend data dari pengukuran online partial discharge, diperlihatkan pada gambar 3.43 sampai gambar 3.48. bahwa telah terjadi kerusakan isolasi pada stator.
72
Gambar 3.44. PD Unit 7 Slot no.7
Gambar 3.45. PD Unit 7 Slot no.44
Gambar 3.46. PD Unit 7 Slot No.44
73
Gambar 3.47. PD Unit 7 Slot No.99
Gambar 3.48 PD Unit 7 Slot no.234 Sisi Kanan dan Kiri
Gambar 3.49 PD Unit 7 Slot no.252 Sisi Kanan dan Kiri
74
Tabel 3.9 Data Kerusakan Akibat PD Pada Stator Generator Unit 7 Nomor Slot
Tahun Inspeksi 2013
Slot no. 7
Slot no.99
Slot no.44
Slot no.234
Slot no.80
Slot no 252
Kerusakan akibat PD pada isolasi stator ditandai dengan adanya serbuk putih di sekitartitik kerusakan sebagai produk dari mekanisme discharge yang melibatkan material isolasi akibat terjadinya stress tegangan berlebih pada bagian tersebut. Hasil dari monitoring partial discharge secara online atau kondisi unit beroperasi dan visualisai kondisi stator diperlukan untuk menginvestigasi lebih lanjut permasalahan pada isolasi. Tindakan perbaikan dapat dilakukan sesuai dengan tingkat kerusakan sehingga mencegah kerusakan isolasi lebih parah dan dapat menghindari kerugian unplanned outage / shutdown dengan durasi panjang yang disebabkan oleh kegagalan isolasi belitan stator yang mengakibatkan breakdown atau bahkan stator terbakar karena kegagalan isolasi.
