Studi Analisis Penjadwalan Pemeliharaan Transformator Daya 150KV di PT.PLN (Persero) P3B Jawa Bali Berdasarkan Prediksi Karakteristik Minyak Transformator Diah Wulandari Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus Keputih-Sukolilo, Surabaya-60111, email:
[email protected] Abstrak : Transformator daya memiliki peranan penting dalam penyaluran daya listrik. Jika terjadi gangguan dapat menyebabkan keandalan transformator berkurang. Salah satu gangguan tersebut adalah kerusakan pada minyak transformator. Dari hasil uji DGA minyak transformator dilakukan analisis menggunakan metode markov sehingga diperoleh nilai keandalan dan nilai ketersedian selama waktu operasi transformator. Pada tugas akhir ini selama penjadwalan tahunan dalam pemeliharan, nilai keandalannya mengalami penurunan begitu juga dengan nilai ketersediaan transformator. Keandalan tersebut dapat dipengaruhi oleh waktu jadwal pemeliharaan. Ketika dilakukan pemeliharaan 6 bulanan maka keandalannya meningkat, sedangkan jika dilakukan pemeliharaan 1 tahun 6 bulanan maka kendalannya semakin berkurang. Begitu juga dengan biaya pemeliharaan, semakin banyak frekuensi dalam pelaksanaan pemeliharaan maka keandalan transformator semakin baik namun biaya pemeliharaan semakin besar dibandingkan dengan biaya pemeliharaan dengan frekuensi yang sedikit Hasil penjadwalan yang tepat nantinya dapat meningkatkan kualitas keandalan pada transformator daya. Kata Kunci: Minyak Transformator, DGA, Metoda Markov
1.Pendahuluan Tak dapat di pungkiri bahwa peranan listrik sangat penting di dalam kehidupan masyarakat seharihari, untuk itu penyaluran energi listrik yang handal sangat diperlukan untuk mensuplai beban-beban yang ada. Transformator daya merupakan peralatan yang vital dalam penyaluran energi listrik. Gangguangangguan yang terjadi baik faktor internal maupun faktor eksternal pada transformator daya menyebabkan keandalan pada transformator daya menjadi berkurang, sehingga diperlukan adanya suatu penjadwalan dalam pemeliharaan transformator daya. Minyak transformator adalah salah satu pertimbangan dalam penentuan jadwal pemeliharaan.
2.Teori Penunjang 2.1.Transformator[1] Transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk menyalurkan daya/tenaga dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. Transformator menggunakan prinsip hukum induksi faraday dan hukum lorentz dalam menyalurkan daya, dimana arus bolak balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnet. Dan apabila magnet tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda potensial Arus yang mengalir pada belitan primer akan menginduksi inti besi transformator sehingga didalam inti besi akan mengalir flux magnet dan flux magnet ini akan menginduksi belitan sekunder sehingga pada ujung belitan sekunder akan terdapat beda potensial.
Gambar 2.1.Prinsip Kerja Transformator 2.2. Minyak Transformator (Transformator Oil)[2] Minyak transformator adalah minyak mineral yang diperoleh dengan pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya, minyak ini karena pengaruh panas dari rugi-rugi di dalam transformator akan timbul hidrokarbon. Minyak isolasi pada transformator berfungsi sebagai media isolasi, pendingin dan pelindung belitan dari oksidasi. Minyak isolasi transformator merupakan minyak mineral yang secara umum terbagi menjadi tiga jenis, yaitu parafinik, napthanik dan aromatik. Antara ketiga jenis minyak dasar tersebut tidak boleh dilakukan pencampuran karena memiliki sifat fisik maupun kimia yang berbeda.
Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 1 dari 6
Gambar 2.2. Minyak Isolasi Transformator Fungsi dari minyak Transformator adalah sebagai berikut: a. Insulator yaitu menginsolasi kumparan di dalam transformator supaya tidak terjadi loncatan bunga api listrik (hubungan pendek) akibat tegangan tinggi. b. Pendingin yaitu mengambil panas yang ditimbulkan sewaktu transformator berbeban lalu melepaskannya. c. Melindungi komponen-komponen di dalam transformator terhadap korosi dan oksidasi. 2.3.Metode Markov Metode Markov merupakan suatu proses stokastik dengan menggunakan pendekatan peluang suatu kejadian dalam suatu waktu dimana kejadian masa lalu tidak mempunyai pengaruh pada masa yang akan datang bila masa sekarang diketahui. Hasil metode Markov adalah karakteristik dari variabel acak peluang suatu kejadian. Dalam tugas akhir ini karakteristik yang dicari adalah : 1. Keandalan 2. Ketersediaan Proses Markov dimana pada rantai markov parameter kontinyu, waktu transisi dijabarkan sebagai variabel kontinyu {X(t), t≥0} yang menyatakan kondisi sistem saat waktu t. Fungsi Laju Kegagalan:
Fungsi Keandalan:
Dalam notasi matriks:
atau:
Keandalan atau realibility didefinisikan sebagai peluang suatu komponen atau sistem memenuhi fungsi yang dibutuhkan dalam periode waktu yang diberikan selama digunakan dalam kondisi beroperasi. Dengan kata lain keandalan berarti peluang tidak terjadi kegagalan selama masa beroperasi. Ketersediaan atau dikenal availability didefinisikan sebagai peluang suatu komponen atau sistem berfungsi menurut kebutuhan pada waktu tertentu saat digunakan dalam kondisi beroperasi. Ketersediaan diinterpretasikan sebagai peluang beroperasinya komponen atau sistem dalam waktu yang ditentukan.
3.Karakteristik Lapangan.
Pengujian
dan
Data
3.1.Proses Terbentuknya Gas dalam Minyak Transformator a. Proses Over Heating Bila minyak transformator dipanaskan dengan temperatur diatas 500o maka akan menyebabkan pembebasan gas hidrogen seperti: asetilen (C2H2), etana (C2H6) dan metana (CH4). Produk lain yang akan dibebaskan terutama dengan adanya oksigen dan temperatur 500o adalah karbondioksida (pada temperatur 400o) dan uap air (pada temperatur 200o). b. Proses Pirolisis Bila terdapat minyak transformator yang diberi tegangan listrik secara ekstrim (seperti arcing), maka komposisi gas yang akan dibebaskan adalah sebagai berikut: • Hidrogen (H2) : 60 – 80% V/V : 10 – 25% V/V • Asetilen (C2H2) • Metana (CH4) : 1,5 – 2,5% V/V • Etilen (C2H4) : 1 – 2,9% V/V Penyebab utama terbentuknya gas-gas dalam kondisi operasi transformator adalah adanya gangguan-gangguan seperti: a. Thermal Degradation b. Arcing c. Partial Discharge (Tegangan tembus) 3.2..Dissolved Gas Analysis (DGA) Metode laboratorium yang digunakan untuk menganalisis gas dalam minyak transformator dengan mengambil sampel minyak dari transformator kemudian gas terlarut diekstrasi, dipisahkan, diidentifikasi dan ditentukan kuantitasnya Analisis yang biasa digunakan dalam DGA dan gas kromatografi adalah analisis TDCG. Dengan mengetahui jumlah gas terlarut dalam minyak transformator mereferensikan angka tersebut pada ambang batas yang ditunjukan pada tabel berikut ini.
Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 2 dari 6
Tabel 3.1.Konsentrasi Dissolved Gas
Perlu diketahui Nilai TDCG tidak melibatkan gas CO2 karena bukan merupakan gas yang mudah terbakar, sehingga: Nilai TDCG = Gas H2 + Gas CH4 + Gas C2H2 + Gas C2H4 + Gas C2H6 + Gas CO Tabel 3.2.Hasil Uji DGA Pada Minyak Transformator GI Bulu Kandang Transformator 2
3.3.Pemodelan Markov Pada pemodelan markov ini ditentukan terlebih dahulu simbol untuk masing-masing kondisi yang terjadi pada hasil uji DGA minyak transformator, keadaan yang dibagi ke dalam simbol tersebut antara lain: • Kondisi 1 disimbolkan dengan K1 • Kondisi 2 disimbolkan dengan K2 • Kondisi 3 disimbolkan dengan K3 • Kondisi 4 disimbolkan dengan K4 • Kondisi pemfilteran minyak transformator disimbolkan F Diambil data pemodelan berdasarkan TDCG (Total Dissolved Combustible Gas) yang merupakan jumlah total dari gas-gas berbahaya yang mudah terbakar, yang terkandung di dalam minyak transformator. • Pemodelan TDCG untuk Kurva Keandalan Laju perubahan kondisi dari kondisi baik ke kondisi buruk merupakan laju perusakan yang disimbolkan dengan λ. λ diperoleh dari jumlah total hari saat perubahan dibagi dengan frekuensi kejadian (misal b), sehingga nilai laju perusakannya adalah 1 dibagi dengan b.
Tabel 3.3. Data Laju Perubahan Kondisi TDCG Perubahan Kondisi λ(kali/bulan) 1–2 0,0018 1–4 0,0015 2–3 0,0022 Berdasarkan tabel tersebut dapat dibuat diagram pemodelan markov seperti pada gambar 3.1.
Gambar 3.1.Diagram Model Markov untuk Keandalan TDCG • Pemodelan TDCG untuk Kurva Ketersediaan Dengan menggunakan nilai laju perusakan dan laju perbaikan dimana laju perbaikan yang disimbolkan dengan µ adalah perubahan kondisi dari kondisi buruk ke kondisi baik. Maka, didapatkan kurva ketersediaan dimana perhitungan Laju perbaikan µ sama seperti perhitungan λ. Tabel 3.4. Data Laju Perubahan Kondisi TDCG Perubahan Perubahan µ(kali/ λ(kali/ Kondisi Kondisi bulan) bulan) 1–2 0,0018 2–1 0,0183 1–4 0,0015 3–2 0,0176 2–3 0,0022 4–1 0,1428 Berdasarkan tabel tersebut dapat dibuat diagram pemodelan markov seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar 3.2.Diagram Model Markov untuk Ketersediaan TDCG • Matriks Transisi untuk TDCG
0 λ12 ⎡− (λ12 + λ14 ) ⎢ − ( μ 21 + λ 23 ) λ 23 μ 21 ⎢ ⎢ 0 − μ 32 μ 32 ⎢ 0 0 μ 41 ⎣⎢
λ14 ⎤
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ − μ 41 ⎥ ⎦ 0 0
4.Analisa Data 4.1. Hasil Analisis TDCG Data TDCG tersebut dapat dianalisa dengan menggunakan program komputer dan didapatkan gambar kurva keandalan pada transformator seperti di bawah ini:
Berikut ini adalah hasil perhitungan untuk TDCG. Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 3 dari 6
a. Penundaan Jadwal Pemeliharaan : 1 Tahun 3 Bulanan • 25% : 1 Tahun 6 Bulanan • 50% : 1 Tahun 9 Bulanan • 75% b. Percepatan Jadwal Pemeliharaan : 9 Bulanan • 25% : 6 Bulanan • 50%
Gambar 4.1.Kurva Keandalan Transformator berdasarkan TDCG Terlihat dari kurva tersebut bahwa dalam jangka waktu operasi transformator 1 tahun atau 365 hari didapatkan nilai keandalan transformator sebesar 0,64. Dibandingkan dengan nilai keandalan jangka waktu 1 bulan atau 30 hari yaitu 0,97 sehingga didapatkan prosesntase penurunan nilai keandalan dari perbedaan waktu tersebut sebesar (0,97– 0,64)/0,97 x 100% sama dengan 34.02%.
Gambar 4.3.Kurva Keandalan Terhadap Perubahan Penjadwalan
Gambar 4.2.Kurva Ketersediaan Transformator berdasarkan TDCG Gambar 4.4.Kurva Ketersediaan Terhadap Perubahan Penjadwalan
Sedangkan untuk kurva ketersediaan pada gambar 4.2 didapatkan nilai ketersediaan yaitu 0,78. Dari nilai ketersediaan tersebut berarti selama masa pengoperasian yang cukup lama peluang transformator bekerja dalam 1 tahun atau 365 hari adalah 0,78 x 365 hari sama dengan 284,7 hari.
Sedangkan nilai-nilai yang didapatkan pada kasus perubahan penjadwalan dengan asumsi-asumsi nilai penjadwalan yang telah disebutkan sebelumnya, dapat disimpulkan pada tabel berikut:
4.2.Pengaruh Penjadwalan Pemeliharaan terhadap Nilai Keandalan dan Ketersediaan Untuk melihat pengaruh perubahan dalam penjadwalan pemeliharaan, dilakukan simulasi untuk mengetahui nilai ketersediaan dan nilai keandalan. Nilai standar penjadwalan pemeliharaan yang digunakan sebagai acuan adalah 1 tahunan atau 100% yang diambil berdasarkan nilai data TDCG. Terdapat dua asumsi yang dilakukan pada simulasi yaitu penundaan jadwal pemeliharaan dan percepatan jadwal pemeliharaan.
Tabel 4.1.Perubahan Nilai Keandalan dan Ketersediaan berdasarkan Jadwal Pemeliharaan Jadwal Nilai Nilai Pemeliharaan Ketersediaan Keandalaan 6 Bulanan 0,77 0,78 9 Bulanan 0,76 0,7 1 Tahunan 0,78 0,64 1 Tahun 3 Bulanan 0,76 0,59 1 Tahun 6 Bulanan 0,75 0,55 1 Tahun 9 Bulanan 0,74 0,52
Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 4 dari 6
Dari data pada tabel tersebut dapat digambarkan dengan jelas dalam suatu grafik seperti gambar 4.5.dan 4.6. Untuk nilai keandalan dari suatu transformator sangat dipengaruhi oleh penjadwalan pemeliharan karena pada grafik dapat dianalisa bahwa semakin besar nilai penjadwalan atau semakin lama jangka waktu penjadwalan pemeliharaan yang dilakukan maka keandalan suatu transformator akan semakin berkurang dan begitu pun sebaliknya jika dilakukan penjadwalan pemeliharan yang lebih cepat maka nilai keandalan transformator itu sendiri akan semakin baik.
Gambar 4.5.Grafik Pengaruh Penjadwalan Terhadap Keandalan Sedangkan untuk nilai ketersedian dari suatu transformator juga dipengaruhi oleh penjadwalan pemeliharaan, walaupun tidak mengalami perubahan yang signifikan dan bisa dikatakan nilai ketersediaan tersebut mendekati rata-rata yang sama.
Gambar 4.6.Grafik Pengaruh Penjadwalan Terhadap Ketersediaan 4.3.Pengaruh Biaya Modal dan Biaya Pemeliharaan Berdasarkan RUPTL 2010 – 2019 untuk pengembangan gardu induk khususnya peralatan transfromator dengan tegangan 150/20kV, bisa diketahui biaya modal suatu transformator, yaitu sebagai berikut:
• 4 x 30MVA = 120 MVA • 1 x 60MVA = 60 MVA Total
:12,07juta USD :10,23juta USD :22,30juta USD
Sehingga didapatkan biaya modal transformator per kapasitas MVA nya adalah Biaya Per MVA = Total Biaya / Total MVA = 22,30juta USD / 180 MVA = 0,124juta USD/MVA Jika dibandingkan dengan 1 buah transformator dengan kapasitas 60 MVA senilai 10,23juta USD maka didapatkan biaya modal transformator per kapasitas MVAnya adalah 0,1705juta USD. Perbandingan biaya modal tersebut menjelaskan bahwa semakin besar total kapasitas MVA, maka biaya modal per MVAnya akan semakin rendah dan sebaliknya jika semakin kecil total kapasitas MVA transformator maka biaya modal per MVAnya semakin besar. Sedangkan untuk biaya pemeliharaan transformator atau pengembangan gardu induk umumnya menurut standar PLN Penelitian dan Pengembangan Ketenagalistrikan bahwa biaya operasi dan pemeliharaan berkisar antara 0,5% sampai dengan 1,5% dari total biaya modal. Bila dalam perhitungan diambil 1,5% dari total biaya modal, maka: Biaya Operasi dan Pemeliharaan pada Gardu Induk = 1,5% x 22,30juta USD = 0,3345juta USD Perlu diketahui biaya operasi dan pemeliharaan tersebut direncanakan untuk satu kali pelaksanaan pemeliharaan. Berarti jadwal pemeliharaan 1 tahunan maupun jadwal pemeliharaan 6 bulanan memiliki biaya operasi dan pemeliharaan yang berbeda. Pengaruh biaya pemeliharaan terhadap jadwal pemeliharaan tersebut dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 4.2.Pengaruh Biaya Pemeliharaan Terhadap Jadwal Pemeliharaan Jumlah Biaya Frekuensi Jadwal sekali dalam 2 Pemeliharaan pemeliharaan Tahun (juta USD) 6 Bulanan 4 kali 0,1673 9 Bulanan 2,6 kali 0,2509 1 Tahunan 2 kali 0,3345 1 Tahun 3 Bulanan 1,6 kali 0,4181 1 Tahun 6 Bulanan 1,3 kali 0,5017 1 Tahun 9 Bulanan 1,1 kali 0,5854 Terlihat jelas bahwa semakin dipercepat jadwal pelaksanaan pemeliharaan maka biaya pemeliharaan semakin murah sehingga dapat dilakukan penghematan biaya. Sedangkan semakin ditundanya jadwal pemeliharaan maka biaya pemeliharaan semakin mahal dan akan terjadi pemborosan biaya pemeliharaan.
Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 5 dari 6
Biaya operasi dan pemeliharaan ini juga berpengaruh terhadap nilai keandalan transformator yakni jika umur suatu transformator adalah 20 tahun dengan biaya modal pengadaannya sebesar 22,30juta USD serta biaya operasi dan pemeliharaan selama 20 tahun jika dilakukan pemeliharaan 1 tahunan adalah 6,69juta USD, maka pengaruh nilai keandalan adalah:
Sehingga selama waktu standar pengoperasian transformator dengan adanya penjadwalan pemeliharaan dapat meningkatkan keandalan sebesar 30%.
5.Kesimpulan 1. Nilai keandalan transformator berdasarkan nilai TDCG dalam jangka waktu operasi 1 tahun atau 365 hari didapatkan nilai keandalan transformator sebesar 0,64. Dibandingkan dengan nilai selama 30 hari yaitu sebesar 0,97 menunjukan bahwa terjadi penurunan nilai keandalan sebesar ± 2% tiap bulannya. 2. Nilai ketersediaan transformator bekerja dalam 1 tahun atau 365 hari adalah 0,78 x 365 hari sama dengan 284,7 hari. Hal tersebut menunjukkan ada 80 hari waktu transformator mengalami kondisi buruk sehingga diperlukan suatu pemeliharan sesuai jadwal. 3. Jika terjadi penundaan waktu penjadwalan pemeliharaan dari standar penjadwlan yang telah ditentukan maka nilai keandalan suatu transformator mengalami penurunan. Nilai keandalan untuk penjadwalan 1 tahun 3 bulanan sebesar 0,59 ,untuk penjadwalan 1 tahun 6 bulanan sebesar 0,55 dan untuk penjadwalan 1 tahun 9 bulanan sebesar 0,52. Artinya semakin lama jangka waktu pemeliharaan yang dilakukan maka keandalaan transformator tersebut semakin tidak baik. 4. Nilai keandalan untuk penjadwalan 6 bulanan sebesar 0,78 dan penjadwalan 9 bulanan sebesar 0,7. Artinya semakin cepat dilakukan pemeliharaan maka keandalan suatu transformator akan terjaga dengan baik dengan kata lain tidak cepat mengalami kerusakan. 5. Jangka waktu penjadwalan pemeliharaan akan mempengaruhi biaya pemeliharaan. Jika jangka waktu pemeliharaan semakin cepat maka terjadi pemborosan biaya pemeliharaan dimana biaya tersebut digunakan untuk sekali pelaksanaan,bila dalam waktu 2 tahun pemeliharaan tahunan terjadi 2 kali dengan biaya 0,669juta USD, maka pemeliharaan 6 bulanan terjadi 4 kali dengan biaya 1,338juta USD. 6. Biaya pemeliharaan juga dapat meningkatkan keandalan suatu transformator. Umur transformator yang seharusnya 20 tahun dapat berkurang jika tidak terjadi pemeliharaan,
sedangkan bila dilaksanakan pemeliharaan maka keandalaan transformator meningkat 30% untuk pemeliharaan tahunan sehingga dapat memperpanjang life time transformator dari 0,64 menjadi 0,832. DAFTAR PUSTAKA [1] PT.PLN (Persero) P3B, “Final Pedoman Operasi dan Pemeliharaan Transformator Tenaga”, PLN, 2004. [2] PT.PLN (Persero) P3B, “Panduan Pemeliharaan Transformator Tenaga, PLN, 2003. [3] Mulja Muh, Syahrani A, “Kromatorgrafi Gas: Teori Dasar, Instrumentasi dan Aplikasi”, Mecphiso Grafika, Surabaya, 1992. [4] Endrenyi, J, “Reliability Modeling in Electric Power System”, A Wiley-Interscience Publication, Britain, 1980. [5] IEEE Power Engineering Society, “IEEE Guide for The Interpretation of Gases Generated in OilImmersed Transformers”, IEEE Standards Board, std C57.104, 1991. [6] Hydroelectric Research, ”Transformer Maintenance”, FIST 3-30, Colorado, 2000. [7] Elektro Indonesia, “Analisa Kegagalan Minyak Transformattor”, Edisi ke Dua Belas, Maret, 1998. [8] Farida, Lailiyana, “Analisis Kualitas Transformator Daya 150/70kV di GI Banaran Berdasarkan Hasil Pengujian Isolasi Minyak dengan Menggunakan Metoda Stokastik”, Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Elektro, ITS, Surabaya, 2009 RIWAYAT HIDUP PENULIS Diah Wulandari lahir pada 13 September 1987 di Kuala Tungkal Propinsi Jambi. Penulis memulai jenjang pendidikan di TK Pertiwi dan SDN 5 Kuala Tungkal hingga 1999. Kemudian melanjutkan pendidikan di SMPN 11 Kota Jambi. Tahun 2002 meneruskan ke SMAN 1 Kota Jambi hingga lulus tahun 2005. Pada tahun yang sama penulis menempuh pendidikan D3 di Politeknik Negeri Padang Universitas Andalas Jurusan Teknik Elektro Program studi Teknik Elektronika hingga lulus tahun 2008. Kemudian penulis melanjutkan studi Program Sarjana di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya lewat program Lintas Jalur dengan NRP. 2208100604 dan mengambil bidang studi Teknik Sistem Tenaga.
Proseding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Halaman 6 dari 6
