SKRIPSI
STUDI ANALISIS KEANDALAN DAN EFISIENSI TRANSFORMATOR DAYA DI GARDU INDUK DENAI PT.PLN PERSERO
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi
Teknik Energi Listrik
Oleh:
YOSUA BITCAR JONATHAN MANURUNG NIM: 140402076
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2021
i ABSTRAK
Keandalan dan efisiensi dari transformator daya sangat berpengaruh terhadap kontinuitas dan keoptimalan penyaluran energi listrik kepada seluruh konsumen. Keandalan transformator dapat dihitung melalui nilai laju kegagalan, nilai MTTF (Mean Time To Failure) dan nilai ketersediaan. Sedangkan efisiensi transformator dapat dihitung melalui perbandingan antara nilai daya keluaran (output) dengan nilai daya masukan (input). Dengan menggunakan metode analisis Distribusi Weibull, studi ini bertujuan untuk mengetahui keandalan dan efisiensi transformator daya pada gardu induk Denai PT PLN (Persero).
Berdasarkan hasil analisis diketahui bahwa transformator daya gardu induk Denai periode 2017 – 2019 memiliki nilai rata-rata laju kegagalan sebesar 6.87873%/tahun, nilai MTTF (Mean Time To Failure) sebesar 0.145 tahun dan nilai ketersediaan selama 2.855 tahun dari waktu 3 tahun beroperasi. Didapatkan nilai keandalan sebesar 0.952 yang berdasarkan tabel keandalan Cronbach’s Aplha dengan nilai lebih besar dari 0.80 - 1.00 maka dinyatakan sangat andal.
Adapun efisiensi transformator daya gardu induk Denai dari tahun 2017 hingga tahun 2019 berkisar 99.5% - 99.6%.
Kata Kunci: Keandalan, Efisiensi, Transformator Daya, Gardu Induk
ii
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, oleh karena anugerahNya yang melimpah, kasih karuniaNya dan kasih setiaNya yang besar akhirnya penulis dapat menyusun dan menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi ini adalah:
STUDI ANALISIS KEANDALAN DAN EFISIENSI TRANSFORMATOR DAYA DI GARDU INDUK DENAI PT.PLN PERSERO
Skripsi ini penulis persembahkan khususnya untuk Ayahanda (Jono Tani Manurung), Ibunda (Manipat Panjaitan) serta adik-adik saya Grace Meilisa Br Manurung, Willy Rivaldo Manurung dan Daniel Manurung yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan skripsi ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaikan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan dukungan, bimbingan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Eddy Warman, MT, selaku Dosen Pembimbing skripsi yang telah memberikan masukan, bimbingan serta meluangkan banyak waktu sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.
2. Bapak Ir. Syafruddin HS, M.Sc, Ph.D, selaku Dosen Penguji skripsi yang telah memberikan banyak masukan demi perbaikan skripsi ini.
iii
3. Bapak Ir. Raja Harahap, MT, selaku Dosen Penguji skripsi yang telah memberikan banyak masukan demi perbaikan skripsi ini.
4. Bapak Dr. Fahmi, ST, M.Sc, IPM selaku Ketua Jurusan Departemen Teknik Elektro, FT-USU dan bapak Ir. Arman Sani, MT selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Elektro, FT-USU.
5. Bapak Ir. M. Zulfin, MT, selaku Dosen Wali yang telah memberikan banyak bimbingan dan motivasi selama perkuliahan.
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen yang telah mendidik serta memberikan motivasi selama masa perkuliahan kepada penulis.
7. Seluruh staff pegawai Depatemen Teknik Elektro yang telah membantu proses administrasi penulis selama masa perkuliahan.
8. Seluruh pihak PLN terkhusus kepada Pak M.Ramadani Manurung dan bang Maiman selaku supervisor dan staff pegawai gardu induk Denai yang telah membantu penulis dalam pengambilan data penelitian.
9. Teman spesial yang selalu ada untuk memberikan semangat dan motivasi untuk terus maju hingga bisa sampai ke tahap akhir pengerjaan skripsi serta selalu mendoakan yang terbaik untuk penulis agar bisa menyelesaikan skripsi dengan baik.
10. Teman-teman yang selalu memberikan dukungan yang selalu hadir di Laboratorium Transmisi dan Distribusi.
11. Teman-teman stambuk 2014 yang selalu memberikan dukungan kepada penulis.
12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
iv
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih belum sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasannya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis mengucapkan terimakasih dan berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 31 Maret 2021 Penulis,
Yosua Bitcar Jonathan Manurung 140402076
v DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL... ix
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian... 2
1.4 Manfaat Penelitian... 3
1.5 Batasan Masalah ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Sistem Tenaga Listrik... 4
2.2 Transformator ... 5
2.2.1 Prinsip Dasar Transformator ... 6
2.2.2 Rugi-Rugi Transformator ... 8
2.3 Pengertian dan Fungsi Transformator Daya... 11
2.4 Gangguan Transformator Daya ... 12
2.4.1 Gangguan Internal ... 12
2.4.2 Gangguan Eksternal ... 13
2.5 Kegagalan Sistem Atau Komponen ... 14
2.5.1 Kurva Laju Kerusakan ... 14
vi
2.5.2 Klasifikasi Kegagalan ... 16
2.6 Keandalan ... 16
2.7 Pemeliharaan Peralatan Listrik Tegangan Tinggi ... 18
2.7.1 Tujuan Pemeliharaan ... 18
2.7.2 Jenis-Jenis Pemeliharaan ... 19
2.8 Distribusi Weibull ... 20
2.8.1 Parameter Distribusi Weibull ... 20
2.8.2 Estimasi 2 Parameter Weibull ... 21
2.8.3 Indeks Keandalan Distribusi Weibull ... 23
2.9 Efisiensi ... 24
BAB III METODE PENELITIAN ... 26
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 26
3.2 Bahan dan Peralatan ... 26
3.3 Variabel yang diamati ... 26
3.4 Prosedur Penelitian ... 27
3.5 Data Penelitian ... 28
3.5.1 Data Spesifikasi Transformator Daya ... 28
3.5.2 Data Gangguan Transformator Daya ... 31
3.5.3 Data Pembebanan Transformator Daya ... 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 32
4.1 Keandalan ... 32
4.1.1 Analisa Data Parameter Distribusi Weibull ... 32
4.1.2 Analisa Data Perhitungan Fungsi Laju Kegagalan atau % Fungsi Hazard ... 36
vii
4.1.3 Analisa Data Perhitungan Nilai MTTF (Mean Time To Failure) ... 38
4.2 Efisiensi ... 39
4.2.1 Daya Semu ... 39
4.2.2 Rugi Inti... 41
4.2.3 Rugi Tembaga ... 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 43
5.1 Kesimpulan... 43
5.2 Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 45
LAMPIRAN ... 47
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Line Sistem Distribusi Tenaga Listrik ... 4
Gambar 2.2 Prinsip Dasar dari Transformator ... 7
Gambar 2.3 Proses timbulnya rugi-rugi inti dan rugi-rugi tembaga ... 9
Gambar 2.4 Kurva Histeresis ... 10
Gambar 2.5 Transformator Daya ... 12
Gambar 2.6 Kurva Bak Mandi (Bathtub Curve) ... 15
Gambar 3.1 Diagram Alir Prosedur Penelitian ... 27
Gambar 3.2 Transformator Daya Unindo (TD 1) ... 29
Gambar 3.3 Transformator Daya Pauwels (TD 2) ... 31
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Keandalan Cronbach’s Alpha... 18
Tabel 4.1 Gangguan Internal Penyebab PMT 150/20 KV ... 32
Tabel 4.2 Gangguan Eksternal Penyebab PMT 150/20 KV ... 33
Tabel 4.3 Nilai Fungsi Probabilitas Kumulatif ... 34
Tabel 4.4 Nilai X dan Y ... 35
Tabel 4.5 Fungsi Laju Kegagalan... 38
Tabel 4.6 Nilai MTTF (Mean Time To Failure) ... 38
Tabel 4.7 Data Pembebanan Tertinggi Siang Transformator Daya 1 ... 39
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tenaga listrik telah menjadi salah satu kebutuhan utama bagi seluruh masyarakat sebagai pengguna tenaga listrik. Dengan meningkatnya peran tenaga listrik untuk menunjang kegiatan sehari-hari para konsumennya, maka tuntutan pengguna tenaga listrik terhadap kontinyuitas ketersediaan tenaga listrik juga semakin besar. Oleh karena itu, perlu adanya sistem tenaga listrik yang handal dalam penyediaan tenaga listrik [1].
Sistem tenaga listrik adalah jaringan yang kompleks dan terdiri dari banyak komponen meliputi generator sinkron, transformator daya, jaringan transmisi, jaringan distribusi dan beban. Salah satu komponen yang sangat penting dalam menyuplai energi listrik pada sistem tenaga listrik yaitu transformator daya. Bagi perusahaan utilitas tengaa listrik, ketersediaan operasional transformator daya merupakan suatu kepentingan yang bersifat strategis. Transformator daya yang bekerja selama 24 jam setiap harinya akan menimbulkan rugi-rugi atau losses. Besar kecilnya rugi-rugi dapat menunjukan efisiensi dari transformator daya sehingga dapat menyebabkan berkurangnya nilai guna dan umur pakai dari transformator daya tersebut, hal ini dapat menyebabkan penyaluran daya listrik yang tidak optimal.
Keandalan suatu transformator daya dapat dipengaruhi oleh gangguan dan pemeliharaan terhadap transformator daya tersebut. Gangguan yang serius pada transformator daya menyebabkan kontinyuitas pelayanan listrik terganggu sehingga dapat menimbulkan kerugian secara ekonomi. Pemeliharaan yang rutin
2
dapat meningkatkan keandalan transformator daya. Pemeliharaan yang tidak rutin dan tidak tuntas akan menyebabkan transformator daya cenderung tidak dapat beroperasi atau melayani [2].
Untuk mengetahui keandalan transformator daya, maka perlu dihitung indeks keandalannya. Penelitian ini menggunakan data gangguan dan pemeliharaan transformator daya untuk melihat penyebab trip/ lepasnya PMT transformator daya serta untuk menghitung indeks keandalan suatu transformator daya. Indeks keandalan transformator daya dihitung berdasarkan laju kegagalan atau fungsi Hazard λ(t) dan MTTF (Mean Time To Failure). Adapun metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode statistik dengan analisis Distribusi Weibull.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang dapat peneliti rumuskan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana cara menghitung nilai keandalan transformator daya berdasarkan nilai rata-rata laju kegagalan, nilai MTTF (Mean Time To Failure) dan nilai ketersediaan.
2. Bagaimana cara menghitung rugi-rugi dan efisiensi transformator daya di gardu induk Denai PT PLN (PERSERO).
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah yang ada, maka penelitian ini bertujuan sebagai berikut:
3
1. Untuk mengetahui nilai keandalan transformator daya berdasarkan nilai rata-rata laju kegagalan, nilai MTTF (Mean Time To Failure) dan nilai ketersediaan.
2. Untuk mengetahui besar rugi-rugi dan efisiensi transformator daya di gardu induk Denai PT PLN (PERSERO).
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian skripsi ini memiliki manfaat untuk mengetahui tingkat keandalan dan efisiensi transformator daya, sehingga diketahui kualitas transformator daya gardu induk Denai handal dan efisien atau tidak.
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Tidak membahas perhitungan rele proteksi transformator daya.
2. Tidak membahas perhitungan gangguan transformator daya.
3. Tidak membahas mengenai biaya operasi listrik.
4. Besar daya output dan rugi-rugi yang dihasilkan oleh transformator dianalisis hanya beban tertinggi.
5. Metode perhitungan laju kegagalan atau fungsi Hazard λ(t) dan MTTF (Mean Time To Failure) menggunakan metode statistika yaitu metode Distribusi Weibull.
4 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sistem Tenaga Listrik
Pada umumnya perusahaan listrik akan menjaga kontinyuitas pelayanan listrik, agar daya yang tersalurkan kepada pelanggan dapat sampai secara terus menerus tanpa terputus. Sistem Tenaga Listrik merupakan suatu kesatuan dan gabungan dari beberapa komponen listrik yang terdiri dari generator, transformator, saluran transmisi, saluran distribusi dan beban yang saling berhubungan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Diagram Line Sistem Distribusi Tenaga Listrik dimana:
G : Generator Trf : Transformator PMT : Pemutus Tenaga GD : Gardu Distribusi
Ada kalanya komponen-komponen listrik pada sistem pembangkit, transmisi, dan distribusi tersebut mengalami masalah dasar seperti gangguan,
5
masalah pemeliharaan, dan penuaan sehingga diperlukan adanya pergantian alat atau komponen. Pemeliharaan bertujuan untuk meningkatkan keandalan peralatan atau komponen listrik. Oleh karena itu, diperlukan adanya pemeliharan yang rutin dan terjadwal dengan baik.
Salah satu komponen penting dalam sistem tenaga listrik adalah transformator. Terdapat beberapa dampak akibat adanya gangguan pada transformator daya, meliputi aliran daya akan terputus, menurunnya keandalan transformator daya dan adanya kerugian secara ekonomi bagi perusahaan penyedia listrik tersebut. Gangguan pada transformator daya terbagi atas dua jenis, yaitu gangguan internal dan gangguan eksternal.
Transformator daya dilengkapi dengan beberapa rele proteksi yang bekerjasama dengan PMT (Pemutus Tenaga). Rele proteksi pada transformator daya berfungsi untuk melindungi transformator daya dari gangguan internal maupun gangguan eksternal. Oleh karena itu, diharapkan rele proteksi dapat bekerja dengan sangat baik, agar tidak terjadi kerusakan pada transformator daya [2].
2.2 Transformator
Transformator adalah alat yang digunakan untuk memindahkan energi listrik arus bolak balik dari satu rangkaian ke rangkaian yang lain dengan prinsip kopel magnetik. Tegangan yang dihasilkan dapat lebih besar atau lebih kecil dengan tingkat frekuensi yang sama [3]. Transformator terdiri dari inti besi dan kumparan yang melilit inti besi tersebut.
6 2.2.1 Prinsip Dasar Transformator
Prinsip dasar kerja transformator didasari oleh hukum Lorenz dan hukum Faraday. Ketika kumparan primer diberikan tegangan bolak balik, akan muncul arus primer pada kumparan primer. Sedangkan menurut hukum Lorenz, jika arus mengalir melalui suatu inti besi, akan timbul medan magnet disekitar permukaan inti besi. Arus primer tadi akan membangkitkan Fluksi. Fluksi merupakan jumlah garis-garis magnet yang melalui suatu inti besi. Perubahan fluksi terjadi akibat garis-garis gaya magnet yang melalui permukaan inti besi tidak selamanya tegak lurus dengan permukaan inti besi. Menurut hukum Faraday, jika terjadi perubahan fluksi yang melalui suatu kumparan dengan N jumlah lilitan, akan timbul GGL induksi [4].
(2.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4)
Nilai tegangan efektifnya ( ) adalah :
√ (2.5)
( )
√ ; nilai efektif (2.6)
Karena maka, ( )
√ =
(2.7)
7
Fluksi yang mengalir melalui inti besi akan menginduksi kumparan sekunder dan sama halnya dengan kumparan primer akan timbul perubahan fluksi pada kumparan sekunder, sehingga timbul GGL induksi pada kumparan sekunder.
( )
√ =
(2.8)
Perbandingan dari persamaan (2.7) dan (2.8) akan menghasilkan rasio transformator (a),
(2.9)
(2.10)
Dimana :
Perubahan fluks terhadap waktu Perbandingan Trafo
GGL pada sisi primer GGL pada sisi sekunder
Jumlah lilitan belitan primer Jumlah lilitan belitan sekunder
Tegangan yang timbul pada sisi primer Tegangan yang timbul pada sisi sekunder
Gambar 2.2 Prinsip Dasar dari Transformator
8
Pada Gambar 2.2 diperlihatkan fluks yang mengalir pada inti besi.
Dimana :
Arus yang timbul pada sisi primer Arus yang timbul pada sisi sekunder
2.2.2 Rugi-Rugi Transformator
Rugi-rugi transformator berupa rugi inti (rugi besi) dan rugi tembaga (yang terdapat pada kumparan primer dan sekunder). Untuk mengurangi besar rugi besi inti besi yang penampangnya cukup besar dapat diambil sehingga fluks magnet mudah mengalir di dalamnya. Untuk mengurangi besar rugi tembaga, kawat tembaga yang luas penampangnya cukup besar dapat diambil, gunanya untuk mengalirkan arus yang diperlukan. Rugi inti terdiri dari rugi arus Eddy dan rugi Histeresis. Rugi arus Eddy timbul akibat adanya arus pusar inti yang dapat menghasilkan panas. Arus pusar inti dipengaruhi oleh tegangan induksi pada inti pada inti yang menghasilkan perubahan – perubahan fluks magnet. Sedangkan rugi Histeresis adalah rugi tenaga yang disebabkan oleh fluks magnet bolak balik [4].
Proses rugi-rugi yang terjadi pada transformator daya terlihat seperti pada Gambar 2.3. Rugi-rugi terjadi akibat kebocoran fluks yang terjadi sehingga menimbulkan rugi-rugi inti pada transformator daya. Rugi-rugi tembaga timbul akibat kumparan primer dan kumparan sekunder pada transformator.
9
Gambar 2.3 Proses timbulnya rugi-rugi inti dan rugi-rugi tembaga 1. Rugi Tembaga ( )
Rugi tembaga merupakan rugi-rugi yang disebabkan oleh arus beban yang mengalir pada kawat tembaga. Besarnya adalah :
= I2 . R (2.11)
Dimana :
: rugi tembaga (Watt)
I : arus beban yang mengalir pada kawat tembaga (Ampere) R : tahanan kawat tembaga (Ω)
Karena arus beban berubah-ubah, maka rugi tembaga juga berubah mengikuti perubahan beban.
2. Rugi Inti ( )
Rugi inti terdiri dari rugi Histeresis dan rugi Eddy.
a. Rugi Histeresis
Material ferromagnetik sering dibebani dengan medan magnet yang berubah secara periodik dengan batas positif dan negatif yang sama. Pada pembebanan seperti ini terdapat kecenderungan bahwa kerapatan fluksi (B),
10
ketinggalan dari medan magnetnya (H). Kecenderungan ini disebut histeresis dan kurva B-H membentuk loop tertutup seperti terlihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Kurva Histeresis
Formula empiris untuk rugi daya histeresis sebagai berikut :
( ) (2.12)
Dimana:
= Rugi Histeresis (Watt) v = Volume material (m3) f = Frekuensi (Hz)
= Konstanta
= Nilai maksimum kerapatan fluksi n = 1,5-2,5 (tergantung jenis material)
adalah konstanta yang juga tergantung dari jenis material; untuk cast steel 0,025; silicon sheet steel 0,001; permalloy 0,0001.
b. Rugi Eddy
Jika medan magnetik berubah terhadap waktu, selain rugi daya histeresis terdapat pula rugi daya yang disebut rugi arus pusar (arus Eddy). Arus pusar timbul sebagai reaksi terhadap perubahan medan magnet. Jika material berbentuk balok pejal, resistansi material menjadi kecil dan rugi arus pusar menjadi besar.
Untuk memperbesar resistansi agar arus pusar kecil, rangkaian magnetik disusun
11
dari lembar-lembar material magnetik yang tipis (antara 0,3 ÷ 0,6 mm). Formula empiris untuk rugi arus pusar adalah:
(2.13)
Dimana:
= Rugi Eddy (Watt)
= Konstanta Yang Tergantung Dari Jenis Material
= Nilai maksimum kerapatan fluksi f = Frekuensi (Hz)
= Tebal Laminasi (mm) v = Volume Material (m3)
Rugi arus pusar (arus Eddy) sebanding dengan pangkat dua dari frekuensi, sedangkan rugi histeresis sebanding dengan pangkat satu frekuensi. Rugi histeresis dan rugi arus pusar (arus Eddy) secara bersama-sama disebut rugi-rugi inti. Rugi-rugi inti akan menaikkan temperatur rangkaian magnetik dan akan menurunkan efisiensi peralatan [4]. Formula untuk Rugi-Rugi Inti (Pi) adalah:
= + (Watt) (2.14)
2.3 Pengertian dan Fungsi Transformator Daya
Transformator daya merupakan peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. Transformator daya merupakan jantung transmisi dan distribusi pada operasi penyaluran daya listrik. Oleh karena itu, sangat diharapkan transformator daya dapat bekerja secara maksimal dan menyalurkan daya listrik secara terus menerus tanpa terputus dan berhenti [5].
12
Gambar 2.5 Transformator Daya
Transformator daya terdiri dari beberapa jenis berdasarkan sistem pemasangan dan fungsi pemakaiannya. Berdasarkan pemasangannya, transformator terdiri dari transformator pemasangan dalam dan transformator pemasangan luar. Sedangkan berdasarkan fungsi dan pemakaiannya, transformator terdiri dari transformator mesin (untuk mesin-mesin listrik), transformator gardu induk dan transformator distribusi [5].
2.4 Gangguan Transformator Daya
Gangguan pada sistem tenaga listrik merupakan kerusakan yang terjadi pada penyaluran daya listrik sehingga menyebabkan aliran arus listrik lebih besar dari aliran arus yang seharusnya. Secara umum, gangguan pada transformator daya terbagi menjadi dua jenis yakni gangguan internal dan gangguan eksternal [6].
2.4.1 Gangguan Internal
Gangguan internal adalah gangguan yang berasal dari transformator itu sendiri. Adapun gangguan internal pada transformator terdiri dari:
13
1. Terjadinya busur api (arc) yang kecil dan pemanasan lokal yang disebabkan oleh:
Cara penyambungan konduktor yang tidak baik
Kontak-kontak listrik yang tidak baik
Kerusakan isolasi antara inti baut 2. Gangguan pada sistem pendingin
Pada umumnya banyak transformator menggunakan minyak transformator sebagai isolasi sekaligus merupakan bahan pendingin. Ketika terjadi gangguan di dalam transformator tersebut, sejumlah gas akan timbul dalam minyak transformator tersebut.
2.4.2 Gangguan Eksternal
Gangguan eksternal adalah gangguan yang berasal dari luar transformator dan dapat terjadi kapan saja dengan waktu yang tidak dapat ditentukan. Adapun gangguan eksternal pada transformator terdiri dari:
1. Hubung Singkat Luar (External Short Circuit)
Hubung singkat ini terjadi di luar transformator, seperti di bus, di penyulang (feeder) dan di sistem yang merupakan sumber bagi transformator tersebut.
2. Beban Lebih (Overload)
Transformator daya dapat bekerja secara terus-menerus apabila transformator tersebut berada pada beban nominalnya. Namun apabila beban yang dilayani lebih besar dari 100%, maka transformator tersebut akan mendapat pemanasan lebih. Hal ini tentunya akan mengurangi umur isolasi transformator, karena keadaan beban lebih berbeda dengan arus lebih. Pada beban lebih, besar arus hanya kira-kira 10% di atas nominal
14
dan dapat diputuskan setelah berlangsung beberapa puluh menit.
Sedangkan pada arus lebih, besar arus mencapai beberapa kali arus nominal dan harus diputuskan secepat mungkin.
3. Gelombang surja
Surja petir merupakan gejala tegangan lebih transien yang disebabkan oleh sambaran petir. Pada saluran transmisi performa petir menjadi salah satu faktor dominan dalam perancangan menara dan saluran transmisi.
2.5 Kegagalan Sistem Atau Komponen
Kegagalan (failure) pada sistem transformator muncul ketika sebuah sistem atau komponen berhenti melakukan fungsi atau kerja yang diberikan padanya. Karakteristik Kegagalan sistem atau komponen dapat dilihat dari kurva Bathtup (Bak mandi).
2.5.1 Kurva Laju Kerusakan
Kurva laju kerusakan menunjukkan pola laju kerusakan sesaat yang umum bagi suatu produk yang dikenal dengan istilah kurva bak mandi (bathtub curve).
Disebut sebagai kurva bak mandi dikarenakan bentuknya seperti bak mandi.
Sistem yang memiliki fungsi laju kerusakan ini pada awal siklus penggunaannya mengalami penurunan laju kerusakan (kerusakan dini), kemudian diikuti oleh laju kerusakan yang mendekati konstan (usia pakai), lalu mengalami peningkatan laju kerusakan (melewati masa pakai). Adapun kurva bak mandi tersebut terlihat seperti pada gambar 2.6 berikut ini [7].
15
Gambar 2.6 Kurva Bak Mandi (Bathtub Curve) Kurva tersebut terdiri dari 3 fase, yaitu :
1. Fase Burn-in
Fase ini terdiri pada periode 0 sampai dengan t1. Kurva menunjukkan laju kerusakan menurun dengan bertambahnya waktu. Laju kerusakan seperti ini disebut juga dengan Decreasing Failure Rate (DFR). Laju kerusakan umumnya disebabkan oleh kesalahan manufacturing seperti desain peralatan yang kurang sempurna, control kualitas yang rendah dan sebagainya.
2. Fase Useful-Life
Fase ini terjadi antara periode t1 dan t2 . Laju kerusakan yang terjadi cenderung konstan, sehingga fase ini disebut juga dengan Constant Failure Rate (CFR). Kerusakan yang terjadi bersifat acak, dipengaruhi oleh konndisi lingkungan dan manusia.
3. Fase Wear-Out
Fase ini terjadi setelah periode t2. Laju kerusakan menunjukkan peningkatan dengan bertambahnya waktu, sehingga fase ini disebut
16
Increasing Failure Rate (IFR). Kerusakan pada periode ini disebabkan oleh keausan peralatan, fatigue dan korosi.
2.5.2 Klasifikasi Kegagalan
Kegagalan pada transformator dapat diklasifikasikan berdasarkan:
1. Jenis
Jenis kegagalan dapat dilihat berdasarkan pengaruh lokal yang diberikan akibat kegagalan tersebut.
Contoh: short circuit, rangkaian terbuka, dll.
2. Penyebab
Penyebab dari kegagalan bisa jadi karena kegagalan intrinsik yang ditunjukkan oleh ketidakmampuan sebuah sistem dan komponen listrik, Sedangkan kegagalan ekstrinsik ditunjukkan dengan error, salah penggunaan ketika perancangan, produksi dari sistem dan komponen listrik.
3. Efek
Efek atau konsekuensi akibat kegagalan berbeda pada sistem atau komponen. Adapun pembagiannya yaitu sebagian (partial), lengkap (complete), kritis (critical failure).
4. Mekanisme
Kegagalan mekanisme merupakan kegagalan yang terjadi secara fisik, kimia atau proses lainnya yang berakhir dengan kegagalan.
2.6 Keandalan
Keandalan dapat diartikan sebagai kemungkinan suatu alat untuk bekerja dengan memuaskan dalam suatu kondisi dan periode tertentu. Menurut IEEE,
17
keandalan adalah kemampuan suatu sistem maupun komponen untuk memenuhi fungsinya pada kondisi tertentu untuk periode waktu tertentu. Berdasarkan sisi pandang kualitas, keandalan dapat merupakan kemampuan sebuah barang untuk dapat tetap berfungsi. Sedangkan berdasarkan sisi pandang kuantitatif, keandalan diarikan sebagai kemungkinan tidak adanya gangguan operasional pada sistem atau komponen yang muncul hingga batas waktu tertentu [8].
Faktor yang mempengaruhi keandalan suatu transformator ialah penyebab gangguan transformator tidak mampu melayani beban. Hal tersebut disebabkan karena adanya gangguan internal, gangguan eksternal. Selain itu, pemeliharaan pada transformator juga berpengaruh terhadap kinerja pelayanan transformator.
Adapun indikasi dari keandalan transformator daya adalah sebagai berikut:
1. Probabilitas / kemungkinan
Nilai yang menunjukkan kemungkinan suatu kejadian akan terjadi dari operasi yang dilakukan pada suatu komponan atau peralatan.
2. Bekerja sesuai dengan fungsinya
Menunjukkan tugas dari suatu komponen atau system.
3. Periode waktu
Faktor yang menyatakan ukuran dari perioda waktu yang digunakan didalam pengukuran probabilitas. Bila tidak terdapat perioda waktu ini maka nilai keandalan tidak dapat diperoleh secara akurat.
4. Kondisi kerja
Performa perakitan untuk menyatakan komponen atau peralatan bekerja secara memuaskan.
Keandalan dan ketersediaan sistem atau komponen tenaga listrik memiliki hubungan yang sangat erat, yakni jumlah waktu sistem atau komponen tenaga
18
listrik bekerja sesuai dengan fungsinya. Waktu operasi sistem tenaga listrik terbagi atas dua waktu, yakni waktu kegagalan atau waktu perbaikan dan waktu sistem tenaga listrik beroperasi dalam kondisi normal.
Tingkat keandalan suatu transformator daya dapat diperoleh dengan mengacu pada nilai tingkat keandalan Cronbach’s Alpha. Cronbach’s Alpha merupakan suatu ukuran keandalan dengan range nilai dari nol hingga satu.
Adapun pembagian kategori dari nilai tingkat keandalan Cronbach’s Alpha ditunjukkan seperti Tabel 2.1[9].
Tabel 2.1 Keandalan Cronbach’s Alpha
Nilai Cronbach’s Alpha Tingkat Kendalan (Reliability)
0.0 - 0.20 Kurang Andal
>0.20 - 0.40 Agak Andal
>0.40 - 0.60 Cukup Andal
>0.60 - 0.80 Andal
>0.80 - 1.00 Sangat Andal
2.7 Pemeliharaan Peralatan Listrik Tegangan Tinggi
Pemeliharaan pada peralatan listrik tegangan tinggi merupakan serangkaian proses tindakan atau kegiatan untuk mempertahankan peralatan dapat bekerja dengan normal sebagaimana mestinya sehingga gangguan-gangguan yang dapat membuat kerusakan pada peralatan dapat dicegah [10].
2.7.1 Tujuan Pemeliharaan
Tujuan pemeliharaan pada peralatan listrik tegangan tinggi untuk menjamin kontinuitas penyaluran tenaga listrik dan menjamin keandalan, antara lain [5][11]:
1. Meningkatkan reliability, availability dan efficiency;
2. Memperpanjang umur penggunaan peralatan;
19
3. Mengurangi resiko terjadinya kerusakan pada komponen atau peralatan;
4. Meningkatkan keamanan;
5. Mengurangi lama waktu pemadaman akibat gangguan.
2.7.2 Jenis-Jenis Pemeliharaan
Terdapat beberapa jenis pemeliharaan pada komponen listrik yang meliputi [5][10][11]:
1. Predictive Maintenance (Conditional Maintenance)
Predictive Maintenance merupakan jenis pemeliharaan yang dilakukan melalui prediksi apakah dan kapan peralatan listrik mungkin akan mengalami kegagalan atau kerusakan.
2. Preventive Maintenance (Time Base Maintenance)
Preventive Maintenance merupakan jenis pemeliharaan ini dilakukan untuk mencegah terjadinya kegagalan atau kerusakan pada peralatan listrik secara tiba-tiba serta untuk mempertahankan kinerja peralatan listrik yang optimum sesuai umur beroperasinya.
3. Corrective Maintenance
Corrective Maintenance merupakan jenis pemeliharaan yang dilakukan dengan berencana pada suatu waktu ketika peralatan listrik mengalami gangguan atau kinerja yang rendah pada saat beroperasi. Tujuannya adalah untuk mengembalikan peralatan sesuai fungsinya melalui perbaikan dan penyempurnaan instalasi.
20 4. Breakdown Maintenance
Breakdown Maintenance merupakan jenis pemeliharaan yang dilakukan setelah kerusakan terjadi secara mendadak pada waktu yang tidak tentu dan bersifat darurat.
2.8 Distribusi Weibull
Pada teori statistik dan probabilitas (kemungkinan), distribusi Weibull merupakan salah satu distribusi kontinu. Jenis distribusi ini diperkenalkan oleh Waloddi Weibull pada tahun 1951. Distribusi weibull adalah distribusi yang paling sering digunakan untuk waktu kegagalan atau kerusakan. Hal tersebut dikarenakan distribusi ini dapat digunakan untuk laju kegagalan yang meningkat maupun laju kegagalan yang menurun. Terdapat dua parameter yang digunakan pada distribusi ini yaitu α sebagai parameter skala (scale parameter) dan θ sebagai parameter bentuk (shape parameter) [12].
Dalam tugas akhir ini, peneliti menggunakan pola distribusi weibull, dikarenakan tugas akhir ini memiliki karakteristik kegagalan komponen yang bersifat random dan tidak terprediksi sesuai dengan pola distribusi weibull.
2.8.1 Parameter Distribusi Weibull
Masing-masing pola distribusi statistika mempunyai parameternya tersendiri. Adapun parameter pada distribusi weibull mempunyai yakni, Parameter Skala (Scale Parameter) dan Parameter Bentuk (Shape Parameter).
1. Parameter Skala (Scale Parameter)
Parameter skala merupakan jenis parameter yang paling umum dari parameter. Mayoritas distribusi dalam keandalan atau bidang analisis survival memiliki parameter skala. Pada kasus satu parameter distribusi, parameter satunya
21
adalah parameter skala. Skala parameter mengartikan dimana sebagian besar distribusi tersebut berada, atau bagaimana mengulurkan distribusinya.
2. Parameter Bentuk (Shape Parameter)
Seperti namanya, parameter bentuk membantu dalam penentuan bentuk distribusi. Beberapa distribusi, seperti eksponensial atau normal, tidak memiliki parameter bentuk karena kedua distribusi tersebut memiliki bentuk standar yang tidak berubah. Pengaruh parameter bentuk distribusi yang tercermin dalam bentuk pdf, fungsi keandalan dan fungsi tingkat kegagalan.
2.8.2 Estimasi 2 Parameter Weibull
Dalam menghitung nilai indeks keandalan distribusi weibull, peneliti terlebih dahulu menghitung nilai paramater-parameter distribusi weilbull-nya.
Terdapat dua metode untuk menghitung parameter-parameter distribusi weilbull, meliputi:
1. Metode Grafik
Metode grafik pada umumnya digunakan dikarenakan metodenya singkat dan juga cepat, namun kurang akurat. Terdapat dua cara pada metode grafik yakni Weibull probability plotting dan Hazard Plotting Tehnique.
2. Metode Analisis
Metode analisis pada distribusi weibull terdiri atas 3 jenis yakni, metode Maximum Likehood Estimator (MLE), Method of Moments (MOM), Least Square Method (LSM).
Least Square Method (LSM) adalah salah satu metode analisis yang digunakan untuk menghitung dua parameter distribusi weibull. Pada tugas akhir ini peneliti menggunakan Least Square Method (LSM) untuk menghitung
22
parameter-parameter distribusi weibull karena lebih mudah dan praktis dalam melakukan perhitungan dengan data yang dimiliki.
Logaritma natural untuk fungsi distribusi kumulatif akan diambil untuk mendapatkan hubungan antara fungsi kumulatif dan parameter [13]:
( ) ( ) (2.15)
( ) ( )
(2.16)
( ) ( )
(2.17)
( ) ( ) (2.18)
(
( )) ( ( ) ( ) ) (2.19)
Selanjutnya digunakan pendekatan tingkat rata-rata (the mean rank approach) untuk waktu kegagalan (failure time) dalam bentuk:
F (ti) =
(2.20)
Dengan demikian, dari persamaan (2.19) dan (2.20) diperoleh model regresi linear untuk distribusi Weibull sebagai berikut:
(
) ( ( ) ( ) ) (2.21)
Misalkan: (
( )) ̅ ( (
( )))
(t) x
̅
( ){ ( ( )) ( { ( ) })} { ( ( ) ) ( )}
{ ( ( )) } { ( )}
(2.22)
(̅ ̅)
(2.23)
Dimana : F(t) = Fungsi Peluang Kumulatif (PDF) θ = Shape Parameter
23 α = Scale Parameter
n = Jumlah Kumulatif Kegagalan
2.8.3 Indeks Keandalan Distribusi Weibull
Distribusi weibull mempunyai beberapa indeks keandalan yakni laju kegagalan dan nilai MTTF (Mean Time To Failure):
1. Laju kegagalan atau fungsi hazard
Laju kegagalan atau fungsi hazard merupakan frekuensi suatu sistem atau komponen yang gagal bekerja, yang disimbolkan dengan λ (lambda). Adapun persamaan laju kegagalan atau fungsi hazard secara umum sebagai berikut [8] :
( ) ( )
( )
(2.24)
( ) ( )
( )
(2.25)
( ) ∫ ( ) (2.26)
Persamaan 2.26 disubstitusikan ke persamaan 2.25 sehingga diperoleh persamaan, ( ) ( )
∫ ( ) (2.27)
( ) ( ) (2.28)
Kemudian persamaan 2.28 disubstitusikan ke persamaan 2.27 sehingga persamaannya,
( )
( )
∫
( )
(2.29)
Fungsi laju kegagalan Hazard adalah :
( ) (2.30)
24
Dimana : λ(t) = Fungsi laju kegagalan atau % fungsi hazard α = scale parameter
θ = shape parameter
2. MTTF (Mean Time To failure)
MTTF merupakan waktu rata-rata terjadi kegagalan pada suatu sistem atau komponen. Adapun persamaan umum dari MTTF adalah sebagai berikut [8]:
∫ ( )
(2.31)
∫ ( )
(2.32)
∫ ( )
(2.33)
∫ ∫ ( ) (2.34)
(2.35)
Dimana : MTTF = Waktu rata-rata terjadi kegagalan
R(t)= Fungsi keandalan
λ(t) = Fungsi laju kegagalan atau fungsi hazard
F(t) = Probabilitas fungsi distribusi kumulatif
f(t) = Fungsi kepekatan
2.9 Efisiensi
Efisiensi menunjukkan tingkat keefisienan kerja suatu komponen transformator yang diperoleh melalui perbandingan rating output (keluaran) dengan input (masukan) dengan persamaan sebagai berikut :
25 (
)
(2.36)
Dimana : = Pcu + Pi
26 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dalam waktu 1 bulan di PT. PLN (Persero) gardu induk Denai Jl. Selambo, RT.002/RW.02, Medan Tenggara, Medan Denai, Kota Medan, Sumatera Utara.
3.2 Bahan dan Peralatan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini merupakan data PMT Trip/lepas dan data beban harian tertinggi transformator yang berasal dari data tahunan gardu induk Denai. Peralatan yang digunakan untuk penelitian ini merupakan Laptop.
3.3 Variabel yang diamati
Variabel yang diamati untuk penelitian ini terdiri dari : 1. Parameter Skala (α) dan Parameter Bentuk (θ) 2. Laju kegagalan atau fungsi hazard (λ)
3. MTTF (Mean Time To Failure) 4. Rugi-Rugi Daya (Losses)
27 3.4 Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian ini ditunjukkan dengan diagram alir seperti pada Gambar 3.1 berikut:
Gambar 3.1 Diagram Alir Prosedur Penelitian
28 3.5 Data Penelitian
Data penelitian yang diperoleh dari gardu induk Denai terdiri dari data spesifikasi transformator daya, data gangguan transformator daya dan data pembebanan transformator daya.
3.5.1 Data Spesifikasi Transformator Daya
Transformator daya yang terdapat pada gardu induk Denai adalah transformator penurun tegangan 60 MVA, 150/20 KV. Terdapat dua transformator daya yang terpasang menggunakan kapasitas yang sama dengan merk yang berbeda, yakni merk UNINDO dan PAUWELS dengan data spesifikasi sebagai berikut :
1. Transformator Daya Unindo ( TD 1)
Merk : UNINDO
Serial Number : P060LEC676-02
Year of manufactured : 2011
Standard : IEC 60076
Rated Power : 36 / 60 MVA
Cooling : ONAN / ONAF
Frequency : 50 Hz
Phases : 3
Vector Diagram : YNyn0+d
Temperature Rise Oil 50 °C
Windings 55 °C
Type of oil : Mineral Oil
29
Approximate Weights Untanking 64000 kg Core and Coils 61000 kg
Tank 15100 kg
Oil 21500 kg
Total 103500 kg
Pada Gambar 3.2 menunjukkan transformator daya Unindo (TD 1) yang terdapat di gardu induk Denai.
Gambar 3.2 Transformator Daya Unindo (TD 1) 2. Transformator Daya Pauwels ( TD 2)
Merk : PAUWELS
Serial Number : 02P0037
Year of manufactured : 2002
Standard : IEC 60076
30
Rated Power : 42 / 60 MVA
Cooling : ONAN / ONAF
Frequency : 50 Hz
Phases : 3
Insulation levels : LI 650 AC 275 – LI 95 AC 38/
LI 125 AC 50 – LI 125 AC 50/
LI 75 AC 28
Connection symbol : YNyn0+d11
Max altitude : 1000 m
Tap changer : ABB – UZFDN 380 / 300 + BUF 3 Temp rise below 1000 m altitude Top oil 50 K
Average wind 55 K
Vacuum withstand Capability Tank 100 % Conservator 100 % Radiator 100 %
Type of oil : Shell diala B
Mass Total 101500 kg
Oil 23100 kg
Untanking 63600 kg Pada Gambar 3.3 menunjukkan transformator daya Pauwels (TD 2) yang terdapat di gardu induk Denai.
31
Gambar 3.3 Transformator Daya Pauwels (TD 2)
3.5.2 Data Gangguan Transformator Daya
Data gangguan transformator daya ditampilkan pada LAMPIRAN I.
3.5.3 Data Pembebanan Transformator Daya
Data pembebanan transformator daya ditampilkan pada LAMPIRAN II.
32 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Keandalan
4.1.1 Analisa Data Parameter Distribusi Weibull
Untuk memperoleh nilai fungsi laju kegagalan, nilai MTTF dan nilai keandalan R(t), maka terlebih dahulu peneliti menghitung nilai parameter distribusi weibull. Untuk mendapatkan nilai parameter distribusi weibull, maka dibutuhkan nilai fungsi probabilitas kumulatif yang dapat diperoleh dengan menggunakan perhitungan berdasarkan data pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2.
Tabel 4.1 Gangguan Internal Penyebab PMT 150/20 KV Transformator 60 MVA Trip/Lepas Tahun 2017 - 2019
TRAFO
Proses Trip/Lepas PMT Proses Pemulihan/Masuk PMT
Menit Penyebab Kejadian Sisi
(KV)
Kondisi Tgl Pkl Sisi (KV)
Kondisi Tgl Pkl
TD-2
20 Lepas 6/2/17 09:03 20 Masuk 6/2/17 10:51 108 Perbaikan Shell Bushing 150 KV Fasa S
150 Lepas 6/2/17 09:04 150 Masuk 6/2/17 10:41 97
TD-2 150 Lepas 14/4/17 09:02 150 Masuk 14/4/17 18:33 571 HAR TD 2 DAN CUBICLE TD-1 20 Lepas 27/4/17 09:51 20 Masuk 27/4/17 14:44 293 Kesalahan Wiring di Incoming
TD-1
20 Lepas 16/9/17 07:44 20 Masuk 16/9/17 18:33 649
HAR TD 1 DAN CUBICLE 150 Lepas 16/9/17 07:45 150 Masuk 16/9/17 18:25 640
TD-2 20 Lepas 19/3/18 07:23 20 Masuk 19/3/18 16:34 551 HAR TD 2 DAN CUBICLE
TD-2
20 Lepas 2/7/18 08:12 20 Masuk 2/7/18 14:43 391
Penambahan Minyak OLTC 150 Lepas 2/7/18 08:15 150 Masuk 2/7/18 14:41 386
TD-1
20 Lepas 24/10/18 08:05 20 Masuk 24/10/18 16:59 534
HAR TD 1 DAN CUBICLE 150 Lepas 24/10/18 08:06 150 Masuk 24/10/18 16:55 529
TD-2 20 Lepas 14/4/19 07:48 20 Masuk 14/4/19 16:04 496 HAR TD 2 DAN CUBICLE
TD-1
20 Lepas 9/8/19 09:35 20 Masuk 9/8/19 11:19 104 Pengecekan dan Perbaikan Rembesan Minyak 150 Lepas 9/8/19 09:38 150 Masuk 9/8/19 11:17 99
TD-1 20 Lepas 13/10/19 08:58 20 Masuk 13/10/19 17:35 517 HAR TD 1 DAN CUBICLE
33
TRAFO
Proses Trip/Lepas PMT Proses Pemulihan/Masuk PMT
Menit Penyebab Kejadian Sisi
(KV)
Kondisi Tgl Pkl Sisi (KV)
Kondisi Tgl Pkl
150 Lepas 13/10/19 09:01 150 Masuk 13/10/19 17:30 509
TD-1
20 Lepas 11/12/19 11:53 20 Masuk 11/12/19 13:09 76 Pemeriksaan Emergency (Temp. Tinggi) 150 Lepas 11/12/19 11:54 150 Masuk 11/12/19 13:03 69
Tabel 4.2 Gangguan Eksternal Penyebab PMT 150/20 KV Transformator 60 MVA Trip/Lepas Tahun 2017 – 2019
TRAFO
Proses Trip/Lepas PMT Proses Pemulihan/Masuk PMT
Menit Penyebab Kejadian Sisi
(KV)
Kondisi Tgl Pkl Sisi (KV)
Kondisi Tgl Pkl
TD-1
20 Lepas 29/7/17 14:06 20 Masuk 29/7/17 16:37 151 Pemeriksaan dan Perbaikan PMS Bus 20 KV
150 Lepas 29/7/17 14:07 150 Masuk 29/7/17 16:34 147
TD-1 20 Lepas 14/2/18 16:09 20 Masuk 14/2/18 16:12 3 DEFISIT TD-1 20 Lepas 13/6/18 04:15 20 Masuk 13/6/18 05:17 62 DEFISIT TD-1 20 Lepas 8/7/18 19:04 20 Masuk 8/7/18 19:15 11 DEFISIT TD-1 20 Lepas 6/10/18 13:52 20 Masuk 6/10/18 14:01 9 PERINTAH UPB
TD-2
20 Lepas 19/6/19 11:06 20 Masuk 19/6/19 11:17 11 Perbaikan Perangkat Komunikasi KWH Meter Transaksi 150 Lepas 19/6/19 11:07 150 Masuk 19/6/19 11:15 8
TD-2
20 Lepas 20/10/19 09:04 20 Masuk 20/10/19 18:31 567
Pemasangan TDM 150 Lepas 20/10/19 09:05 150 Masuk 20/10/19 18:30 565
TD-2 20 Lepas 27/10/19 15:11 20 Masuk 27/10/19 21:36 385
Kalibrasi Sensor 150 Lepas 27/10/19 15:12 150 Masuk 27/10/19 21:34 382
Nilai fungsi probabilitas kumulatif adalah:
F(t) = i/(N+1), (N=19) F(1) = 5/(19+1) = 0.25 F(2) = 12/(19+1) = 0.60 F(3) = 19/(19+1) = 0.95
34
Tabel 4.3 Nilai Fungsi Probabilitas Kumulatif
Tahun
Jumlah Gangguan Penyebab Trip/Lepas
Jumlah Kumulatif Gangguan Penyebab
Trip/Lepas (i)
Fungsi Peluang Kumulatif F(t) F(t) = i/(N+1),
(N=19)
1<t≤2 5 5 0.25
2≤t≤3 7 12 0.60
3≤t≤4 7 19 0.95
Untuk menghitung parameter distribusi weibull, digunakan persamaan 2.21
(
( )) ( ( ) ( ) )
Misalkan :
( ) Y ̅ ( (
( )) )
(t) X
̅
( ){ ( ( )) ( { ( ) })} { ( ( ) ) ( )}
{ ( ( )) } { ( )}
(2.22)
(̅
̅)
(2.23)
Dimana : F(t) = Fungsi Peluang Kumulatif (PDF) θ = Shape Parameter
α = Scale Parameter
n = Jumlah Kumulatif Kegagalan Nilai X dan Y adalah:
X= (t), t>1 Y=
( )
X1= (2) = 0.693147 2 Y1=
( ) =
= -1.2458993
35
X2= (3) = 1.098612 3 Y2= ( ) = = -0.0874216 X3= (4) = 1.386294 4 Y3=
( ) =
= 1.0971887 Tabel 4.4 Nilai X dan Y
Tahun
Jumlah Gangguan
Penyebab Trip/Lepas
Jumlah Kumulatif Gangguan
Penyebab Trip/Lepas (i)
Fungsi Peluang Kumulatif F(t) F(t) = i/(N+1),
(N=19)
X= (t), t>1
Y=
( )
1<t≤2 5 5 0.25 0.6931472 -1.2458993
2≤t≤3 7 12 0.60 1.0986123 -0.0874216
3≤t≤4 7 19 0.95 1.3862944 1.0971887
Nilai Parameter Distribusi Weibull : Parameter Bentuk (Shape Parameter) :
{ ( ( )) ( {
( ) })} = 3 (0.6931472*(-1.2458993))+(1.0986123*(-0.0874216))+
(1.3862944*1.0971887)
= 3 -0.8635916 – 0.0960424 + 1.5210265
= 3 0.5613925
= 1.6841775 { (
( ) ) ( )} = (-1.2458993 - 0.0874216 + 1.0971887) * (0.6931472 + 1.0986123 + 1.3862944)
= (-0.2361322) * (3.1780539)
= -0.7504408
{ ( ( )) } = 3 (0.6931472)2 + (1.0986123)2 + (1.3862944)2
= 3 0.4804530 + 1.2069490 + 1.9218122
= 3 3.6092142
= 10.8276426
36
{ ( )} = (0.6931472 + 1.0986123 + 1.3862944)2
= (3.1780539)2
= 10.1000266
{ ( ( )) ( { ( ) })} { ( ( ) ) ( )}
{ ( ( )) } { ( )}
= ( ) ( ) ( ) ( )
= ( ) ( )
= 3.3460208
Parameter Skala (Scale Parameter) :
̅ ( ) = ( )
= 1.0593513
̅ ( (
( )) ) = ( )
= -0.0787107
(̅ ̅)
= ( )
= ( )
= 1.4051218
4.1.2 Analisa Data Perhitungan Fungsi Laju Kegagalan atau % Fungsi Hazard
Perhitungan Fungsi laju kegagalan dapat diperoleh dari persamaan 2.30, ( )
37
Dimana : λ(t) = Fungsi laju kegagalan atau % fungsi hazard α = scale parameter
θ = shape parameter
Nilai Fungsi Laju Kegagalan atau % Fungsi Hazard adalah:
( )
( )
= 2.3813030 x 0.4502564
= 1.0721969 %/tahun
( )
= 2.3813030 x 2.2891939
= 5.4512643 %/tahun
( )
= 2.3813030 x 5.9264734
= 14.1127288 %/tahun
Laju rata-rata kegagalan adalah :
=
= = 6.87873 %/tahun
38
Tabel 4.5 Fungsi Laju Kegagalan
Tahun Shape Parameter (θ) Scale Parameter (α) Fungsi Laju Kegagalan ( ) 1<t≤2
3.3460208 1.4051218
1.0721969
2≤t≤3 5.4512643
3≤t≤4 14.1127288
4.1.3 Analisa Data Perhitungan Nilai MTTF
Perhitungan nilai MTTF dapat diperoleh dari persamaan 2.35,
Dimana : MTTF = Waktu rata-rata terjadi kegagalan (Tahun) = Laju Kegagalan atau Funsgi Hazard (%/Tahun)
Nilai MTTF adalah :
= 0.1453757 tahun
Tabel 4.6 Nilai MTTF (Mean Time To Failure)
Tahun Fungsi Laju Kegagalan ( )
Rata-Rata Laju Kegagalan
( )( ) MTTF (Tahun)
1<t≤2 1.0721969
6.87873 0.1453757
2≤t≤3 5.4512643
3≤t≤4 14.1127288
39
Setelah nilai MTTF diketahui, maka nilai ketersediaan (uptime) dapat diperoleh sebagai berikut:
Uptime = Lama Waktu Data Penelitian – MTTF = 3 – 0.145
= 2.855 tahun
Setelah nilai ketersediaan (uptime) diperoleh, kemudian didapatlah nilai keandalan (reliability) sebagai berikut:
Reliability = Uptime / Lama Waktu Data Penelitian = 2.855 / 3 = 0,952
4.2 Efisiensi 4.2.1 Daya Semu
Contoh data pembebanan transformator daya 1 dan transformator daya 2 pada bulan Januari 2017 dan Desember 2019 diperlihatkan pada LAMPIRAN II, dengan memperhatikan data arus (Ampere) yang tertinggi, maka dengan menggunakan persamaan dibawah, akan didapat besar daya semu yang dihasilkan.
Sebagai contoh, digunakan data dari Tabel 4.7 untuk tanggal 1 Januari 2017.
Tabel 4.7 Data Pembebanan Tertinggi Siang Transformator Daya 1 (Januari 2017)
Tanggal
Data
Tegangan Daya Arus
KV MW MVAR A
1 20 19.7 5.6 653
2 20 23.0 6.1 765
3 20 26.8 7.5 905
4 20 26.6 7.4 894
5 20 28.3 7.9 969
6 20 29.0 8.0 1022
7 20 26.0 6.9 879
40 Tanggal
Data
Tegangan Daya Arus
KV MW MVAR A
8 20 23.4 5.6 772
9 20 30.2 8.3 1091
10 20 30.3 8.3 1025
11 20 29.5 7.7 981
12 20 29.7 7.8 987
13 20 26.6 7.6 885
14 20 25.7 7.5 856
15 21 22.4 6.1 721
16 20 28.1 8.0 916
17 20 26.4 7.9 816
18 20 28.8 8.1 977
19 20 29.3 8.4 972
20 20 28.4 8.1 941
21 20 25.4 7.5 844
22 20 22.7 6.3 741
23 20 28.1 8.0 926
24 20 26.3 7.6 856
25 20 27.0 7.5 902
26 20 27.7 7.7 920
27 20 26.0 7.0 858
28 20 27.4 7.1 890
29 20 31.8 8.5 1074
30 20 30.5 8.2 1021
31 20 30.1 8.2 1009
S = √ x V x I S = √ x 20 x 653 S = 22621 KVA
Sedangkan untuk menghitung nilai dari cos φ, dihitung dengan persamaan:
cos φ = ( )
( )
cos φ =
cos φ = 0.871
41
Maka untuk menghitung Pout dapat dicari dengan persamaan:
Pout = V x I x cos φ Pout = 20 x 653 x 0.871 Pout = 11374 KW
4.2.2 Rugi Inti
Rugi-rugi inti didapat dengan memperhitungkan operasi transformator dalam keadaan tanpa beban. Dalam keadaan normal rugi inti adalah konstan tidak tergantung pada besarnya beban. Dari data yang diperoleh dari perusahaan bahwa transformator UNINDO memiliki rugi inti 30 KW dan rugi tembaga beban penuh sebesar 115 KW. Pada Transformator PAUWELS memiliki rugi inti 38 KW dan rugi tembaga beban penuh sebesar 220 KW.
4.2.3 Rugi Tembaga
Rugi tembaga merupakan rugi-rugi transformator dalam keadaan berbeban, sebab rugi inti merupakan rugi yang konstan tidak tergantung pada perubahan beban, beban yang berubah-ubah menyebabkan terjadinya perubahan arus pada kumparan transformator. Perubahan arus menyebabkan besar kecilnya rugi-rugi yang terjadi dikumparan transformator tersebut. Untuk mendapatkan rugi-rugi tembaga dalam keadaan berbeban, maka digunakan persamaan dibawah dengan mengambil contoh digunakan data dari Tabel 4.7 pada tanggal 1.
Pcu2 = ( ) x Pcu1
Pcu2 = (
) x 115 Pcu2 = 16.346 KW
42 Rugi Total = Rugi Inti + Rugi Tembaga
= 30 KW + 16.346 KW = 46.346 KW
Maka nilai efisiensi:
ɳ = x100%
ɳ =
x100%
ɳ = %
Maka diperoleh besar efisiensi transformator daya 1 untuk tanggal 1 Januari 2017 adalah sebesar 99.594%. Dengan cara yang sama seperti cara diatas, dapat diperoleh besar daya semu (S), cos φ, rugi tembaga dan rugi total, sehingga didapatkan efisiensi rata-rata/bulan (ɳ) dari tahun 2017 sampai tahun 2019 yang ditampilkan di LAMPIRAN III.
