PERAWATAN PREDIKTIF UNTUK MEMPERKIRAKAN KONDISI
DAN UMUR BUSHING TRANSFORMATOR DAYA UNIT 5
GARDU INDUK CAWANG LAMA MENGGUNAKAN METODE PENGUJIAN
TAN DELTA DAN TERMOVISI
Ishak Kasim 1), Chairul G Irianto 1) , Gesit Dwi Ardiantono2) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti
E-mail: ishak@trisakti.ac.id, chairul_irianto@trisakti.ac.id, gesit.ardianto.062@gmail.com
Abstrak
Trafo daya adalah peralatan yang penting pada sistem tenaga listrik. Agar trafo dapat beroperasi optimal perlu dilakukan kegiatan pemeliharaan prediktif melalui pengujian tan delta dan termovisi untuk mengetahui kondisi isolasi bushingnya. Pada paper ini dibahas pengujian tan delta dan pengujian termovisi pada isolasi bushing C1 tipe Resin Impregnated Paper untuk Trafo Daya 150 kV/70 kV Unit 5 Gardu Induk Cawang Lama berdasarkan standard ANSI/IEEE dan SPLN. Metode pengujian tan delta yang digunakan adalah metode Ungrounded Speciment Test dan metode pengujian termovisi kemudian dilanjutkan dengan metode analisis gelombang karakteristik tegangan fasa isolasi bushing menggunakan program PSpice OrCAD untuk mengetahui kondisi isolasi bushing dan sisa umur operasional bushing. Berdasarkan hasil pengujian diperoleh kondisi isolasi bushing, yaitu fasa S memiliki perubahan nilai tan delta tertinggi sebesar 0,18, fasa T adalah sebesar 0,14, dan fasa R adalah sebesar 0,17. Selanjutnya, diperoleh hasil perubahan nilai temperatur (∆T) pada masing-masing isolasi bushing dimana yang tertinggi terjadi fasa R sebesar 0,610C, dan terendah pada fasa T sebesar 0,520C, sedangkan pada fasa S adalah 0,600C. Hasilnya, sisa umur operasi bushing terbesar terjadi pada bushing fasa T sebesar 27 tahun dan terendah adalah pada bushing fasa S sebesar 13 tahun, sedangkan pada fasa R adalah sebesar 19 tahun.
Kata kunci : Bushing, PSpice OrCAD, Resin Impregnated Paper, Tan Delta, Termovisi, Temperatur,
Ungrounded Speciment Test.
PENDAHULUAN
Transformator (trafo) daya merupakan peralatan tenaga listrik yang paling penting selain generator dan turbin guna menunjang sistem tenaga listrik. Suatu trafo daya diharuskan dapat beroperasi secara maksimal untuk memikul beban sistem sepanjang hari. Mengingat kerja keras dari trafo daya tersebut maka cara pemeliharaan juga dituntut sebaik mungkin agar keandalan sistem terjaga. Oleh karena itu, kegiatan pemeliharaan trafo daya harus dilakukan secara rutin dan salah satu caranya adalah menggunakan metode pengujian dan peralatan uji yang tepat dan sesuai standard. Khususnya, pemeliharaan terhadap bagian bushing yang seringkali menjadi penyebab gangguan non-teknis berupa kegagalan operasi bushing seperti pada kasus terbakarnya trafo daya pada Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi (GITET) Cawang Lama, Jakarta dan GITET Mandirancan, Kuningan seperti pada Gambar 1. Adapun pemeliharaan terhadap bushing termasuk dalam jenis pemeliharaan prediktif [1] dengan metode pengujian tan delta dan termovisi.
Gambar 1. Contoh Kasus Kegagalan Bushing pada Trafo Daya IBT 500kV/150kV Fasa R GITET Mandirancan, Kuningan
digunakan adalah dengan metode pengujian tan delta dan termovisi meliputi kondisi isolasi bushing berdasarkan standard internasional ANSI C 57.12.90 dan standard SPLN50-1982 serta prediksi sisa umur isolasi bushing. Selain itu, batasan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah kapasitansi C1 isolasi bushing primer pada tahun 2005 sampai dengan 2010 dan alat uji pengujian bushing yang digunakan, yaitu tan delta meter merk Doble Tipe M4100 Instruments dan kamera termovisi merk FLIR Tipe ThermaCAM i50.
METODE PENELITIAN 1. Metode Pengujian Tan Delta
Berdasarkan standard ANSI/IEEE C57.19.00, pengujian bushing dilakukan dengan metode pengujian tan delta untuk mengukur nilai faktor disipasi daya/tan delta (tan δ) dan nilai kapasitansi isolasi bushing (C1 dan C2). Secara garis besar, metode pengujian tan delta dibagi menjadi dua jenis, yaitu metode Ungrounded Speciment Test (UST) untuk pengukuran nilai tan delta dan nilai kapasitansi pada C1 (Voltage Layer) dan metode Grounded Speciment Test (GST) untuk pengukuran nilai tan delta dan nilai kapasitansi pada C2 (Dielectric Capacitance)[1]. Pada penelitian ini, digunakan metode UST seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. Metode pengujian tan delta UST.
Pada metode UST bagian sumber tegangan uji sebesar 10 kV pada High Voltage Leads dihubungkan pada bagian terminal bushing dan bagian Low Voltage Leads dihubungkan pada bagian tap pengujian dan flens bushing tidak diketanahkan. Akan tetapi, pentanahan hanya dilakukan pada bagian pentanahan tan delta meter. Pada Tabel 1 merupakan tabel diagram pengawatan dan besar sumber tegangan uji yang harus diperhatikan pada pengujian tan delta.(IEEE Std C57.12.100.1999)
Selanjutnya, antarterminal bushing dihubungsingkatkan agar terbebas dari pengaruh induktansi kumparan trafo daya seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian Pengujian Tan Delta dan Penghubungsingkatan Antarterminal Bushing. Kondisi isolasi bushing dapat diketahui berdasarkan hasil pengukuran nilai tan delta dan nilai kapasitansi pada C1 yang mengacu pada standard ANSI/IEEE C57.12.90 seperti pada Tabel 2. (IEEE Std C57.12.100.1999)
Tabel.2 Standard Internasional ANSI/IEE C57.12.90 mengenai Tan Delta Isolasi.
No. Nilai Tan Delta (%) Kondisi
1 Tan Delta < 0,5 Baik (Good)
2 0,5 < Tan Delta < 0,7 Memburuk (Deteriorated) 3 0,7 < Tan Delta < 1,0 Segera Diinvestigasi (Invertigate)
4 1,0 < Tan Delta Buruk (Bad)
2. Metode Pengujian Termovisi
Pengujian ini ditujukan untuk mengetahui tingkat kondisi temperatur bushing trafo daya unit 5 dengan cara menginterpretasikan melalui gambar termal. Titik termal pada bushing yang diambil sebagai data lapangan adalah titik atas bushing (terminal bushing), titik tengah bushing (badan isolasi keramik bushing), dan titik bawah bushing/flens (Kruger, M 1986) seperti pada Gambar 4.
Gambar 4 Pengujian Termovisi terhadap Bushing Trafo Daya.
Tabel 3 Standard SPLN’50-1982 Perubahan Suhu ∆T pada Pengujian Termovisi[5].
menganalisis berdasarkan Hukum Stefan-Boltzmann dan Hukum Kirchoff mengenai radiasi termal dengan mengaitkan hubungannya dengan nilai tan delta isolasi bushing sehingga ditemukan metode analisis untuk mendukung hasil penerapan metode pengujian termovisi di lapangan serta prediksi sisa umur isolasi bushing.
HASIL PENGUJIAN
1 Hasil Pengujian Tan Delta
Pengujian tan delta dengan metode UST yang dilakukan terhadap kapasitansi C1 bushing primer fasa R, S, dan T trafo daya unit 5 150kV/70kV Gardu Induk Cawang Lama menghasilkan nilai tan delta dan nilai kapasitansi seperti pada Tabel 4.
Tabel 4 Hasil Pengujian Tan Delta
Tabel 5. Nilai Cos Ф, Nilai IR, Nilai IC Isolasi Bushing Fasa R, S, dan T.
Dari hasil analisis diketahui bahwa peningkatan nilai tan delta diiringi dengan peningkatan nilai faktor daya isolasi bushing. Adapun, besar peningkatan diantara kedua parameter ini tidak jauh berbeda. Oleh karena itu, nilai tan delta merupakan representasi nilai faktor daya isolasi bushing ataupun sebaliknya sehingga pengujian tan delta sering disebut pula sebagai pengujian faktor daya isolasi[15]. Hal tersebut digambarkan pada Gambar 5 dimana nilai tan delta dan nilai faktor daya isolasi bushing fasa R, S, dan T saling berimpit.
Gambar 5. Tren Peningkatan Nilai Tan delta dan Nilai Faktor Daya Isolasi Bushing.
Tabel 6 Nilai IR, Nilai IC, Nilai Disipasi Daya Isolasi Bushing Fasa R, S, dan T.
Hubungan antara parameter arus resistif, arus kapasitif, dan disipasi daya dapat dilihat pada Gambar 6. Besar peningkatan disipasi daya (tren garis hijau) berbanding lurus terhadap besar peningkatan nilai arus resistif/arus bocor (tren garis biru). Artinya, kualitas isolasi yaitu kapasitansi dan kekuatan dielektrik bushing fasa R, S, dan T semakin menurun seiring lamanya operasi bushing yang ditunjukkan oleh tren garis merah.
Gambar 6. Tren Peningkatan Disipasi Daya dan Arus Resistif dan Tren Penurunan Arus Kapasitif Isolasi Bushing.
ini mengacu kepada Hukum Stefan-Boltzmann mengenai hubungan antara daya (dalam hal ini disipasi daya) dan temperatur.
Tabel 7 Tren Peningkatan Nilai Disipasi Daya dan Nilai Temperatur Isolasi Bushing
Tahun Fasa PD (Watt-loss) Temperatur (0C)
Gambar 7 menunjukkan secara grafis hubungan antara tren peningkatan nilai disipasi daya dan tren nilai temperatur isolasi bushing .
Gambar 7. Tren Peningkatan Disipasi Daya dan Temperatur Isolasi bushing.
Gambar 8. Analisis Kondisi Gelombang Karakteristik Isolasi Bushing Fasa R, S, dan T. Berdasarkan analasis gelombang karakteristik, dapat dijelaskan bahwa kekuatan dielektrik dan resistansi isolasi bushing semakin menurun bila dilihat pada kondisi awal (2005) dan kondisi akhir (2010) berdasarkan amplitudo tegangan (warna merah) terhadap amplitudo tegangan uji 10 kV (warna biru). Langkah selanjutnya adalah membandingkan hasil analisis terhadap kurva karakteristik. Pada Gambar 9 dapat ditunjukkan kurva karaktersitik tingkat kelembaban isolasi bushing dan hubungannya terhadap nilai tan delta dan nilai temperatur.
Gambar 9. Kurva Karakteristik Tingkat Kelembaban Isolasi Bushing[7].
Berdasarkan Gambar 9 dapat diketahui bahwa isolasi bushing fasa R, S, dan T mengandung kelembaban sebesar 0,4% s.d. 0,6% (kurva berwarna biru). Kelembaban tersebut akan membawa dampak terhadap kekuatan dielektrik (εd) isolasi bushing. Hal tersebut diperkuat dengan analisis gelombang karakteristik yang telah dilakukan dan kurva pada Gambar 10, Gambar 11, dan Gambar 12.
Gambar 11. Kurva Karakteristik Hubungan Tan Delta dan Temperatur Isolasi Bushing( Seit, V. Omicron, 2003 )
Gambar 12. Kurva Karakteristik Hubungan Tan Delta, Resistansi,
dan Temperatur( PT PLN Persero, 2009) Isolasi Bushing (Koefisien Temperatur Negatif). Berdasarkan hasil analisis dan pembandingannya dengan kurva karakteristik, dapat diketahui bahwa terdapat hubungan sebab akibat antara parameter pengujian tan delta dan parameter pengujian termovisi. Besar tingkat hubungan tersebut dapat diketahui berdasarkan analisis korelasi. Pada Tabel 8 merupakan tingkat hubungan sebab akibat antara parameter pengujian tan delta dan pengujian termovisi.
Tabel 8 Tingkat Hubungan Antara Parameter Pengujian Tan Delta dan Pengujian Termovisi
Tan Delta vs
Besar Kolereasi Jenis Kolerasi
Fasa Fasa Fasa Fasa Fasa Fasa
R S T R S T
Kapasitansi 0,688 0,688 0,688 Negatif (-) Negatif (-) Negatif (-) Resistansi 0,977 0,932 0,936 Negatif (-) Negatif (-) Negatif (-) Arus Resistif 0,981 0,950 0,960 Positif (+) Positif (+) Positif (+) Arus Kapasitif 0,862 0,771 0,645 Negatif (-) Negatif (-) Negatif (-) Disipasi Daya 0,963 0,952 0,981 Positif (+) Positif (+) Positif (+) Faktor Daya 0,997 0,999 0,999 Positif (+) Positif (+) Positif (+) Temperatur 0,963 0,950 0,981 Positif (+) Positif (+) Positif (+)
Prediksi sisa umur bushing fasa R, S, dan T menggunakan analisis regresi. Analisis regresi tersebut berdasarkan pada karakteristik tiap bushing yang memiliki perbedaan. Oleh karena itu, persamaan matematis analisis regresi antara ketiga bushing pun berbeda. Adapun, persamaan analisis regresi ( Gesit Dwi Artono, Universitas Trisakti, 2012) pada bushing fasa R : Y = 0,325 + 0,028x – 0,0002857x2 ; fasa S : Y = 0,312 + 0,015x + 0,0002571x2 ; dan fasa T : Y = 0,302 + 0,012x. Besar nilai sisa umur yang dihasilkan berdasarkan pada standard Standard Internasional ANSI/IEE C57.12.90 mengenai Tan Delta Isolasi (Tabel 2) di mana bila nilai tan delta telah mencapai 1,0%, maka harus segera diganti karena termasuk ke dalam kondisi buruk. Pada Gambar 13 merupakan grafik prediksi sisa umur isolasi bushing fasa R, S, dan T.
Gambar 13. Grafik Prediksi Sisa Umur Isolasi Bushing Fasa R, S, dan T.
Ditinjau lebih lanjut, besar nilai sisa umur isolasi bushing hasil analisis regresi berbanding lurus dengan kualitas/kondisi isolasi bushing. Hal tersebut didukung berdasarkan besar perubahan nilai tan delta isolasi bushing tiap fasa seperti grafik pada Gambar 14.
Gambar 14. Grafik Perubahan Nilai Tan Delta Isolasi Bushing Fasa R, Fasa S, dan Fasa T. Hasil prediksi sisa umur isolasi bushing fasa R, S, dan T memungkinkan prioritas pemeliharaan dan membuktikan bahwa terdapat hubungan sebab akibat antara nilai tan delta dan nilai temperatur isolasi bushing serta nilai sisa umur isolasi bushing bergantung pada nilai perubahan kualitas/kondisi isolasi bushing yang diwakilkan oleh parameter pengujian tan delta dan parameter pengujian termovisi. Artinya, bila semakin buruk suatu kondisi isolasi bushing, maka semakin singkat umur isolasi bushing (cepat mengalami kerusakan) sehingga dapat dilakukan pencegahan kemungkinan terjadinya kegagalan yang dapat merusak peralatan tenaga listrik melalui solusi prioritas pemeliharaan yang dapat dijadwalkan.
Pemeliharaan berdasarkan rekaman data termasuk ke dalam tipe pemeliharaan prediktif[3]. Berdasarkan nilai tan delta hasil rekaman data yang telah ada dan berdasarkan hasil prediksi sisa umur isolasi bushing dapat dianalisis pemetaan jangka waktu optimum pemeliharaan yang dapat dilakukan dengan asumsi pemeliharaan dilakukan setiap kenaikan nilai tan delta sebesar 0,1%. Selanjutnya, Tabel 9 merupakan pemetaan penentuan jangka waktu optimum pemeliharaan berdasarkan rekaman data dan Tabel 10 merupakan pemetaan penentuan jangka waktu optimum pemeliharaan berdasarkan hasil prediksi sisa umur isolasi bushing menggunakan analisis regresi.
Sisa Umur Tahun Fasa R Sisa Umur Tahun Fasa S Sisa Umur Tahun Fasa T
Tabel 9 Pemetaan Penentuan Jangka Waktu Optimal Pemeliharaan
Berdasarkan Tabel 9 dapat diketahui bahwa jangka waktu optimum pemeliharaan adalah rata – rata tiga tahun. Artinya, pemeliharaan dilakukan sebanyak satu kali dalam jangka waktu tiga tahun.
Tabel10 Pemetaan Penentuan Jangka Waktu Optimal Pemeliharaan Berdasarkan Hasil Prediksi.
Berdasarkan Tabel 10 dapat diketahui terdapat kesamaan terhadap pemetaan jangka waktu berdasarkan rekaman data, yaitu diperoleh hasil bahwa jangka waktu optimum pemeliharaan adalah rata – rata tiga tahun.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian, dapat diketahui beberapa kesimpulan yang dapat diambil, yaitu :
1. Faktor utama peningkatan nilai tan delta adalah tren peningkatan nilai arus resistif dan nilai disipasi daya ;
2. Terdapat hubungan sebab akibat antara parameter pengujian tan delta dan parameter pengujian termovisi ;
3. Sisa umur isolasi bushing berhubungan sebab akibat dengan perubahan nilai tan delta isolasi bushing tiap fasa. Bila semakin buruk kondisi isolasi bushing (nilai tan delta yang semakin besar), maka semakin kecil nilai sisa umur isolasi bushing ;
4. Jangka waktu optimum pemeliharaan yang dapat dilakukan terhadap bushing fasa R, fasa S, dan fasa T adalah satu kali dalam jangka waktu tiga tahun.
5. Status kondisi bushing fasa R, fasa S, dan fasa T pada Trafo Daya 150 kV/ 70 kV Unit 5
PT PLN (Persero). Buku Petunjuk Batasan Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Penyaluran Tenaga Listrik : Transformator Tenaga (No.Dokumen: 1-22/HARLUR-PST/2009). Jakarta : PT PLN (Persero). 2009.
http://www.omicron.at
Pasaribu, Thalib. Jurnal Pengaruh Temperatur Terhadap Rugi-Rugi Dielektrik (Tgδ) Minyak Isolasi : STTH Edisi 007 November 1997, ISSN : 0853-5175.
Seitz, V. Vorbeugende Instandhaltung an Leistungstransformatoren – Betriebsbegleitende Messungen an Stufenschaltern und Durchfuhrungen. Anwendertagung : Friedrichshafen OMICRON. 2003.
![Tabel 3 Standard SPLN’50-1982 Perubahan Suhu ∆T pada Pengujian Termovisi[5].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/2133901.1611593/4.595.198.440.366.655/tabel-standard-spln-perubahan-suhu-pada-pengujian-termovisi.webp)
