B-115
Evaluasi Penentuan Kelayakan Minyak
Transformator Daya Berdasarkan Metode Interval Fuzzy Type 2
Hilmansyah, ST 11, Dr. Ir. Soedibyo, M.MT 22,1,2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), 1 alamat e-mail:Hilmansyah555@gmail.com, 2 alamat e-mail: dibyo_55@yahoo.com
Abstrak
Transformator merupakan instrumen penting pada distribusi sistem Tenaga karena transformator dapat mentransformasikan daya listrik dengan mengubah besaran tegangan, dengan frekuensi yang tetap. Mungkin gangguan pada transformator diketahui setelah terjadi kerusakan. Oleh karena itu diperlukan evaluasi kinerja tranformator agar dapat memantau kondisi transformator secara rutin, agar gangguan pada transformator dapat dideteksi lebih awal. Sistem pemantauan dapat mewakili suatu solusi efek, jika masalah pada transformator bila diposisikan di lokasi yang strategis seperti pada pembangkit listrik. Oleh karena itu, pengujian peralatan berbasis waktu dan analisis dapat dioptimalkan secara berkelanjutan untuk evaluasi minyak pada transformator daya untuk menentukan kelayakan Minyak trafo menggunakan interval fuzzy logik tipe 2 sebagai algoritma untuk memetakan hasil simulasi kelayakan berdasarkan standar internasional untuk meningkatkan kehandalan dalam perawatan transformator daya dalam dunia industri khususnya terhadap pelayanan masyarakat.
Kata kunci : Evaluasi, Minyak Transformator, Fuzzy Type 2
1. Pendahuluan
Transformator merupakan salah satu peralatan dalam pasokan listrik, karena diperlukan untuk mengembangkan teknik yang handal dan efektif untuk memberikan penilaian yang komprehensif terhadap kondisi transformator untuk memfasilitasi pengambilan keputusan yang melibatkan operasi transformator dan pemeliharaan. Salah satu pendekatan yang digunakan adalah dengan mengumpulkan berbagai data dan informasi dari observasi. Teknis transformator daya adalah pengetahuan tentang kesehatan kondisi transformator, untuk meningkatkan kehandalan dan menentukan manajemen peralatan yang tepat dan memungkinkan untuk mengembangkan strategi yang efektif dalam pemeliharaan berdasarkan kondisi transformator daya. Penelitian dibidang Transformator dengan integrasi data dan informasi yang diperoleh dari berbagai bahan kimia dan pengukuran listrik pada transformator menggunakan isolasi minyak, adalah untuk mengevaluasi kelayakan kondisi sistem isolasi transformator daya. Dengan konsep metode interval fuzzy tipe 2 untuk secara otomatis serta memproses data yang dikumpulkan dari standar jenis dengan minyak. Berdasarkan hasil dari penelitian penulis dari dua buah produk yang digunakan oleh beberapa perusahaan dikalimantan timur adalah minyak pada tranformator daya khususnya pada tegangan primer 20 Kv dan tegangan sekunder 400 volt tidak sesuai dengan standar internasional dikarenakan faktor biaya sehingga kualitas minyak mempengaruhi pada trafo yang mengakibatkan kegagalan isolasi sehingga umur dari transformator daya tersebut tidak dapat
bertahan 5 tahun atau sepuluh tahun oleh karena hal tersebut penulis membuat suatu metode kelayakan sebuah tranformator daya yang dapat digunakan sesuai standar internasional agar dapat mengurangi dari beberapa faktor kegagalan isolasi pada transformator daya untuk meningkatkan kehandalan dalam pemeliharaan dalam dunia industri dengan simulasi data standar minyak serta Menganalisa Minyak Trafo dengan memanfaatkan pengembangan metode interval fuzzy logic type 2 model trapezoid. Penelitian dapat dioptimalkan secara berkelanjutan untuk kelayakan berdasarkan pendekatan metode interval Fuzzy logic tipe 2. Minyak transformator berfungsi sebagai pendingin serta isolator yang berfungsi sebagai isolasi kumparan pada transformator agar tidak terjadi loncatan bunga api listrik, akibat tegangan lebih. Suatu pendingin mengambil panas yang di timbulkan sewaktu transformator berbeban lalu melepaskannya. Pelindung yaitu menghalangi komponen-komponen di dalam transformator berbeban lalu melepaskannya dan menghalangi komponen di dalam transformator terhadap korosi. Beberapa minyak transformator yang mempunyai batasan yang sering digunakan dalam pengujian dengan ASTM D 1500 sebagai berikut:
B-116
Adalah naik turunnya beban pada trafo maupunsuhu udara luar, maka suhu minyak akan berubah mengikuti keadaan tersebut jika suhu tinggi maka minyak akan memuai dan menekan udara diatas permukaan sehingga minyak keluar dari dalam tangki, dan bila suhu minyak rendah maka minyak akan menyusut sehingga minyak akan bersinggungan dengan udara luar yang akan menurunkan nilai pada tegangan tembus transformator daya. Sistem pendingin transformator daya adalah pada inti besi dan kumparan akan timbul panas akibat rugi besi dan tembaga jika suhu panas tinggi akan mengakibatkan kerusakan isolasi di dalam peralatan trafo sehingga untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan maka transformator dilengkapi alat pendingin seperti bodi yang bersirip ( tank corrugated ), belitan dalam minyak,kipas angin dan sirkulasi air pada bodi trafo dan juga media pemindahan panas atau diskulasi.
2. Metode Interval Fuzzy Tipe 2
Konsep ketidakpastian himpunan fuzzy tipe 1 pertama kali dikenalkan oleh zadeh sebagai pengembangan konsep ordinary fuzzy set. Himpunan fuzzy tipe -2 memiliki tingkatan keanggotaan yang adalah fuzzy itu sendiri. Pada himpunan fuzzy tipe-2 terdapat subset keanggotaan primer, dan pada subset keanggotaan sekunder. Footprint of uncertainty (FOU) adalah daerah terbatas yang memuat ketidakpastian derajat keanggotaan primer dari fungsi keanggotaan tipe 2. Upper dan lower membership function adalah dua buah fungsi keanggotaan tipe 1 yang membatasi footprint of uncertainty fungsi keanggotaan interval tipe 2. Upper MF adalah himpunan bagian yang memiliki derajat keanggotaan tertinggi dalam FOU. Sedangkan lower MF adalah sebaliknya.
Tabel 1. Spesifikasi Minyak Transformator Daya
Gambar 2. Fuzzifikasi Interval Type-2 Fuzzy logic Untuk menghitung formulasi centroid fuzzy tipe 2 khususnya model trapezoidal yang terdapat beberapa bentuk seperti simetrik dan non simetrik terhadap upper membership function(UMF) dan lower membershipfunction (LMF) maka dapat dihitung menggunakan rumus Jerry M. Mendel , Life Fellow, IEEE , and Hongwei Wu , Member, IEEE, Namun demikian rumus yang digunakan pada analisa perhitungan sisi tengah pada model trapezoidal dapat digunakan non simetrik dan simetrik sesuai dengan data yang di inputkan pada fungsi keanggotaan pada metode fuzzy tipe 2 sebagai berikut :
Gambar 3. Trapezoidal UMF dengan Symmetric Top danNon-symmetrical Triangular LMF Dimana,
1. FOU adalah footprints of uncertainty 2. UMF adalah upper membership function 3. LMF adalah lower membership function 4. A adalah FOU pada membership function 5. RH adalah bagian sisi kanan
6. LH adalah bagian sisi kiri 7. C adalah FOU pada sisi tengah 8. Cl adalah Batas dalam minimum 9. Cr adalah Batas luar maksimum 2.1 Persamaan metode interval fuzzy tipe 2
(1)
(2) (3) (4) No Minyak Satuan Nilai Metode
1 Kejernihan - IEC 296
2 Masa jenis (20°C)
g/cm < 0,895 IEC 296 3 vikositas(20°C) °C < 40 IEC 296 4 Titik nyala °C >140 IEC
296A 5 Titik tuang °C < 30 IEC
296A 6 Angka kentralan mgKOH/g < 0,03 IEC 296 7 Korosi belerang - Tidak
korosif IEC 296 8 Tegangan tembus kV/2,5 mm >50 IEC 156 9 Faktor kebocoran dielektrik - < 0,05 IEC 250,474 10 Ketahanan oksidasi mgKOH/g < 0,40 IEC 74
B-117
(5) (6) (7) (8) (9) Dimana untuk (10) Maximum= -(a2+2abr+2bc2)/ 3 (3a+2br) (11)
Maximum= (a2+2abr+2b2)/6a (12)
3. Analisis simulasi kelayakan Transformator daya
Penelitian ini mengkaji tentang evaluasi kelayakan transformator distribusi pada dua daerah yaitu kecamatan Balikpapan barat dan Balikpapan selatan dari berbagai sumber seperti PT.PLN(Persero) Area Balikpapan. Observasi dan pengambilan data dilakukan dengan mensimulasikan serta menganalisa dua buah pabrikan transformator distribusi di setiap kecamatan kemudian penulis mengevaluasi kelayakan minyak transformator distribusi menggunakan metode interval fuzzy tipe-2.
Gambar 4. Simulasi Kelayakan Minyak Transformator Daya Pabrikan Bambang Djaja Simulasi evaluasi kelayakan minyak pada transformator penulis memasukan nilai uji parameter variabel minyak berdasarkan standar IEEE.sesuai pada tabel 4.1 untuk rekomendasi komparasi gas standar IEEE C57.104 .Menggunakan tipe -1 fuzzy logic toolbox (TIFLT) dan interval tipe fuzzy -2 coding dengan bentuk trapezoid. Membuat beberapa fungsi keanggotaan masing masing variable input adalah X dan Y serta variable output evaluasi kelayakan minyak untuk masing-masing dua jenis transformator distribusi terutama pada volume oli dan temperature dan Membuat analisa perhitungan berdasarkan rumus untuk mencari titik tengah pada model trapezoidal pada fuzzy tipe 2.
Gambar 5. Fuzzy tipe 1 parameter input trafo daya pabrikan bambang djaja
Gambar 6. Hasil Output Fuzzy tipe 1 parameter trafo daya pabrikan bambang djaja
Pada metode fuzzy tipe 2 model trapezoid, penulis mensimulasikan parameter input dan output seperti yang terlihat pada gambar .6 ketika di aplikasikan pada metode tersebut bahwa parameter input dan output dapat tergabung dalam satu frame sehingga memudahkan dalam menganalisa grafik yang berbentuk trapezoid secara pasti dan jelas terutama pada UMF dan LMF.
Gambar 7. Hasil input dan output parameter trafo daya pabrikan bambang djaja
B-118
Namun demikian untuk parameter input dan outputseperti pada gambar .7 penulis mensimulasikan variabel nilai dan kondisi untuk parameter input dan variabel nilai 100 dan hasil sangat bagus untuk parameter output sesuai dengan data hasil simulasi kelayakan minyak sehingga dapat dianalisis pada UMF dan LMF beserta perhitungan pada bagian sisi tengah grafik metode fuzzy tipe 2 model trapezoid.
Gambar 8. Input dan output Fuzzy tipe 2 parameter trafo daya pabrikan Bambang Djaja Risudual pada parameter nilai minyak menampilkan sisa grafik yang berbentuk quadratik dari hasil grafik fuzzy tipe 2 terhadap input dan output pada fungsi keanggotaan atau Membership function secara keseluruhan.
Gambar 9. Risudual Parameter Nilai Minyak
Gambar 10. Simulasi Kelayakan minyak transformator daya pabrikan traffindo
Pada simulasi awal untuk kelayakan minyak transformator daya khususnya pabrikan trafindo dengan tegangan primer 20 kV/400 V mendapatkan nilai 45,2381 dengan kondisi jelek artinya kondisi isolasi pada trafo mengalami penuaan kertas normal lalu mengalami korosi dikarenakan nilai pada minyak dan dga beserta nilai furfural tidak sesuai standar sehingga mengakibatkan peluahan sebagian (partial discharge) pada transformator daya.
Gambar 11. Fuzzikasi tipe 1 Masukan minyak transformator daya pabrikan traffindo
Gambar 12. Fuzzikasi tipe 1 Keluaran minyak transformator daya pabrikan traffindo
Gambar 13. Input dan output Fuzzy tipe 2 parameter trafo daya pabrikan Bambang Djaja Pada gambar .12 penulis telah mesimulasikan parameter minyak transformator daya berdasarkan data dari simulasi kelayakan dari gui matlab sehingga pada metode fuzzy tipe 2 model trapezoid, masukan dan keluaran pada fungsi keanggotaan yang tidak simetris dapat ditampilkan dalam grafik dengan nilai 4,523 dengan kondisi jelek, namun
B-119
demikian metode fuzzy tipe 2 ini adalah pengembangan dari metode fuzzy tipe 1 yang bertujuan untuk lebih jelas dalam menganalisa perhitungan UMF dan LMF serta bagian tengah dari model trapezoid. Pengolahan simulasi untuk temperatur penulis mengambil dari Standard IEEE C57.91-1995 sebagai acuan Untuk membuat grafik pada fuzzy tipe2 berdasarkan name plate yang terdapat pada dua jenis transformator daya dengan niai temperatur 50 sampai dengan 55 derajat celcius, beserta data spesifikasi faktor umur.Gambar 14. Fuzzifikasi Temperatur 50°C dan residual Interval fuzzy tipe 2
Gambar 15. Fuzzifikasi Temperatur 55°C dan residual Interval fuzzy tipe 2
Berdasarakan data yang diperoleh dari gambar .6 dan gambar 7 maka dapat dianalisa sebagai berikut A adalah fungsi keanggotaan(MSF),RH adalah sisi kanan sebagian sedangkan LH adalah sisi kiri sebagian. Untuk Cl yaitu sebuah notasi batas dalam
(inner bound) minimumpada fungsi keanggotaan dan Cr adalah sebuah notasi batas luar (outer bomaksimum pada fungsi keanggotaan pada interval fuzzy type 2 seperti pada analisa perhitungan setiap grafik sebagai berikut, namun demikian rumus dapat
digunakan sesuai dengan data penelitian di lapangan serta hasil simulasi seperti pada perhitungan parameter minyak dan temperatur Dari hasil perhitungan pada tabel 2 dan tabel 3 dapat di analisa bahwa setiap parameter input dan output dari rumus standar IEEE telah dihasilkan dari variabel 1 sampai 12 terdapat niai yang selisih dari bagian dalam fou dan bagian luar fou serta pada bagian sisi tengah yang mempunyai selisih nilai pada bagian dalam untuk garis atas fungsi keanggotaan(UMF) dan bagian luar garis bawah fungsi keanggotaan (LMF), juga pada batas dalam minimum dan yang di olah data dari simulasi kelayakan minyak serta diaplikasikan dengan metode fuzzy tipe 1 lalu di modelkan menggunakan fuzzy tipe 2 trapezoid sehingga ada perbedaan pada dua metode tesebut. Namun demikian perhitungan pada tabel 2 menurut penulis dapat memetakan dengan jelas bahwa parameter input dan output pada metode fuzzy tipe 2 model trapezoid khususnya apabila dibandingkan dengan metode fuzzy tipe 1yang hanya mempunyai garis tunggal, oleh karena adanya metode fuzzy tipe 2 dapat di buktikan secara grafik dan analisis berdasarkan data.
4. Kesimpulan dan Saran
Setelah penulis melakukan simulasi dan menganalisa menggunakan metode interval fuzzy tipe 2 dengan sumber data dari PLN Balikpapan maka kelebihan dari metode interval fuzzy tipe 2 lebih unggul karena mempunyai garis atas fungsi keanggotaan (Upper membership function) dan garis bawah fungsi keanggotaan (lower membership function) sehingga dapat lebih mudah dalam melakukan perhitungan analisa grafik yang simetris dan tidak simetris dari metode tipe 1 dan metode fuzzy tipe 2 dapat menampilkan sebuah grafik dengan hasil yang lebih jelas untuk di analisa karena input dan outputnya tergabung dalam satu grafik melalui pendekatan dalam memecahkan suatu masalah dan penulis lakukan berdasarkan penelitian untuk yang berlanjut pada peningkatan hasil dari akurasi perhitungan data namun demikian harapan penulis dapat menampilkan sebuah konsep dari metode interval fuzzy 2 untuk dapat dikembangkan di kemudian hari.
Daftar Pustaka:
Atefeh Dehghani Ashkezari, Hui Ma, Tapan K. Saha, and Chandima Ekanayake The University of Queensland, Brisbane, “Application of Fuzzy Support Vector Machine for Determining the Health Index of the Insulation System of In-service Power Transformers” Australia IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 20, No. 3; June 2013
Jerry M. Mendel , Life Fellow, IEEE , and Hongwei Wu , Type-2 Fuzzistics for
B-120
Nonsymmetric Interval Type-2 Fuzzy Sets:Forward Problems Member, ieee transactions on fuzzy systems, vol. 15, no. 5, october 2007 Yi Cui, Chandima Ekanayake, Tapan K. Saha,
Peidong Du, and Hui Ma “Finite Element Method Modeled Dielectric for Condition Evaluation of Transformer Insulation” 2013 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena
Michel Duval, "A Review of Faults Detectable by Gas-in-Oil Analysis in Transformers", IEEE Insulation Magazine, May/June 2002 Vol. 18,No. 3, pp. 8-17.
IEC 60422, "Mineral insulating oils in electrical equipment - Supervision and maintenance guidance", Third edition, 2005.
IEEE Std C57.106-2006, "IEEE Guide for Acceptance and Maintenance of Insulating Oil in Equipment", IEEE Transformers Committee, 2006.
N. N. Karnik and J. M. Mendel, “Centroid of a type-2 fuzzy set,” Inform. Sci., vol. 132, pp. 195–220, 2001.O. Castillo and P. Melin, “A new approach for plant monitoring using type-2 fuzzy logic and fractal theory,” Int. J. Gen.
Syst., vol. 33, pp. 305–319, 2004.
Q. Liang and J. M. Mendel, “Equalization of nonlinear time-varying channels using type-2 fuzzy adaptive filters,” IEEE Trans. Fuzzy
Syst., vol. 8, no. 5, pp. 551–563, Oct. 2000.
M. Biglarbegian, W. Melek, and J. Mendel, “On the stability of interval type-2 TSK fuzzy logic control systems,” IEEE Trans. on Systems,
Man, and Cybernetics, Part B: Cybernetics,
vol. 41, no. 5, pp. 798–818, 2010.
Dongrui Wu, Machine Learning Lab, GE Global Research, Niskayuna, NY USA, WCCI 2012 IEEE World Congress on Computational Intelligence June, 10-15, 2012 - Brisbane, Australia
