LAPORAN AKHIR PENELITIAN DASAR UNIVERSITAS LAMPUNG
RANCANG BANGUN ALAT MONITORING LOSS OF LIFE TRANSFORMATOR DISTRIBUSI MENGGUNAKAN
TEKNOLOGI INTERNET OF THINGS
OSEA ZEBUA, S.T., M.T., SINTA ID: 6652802
DR. ENG. ENDAH KOMALASARI, S.T., M.T., SINTA ID: 6123200 SYAIFUL ALAM, S.T., M.T., SINTA ID: 6133940
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
2021
0 RINGKASAN
Transformator distribusi merupakan peralatan yang sangat penting dalam pendistribusian daya listrik ke pengguna energi listrik. Tidak adanya peralatan yang memonitor besaran-besaran listrik dan temperatur pada transformator distribusi mengakibatkan kerusakan pada transformator distribusi tidak dapat diketahui. Berbagai karakteristrik operasi dan gangguan yang terjadi dapat mengurangi umur pelayanan (lifetime service) transformator distribusi. Pembebanan berlebihan, ketidakseimbangan beban dan gangguan hubungsingkat dapat mengakibatkan temperatur isolasi transformator naik dan mengakibatkan kerusakan isolasi transformator distribusi. Pemantauan dan monitoring transformator distribusi setiap waktu terkendala dengan jumlah transformator distribusi yang sangat banyak, letak dan posisi pemasangan transformator distribusi dan jumlah tenaga pemantau yang terbatas. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat suatu peralatan yang dapat memonitoring prediksi loss of life (berkurangnya umur pelayanan) transformator distribusi dari jarak jauh dan kontinyu berbasis mikrokontroler dan teknologi internet of things (IoT). Hasil penelitian menunjukkan bahwa peralatan yang dibuat mampu menampilkan prediksi loss of life, besaran-besaran listrik dan temperatur transformator distribusi secara online dan dapat dilihat melalui peralatan yang terhubung ke jaringan internet.
Kata-kata kunci: monitoring online, loss of life, transformator distribusi, internet of things, mikrokontroler
1 BAB 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Permasalahan
Transformator distribusi merupakan peralatan distribusi daya listrik yang sangat penting. Transformator distribusi mengkonversi besaran tegangan dan arus dari jaringan distribusi tegangan menengah 20 kV sehingga dapat digunakan pada jaringan tegangan rendah 220V/380V dimana banyak beban-beban listrik konsumen terhubung. Peralatan- peralatan instrumentasi atau pengukuran hanya sebagian kecil terdapat pada transformator distribusi dan hanya digunakan untuk mengukur besar pemakaian daya listrik dari suatu transformator distribusi. Peralatan instrumentasi pada transformator distribusi relatif mahal biayanya dan tidak menginformasikan kondisi-kondisi lainnya dari transformator distribusi. Selain itu, operator distribusi daya listrik hanya dapat melihat besaran hasil pengukuran di lapangan dan tidak dapat melihat dari tempat lain yang jauh dari lokasi transformator distribusi.
Kerusakan-kerusakan yang terjadi pada transformator distribusi biasanya disebabkan oleh beberapa hal, antara lain pembebanan berlebih, gangguan saluran, surja pensaklaran atau petir, ketidakseimbangan beban, kebocoran minyak, lepasnya hubungan dari saklar di bushing, pentanahan yang tidak baik, dan pemeliharaan yang tidak baik. Pembebanan berlebih dan ketidakseimbangan beban menyumbang 45% dari penyebab kerusakan dan kegagalan dari transformator distribusi (Salustiano et al, 2013).
Pembebanan yang berlebihan dan ketidakseimbangan beban atau arus yang mengalir pada setiap fasa dapat meningkatkan panas atau temperatur pada konduktor sehingga menyebabkan isolasi transformator mengalami degradasi atau penurunan fungsi kerja.
Monitoring besaran-besaran listrik dan loss of life (berkurangnya umur pelayanan) dari transformator distribusi mutlak dilakukan setiap waktu untuk menghindarkan kerusakan- kerusakan dan kegagalan transformator distribusi dan juga memprediksi umur pelayanan transformator. Monitoring dapat dilakukan dari tempat lain yang jauh dari lokasi transformator distribusi. Perkembangan teknologi komunikasi dan informasi memungkinkan monitoring transformator distribusi dari jarak jauh dan tanpa kabel. Selain itu, data monitoring dapat disimpan dan ditampilkan secara online sehingga monitoring
2 besaran- besaran listrik dan prediksi loss of life dari transformator distribusi dapat dilakukan.
1.2. Tujuan Khusus
Tujuan khusus dari penelitian ini adalah berdasarkan tahapan-tahapan yang dilakukan sebagai berikut:
1. Menguji konsep perhitungan loss of life dari transformator distribusi.
2. Merancang dan membuat peralatan berbasis teknologi digital untuk mengukur besaran- besaran listrik, yakni tegangan, arus, ketidakseimbangan beban, temperatur dan loss of life dari transformator distribusi.
3. Merancang dan membuat peralatan berbasis teknologi digital dan teknologi komunikasi nirkabel untuk mengirimkan data hasil pengukuran ke jaringan internet.
4. Merancang dan membuat sistem pengiriman data untuk mengakses data yang telah dikirim ke jaringan internet ke suatu peralatan tampilan untuk kebutuhan monitoring.
1.3. Urgensi dan Manfaat Penelitian
Tidak terdapatnya peralatan instrumentasi untuk kebutuhan pengukuran dan monitoring besaran listrik serta besarnya kemungkinan kerusakan yang terjadi pada transformator distribusi akibat pemanasan yang diakibatkan oleh pembebanan berlebih dan ketidakseimbangan tegangan dan beban arus membutuhkan peralatan monitoring besaran listrik dan temperatur serta loss of life dari transformator distribusi yang dapat dilihat tidak hanya pada lokasi transformator distribusi berada tetapi juga dapat dimonitor dari tempat lain yang jauh dari lokasi transformator tersebut.
Penelitian ini mengusulkan metode monitoring loss of life dari transformator distribusi menggunakan teknologi IoT. Peralatan monitoring yang dibuat dapat diterapkan untuk kebutuhan memonitoring “kesehatan” dan loss of life dari transformator distribusi yang dapat dilakukan dari jarak jauh.
Dengan menggunakan teknologi IoT penelitian ini mempunyai manfaat antara lain:
1. Mengembangkan penggunaan teknologi internet of things untuk memonitoring besaran- besaran listrik dan loss of life dari transformator distribusi.
3 2. Hasil penelitian diharapkan dapat memberikan sumbangan pada pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi monitoring yang dapat diterapkan pada operasi sistem distribusi tenaga listrik khususnya pada jaringan tegangan menengah.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Transformator distribusi adalah peralatan listrik yang mengkonversi nilai tegangan dan arus dari sisi primer (sisi tegangan tinggi) ke sisi sekunder (sisi tegangan rendah).
Setiap sisi mempunyai belitan atau kumparan yang terbuat dari konduktor tembaga dengan inti terbuat dari besi. Konversi daya dari sisi primer ke sisi sekunder dilakukan dengan prinsip induksi elektromagnetik. Untuk menghindarkan terjadinya hubung singkat antar belitan setiap konduktor belitan diisolasi dengan isolator. Panas yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada konduktor dapat menyebabkan panas pada isolator transformator distribusi, sehingga biasanya transformator distribusi juga dilengkapi dengan sistem pendingin.
Umumnya besar tegangan dan arus maksimum yang mengalir sudah ditentukan dan dinyatakan dalam nameplate transformator distribusi dan keterangan lain yang diikutsertakan pada katalog transformator distribusi. Transformator distribusi juga sudah diperlengkapi dengan fuse sebagai alat proteksi bila terdapat kelebihan arus yang mengalir pada transformator distribusi. Namun, akibat dari beberapa hal yang terjadi pada saat operasi, panas yang dihasilkan dapat mengakibatkan kerusakan pada isolasi dan menyebabkan penurunan kemampuan isolasi untuk mengisolasi bagian yang bertegangan dengan bagian lain yang bertegangan maupun tidak bertegangan. Hal ini kemudian dapat memicu hubung singkat antar bagian dan tentu saja mengakibatkan transformator distribusi mengalami kerusakan dan bahkan mengalami kegagalan fungsi.
Umur fisik dari transformator distribusi dibatasi oleh umur isolasi yang digunakan. Penuaan atau deteriorasi (penurunan kinerja) isolasi transformator distribusi tergantung pada waktu dan fungsi dari temperatur, dan kandungan moisture dan oksigen. Pada studi ini penuaan isolasi transformator distribusi hanya dipengaruhi oleh efek temperatur.
4 2.1. Model Termal Transien/Dinamis Transformator Distribusi
Model termal transien dari suatu transformator distribusi dengan isolasi minyak biasanya dinyatakan dengan model termal top-oil dan model termal hot-spot (IEEE Standard, 1995). Perilaku termal selama pembebanan, khususnya kondisi beban lebih dan ketidakseimbangan beban dapat diprediksi. Kenaikan temperatur hot spot adalah parameter yang sangat penting dalam penentuan umur pelayanan dari transformator distribusi. Temperatur hot-spot adalah jumlah dari temperatur ambient, kenaikan temperatur top-oil dan kenaikan temperatur hot-spot, yang ditunjukkan dengan persamaan:
𝑇𝐻𝑆 = ∆𝑇𝐻𝑆+ ∆𝑇𝑇0+ 𝑇𝐴 (1)
dimana 𝑇𝐴 adalah temperatur ambien dalam 0C, ∆𝑇𝑇0 adalah kenaikan temperatur top-oil terhadap temperatur ambien dalam 0K, dan ∆𝑇𝐻𝑆 adalah kenaikan temperatur hot-spot terhadap temperatur top-oil dalam 0K.
Temperatur hot-spot dan temperatur top-oil bervariasi terhadap pembebanan transformator distribusi. Tingkat respon kedua temperatur ini berbeda karena kapasitas dan resistansi termal dari konduktor belitan dan minyak. Kapasitas termal dan resistansi termal menentukan langsung konstanta waktu dari parameter tersebut. Oleh karena itu, perhitungan temperatur hot-spot dan perhitungan loss of life diulang untuk setiap periode beban.
Transfer panas dapat ditentukan dengan persamaan diferensial dan digunakan untuk faktor beban variasi waktu (per unit) dan temperatur ambien. Berdasarkan model yang diusulkan oleh Swift dkk. (Swift et al, 2001), maka temperatur top-oil, 𝑇𝑇0, dapat ditentukan sebagai berikut:
𝐼2𝛽+1
𝛽+1 (∆𝑇𝑇𝑂𝑅)1 𝑛⁄ = 𝜏𝑜𝑖𝑙𝑑𝑇𝑇0
𝑑𝑡 (𝑇𝑇0− 𝑇𝐴)1 𝑛⁄ (2)
dimana:
𝐼 = arus beban dalam p.u.
𝑇𝐴 = temperatur ambien dalam 0C 𝑇𝑇0 = temperatur top-oil dalam 0C
𝜏𝑜𝑖𝑙 = konstanta waktu top-oil dalam menit
∆𝑇𝑇𝑂𝑅 = kenaikan temperatur top-oil terhadap temperatur ambien dalam 0K 𝑛 = eksponen yang menyatakan linearitas (𝑛 = 0,8)
𝛽 = rasio rugi-rugi beban penuh terhadap rugi-rugi tanpa beban Konstanta waktu top-oil dapat dihitung dengan persamaan:
5 𝜏𝑜𝑖𝑙 =𝐶𝑡ℎ−𝑜𝑖𝑙×∆𝑇𝑇𝑂𝑅
𝑞𝑡𝑜𝑡,𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 × 50 (3)
𝐶𝑡ℎ−𝑜𝑖𝑙 = 0,48 × 𝑊𝑜𝑖𝑙 (4)
dimana:
𝐶𝑡ℎ−𝑜𝑖𝑙 = kapasitansi termal ekivalen dari minyak transformator (Wh/0C) 𝑞𝑡𝑜𝑡,𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = rugi-rugi total pada beban penuh (dalam Watt)
𝑊𝑜𝑖𝑙 = berat minyak dalam kg.
Temperatur hot-spot dapat dihitung dengan persamaan:
𝐼2(∆𝑇𝐻𝑆𝑅)1⁄𝑚 = 𝜏𝐻𝑑𝑇𝐻𝑆
𝑑𝑡 + (𝑇𝐻𝑆− 𝑇𝑇0)1⁄𝑚 (5)
𝜏𝐻 = 2,75 × ∆𝑇𝐻𝑆𝑅
(1+𝑃𝑒)×𝑆2 (6)
dimana:
𝑇𝐻𝑆 = temperatur hot-spot dalam 0C
∆𝑇𝐻𝑆𝑅 = rating kenaikan temperatur hot-spot terhadap temperatur top-oil dalam 0K 𝜏𝐻 = konstanta waktu hot-spot (belitan) dalam menit
𝑚 = eksponen yang menentukan linearitas (𝑚 = 0,8) 𝑃𝑒 = rugi-rugi belitan Eddy dalam Watt
𝑆 = kerapatan arus pada beban penuh (A/mm2)
2.2. Berkurangnya Umur Isolasi (Insulation Life Loss)
Estimasi umur pelayanan dari suatu transformator daya adalah sekitar 180.000 jam atau 20,83 tahun (IEEE Standard, 2011). Dengan asumsi kerusakan isolasi dapat dimodelkan sebagai kuantitas per unit untuk temperatur referensi 1100C, maka persamaan berikut dapat digunakan untuk prediksi penuaan isolasi yang dipercepat (Najdenkoski dkk, 2007; Sen, 2001; Bicen, 2014) yakni:
𝐹𝐴𝐴 = 𝑒(
15000 383 − 15000
𝑇𝐻𝑆+273)
(7) Kehilangan umur pelayanan isolasi pada interval waktu yang kecil dapat ditentukan dengan persamaan:
𝑑𝐿 = 𝐹𝐴𝐴𝑑𝑡 (8)
6 Sehingga, hilangnya umur pelayanan (loss of life) transformator distribusi selama siklus beban dapat dihitung dengan:
𝐿 = 1
𝑇∫ 𝐹0𝑇 𝐴𝐴 𝑑𝑡 (9)
Persamaan 6 mengindikasikan bahwa penuaan isolasi transformator adalah fungsi dari temperatur konduktor belitan karena arus beban. Temperatur belitan naik sangat lambat karena konstanta waktu dari material belitan. Sementara beban transformator distribusi selama satu hari bervariasi secara kontinyu. Oleh sebab itu, untuk memperoleh hasil yang realistik, interval waktu harus memiliki resolusi tinggi. Pada pengujian ini, pengukuran resolusi tinggi dan perhitungan pembebanan harus dievaluasi dalam orde detik.Waktu respon persamaan termal dapat dihitung secara akurat dan prediksi dapat dilakukan lebih baik.
Berdasarkan interval waktu pengukuran dan perhitungan, maka persentase loss of life (LOL) dapat dihitung dengan persamaan:
%𝐿𝑂𝐿 =𝐿×𝑇
𝑁𝐼𝐿× 100 (10)
dimana 𝑁𝐼𝐿 adalah normal insulation life (umur normal isolasi) dan 𝑇 adalah periode waktu pengukuran.
Waktu sisa umur pelayanan (remaining time), RT, dapat dihitung setelah memperoleh nilai L dengan periode waktu pembebanan yang ditentukan, yakni:
𝑅𝑇 = 𝑁𝐼𝐿 − (𝐿 × 𝑇) (11)
Perkembangan teknologi digital dan teknologi telekomunikasi semakin pesat dan memberi dukungan untuk kebutuhan monitoring besaran-besaran listrik dan loss of life transformator distribusi secara online dan nirkabel. Dengan hadirnya mikrokontroler yang dapat memproses pengambilan data dari sensor, proses perhitungan besaran-besaran listrik dan pengiriman data hasil proses, dan juga peralatan seperti ethernet shield yang mampu mengirimkan data ke peralatan lain secara nirkabel, maka monitoring secara online dan nirkabel dapat dilakukan dengan lebih mudah.
Perkembangan teknologi internet telah membawa perubahan pada perkembangan teknologi yang lain, salah satunya teknologi akuisisi data. Penerapan teknologi internet pada sistem akuisisi data telah melahirkan teknologi IoT (Wang et al, 2017). IoT adalah sistem fisik atau jaringan dari jaringan yang terdiri dari banyak objek/things dan sensor/aktuator yang saling terhubung dalam jaringan internet dan digunakan
7 sebagai sarana untuk mengalirkan data yang dihasilkan oleh sensor/things. Melalui IoT data akan dikumpulkan, dipertukarkan dan dianalisis untuk mendapatkan informasi yang bernilai terkait hubungan antar sensor tersebut. Teknologi IoT memungkinkan monitoring, pengendalian dan otomatisasi proses suatu objek dari jarak jauh di seluruh infrastruktur jaringan yang ada dan mampu menciptakan integrasi antara dunia fisik dan sistem digital, sehingga dapat meningkatkan efisiensi, akurasi, dan manfaat ekonomi.
Beberapa penelitian tentang monitoring transformator distribusi menggunakan IoT telah diusulkan namun belum menampilkan perhitungan loss of life. (Chen and Wang, 2011; Auday dkk., 2018; Pawar and Deosarkar, 2017).
2.3. State of Art Penelitian
Penelitian ini telah didahului dengan beberapa penelitian sebelumnya yang berkaitan, yaitu:
1. Penelitian yang memonitoring ketidakseimbangan beban pada jaringan tegangan menengah (Zebua, dkk, 2016). Penelitian dilakukan pada cubicle di ruangan kontrol gardu induk untuk memonitoring ketidakseimbangan beban pada jaringan tegangan menengah yang dipikul oleh transformator daya di gardu induk.
2. Penelitian yang memonitoring stabilitas tegangan pada jaringan distribusi tegangan rendah tiga fasa (Zebua, dkk, 2018). Penelitian ini telah menghasilkan alat monitoring berbasis mikrokontroler Arduino, yang dapat memonitoring besaran-besaran listrik tegangan, arus dan stabilitas tegangan dari jaringan distribusi tegangan.
3. Penelitian yang memonitoring ketidakseimbangan beban transformator distribusi menggunakan teknologi internet of things (Zebua, dkk, 2020). Penelitian ini telah menghasilkan alat monitoring berbasis mikrokontroler Arduino dan Internet of Things, yang dapat memonitoring ketidakseimbangan beban transformator distribusi dan besaran listrik lainnya secara online. Hasil penelitian ini sangat mendukung kebutuhan monitoring loss of life and prediksi umur pelayanan (lifetime) transformator distribusi.
8 BAB 3 METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Sistem Tenaga Listrik, Laboratorium Terpadu Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung dan di lapangan, yakni pada transformator distribusi yang ada di lingkungan Universitas Lampung.
Secara umum alat monitoring loss of life transformator distribusi dirancang untuk dapat memonitor besaran-besaran listrik dan menghitung loss of life dan estimasi sisa umur pelayanan (remaining lifetime) dari transformator distribusi secara online dan dinamis serta mengirimkan data hasil monitoring ke penerima jarak jauh melalui jaringan internet. Blok diagram perancangan alat monitoring loss of life transformator distribusi dengan pengiriman data ke jaringan internet ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2. Blok Diagram Perancangan Alat
Sesuai gambar 2, tahap-tahap kegiatan atau metode penelitian antara lain, adalah:
3.1. Perancangan dan Pembuatan Alat Pengukuran Tegangan, Arus dan Loss of Life Transformator Distribusi Berbasis Mikrokontroler.
Komponen-komponen peralatan yang digunakan antara lain adalah mikrokontroler Arduino Mega 2560, sensor tegangan ZMPT101B untuk mengukur tegangan rms satu fasa ke netral, sensor arus SCT019 untuk mengukur arus rms, sensor temperatur DHT11 untuk mengukur temperatur.
Besaran tegangan dan arus diukur oleh sensor tegangan dan sensor arus. Program komputer untuk menghitung nilai tegangan dan arus rms adalah menggunakan
9 perangkat lunak Energy Monitor yang berbasis bahasa pemrograman C. Hasil pengukuran tegangan, arus dan ketidakseimbangan beban kemudian diproses dengan pemrograman di mikrokontroler untuk melihat kondisi daya, stabilitas tegangan, ketidakseimbangan beban dan temperatur dari transformator distribusi. Kegiatan ini dikoordinir oleh anggota peneliti 2.
3.2. Pengujian Peralatan Pengukuran Tegangan, Arus, dan Loss of Life Transformator Distribusi.
Pengujian dilakukan di laboratorium untuk memperoleh nilai tegangan, arus dan ketidakseimbangan beban yang dihasilkan oleh masing-masing sensor dan mengkalibrasi nilai yang tepat pada pemrograman komputer yang diupload ke mikrokontroler Arduino. Pengujian peralatan dilakukan pada transformator distribusi setelah hasil kalibrasi peralatan yang sesuai telah diperoleh. Kegiatan ini dikoordinir oleh anggota peneliti 1.
3.3. Perancangan dan Pembuatan Peralatan Pengiriman Data Tanpa Kabel ke Jaringan Internet
Komponen-komponen peralatan yang digunakan untuk mengirimkan data-data hasil pengukuran antara lain adalah Ethernet Shield, Router dan Modem Internet 3G/4G.
Pemrograman komputer dibuat untuk mengaktifkan semua komponen dan mengirimkan data hasil pengukuran ke jaringan internet dan program komputer di-upload ke mikrokontroler. Kegiatan ini dikoordinir oleh ketua peneliti dan anggota peneliti 2.
3.4. Pengujian Peralatan Pengiriman Data Tanpa Kabel ke Jaringan Internet
Pengujian peralatan pengiriman data tanpa kabel ke jaringan internet dilakukan di laboratorium untuk memastikan bahwa data dapat dikirim dengan waktu yang sesuai dan kontinyu. Pengujian peralatan baru dilakukan di transformator distribusi bila semua pemrograman komputer telah dikalibrasi sesuai dengan yang diinginkan dan ditentukan.
Kegiatan ini dikoordinir oleh anggota peneliti 1.
10 3.5. Pengujian Peralatan Secara Keseluruhan
Pengujian pengiriman data hasil pengukuran ke website atau webserver dilakukan di laboratorium untuk menguji efektifitas peralatan dan website yang telah dibuat dan efektifitas akses ke website monitoring yang diterima oleh peralatan penerima yakni di handphone dan di laptop atau komputer. Pengujian baru dilakukan di transformator distribusi bila keefektifan peralatan dan akses dari dan ke website atau webserver sudah mencukupi.
Kegiatan ini dikoordinir oleh ketua peneliti dan anggota peneliti 1.
Adapun spesifikasi transformator distribusi yang diuji ditunjukkan pada tabel di bawah ini.
Tabel 1 Karakteristik Transformator Distribusi A. Karakteristik Umum
Pembuat SINTRA
Tipe transformator Hermetically Sealed Totally Oil Filled
Kondisi servis Outdoor
Tipe minyak Minyak mineral
Jumlah fasa 3 Fasa
Frekuensi 50 Hz
B. Spesifikasi Teknis
Kapasitas 200 kVA
Tegangan Primer 20 kV
Tegangan Sekunder 0,4 kV
Grup Vektor Dyn5
Sistem Pendingin ONAN
Kenaikan Temperatur - Minyak 50 0C - Belitan 55 0C
Rugi-rugi tanpa beban 480 Watt
Rugi-rugi berbeban 2500 Watt
Tegangan impedansi 4 %
Arus tanpa beban 2,2 %
Kelas isolasi temperatur A
Kebisingan (noise) 55 dB
Nilai tap di luar rangkaian 5%; 10%
C. Berat dan Dimesi
Berat minyak 282 kg
Berat inti dan belitan 550 kg
Total berat 1115 kg
11 Dari karakteristik transformator distribusi di atas, maka dapat diperoleh beberapa kuantitas untuk kebutuhan perhitungan temperatur hot-spot dan temperatur top-oil, seperti yang ditunjukkan pada tabel 2 berikut.
Parameter Nilai
Arus sisi primer (Ip) 5,773503 A
Arus sisi sekunder (Is) 288,6751 A
Rugi-rugi tembaga (Cu) total 2020 Watt
Rasio rugi-rugi beban penuh terhadap rugi-rugi tanpa beban () 5,208333 Drop tegangan impedansi sisi sekunder (Vs) 9,237604 V
Drop impedansi per fasa (Z02) 0,032 ohm
Drop resistansi per fasa (R02) 0,00808 ohm
Drop reaktansi per fasa (X02) 0,030963 ohm
Top-oil
Kapasitansi termal ekivalen (Cth) 135,36 Wh/0C)
Kenaikan temperatur top-oil terhadap temperatur ambien (TTOR)
50 0K
Konstanta waktu rated top-oil (oil) 162,432 menit Hot-spot
Rugi-rugi Eddy pada kondisi rating (Pe) 0,7 p.u.
Kenaikan temperatur hot-spot terhadap temperatur top-oil pada kondisi rating (THSR)
38 0K
Konstanta waktu belitan (hot-spot) 5 menit
Dengan menganggap interval waktu yang konstan, maka perubahan temperatur top-oil dan temperatur hot-spot masing-masing dihitung sesuai dengan persamaan:
∆𝑇𝑇0 = 1
𝜏𝑜𝑖𝑙 𝐼2𝛽+1
𝛽+1 (∆𝑇𝑇𝑂𝑅)1 𝑛⁄
(𝑇𝑇0−𝑇𝐴)1 𝑛⁄ (12)
∆𝑇𝐻𝑆 =𝐼2(∆𝑇𝐻𝑆𝑅)
1⁄𝑚−(𝑇𝐻𝑆−𝑇𝑇0)1⁄𝑚
𝜏𝐻 (13)
12 BAB 4. LUARAN DAN TARGET CAPAIAN
4.1. Alat Monitoring Loss of Life Transformator Distribusi.
Luaran yang dihasilkan dalam penelitian ini antara lain adalah peralatan monitoring loss of life transformator distribusi menggunakan teknologi internet of things. Bentuk fisik dari peralatan monitoring ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Alat Monitoring Loss of Life Transformator Distribusi
4.2. Hasil Pengujian Alat Monitoring Loss of Life
Pengujian alat monitoring dilakukan pada sisi sekunder transformator distribusi, yakni pada sisi panel hubung bagi transformator distribusi yang terletak di Universitas Lampung, seperti ditunjukkan pada gambar 4.
Gambar 4. Rangkaian Pengujian di Transformator Distribusi
Pengujian dilakukan selama kurang lebih setengah jam dan data-data hasil pengujian dikirimkan ke internet melalui modem dan Ethernet Shield. Data-data kemudian disimpan di platform data terbuka Internet of Things (IoT) Thingspeak sebagai webserver.
13 Hasil pengujian yang dikirimkan ke Thingspeak antara lain adalah arus setiap fasa, tegangan setiap fasa, temperatur ambien, temperatur hot-spot dan estimasi loss of life untuk setiap waktu pengujian. Rentang waktu pengambilan sampel data pengukuran adalah 10 detik.
Hasil pengukuran arus setiap fasa ditunjukkan pada gambar 5, gambar 6 dan gambar 7.
Gambar 5. Hasil Pengukuran Arus Pada Fasa A
Gambar 6. Hasil Pengukuran Arus Pada Fasa B
Gambar 7. Hasil Pengukuran Arus Pada Fasa C
Dari gambar 5, gambar 6 dan gambar 7 terlihat bahwa arus hasil pengukuran pada setiap fasa mengalami kenaikan. Hal ini menunjukkan bahwa beban yang digunakan semakin besar selama periode waktu pengukuran.
14 Hasil pengukuran tegangan pada setiap fasa ditunjukkan pada gambar 8, gambar 9 dan gambar 10.
Gambar 8. Hasil Pengukuran Tegangan Pada Fasa A
Gambar 9. Hasil Pengukuran Tegangan Pada Fasa B
Gambar 10. Hasil Pengukuran Tegangan Pada Fasa C
Dari gambar 8, gambar 9 dan gambar 10 dapat dilihat bahwa nilai tegangan rms setiap fasa mengalami penurunan, hal ini sesuai dengan kenaikan beban atau arus pada setiap fasa.
Persentase pembebanan transformator distribusi mengalami kenaikan seiring dengan naiknya arus pada setiap fasa, seperti ditunjukkan pada gambar 11.
15 Gambar 11. Persentase Pembebanan Transformator Distribusi
Hasil pengukuran temperatur ambien atau temperatur di lingkungan transformator distribusi ditunjukkan pada gambar 12. Seiring dengan bertambahnya waktu, temperatur ambien mengalami kenaikan. Hal ini disebabkan kondisi matahari pada rentang waktu pengujian bersinar penuh, sehingga mempengaruhi temperatur di sekitar transformator.
Gambar 12. Hasil pengukuran temperatur ambien
Kenaikan temperatur ambien dan kenaikan arus beban pada setiap fasa turut memberikan andil dalam menaikkan temperatur top-oil (minyak isolasi transformator distribusi) dan temperatur hot-spot (temperatur belitan transformator distribusi). Hasil perhitungan temperatur top-oil dan temperatur hot-spot masing-masing ditunjukkan pada gambar 13 dan gambar 14.
16 Gambar 13. Hasil Perhitungan Temperatur Top-Oil
Gambar 14. Hasil Perhitungan Temperatur Hot-spot
Perubahan temperatur top-oil TTO dan perubahan temperatur hot-spot THS sangat bervariasi. Besar perubahan mengalami kenaikan dan penurunan dan hal ini sangat dipengaruhi oleh perubahan arus beban, ketidakseimbangan beban dan konstanta waktu, seperti ditunjukkan pada gambar 15 dan gambar 16.
Gambar 15. Hasil Perhitungan Perubahan Temperatur Top-oil
17 Gambar 16. Hasil Perhitungan Perubahan Temperatur Hot-spot
Faktor percepatan penuaan isolasi belitan transformator selama rentang waktu pengujian semakin naik seiring dengan semakin naiknya temperatur hot-spot dan hal ini ditunjukkan pada gambar 17.
Gambar 17. Hasil Perhitungan Faktor Percepatan Penuaan
Hasil perhitungan prediksi loss of life transformator distribusi ditunjukkan pada gambar 18. Nilai prediksi loss of life tidak tetap dan hal ini bergantung pada kondisi pembebanan dan temperatur hot-spot.
Gambar 18. Hasil Perhitungan Prediksi Loss of Life
18 4.3. Luaran Wajib Lainnya
Luaran wajib lainnya adalah publikasi pada jurnal ilmiah atau seminar ilmiah terindeks Scopus dan statusnya masih dalam penulisan.
BAB 5. KESIMPULAN
Kesimpulan dari penelitian ini antara lain adalah:
1. Peralatan monitoring yang dibuat mampu untuk menampilkan hasil prediksi loss of life secara online dan dapat dimonitoring dari jarak jauh melalui peralatan yang terhubung ke jaringan internet.
2. Peralatan monitoring juga dapat menampilkan besaran-besaran listrik dan temperatur transformator distribusi secara online.
19 DAFTAR PUSTAKA
[1]. Salustiano, R., Neto, E., and Martinez, M., 2013, The Unbalanced Load Cost on Transformer Losses at A Distribution System, 22nd International Conference and Exhibition on Electricity Distribution, pp.1-3.
[2]. IEEE Guide for Loading Mineral Oil-Immersed Transformers and Step- Voltage Regulators, 2011, IEEE Standard C57.91.
[3]. Swift, G., Moliniski, T.S., Lehn, W., 2001, A Fundamental Approach to Transformer Modeling Part I: Theory and Equivalent Circuit, IEEE Transaction on Power Delivery, vol.16, no.2, pp.171-175.
[4]. IEEE Guide for Loading Mineral Oil-Immersed Transformers, 1995, IEEE Standard C57.91.
[5]. Najdenkoski, K., Rafajlovski, G. and Dimcev, V., 2007, Thermal Aging of Distribution Transformers According to IEEE and IEC Standards, IEEE Power Eng.
Soc. General Meeting, pp. 1-5.
[6]. Sen, P.K., and Sarunpong, P., 2001, Overloading and Loss-of-Life Assessment Guıdelines of Oil-Cooled Transformers, Rural Electric Power Conferences, pp. 1-8.
[7]. Bicen, Y., Aras, F., and Kirkici, H., 2014, Lifetime Estimation and Monitoring of Power Transformer Considering Annual Load Factors, IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation, vol.21, no.3, pp.1360-1367.
[8]. Wang, K., 2017, A Survey on Energy Internet: Architecture, Approach, and Emerging Technologies, IEEE System Journal.
[9]. Cheng, X.H., and Wang, Y., 2011, The Remote Monitoring System of Transformer Fault Based on The Internet of Things, 2011 International Conference on Computer Science and Network Technology, December 24-26, pp. 84-87.
[10]. Mohamad, Auday AH, Yaqeen S. Mezaal, and Seevan F. Abdulkareem, 2018, Computerized Power Transformer Monitoring Based on Internet of Things, International Journal of Engineering & Technology, vol.7, no.4, 2773-2778.
[11]. Pawar, R.R., and Deosarkar, S.B., 2017, Health Condition Monitoring System For Distribution Transformer Using Internet of Things (IoT), Proceedings of the IEEE
20 2017 International Conference on Computing Methodologies and Communication (ICCMC), pp. 117-122.
[12]. Yaman, O., and Bicen, Y., 2019, An Internet of Things (IoT) Based Monitoring System for Oil-immersed Transformer. Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering, vol.7, no.3, pp.226-234.
[13]. Zebua, O., Setiawan, A.H., Soedjarwanto, N., Anggara, J. dan Haris, A., 2016, Rancang Bangun Alat Monitoring Ketidakseimbangan Beban Pada Jaringan Tegangan, Menengah, Jurnal Nasional Teknik Elektro, Vol.5, No.3, November 2016, halaman 405-413.
[14]. Zebua, O., Soedjarwanto, N. dan Anggara, J., 2018, Rancang Bangun Alat Deteksi Stabilitas Tegangan Jangka Panjang Pada Jaringan Distribusi Tegangan Rendah, Electrician – Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro, Vol. 12, No.2, Mei 2018, halaman 33-37.
[15]. Zebua, O., Soedjarwanto, N. dan Anggara, J., 2018, Monitoring Stabilitas Tegangan Pada Jaringan Distribusi Tegangan Rendah, Prosiding Seminar Nasional Teknologi Elektro Terapan, Vol.2, Politeknik Negeri Malang, 18-19 Oktober 2018, hal.69-72.
[16]. Zebua, O., Komalasari, E., Alam, S. dan Aldiansyah, Rancang Bangun Alat Monitoring Ketidakseimbangan Beban Transformator Distribusi Berbasis Teknologi Internet of Things, Electrician – Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro, Vol. 15, No.2, Mei 2021, halaman 146-152.
[17]. Zebua, O., Komalasari, E., Alam, S. dan Aldiansyah, Monitoring Ketidakseimbangan Beban Transformator Distribusi Menggunakan Internet of Things, Jurnal Dielektrika, Vol.8, No.2, Agustus 2021, halaman 103-110.
