Monday, 27 August 2018

Dissolved Gas Analysis (DGA) – Part IV

Foreword
Apabila pengujian DGA telah dilakukan, maka hasilnya harus dianalisis untuk menentukan kondisi peralatan elektrik yang diuji (trafo, OLTC, atau yang lain). Ada beberapa metode yang digunakan untuk menganalisis hasil pengujian DGA. Dalam bagian ini, hasil pengujian DGA dianalisis menggunakan kriteria volume sebagaimana digunakan dalam IEEE Std C57.104-2008 IEEE Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed Transformers.

Monitoring kerusakan isolasi dengan metode dissolved gas volume
Salah satu metode yang bisa digunakan untuk mengevaluasi kerusakan peralatan listrik yang menggunakan minyak isolasi adalah dengan mengukur besarnya gas terlarut dalam isolasi minyak tersebut; yang akan mengindikasikan suatu kerusakan awal.

Selain 9 faut gases sebagaimana dijelaskan dalam bab 2, konsep TDGC (total dissolved gas concentration) merupakan besaran yang cukup penting dalam metode analisis volume. TDGC adalah penjumlahan volume (dalam ppm, part per million) dari gas yang mudah terbakar yaitu H2, CH4, C2H6, C2H4 C2H2 dan CO. Dengan melihat plot pertumbuhan volume fault gases dan TDGC terhadap waktu, maka monitoring kondisi peralatan isolasi lebih mudah dilakukan.

Dikarenakan perbedaan manufaktur, kondisi pengoperasian, temperatur dan beberapa faktor eksternal; maka penentuan kondisi peralatan menjadi tidak mudah. Apakah peralatan dalam keadaan normal, memerlukan tindakan atau dalam keadaan bahaya. Jika tidak ada data histori mengenai fault gases dan TDCG, maka penggunaan 4 Level Kriteria berdasarkan IEEE Std C57.104-2008 Tabel 1 bisa digunakan, yaitu:

Condition 1:
TDGC dibawah level 1 mengindiksikan peralatan dalam kondisi sehat (satisfactorily). Jika konsentrsi fault gases melebihi rekomendasi Level 1, maka investigsi lebih lanjut harus dilakukan.

Condition 2:
TDGC yang berada di Level 2 mengindiksikan peralatan dalam kondisi tidak normal. Jika konsentrsi fault gases melebihi rekomendasi Level 2, maka investigsi lebih lanjut harus dilakukan untuk mendapatkan plot pertumbuhan gas tersebut.

Condition 2:
TDGC yang berada di Level 3 mengindiksikan adanya dekomposisi pada level yang cukup tinggi. Jika konsentrsi fault gases melebihi rekomendasi Level 2, maka investigsi lebih lanjut harus dilakukan karena dikhawatirkan bahwa kerusakan sudah mulai terbentuk.

Condition 4:
TDGC yang melebihi Level 4 mengindiksikan dekomposisi yang parah. Mengopersikan peralatan yang berada di Level 4 berpotensi mengakibatkan kerusakan yang meluas.

Yang perlu menjadi catatan adalah bahwa nilai yang tertera dalam tabel 1 adalah sebuah nilai konsensus dari pengamatan mayoritas manufaktur trafo.  Nilai tersebut dapat digunakan sebagai dasar analisis apabila tidak data histori konsentrsi fault gases dan TDGC. Namun, apabila memiliki data dengan kevalidan lebih tinggi (misalkan pengalaman dari manufaktur trafo yang sama), maka level tersebut dapat digunakan sebagai dasar analisis.

To be continued to part 5
Before: Part 3

Paiton, 27 August 2018 18.07

Monday, 20 August 2018

Dissolved Gas Analysis (DGA) – Part III


Tipe-tipe Gangguan
Berdasarkan inspeksi internal yang dilakukan pada ratusan trafo yang terganggu, berikut adalah 5 tipikal kerusakan trafo beserta kodenya sebagaimana disebutkan dalam IEC 60599:

1. Partial Discharge (PD)
Partial discharge dari sebuah korona menghasilkan dekomposisi pada isolasi kertas, bahkan jika berbentuk spark akan menghasilkan lubang dan karbonisasi pada isolasi kertas. Namun, tipe ini sangat sulit untuk ditemukan, salah satunya dikarenakan lokasinya.

2. Discharge of Low Energy (D1)
Kondisi ini dapat terjadi pada isolasi kertas maupun minyak isolasi. Pada isolasi kertas, karbonisasi dapat terjadi di permukaan (tracking) atau hingga ke dalam struktur isolasi kertas. Pada minyak isolasi, partikel karbon dapat terbentuk khususnya di bagian diverter switch, untuk trafo yang dilengkapi OLTC (on-load tap changer)

3. Discharge of High Energy (D2)
Kondisi ini ditandai dengan kerusakan dan karbonisasi yang lebih parah pada isolasi kertas, pelelehan metal pada titik pusat discharge dan kondisi karbonisasi pada minyak isolasi yang lebih ekstrim.

4. Thermal Fault (T1 atau T2)
Dikategorikan sebagai T1 apabila temperatur gangguan di bawah 300°C, ditandai dengan perubahan warna isolasi kertas menjadi kecoklatan. Kategori T2 diberikan apabila temperatur gangguan di atas 300°C, ditandai dengan munculnya karbonisasi.

5. Thermal Fault (T3)
Kategori ini diberikan apabila temperatur gangguan di atas 700°C, ditandai karbonisasi minyak isolasi yang sangat parah, adanya perubahan warna metal (800°C) dan atau pelelehan metal (>1000°C)

to be continued to part 4...
Before: Part 2

Paiton, 20 Agustus 2018 19.22 

Dissolved Gas Analysis (DGA) – Part II


Foreword
Pada bagian I telah disebutkan bahwa fault gases terbentuk karena adanya thermal fault dan electrical fault yang memicu dekomposisi material. Pada bagian ini, terbentuknya fault gases akan dijelaskan sedikit lebih detail. Selain itu, ada sumber fault gas yang perlu untuk didiskusikan.

Dekomposisi Minyak Trafo
Trafo adalah mesin elektrik yang paling umum menggunakan minyak sebagai media isolasi. Gangguan termal dan elektrik adalah 2 penyebab umum terbentuknya dissolved gas  pada sebuah trafo, melalui proses yang relatif kompleks. Secara fundamental, putusnya ikatan hidrogen-karbon dan karbon-karbon akan membentuk molekul gas hidrogen, metana, ethana dan semacamnya. Secara lanjut dimungkinkan terbentuknya ethilena dan asethilena. Terbentuknya fault gas sangat bergantung pada jenis rantai hidrokarbon, distribusi energi dan termal serta durasi terjadinya stress elektrik dan termal. Selain itu, terbentuknya beberapa fault gas secara empiris terbukti bergantung pada temperatur, hal ini menjadi salah satu dasar interpretasi dari DGA.

Berikut adalah daftar fault gases yang diidentifikasi dalam DGA:
- hydrogen (H2)
- methane (CH4)
- acetylene (C2H2
- ethylene (C2H4)
- ethane (C2H6)
- carbon monoxide (CO)
- carbon dioxide (CO2)

Selain itu terdapat Oxygen (O2) dan Nitrogen (N2), yang meskipun bukan fault gases, dimasukkan dalam proses analisis sebagai faktor yang mempengaruhi suatu gangguan atau terbentuknya gas lain.

Dekomposisi Isolasi Selulosa (celulose)
Isolasi selulosa, yaitu salah satu jenis isolasi padat, adalah isolasi yang umum digunakan pada sebuah trafo. Bentuknya dapat berupa blok kayu, pressbord, atau yang paling umum adalah isolasi kertas (kraft paper). Sebagaimana ditunjukkan dalam gambar 1, kraft paper adalah isolasi utama antar belitan. Struktur ini bersama dengan belitan, direndam dalam minyak trafo.

Rantai ikatan polimer sebuah isolasi selulosa, secara termal, memiliki stabilitas lebih lemah daripada minyak trafo. Pemutusan rantai polimer terlihat sangat signifikan pada temperatur 105°C, serta karbonisasi pada temperatur 300°C. Temperatur adalah faktor penting dalam dekomposisi selusola. Proses ini dipercepat dengan adanya kandungan oksigen dan kelembaban (air) pada minyak trafo.

Hasil utama dekomposisi selulosa adalah:
- carbon monoxide (CO)
- carbon dioxide (CO2)
- air (H2O) 

Selain itu, akan dihasilkan molekul berikut dalam jumlah kecil:
- hydrogen (H2)
- methane (CH4)
- furan

Terbentuknya molekul diatas berbanding secara eksponensial terhadap temperatur dan volume material selulosa.

Sumber Gas yang Lain
Selain dari dekomposisi di atas, fault gases bisa dihasilkan dari reaksi kimia yang melibatkan struktur baja dan lapisan anti-karat (coating).

Dalam suatu kasus, hidrogen bisa dihasilkan dari reaksi baja dengan air, jika terdapat oksigen di sekitarnya. Ada beberapa temuan yang menyatakan adanya sejumlah besar hidrogen pada trafo yang tidak pernah digunakan, dicurigai merupakan produk reaksi antara air dengan coating atau reaksi stainless steel dengan minyak melalui bantuan oksigen di sekitarnya. Hidrogen juga memiliki kemungkinan terserap selama proses manufaktur atau pengelasan dan terrilis ke minyak secara pelan.

Terpaparnya minyak trafo dengan matahari secara langsung bisa menjadi penyebab timbulnya fault gases. Hal yang sama juga mungkin terjadi pada reaksi-reaksi yang melibatkan beberapa jenis coating pada bagian internal trafo.

Meskipun peluang terjadinya sangat jarang (namun mungkin), maka DGA atau material comptibility test perlu diterapkan. 

to be continued to part 3
Before: Part 1

 Paiton, 20 Agustus 2018 19.19

Thursday, 26 October 2017

Transformator dalam Bidang Pembangkitan – Part II



Pedoman Umum Koneksi Trafo 3 Phasa
Untuk trafo 3 phase, terdapat dua macam koneksi yaitu koneksi pada sisi belitan primer dan belitan sekunder. Setiap belitan dapat dikoneksikan sebagi star atau koneksi delta. Namun, berikut adalah pedoman umum dalam menentukan koneksi trafo 3 phase.

Dikarenakan sistem 3 phase membutuhkan earthing, maka hal ini akan dengan sangat mudah dipenuhi apabila tipe belitannya dikoneksikan star. Koneksi star memiliki titik netral, dapat dipergunakan sebagai koneksi ke jaringan earthing; baik itu koneksi secara langsung (solidly) atau melalui fault current limiting resistor.

Di sisi lain, ada fakta yang menarik bahwa seiring dengan meningkatnya penggunaan peralatan berbasis semikonduktor, maka kandungan harmonik ketiga dalam sistem daya elektrik semakin tinggi (harmonik orde ketiga memiliki amplitudo tertinggi dibanding orde harmonik yang lain). Untuk menghindari transfer harmonik dari sisi primer ke sekunder atau sebaliknya, maka digunakan koneksi delta pada satu bagian yang lain. Hal ini dikarenakan koneksi delta dapat menyediakan jalur berimpedansi rendah untuk arus harmonik ketiga. Dengan demikian, kandungan harmonik ketiga dalam gelombang tegangan dapat dikurangi dan bahkan dihilangkan.

Secara sederhana, trafo 3 phase akan dikoneksikan star-delta untuk mendapatkan manfaat sebagaimana deskripsi di atas. Sebagai konsekuensi, maka gelombang tegangan sisi sekunder akan terdistorsi (tergeser) sebesar 30 derajat dari sisi primer.

Namun, dikarenakan beberapa kebutuhan dan keterbatasan, pedoman dasar ini tidak dapat diaplikasikan. Akibatnya, ada beberapa trafo yang dikoneksikan star-star atau delta-delta.

Trafo 3 phasa dengan Koneksi Star-Star
Dalam sistem pembangkitan, terdapat trafo 3 phasa yang harus dikoneksikan star-star. Secara lebih detail, penyebabnya akan dideskripsikan dalam chapter bahasan selanjutnya.

Dengan menggunakan koneksi star-star, tentu saja tidak akan bermasalah dengan sistem earthing. Sebagai konsekuensi, tidak ada distorsi gelombang tegangan (pergeseran sudut phasa adalah 0 derajat). Namun, penggunaan koneksi star-star telah ‘melanggar’ aturan dasar bahwa satu belitan harus dikoneksikan delta. Tanpa adanya koneksi delta, berarti proses eliminasi harmonik orde tiga tidak dapat dilakukan.
Sebagi solusi, dipasang belitan ketiga yang disebut sebagai belitan tersier (tertiary winding); tentu saja belitan tersier dikoneksikan secara delta sebagaimana ditunjukkan dalam gambar 3. Belitan tersier memberikan keuntungan dalam eliminasi harmonik order tiga, namum memiliki kelemahan. Hal ini akan didideskripsikan saat membahas jenis-jenis trafo dalam bidang pembangkitan.
Gambar 3. Trafo Berkoneksi Star-Star dengan Belitan Tersier

Paiton, 26 October 2017 19:24

Reference:
Modern Power Station Practice – Electrical Systems and Equipment – Volume D. Pergamon Press. 1992.
http://electriciantheory.blogspot.co.id/2013/04/three-winding-transformers.html