monitoring kondisi trafo daya secara online...
TRANSCRIPT
MONITORING KONDISI TRAFO DAYA SECARA ONLINE BERBASIS ANALISIS DATA TERMAL DAN SPEKTRUM ARUS PADA TRANSFORMATOR TIANG 220 VAC
Oleh : Bryan Rahardy
2208100012
SEMINAR TUGAS AKHIR
Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery P., M.Eng. Dr. Eng. Ardyono Priyadi, S.T., M.Eng.
• Latar Belakang • Rumusan Permasalahan
• Tujuan Penelitian • Metode Penelitian
•Batasan Masalah
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
• Trafo sebagai jantung dari transmisi dan distribusi.
• Dituntut beroperasi secara maksimal. • Cara pemeliharaan juga dituntut sebaik
mungkin. • Trafo daya dalam kondisi bertegangan
tidak dapat diketahui secara dini apakah sebuah trafo mengalami gangguan.
RUMUSAN PERMASALAHAN
1) Pemantauan masih menggunakan sistem yang konvensional. 2) Pengukuran tidak dilakukan secara real time. 3) Belum adanya alat yang dapat memantau keadaan trafo distribusi
secara otomatis dan online.
TUJUAN PENELITIAN
1) Menganalisa perbandingan antara arus, tegangan, dan suhu pada transformator distribusi 220 VAC.
2) Memperoleh solusi alternatif yang efisien dalam pendeteksian dini transformator distribusi yang mengalami gangguan.
3) Menerapkan metode analisis data tegangan, arus, dan suhu melalui alat monitoring dalam memantau transformator tiang 220 VAC.
METODE PENELITIAN
PENGUMPULAN DATA DAN STUDI LITERATUR
MULAI
SELESAI
PEMODELAN ALAT DAN SISTEM
PERANCANGAN ALAT DAN SISTEM
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALGORITMA PEMROGRAMAN
PENGUJIAN SISTEMDAN ANALISA
EVALUASI SISTEM
GAGAL
BERHASIL
BATASAN MASALAH
a) Trafo yang digunakan adalah trafo distribusi 20 KV / 220 V berkapasitas 25 KVA tanpa sirip-sirip pendingin.
b) Data tegangan, arus, dan suhu yang dianalisa merupakan sampel dari jaringan.
c) Data tegangan dan arus diambil di bagian tegangan rendah atau sisi sekunder transformator.
d) Menggunakan beban buatan (dummy load) resistif murni berkapasitas 25 kVA 3 x 1 fasa.
e) Pengambilan data trafo dilakukan di dalam ruangan.
TEORI PENUNJANG •Gardu Transformator Tiang (GTT)
•Kenaikan Suhu Transformator •Jenis-jenis Gangguan
•Pemeliharaan Peralatan Listrik
GARDU TRANSFORMATOR TIANG (GTT)
• Gardu Transformator Tiang (GTT) merupakan salah satu komponen instalasi tenaga listrik yang terpasang di jaringan distribusi.
• Berfungsi sebagai transformator daya penurun tegangan dari tegangan menengah 20 KV ke tegangan rendah 380/200 V.
KENAIKAN SUHU TRANSFORMATOR
• Kenaikan suhu diakibatkan dari pembebanan, sehingga timbul panas (kalor) pada belitan transformator.
• International Electrotechnical Commission (IEC) menetapkan umur transformator adalah 20 tahun atau setara 7300 hari, sehingga susut umur normal adalah 0,0137% per hari.
Kelas Kenaikan Suhu Tertinggi (oC)
Batas Suhu Tertinggi
(oC) O 40 90 A 50 105 E 60 120 B 70 130 F 85 155 H 95 180
ɵc (0C) Susut Umur (hari)
80 0,125 86 0,25 92 0,5 98 1
104 2 110 4 116 8 122 16 128 32 134 64 140 128
JENIS-JENIS GANGGUAN
Klasifikasi gangguan yang terjadi pada jaringan distribusi adalah : 1. Dari jenis gangguannya :
a) Gangguan dua fasa atau tiga fasa melalui hubungan tanah. b) Gangguan fasa ke fasa c) Gangguan dua fasa ke tanah d) Gangguan satu fasa ke tanah atau gangguan tanah
2. Dari lamanya gangguan : a) Gangguan permanen b) Gangguan temporer
PEMELIHARAAN PERALATAN LISTRIK
• Jenis–jenis pemeliharaan peralatan adalah sebagai berikut : 1) Predictive Maintenance (Conditional Maintenance) Memprediksi kondisi suatu peralatan listrik, apakah dan kapan
kemungkinannya peralatan listrik tersebut menuju kegagalan. 2) Preventive Maintenance (Time Base Maintenance) Mencegah terjadinya kerusakan peralatan secara tiba-tiba dan
untuk mempertahankan unjuk kerja peralatan yang optimum sesuai umur teknisnya.
3) Corrective Maintenance Dilakukan dengan berencana pada waktu-waktu tertentu ketika
peralatan listrik mengalami kelainan dari kondisi normal. 4) Breakdown Maintenance Dilakukan setelah terjadi kerusakan mendadak.
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
•Perancangan Sensor Arus •Perancangan Transformator Step Down
•Perancangan Sensor Suhu •Perancangan Koneksi Modul GSM/GPRS dengan Web Server
Sensor arus CT-235
PERANCANGAN SENSOR ARUS
Vout−hitung = I0 x RL
N
Vout : Tegangan keluaran sekunder I0 : Arus primer RL : Beban sekunder N : Rasio sekunder
VCC
VDD11
VIN+23
VIN-4
GND1
VDD2
VOUT+
VOUT-
GND2
5678
VCC
GND
R11 ΩR21 Ω
D1
C1100 µF
R310 kΩ
ke MUX
Con
nect
or
IC HCPL 7520+
-
Hasil Pengujian
PENGUJIAN SENSOR ARUS
Beban Resistif MCCB
Multimeter Digital
GDM-8145
CT
220 Vac
Beban Resistif
CT-235
GDM-8145
Beban Iprimer (A) Vout-hitung
(mV) Vout-uji (mV) Rasio Error (%)
CT 1 CT 2 CT 3 CT 1 CT 2 CT 3 CT 1 CT 2 CT 3 1 1,25 1,25 1,25 1,26 1,26 0,001 0,001 0,001 0 0,0001 0,0001 2 2,5 2,5 2,54 2,48 2,56 0,001 0,001 0,001 0,0016 0,0004 0,0036 3 3,75 3,75 3,77 3,68 3,84 0,001 0,001 0,001 0,0004 0,0049 0,0081 4 5 5 4,99 4,87 5,07 0,001 0,001 0,001 1E-04 0,0169 0,0049
Mean Square 0,000525 0,00557 0,00418 Error RMS 0,022913 0,07467 0,06461
PERANCANGAN TRANSFORMATOR STEP DOWN
Transformator step down
VCC
D1
C1100 µF
R310 kΩ
ke MUX
Con
nect
or
Trafo220 V to 3 V
No. Parameter Nilai 1. Tipe Non - CT 2. Merek ORIENT 3. Tegangan input primer 110V / 220V @ AC 50Hz. 4. Tegangan output sekunder 3V / 4,5V / 6V / 7,5V / 9V / 12V 5. Arus output sekunder maks. 350 mA.
Spesifikasi Transformator Step Down
PENGUJIAN TRANSFORMATOR STEP DOWN
Sumber tegangan 3 fasa
Alat online monitoring
0100200300400500600700800900
0 50 100 150 200 250
AC P
ower
Met
er
Tegangan (Volt)R
Tegangan Sumber 3 Fasa (Volt)
Tegangan dari Sumber 3 Fasa
(Volt) R S T
Rasio
R S T
228 765,13 823,68 849,09 3,4 3,6 3,7 220 731,21 785,74 818,19 3,3 3,6 3,7 210 691,84 746,11 773,48 3,3 3,6 3,7 200 655,3 707,7 729,2 3,3 3,5 3,6 190 617,2 663,1 688,4 3,2 3,5 3,6 180 580,3 622,3 646,3 3,2 3,5 3,6 170 542,4 580,8 605,6 3,2 3,4 3,6 160 502,3 538,6 562,1 3,1 3,4 3,5 150 464,8 500,4 517,5 3,1 3,3 3,5 140 425,8 459,6 473,6 3,0 3,3 3,4 130 384,8 412,4 433,2 3,0 3,2 3,3 120 350,2 376,4 395,3 2,9 3,1 3,3 110 310,4 332,5 350,3 2,8 3,0 3,2 100 270,7 291,4 308,2 2,7 2,9 3,1 90 236,6 253,4 267,7 2,6 2,8 3,0 80 195,6 210,2 223,1 2,4 2,6 2,8 70 159,4 174,5 185,4 2,3 2,5 2,6 60 121,7 132,4 141,2 2,0 2,2 2,4 50 86,2 96,1 103,2 1,7 1,9 2,1 45 68,8 75,4 81,2 1,5 1,7 1,8 40 55,1 60,8 66,7 1,4 1,5 1,7 30 22,2 26,2 28,5 0,7 0,9 1,0 20 2,4 6,3 5,3 0,1 0,3 0,3 10 0,46 0,91 0,87 0,0 0,1 0,1 5 0,34 0,88 0,84 0,1 0,2 0,2 0 0,25 0,75 0,83 0,0 0,0 0,0
PERANCANGAN SENSOR SUHU
LM-35 Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajat celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
VLM35 = suhu x 10 mV Ko
nekt
orSe
nsor
Suh
u 1
VCC
GND
+
-
LM358NR1
100 kΩ
VCC
GND
+
-
LM358NR2
100 kΩ
Kone
ktor
Sens
or S
uhu
2
+
-
LM324N
ke MUX
Vout
Vout
Transformator
AlatOnline
monitoring
1
2
3
4
5
6 Bus
hing
Prim
er
Bus
hing
Sek
unde
r
SensorSuhu
PENGUJIAN SENSOR SUHU
Obyek yang Diukur
C1=100 µF
R1=10 kΩVCC
Vout
GND
LM-35multimeter
digitalGDM-8145
+ -+ 5V
Krisbow KW06-291RTD
GDM-8145
KW06-291
Obyek yang diukur
Suhu air (oC) Krisbow KW06-291 LM-35 (oC) Error
(oC) Error (%) Rasio
6.2 6 0.2 3.225806 1,0 10.8 11 0.2 1.851852 1,0 15.4 15 0.4 2.597403 1,0 20.1 21 0.9 4.477612 1,0 25.3 26 0.7 2.766798 1,0 30.5 30 0.5 1.639344 1,0 35.2 35 0.2 0.568182 1,0 40.6 41 0.4 0.985222 1,0 45.4 45 0.4 0.881057 1,0 50.1 49 1.1 2.195609 1,0
Command Respon Modul GSM/GPRS
AT+CGATT=1 OK AT+CGDCONT=1,"IP","3data" OK AT+CDNSCFG="208.67.222.222", "208.67.220.220" OK
AT+CSTT="3data","3data","3data" OK AT+CIICR OK AT+CIPSTATUS OK
STATE: IP STATUS AT+CIPHEAD=0 OK AT+CDNSORIP=0 OK AT+CIPSTART="TCP","202.52.146.40“ ,"80"
OK
AT+CGATT=1 OK CONNECT OK
AT+CIPSEND >
PERANCANGAN KONEKSI MODUL GSM/GPRS DENGAN WEB SERVER
Modul GSM/GPRS SIM300C
Menguji respon modul GSM/GPRS menggunakan pemrograman AT command dengan software Hyperterminal.
PENGUJIAN ALAT DAN ANALISIS DATA
•Penyusunan Alat Pengujian •Metode Pengujian Alat
•Pengujian Current Transformer (CT) •Pengujian Transformator Step Down
•Pengujian Sensor Suhu •Pengujian Koneksi Modul GSM/GPRS dengan Web Server
PENYUSUNAN ALAT PENGUJIAN PROTOTIPE
GENERATORTRANSFORMATOR
STEP UP200 KVA
400 V / 20 KV
CT
PT
POWER METER
MCCB
DUMMY LOAD(LOAD BANK)
FUSE CUT-OFF
TRANSFORMATOR STEP DOWN
25 KVA20 KV / 400 / 231 V
ALATONLINE
MONITORING
Suhu
Arus
Tegangan
Transformator yang diuji
CT
PT
Panel Meter
Load Bank
METODE PENGUJIAN PROTOTIPE
% Pembeba
nan
Total Daya
(KVA)
Daya/ph (KVA)
R S T 0% 0 0 0 0
20% 4,5 1,5 1,5 1,5 40% 10,5 3,5 3,5 3,5 60% 15 5 5 5 80% 19,5 6,5 6,5 6,5 100% 24 8 8 8
% Pembeba
nan
Total Daya (KVA)
Daya/ph (KVA)
R S T 0% 0 0 0 0
20% 4,5 1,5 0,5 2,5 40% 10,5 3,5 2,5 4,5 60% 15 4,5 3,5 7 80% 19,5 4,5 7 8 100% 24 9 7 8
Mulai
Pemberian beban pada Transformator
Pengambilan dataarus
Diolah oleh mikrokontroler
Ditampilkan pada LCD
Selesai
Pengambilan data tegangan
Pengambilan data suhu
Generator dinyalakan
• Daya beban seimbang
• Daya beban tidak seimbang
PEMBEBANAN
PENGUJIAN CURRENT TRANSFORMER (CT)
Hasil pengujian CT-235 dibandingkan dengan hasil pembacaan pada HIOKI 9624 – 50.
Data dari tegangan menengah
Data Tegangan
Data arus (Pemasangan CT)
Power Meter
HIOKI 9624 – 50
ANALISA DATA PENGUJIAN CT
• Daya beban seimbang (kVA)
• Daya beban tidak seimbang (kVA)
% Beban HIOKI (amp) Alat Monitoring (amp) Error (%)
R S T R S T R S T 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
20 6,6 6,4 5,8 5,2 5,5 6 1,96 0,81 0,04 40 15,2 14,3 13 14,8 13,8 13,5 0,16 0,25 0,25 60 20,7 20 19,2 19,6 18,9 18,5 1,21 1,21 0,49 80 26,2 24 25,1 23,7 22,4 22,2 6,25 2,56 8,41
100 30,8 30,4 30,3 27,1 27,9 27,7 13,69 6,25 6,76 Mean Square 4,654 2,216 3,19 Error RMS (%) 2,15731 1,48862 1,78606
% Beban HIOKI Alat Monitoring Error (%)
R S T R S T R S T 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
20 8 2,8 10,3 7,5 2,3 9,7 0,25 0,25 0,36 40 15,6 10,4 18,3 14,8 11,8 17,5 0,64 1,96 0,64 60 18,8 13,2 27,2 19,3 14,9 26,5 0,25 2,89 0,49 80 18,9 27,2 33,8 19,2 26,4 34,2 0,09 0,64 0,16
100 36,3 28,1 34,2 34,1 29,6 31,3 4,84 2,25 8,41 Mean Square 1,214 1,598 2,012 Error RMS (%) 1,10182 1,26412 1,41845
𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑀𝑀𝑆𝑆𝑀𝑀 =∑ (ℎ𝑀𝑀𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑀𝑀𝑆𝑆ℎ𝑎𝑎𝑖𝑖𝑆𝑆𝑀𝑀𝑖𝑖𝑀𝑀𝑀𝑀− ℎ𝑀𝑀𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑀𝑀𝑀𝑀𝑖𝑖𝑆𝑆𝑝𝑝𝑆𝑆𝑆𝑆𝑀𝑀𝑀𝑀)2
𝑗𝑗𝑆𝑆𝑗𝑗𝑎𝑎𝑀𝑀ℎ 𝑑𝑑𝑀𝑀𝑖𝑖𝑀𝑀
𝐸𝐸𝑆𝑆𝑆𝑆𝐸𝐸𝑆𝑆 𝑅𝑅𝑀𝑀𝑆𝑆 = 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑀𝑀𝑆𝑆𝑀𝑀
Hasil pengujian transformator step down dibandingkan dengan hasil pengujian digital multimeter GDM-8145.
PENGUJIAN TRANSFORMATOR STEP DOWN
Data arus (Pemasangan CT)
Data dari tegangan
menengah
Power Meter
Data Tegangan
Digital Multimeter GDM-8145
ANALISA DATA PENGUJIAN TRANSFORMATOR STEP DOWN • Daya beban seimbang (kVA)
• Daya beban tidak seimbang (kVA)
% Beban GDM-8145 (volt) Alat Monitoring (volt) Error (%)
R S T R S T R S T 0 229,3 229,9 229,3 230 229,6 229,9 0,49 0,09 0,36
20 227,3 228,6 227,6 228,4 228,8 228,6 1,21 0,04 1 40 225,8 227,1 226,1 228 228,1 228,1 4,84 1 4 60 225 226,2 225,3 227,5 227,2 227,6 6,25 1 5,29 80 223,8 224,8 224,3 233 232,7 232,9 84,64 62,41 73,96
100 222,9 223,5 223,3 230,5 230,4 230,7 57,76 47,61 54,76 Mean Square 25,865 18,6917 23,2283
Error RMS 5,08576 4,32339 4,81958
% Beban GDM-8145 (volt) Alat Monitoring (volt) Error (%)
R S T R S T R S T 0 229,6 230,6 230,6 230,5 230,4 229,3 0,81 0,04 1,69
20 228,6 229,3 228,9 228,4 229,7 228,3 0,04 0,16 0,36 40 227,2 228,6 225,8 227,6 228,4 225,8 0,16 0,04 0 60 225,8 227,6 224,7 225,7 227,8 225,1 0,01 0,04 0,16 80 225,6 224,6 223,7 225,5 224,8 224,1 0,01 0,04 0,16
100 223,4 224,3 223,2 223,4 224,5 223,5 0 0,04 0,09 Mean Square 0,17167 0,06 0,41
Error RMS 0,41433 0,24495 0,64031
PENGUJIAN SENSOR SUHU
Pemasangan Sensor Suhu
Pengujian sensor suhu pada alat online monitoring transformator dilakukan dalam kondisi pembebanan yang tidak seimbang dengan presentase kapasitas pembebanan diubah secara bertahap setiap kenaikan 20 % yang dimulai dari 0 % sampai dengan pembebanan penuh 100 %.
Transformator
AlatOnline
monitoring
1
2
3
4
5
6 Bus
hing
Prim
er
Bus
hing
Sek
unde
r
SensorSuhu
% Beban Krisbow KW06-291 (Amp)
Alat Monitoring Error (%) R S T R S T
0 32,2 32,8 32,8 32,9 0,36 0,36 0,49 20 32,3 32,9 32,8 32,9 0,36 0,25 0,36 40 32,3 32,9 32,8 32,8 0,36 0,25 0,25 60 32,3 32,8 32,7 32,8 0,25 0,16 0,25 80 32,2 32,8 32,7 32,9 0,36 0,25 0,49
100 32,3 32,8 32,8 32,9 0,25 0,25 0,36 Mean Square 0,32333 0,25333 0,36667
Error RMS 0,56862 0,50332 0,60553
ANALISA DATA PENGUJIAN SENSOR SUHU
% Beban Krisbow KW06-291 (Amp)
Alat Monitoring Error (%) R S T R S T
0 33,4 33,8 34,1 33,9 0,16 0,49 0,25 20 33,7 33,9 34,2 34 0,04 0,25 0,09 40 33,7 33,9 34,2 34,1 0,04 0,25 0,16 60 34,3 34,2 34,5 34,4 0,01 0,04 0,01 80 34,4 34,6 34,7 34,9 0,04 0,09 0,25
100 34,6 35 34,8 35 0,16 0,04 0,16 Mean Square 0,075 0,19333 0,15333
Error RMS 0,27386 0,4397 0,39158
• Daya beban seimbang (kVA)
• Daya beban tidak seimbang (kVA)
PENGUJIAN KONEKSI MODUL GSM/GPRS DENGAN WEB SERVER (2)
2
1
3
4
Kondisi 1 : kondisi undervoltage pada fasa R karena tegangan kerja pada fasa R kurang dari 209 Volt, sehingga arus dan suhunya meningkat.
Kondisi 2 : kondisi overcurrent pada fasa R karena arus kerja pada fasa R melebihi 21,65 Amp (60% x In), sehingga suhu meningkat dan tegangan turun.
2
1
3
4
PENGUJIAN KONEKSI MODUL GSM/GPRS DENGAN WEB SERVER (3)
Kondisi 3 : kondisi overvoltage pada fasa R karena tegangan kerja pada fasa R melebihi 231 Volt, sehingga arusnya turun dan suhunya normal.
Kondisi 4 : kondisi normal transformator.
ILUSTRASI PEMASANGAN ALAT PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
Data tegangan
Data Arus (CT)
Data Suhu (LM-35)
Penempatan alat
• Hasil pembacaan data tegangan pada fasa R, S, dan T masing-masing terhadap fasa N, mempunyai error rata-rata pada pembebanan seimbang yaitu 0,82%, sedangkan pada pembebanan tidak seimbang sebesar 0,43%.
• Hasil pengukuran CT berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan dengan mengukur arus keluaran pada bagian sekunder mempunyai error rata-rata pada pembebanan seimbang yaitu 1,26%, sedangkan pada pembebanan tidak seimbang sebesar 1,81%.
• Hasil pengukuran 3 pasang sensor suhu yang ditempel pada sisi luar transformator berdasarkan pengujian, mempunyai error rata-rata pada pembebanan seimbang sebesar 0,56%, sedangkan pada pembebanan tidak seimbang sebesar 0,37%
• Dalam tugas akhir ini belum bisa dilakukan pengiriman data secara online, namun untuk fitur-fitur pada webserver sudah siap untuk menerima data dari modul GSM/GPRS.
KESIMPULAN
SARAN
• Perlu diadakan penelitian kembali tentang perancangan online monitoring transformator daya dengan interface yang berbeda.
• Perlu dilakukan perbandingan penggunaan sensor suhu LM-35 dengan sensor suhu yang lebih baik agar pembacaan data suhu lebih akurat dan cepat.
• Perlu diadakan penelitian kembali terkait penggunaan voltage devider (rangkaian pembagi tegangan) untuk menurunkan tegangan.
• Perlu pengembangan lebih lanjut mengenai sistem komunikasi data yang efektif.
• Perlu penambahan fitur-fitur baru pada web server untuk memudahkan operator dalam memantau kondisi transformator seperti dapat membaca arus harmonisa, mengetahui beban yang terpakai, dan dapat memprediksi umur trafo.
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Setiabudy, Rudy.“Transformator pada Sistem Transmisi Listrik - Materi Kuliah Transmisi dan Distribusi Daya Listrik”.Depok.11 Maret 2008
[2]. Suswanto, Daman.“Sistem Distribusi Tenaga Listrik”.Padang.2009 [3]. Suhadi, dkk.”Teknik Distribusi Tenaga Listrik Jilid 3”.Jakarta.2008 [4]. T.S., Hutauruk.”Pentanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetahuan
Peralatan”. Penerbit Erlangga.Jakarta.1987. [5]. PT. PLN (Persero).”Buku 4 : Standar Konstruksi Gardu Distribusi dan Gardu
Hubung Tenaga Listrik”.Jakarta Selatan.9 Desember 2010 [6]. PT. PLN (Persero) P3B.”Panduan Pemeliharaan Trafo Tenaga”.13 Juni 2003 [7]. SPLN 8-2:1991.“Transformator Tenaga – Bagian 2: Kenaikan
Suhu”.Jakarta.1991