Nama : Pramananda R.A Nim : 062.09.036

1. NILAI : 80
TUGAS JURNAL GMT
ANALISA PARTIAL DISCHARGE PADA MINYAK ISOLASI DENGAN
MENGGUNAKAN METODE DETEKSI SINYAL AKUSTIK
Disusun Oleh :
Nama : Pramananda R.A
Nim : 062.09.036
Dosen : Prof. Syamsir Abduh
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS TRISAKTI
JAKARTA
2011

2. Analisa Partial Discharge pada Minyak Isolasi dengan menggunakan
Metode Deteksi Sinyal Akustik
-Suk Kil Gyung, Dae-won Park, Kim Il-kwon, Choi Su-yeon
Divisi Elektronika Teknik Elektro
Universitas Maritim Korea
1, Dongsam-dong, Yeongdo-gu, Busan
KOREA
kilgs@hhu.ac.kr http://hvlab.hhu.ac.kr
Abstrak: Makalah ini ditangani dengan analisa frekuensi sinyal akustik yang dihasilkan oleh
loncatan bunga api listrik (Partial Discharge) di minyak isolasi dan posisi kejadian PD
berlaku untuk mendiagnosa minyak pelindung pada trafo. Kami mengumpulkan tiga jenis
sistem elektroda seperti, the needle-plane, the plane-plane, dan void untuk mensimulasi
loncatan bunga api listrik dalam minyak isolasi. Sebuah alat pengeras suara bising rendah dan
kopling dirancang untuk mendeteksi sinyal akustik dengan sensitivitas yang tinggi. Rentang
frekuensi sinyal akustik tersebut 70 kHz-210 kHz pada needle-plane, 65 kHz-260 kHz di
plane-plane, dan 60 kHz-270 kHz dalam void sistem elektroda. Frekuensi puncak mereka
masing-masing 133 kHz, 132 kHz dan 128 kHz. Posisi terjadinya PD dihitung dengan
perbedaan waktu kedatangan (TOA) menggunakan empat emisi sensor akustik (AE) dan kita
bisa menemukan posisinya di dalam 3% kesalahan pada peralatan eksperimen.
Kata kunci : sinyal akustik, partial discharge (PD), minyak pelindung trafo,diagnosis, sistem
elektroda, analisa frekuensi, posisi, perbedaan waktu kedatangan (TOA)
1 Pendahuluan
Isolasi listrik merupakan elemen penting untuk menentukan kinerja fasilitas sistem tenaga,
dan memerlukan ketahanan terhadap mekanik, panas, kimia, dan tekanan listrik yang dialami
selama operasi. Fungsionalitas dan umur fasilitas sistem tenaga erat kaitannya dengan
karakteristik bahan isolasi. Kinerja isolasi menurun ketika bahan isolasi memburuk. Loncatan
bunga api listrik terjadi pertama dan akhirnya diikuti oleh kerusakan. Sebagian besar
kapasitas transformator mengadopsi minyak isolasi dan status isolasi mereka terus-menerus
dimonitor untuk memastikan pasokan daya yang stabil.
Beragam teknologi telah dikembangkan dalam beberapa dekade terakhir untuk
mendiagnosa kinerja isolasi pada minyak isolasi transformator. Metode representatif
termasuk yang mengukur ketahanan isolasi dan kerugian dielektrik, menganalisa gas dan
deteksi loncatan bunga api [1], [2]. Karena metode yang mengukur tahanan isolasi dan
kerugian dielektrik harus dilakukan dalam keadaan offline, mereka hanya tersedia dalam
diagnosa ketelitian periodik tetapi tidak untuk diagnosa online. Di sisi lain, metode
menganalisa gas dan deteksi loncatan bunga api dapat mendiagnosa secara online.
Pengukuran loncatan bunga api listrik adalah cara yang efektif untuk mendeteksi penurunan
status isolasi atau kegagalan sebagai hasil tekanan listrik. Pengukuran loncatan bunga api
dapat dibagi menjadi dua metode; pengukuran listrik dan deteksi sinyal akustik.
Metode pengukuran listrik memiliki kelebihan fitur seperti pengukuran sensitivitas dan
ketelitian tinggi tetapi juga memiliki kekurangan seperti rentan terhadap bising. Selanjutnya,
dalam kasus transformator tegangan ultra tinggi, memiliki kelemahan kritis lain seperti
jaringan kopling tidak bisa dipasang selama operasi. Metode deteksi sinyal akustik loncatan
bunga api memiliki sensitivitas rendah daripada metode listrik tetapi memiliki proteksi yang

3. kuat dari kebisingan elektromagnetik sekitar sebagai isolasi listrik sedangkan sensor dapat
dengan mudah dipasang selama operasi. Selain itu, kita dapat menemukan lokasi dimana
loncatan bunga api listrik muncul dengan mengukur sinyal akustik 'perbedaan waktu
kedatangan (TOA) ketika beberapa sensor lebih dari tiga yang digunakan [3], [4].
Dalam tulisan ini, kita mempelajari analisa frekuensi sinyal akustik yang dihasilkan oleh
loncatan bunga api listrik minyak isolasi dan posisi loncatan bunga api listrik terjadi (PD)
berlaku untuk mendiagnosa minyak isolasi trafo. Sebuah kopling dan alat pembesar suara
rendah untuk mendeteksi sinyal akustik dengan sensitivitas yang tinggi dirancang. Selain itu,
tiga jenis sistem elektroda; needle-plane, plane-plane, void itu dikumpulkan untuk
mensimulasi loncatan bunga api.
2 Sistem Pengukuran
Dalam tulisan ini, AE sensor (R15I-AST, PAC) dengan frekuensi operasi kisaran 50 kHz-
200 kHz dan resonansi frekuensi 150 kHz digunakan untuk mendeteksi sinyal akustik yang
dihasilkan oleh loncatan bunga api listrik. Kita memerlukan sebuah penyaring kopling untuk
memisahkan sinyal akustik dari sumber listrik sebagai sensor yang tidak menyediakan kabel
terpisah untuk jalur tenaga dan sinyal. Kita juga membutuhkan pengeras suara pita lebar
termasuk fungsinya untuk menutupi karakteristik frekuensi dari sensor untuk mengukur
sinyal akustik dengan sensitivitas yang tinggi meskipun mereka dilengkapi dengan
preamplifier yang tertanam. Gambar 1 menunjukkan rangkaian kopling dirancang untuk
memisahkan sinyal akustik selagi memasok tegangan DC
Gambar 1 kopling sirkuit
Komponen frekuensi tinggi tegangan DC diblokir di L1 dan hanya tegangan DC dipasok ke
sensor AE . Sinyal akustik yang terdeteksi oleh sensor AE diteruskan ke amplifier melalui C4
dan tidak bisa lewat ke sumber DC oleh L1 dan C3. Bentuk dasar kopling yang dirancang
dalam penelitian ini menunjukkan respon frekuensi pada Gambar 2.
Gbr.2 Frekuensi respon yang decouple
Setiap sinyal akustik dari 10 kHz atau lebih tinggi dari sumber daya diredam ke 145 dB tapi
diteruskan ke terminal masukan penguat, R2 tanpa redaman. Seperti ditunjukkan dalam
Gambar 3, penguat suara bising rendah dirancang dan dibuat memiliki karakteristik pita
lebar untuk memperoleh kenaikan 40 dB dengan menggunakan bising rendah, penguat pita
lebar operasional yang memiliki kenaikan bandwidth 70 MHz.

4. Gbr.3 Sirkuit penguat
Respon frekuensi penguat dianalisa dengan rasio tegangan output ke input gelombang sinus
tegangan dari 1 kHz sampai 2 MHz menggunakan generator sinyal seperti ditunjukkan pada
Gambar 4. Amplifier memiliki frekuensi cut off tinggi 1,8 MHz dan frekuensi cutoff rendah
1,6 kHz pada -3 dB seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Gbr.4 Respon frekuensi penguat
3 Eksperimen dan Analisis
Bahan isolasi yang digunakan pada fasilitas tenaga dapat memiliki cacat produksi seperti
menara, zat asing, void atau retak. Kerusakan bahan isolasi juga menyebabkan cacat selama
operasi. Loncatan bunga api dihasilkan oleh konsentrasi medan listrik pada titik dimana
bahan isolasi telah cacat [5], [6]. Secara khusus, perlu memantau terus loncatan bunga api
listrik sebagaimana loncatan bunga api listrik dalam minyak isolasi menurunkan bertahap
kinerja sistem isolasi. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 5, kami mengumpulkan sistem
elektro dan needle-plane, plane-plane dan void dalam model yang setara untuk
mensimulasikan loncatan bunga api listrik yang dihasilkan di dalam minyak isolasi trafo.
(A) needle-plane (B) plane-plane (C) void
Gbr.5 Konfigurasi sistem elektroda
Elektroda pesawat terbuat dari cakram paduan tembaga-tungsten dengan diameter dalam
sebesar 1,5 mm dan 60 mm untuk menghindari konsentrasi medan listrik. Sebuah papan yang
ditekan setebal 1,6 mm disisipkan diantara elektroda untuk memberikan kondisi yang mirip
dengan minyak isolasi trafo. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6, peralatan eksperimen
untuk simulasi minyak isolasi transformator dibangun menggunakan kandang logam (740

5. mm x 740 mm x 1000 mm). Kita bisa menghasilkan loncatan bunga api listrik dengan
meningkatkan tegangan AC 0-50 kV selagi menempatkan sistem elektroda dalam minyak
isolasi. Loncatan bunga api dalam minyak terdeteksi oleh sensor AE yang dipasang pada
permukaan luar tangki dan ditransmisikan ke osiloskop (LeCroy 9314C, 400 MHz) melalui
penguat
Gbr.6 konfigurasi alat eksperimen
Kami memperoleh sinyal akustik yang dihasilkan oleh loncatan bunga api listrik pada tiga
jenis sistem elektroda untuk mensimulasikan cacat pada minyak trafo yang terendam dan
hasilnya ditunjukkan pada Gambar 7.
Bag.1: Sinyal akustik [2 V / div, 100 mikrodetik /] div
Bag.2: Hasil FFT [146 mV / div, 50 kHz / div]
(A) needle-plane elektroda
Bag.1: Sinyal akustik [2 V / div, 100 mikrodetik /] div
Bag.2: Hasil FFT [100 mV / div, 50 kHz / div]
(B) plane-plane elektroda

6. Bag.1: Sinyal akustik [2 V / div, 100 mikrodetik /] div
Bag.2: Hasil FFT [100 mV / div, 50 kHz / div]
(C) void elektroda
Gambar. 7 sinyal akustik dan hasil FFT mereka
Rentang frekuensi sinyal akustik yang dihasilkan oleh needle-plane dan plane-plane sistem
elektroda adalah 70 kHz-210 kHz dan frekuensi puncaknya adalah 133 kHz. Rentang
frekuensi plane-plane adalah 65 kHz-260 kHz dan frekuensi puncaknya adalah 132 kHz,
mirip dengan yang di needle-plane sistem elektroda. Rentang frekuensi void sistem elektroda
adalah 60 kHz-270 kHz dan frekuensi puncaknya adalah 128 kHz, lebih rendah dari yang
dihasilkan pada needle-plane sistem elektroda. Sebagaimana dibahas di atas, kita dapat
memperoleh sinyal akustik loncatan bunga api listrik yang dihasilkan dalam minyak isolasi
trafo dan dikonfirmasi bahwa rentang frekuensi dari sinyal akustik berbeda tergantung pada
jenis cacatnya. Dari hasilnya, kita akan mampu meningkatkan keandalan pada diagnosis
fasilitas tenaga dengan mengumpulkan dan menganalisa data yang diperoleh dalam lapangan.
4.PD positioning
Teknik diagnostik untuk transformator menggunakan sinyal akustik dapat memperkirakan
status insulasi dan menemukan titik kerusakan di mana PD terjadi. Titik kerusakan dapat
ditemukan dengan dua cara; metode listrik-akustik dan akustik-akustik. Metode listrik-
akustik mengukur sinyal PD dengan menggunakan HFCT (High Frequency Current
Transformer) dan sebuah sensor AE, dan menghitung titik dari perbedaan waktu kedatangan
antara listrik dan sinyal akustik. Namun, sulit untuk mendeteksi sinyal PD dengan HFCT
karena sinyal PD terlalu kecil dan banyak suara frekuensi tinggi yang berbeda terdapat pada
kawat tanah. Sebaliknya, metode akustik-akustik memiliki keuntungan dari kemungkinan
isolasi dari sirkuit listrik dan tidak ada pengaruh dari kebisingan listrik.
Dalam tulisan ini, kami menggunakan metode akustik-akustik untuk menemukan titik di
pesawat dua dimensi dengan perbedaan waktu kedatangan sinyal akustik. Mari kita
asumsikan kecepatan propagasi dari sinyal akustik v , Maka jarak 1 l , 2 l dan 3 l dari AE1,
sensor AE2, dan AE3 pada Gambar. 8 bisa dihitung sebagai berikut ;

7. Gambar. 8 metode penentuan posisi PD menggunakan sensor AE
Alat eksperimen terdiri dari logam kandang, elektroda debit dan empat sensor AE. Kami
menandai koordinat pesawat pada tabel lampiran untuk menghitung tempat, dan sensor AE
diinstal seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9.
Gambar. 9 Konfigurasi alat eksperimen
Gambar 10 menunjukkan sinyal akustik terdeteksi oleh tiga sensor AE dan perbedaan waktu
kedatangan 162 mikrodetik antara AE1 dan AE2, 40 mikrodetik antara AE1 dan AE3, 426
mikrodetik antara AE1 dan AE4, dan masing-masing.
Gambar. 10 Hasil pengukuran sinyal akustik
Dari Persamaan (1) (3) dan pesawat-koordinat kandang, kita dapat memperoleh persamaan
berikut.
Di sini, 1 2 - t adalah perbedaan waktu kedatangan antara AE1 dan AE2, 1 3 - t adalah antara
AE1 dan AE3 dan 1 4 - t adalah antara AE1 dan AE4. Koordinat dihitung oleh Persamaan (4)

8. (6) adalah x = 885,09 mm, y = 443,55 mm dan x = 877,71 mm, y = 427,75 mm. Posisi
elektroda dalam percobaan ini x = 880 mm dan y = 450 mm, dan 3 % kesalahan.
5 Kesimpulan
Dalam tulisan ini, kami melakukan analisis sinyal akustik yang dihasilkan oleh PD dalam
minyak isolasi dan belajar menemukan di mana PD terjadi. Untuk memperoleh sinyal akustik
saja, kita membuat sebuah kopling dengan rasio redaman dari 145 dB pada 10 kHz, dan
sebuah pengeras suara bising rendah dengan frekuensi bandwidth 1,6 kHz-1.8 MHz pada -3
dB. Tiga jenis sistem elektroda; needle-plane, plane-plane dan void, dikumpulkan untuk
menghasilkan loncatan bunga api dalam minyak isolasi. Rentang frekuensi sinyal akustik
tersebut 70 kHz-210 kHz untuk needle-plane, 65 kHz-260 kHz untuk plane-plane, dan 60
kHz-270 kHz untuk void sistem elektroda. Lebih lanjut, frekuensi puncak mereka 133 kHz,
132 kHz dan 128 kHz. Selain itu, kita juga bisa memperhitungkan tempat di mana PD terjadi
di dalam 3% kesalahan dengan empat sensor AE.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini didukung oleh Program Pelatihan untuk Mahasiswa Pascasarjana yang
dilakukan oleh Departemen Perdagangan Industri dan Energi Pemerintah Korea.
Referensi:
[1] Y. Kamata, Diagnostik Metode untuk Power Transformer Isolasi, Transaksi IEEE pada
Isolasi Listrik, Vol.EI-21, No.6, 1986, hlm 1045-1048.
[2] E. Howells, ET Norton, Deteksi Parsial debit pada Transformers Menggunakan Acoustic
Emisi Teknik, Transaksi IEEE pada Power aparat dan Sistem, Vol.PAS-97, No.5, 1978, hal
1538-1549.
[3] LE Lungaard, Partial Discharge Acoustic Deteksi, Fundamental Pertimbangan, IEEE
Isolasi listrik Majalah, vol.8, No.4, 1992, hal 25-31.
[4] PJ Harrop, dielektrik, Butterworth, 1972
[5] JP Steiner, Weeks WL, Furgason ES, Emisi akustik dari Partial Discharge pada
Encapsulated Void, IEEE 1984 Ultrasonics Simposium, 1984, hal 938-943.
[6] H. Kawada, M. Honda, T. Inoue, T. Amemiya, Sebagian otomatis memantau pembuangan
minyak yang penuh transformator daya, IEEE Transaksi di Daya Aparatur dan
Sistem,Vol.PAS-103, No.6, 1986, hal 1045-1048.