Transcript
Nurul Chasanah
1106015466
Asian Journal of Engineering and Technology (ISSN : 2321
–
2462), Volume 02
–
Issue 06,
December 2014
Evaluasi Kegagalan Transformer Dengan Metode
Failure
Mode Effect and Criticality Analysis
(FMECA)
Docki Saraswati
1
, Iveline Anne Marie
2
dan Amal Witonohadi
3
1
Production System Laboratory, Industrial Engineering Department, Trisakti University
Jakarta 11440, Indonesia.
Corresponding author’s email: docki.saraswati {at} gmail.com
2
Production System Laboratory, Industrial Engineering Department, Trisakti University
Jakarta 11440, Indonesia.
3
Production System Laboratory, Industrial Engineering Department, Trisakti University
Jakarta 11440, Indonesia.
Abstrak
––
Salah satu perlengkapan yang sangat penting dalam sistem transmisi daya adalah transformer. Kegagalan
dari transformer umumnya akan mengakibatkan interferensi dengan sistem transmisi. Oleh karena itu, kondisi dan
performa dari transformer perlu diketahui, termasuk reliabilitas dan keamanan. Jurnal ini berisi tentang analisis dari
sumber resiko dan probabilitas kegagalan transformer dengan metode
Failure Mode Effect and Critically Analysis
(FMECA). Terdapat 92 transformer yang dipakai untuk mengilustrasikan metode FMECA. Berdasarkan investigasi,
terdapat tiga komponen yang berpotensi mengalami kegagalan: lilitan, OLTC, dan
bushing
. Dalam hal ini, lilitan
memiliki probabilitas kegagalan paling tinggi. Tingkat kehandalan dan kejadian dibagi dalam 10 level, dimana deteksi
kegagalan dibagi ke dalam 5 level. Hasilnya, tingkat kritis untuk lilitan tinggi, sementara
load-tap-changer
(OLTC)
dan
bushing
dalam posisi medium. Strategi perawatan untuk lilitan harus segera diprioritaskan. Selanjutnya,
perawatan OLTC dan
bushing
menjadi prioritas berikutnya.
Kata Kunci
––
analisis pohon kegagalan
, Failure Mode Effect and Critically Analysis
(FMECA), tingkat prioritas resiko
(RPN), transformer.
I.
PENDAHULUAN
Salah satu perlengkapan yang memiliki peran penting dalam sistem transmisi daya adalah transformer.
Kegagalan transformer biasanya menyebabkan interferensi dengan sistem transmisi. Oleh karena itu, kondisi dan
performa dari transformer perlu diketahui, termasuk reliabilitas dan keamanan. Pada keadaan tertentu, kegagalan
akan membahayakan keamaan manusia, tapi dalam kondisi lain, kegagalan mungkin hanya sedikit mempengaruhi.
Sementara itu, dalam beberapa kasus kegagalan, semakin tinggi dampak kegagalan maka probabilitas kegagalan
akan rendah. Sebaliknya, semakin rendah dampak kegagalan maka probabilitas kegagalan tersebut akan lebih
tinggi. Dengan demikian, sedikit sulit untuk menentukan kegagalan mana yang perlu lebih diperhatikan, yaitu
kegagalan yang memiliki resiko tinggi dan membahayakan keamanan manusia [1].
Jurnal ini mengemukakan analisis sumber resiko dan probabilitas kegagalan transformer dengan metode
Failure Mode Effect dan Critically Analysis
(FMECA). FMECA terdiri dari dua analisis,
Failure Mode Effect
(FMEA) dan
Critically Analysis
(CA). Perbedaan mode kegagalan dan efeknya pada sistem transformer akan
dianalisis dengan FMEA, sementara urutan prioritas berdasarkan rating kegagalan dan kekuatan efek kegagalan
akan diklasifikasikan oleh CA dengan data historis. FMECA merupakan alat untuk mengevaluasi potensi mode
kegagalan dan efeknya secara sistematis, dan menyediakan informasi untuk mengidentifikasi aksi koreksi dari
kegagalan yang terjadi. Karena FMECA bukan pemecah masalah, maka alat ini perlu dikombinasikan dengan alat
lainnya, seperti analisis resiko [2],
fishbone analysis
[3], dan Pusat Pemeliharaan Reabilitas [4].
II.
METODE FMECA
FMECA adalah ekstensi dari FMEA, didesain untuk mengidentifikasi mode kegagalan dalan sebuah
proses sebelum kegagalan terjadi dan menimbulkan resiko. Dalam menentukan resiko, FMEA memiliki tiga
parameter yang akan dikalikan untuk menghasilkan Tingkat Prioritas Resiko (RPN) atau Kekritisan (C) [4]. Tiga
parameter itu adalah; Kegawatan atau
Severity
(S) adalah penilaian seberapa serius efek dari potensi mode
kegagalan terhadap komponen lainnya, subsistem, atau sistem itu sendiri, Kejadian atau
Occurence
(O) adalah
Nurul Chasanah
1106015466
bagaimana seringnya penyebab kegagalan spesifik diproyeksikan untuk diukur, dan Deteksi (D) adalah
kemampuan untuk mendeteksi penyebab aktual atau potensi kegagalan.
= ××
(1)
Skala peringkat dari tiga parameter diatas adalah 1 hingga 10. Sebagai evaluasi,
Severity
didefinisikan
sebagai durasi dari keluaran sistem hingga mode kegagalan terjadi;
Occurence
merupakan jumlah kejadian
kegagalan, sementara deteksi didefinisikan sebagai kemampuan untuk mendeteksi kegagalan sebelum kegagalan
tersebut terjadi sebagai aksi koreksi [3]. Langkah
–
langkah implementasi FMECA ialah sebagai berikut [4]:
1.
Menentukan sistem yang akan dianalisis
2.
Mengidentifikasi kegagalan yang berhubungan dengan kegagalan sistem.
3.
Mengidentifikasikan potensi dampak dari suatu mode kegagalan
4.
Menentukan dan mengurutkan seberapa serius masing
–
masing dampak tersebut
5.
Menentukan semua potensi penyebab untuk setiap mode kegagalan
6.
Mengidentifikasi metode deteksi yang tersedia untuk tiap penyebab
7.
Mengidentifikasikan aksi yang direkomendasikan untuk setiap penyebab untuk mengurangi severity
pada tiap mode kegagalan. Dalam hal ini, nilai tiap parameter diperoleh dari data statistik kegagalan pada
transformer.
FMECA diasumsikan sebagai ekstensi dari FMEA, sehingga parameter yang sering digunakan pada
FMEA akan digunakan pula pada FMECA. Evaluasi pada masing
–
masing parameter ditentukan dengan
karakteriktiknya masing
–
masing. Parameter S (
Severity
) digambarkan dengan waktu pelayanan hingga
kegagalan, parameter O (
Occurence
) ditentukan oleh tingkat kemungkinan dari kejadian, dan parameter D
(
Detection
) digambarkan dengan level kemampuan deteksi [4]. Parameter C (
critically
) di FMECA didefinisikan
sebagai jumlah prioritas resiko (RPN). Evaluasi untuk setiap parameter S (
Severity
), O (
Occurence
), D
(
Detectability
), dan C (
Critycally
) ditunjukkan pada Tabel 1
–
4 :
Tabel 1 : Parameter
Severity
(S)
Tabel 2: Parameter
Occurence
(O)
Tabel 3: Paramameter Kemampuan Deteksi (D)
Nurul Chasanah
1106015466
Tabel 4: FMECA
III.
APLIKASI PADA TRANSFORMER
Berdasarkan IEEE (C57.125-1991), kegagalan transformer didefinisikan sebagai terminasi dari stabilitas
transformer untuk bekerja sesuai fungsi spesifiknya. Transformer terdiri dari tiga komponen utama ; 1) lilitan
primer, yang menghasilkan flux magnet saat terhubung dengan sumber tegangan, 2) lilitan sekunder, flux magnet
yang telah dihasilkan akan melalui lilitan ini melalui saluran inti, lihat Gambar.1.
Gambar 1: Prinsip Transformer
3.1
Contoh Kasus
Untuk mengilustrasikan aplikasi FMECA, jurnal ini akan menguji data statistik kegagalan dari 92
transformer dengan tegangan sebesar 100 kV atau lebih di tahun 2005 hingga 2013. Sistem yang akan dianalisis
berdasarkan pada data statistik kegagalan dari 92 transformer. Hasil analisis menunjukkan tiga komponen; lilitan,
bushing
, dan
On-load-tap-changer
(OLTC), memiliki potensi mode kegagalan. Probabilitas kegagalan dari lilitan,
bushing
, dan OLTC secara berurutan adalah sebesar 68.48%, 18.47%, dan 13.04%, lihat Gambar 2. Hasil ini
memiliki kesamaan dengan pernyataan dari Xie
et al
[1] dimana lilitan memiliki persentase tertinggi dalam hal
probabilitas kegagalan pada transformer.
Nurul Chasanah
1106015466
Gambar 2. Data Kegagalan dari 92 transformer
Kesalahan dalam lilitan erat kaitannya dengan kerusakan mekanik atau material isolasi. Lilitan disusun
pada rangka silinder yang mengelilingi inti, dan masing
–
masing lilitan terbungkus dengan kertas isolasi.
Berdasarkan investigasi, penyebab utama kegagalan dalam lilitan adalah kerusakan mekanik yang terjadi pada
lilitan. Gambar 3 menunjukkan pohon kegagalan dari kegagalan lilitan. Salah satu kegagalan yang sering terjadi
adalah lilitan yang mengalami hubung singkat. Hal ini terjadi ketika isolasi pada kawat di coil primer atau
sekunder terganggu, dan arus dapat mengalir dari satu lilitan ke lilitan lainnya [5].
Sementara itu, fungsi dari
bushing
adalah untuk mengisolasi tangki transformator dengan lilitan dan
untuk menghubungkan lilitan ke jaringan luar transformator. Kegagalan utama
bushing
biasa disebabkan karena
hubung singkat. Penyebab utama hubung singkat ialah kerusakan mekanis atau material yang salah pada isolator
[6]. Berdasarkan statistik, jumlah kerusakan transformator yang disebabkan
bushing
berkisar 10%
–
40% [7].
Tap changer
merupakan divais pengatur tegangan yang mengubah rasio transformer dengan menambah
atau mengurangkan jumlah lilitan primer dan sekunder. OLTC secara umum terdiri dari dua
switch
;
diverter
switch
dan
tap selector
.
Diverter switch
mengubah tegangan tanpa memutus beban sementara
tap selector
memilih
tap
agar
diverter switch
tahu kearah mana arus beban disalurkan. Fungsi OLTC gagal saat tidak terjadi perubahan
level tegangan [6].
Penyebab utama lilitan dan OLTC mengalami kegagalan adalah karena kerusakan mekanis, dimana
kegagalan
bushing
terjadi karena kemampuan isolasi menurun. Penurunan isolasi ini mengakibatkan kesalahan
perhitungan dalam biaya karena hal ini menghasilkan keluaran mesin dan daya listrik. Oleh karena itu, diperlukan
usaha yang tinggi untuk mendeteksi kegagalan dalam sistem isolasi transformer [8]. Fungsi dari minyak trafo
adalah untuk mendinginkan bagian yang aktif bekerja pada transformer, dan sebagai isolasi elektris antar bagian
yang berbeda. Selanjutnya, isolasi untuk sistem pendinginan dipengaruhi oleh kualitas minyak trafo itu sendiri
[6]. Penyebab utama menurunya kualitas minyak trafo adalah peristiwa oksidasi minyak, dekomposisi suhu, dan
komtaminasi kelembaban.
Selanjutnya, kegagalan transformer dapat dibagi menjadi tiga kategori, yaitu kegagalan lilitan, kesalahan
bushing
, dan kesalahan pada
load-tap-changer
. Mode kegagalan lilitan adalah hubung singkat. Secara definisi
mode kegagalan adalah cara mengobservasi kegagalan, menggambarkan bagaimana kegagalan terjadi, dan
dampaknya pada operasi kerja [9].
Gambar 3. Pohon kegagalan untuk lilitan (Frazen & Karlsson, 2007)
Berdasarkan data 92 trasnformer, waktu layanan hingga kegagalan transformer disajikan pada tabel 5.
Sebagai contoh, jumlah transformer yang memiliki waktu layanan hingga kegagalan antara lebih dari 12 tahun
sampai 16 tahun adalah 19 unit.
Tabel 5. Jumlah transformer berdasarkan waktu layanan hingga kegagalan
Nurul Chasanah
1106015466
Untuk kategori hanya satu kegagalan terukur selama umur transformer disajikan pada tabel 6. Sebagai
contoh, jumlah transformer dengan satu kegagalan dalam waktu 18 tahun adalah 17 unit.
Tabel 6. Jumlah transformer yang memiliki satu kegagalan dalam usianya
Implementasi dari metode FMECA mendekati untuk bagian lilitan, OLTC, dan
bushing
pada transformer
ditunjukkan pada tabel 7.
Tabel 7. Data Evaluasi FMECA untuk Transformer
Di FMECA, lilitan RPN,
load-tap-changer
, dan
bushing
adalah 108, 64, dan 72. Hal ini menunjukkan
lilitan memiliki nilai tertinggi untuk tingkat kekritisan dengan kategori tinggi, sementara OLTC dan
bushing
berada pada kategori medium. Berdasarkan hasil analisis menggunakan FMECA, rekomendasi untuk stategi
pemeliharaan perlu ditindaklanjuti. Berdasar pada tabel FMECA (tabel 4), level resiko ditentukan pada tingkat
kekritisan. Stategi pemeliharaan diklasifikasikan untuk kegagalan yang berbeda atau level resisko yang berbeda,
lihat Tabel 8.
Tabel 8. Strategi Pemeliharaan
Berdasarkan level resiko, strategi pemeliharaan untuk lilitan dengan level resiko tinggi termasuk kedalam
strategi pemeliharaan secepatnya, untuk OLTC dan
bushing
dengan resiko yang dapat di toleransi, strategi
pemeliharaan perlu diprioritaskan.
IV.
KESIMPULAN
Jurnal ini menerangkan tentang aplikasi FMECA untuk manajemen pemeliharaan transformer. FMECA
dapat digunakan untuk mengidentifikasi mode kegagalan dengan efek yang signifikan pada reliabilitas sistem
transformer. Berikutnya, FMECA juga menyajikan basis obyektif untuk menentukan prioritas dalam aksi
pemeliharaan. Dari 92 tranformer, diperoleh tiga komponen yang berpotensi memiliki mode kegagalan, yaitu
lilitan, OLTC, dan
bushing
. Analisis pohon kegagalan untuk ketiga komponen telah menunjukkan potensi mode
kegagalan, efek kegagalan, dan penyebab kegagalan. Kegagalan
severity
(S) dan kegagalan kejadian (O) dibagi
kedalam sepuluh tingkat, dimana parameter kemampuan deteksi (D) dibagi kedalam 5 tingkat. Kekritisan (C)
dihitung dari perkalian kegawatan, kejadian, dan kemampuan deteksi. Penaksiran resiko dibagi kedalam tiga level,
yaitu resiko yang dapat diterima, resiko yang dapat ditoleransi, dan resiko yang tak dapat diterima. Strategi
pemeliharaaan berdarkan taksiran ini dibagi kedalam tiga strategi, yaitu pemeliharaan yang dapat ditunda,
pemeliharaan yang diprioritaskan, serta pemeliharaan yang harus dilakukan secepatnya. Sebagai hasilnya, strategi
pemeliharaan untuk lilitan termasuk kedalam pemeliharaan yang harus dilakukan secepatnya, sementara untuk
OLTC dan
bushing
termasuk kedalam pemeliharaan yang diprioritaskan.
Nurul Chasanah
1106015466
V.
REFERENSI
[1] Xie, Q., Li, Y., Li, Y., Lv, F, Peng P, Large Power Transformer Failures Risk Evaluation and Maintenance Tactics, DRPT,
pp.1-5, Nanjing, China, 2008.
[2] Feili, H.R., Akar, N., Lotfizadeh, H., Bairampour, M., Nasiri, S. Risk Analysis of Geothermal Power Plants using Failure
Modes and Effect Analysis (FMEA) Technique, Energy Conversion and Management, vol. 72, pp. 69-76, 2013.
[3] Ding, S-H, Muhammad, N.A., Zulkarnain, N.H., Khaider, A.N., Kamaruddin, S. Application of integrted FMEA and Fish
Bone Analysis
–
A Case study in Semiconductor Industry, Proceeding of the 2012 International Conference on Industrial
Engineering & Operations management, Istanbul, Turkey, July 3-6, pp. 1233-1238, 2012.
[4] Yssaad, B., Khiat, M., Chaker, A. Reliability Centered Maintenance Optimization for Power Distribution Systems,
Electrical Power and Energy Systems, vol. 55, pp. 108-115, 2014.
[5] Gill, P., Electrical Power Equipment Maintenance and Testing, 2nd ed., CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton,
2009.
[6] Franzen, A., Karlsson, S., Failure Modes & Effects Analysis of Transformers, Royal Institute of Technology, KTH,
Sweden, 2007.
[7] Kapinos, J, Operating Damages of Bushing in Power Transformer, Transaction of Electrical Engineering, vol. 1, no. 3,
pp.89-93, 2012.
[8] Cabanas, M.F, Pedrayes, F., Melero, M.G., Rojas, C.H., Orcajo, J.A., Cano, J.M., Norniella , J.G. “Insulation fault diagn
osis
in high votage power transformers by means of lea
kage flux analysis”, Progress in Electromagnetic Research, vol. 114, pp.
211-234, 2011.
[9] Reliability Analysis Center, Failure Mode Effects and Criticality Analysis, Concurrent Engineering Series, Rome, 1993.
