metode pengukuran arus gic pada transformator - HFI DIY

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIV HFI Jateng & DIY, Semarang 10 April 2010
hal. 71-76
METODE PENGUKURAN
JARINGAN LISTRIK
ARUS
GIC
PADA
71
TRANSFORMATOR
Setyanto Cahyo P
Pusat Pemanfaatan Sains Antariksa, Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional, Jl. Dr.
Djunjunan No. 133 Bandung, Indonesia, 40173.
Email : [email protected]
INTISARI
Ketika badai geomagnet terjadi maka akan terjadi perubahan pada sistem arus magnetosfer bumi, salah satunya adalah arus
ionosfer. Arus ionosfer yang mengalir di permukaan bumi menyebabkan terjadinya arus induksi yang dikenal sebagai
Geomagnetically Induced Current (GIC). Selama terjadi gangguan medan magnet bumi, arus GIC yang mengalir pada
permukaan bumi ini dapat mengakibatkan terjadinya saturasi (core saturation) pada transformator jaringan listrik. Pada makalah
ini dilakukan pengkajian mengenai keberadaan arus GIC yang terdapat pada arus netral jaringan listrik di Indonesia. Dari analisis
yang telah dilakukan belum mampu mengungkap keberadaan arus GIC pada arus netral tranformator distribusi jaringan lisrtik hal
ini dikarenakan kondisi medan geomagnet yang relatif tenang serta letak geografis Indonesia yang jauh dari kutub.
Kata kunci : Geomagnetically Induced Current, - Geomagnetic Disturbance (GMD), Core Saturation
I.
PENDAHULUAN
Geomagnetically Induced Current – GIC merupakan manifestasi dari adanya interaksi antara
matahari dan bumi berupa badai geomagnet. Ketika terjadinya aktivitas pada matahari (Corona Mass
Ejection - CME) maka terjadi lontaran partikel menuju bumi dengan kecepatan tinggi dan saat bertemu
magnetosfer bumi akan terjadi “interplanetary shock”. Peristiwa selanjutnya adalah terjadi transfer
energi dan partikel melalui mekanisme rekoneksi yang akan semakin intens bersamaan dengan arah
selatan medan magnet ruang antar planet (Interplanetary magnetic field, Bz IMF). Dampaknya akan
terjadi perubahan sistem arus di dalam magnetosfer seiring dengan itu, terjadi peningkatan medan
geomagnet di permukaan bumi. Ilustrasi sederhana mekanisme terbentuknya badai geomagnet dapat
dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema rekoneksi garis medan magnet bumi dan medan magnet ruang antar planet.
Terbentuknya Geomagnetically Induced Current – GIC dipicu oleh adanya variasi arus ionosfer
yang mengalir di permukaan bumi pada saat badai geomagnet. Dampak dari variasi arus ionosfer
adalah terbentukanya medan magnet induksi di permukaan bumi, sehingga terjadi fluktuasi medan
geomagnet atau dengan kata lain terjadi perubahan medan geomagnet. Selama terjadi badai geomagnet,
fluktuasi medan magnet bumi oleh arus ionsifer akan membangkitkan perbedaan potensial di sekitar
permukaan bumi yang dikenal sebagai Earth Surface Potential (ESP). ESP ini seolah-olah bertindak
sebagai sumber tegangan di antara dua netral ground transformator pada jaringan listrik. Dengan
ISSN 0853 - 0823
72
Setyanto Cahyo P / Metode Pengukuran Arus Gic Pada Transformator Jaringan Listrik
adanya ESP ini maka akan mengalirkan arus pada kedua netral ground transformator dan sepanjang
kabel jaringan listrik. Arus inilah yang dinamakan arus induksi geomagnet (GIC). Ilustrasi
pembangkitan arus GIC oleh arus ionsofer saat badai geomagnet dapat dilihat pada Gambar 2.
← Earth Surface Potential →
Gambar 2. Ilustrasi pembangkitan arus GIC saat badai geomagnet. ESP timbul di antara dua netral
ground transformator pada jaringan listrik yang selanjutnya bertindak sebagai sumber arus. Jika
dibandingkan dengan arus AC frekuensi arus GIC yang mengalir pada transformator sangat kecil /arus
DC freq 0.001-0.1 Hz .
Arus GIC yang mengalir pada permukaan bumi pada saat terjadi badai geomagnet dapat
mengakibatkan terjadinya core saturation pada transformator distribusi jaringan listrik dan dampak
terburuknya adalah terjadi kerusakan pada transfromator. Tujuan dari makalah ini adalah melakukan
kajian mengenai keberadaan arus GIC yang terdapat pada arus netral distribusi jaringan listrik di
Indonesia. Perilaku dari output tegangan dan arus pada transformator distribusi jaringan listrik ketika
terinjeksi
arus
netral
(GIC)
dapat
diilustrasikan
seperti
pada
Gambar.3
(Sabdullah.M.,Haryono,T.2007).
(a)
(b)
Gambar.3. Contoh simulasi plot tegangan (a) dan arus (b) pada transformator sekunder sebelum dan
sesudah di injeksi suatu arus (simulasi arus GIC)
ISSN 0853 - 0823
Setyanto Cahyo P / Metode Pengukuran Arus Gic Pada Transformator Jaringan Listrik
73
II. METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan pada penelitian ini menggunakan FFT dan harmonik. Hal ini dikarenakan
arus listrik berupa sinyal dengan frekuensi berbeda-beda. Selain itu juga dilakukan studi literatur yang
berkaitan dengan karakteristik dari GIC, mekanisme pembentukan GIC serta dampaknya terhadap
transformator distribusi jaringan listrik. Sedangkan data yang digunakan merupakan data pengukuran
arus netral pada transformator distribusi jaringan listrik PLN tahun 2008-2009. Arus netral ini
digunakan untuk memperkirakan arus GIC yang mungkin mengalir pada transformator jaringan listrik
PLN.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kontruksi transformator tiga fasa pada dasarnya merupakan transformator satu fase yang disusun
menjadi 3 buah dalam satu inti besi. Ada 4 tipe kombinasi yang biasa digunakan pada transformator
tiga fasa yaitu; Delta to Delta; Delta to Wye; Wye toDelta dan Wye to Wye. Distribusi jaringan listrik di
Indonesia umumnya menggunakan kontruksi tranformator tiga fasa dengan tipe kombinasi Wye atau
Delta. Ilustrasi bentuk tipe transformator dapat dilihat pada Gambar 4 dan 5.
Gambar 4. Kontruksi Transformator (a) tipe wye, (b) tipe delta
Gambar 5. Kombinasi tipe Transformator (a) Wye to Delta (b) Delta to Wye
Telah disebutkan bahwa masuknya arus GIC pada transformator menyebabkan terjadinya saturasi
pada lilitan primernya (halfcycle saturation) yang menyebabkan terjadinya kerusakan. Trafo memiliki
kurva magnetisasi yang bentuknya tergantung dari material inti yang digunakan. Pada arus dan
tegangan nominal (rated), trafo bekerja pada daerah linier, sehingga bentuk gelombang sisi primer
(input) sama dengan sisi sekunder. Jika arus melewati daerah saturasi, maka output arus dan tegangan
sekunder akan cacat (biasa disebut harmonisa). Ilustrasi kurva magnetisasi transformator, ditunjukkan
pada Gambar 6.
ISSN 0853 - 0823
74
Setyanto Cahyo P / Metode Pengukuran Arus Gic Pada Transformator Jaringan Listrik
Kurva magnetisasi
trafo
Injeksi
Arus GIC
Daerah kerja
trafo (linier)
Output
sekunder trafo
Arus primer trafo
yang sudah di
injek arus DC
Gambar 6. Poses terjadinya harmonik akibat half cycle saturation
Untuk mengetahui besarnya arus netral yang mengalir pada netral ground transformator jaringan
listrik PLN digunakan alat ukur arus yang dinamakan PQM Nexus dan Power Visa. Profil dan setting
pemasangan PQM Nexus dirangkai secara seri pada wiring sekunder CT Switchyard, sedangkan PQM
Power Visa menggunakan clamp on pada wiring sekunder CT switchyard. Alur pemasangan alat ukur
arus netral ditunjukan pada Gambar 7.
Gambar 7. Profil dan pemasangan alat ukur arus netral pada transformator distribusi jaringan listrik
PLN (kiri) PQM Nexus dan (kanan) PQM Power Visa 400, serta (bawah) skema pemasangan alat ukur
arus netral pada transformator jaringan listrik PLN di gardu induk Fajar Surya Wisesa
Sebagai bahan analisis, dilakukan pengukuran arus netral di gardu induk Fajar Surya Wisesa, Bekasi
menggunakan alat ukur PQM Power Visa 400. Arus netral hasil pengukuran kemudian diolah untuk
dianalisis menggunakan metode FFT dan Harmonik. Hasil dari pengolahan data tersebut ditunjukkan
pada Gambar 8.
ISSN 0853 - 0823
Setyanto Cahyo P / Metode Pengukuran Arus Gic Pada Transformator Jaringan Listrik
75
Gambar 8. Plot hasil pengukuran arus netral (kiri) sampling ms dan (kanan) rata-rata (rms)nya di gardu
induk Fajar Surya Wisesa, Bekasi tanggal 22 - 23 Maret 2009
Area frekuensi GIC
0.001-0.1Hz
Gambar 9. Plot spektrum frekuensi arus netral di gardu induk Fajar Surya Wisesa, Bekasi
Gambar 10. Plot FFT terhadap pengukuran arus netral pada gardu induk Fajar Wisesa, Bekasi,
31/06/08
Analisis terhadap hasil pengolahan spektrum frekuensi Gambar 9, tampak adanya banyak frekuensi
antara lain frekuensi listrik (50 Hz), frekuensi harmonik dan frekuensi lainnya dengan amplitudo
dibawah 0.05 A. Sedangkan untuk arus GIC sendiri dari hasil plot spektrum frekuensi terhadap arus
netral belum nampak. Hal ini dikarenakan area frekuensi untuk arus GIC ada pada daerah frekuensi
0.001 – 0.1Hz, sehingga diperlukan metode lain untuk mengungkap arus GIC ini. Dari hasil Plot FFT
terhadap pengukuran arus netral pada gardu induk Fajar Wisesa Gambar 10, belum nampak jelas
adanya frekuensi arus GIC, bahkan untuk frekuensi arus operasional (50Hz) saja juga tidak tampak
dominan, karenanya diperlukan kajian lebih lanjut. Dari hasil pengolahan yang telah dilakukan jika
diklarifikasi dengan data indeks Dst (Disturbance Store Time) yang merupakan ukuran intensitas
medan magnet bumi secara global, tampak bahwa belum terindikasinya arus GIC ini disebabkan karena
aktivitas medan geomagnet sepanjang tahun 2008-2009 relarif kecil.
ISSN 0853 - 0823
76
Setyanto Cahyo P / Metode Pengukuran Arus Gic Pada Transformator Jaringan Listrik
IV. KESIMPULAN
Keberadaan arus GIC yang terdapat pada arus netral jaringan listrik di Indonesia selama tahun
2008-2009 belum mampu diidentifikasikan secara pasti, hal ini berkaitan dengan kondisi medan
geomagnet yang relatif tenang selama rentang waktu tersebut. Dalam kegiatan ini juga telah dapat
mengungkap keberadaan arus lainnya yang terkandung pada arus netral diantaranya, arus operasional
dan arus harmonik.
V. DAFTAR PUSTAKA
Ari Viljanen, Antii Pulkkinen and Risto Pirjola. .General Mechanisms of GeomagneticallyIinduced
Currents on Power Systems and Pipeline. Finnish Meteorological Institute.Helsinki.Finland.
Boteler.D.H.,Pirjola.R,and H.Nevanlinna.1998. The Effect of Geomagnetic Disturbances on Electrical
Systems at The Earth Surface. Adv.Space Res.,22,17-27.
J. Aubin.1992.Effects of Geomagnetically Induced Currents on Power Transformers. p24-33.
Kappenman JG., 2003, Storm sudden commencement events and associated geomagnetically induced
current risks to ground-based system at low-latitude and mid-latitude locations
Lehtinen.M., Pirjola.R.1985. Currents Produced in Earthed Conductor Networks by Geomagnetically
Induced Electri Field. iAnnalas Geophysicae. Vol.3, No.4,pp.479-484.
Makoto Harada, Jun Izutsu, T. Uetake, T. Tearayama, and T.Nagao.2008. The Observation of Natural
Current of 500KV Powerline andAapplication to The Monitoring of The Underground Electrical
Conductivity. EMSEV-DEMETER Joint Workshop. Romania.
Santoso,A.2009.Analytical Study Of Geomagnetically Induced Current (GIC) Existance in Indonesia.
National Seminar of Electro Engineering. ITS. Surabaya.Indonesia
Sabdullah.M.,Haryono,T.2007.Analytical Study of Geomagnetically Induced Current Phenomenon at
Power Transformer. Gadjah Mada University Yogyakarta, Indonesia.
ISSN 0853 - 0823