Umar Khayam
Monitoring dan diagnosis peralatan listrik tegangan tinggi sangat diperlukan untuk menjaga kontinuitas operasi peralatan listrik. Salah satu aspek penting monitoring dan diagnosis adalah pengukuran sinyal partial discharge yang terjadi di dalam isolasi peralatan listrik. Partial discharge dapat diukur dengan mendeteksi arus yang terjadi akibat peluahan muatan di isolasi atau dengan mendeteksi radiasi, cahaya, getaran, dan gelombang akustik yang ditimbulkan oleh partial discharge . Deteksi PD pertama kali yaitu pada abad ke sembilan belas oleh G. Ch Lichtenberg. Pada tahun 1970 standar IEC 60270 ditetapkan sehingga banyak informasi praktis dihasilkan dan diimplementasikan pada berbagai komponen sistem tenaga seperti kabel, trafo, dan gardu. Versi ketiga dari standard IEC 60270 menggambarkan rangkaian ekivalen dan metode kalibrasi untuk penerapan sistem deteksi PD dalam kasus nyata. Metode deteksi PD dapat dikategorikan dalam hal kemampuan bandwidth frekuensi. Pilihan deteksi frekuensi adalah sebagai tercantum di bawah ini (IEC 60270, 2000): band sempit (narrow-band): bandwidth 9 kHz sampai 30 kHz dengan frekuensi midband antara 50 kHz dan 1000 kHz; band lebar (wide-band): sinyal rentang frekuensi dibatasi oleh batas bawah antara 30 kHz dan 100 kHz, batas atas 500 kHz dan bandwidth deteksi antara 100 kHz dan 400 kHz; ultrawideband (UWB): rentang frekuensi dari 100 kHz sampai 1 GHz lebih. Pemilihan rentang frekuensi untuk deteksi PD tergantung pada parameter sinyal yang diminati. Pengukuran PD UWB sangat diperlukan untuk pengamatan sifat PD seperti bentuk pulsa dan spektrum frekuensi yang sangat berhubungan dengan sifat yang mendasari proses PD. Salah satu metode pengukuran PD UWB adalah metode penyesuaian impedansi. Metode penyesuaian impedansi bertujuan memaksimalkan transfer daya arus PD pada bandwidth yang sangat lebar (UWB) sehingga bisa diperoleh sinyal PD yang sebenarnya. Penelitian terdahulu tentang pengukuran PD dengan metode penyesuaian impedansi tidak memperhatikan kemampuan bandwidth frekuensi dari rangkaian pendeteksi dan rangkaian yang digunakan hanya berupa rangkaian resistansi. Pada tahun pertama penelitian (2015) telah dirancang dibuat rangkaian pendeteksi PD dalam bentuk rangkaian RC. Pada penelitian tahun pertama telah dibuat 5 rangkaian pendeteksi PD dengan rangkaian dan komponen yang identik. Kelima rangkaian pendeteksi menunjukkan performa yang baik dan telah terbukti dapat digunakan untuk pengukuran PD. Rangkaian pendeteksi ini memiliki frekuensi cut off sebesar 72 kHz. Rangkaian pendeteksi juga telah diuji pada laboratorium PPET LIPI Bandung. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian parameter S11 dengan kriteria kurang dari -6 dB. Bandwith frekuensi untuk masing-masing rangkaian pendeteksi. RC 1, RC2, RC 3, RC 4, dan RC 5 adalah 404.88 MHz, 473.19 MHz, 516.51 MHz, 493.19 MHz, dan 548.17 MHz. Return loss minimum untuk masinng-masing rangkaian pendeteksi RC 1, RC2, RC 3, RC 4, dan RC 5 adalah -18.8 dB, -21.53 dB, -31.17 dB, -31.49 dB, dan –36.81dB. Rangkain pendeteksi juga telah diuji untuk mendeteksi PD di laboratorium. Sensitivitas pengukuran rangkaian yang dinilai dari latar belakang derau menunjukkan tegangan puncak ke puncak untuk RC 1, RC2, RC 3, RC 4, dan RC 5 adalah 98 mV, 90 mV, 98 mV, 96 mV, dan 96 mV. Pada tahun kedua penelitian (2016) telah dirancang rangkaian pendeteksi PD Ultrawide Band (UWB) yang terdiri dari rangkaian penyesuai impedansi dan penguat UWB sebagai komponen utamanya. Pendeteksi impedansi yang digunakan mempunyai konfigurasi pi - attenuator yang juga berperan sebagai penyesuai impedansi untuk penguat UWB. Pi - attenuator diletakkan di sisi input dan output penguat UWB untuk mendapatkan nilai impedansi 50 Ω. Rangkaian attenuator topologi À tersusun dari tiga buah resistor yang memberikan nilai impedansi input dan output resistif murni dengan nilai attenuasi tertentu. Rangkaian Pi-Attenuator sebagai penyesuai impedansi berfungsi untuk meredam terjadinya variasi nilai impedansi rangkaian. Karena bersifat sebagai attenuator, maka rangkaian ini berpengaruh pada penurunan gain rangkaian. Meskipun demikian, rangkaian ini mampu mengatasi ketidakstabilan akibat perubahan nilai impedansi. Penguat UWB digunakan agar sinyal PD dengan magnitude kecil dapat dideteksi. Sinyal dari terminal input dideteksi oleh impedansi pi – attenuator untuk kemudian diperkuat oleh penguat UWB pada rentang frekuensi UWB sehingga didapatkan sinyal PD dengan jumlah yang lebih banyak. Rangkaian pendeteksi yang dirancang dan dibuat telah diuji pada laboratorium PPET LIPI Bandung. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian parameter S11 dengan kriteria kurang dari -6 dB. Hasil pengujian menunjukkan bahwa rangkaian penguatan tunggal memiliki dua bandwith frekuensi kerja. Pertama adalah bandwith sebesar 513 MHz dengan frekuensi batas bawah 367.5 MHz dan frekuensi batas atas 880.5 MHz. Kedua adalah bandwith sebesar 891 MHz dengan frekuensi batas bawah 1582.5 MHz dan frekuensi batas atas 2473.5 MHz. Rangkaian pendeteksi juga telah diuji untuk mendeteksi PD di laboratorium. Meskipun rangkaian pendeteksi terbukti mampu mendeteksi PD dengan karakteristik yang baik, bandwidth dan sensitivity rangkaian perlu ditingkatkan untuk mampu mendeteksi PD dengan rise time yang lebih cepat. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan mengimplementasikan rangkaian pendeteksi untuk pengukuran PD yang mempunyai bandwidth frekuensi dari frekuensi rendah mendekati DC hingga mencapai ultra-wide band ( di atas 1 GHz ), melakukan pengukuran PD menggunakan rangkaian pendeteksi yang telah diimplementasikan, menganalisis hasil pengukuran partial discharge PD yang didapatkan menggunakan rangkaian pendeteksi. Metode penelitian terdiri dari empat tahap: perancangan rangkaian deteksi, simulasi dengan software ADS untuk menentukan S-parameter, impedansi, dan bandwidth rangkaian, pembuatan rangkaian deteksi, pengujian S-parameter, impedansi, dan bandwidth rangkaian dengan vector network analyzer, dan aplikasi rangkaian untuk pengukuran karakteristik dasar PD pada model corona discharge. Salah satu indikator keberhasilan penelitian ini adalah dimuatnya hasil penelitian ini berupa makalah pada jurnal internasional yang terindeks scopus dan pada proseding konferensi internasional yang terindeks scopus. Prototipe rangkaian pendeteksi dan pengukuran partial discharge juga akan dibuat. Penelitian ini merupakan tahapan kedua dari peta jalan penelitian pengembangan sistem diagnosis peralatan listrik dengan pengukuran arus listrik yang ditimbulkan oleh kejadian partial discharge. Sebagai informasi, penelitian tahun pertama dan tahun kedua telah memenuhi target capaian, yaitu: 1 publikasi jurnal internasional, 2 publikasi seminar internasional, dan 1 prototipe.