METODA UJI DGA
Oil-filled electrical equipment - Sampling of gases and analysis of free and dissolved gases - Guidance (IEC 60567:2011) &/ Standar Test Method for Anlysis of Gases Dissolved in Electrical Insulating Oil by Gas Chromatography ASTM 3612 Pengujian Gas Menggunakan GC (Gas chromatography ) Sampel gas yang diambil dari gas-collecting relays atau gas hasil ekstraksi dari sampel minyak, diuji dengan alat Gas Chromatography . Gas yang diuji meliputi: a. Hidrogen H2; b. Oksigen O2; c. Nitrogen N2; d. Methan CH4; e. Ethan C2H6; f. Ethilen C2H4; g. Acetylen C2H2; h. Karbon monoksida CO; i. Karbon dioksida CO2.
Hidrokarbon rantai C3 (Propan) tidak diperlukan tetapi dalam kondisi tertentu untuk interpretasi gas rantai C3 dapat memberikan informasi yang bermanfaat.
Skema peralatan gas chromatography Gambar layout peralatan gas chromatography yang umum digunakan. Sistem injeksi disesuaikan dengan metodanya dimana gas dtransfer dari peralatan ekstraksi ke gas chromatography .
Posisi A: Sample loop filling Posisi
B: Injeksi
1. Stopcock 8. Integrator 2. Keran gas sampel chromatograph 9. Optional restriction valve for pressure 3. Sample loop 10. Switch 4. Columns selector valve 11. Methanator 5. Columns: 12. H2 untuk katalis a) column 1 b) column 2 A Inlet carrier gas 6. Detectors: a) thermal conductivity B Outlet carrier gas (ke GC) b) flame ionization C Injeksi gas sampel 7. Recorder V Penghubung ke vakum
Contoh kondisi operasi gas chromatography
Metode Ekstraksi DGA
1.
Vacuum extraction 1- Multi-cycle vacuum extraction - pompa toepler Pada metode ini, prosedur operasi yang dilakukan adalah memisahkan sebanyak mungkin gas terlarut dari dalam minyak pada kondisi vacuum. Biasanya metode ini dapat memisahkan 97 % gas yang kelarutannya tinggi dan lebih dari 97 % gas yang kelarutanya rendah.
2- Ekstraksi vakum - degassing sebagian Pada metode ini, ekstraksi gas diakhiri dengan sekali paparan ke vakum. Efisiensi ekstraksi tergantung pada tingkat kelarutan masing–masing komponen gas. Koreksi pada ekstraksi gas yang tidak sempurna didapatkan dari perhitungan menggunakan koefisienkelarutan Ostwald setiap gas yang terdapat di dalam minyak transformator, baik itu minyak mineral maupun non mineral.
2.
Stripping Ekstraksi gas terlarut dilakukan dengan menggunakan gas pembawa (carrier gas ) melalui, sampel minyak dengan volume minyak umumnya antara 0,25- 5 ml. Waktu yang dibutuhkan untuk mengekstrak volume minyak yang lebih besar menyebabkan hasil kromatogram gas yang kurang akurat Peralatan stripping Saat ini desain stripper yang digunakan cukup beragam. Pada Gambar 7 menunjukkan borosilicate glass stripper . Minyak diinjeksikan ke dalam stripper dari syringe melalui septum karet. Septum ini dapat digunakan beberapa kali (3 – 10 tergantung ukuran jarum) sebelum terjadi kebocoran. Desain stripper dibuat dari stainless steel seperti yang ditunjukkan pada gambar 8. Jarumsyringe dihubungkan dengan stripper melalui selang penghubung syringe yang dipasang antara dasar stripper dan jarum syringe . Minyak diinjeksikan oleh pergerakan aktuator pneumatik pada syringe plunger . Untuk mengetahui volume sampel minyak yang diinjeksikan dengan akurasi 1,0 % dilakukan menggunakan perbedaan massa syringe sebelum dan sesudah injeksi.
Stainless steel stripper
3.
Headspace Prinsip metode headspace Pada metode ini volume minyak (VL) dimasukkan kedalam vial gelas dan kontak dengan fase gas (headspace ) dengan volume VG. Gas-gas yang terlarut dalam minyak (H2, O2,N2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CO and CO2) akan berpindah ke headspace pada kondisi kesetimbangan pada suhu, tekanan dan pengadukan tertentu. Headspace dialirkan kedalam injection loop atau dialirkan secara langsung kedalam kolom gas chromatography tergantung jenis peralatan uji yang digunakan. Penentuan konsentrasisetiap gas pada headspace menggunakan kurva kalibrasi dan dihitung menggunakanHukum Henry’s dan hasil percobaan penentuan koefisien partisi dari minyak atau kalibrasilangsung dengan standar gas dalam minyak. Diagram skema metode ini ditunjukkan padagambar 10.
Gambar. Skema headspace
Kalibrasi (Headspace) dengan standar gas Keunggulan metode ini adalah tidak memerlukan preparasi standar gas dalam minyak untuk kalibrasi langsung pada ekstraktor headspace. Vial berisi standar gas ditempatkan pada headspace sampler dan diuji melalui headspace injection loop . Kurva kalibrasi merupakan hubungan antara tinggi peak kromatogram atau luasan area peak terhadap konsentrasi gas pada standar gas. Konsentrasi gas dalam sampel minyak ditentukan menggunakan persamaan berdasarkan Hukum Henry, yang membutuhkan partition coefficient (K) dan rasio volume vial aktual (VG/VL) untuk setiap sampel minyak.
Shaketest (headspace tipe sederhana) Metode headspace versi sederhana dikenal sebagai metode “shaketest”. Pada versi ini, sampel minyak (90 ml) dimasukkan kedalam syringe gelas presisi 100 mL diumpamakan sebagai vial gelas. Masukkan 10 mL udara ke dalam syringe . Syringe di-shake dengan tangan untuk mengekstrak gas terlarut. Kesetimbangan akan tercapai kurang dari 2 menit karena efisiensi shake sangat tinggi. Cuplikan hasil ekstraksi gas disuntikkan ke dalam GC portabel untuk pengujian langsung di lapangan atau di labotarorium. Skema sebagai berikut
Shake Test Syringe
Hal yang perlu diperhatikan pada setiap laboratorium DGA untuk menggunakan prosedur yang secara keseluruhan dapat memberikan sensitifitas yang sesuai untuk semua gas dengan konsentrasi seperti pada Tabel berikut
Tabel 5. Batas deteksi gas dalam minyak
Batasan deteksi pada hasil uji sampel gas dari relai buchholz ekuivalen dengan batasan deteksi hasil uji gas yang diektraksi dari minyak sampel. CATATAN: Batas deteksi adalah konsentrasi terendah yang dapat diuji atau dapat diidentifikasi. Akurasi adalah perbedaan antara dua nilai hasil pengujian gas terlarut dalam sampel minyak yang telah diketahui nilainya (CRM). Direkomendasikan setiap laboratorium menentukan sendiri akurasinya,
Tabel . Contoh akurasi dari metode ekstraksi
ONLINE MONITORING
Report on Gas Monitors for Oil-Filled Electrical Equipment WG D1.01 (TF 15) - CIGRE 2010
DGA secara luas telah digunakan untuk mendeteksi Fault pada transformator, umumnya dilakukan oleh laboratorium menggunakan metode standar. Monitor secara online multi-gas banyak di pasar yang mampu mendeteksi beberapa atau semua gas dan memberikan diagnosis online. Hal ini menimbulkan pertanyaan, seperti
Hal ini menimbulkan pertanyaan : Monitor On line yang mana yang baik untuk digunakan ? Bagaimana cara memverifikasi bahwa pembacaan on line monitor telah akurat dan handal, terutama ketika berbeda dengan hasil laboratorium? - Apakah dalam jangka panjang monitoring gas bisa stabil? -
-
Monitor gas diantaranya dari Morgan-Schaffer, GE-Energy, Serveron, Kelman, Energy Support , Gatron, Unisensor dan EMH, antara lain) telah diamati CIGRE. Sekitar setengahnya dapat memungkinkan memberikan diagnosis Fault, memiliki alarm gas saja, dengan hanya beberapa gas dipantau. Mayoritas monitor dapat diinstal pada transformator untuk untuk pemantauan on-line. Beberapa dapat digunakan sebagai instrumen portabel untuk on-site analisis sampel minyak yang diambil secara manual.
On-line monitor sangat berguna pada trafo yang laju pembentukan gasnya harus diikuti dengan interval waktu yang sering (misalnya, dalam peralatan strategis/mahal, atau pada faults yang terdeteksi secara signifikan)
IEC 60599-2015 Rentang 90 % nilai tipikal konsentrasi gas pada transformator tenaga , dalam µl/l
C2H2 Semua
50-150
Transformator Tidak terhubung OLTC Terhubung dengan OLTC
H2
CH4
C2H4
30-
60-
130
280
C2H6 20-90
CO
CO2
400-
3800-
600
14000
2-20
60-280
Rentang 90 % laju tipikal kenaikan gas pada transformator tenaga, dalam µl/l/pertahun C2H2 Semua
35-132
Transformator Tidak terhubung OLTC Terhubung dengan OLTC
H2
0-4
21-37
CH4
C2H4
10-
32-
120
146
C2H6 5-90
CO
CO2
260-
1700-
1060
10000
Hasil pengujian DGA terakhir (lihat 7.1) Bandingkan dengan hasil sampel DGA sebelumnya dan dengan nilai konsentrasi tipikal/ batasan yang diterapkan
Minimal satu gas di
Semua gas
Laporkan
atas nilai tipikal
di bawah nilai tipikal
Hasil uji DGA dibawah
konsentrasi gas dan
konsentrasi gas dan
nilai tipikal konsentrasi
diatas nilai tipikal laju
dibawah
gas/
kenaikan gas Hitunglah
nilai tipikal laju
Peralatan dalam kondisi
rasio gas
kenaikan gas
sehat
Identifikasi gangguan dengan tabel 1
Kondisi WASPADA Konsentrasi gas di atas batas nilai alarm dan diatas nilai tipikal laju kenaikan gas atau
Frekuensi pengambilan
gangguan berubah
sampel ditingkatkan
menjadi D2
dengan durasi lebih
Kondisi ALARM
Ambil tindakan segera
pendek sesuai tabel xx ,
(lakukan pengujian
Pertimbangkan
elektrikal).
pemantauan on-line
Pertimbangkan pemantauan on-line, inspeksi atau perbaikan
Menyimpan data
Gambar 1. Diagram alir metode interpretasi DGA yang direkomendasikan
CIGRE WG D1.32-2010 (Improved DGA Diagnosis Criteria)
Konsentrasi gas DGA diklasifikasikan menjadi 5 tingkatan yaitu nilai tipikal, level 2, level 3, level 4 dan pre-failure . Konsentrasi gas pre-failure adalah nilai konsentrasi gas diatas nilai tipikal yang memiliki kemungkinan terjadi kegagalan pada transformator seperti (alarm
gas,
trip , atau kegagalan yang membutuhkan perbaikan atau
penggantian).
Periode Pengambilan Sampel dan Konsentrasi Gas Transformator Tenaga (µl/l) Konsentrasi
H2
CH4
C2H4
C2H6
C2H2
CO
CO2
TDCG
Periode pengambilan sampel
Tipikal
100
80
170
55
3
500
8900
908
Tahunan
Level 2 Level 3 Level 4
180 254 403
129 170 248
270 352 505
126 205 393
13 32 102
766 14885 983 20084 1372 29980
1542 2101 3175
Bulanan Mingguan Harian
Pre-failure
725
400
800
900
450
2100 50000
5380
Setiap Jam
Periode Pengambilan Sampel dan Laju Kenaikan Konsentrasi Gas Transformator Tenaga (µl/l/tahun) CO
CO2
TDCG
Periode pengambilan sampel
2
660
5850
946
Tahunan
176 382 1074
7 17 47
1737 3054 6491
15382 27012 57351
2539 4513 9738
Bulanan Mingguan Harian
4015
182
17000
150000
26000
Setiap Jam
Konsentrasi
H2
CH4
C2H4
C2H6 C2H2
Tipikal
83
65
89
47
Level 2 Level 3 Level 4
179 280 509
175 313 679
218 369 745
Pre-failure
1095
1825
1825
Periode pengambilan sampel dapat berbeda antara periode berdasarkan nilai konsentrasi gas dengan laju kenaikan konsentrasi gas. Apabila hal tersebut terjadi maka digunakan tabel A.14 berikut ini berdasarkan kombinasi laju kenaikan konsentrasi gas dan level konsentrasi gas. Periode pengambilan sampel berdasarkan konsentrasi gas dan level konsentrasi gas
Level laju kenaikan gas 4 4 4 4 3 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1
Level konsentrasi gas 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1
kombinasi
laju
kenaikan
Periode pengambilan sampel berdasarkan kombinasi laju kenaikan konsentrasi gas dan level konsentrasi gas Harian Mingguan Bulanan Triwulan Tahunan
√ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
TERIMA KASIH
