Institut Riset dan Publikasi Indonesia (IRPI) MALCOM: Indonesian Journal of Machine Learning and Computer Science Journal Homepage: https://journal.
id/index.
php/malcom Vol.
4 Iss.
1 January 2024, pp: 308-316
ISSN(P): 2797-2313 | ISSN(E): 2775-8575
Prediction of Remaining Service Life and Risk Analysis on Power Transformers Using The Weibull Distribution and Risk Priority Number Approach Prediksi Sisa Umur Layan dan Analisa Resiko pada Power Transformer Menggunakan pendekatan Distribusi Weibull dan Risk Priority Number Krisnandha Rahardian1*.
Rini Riastuti2.
Ahmad Zakiyuddin3 Department Metallurgy and Material.
Faculty of Engineering.
Universitas Indonesia.
Indonesia E-Mail: 1krisnandha.
rahardian@pln.
riastuti@metal.
id, 3ahmadzakiyuddin@ui.
Received Oct 26th 2023.
Revised Dec 14th 2023.
Accepted Jan 25th 2024 Corresponding Author: Krisnandha Rahardian Abstract Transformers are expensive and crucial equipment in the electrical power transmission and distribution system.
Playing a vital role in maintaining the reliability and efficiency of power supply, transformers continuously endure thermal, electrical, mechanical, and chemical stresses during operation.
Therefore, assessing the aging of transformers requires comprehensive parameters, especially as heat dissipation becomes a limiting factor for maximum load.
The operational continuity of transformers is a crucial issue, and routine monitoring, inspection, and maintenance activities are necessary to prevent undesired outages.
In this study, an approach is taken by decomposing the transformer into its components and conducting quantitative risk analysis along with priority evaluation.
The Lowest Replacable Unit (LRU) is assessed using Weibull .
Life Data Analysis, and reliasoft software.
The analysis results indicate that the Power Transformer (TR-.
owned by PT ABC in the Integrated Terminal Area is in good condition and suitable for operation.
Weibull simulation shows a remaining life of 275 months .
9 year.
, with a reliability of 86% for the next 4 years and a risk priority number of Medium High .
D).
The conclusion drawn from this analysis provides confidence that the transformer functions well and is reliable in its operations.
Keyword: Distribusi Weibull.
Power Transformer.
Remaining Life.
Risk Priority Number.
Abstrak Transformator adalah peralatan mahal dan krusial dalam sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik.
Berperan penting dalam menjaga keandalan dan efisiensi pasokan listrik, transformator terus menerima tekanan termal, listrik, mekanik, dan kimia selama operasinya.
Oleh karena itu, penilaian penuaan transformator memerlukan parameter komprehensif, terutama karena panas terbuang menjadi faktor pembatas untuk beban maksimum.
Kelangsungan operasional transformator menjadi isu penting, dan kegiatan pemantauan, inspeksi, dan pemeliharaan rutin diperlukan untuk mencegah pemadaman yang tidak Dalam penelitian ini, pendekatan dilakukan dengan mendekomposisi transformator menjadi bagian-bagian dan melakukan analisis risiko kuantitatif serta evaluasi prioritas.
Lowest Replacable Unit (LRU) dievaluasi menggunakan Weibull .
Life Data Analisis, dan software reliasoft.
Hasil analisis menunjukkan bahwa Power Transformer (TR-.
milik PT ABC di Area Integrated Terminal berada dalam kondisi baik dan layak beroperasi.
Simulasi Weibull menunjukkan umur sisa 275 bulan .
9 tahu.
, dengan reliabilitas 86% untuk 4 tahun ke depan dan nilai risk priority number Medium High .
D).
Kesimpulan dari analisis ini memberikan keyakinan bahwa transformator berfungsi dengan baik dan dapat diandalkan dalam operasionalnya.
Kata Kunci: Distribusi Weibull.
Power Transformer.
Remaining Life.
Risk Priority Number
PENDAHULUAN
Transformator daya mengubah tingkat tegangan dari pasokan ke gulungan primer, tergantung pada jumlah lilitan pada gulungan.
Jika lilitan pada kedua gulungan sama, dan kerugian diabaikan, tegangan pada keduanya juga sama.
Transformator digunakan untuk mengisolasi dua rangkaian, umumnya untuk mengurangi DOI: https://doi.
org/10.
57152/malcom.
ISSN(P): 2797-2313 | ISSN(E): 2775-8575
kerugian transmisi.
Peran krusialnya dalam menjaga pasokan listrik yang efisien memerlukan evaluasi menyeluruh terhadap tekanan termal, listrik, mekanik, dan kimia selama operasi .
Komponen-komponen ini beroperasi dalam lingkungan tegangan tinggi, arus tinggi, dan karenanya daya tinggi.
Meskipun transformator sangat efisien secara energi, panas yang terbuang menjadi faktor pembatas untuk beban maksimum transformator daya.
Media isolasi harus mampu menangani tegangan listrik besar, gaya elektromekanis yang kuat, dan suhu tinggi .
Menjamin kelangsungan operasional transformator daya menjadi isu krusial bagi perusahaan, karena setiap gangguan pada kinerja transformator dapat menyebabkan kerugian secara ekonomi.
Oleh karena itu, kegiatan pemantauan, inspeksi, dan pemeliharaan rutin pada transformator sangat penting untuk mencegah pemadaman yang tidak diinginkan dari layanan transformator.
Sebagian besar masalah yang mungkin timbul pada transformator dapat dikaitkan dengan kegagalan atau kerusakan pada sistem isolasi .
,4,5,.
Risiko kegagalan operasional pada transformator daya sangat erat kaitannya dengan risiko yang terkait dengan bagian-bagian transformator daya.
Dengan mendekomposisi transformator daya menjadi beberapa bagian dan melakukan penilaian risiko kuantitatif serta evaluasi prioritas untuk setiap bagian, seseorang dapat mengidentifikasi titik lemah dalam sistem dan menentukan faktor risiko yang secara signifikan memengaruhi kehandalan peralatan.
Risk Priority Number pada komponen-komponen transformator daya secara signifikan meningkatkan relevansi dalam upaya perbaikan dan pemeliharaan transformator, sekaligus mencegah serta mengurangi risiko kegagalan dalam sistem manajemen listrik.
Agar kegagalan pada transformator tidak terjadi dan menimbulkan kerugian maka perlu dilakukan asesmen pada transformator.
Ini selaras dengan Permen No.
32 tahun 2021 tentang Inspeksi Teknis dan Pemeriksaan Keselamatan Instalasi dan Peralatan Pada Kegiatan Usaha Minyak dan Gas Bumi.
Peraturan ini mengatur berbagai aspek terkait dengan instalasi dan peralatan yang digunakan dalam kegiatan usaha migas.
Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Barkas, dkk, pada penelitian tersebut menggunakan metode DGA (Dissolved Gas Analysi.
untuk mengetahui umur sisa dari peralatan transformator dan tanpa memperhitungkan factor risiko.
Oleh karena itu, penelitian mengenai penilaian prioritas risiko pada komponen-komponen transformator daya memiliki pentingnya baik dalam teori maupun praktik .
FMEA merupakan suatu cara untuk menganalisa penyebab/model kegagalan .
ailure mode.
yang dapat terjadi pada suatu sistem yang selanjutnya dapat digunakan sebagai dasar untuk menentukan komponen komponen yang akan diperiksa dan dipelihara .
juga telah diterapkan untuk memajukan pengembangan penelitian teoretis mengenai FMEA.
Pada penelitian kali ini Pedekatan yang digunakan Mode kegagalan ini dilakukan analisa Lowest Replacable Unit (LRU) menggunakan Weibul .
Untuk perhitungan sisa hasil layan untuk peralatan menggunakan Life Data Analisis serta di bantu dengan software reliasoft dan untuk analisa risiko menggunakn risk priority number.
METODOLOGI PENELITIAN
Gambar 1.
Skema Penelitian MALCOM - Vol.
4 Iss.
1 January 2024, pp: 308-316 MALCOM-04.
: 308-316
Asumsi yang digunakan untuk melakukan analisa sisa umur pada peralatan Transformator adalah sebagai berikut:
Awal perhitungan umur dari peralatan mengacu pada tahun pembuatan Peralatan diasumsikan telah sukses dioperasikan Data kegagalan mengacu pada laporan perawatan pada peralatan.
Jika data teknis peralatan tidak tersedia, maka diasumsikan berdasarkan data manufaktur untuk tipe peralatan yang sejenis Jika data kegagalan tidak disediakan, maka diasumsikan menggunakan OREDA dengan jenis peralatan.
Hanya critical failure dan Breakdown failure .
ebagaimana didefinisikan oleh OREDA) yang Abnormal Instrument Reading dan Unknown Failure akan diperbaiki bersamaan dengan critical failure dan Breakdown failure sehingga tidak menyebabkan downtime tambahan atau hilangnya produksi.
Salah satu distribusi paling sederhana dan paling umum digunakan adalah distribusi eksponensial.
Fungsi distribusi eksponensial secara matematis didefinisikan sebagai:
= yuIyceOeyuIyc Dalam definisi ini, perhatikan bahwa t adalah variabel acak, yang mewakili waktu, dan .
mewakili sebagai parameter distribusi.
Tergantung pada nilai , f.
akan diskalakan secara berbeda.
Fungsi tingkat kegagalan eksponensial adalah:
= yce.
ycI .
yuIyce OeyuIyc yce OeyuIyc = yuI MTTF .
ean-time-to-failur.
eksponensial dirumuskan:
yuN = O0 yc .
yccyc = O0 yc.
yuI .
yce OeyuIyc yccyc = yuI Distribusi Weibull adalah distribusi reliabilitas tujuan umum yang digunakan untuk memodelkan kekuatan material, kegagalan komponen elektronik dan mekanik, peralatan atau sistem.
Dalam kasus yang paling umum.
Weibull 3- parameter didefinisikan oleh .
= yu ycOe yu yuOe1 Oe( ycOeyu yuC Dimana A = parameter bentuk.
A = parameter skala dan A = parameter lokasi.
Fungsi laju kegagalan A .
menurut fungsi Weibull yaitu:
= yce.
ycNI = yuC .
yu ( .
yuC ycOeyu yuOe1 ycI.
yuC MTTF ycNI dari Weibull yaitu:
yu Risk Priority Number RPN adalah peringkat numerik dari risiko masing-masing mode / penyebab kegagalan potensial dengan mengalikan peringkat numerik dari tingkat keparahan (S), probabilitas terjadinya (O) dan probabilitas deteksi .
fektivitas kontrol deteks.
(RPN = S x O x D).
Secara umum, mode kegagalan yang memiliki RPN terbesar menerima prioritas untuk tindakan korektif.
RPN seharusnya tidak secara tegas mendikte mode kegagalan prioritas dapat menjamin tindakan segera meskipun RPN mereka mungkin tidak termasuk yang tertinggi.
Severity (S).
Keparahan adalah angka rangking yang terkait dengan efek paling serius untuk mode kegagalan yang diberikan berdasarkan kriteria dari skala.
Ini menilai dampak dari mode kegagalan.
Di bawah ini menunjukkan contoh kisaran keparahan.
Prediksi Sisa Umur Layan dan Analisa.
(Rahardian et al, 2.
ISSN(P): 2797-2313 | ISSN(E): 2775-8575 Tabel 1.
Severity Range Category Insignificant People Minor Injury, annoyance.
Minor Damage Medical treatment and losttime injury Major Damage Permanent Critical One fatality Catastrophic Several fatalities Consequence Type Environment Minor Local damage of short duration (O 1 mont.
Time for restitution of ecological resources O 2 Time for restitution of ecological resources 2-5 Time for restitution of ecological resources Ou 5 Property Minor property damage Minor system damage.
Considerable interrupted for weeks Loss of main part of interrupted for months Total loss of system and major damage outside system area Occurance (O) Occurance adalah fakta atau frekuensi kegagalan yang terjadi.
Ini menilai kemungkinan kegagalan terjadi untuk peralatan.
Di bawah ini menunjukkan contoh rentang kejadian.
Tabel 2.
Occurance Range Category Improbable Frequency (Per Yea.
0 Ae 10-5 Remote 10-3 Ae 10-5 Possible 10-1 Ae 10-3 Occasional 10-1 Ae 1 Fairly Normal 1 Ae 10 Description Extremely rare event Very rare event that will not necessarily be experienced in any similar plant Rare event, but will possibly experienced by the personnel Event that happens now and then and will normally be experienced by the personnel Event that is expected to occur frequently Detection (D) Deteksi menilai kemungkinan kegagalan terdeteksi.
Hal ini didasarkan pada peluang kegagalan akan terdeteksi sebelum pelanggan menemukannya.
Di bawah ini menunjukkan contoh rentang deteksi.
Tabel 3.
Detection Range Category Very High High Moderate Low Very Low Description Current controls almost always will detect the failure Good likelihood current controls will detect the failure Possible current controls will detect the failure Unlikely to detect the failure Cannot be detect the failure Risk Matrik Risiko merupakan kombinasi dari kemungkinan suatu kegagalan dalam suatu waktu tertentu dan konsekuensi yang berkaitan dengan kegagalan tersebut.
Dibawah ini menunjukkan contoh matrik resiko.
Gambar 1.
Risk Matrik CoF Category CoF (Severit.
Category People Environment Property Extremely rare event Several Time for restitution of resources Ou 5 Total loss of system and major Medium High MALCOM - Vol.
4 Iss.
1 January 2024, pp: 308-316 PoF (Occurrence & Detectio.
Category Event that Very rare Rare event, happens now event that but will and then and will not will normally necessary be by the in any by the similar plant Medium High Medium High High Event that is expected to High MALCOM-04.
: 308-316
One fatality Time for restitution of resources 2-5 Permanent Time for restitution of resources O 2 Medical and losttime injury Local l damage of short duration (O 1 mont.
Minor Injury.
Minor l damage system area Loss of main part of system.
for months Considerab le system for weeks Minor Minor Medium Medium Medium High Medium High High Low Low Medium Medium High High Low Low Medium Medium Medium High Low Low Medium Medium Medium High Hasil dan Pembahasan Berikut ini adalah data teknis transformator pada PT ABC, yang telah beroperasi selama lebih dari 20 tahun dijelaskan pada tabel 4.
Tabel 4.
Data Teknis Transformator Item Tag No.
Serial No.
Equipment Type of Oil
Manufacture Year Built
Year Used Type
Capacity Rated Voltage Primary Rated Voltage Secondary Rated Current Primary Rated Current Secondary Frequency Power Factor
Phase
Vector Group
Cooling System
Unit
Value TR-01
R01202230
Mineral Centrado Prima
Transformator Step Down
ONAN
Setelah didapatkan data teknis peralatan,lalu dilakukan pengecekan inspeksi untuk memastikan visual pada peralatan.
Langkah awal dan krusial adalah menetapkan definisi kegagalan.
Untuk setiap elemen dalam sistem, berbagai mode kegagalan perlu diidentifikasi.
Mode kegagalan dapat dijelaskan melalui evaluasi konsekuensi kesalahan dalam sistem atau dengan menetapkan tingkat kesalahan tertentu yang memicu langkah-langkah tindakan dalam sistem, seperti perbaikan, sebagai contoh.
Oleh karena itu, mode kegagalan bergantung pada tingkat keparahan kesalahan.
Akibatnya, setiap jenis kesalahan dapat menghasilkan mode kegagalan yang berbeda, sesuai dengan tingkat keparahannya.
Selain itu, perpaduan berbagai kesalahan dapat mengakibatkan mode kegagalan yang berbeda.
Beberapa kemungkinan jenis mode kegagalan pada peralatan adalah sebagai berikut:
Tabel 5.
Hasil Skrining Mode Kegagalan pada Transformator State F or S State end Time (Mont.
Prediksi Sisa Umur Layan dan Analisa.
(Rahardian et al, 2.
Description Fail Start on Demand
Structural Deficiency Faulty Signal/Indication Alarm
ISSN(P): 2797-2313 | ISSN(E): 2775-8575
State F or S State end Time (Mont.
Description Internal Power Supply Breakdown Trafo Suspended Noise No Power/Voltage Monitoring Low Output Earth/Isolation Fault Short Circulating Breakage Open Circuit Insulation Electric Vibration Jenis kegagalan pada tabel diatas berdasarkan hasil identifikasi jenis peralatan Transformator (TR-.
F (Failur.
merupakan jenis kegagalan yang kemungkinan terjadi selama waktu S (Suspende.
operasi Kriteria berdasarkan gabungan antara nilai kegagalan di OREDA dan jenis perawatan yang dilakukan pada peralatan selama masa beroperasi.
Estimasi umur operasi dari peralatan berdasarkan software reliasoft anlisis Weibull bervariasi sesuai dengan karakteristik keandalan dan kemungkinan kegagalan pada peralatan.
Berikut hasil perhitungan estimasi sisa umur peralatan, dan tingkat kegagalan pada peralatan untuk beroperasi empat .
tahun kedepan.
Berikut adalah hasil hitungan remaining life.
Tabel 6.
Perhitungan remaining life menggunakan software Reliasoft Quick Result Report Report Type User Info User Input Mission End Time (Mo.
= Diagram Output User Input Mission Start Time (Mo.
= Mission Additional Time (Mo.
= Diagram Output = User Input Mission Start Time (Mo.
= Mission Additional Time (Mo.
= Diagram Output
= Diagram Output
MTTF =
BX Life at .
%) Diagram QCP 365 (Mont.
515 (Mont.
Note:
Mission End Time .
is the addition of Sucessfully Operating Period and next inspection period .
Mission Start Time Ae t1 .
is Sucessfully Operating Period Mission Additional Time Ae t2 .
us next interval inspection period R .
is reliability for equipment to sucessfully operated at next inspection period Q .
is probability of failure for equipment to unsucessfully operated at next inspection period MTTF (Mean Time to Failur.
is expected period for for equipment to sucessfully operated Bx Life at 80% us expected period for equipment to sucessfully operated at 80% capacity.
MALCOM - Vol.
4 Iss.
1 January 2024, pp: 308-316 MALCOM-04.
: 308-316
Conditional Reliability of TR-01 Cond.
Prob.
Of Failure at TR-01 Mean Life of TR-01 Reliability Life 80% of TR-01 Gambar 2.
Hasil dari running software Di dapatkan dari hasil perhitungan simulasi Weibull dengan keandalan 80%, dimana dengan perhitungan 80% umur kegagalan dikurangi umur yang sudah berjalan .
bulan Ae 240 bula.
maka di dapatkan 275 bulan .
9 tahu.
Gambar 3 dan 4 merupakan grafik distribusi weibull pada peralatan Power Transformer (TR-.
Gambar 3.
Grafik perbandingan antara Reliability vs time Gambar 4.
Grafik perbandingan antara Unreliability vs probablitity Prediksi Sisa Umur Layan dan Analisa.
(Rahardian et al, 2.
ISSN(P): 2797-2313 | ISSN(E): 2775-8575 Pada grafik perbandingan probability dan waktu .
menggambarkan tingkat probability failure meninggkat dengan bertambahan nya umur pakai dari Transformator TR-01.
Begitu juga dengan nilai reliability akan turun dengan bertambahnya umur pakai dari transformator TR-01.
Pada penelitian ini sisa umur ditentukan dengan reliability 80 % atau 0.
8 dan didapat nilai remaining life nya adalah 515 bulan.
Hasil perhitungan resiko pada peralatan Power Transformer (TR-.
berdasarkan nilai PoF dan CoF ditunjukkan pada tabel 7.
Tabel 7.
Power Transformer (TR-.
berdasarkan nilai PoF dan CoF Fuction Failure Effect Trip Lamination core can burned-out Trip Winding burned-out Breakdown Breakdown voltage in The Output voltage of does not match the There is a decrease in voltage so that quality External Corrosive Body Fluid no Oil Seal Cause Power Transformer High Temperature Power Transformer Stuck Oxidation, high acidity, moisture of Failure Mode PoF Occurrence Detection (O) (D) CoF Severity (S) Risk Category Possible Moderate Critical Medium High Possible Moderate Critical Medium High Degraded Possible Moderate Major Damage Medium Tap Changer Failure Low Output Possible Moderate Minor Damage Medium Peeling Paint Less fluid Structural Deficiency Internal Leakage Moderate Moderate Insignificant Insignificant Medium Medium Critical Possible Possible KESIMPULAN Dari analisa yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa peralatan Power Transformer (TR-.
milik PT ABC yang berada di Area Integrated Terminal dalam keadaan baik dan layak beroperasi.
Dari perhitungan di dapatkan dari hasil perhitungan simulasi Weibull dengan keandalan 80%, dimana dengan perhitungan 80% umur kegagalan dikurangi umur yang sudah berjalan .
bulan Ae 240 bula.
maka di dapatkan 275 bulan .
9 tahu.
, sedangkan untuk reliability untuk 4 tahun kedepan adalah 86 % dengan nilai risk priority number Medium High .
D).
Secara keseluruhan, hasil pemeriksaan menunjukkan bahwa tidak ada anomali signifikan pada Power Transformer (TR-.
milik PT ABC yang dapat berdampak pada keselamatan operasionalnya.
Meskipun demikian, disarankan untuk tetap menjaga dan menjalakan preventive maintenance.
UCAPAN TERIMAKASIH
Kami dengan tulus ingin menyampaikan rasa terimakasih kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dan memberikan kontribusi berharga dalam penelitian ini.
Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada seluruh individu dan lembaga yang telah memberikan bantuan serta dukungan yang luar biasa dalam memperlancar jalannya penelitian ini.
Adapun kepada semua yang telah memberikan dukungan, nasihat, dan bantuan teknis selama proses penelitian, kami ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas kontribusi yang berarti bagi kelancaran penyelesaian penelitian ini.
REFERENSI