Sweep Frequency Response Analysis (SFRA)

Ketika suatu peralatan, misalnya power transformer, setelah mengalami gangguan atau trip… bagaimana meyakinkan bahwa transformer tersebut akan aman digunakan kembali?? Atau ketika transformer direlokasi/ dipindahkan ke tempat lain, bagaimana meyakinkan bahwa tidak ada perubahan struktur komponen transformer setelah dipindahkan (yang mana mungkin sering terjadi benturan terhadap body transformer ketika proses pemindahannya)?? Kita tidak tahu apa yang terjadi di dalam transformer tersebut, perubahan apa saja yang terjadi disana, semacam black box yang kita dapat lihat atau ukur nilai input, outputnya tetapi kita tidak tahu kondisi di dalamnya…

Salah satu metode terbaik untuk meyakinkan bahwa transformer tersebut akan aman digunakan adalah dengan melakukan suatu pengujian yang disebut Sweep Frequency Response Analysis (SFRA). SFRA merupakan suatu metode pengujian non destructive untuk mengevaluasi mechanical integrity (ada tidaknya perubahan struktur mekanik peralatan) pada transformer. SFRA mengukur frequency response dari elemen pasif (RLC) transformer dengan cara menginjeksikan sinyal tegangan rendah (misal 10 V_pp untuk peralatan Doble) dalam rentang frekuensi yang bervariasi hingga 2 MHz pada salah satu terminal belitan transformer dan mengukur sinyal responnya pada terminal yang lain.

  

Seperti kita ketahui, susunan inti dan belitan dalam power transformer dapat dimodelkan sebagai rangkaian listrik kompleks yang terdiri dari resistance, self-inductances, ground capacitances, coupling capacitances dan series capacitances. Konsekuensinya respon frekuensi dari suatu rangkaian tersebut akan menghasilkan suatu transfer function yang bersifat unik dan dapat dianggap sebagai fingerprint dari suatu transformer yang akan berbeda antara satu dengan yang lain. Fingerprint tersebut berhubungan erat dengan mechanical geometry dari suatu transformer. Sedikit perubahan geometri antar elemen yang ada di dalam transformer akan menyebabkan perubahan dalam respon frekuensinya. Perbedaaan antara FRA fingerprint dan hasil pengukuran aktual akan mengindikasikan adanya perubahan struktur, posisi atau sifat kelistrikan pada komponen internal. Failure mode yang berbeda akan memberikan perbedaan pada rentang frekuensi tertentu dan biasanya akan berbeda satu sama lain.

Prinsip pengukuran SFRA menggunakan metode perbandingan, artinya hasil pengukuran aktual akan dibandingkan dengan data referensi atau baseline. Tiga metode yang biasanya digunakan dalam melakukan analisis pengukuran SFRA yaitu:

1. Time-based (hasil FRA saat ini dibandingkan dengan hasil sebelumnya untuk peralatan yang sama)
2. Type-based (FRA dari sebuah transformer dibandingkan dengan FRA transformer lain dengan desain yang sama)
3. Phase comparison (hasil FRA dari salah satu fasa dibandingkan dengan hasil dari fasa yang lain untuk transformer yang sama)

Cara paling sederhana untuk melakukan analisa SFRA adalah dengan menggunakan metode Cross-Correlation Coefficients (CCF). CCF merupakan suatu algoritma yang membandingkan grafik dalam frekuensi tertentu. Output dari CCF adalah suatu nilai, sebut saja koefisien antara -1.0 dan 1.0 dimana 1.0 menunjukkan grafik yang sama persis, 0.0 menunjukkan tidak adanya kesamaan, dan -1.0 menunjukkan grafik yang bekebalikan.

Dalam menggunakan CCF untuk melakukan analisa SRFA, kita harus memahami terlebih dahulu pembagian rentang frekuensi (frequency sub-band) yang menunjukkan indikasi dari bagian-bagian transformer yang dianalisis. Dengan melakukan evaluasi CCF pada rentang frekuensi tersebut maka akan dapat menunjukkan apakah bagian-bagian individu dari ransformer mengalami masalah atau tidak.

Referensi:

1. A. Kraetge, M. Kruger, J. L. Velasquez & H. Viljoen, A. Dierks. Aspects of the Practical Application of Sweep Frequency Response Analysis (SFRA) on Power Transformers. 6^th Southern Africa Regional Cigre Conference. 2009. 
2. G. Matthew Kennedy and Tony McGrail. Using Cross-Correlation Coefficients to Analyze Transformer Sweep Frequency Response Analysis (SFRA) Traces. 74th Annual International Doble Client Conference. 2007. 
3. Doble, SFRA Presentation.