Pemantauan Peralatan Listrik
Sambungan yang longgar atau permukaan kontak yang aus adalah akar penyebab masalah konduksi sistem listrik. Hal ini menyebabkan peningkatan suhu lokal, yang semakin memperburuk kualitas kontak seiring dengan peningkatan arus. Akibatnya, terjadi pelarian termal (thermal runaway), yang merusak material isolasi pada suhu yang cukup tinggi.
Pemantauan termal tingkat lanjut pada peralatan listrik sebenarnya adalah topik dari artikel teknis ini.
Pemutus sirkuit tegangan menengah, peralatan sakelar, dan gardu induk sering menjadi sasaran pelepasan dielektrik destruktif akibat pelarian termal.
Karena kenaikan suhu terjadi ketika arus mengalir melalui sistem, pengukuran suhu harus dilakukan saat peralatan diberi daya, misalnya, saat beroperasi. Pengukuran dapat dilakukan secara periodik atau terus menerus.
Ada banyak pendekatan untuk mengukur suhu, beberapa di antaranya akan dijelaskan dalam artikel teknis ini.
1. Pengukuran Suhu Menggunakan Termografi
Sampai saat ini, solusi yang paling umum digunakan untuk melindungi dari gangguan konduksi terdiri dari melakukan operasi pemeliharaan secara berkala, yang meliputi pengukuran suhu .
Biasanya, pada saat servis tahunan, dilakukan inspeksi termal lengkap pada instalasi listrik, di mana suhu sambungan diperiksa. Teknik yang biasanya digunakan untuk tujuan ini adalah analisis termal inframerah.
Metode ini terdiri dari pemeriksaan instalasi secara berkala menggunakan kamera inframerah, dengan tujuan mendeteksi kerusakan termal yang kemungkinan akan menunjukkan adanya kerusakan konduksi.
Selain itu, prinsip pengukuran inframerah tidak terlalu akurat karena hanya memungkinkan pengukuran emisivitas benda yang memancarkan radiasi, dan bukan suhunya. Untuk mendeteksi kerusakan melalui analisis termal inframerah, beberapa kondisi harus dipenuhi secara bersamaan: diperlukan kerusakan yang signifikan, arus yang kuat untuk mengungkapkannya, dan mata ahli yang terlatih untuk mendeteksi perbedaan emisivitas antar fase.
Sifat inspeksi yang berkala merupakan faktor pembatas utama dalam praktik ini. Kerusakan yang muncul sehari setelah kunjungan tahunan hanya akan terdeteksi setahun kemudian, tetapi akan terus memburuk dan menyebabkan pelarian termal (thermal runaway) dalam waktu tersebut.
2. Pengukuran Suhu Berkelanjutan
Terdapat beberapa teknik yang dapat digunakan untuk pemantauan suhu secara terus menerus pada peralatan listrik yang bertegangan.
2.1 Sensor Suhu Non-Kontak Inframerah
Teknik untuk memantau suhu secara terus menerus menggunakan emisi inframerah dari permukaan yang dipanaskan adalah dengan mengukur suhu menggunakan termometer inframerah (IR) nonkontak. Sensor IR dipasang di dekat target dan mengirimkan sinyal ke PC jarak jauh.
Jarak optimal antara sensor dan target ditentukan oleh ukuran target (diameter, D) dan parameter sensor. Untuk setiap jenis sensor IR tertentu, rasio bidang pandang (FOV) = X/D adalah nilai konstan, di mana X adalah jarak antara sensor dan target. Semakin kecil area target (D), semakin dekat sensor harus ditempatkan ke target. Solusi ini relatif murah, tetapi memiliki beberapa kekurangan.
Kelemahan lain dari penggunaan sensor nonkontak IR adalah perlunya memasang kabel dari setiap sensor ke unit penerima .
Termometer inframerah digunakan untuk menunjukkan variasi suhu akibat penumpukan debu dan perubahan emisivitas yang disebabkan oleh korosi permukaan ringan, terutama pada permukaan logam reflektif seperti batang penghantar tembaga. Suhu yang tercatat dapat terdistorsi oleh radiasi inframerah yang dipantulkan dari benda-benda di dekatnya, dan fluktuasi suhu lingkungan yang tiba-tiba juga dapat menyebabkan ketidakakuratan pengukuran.
2.2 Sensor Suhu Elektronik
Beberapa sistem pemantauan kubikel tegangan menengah (MV) didasarkan pada penggunaan sensor suhu elektronik yang dipasang di titik-titik kritis . Solusi ini menawarkan keuntungan berupa pemantauan instalasi secara terus menerus dan mendeteksi kerusakan termal sejak dini. Masalahnya adalah setiap sensor harus mengambil energinya dari arus listrik utama dan mengirimkan data digital melalui tautan inframerah atau serat optik.
Kompleksitas semacam itu menyebabkan biaya yang tinggi untuk setiap titik pengukuran. Masalah lain dengan penggunaan sensor suhu elektronik adalah bahwa sensor tersebut memerlukan pemasangan perangkat yang tingkat keandalan dan masa pakainya tidak sesuai dengan peralatan sakelar terkait dan fungsi yang akan dilakukan.
Sistem diagnostik harus jauh lebih andal daripada peralatan yang dipantaunya , terutama jika, seperti dalam kasus ini, sistem tersebut tidak dapat dipelihara tanpa mematikan gardu induk.
3. Teknologi Serat Optik untuk Pengukuran Suhu
Berbagai kombinasi teknologi serat optik digunakan untuk pengukuran suhu dan menawarkan solusi untuk berbagai tugas. Dalam lingkungan dengan kekuatan medan yang tinggi, penggunaan sensor optik atau teknologi serat optik menawarkan kemungkinan untuk mengukur nilai-nilai penting tanpa pengaruh interferensi elektromagnetik (EMI) .
Selain itu, pemisahan galvanik (isolasi) juga merupakan keuntungan. Sistem pengukuran suhu alternatif untuk pengukuran suhu di dalam peralatan menggunakan sensor termal berbasis teknologi serat optik. Metode kompleks ini terdiri dari sensor suhu serat optik yang dipasang di dalam peralatan.
Berbagai jenis sensor dan prinsip kerja digunakan dalam industri kelistrikan.
3.1 Probe Sensor Serat Optik
Salah satu kemungkinannya adalah mengukur suhu pada satu titik serat. Misalnya, prinsip pengukuran suhu didasarkan pada probe penginderaan serat optik . Pada probe tersebut, sebagian kecil lapisan luar serat dihilangkan dan diganti dengan cairan “referensi” yang sesuai, yang karakteristik indeks biasnya terhadap suhu diketahui.
Teknik lain melibatkan serat optik dengan ujung fosfor yang peka terhadap suhu. Setelah dieksitasi dengan cahaya biru-ungu, fosfor tersebut berfluoresensi dengan cahaya merah. Intensitas cahaya ini menurun secara eksponensial seiring waktu. Waktu peluruhan diukur (konstanta waktu peluruhan berbanding terbalik dengan suhu sensor) dan dikorelasikan dengan suhu ujung.
Berbagai kombinasi teknologi serat optik hadir dalam banyak bentuk dan menawarkan solusi untuk berbagai aplikasi. Perangkat penginderaan serat optik umumnya terdiri dari dua komponen terpisah, yaitu unit penguat dan rakitan kepala penginderaan . Rakitan kepala penginderaan terdiri dari sepasang serat optik, pemancar dan penerima, yang diakhiri pada kepala berbasis serat optik.
Sensor ini tidak memerlukan kabel atau bagian logam lainnya . Sensor ini tidak menghantarkan listrik, tidak seperti termokopel dan detektor suhu resistif (RTD). Oleh karena itu, sensor ini dapat dipasang di lingkungan tegangan tinggi (HV). Teknologi serat optik digunakan untuk pemantauan suhu kabel dan transformator tegangan tinggi.
Kabel serat optik dapat digunakan sebagai pembawa data suhu atau sebagai elemen penginderaan aktif.
Parameter kritis dalam siklus hidup transformator bergantung pada keandalan nilai titik panas lilitan sepanjang masa operasionalnya.
Sensor serat optik merupakan metode yang sangat efektif dan semakin ekonomis untuk menilai kapasitas dan memperoleh data tentang kondisi unit melalui pengukuran suhu langsung pada titik panas. Sensor suhu serat optik sebelumnya hanya digunakan pada transformator daya besar, terutama karena mahalnya sistem serat optik dibandingkan dengan biaya transformator itu sendiri. Penerapan teknik langsung ini mempermudah pengukuran titik panas transformator secara tepat, meningkatkan pemahaman tentang penilaian kondisi operasional, perencanaan beban, manajemen aset, dan evaluasi akhir masa pakai.
Pada elemen penginderaan aktif, modifikasi sifat transmisi optik yang bergantung pada suhu digunakan dalam sistem penginderaan suhu serat optik terdistribusi. Pada sistem lain, kabel serat optik digunakan sebagai pembawa data suhu, yang mengirimkan cahaya ke elemen penginderaan yang dipasang di titik pengukuran.
Setelah melewati sensor, sinyal dimodifikasi oleh perubahan suhu di kepala sensor. Kemudian kabel serat optik lain membawa kembali sinyal yang telah dimodifikasi ke penganalisis. Material dalam serat yang berkomunikasi dengan elemen sensitif menunjukkan konduktivitas termal yang rendah serta luas penampang yang sempit. Hal ini meminimalkan aliran panas ke dan dari elemen sensor aktif dari luar volume yang suhunya akan diukur.
Transduser suhu serat optik berukuran kompak, kebal terhadap interferensi elektromagnetik (EMI) dan interferensi frekuensi radio (RFI) , tahan terhadap lingkungan korosif, serta memberikan akurasi dan keandalan tinggi dalam pengukuran suhu. Berbagai kombinasi hadir dalam banyak bentuk dan menawarkan solusi untuk berbagai aplikasi. Elemen sensitif di ujung serat memberikan pengukuran suhu yang cepat dan akurat.
Pemasangan elemen penginderaan di ujung serat optik kecil memungkinkan penempatan sensor di lokasi yang sulit dijangkau.
3.2 Pengukuran Suhu Serat Optik Terdistribusi
Kemungkinan lain adalah mengukur distribusi suhu sepanjang kabel serat optik dengan menggunakan efek termo-optik . Impuls cahaya yang disuntikkan ke dalam serat mengalami hamburan saat merambat dan impuls cahaya yang dihamburkan kembali dikembalikan ke detektor. Di antara pulsa cahaya yang dikembalikan, intensitas hamburan Raman sangat berkaitan dengan suhu pada posisi hamburan tersebut.
Jadi, suhu di sepanjang serat dapat diukur dari intensitas hamburan Raman.
Dalam kasus sistem distribusi daya yang ada, penerapan modifikasi serat optik pada peralatan akan memerlukan modifikasi serius dengan verifikasi desain dan pengujian selanjutnya .
Sebagai contoh, pada pemutus sirkuit tegangan menengah (MV) tipe tarik , diperlukan perancangan sakelar pemutus otomatis khusus untuk memenuhi persyaratan Standar ANSI. Oleh karena itu, penerapan sistem seperti itu, meskipun sangat andal dan relatif murah untuk peralatan baru, menjadi tidak memungkinkan untuk peralatan yang sudah ada.
Unit DTS memancarkan pulsa cahaya laser ke dalam serat optik dan mengukur cahaya yang dipantulkan kembali. Suhu di sepanjang serat dapat ditentukan dari interval antara emisi dan deteksi cahaya, serta rasio amplitudo cahaya yang dipantulkan kembali dari lokasi yang ditentukan di sepanjang serat.
4. Pemantauan Suhu Kumparan Transformator Tegangan Tinggi
Dengan Teknik Serat Optik
Kemampuan beban transformator daya terutama dibatasi oleh suhu lilitan . Sebagai bagian dari uji penerimaan pada unit baru, uji kenaikan suhu dimaksudkan untuk menunjukkan bahwa pada beban penuh dan suhu lingkungan nominal, suhu lilitan rata-rata tidak akan melebihi batas yang ditetapkan oleh standar industri.
Namun, suhu lilitan tidak seragam dan faktor pembatas sebenarnya adalah bagian terpanas dari lilitan yang biasa disebut Titik Panas Lilitan (Winding Hot Spot/WHS). Suhu isolasi padat adalah faktor utama dalam penuaan transformator. Ketika isolasi terpapar suhu tinggi dalam jangka waktu lama, isolasi selulosa mengalami proses depolimerisasi di mana rantai selulosa menjadi lebih pendek.
Ketika hal itu terjadi, sifat mekanik kertas seperti kekuatan tarik dan elastisitas akan menurun . Pada akhirnya, kertas menjadi rapuh dan tidak mampu menahan gaya hubung singkat dan bahkan getaran normal yang merupakan bagian biasa dari masa pakai transformator. Kondisi kertas seperti itu menandakan akhir masa pakai isolasi padat. Karena kondisi isolasi kertas ini tidak dapat dipulihkan, hal itu juga menandai akhir masa pakai transformator.
Oleh karena itu, suhu lilitan merupakan perhatian utama bagi operator transformator. Variabel ini perlu diketahui dalam semua kondisi pembebanan, terutama dalam kondisi yang tidak biasa yang melibatkan perubahan beban dinamis yang cepat. Pengetahuan yang akurat tentang suhu Titik Panas Lilitan merupakan masukan penting untuk perhitungan penuaan isolasi , penilaian risiko evolusi gelembung, dan perkiraan jangka pendek kemampuan beban berlebih.
Hal ini juga sangat penting untuk pengendalian bank pendingin yang efisien guna memastikan bahwa bank pendingin tersebut dapat diaktifkan dengan cepat saat dibutuhkan.
Area Titik Panas Kumparan terletak di suatu tempat di bagian atas transformator, dan tidak dapat diakses untuk pengukuran langsung dengan metode biasa. Selama sekitar 40 tahun, sensor suhu serat optik telah tersedia untuk pengukuran suhu pada transformator tegangan tinggi. Unit pertama rapuh dan membutuhkan penanganan yang hati-hati selama pembuatan dan pemasangan. Selama 20 tahun terakhir, perkembangan signifikan telah terjadi untuk meningkatkan ketahanan dan mempermudah penyambungan kelima kabel melalui dinding tangki.
Probe serat optik baru dilindungi dengan selubung PTFE Teflon pelindung yang permeabel untuk menahan kondisi manufaktur termasuk perendaman jangka panjang dalam oli transformator.
Dalam salah satu contoh pemantauan suhu di Manitoba Hydro, sensor serat optik telah dipasang di lebih dari selusin transformator tegangan tinggi (HV) berisi oli yang kritis, masing-masing transformator ini berisi delapan probe untuk mengukur titik panas pada lilitan . Pemantauan suhu titik panas lilitan bersamaan dengan pengukuran gas terlarut dalam oli dan furanin dalam oli memberikan dukungan besar kepada operator ketika transformator menghadapi kondisi beban berlebih.
Pemantauan suhu lilitan secara daring dapat memberikan evaluasi dinamis terhadap degradasi isolasi.
Terdapat beberapa sistem pemantauan suhu yang tersedia di pasaran yang dikembangkan khusus untuk memantau Titik Panas Kumparan pada transformator tegangan tinggi.
5. Pemantauan Suhu Nirkabel
5.1 Cara Kerja, Manfaat, dan Masalahnya
Masalah paling rumit dalam membangun sistem pemantauan kondisi yang andal adalah kabel yang digunakan untuk mendapatkan pembacaan suhu dari sensor . Penghapusan kabel yang diperlukan untuk komunikasi terus-menerus dengan unit sensor memberikan peluang besar untuk membangun sistem pengukuran suhu yang:
- mudah dipasang, bahkan pada panel distribusi listrik yang sudah terpasang, dan
- menyediakan pengukuran suhu secara online.
Keuntungan terpenting menggunakan teknik nirkabel untuk memantau kondisi termal peralatan yang dialiri listrik adalah menghilangkan kabel dan kawat dari sistem online . Manfaat penting lainnya dari teknologi nirkabel adalah biaya instalasi yang jauh lebih rendah daripada jenis peralatan pemantauan online lainnya . Sistem nirkabel akan bekerja dengan baik di lokasi yang sulit atau berbahaya untuk dijangkau, atau dalam aplikasi yang bergerak.
Sistem pemantauan suhu nirkabel (WTMS) yang ideal akan terdiri dari komponen perangkat keras dan perangkat lunak tertentu. Perangkat keras terdiri dari sensor dan penerima atau interogator. Untuk mencapai tujuan pemantauan suhu berkelanjutan nirkabel pada peralatan listrik tegangan tinggi (HV) dan tegangan menengah (MV), ada persyaratan khusus yang harus dipenuhi oleh sensor. Sensor harus berupa unit nirkabel yang dilengkapi dengan identifikasi unik dan harus terbuat dari komponen miniatur dan dielektrik.
Transmisi sinyal dari beberapa sensor tidak boleh saling mengganggu.
Unit sensor harus dipasang di semua titik penting secara strategis pada peralatan , di lokasi dengan ruang yang sangat terbatas. Agar sistem dapat bekerja tanpa gangguan selama periode panjang antara perawatan, unit sensor harus dilengkapi dengan sumber daya lokal yang tahan lama seperti baterai atau dapat mandiri dengan teknik apa pun yang tersedia. Misalnya, bisa berupa medan magnet bolak-balik dari konduktor listrik. Kemungkinan lain adalah sensor dapat diberi daya dari jarak jauh.
Penerima atau interogator harus dipasang pada jarak yang cukup jauh dari sensor di lokasi pusat; mereka harus mengumpulkan data dari semua sensor dan mentransfer data ke PC. Mereka harus bekerja secara independen dan terhubung secara seri dengan penerima lain. Jika terjadi interferensi elektromagnetik (EMI) sementara, mereka harus mudah pulih.
Kemajuan teknologi pada sistem dan perangkat nirkabel setiap tahunnya menghadirkan setidaknya beberapa solusi nirkabel baru, sehingga terdapat beberapa teknologi matang yang dapat digunakan untuk mengimplementasikan solusi sensor nirkabel. Sayangnya, karena sensor nirkabel seringkali menggunakan daya baterai, masa pakai sensor tersebut terbatas paling lama hanya beberapa tahun.
Untuk aplikasi kritis, rata-rata umur pakai switchgear adalah sekitar 30 tahun ; oleh karena itu, sistem pemantauan kondisi harus bertahan selama waktu yang sama dan membutuhkan sedikit perawatan
Namun, interval perawatan besar untuk peralatan listrik tegangan menengah dan tinggi selama 5–7 tahun bukanlah hal yang tidak biasa. Terdapat juga solusi berbasis protokol khusus yang dioptimalkan untuk pemantauan suhu nirkabel, tetapi sama seperti sensor standar, masa pakai solusi tersebut dibatasi oleh kapasitas baterai.
5.2 Diagnostik Termal
Diagnostik termal memiliki dua tujuan terpisah. Yang pertama adalah kemampuan untuk mendeteksi kesalahan konduksi dini (peringatan) , dan yang kedua adalah deteksi pelarian termal, yang mengakibatkan pemutusan paksa arus listrik (perlindungan). Fenomena penurunan konduksi umumnya lambat dan progresif. Deteksi dini kesalahan konduksi didasarkan pada analisis perubahan kecil pada suhu.
Deteksi panas berlebih lokal sejak awal memungkinkan penjadwalan operasi perawatan pada waktu yang tepat, ketika hal tersebut tidak menimbulkan gangguan signifikan pada proses. Perawatan terjadwal tepat waktu menjaga instalasi, terutama kontak dan bahan isolasi, karena fenomena termal masih lemah.
Beberapa prinsip dapat digunakan saat mengembangkan algoritma untuk deteksi dini. Misalnya, saat memantau suhu pada panel listrik, pengetahuan tentang model termal kubikel sangat penting. Korelasi data suhu kontak dengan nilai arus dan pengukuran suhu lingkungan, serta suhu yang diukur pada ketiga fasa dapat memberikan informasi yang sangat penting tentang proses termal di dalam instalasi.
Karena fenomena panas berlebih biasanya jarang terjadi dan berlangsung lambat, sistem pemantauan harus dirancang untuk benar-benar menghindari alarm palsu , dengan menggabungkan semua informasi yang tersedia tentang situasi gangguan jaringan lainnya (ketidakseimbangan fasa yang kuat, korsleting) atau gangguan pengukuran suhu apa pun (noise, inkoherensi). Jika terjadi gangguan konduksi, sinyal alarm harus berisi lokasi pasti dari gangguan termal untuk mempermudah dan mempersingkat operasi pemeliharaan.
Jika terjadi kegagalan, perlu dibuat fungsi yang digerakkan oleh suhu yang, ketika mendeteksi pengukuran lebih besar dari nilai titik setel, akan menghasilkan sinyal keluaran yang mengontrol pemutusan pemutus sirkuit . Sistem seperti ini harus sangat andal agar tidak menimbulkan alarm palsu atau, lebih buruk lagi, menyebabkan pemutusan pemutus sirkuit yang tidak perlu.
Sensor pemantau suhu nirkabel dapat dipasang pada peralatan listrik di titik-titik yang tidak dapat diakses saat daya dinyalakan. Untuk memberikan layanan terus menerus tanpa gangguan, sensor harus memiliki masa pakai yang sangat tinggi dan waktu rata-rata hingga kegagalan (MTTF) yang tinggi, yaitu keandalan sensor yang dihitung selama masa pakainya yang dirancang.
Masa pakai yang lama dari sistem pemantauan suhu ditentukan oleh sumber daya listrik yang andal dan independen untuk sensor-sensor tersebut .
Perangkat penerima terpusat mampu menerima data nirkabel dari banyak kabinet sakelar dan sejumlah besar lokasi pengukuran suhu. Sensor pengukuran suhu nirkabel dapat dipasang di lokasi pengukuran yang ditentukan. Proyek perbaikan lengkap ini jauh lebih kecil daripada item yang ada saat ini.
Kemajuan sistem pengukuran suhu memiliki arti praktis yang sangat penting. Perangkat penerima terpusat memiliki kemampuan yang andal dan antarmuka yang ramah pengguna. Perangkat ini dapat dihubungkan ke stasiun utama melalui komunikasi 485, yang lebih sesuai untuk stasiun tanpa awak.
5.3 Sensor Suhu Nirkabel: Sumber Daya
Dalam penginderaan suhu nirkabel, pencarian catu daya yang andal sangat penting. Cara tradisional untuk memasok energi ke sensor nirkabel adalah dengan menggunakan baterai primer (tidak dapat diisi ulang), yang kelemahan utamanya adalah jumlah energi yang tersedia terbatas. Masa pakai baterai bergantung pada suhu lingkungan.
Mengingat penggunaan sensor dalam instalasi listrik, suhu lingkungan akan selalu tinggi, sehingga secara signifikan memperpendek masa pakai baterai. Agar sensor tetap berfungsi, baterai harus diganti ketika dayanya habis.
Berdasarkan definisinya, sensor otonom nirkabel tidak boleh bergantung pada catu daya eksternal. Pemanfaatan energi adalah cara untuk memperpanjang masa pakai sensor otonom melebihi masa pakai baterai. Beberapa teknologi pemanfaatan energi yang dominan telah dikenal. Memilih salah satu aplikasi teknologi pemanfaatan energi bergantung pada jenis peralatan tempat sensor nirkabel digunakan.
Salah satu teknologi ini menggunakan elemen fotovoltaik, yang menghasilkan listrik dari cahaya sekitar—baik di dalam maupun di luar ruangan . Sel fotovoltaik menghasilkan listrik dari foton melalui sambungan semikonduktor p−n. Teknologi ini berada pada tahap pengembangan yang relatif maju.
Perangkat pengumpul getaran menggunakan fenomena elektromagnetik, piezoelektrik, atau elektrostatik dan dapat menghasilkan listrik dari getaran permukaan tempat sensor dipasang.
Generator elektromagnetik menggunakan susunan magnet dan kumparan resonansi untuk menghasilkan listrik, sedangkan generator berbasis piezoelektrik menggunakan balok resonansi piezoelektrik yang menghasilkan listrik ketika dikenai tegangan. Generator elektrostatik memanfaatkan efek kapasitif tetapi, karena masalah permesinan dan praktis, belum tersebar luas.
Perangkat pengumpul energi getaran peka terhadap frekuensi getaran suatu permukaan, dan penggunaannya umumnya terbatas pada mesin yang bergetar pada rentang frekuensi dan amplitudo tertentu.
Elemen termoelektrik menghasilkan listrik dari gradien suhu. Sumber energi termoelektrik memanfaatkan efek Seebeck, di mana listrik dihasilkan dari perbedaan suhu di seluruh termokopel. Secara umum, perangkat termoelektrik membutuhkan gradien suhu yang besar dan berkelanjutan antara dua permukaan agar dapat menghasilkan daya yang bermanfaat.
Untuk aplikasi di industri kelistrikan, catu daya pasif/jarak jauh digunakan dalam penginderaan suhu nirkabel: teknologi Surface Acoustic Wave (SAW). Sensor SAW beroperasi tanpa koneksi kabel atau baterai; mereka tidak memerlukan catu daya. Mereka hanya terhubung melalui tautan frekuensi radio ke transceiver atau unit pembaca. Gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi dipancarkan dari transceiver RF dan diterima oleh antena sensor SAW.
Sensor-sensor tersebut menggunakan transduser interdigital (IDT) yang mengubah energi medan listrik menjadi energi gelombang mekanik dan kemudian kembali menjadi medan listrik. Transduser tersebut dihubungkan ke antena untuk mengubah sinyal yang diterima menjadi gelombang akustik, yang merambat sepanjang sensor.
Tergantung pada konstruksi perangkatnya, IDT dapat mengirimkan kembali sinyal ke penerima. Sinyal yang diterima diperkuat dan kemudian dikonversi ke frekuensi baseband di modul RF dan kemudian dianalisis oleh prosesor sinyal.
Karena frekuensi operasinya tinggi, sensor SAW terlindungi dengan baik dari EMI yang sering terjadi di sekitar peralatan industri, seperti motor dan saluran tegangan tinggi.
5.4 Teknik Pemantauan Suhu Nirkabel
Metode tradisional untuk mengukur suhu telah bergantung pada ketergantungan suhu dari resistansi ( termistor atau RTD ), berbagai jenis termometer, ketergantungan suhu dari sambungan dioda (silikon), atau emisi radiasi inframerah dari benda yang dipanaskan (sensor IR).
Perangkat pasif seperti termokopel dan RTD memerlukan pemancar bertenaga baterai untuk mengirimkan informasi . Hal ini mempersulit pengukuran suhu kontak dan sambungan pada kotak sakelar tegangan tinggi dan transmisi. Persyaratan standar untuk sistem ini adalah tidak boleh ada kabel logam atau serat optik dari kontak atau sambungan yang ingin diukur ke struktur atau rangka pendukung, karena hal ini dapat menyebabkan jalur berbahaya dan berpotensi meledak ke tanah.
Termometri inframerah terkadang digunakan, tetapi ini memerlukan garis pandang langsung ke area yang diminati, yang harus bersih untuk akurasi terbaik dan lebih sering digunakan untuk pemeriksaan berkala dan oleh karena itu bukan untuk pemantauan terus menerus.
Biasanya, sistem pengukuran inframerah yang digunakan untuk jenis pemantauan ini harganya sangat mahal. Sistem pemancar suhu bertenaga baterai memiliki kekurangan terkait dengan ukuran fisik yang besar dan kebutuhan untuk penggantian baterai secara berkala yang merepotkan.
Dengan beberapa pengecualian, baterai tidak cocok untuk pengoperasian pada suhu tinggi, terutama di atas 150°C.
5.5 Pemantauan Suhu Nirkabel dengan Sensor SAW (WTMS)
Teknologi SAW menggunakan efek perubahan parameter gelombang akustik, seperti kecepatan dan amplitudo, ketika gelombang tersebut merambat melalui atau di permukaan material piezoelektrik, bergantung pada kondisi fisik material tersebut. Setiap perubahan pada karakteristik jalur perambatan akan memengaruhi kecepatan dan/atau amplitudo gelombang akustik.
Perubahan kecepatan dapat dipantau dengan mengukur karakteristik frekuensi atau fase sensor dan kemudian dapat dikorelasikan dengan besaran fisik yang diukur. Sensor SAW sangat sensitif dalam mengukur sifat mekanik seperti tegangan atau regangan. Potongan khusus substrat piezoelektrik menciptakan perangkat SAW dengan
ketergantungan frekuensi SAW terhadap suhu yang sangat linier. Hasilnya adalah sensor suhu dengan resolusi sangat tinggi.
Pada WTMS berbasis teknologi SAW, jumlah sensor dibatasi tidak lebih dari beberapa saja. Dalam teknologi ini, besaran yang diukur (suhu) dihitung dari rentang frekuensi; sehingga setiap sensor harus menempati rentang frekuensinya sendiri.
Keterbatasan ini dapat berdampak signifikan pada penerapan sensor SAW untuk pemantauan kondisi kompleks suatu sistem kelistrikan, seperti komponen panel distribusi listrik . Sebuah panel distribusi listrik rata-rata berisi sekitar 12 titik panas: masing-masing tiga untuk bus utama, untuk terminator kabel, untuk input pemutus sirkuit, dan untuk output pemutus sirkuit .
Bagian dalam panel distribusi listrik berisi sejumlah pelat logam konduktif dan komponen lain yang memantulkan dan menurunkan kualitas sinyal radio, yang menyebabkan kesulitan dalam penggunaan teknologi ini.
Untuk menerapkan serangkaian sensor SAW guna mengukur suhu di semua 12 lokasi di setiap kubikel panel distribusi listrik, diperlukan tata letak sensor khusus.
Solusi ditemukan melalui penyetelan antena, sehingga kemampuan perisai dari kotak panel distribusi membagi panel distribusi menjadi beberapa bagian yang berisi sensor yang beroperasi pada frekuensi berbeda, sementara frekuensi di bagian yang berbeda diduplikasi. Hal ini memungkinkan pemasangan 72 sensor pada panel distribusi untuk memantau semua titik panas yang diperkirakan.
Pemanfaatan sensor SAW miniatur memungkinkan pemantauan konektor pemutus dan pemasangan non-invasif di dalam panel distribusi listrik. Ukuran sensor yang kecil memungkinkan sistem menjadi sangat fleksibel dalam memilih lokasi pengukuran. Catu daya pasif memungkinkan masa pakai sistem yang tak terbatas terlepas dari kondisi eksternal, yang merupakan manfaat signifikan dari perangkat yang dapat beroperasi sendiri.
Sensor suhu nirkabel pasif yang menggunakan teknologi SAW merupakan solusi pemantauan dan diagnostik yang menjanjikan untuk peralatan kritis seperti panel distribusi tegangan menengah dan tinggi . Sensor ini menyediakan sarana diagnostik yang sangat penting untuk melindungi panel distribusi dari kerusakan akibat kegagalan yang fatal.
Penerapan pemantauan suhu nirkabel memungkinkan pencegahan pemadaman listrik yang mahal dan meningkatkan keselamatan teknisi panel distribusi dan personel pemeliharaan. Hal ini dapat dianggap sebagai pengganti yang berharga untuk solusi penginderaan suhu tradisional yang ada dalam aplikasi panel distribusi.
KONTEN PREMIUM
Artikel-artikel teknis dalam kategori “Konten Premium” hanya dapat diakses sepenuhnya oleh Anggota Premium. Panduan teknik elektro, artikel teknis spesialis, dan makalah yang ditulis oleh insinyur listrik berpengalaman di beberapa negara semuanya tersedia untuk pengguna premium. Sebagai seorang insinyur listrik yang bekerja di bidang Tegangan Rendah, Menengah, atau Tinggi, ini akan membantu Anda mengembangkan keterampilan teknis profesional yang Anda butuhkan di tempat kerja.
