2.2.3 Fungsi Potensial Transformer
Fungsi potensial transformer atau yang biasa disebut trafo tegangan adalah mentransformasikan dari tegangan tinggi ke tegangan rendah guna pengukuran atau proteksi dan sebagai isolasi antara sisi tegangan yang diukur / diproteksikan dengan alat ukurnya / proteksinya.
Contoh : (150.000/V3)/(100/V3)V,(20.000/V3)/(100/V3).20.000/100V Keterangan :
15.000/V3 = E1 Merupakan Tegangan Primer 100/V3 = E2 Merupakan Tegangan Sekunder E1/E2 = N1/N2 = a
N1 > N2 = (N1 jumlah lilitan primer, N2 jumlah lilitan sekunder) a = Perbandingan transformasi merupakan nilai yang konstan
2.2.4 Prinsip Kerja Potensial Transformer
Prinsip kerja trafo tegangan tidak berbeda dengan trafo daya.
Kumparan primer dihubungkan ke jaringan tegangan tinggi yang akan diukur sehingga arus mengalir pada kumparan primer. Arus pada kumparan primer menimbulkan fluks magnetik pada inti trafo tegangan. Fluks tersebut akan menginduksikan gaya gerak listrik yang rendah pada kumparan sekunder sehingga pada terminal kumparan sekunder terdapat beda tegangan yang sebanding dengan tegangan yang diukur. Gambar 2.19 menunjukkan prinsip kerja potensial transformer.
Gambar 2.19 Prinsip kerja potensial transformer.
Gambar 2.20 menunjukkan posisi/letak pemasangan potensial transformer pada sistem tenaga listrik.
Gambar 2.20 Pemasangan potensial transformer pada sistem tenaga listrik
Walaupun prinsip kerja potensial transformer / trafo tegangan sama dengan trafo daya , masih ada beberapa karakteristik yang membedakan trafo tegangan dengan trafo daya. Karakteristiknya adalah sebagai berikut :
a. Kapasitasnya kecil (10-150 VA), karena bebannya hanya peralatan yang mengkonsumsi daya rendah, seperti voltmeter, kWh-meter,wattmeter,relai jarak, sinkroskop dan lampu indikator.
b. Karena digunakan kontinu dan menjadi beban bagi sistem yang menggunakannya, maka trafo tegangan dirancang mengkonsumsi energi sekecil mungkin.
c. Untuk mengurangi kesalahan pengukuran, trafo tegangan dirancang sedemikian rupa agar tegangan sekunder sebanding dan sefasa dengan tegangan primer.
d. Tegangan pengenal sekunder trafo tegangan umumnya ditetapkan 100 -230 V atau (100-230)√3 V.
2.2.5 Jenis-Jenis Potensial Transformer
Ada dua jenis potensial transformer/trafo tegangan yaitu trafo tegangan magnetik dan trafo tegangan kapasitif. Trafo tegangan kapasitif
digunakan untuk keperluan pengukuran sekaligus dapat digunakan untuk keperluan komunikasi (power line carrier). Berikut ini akan dijelaskan tentang konstruksi dan karakteristik kedua jenis trafo tegangan tersebut.
2.2.5.1 Trafo Tegangan Magnetik
Komponen utama dari trafo tegangan magnetik adalah
kumparan primer, kumparan sekunder dan inti baja silikon. Ketiga komponen tersebut dicetak dalam isolasi padat atau bisa saja dimasukkan dalam suatu bejana berisi isolasi cair atau gas. Dalam praktiknya, badan trafo tegangan selalu terhubung ke tanah. Gambar 2.21 menunjukkan susunan dan hubungan ketiga komponen tersebut.
Keterangan :
E = Kumparan Eksitasi K = Kumparan kompensasi H = Kumparan tegangan tinggi
Gambar 2.21 Trafo tegangan magnetik
Ada tiga jenis trafo tegangan magnetik, yaitu : trafo tegangan kutub tunggal, trafo tegangan kutub ganda dan trafo tegangan tiga fasa. Rangkaian listrik masing-masing jenis trafo tegangan tersebut diperlihatkan pada gambar 2.22.
Gambar 2.22 Rangkaian trafo tegangan magnetik
Trafo tegangan kutub tunggal dan trafo tegangan kutub ganda digunakan untuk pengukuran sistem tiga fasa dan digunakan untuk mencatu tegangan kepada relai proteksi arus-tanah.Dalam hal ini, trafo tegangan dilengkapi lagi dengan kumparan tambahan
yang digunakan untuk mendeteksi adanya arus gangguan tanah. Kumparan tambahan ini disebut kumparan proteksi.
Trafo tegangan kutub ganda digunakan untuk pengukuran daya dan energi sistem tiga fasa. Kedua terminalnya diisolir terhadap bumi.
Dilihat dari terminal belitan primernya, trafo tegangan kutub tunggal terdiri atas trafo tegangan tanpa bushing (gambar 2.23a) dan trafo tegangan dengan bushing (gambar 2.23b). Trafo tegangan dengan bushing digunakan untuk tegangan di atas 11 kV. Gambar 2.23c menunjukkan konstruksi trafo tegangan kutub ganda dimana kedua terminalnya diisolir terhadap bumi.
Gambar 2.23 Konstruksi trafo tegangan kutub tunggal dan kutub ganda
Konstruksi trafo tegangan dengan kutub tunggal lebih sederhana daripada trafo kutub ganda, karena tebal isolasi pada trafo tegangan kutub tunggal dapat dibuat bertingkat sesuai dengan tekanan elektrik yang dipikulnya. Sedangkan pada trafo tegangan kutub ganda, seluruh kumparan tegangan tinggi harus diisolasi terhadap bagian-bagian yang dikebumikan dengan tebal isolasi yang sama, agar trafo tegangan dapat memikul tegangan pengujian penuh. Oleh karena itu trafo tegangan kutub ganda hanya digunakan untuk tegangan pengenal sampai 30 kV, sedangkan trafo tegangan kutub tunggal dipergunakan untuk tegangan pengenal yang lebih tinggi.
Beberapa macam konstruksi trafo tegangan magnetik diperlihatkan pada gambar 2.24. Pemilihan jenis konstruksi trafo tegangan magnetik bergantung kepada nilai tegangan operasi dan tempat instalasi. Untuk pemakaian pasangan dalam, trafo ukur tegangan biasanya diisolasi dengan resin epoksi, dimana semua kumparan dan kadang-kadang termasuk inti besi dicetak dalam bahan isolasi resin padat (gambar 2.24a). Untuk operasi pasangan luar, trafo resin epoksi masih dapat dipakai untuk tegangan pengenal yang tidak terlalu tinggi.
Untuk tegangan yang lebih tinggi dipakai trafo kutub tunggal dengan isolasi minyak-kertas. Rancangan trafo kutub tunggal isolasi minyak-kertas terdiri dari dua jenis, yaitu jenis tangki logam dan jenis tabung isolasi. Pada jenis pertama, badan aktif trafo tegangan dimasukkan dalam bejana baja. Pada bejana dipasang bushing untuk melewatkan tegangan tinggi ke
terminalnya (gambar 2.24b). Pada jenis kedua, badan aktif trafo semua dibungkus dengan tabung porselen (gambar 2.24c). Jenis terakhir ini biasanya digunakan untuk tegangan yang lebih besar daripada 66 kV. Pemilihan jenis konstruksi trafo tegangan bergantung pada susunan bahan aktif trafo (inti dan kumparan). Dilihat dari segi pemakaian tempat, jenis tabung isolasi adalah lebih baik karena konstruksinya lebih kecil. Konstruksinya sangat berbeda dengan jenis tangki logam yang harus menggunakan tabung porselen dengan diameter yang lebih besar.
Gambar 2.24 Konstruksi badan trafo magnetik
Bentuk fisik dari Trafo Magnetik dapat dilihat pada gambar 2.25.
Keterangan :
1. Kertas/Isolasi Minyak Mineral/Quartz filling.
2. Belitan Primer: vernis ganda-isolasi kawat tembaga, tahan pada suhu tinggi.
3. Inti: bukan orientasi listrik baja memperkecil resiko resonansi besi 4. Belitan Sekunder 5. Isolator Keramik 6. Dehydrating Breather 7. Terminal Primer 8. Terminal Sekunder
Gambar 2.25 Bentuk fisik trafo magnetik
2.2.5.2 Trafo Tegangan Kapasitif
Bagian utama trafo tegangan kapasitif adalah pembagi
tegangan kapasitif C1 dan C2. Secara teknis dengan merancang nilai kapasitansi C1 dan C2, tegangan pada kapasitor C2 dapat diperoleh dalam orde ratusan volt (sesuai dengan kebutuhan alat ukur, relai, atau lampu indikator), tetapi cara ini tidak ekonomis. Oleh karena itu, kapasitansi C1 dan C2 dirancang sedemikian rupa, sehingga tegangan pada kapasitor C2 diperoleh dalam orde puluhan kilovolt, umumnya 5,10,15, dan 20 kV. Diantara kapasitor C2 dengan beban diselipkan suatu trafo tegangan magnetik yang disebut dengan trafo penengah (intermediate
transformer).Terminal kapasitor C2 dihubungkan ke belitan primer trafo penengah, sehingga tegangan primer trafo penengah sama dengan tegangan pada terminal kapasitor C2. Tegangan primer trafor penengah (dalam orde puluhan ribu volt), diturunkan oleh trafo penengah menjadi ratusan volt, umumnya menjadi 100 atau 100√3 volt. Ketika hubungan antara terminal kumparan primer trafo tegangan yang dikebumikan dengan inti atau badan trafo tegangan terbuka, kumparan primer dirancang mampu memikul tegangan frekuensi daya sebesar 3 kVrms dalam durasi singkat. Gambar 2.26 menunjukkan rangkaian ekuivalen trafo tegangan kapasitif.
Keterangan :
Vn = Tegangan fasa ke netral transmisi C1 = Kapasitor tegangan tinggi
C2 = Kapasitor tegangan rendah TP = Trafo penengah (intermediate) V1 = Tegangan primer trafo penengah V2 = Tegangan sekunder trafo penengah
Gambar 2.26 Rangkaian ekuivalen trafo tegangan kapasitif
Sedangkan gambar 2.27 menunjukkan konstruksi trafo tegangan kapasitif.
Keterangan :
1. HV.T adalah terminal tegangan tinggi
2. Kapasitor C1 & C2 pembagi tegangan (capacitive voltage
divider) yang berfungsi sebagai pembagi tegangan tinggi
untuk diubah oleh trafo tegangan menjadi tegangan pengukuran yang lebih rendah
3. L0 adalah induktor penyesuai tegangan (medium voltage choke)
yang berfungsi untuk mengatur/menyesuaikan supaya tidak terjadi pergeseran fasa antara tegangan masukan (vi) dengan tegangan keluaran (vo) pada frekuensi dasar.
4. Belitan primer 5. Isolator keramik 7. Terminal sekunder
Gambar 2.27 Konstruksi trafo tegangan kapasitif
Untuk pengukuran tegangan diatas 110 kV adalah lebih ekonomis menggunakan trafo tegangan kapasitif daripada menggunakan trafo tegangan magnetik, karena konstruksi isolasi
tegangan kapasitif lebih sederhana daripada trafo tegangan magnetik. Trafo tegangan kapasitif akan lebih ekonomis lagi jika digunakan sekaligus untuk pengiriman sinyal melalui konduktor transmisi ( power line carrier), yaitu sinyal komunikasi data, sinyal audio dan sinyal kendali jarak jauh (telecontrol). Trafo tegangan kapasitif digunakan juga untuk pengukuran energi pada konsumen sendiri. Sangat andal digunakan untuk mencatu tegangan ke relai elektronik yang bekerja sangat cepat, terutama jika trafo tegangan kapasitif menggunakan peredam osilasi elektronik.
Jika diharuskan untuk memilih antara trafo tegangan magnetik atau trafo tegangan kapasitif, ada beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan, diantaranya yang terpenting adalah penggunaannya, penempatan trafo dan biaya. Tabel 2.8 memperlihatkan perbandingan trafo tegangan magnetik dengan trafo tegangan kapasitif. Pada tabel 2.9 diperlihatkan jenis trafo yang cocok untuk beberapa keperluan.
Tabel 2.8 Perbandingan Trafo Tegangan Magnetik dengan Trafo Tegangan Kapasitif
Trafo Tegangan Magnetik
Trafo Tegangan Kapasitif
Ketelitian bergantung kepada faktor transformasi
Ketelitian bergantung kepada pembagi tegangan kapasitif, reaktansi, dan faktor transformasi trafo intermediasi Ketelitian tidak sensitif
terhadap perubahan frekuensi
Ketelitian sensitif terhadap perubahan frekuensi
Dapat terjadi
ferroresonansi dengan sistem
Ferroresonansi dilokalisasi pada rangkaian sekunder Tidak memiliki fasilitas
untuk PLC
Dapat digunakan untuk PLC Memiliki respon yang baik
terhadap transien jika ada gangguan pada sistem
Responsnya kurang baik terhadap transien jika ada gangguan pada sistem
Dapat digunakan pada stasiun pembangkit
Dilengkapi dengan sela proteksi
Tidak mempengaruhi ketahanan isolasi sistem
Adanya kapasitansi
mempengaruhi ketahanan isolasi sistem
Tingkat tegangan
pengujian rendah
Tingkat tegangan pengujian lebih tinggi
Menimbulkan kenaikan tegangan tanah yang rendah ketika dipisahkan dari sistem
Menimbulkan kenaikan tegangan tanah yang tinggi ketika dipisahkan dari sistem
Tabel 2.9 Jenis Trafo Tegangan Untuk Berbagai Keperluan
Untuk Keperluan Jenis Trafo
Voltmeter,kWh-Meter, Sinkronisasi, relai jarak tanpa PLC
Trafo tegangan magnetik
Komunikasi tanpa meter dan relai
1 unit trafo tegangan kapasitif per sirkuit
Relai jarak dengan PLC 1 unit trafo tegangan kapasitif per fasa
Komunikasi dan meter 1 unit trafo tegangan kapasitif dan 2 unit trafo tegangan magnetik atau 3 unit trafo tegangan kapasitif
2.2.6 Kesalahan Ratio Potensial Transformer
Hal yang harus diperhatikan pada potensial transformer adalah burden yang diizinkan, biasanya terdapat pada name platenya. Pembebanan yang melebihi burden akan mengakibatkan jatuh tegangan sehingga terjadi kesalahan pada pengukuran (metering).
Burden ialah beban sekunder dari trafo tegangan, dalam hal ini sangat terkait dengan klas ketelitian potensial transformer.
Contoh :
• Beban pengenal 30 VA, dan klas 0,2 sedang untuk beban 50 VA klas 0,5
• Beban pengenal 50 VA, dan klas 0,5 sedang untuk beban 100 VA klas 1,0 CVT ini mempunyai 2 sekunder dapat dibebani 100 VA dengan klas ketelitian masing-masing 1,0 dan 0,2
Semakin besar bebannya maka ketelitiannya semakin turun.
Pada PT dikenal 2 macam kesalahan yaitu : A. Kesalahan perbandingan ε
Dimana :
KPT : Perbandingan Transformasi Nominal
B. Kesalahan sudut
Pergeseran sudut sisi sekunder kurang atau lebih dari 180º
Penggunaan potensial transformer dibedakan untuk pengukuran dan untuk sistem proteksi, seperti dijelaskan sebagai berikut:
a. Untuk pengukuran teliti untuk daerah kerja pada tegangan dari 80 % sampai 120 % dari tegangan pengenal dengan beban 25% sampai 100 % burden pengenalnya pada faktor daya = 0,8 tertinggal.
Standar kelas ketelitian PT untuk pengukuran ialah : 0,1 - 0,2 - 0,5 - 1,0 - 3,0
Untuk tegangan dari 80 % sampai 120 % dari tegangan pengenal dengan beban 25% sampai 100 % beban pengenalnya pada faktor daya = 0,8 tertinggal.
Nilai kelas ketelitian potensial transformator / trafo tegangan untuk pengukuran dapat dilihat di tabel 2.10.
Tabel 2.10 Besar Nilai Kelas Ketelitian Potensial Transformer Untuk Pengukuran
b. Untuk sistem proteksi relatif ketelitiannya lebih rendah, tetapi untuk daerah kerja dari 5% sampai (120/150/190%) tegangan pengenalnya dengan burden 25% sampai 100 % burden pengenalnya pada faktor daya = 0,8 tertinggal.. Dan pada 2 % tegangan pengenalnya pun kesalahan masih tertentu.
V
PNilai kelas ketelitian potensial transformator / trafo tegangan untuk proteksi dapat dilihat di tabel 2.11.
Tabel 2.11 Besar Nilai Kelas Ketelitian Potensial Transformer Untuk Proteksi
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan
Trafo arus dan trafo tegangan adalah trafo satu fasa yang berfungsi untuk pengukuran dan besaran sensor pada relai proteksi. Fungsi lain dari trafo pengukuran yaitu sebagai media komunikasi. Trafo yang dapat dimanfaatkan untuk media komunikasi adalah trafo tegangan kapasitif. Prinsip kerja dari trafo pengukuran sama dengan trafo daya. Jika pada kumparan primer menagalir arus , maka pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet sebesar . Gaya gerak magnet ini memproduksi fluks mutual pada inti. Fluks mutual ini membangkitkan GGL (Gaya Gerak Listrik) pada kumparan sekunder ( ). Trafo tegangan ada dua jenis yaitu trafo tegangan magnetic dan trafo tegangan kapasitif. Trafo arus terbagi beberapa macam yaitu menurut jumlah dan konstruksi kumparan primer, jumlah rasio, jumlah inti, ketelitian pemasangan, konstruksi isolasi. Di dalam trafo pengukuran terdapat galat atau dapat disebut faktor kesalahan. Burden trafo arus adalah semua impedansi yang ditemukan pada rangkaian sekunder trafo arus. Burden dinyatakan dalam impedansi dan faktor daya atau daya dalam satuan VA. Tegangan lutut adalah nilai efektif tegangan pada sisi sekunder yang memberi penambahan arus eksitasi lebih 50% daripada arus eksitasi sebelumnya, jika tegangan bertambah 10% daripada nilai tegangan tersebut. Tingkat kejenuhan trafo arus untuk pengukuran dan relai proteksi sangat berbeda. Untuk pengukuran trafo arus mudah jenuh berbeda hal dengan relai proteksi, trafo arus tidak mudah jenuh.
3.2 Saran
Di dalam makalah ini terdapat banyak kekurangan perihal trafo pengukuran. Sebagai penulis makalah ini sangat berterima kasih bilamana ada sumber sumber lain dapat ditambahkan kedalam makalah ini sehingga makalah ini dapat disempurnakan