TRANSFORMATOR ARUS

PILIHAN LOOP PENGUKURAN (TERGANTUNG DARI POSISI – PS)

X. TRANSFORMATOR ARUS

10.1. Pendahuluan

Arus yang menuju peralatan proteksi biasanya diubah oleh transformator arus (CT) ke tingkat yang lebih rendah untuk pengoperasian Rele. Tingkat-tingkat yang rendah diperlukan karena dua alasan yaitu:

1. Dengan masukan yang lebih rendah ke rele, memungkinkan komponen-komponen yang digunakan untuk konstruksi rele tersebut secara fisik akan lebih kecil dan tentu lebih ekonomis.

2. Dengan arus yang rendah maka menjamin keamanan operator yang bekerja pada lingkungan rele

Daya yang diberikan oleh transformator tidak terlalu besar karena beban yang dihubungkan padanya hanya terdiri dari rele-rele dan perangkat ukur saja.

Rating arus nominal untuk sekunder CT telah distandarisasikan yaitu 5A dan 1A. arus gangguan dapat lebih dari 10 sampai 20 kali dari arus nominal saat terjadi hubungan singkat pada sistem.

10.2. Prinsip Kerja Transformator Arus

Pada gambar dibawah ini ditunjukkan skema konstruksi suatu transformator arus dan rangkaian ekivalennya dilihat dari sisi skunder. Prinsip kerjanya sama dengan trofo daya satu phasa. Jika pada kumparan primer mengalir arus I₁, maka pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet sebesar N₁I₁. Gaya gerak magnet ini memproduksi fluks pada inti. Fluks ini membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder.

a. Konstruksi transformator arus b. Rangkaian Ekivalen Transformator arus Gambar 10.1. Konstruksi dan Rangkaian Ekivalen Transformator Arus.

Jika terminal kumparan skunder tertutup, maka kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I₂. Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet

2 2I

N pada kumparan sekunder. Bila transformator tidak mempunyai rugi-rugi

(transformator ideal) maka berlaku persamaan :

N₁I₁ = N₂I₂ (3.1) 1 2 2 1 N N II  (3.2) dimana : 1

N = jumlah belitan kumparan primer. 2

N = jumlah belitan kumparan sekunder.

I₁ = arus pada kumparan primer I₂ = arus pada kumparan sekunder

Tegangan pada terminal sekunder (V₂) tergantung pada impedansi peralatan (Z₂) yang terhubung pada terminal sekunder, dan dapat dituliskan sebagai berikut :

(3.3)

Jika tahanan dan reaktansi bocor kumparan transformator dinyatakan dalam impedansi internal Z , maka gaya gerak listrik pada kumparan sekunder harus lebih besar _i

daripada tegangan sekunder agar rugi-rugi tegangan pada impedansi Z dapat _i

dikompensasi. Oleh karena itu, persamaan di bawah ini harus dipenuhi: 1 2 2 2 2 2 2 V E I Z I Z E     (3.4) atau ) ( ₂ 2 2 I Z Zi E   (3.5)

dalam prakteknya transformator arus selalu mengandung arus beban nol, I . Arus beban ₀

nol menimbulkan fluks  yang dibutuhkan untuk membangkitkan gaya gerak listrik E₂:

AB fN fN E₂ 4,44 ₂4,44 ₂ (3.6) dimana : f = frekuensi tegangan  = fluks magnetik

A = luas penampamg inti transformator B = rapat medan magnetic

2 2

2 I Z

Gaya gerak listrik inilah ysng mempertahankan aliran arus I₂ pada impedansi (Z₂Z₁). Oleh karena itu, ampere belitan yang ditimbulkan arus beban nol harus dapat mengimbangi ampere belitan yang ditimbulkan arus primer dan sekunder.

(3.7)

10.3. Spesifikasi Teknik Transformator Arus

Secara umum spesifikasi teknik suatu transformator arus adalah sebagai berikut: a. Burden :

Adalah impedansi beban yang terpasang pada terminal sekunder transformator arus, dinyatakan dalam ohm dan faktor daya. Dapat juga dinyatakan dalam daya (VA) yang diserap beban pada suatu harga arus dan faktor daya tertentu.

b. Arus Keamanan Instrumen

Adalah arus primer yang ditetapkan pembuat transformator sebagai arus efektif terendah yang menimbulkan arus sekunder (I_ss), di mana saat itu arus sekunder dikali rasio transformasi (

 

k tidak melebihi 0,9 arus primer tersebut dan burden pengenal _n

transformator.

c. Faktor Keselamatan Instrumen (Instrument Security Factor), F_s Adalah perbandingan arus keamanan dengan arus pengenal primer

d. Galat Komposit adalah galat gabungan karena adanya galat rasio, galat sudut, dan perbedaan bentuk gelombang arus sekunder dengan arus primer. Biasanya dinyatakan dalam persen arus primernya.

e. Arus Primer Batas ketelitian (Rated Accuracy Limit Primary Current)

Adalah arus primer tertinggi (I_pm) di mana ketelitian belum melebihi bats ketelitiannya.

f. Faktor Batas Ketelitian (Accuracy Limit Factor)

Adalah perbandingan arus primer batas ketelitian dengan arus pengenal primer g. Arus Eksitasi

Adalah harga efektif arus sekunder bila sekunder diberi tegangan sinusoidal frekuensi pengenal, sedang terminal primer terbuka.

2 2 1 1 0 1I N I N I N  

10.4. Jenis-Jenis Transformator Arus

1. Menurut Jumlah Kumparan Primer

Jenis transformator arus ditinjau dari konstruksi belitan primernya terdiri atas jenis kumparan (wound type) dan jenis bar (bar type).

Jenis kumparan digunakan untuk arus rendah atau burden yang besar atau pengukuran yang memerlukan ketelitian tinggi. Jumlah belitan primernya tergantung pada arus primer yang akan diukur, biasanya dibatasi tidak lebih dari 5 belitan dan dirancang menghasilkan gaya gerak magnet kira-kira 1200 ampere belitan

Jenis Bar digunakan untuk pengukuran arus besar (ribuan ampere). Konstruksinya sangat sederhana dan kokoh sehingga transformator ini mampu menahan arus hubung singkat yang besar, atau dengan perkataan lain mempunyai faktor thermis dan dinamis waktu singkat tinggi. Keburukannya bahwa efisiensi pengukuran yang lebih tinggi, yakni ukuran inti yang ekonomis, didapat hanya pada arus pengenal yang besar, yakni kira-kira 1000A.

2. Jenis Menurut Jumlah Rasio

Jenis transformator arus dilihat dari banyaknya rasio yang disediakan terdiri atas transformator arus rasio tunggal dan transformator arus rasio ganda. Pada transformator arus jenis bar, rasio ganda diperoleh dengan membuat sadapan di kumparan sekundernya. Tetapi perlu diperhatikan bahwa daya keluaran sebanding dengan kuadrat ampere-belitan sekundernya, jika rasio dikurangi menjadi setengah maka kapasitas dayanya berkurang menjadi seperempat dari semula.

3. Jenis Menurut jumlah Inti

Berdasarkan jumlah intinya, transformator arus dapat juga dibagi atas dua jenis, yaitu transformator arus inti tunggal dan transformator arus inti ganda. Transformator arus inti ganda digunakan jika sistem membutuhkan arus untuk pengukuran dan proteksi.

Inti yang digunakan untuk pengukuran terbuat dari bahan yang jenuh pada arus rendah, sehingga besar arus sekunder tetap dalam batas kemampuan ammeter tidak rusak pada saat arus primer sangat besar. Sebaliknya inti yang digunakan untuk rele proteksi harus terbuat dari bahan yang jenuh pada arus tinggi, sehingga arus sekunder tetap sebanding dengan arus primer sampai sepuluh kali atau lima belas kali arus pengenal primer.

4. Jenis Menurut Konstruksi Isolasi

Konstruksi transformator arus dengan isolasi epoksi-resin sering dipakai untuk pasangan luar sampai tegangan 110 kV. Pada tegangan menengah, umumnya digunakan transformator arus epoksi-resin, karena transformator epoksi-resin memiliki kekuatan hubung singkat belitan lebih tinggi, sebab semua belitanya tertanam dalam bahan isolasi.