TRAFO ARUS, DAYA, TEGANGAN

Pertemuan ke : 4

Bab. III

 Pokok bahasan : Peralatan input relay

 Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa mengetahui

macam-macam trafo tegangan, dan trafo arus terutama yang digunakan pada relay proteksi

 Sub Pokok Bahasan :

1. Trafo Tegangan

2. Trafo Tegangan Magnetik

3. Trafo Pembagi Tegangan Kapasitip 4. Trafo Arus

5. Prinsip kerja Trafo Arus 6. Trafo Arus untuk proteksi

Pengantar



Mengulas materi pada pertemuan

sebelumnya dalam bentuk tanya jawab.



Menayakan jenis-jenis relay proteksi dan

pripsip kerjanya.



Membahas soal-soal yang diberikan

terutama. pada perhitungan setting arus

relay.

1. Trafo Tegangan

Trafo tegangan adalah trafo satu fasa step-down yang mentransformasi tegangan tinggi atau tegangan

menengah ke suatu tegangan rendah yang layak untuk perlengkapan indikator, alat ukur, relay, dan alat

sinkronisasi. Hal ini dilakukan atas pertimbangan harga dan bahaya yang dapat ditimbulkan tegangan tinggi. Tegangan perlengkapan seperti indikator, meter, dan relay dirancang sama dengan tegangan terminal

2. Trafo Tegangan Magnetik

Prinsip kerja trafo jenis ini sama dengan trafo

daya, meskipun demikian rancangannya berbeda

dalam beberapa hal, yaitu :

a. Kapasitasnya kecil (10 s/d 150 VA), karena

digunakan

untuk daya yang kecil.

b. Galat faktor transformasi dan sudut fasa

tegangan

primer dan sekuder lebih kecil untuk

mengurangi kesalahan pengukuran.

c. Salah satu terminal pada sisi tegangan tinggi

dibumikan/ ditanahkan.

d. Tegangan pengenal sekunder biasanya 100

atau

100√3 V

Gambar rangkaian ekivalen

trafo tegangan magnetik :

E = Kumparan Eksitasi

K = Kumparan Kompensasi

H = Kumparan Tegangan

Tinggi

H

2

H

1

K

2

K

2

K

1

E

1

 Menurut kutubmya trafo tagangan dibedakan menjadi dua yaitu :

1. Trafo satu kutub : trafo tegangan yang salah satu

terminalnya dibumikan / ditanahkan, dipergunakan untuk tegangan diatas 30 kV

2. Trafo dua kutub : trafo tegangan yang kedua t

erminalnya diisolir dari bumi / tanah, hanya digunakan untuk tegangan dibawah 30 kV

R

S

T



Penggunaan trafo tegangan yang dipakai untuk

mendeteksi arus gangguan tanah.

Trafo tegangan satu kutub yang dipasang pada jaringan tiga fasa, disamping belitan pengukuran, umumnya dilengkapi dengan belitan tambahan yang berfungsi untuk mendeteksi arus ganguan tanah. Belitan dari ketiga unit tarfo tegangan tersebut dihubungkan seri, untuk libih jelasnya dapat diperlihatkan pada gambar sebagai berikut :

 Gamabar : Contoh penggunaan trafo tegangan yang

dipakai untuk mendeteksi arus gangguan tanah. R S T VT n VS n VR n Va b a b

Keterangan :

Selama oprasi normal , tidak ada tegangan pada terminal a – b (V_ab=0). Bila tejadi gangguan tanah pada salah satu fasa

(misaldi fasa R), maka tegangan fasa S dan T naik √3 dari

tegangan semula, sehingga disekunder kedua trafo dibangkitkan tegangan √3 V_n.Tegangan pada terminal a – b sama dengan

resutan tegangan sekunder trafo S dan T, yang besarnya tiga kali harga

tegangan fasa kenetral (3V_n). Tegangan ini memicu relay

gangguan tanah. Tegangan pengenal belitan gangguan tanah biasanya dipilih sedemikian sehingga saat ganguan tanah V_ab mencapai harga yang sama dengan tegangan sekunder fasa ke tanah.

3. Trafo Pembagi Tegangan Kapasitip

Trafo pembagi tegangan kapasitip dipakai untuk keperluan pengukuran tegangan tinggi, sebagai pembawa sinyal komonikasi dan kendali jarak jauh. Tegangan yang diukur dalam orde ratusan kilovolt, oleh pembagi tegangan kapasitor tegangan primer trafo menengah diturunkan menjadi orde puluhan kilovolt, umumnya 5,10,15 dan 20 kV. Kemudian dengan bantuan trafo magnetik tegangan primer tersebut diturunkan menjadi tegangan sekunder standar 100 atau 100√3 Volt

 Rangkaian Ekivalen Trafo Tegangan Kapasitif

Jika V_LN dan semua impedansi rangkaian diketahui, maka tegangan V₂’ dapat dihitung. Selanjutnya V₂ dapat dihitung dengan persamaan : V₂ ‘ = a_t . V₂

Z

Z

C

1

X

k

R

1

_e

X

e

1

V

2

I

2

Z

0

V

1

C

2

V

LN

1

1

1

dan galat rasio trafo tegangan kapasitip :

di mana :

= faktor transformasi tegangan aktual sistem pengukuran

a_t = faktor transformasi trafo penengah a_p=faktor transformasi sisem pengukuran

% 100 × − = p p p k k a

γ

2

V

V

k

LN p

=

Beban Trafo Tegangan

Beban trafo tegangan umumnya adalah alat ukur dan relay, daya yang dikomsumsi alat ukur dan relay dapat ditabelkan sebagai berikut :

Meter / Relay Konsumsi (VA) KWH&KVARH-meter 7,5 Perekam PF-meter 7,5 Perekam Daya 7,5 Sinkronoskop 15 Relay 8 - 70 Meter / Relay Konsumsi (VA)

Voltmeter 5 Wattmeter 5 PF- Meter 5 Perekam Tegangan 5 Frekuensi Meter 7,5

Pemilihan Trafo Tegangan

Dalam pemilihan antara trafo magnetik dengan trafo kapasitif ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan, diantaranya dapat tabelkan sebagai berikut :

Untuk Keperluan Jenis Trafo Voltmeter,KWH-meter,

Sinkronisasi,Relay jaraktanpa PLC

Trafo Magnetik

1 Unit pembagi kapasitif per sirkit Komunikasi tanpa meter dan relay 1 Unit trafo pasitif setiap fasa

Relay jarak dengan PLC 1 Unit trafo kapasitif dan 2 unit trafo Komunikasi dan meter Magnetik atau 3 Unit trafo kapasitif

Trafo Arus

Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang

besarnya ratusan amper dari arus yang mengalir dalam

jaringan tegangan tinggi. Disamaping untuk penguran

arus, trafo arus juga digunakan untuk pengukuran daya

dan energi, pengukuran jarak jauh dan relay proteksi.

Kumparan primer trafo arus dihubungkan seri dengan

jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya, sedang

kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau

relay proteksi. Pada umumnya peralatan ukur dan relay

membutuhkan arus 1 atau 5 A.

Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat,

kawasan trafo arus yang digunakan untuk pengukuran

biasanya 0,05 s/d 1,2 kali arus yang akan diukur, sedang

trafo arus untuk proteksi harus mampu bekerja lebih dari

10 kali arus pengenalnya.

Kontruksi dan prinsip kerja trafo arus

Prinsip kerja trafo arus sama dengan trafo daya satu fasa. Jika pada kumparan primer mengalir arus I₁, maka pada kumparan primer timbul gayagerak magnet sebesar N₁.I_1.

Gaya gerak magnet ini mempruduksi fluks pada inti, kemudian membangkitkan gaya gerak listrik (GGL) pada kumparan

sekunder. Jika termianal kumparan sekunder tertutup, maka

pada kumparan sekunder mengalir arus I₂ , arus ini menimbulken gaya gerak magnet N₁I₁ pada kumparan sekunder. Bila trafo tidak mempunyai rugi-rugi (trafo ideal) berlaku persamaan :

atau

N

1

I

1

=

N

2

I

2 1 2 2 1 N N I I =

Gambar Rangkaian Ekivalen Trafo Arus :

Keterangan :

Tegangan terminal sekunder (V

₂

) tergantung pada

ipedansi peralatan (Z

₂

)

yang bisa berupa alat ukur /

relay, sehingga dapat ditulis persamaan :

E

2

V

₂

I

2

I

0

I

1/k

Z

2

Z

0

Z

i

2 2 2

I

Z

V

=

Jika tahanan dan reaktansi bocor kumparan trafo dinyatakan (Z _i ), maka ggl pada kumparan sekunder harus lebih besar dari pada tegangan sekunder agar rugi-rugi tegangan pada (Z _i ) dapat dikompensasi, maka persamaan yang harus

dipenuhi adalah :

atau

i

Z

I

Z

I

E

V

E

₂

−

₂

=

₂

−

_{2 2}

=

₂

(

Z

Z

i

)

I

E

₂

=

_{2 2}

+

Dalam prakteknya trafo arus selalu mengandung arus beban nol (I₀), arus ini menimbulkan fluks (Φ) yang dibutuhkan untuk

membangkitkan gaya gerak listrik E₂ :

di mana :

f = frekuensi tegangan Φ = fluks magnetik

A = luas penampang inti trafo B = rapat medan magnetik

Gaya Gerak Listrik (GGL) inilah yang mempertahankan aliran arus I₂ pada impedansi (Z₂+ Z _i). Oleh karena itu, amper belitan yang ditimbulkan arus beban nol harus dapat mengimbangi amper belitan yang ditimbulkan arus primer dan sekunder :

AB

fN

fN

E

₂

=

4

,

44

₂

φ

=

4

,

44

₂ 2 2 1 1 0 1

I

N

I

N

I

N

=

=

Perbedaan Utama Trafo Arus dengan Trafo

Daya :

a. Jumlah belitan kumparan primer sedikit, tidak lebih dari

lima belitan.

b. Arus primer tidak dipengaruhi beban yang terhubung

pada kumparan sekunder, karena arus primer

ditentukan oleh arus pada jaringan yang di ukur.

c. Semua beban pada kumparan sekunder dihubungkan

seri.

d. Terminal sekunder trafo arus tidak boleh terbuka, oleh

karena itu terminal kumparan sekunder harus selalu

dihubungkan dengan beban atau hubung singkat jika

bebannya belum dihubungkan

Ketelitian berbagai trafo arus untuk proteksi

Ketelitian berbagai trafo arus untuk proteksi

diberikan pada tabel berikut :

diberikan pada tabel berikut :

No

.

Penggunaan Kelas

1 Relay arus lebih reaksi cepat

(Instantaneous over current relay)

15 P

2 Relay arus lebih, karakteristik arus terbalik, dan waktu tunda minimum tertentu

(Inverse and definite minimum time lag)

10 P

3 Relay arus tanah karakteristik arus terbalik dan waktu tunda minimum tertentu

(Inverse and definite minimum time lag earth fault relay) yang tidak membutuhkan

stabilitas pada saat terjadi gangguan fasa-fasa dan peningkatan waktu yang teliti

10 P atau 15 P

4 Relay arus tanah yang membutuhkan

stabilitas pada saat terjadi gangguan fasa-fasa dan peningkatan waktu yang teliti

5P

Rangkuman



Trafo tegangan adalah trafo step-down yang

mentransformasi tegangan tinggi atau tegangan menengah

ke suatu tegangan rendah yang layak untuk perlengkapan

indikator, alat ukur, relay, dan alat sinkronisasi.



Ada dua jenis trafo tegangan yaitu :trafo tegangan magnetik

dan trafo pembagi tegangan kapasitip.



Menurut kutubmya trafo tagangan dibedakan menjadi dua

yaitu :

a. Trafo satu kutub : trafo tegangan yang salah satu

terminalnya dibumikan / ditanahkan, dipergunakan

untuk tegangan diatas 30 kV

b. Trafo dua kutub : trafo tegangan yang kedua

terminalnya diisolir dari bumi / tanah, hanya digunakan

untuk tegangan dibawah 30 kV

 Trafo pembagi tegangan kapasitip diperlukan untuk menurunkan

tegangan sekunder jaringan tegangan tinggi dari ratusan kilovolt menjadi puluhan kilovolt, kemudian untuk mendapatkan

tegangan sekunder standar 100 volt atau 100√3 Volt diperlukan trafo magnetik.

 Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya

ratusan amper dari arus yang mengalir dalam jaringan tegangan tinggi. Disamaping untuk penguran arus, trafo arus juga

digunakan untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan relay proteksi.

 Kelas trafo arus dinyatakan dengan tanda “nP”, dimana n

menunjukan kelas ketelitian dan P menujukkan trafo arus untuk proteksi.

 Trafo arus proteksi untuk keperluan khusus diberi tanda “nPS”.

Trafo arus khusus ada dua jenis yaitu trafo arus reaktansi rendah dan trafo arus reaktansi tinggi.

Soal-soal

Soal-soal

1. Untuk keperluan apa trafo tegangan yang anda ketahui dan sebutkan

1. Untuk keperluan apa trafo tegangan yang anda ketahui dan sebutkan

jenis dari trafo tegangan tersebut ?

jenis dari trafo tegangan tersebut ?

2. Sebutkan perbedaan antara trafo tegangan dengan trafo daya ?

2. Sebutkan perbedaan antara trafo tegangan dengan trafo daya ?

3. Gambarkan trafo tegangan satu kutub dan dua kutub ?

3. Gambarkan trafo tegangan satu kutub dan dua kutub ?

4. Gambarkan rangkaian belitan tambahan pada trafo tegangan satu

4. Gambarkan rangkaian belitan tambahan pada trafo tegangan satu

kutub yang dipakai untuk mendeteksi arus gangguan tanah ?

kutub yang dipakai untuk mendeteksi arus gangguan tanah ?

5. Gambarkan rangkaian ekivalen dari trafo tegangan kapasitip dan

5. Gambarkan rangkaian ekivalen dari trafo tegangan kapasitip dan

berikan persamaan matematisnya ?

berikan persamaan matematisnya ?

6. Jelaskan prinsip kerja trafo arus ?

6. Jelaskan prinsip kerja trafo arus ?

7. Sebutkan perbedaan trafo arus dengan trafo daya ?

7. Sebutkan perbedaan trafo arus dengan trafo daya ?

8. Sebutkan dan jelaskan tanda untuk kelas trafo arus ?