PENGARUH INSTRUMENT PENGUKURAN
PADA METER TRANSAKSI TENAGA LISTRIK
oleh
Wahyudi Sarimun.N*)
ABSTRAK
kWhmeter adalah suatu alat pengukur energi listrik yang mengukur secara langsung hasil kali tegangan, arus, factor kerja dan waktu, (U.I.Cosφt) yang bekerja padanya selama jangka waktu tertentu. Karena pengukuran energi yang dominan adalah pemakaian arus dan tegangannya, dimana arus dan tegangan yang diukur melebihi arus dan tegangan nominal yang terdapat di kWhmeter. Untuk itu dibutuhkan suatu peralatan instrument transformers yang dapat menurunkan arus dan tegangan. Yaitu Trafo arus (current transformers) dan trafo tegangan (potensial transformers).
Sebagai pengaman pada jaringan distribusi secara umum dipergunakan Over Current Relay (OCR) dan Ground Fault Relay (GFR) dimana arus yang dibutuhkan adalah arus kecil 1 A atau 5 A, untuk ini dibutuhkan juga (sama seperti pada kWhmeter. Untuk itu Current transformers sebagai peralatan instrument transformer untuk memperkecil arus besar ke arus kecil yang masuk ke alat proteksi. Tulisan ini membahas tentang pemilihan trafo arus dan trafo tegangan yang baik untuk pengukuran dan proteksi, supaya kerugian dan kejenuhan dari CT atau PT dapat dihindari.
KATA KUNCI: Meter Transaksi Tenaga Listrik, trafo arus dan trafo tegangan
*)
= Dosen pada STTPLN Jakarta
I. PENDAHULUAN
Meter Transaksi Tenaga Listrik adalah peralatan ukur untuk transaksi jual beli energi listrik, dari pema-sok tenaga listrik ke pemakai tenaga listrik. Yang pemasangannya dapat di Pusat listrik, di Gardu induk atau di tempat pelanggan. Bila pemasangan Meter Transaksi Tenaga Listrik di Pusat listrik khususnya di jawa-Bali dan sumatera sebagai transaksi jual beli antara pembangkitan dan PLN P3B dan kalau di Luar jawa-Bali atau Sumatera dapat melihat pemakaian bahan bakar dan energi yang dikeluarkan. Bila penempatan Meter Transaksi Tenaga Listrik di Gardu Induk sebagai transaksi jual beli listrik antara PLN P3B dan PLN Distribusi atau Wilayah, kalau penempatan di Pelanggan sebagai alat ukur pemakaian energi listrik antara PLN Distribusi /Wilayah dan pelanggan.
Tetapi Meter Transaksi Tenaga Listrik yang diper-gunakan mempunyai batasan arus dan tegangan, bila penyambungannya ke sistem dengan tegangan ≥ 20.000 volt dengan arus besar, Meter Transaksi Tenaga Listrik tidak dapat merekam arus yang terpakai, untuk itu dibutuhkan trafo arus dan trafo tegangan sebagai penurun arus dan tegangan.
Kita tahu bersama, bahwa pemakaian trafo arus dan tegangan terdapat kerugian yang disebabkan pemilihan peralatan instrument transformers yang tidak sesuai dengan arus atau tegangan yang masuk, sehingga terdapat kerugian yang tidak diinginkan, yang berakibat
pada pengukuran arus disisi primer dengan sisi sekun-der tidak sesuai dengan yang diinginkan.
II. INSTRUMENS TRANSFORMERS
Instruments transformers adalah trafo yang mana dipergunakan bersama dengan peralatan lain seperti: relai proteksi, alat ukur atau rangkaian kontrol. yang termasuk trafo instrumen adalah current transformers dan potensial transformers.
Kegunaan trafo instrumen al:
a. Mengisolasi rangkaian meter dari sisi primer yang dipasok dengan tegangan tinggi dan arus besar. b. Menyediakan kemungkinan standar arus atau
tegangan yang dipergunakan untuk pengukuran atau proteksi.
Current transformers
Perbandingan antara belitan primer dan sekunder pada trafo arus dapat dijelaskan menurut persamaan:
1 2
2 1
N
N
I
I
=
(1)Potensial transformers
Perbandingan antara belitan primer dan belitan sekun-der tanpa beban adalah
2 N
1 N
2 E
1 E
= (2)
Persamaan diatas adalah untuk trafo tegangan (potensial transformers) ideal tanpa beban, arus beban = nol dan arus magnetizing diabaikan.
III. TRAFO ARUS
Trafo arus/Current transformer (CT) adalah suatu peralatan listrik yang dapat memperkecil arus besar menjadi arus kecil, yang dipergunakan dalam rangkaian arus bolak-balik.
Fungsi CT adalah untuk memperoleh arus yang se-banding dengan arus yang hendak diukur (sisi sekunder 5 A atau 1 A) dan untuk memisahkan sirkuit dari sistem yang arus nya hendak diukur (yang selanjutnya di sebut sirkuit primer) terhadap sirkuit dimana instrumen tersambung (yang selanjutnya disebut sirkuit sekunder). Berbeda dari transformator tenaga yang arusnya tergantung beban disisi sekunder, tetapi pada trafo arus seperti halnya Ampere meter yang disisipkan ke dalam sirkuit primer, arusnya tidak tergantung beban disisi sekunder, melainkan semata-mata tergantung pada arus disisi primernya.
III.1. RANGKAIAN TRAFO ARUS
Trafo arus/Current Transformers terdiri dari belitan primer, belitan sekunder dan inti maknetik. Jika arus primer yang masuk ke CT ke teminal P1/K dan arus yang mengalir ke sekunder dinamakan terminal S1/k, seperti terlihat pada gambar 1 (lihat arah arus sekunder IS yang masuk ke ampere meter). Selanjutnya terdapat terminal kedua pada CT disisi primer yaitu P2/L adalah terminal yang arusnya diperoleh dari P1/k yang dialirkan ke beban dan S2/l sisi sekunder adalah ter-minal yang arusnya diperoleh dari S1/k.
Dalam hal ini, polaritas sisi sekunder harus disesuaikan dengan datangnya arus di terminal sisi primer (tidak boleh terbalik).
Secara normal yang sesuai standar IEC terminal S2/l harus ditanahkan sebagai pengamanan sekunder CT terhadap tegangan tinggi akibat kopling kapasitif, se-hingga sudut antara arus primer dan sekunder = nol, kalau S1/k yang ditanahkan maka sudut arus antara pri-mer dan sekunder menjadi = 1800.
Pada gambar 1 terlihat arus yang masuk ke sekunder (IS) diperoleh dari arus primer (IP), yang diasumsikan arus dari primer tidak ada error (kesalahan) seperti ter-lihat pada persamaan (1) diatas.
Dalam kenyataannya arus primer yang masuk kese-kunder sebagian akan masuk ke inti maknetik yang ter-dapat pada sekunder tersebut, seperti terlihat pada gambar 2 dibawah ini:
e I P xI S N
P N S
I = − (3)
Burden (Z) Exciting
impedance
Ie
Gambar 2: Rangkaian equivalent arus sisi sekunder
ε
Pada gambar 2 terlihat arus dari sisi primer tidak semua masuk kesisi sekunder, sebagian arus akan masuk ke rangkaian inti, sehingga terjadi pergeseran sudut δ seperti terlihat pada gambar 3. Hal ini dikatakan sebagai kesalahan reproduksi dari CT. Kesalahan reproduksi akan terlihat dalam amplitudo dan fase, kesalahan dalam amplitudo dikatakan sebagai kesalahan arus atau kesalahan ratio, kalau kesalahan fase dikatakan sebagai pergeseran fase. Pada gambar 4, memperlihatkan arus sekunder IS dipilih sebagai acuan dalam 100 %, sebagai poros sumbu yang dapat dibagi dalam persen. Sejak sudut δ sangat kecil, maka kesalahan arus ε dan kesalahan fase δ langsung dapat dibaca dalam persen pada axies tersebut (ε = 1% = 1 centiradians = 34,4 minute).
Sesuai penjelasan diatas, bahwa Kesalahan arus positif, jika arus sekunder melebihi arus pengenalnya dan kesalahan fase positif jika arus sekunder leading (mendahului) dari arus primer. Sebagai Konsekwensi axis ε akan turun dan axis δ akan kekanan.
Gambar 1: Rangkaian equivalent CT(1)
P1/K P2/L IP
A
S2/l S1/k IS
(NS/NP)IP
IS
Ie
δ
δ
+
(IP/IS)x(NS/NP)x100%δ
Ie/ IS x 100%
ε
ISx 100%
Gambar 3: Vektor dari
III.2. DEFINISI
Kesalahan transformasi (transformasi error).
Adalah perbandingan antara arus primer dan arus se-kunder
Kn =
S I
P I
(4)
Kesalahan arus (current error)
x100%
P I
P I S xI n K (%)
ε
= − (5)Dimana:
Kn = Perbandingan transformasi ε = Kesalahan arus (%)
IS = Arus sekunder sebenarnya (Amp)
IP = Arus primer sebenarnya (Amp).
Karena adanya perbedaan antara arus yang masuk di sisi primer dengan arus yang terbaca disisi sekunder, dapat menimbulkan perbedaan ratio transformasi arus yang sebenarnya dengan kenyataannya.
Bila CT dipergunakan untuk pengukuran energi (kWh meter), kesalahan arus ini sangat berpengaruh terhadap pengukuran energi.
Security factor (Fs)
Faktor sekuriti (security factor) adalah Ratio dari sekuriti arus primer pengenal (IPS) dan arus primer pengenal (IP)
P I
PS I S
F = (6)
Sekuriti dari meter yang dihubungkan ke CT, adalah kebalikan dari FS nya. Sesuai standar security factor (FS) = FS5.
Rated Short - Time Thermal Current (Ith)
Adalah nilai rms dari arus primer, dimana CT tidak rusak dalam waktu satu detik, bila waktu arus thermal-hubung singkat pengenal dipakai dalam tiga detik dipergunakan dalam satu detik. short time thermal current dapat diperhitungkan dengan persamaan:
t th I t th,
I = (7)
Rated dynamic current (Idyn)
Adalah nilai puncak dari arus primer CT, tanpa ada kerusakan secara electric dan mechanic yang dihasil-kan dari tenaga electromagnetic:
Idyn = 2,5 x Ith (8)
- Composite error (∑c).
Adalah pada kondisi dibawah steady state, nilai rms mempunyai perbedaan antara nilai sesaat dari arus primer dan nilai sesaat dari arus sekunder
sebenarnya yang dikalikan dengan ratio CT pengenal, composite error diekspresikan dalam persen dari nilai rms arus primer yang dapat ditulis dalam bentuk matematis, sebagai berikut:
∑c = ip)2dt
T
0 s
i N (K T 1
P I 100
−
∫ (9)
Dimana :
KN = transformation ratio pengenal
IP = Nilai rms dari arus primer
iP = Nilai sesaat (the instantaneous value) dari arus primer
iS = Nilai sesaat (the instantaneous value) dari arus
sekunder
T = Waktu dalam satu periode (one cycle) dalam detik.
III.3. KELAS AKURASI (ACCURACY CLASS) Adalah arus pada trafo arus yang dibatasi oleh kesalahan arus dan kesalahan fase. Dimana accuracy class yang sesuai dengan pemakaian, dijelaskan sebagai berikut:
Standar accuracy class, yang dipergunakan untuk “pengukuran” seperti terlihat pada tabel dibawah ini. - Untuk klas 0,1 – 0,2 – 0,5 dan 1, pada frekwensi pengenal kesalahan arus dan pergeseran fase tidak me-lebihi dari nilai yang di tentukan seperti terlihat pada tabel 1, bila burden sekunder antara 25% s/d 100% dari burden pengenal.
- Untukklas 0,2S dan 0,5S, dipergunakan untuk apli-kasi khusus untuk Kwh meter yang mana pengukuran yang tepat pada arus antara 50 mA s/d 6 A. kesalahan arus dan pergeseran fase, tidak melebihi dari nilai yang ditentukan seperti terlihat pada tabel 2, bila burden sekunder antara 25% s/d 100% dari burden pengenal. Pemakaian kelas ini diutamakan pada ratio 25/5, 50/5 dan 100/5. dengan arus pengenal 5A.
- Untuk klas 3 dan kelas 5, kesalahan arus dan perge-seran fase tidak melebihi dari nilai yang ditentukan se-perti terlihat pada tabel 3, bila burden sekunder antara 50% s/d 100% dari burden pengenal.
Catatan: Supaya kesalahan arus pengukuran tidak menyimpang jauh dari arus yang diukur, perlu pemi-lihan CT yang tepat untuk kelas ketelitian dan burden sekunder yang tidak melebihi dari burden pengenalnya.
Tabel 1 : Batas kesalahan arus dan kesalahan sudut untuk klas 0,1 – 1,0 sesuai IEC 60044-1
Kelas ketelit ian
+/- % kesalahan ratio arus pada % dari arus pengenal
+/- % pergeseran fase pada % dari arus pengenal ,
menit (centiradians)
5 20 100 120 5 20 100 120
0,1* 0,4 0,2 0,1 0,1 15 8 5 5
0,2** 0,75 0,35 0,2 0,2 30 15 10 10
0,5*> 1,5 0,75 0,5 0,5 90 45 30 30
Tabel 2: Batas kesalahan untuk CT keperluan khusus sesuai IEC 60044-1
Kelas Keteli tian
+/- % kesalahan ratio arus pada % dari arus pengenal
+/- % pergeseran fase pada % dari arus pengenal , menit
(centiradians))
1 5 20 100 120 1 5 20 100 120
0,2S** 0,75 0,35 0,2 0,2 0,2 30 15 10 10 10
0,5S** 1,5 0,75 0,5 0,5 0,5 90 45 30 30 30
Tabel 3: Batas kesalahan untuk klas 3 dan 5 sesuai IEC 60044-1
Kelas ketelitian
+/- % kesalahan ratio arus
pada % dari arus pengenal Pemakaian
50 100
3 3 3 instruments 5 5 5 instruments Dimana: * = untuk laboratorium
**= untuk Precision revenue metering *>= untuk standard metering
Standard accuracy class yang dipergunakan untuk “proteksi” adalah 5P , 10P. tanda “P” adalah tanda “Proteksi”, dan angka 5 atau 10 adalah nilai kesalahan arus dalam %, seperti terlihat pada tabel 4.
CT yang ada untuk proteksi: 5P10, 5P20, 10P10, 10P20. dan yang dibutuhkan untuk proteksi pada CT adalah tingkat isolasi yang tinggi, dan tidak cepat jenuh saat arus besar masuk ke sisi primer CT, karena output arus di sekunder diperlukan agar Relai proteksi be-kerja dengan pasti.
Tabel 4: Batas kesalahan accuracy class proteksi.
Kelas
+/- % pergeseran sudut fase dari arus pengenal
Composied error Rated accuracy limit
primery
20 VA adalah keluaran daya CT dalam VA 5P adalah accuracy class (klas ketelitian) 20 adalah composite error.
Bila pengaman (relai) invers definite minimum time (IDMT) dengan stabilitas gangguan fase dan ketelitian waktu yang akurat tidak diperlukan dapat mempergunakan klas 10P. Tetapi kalau ketelitian, stabilitas gangguan fase dan ketelitian waktu yang akurat diperlukan, dapat mempergunakan klas 5P.
III.4 BURDEN
Beban yang dihubungkan ke sekunder dikatakan sebagai burden, dimana trafo arus dengan batasannya dapat menampung beban pada sisi sekunder. Beban ini dinyatakan dalam ohm impedansi atau VA. Misal bur-den impedansi 0,5 ohm dapat di ekspresikan juga pada 12,5 VA dengan arus 5 A.
Sebagai pengaman pada CT, khususnya di klas proteksi perlu membatasi arus yang besar yang masuk ke CT, sesuai standar IEC untuk membatasi arus bolak-baik yang simetris adalah 5P atau 10P.
Pada karakteristik utama dari CT untuk proteksi adalah akurasi rendah (kesalahan lebih besar diijinkan
bila dibandingkan untuk pengukuran) dan kejenuhan tegangan (saturation voltage), tinggi. Pada kejenuhan tegangan dikatakan sebagai Accuracy Limit Factor (ALF). Dimana kenaikan arus dari arus primer pengenal, dapat dipenuhi accuracy/ketelitian pengenal pada burden pengenal yang dihubungkannya., ini dikatakan sebagai nilai minimum. Dapat juga dikatakan perbandingan antara kejenuhan tegangan dan tegangan pada arus pengenal dan burden sisi sekunder. Pertam-bahan nilai kejenuhan dapat diperkirakan dengan per-samaan dibawah ini(1).
Untuk melindungi peralatan ukur dari arus besar, yang ditimbulkan karena adanya gangguan hubung singkat disisi primer, batasan arus sekunder adalah Fs x arus pengenalnya, dimana pengamanan peralatan metering tinggi bila FS rendah . dengan spesifikasi faktor yang ada FS5 atau FS10, ini adalah sebagai nilai maksimum dan hanya valid (sah) pada burden pengenalnya.
Nilai pertambahan kejenuhan diexpresikan sebagai nilai n, sebagai berikut:
2
Perbedaan kejenuhan antara trafo arus untuk pengukuran dan trafo arus untuk proteksi, adalah pada tingkat kejenuhannya yang berbeda seperti terlihat pada gambar 5 dibawah. Dimana trafo arus untuk pengukuran harus lebih cepat jenuh dibandingkan dengan trafo arus untuk proteksi, Trafo arus proteksi maupun pengukuran, saat di beri arus primer tertentu Arus exitasi di sekunder akan belok, meskipun arus dinaikkan terus menerus, tegangan exitasi (ES) tidak mampu lagi naik, terjadi lah pembelokan dari grafik, pembelokan grafik
ES
Kurva CT untuk proteksi
Knee point
Kurva CT untuk pengukuran
IeXct
ini disebut knee point (titik lutut) yang diartikan sebagai lutut manusia bengkok (tidak lurus).
Untuk memenuhi klas ketelitian tinggi, arus pemaknitan dalam inti harus dapat meneruskan suatu nilai yang rendah, sebagai konsekwensi rendahnya kerapatan garis gaya (flux density) dalam inti. yang pada umumnya bahan inti maknetik untuk ini baiknya dibuat dari campuran nickel dan besi.
Adapun burden current transformers sesuai IEC 60044-1 adalah 2,5 VA, 5 VA, 7,5VA, 10VA, 15VA, 20 VA dan 30VA.
Catatan: klas akurasi baik, bila burden antara 25% s/d 100% dari burden pengenal.
Metering yang dipergunakan saat ini banyak me-makai digital dengan daya (VA) rendah, hal ini dapat memperkecil total burden yang rendah sampai 25 % dari burden pengenalnya seperti terlihat pada grafik 1 dibawah, dimana perbandingan CT antara CL0,2S dan CL0,5 dengan perbedaan burden dari kedua class CT tersebut. CL0,2S kesalahan arusnya lebih kecil dari CL0,5.
IV. TRAFO TEGANGAN
Trafo tegangan/voltage transformers /potensial transformers adalah suatu peralatan listrik yang dapat memperkecil tegangan tinggi menjadi tegangan rendah, yang dipergunakan dalam rangkaian arus bolak-balik.
Fungsi trafo tegangan adalah untuk memperoleh tegangan yang sebanding dengan tegangan yang hendak dipergunakan dan untuk memisahkan sirkuit dari sistem dengan tegangan tinggi (yang selanjutnya di sebut sirkuit primer) terhadap sirkuit dimana alat ukur (instrumen) tersambung (yang selanjutnya disebut sirkuit sekunder). Beda dengan transformator tenaga yang dibutuhkan adalah tegangan dan daya keluarannya tetapi pada trafo tegangan yang dibutuhkan adalah tingkat ketelitiannya dan penurunan tegangannya yang disesuaikan dengan alat ukur.
IV.1. KESALAHAN PERALATAN
Jika jatuh tegangan pada trafo tegangan tidak diperhitungkan, dalam hal ini tidak ada kesalahan pada tegangan primer, maka dapat dijelaskan perbandingan antara tegangan primer dan sekunder seperti terlihat pada persamaan (1) diatas dan gambar 5 dibawah ini:
Tetapi kenyataannya tidak mungkin, karena terdapat tegangan jatuh dalam tahanan belitan, hal ini berpengaruh pada perbandingan tegangan antara primer dan sekunder.
∆U P xU
P N
S N S
U = − (12)
Dimana:
∆U = tegangan jatuh.
Kesalahan dalam reproduksi PT akan nampak pada amplitude dan fase, kesalahan pada amplitude dikatakan sebagai kesalahan tegangan atau kesalahan ratio dan kesalahan pada fase dikatakan sebagai pergeseran fase.
Sama seperti penjelasan pada trafo arus bahwa vektor tegangan seperti terlihat pada gambar 7 terdapat pergeseran sudut sebesar δ dan gambar 8 menjelaskan dari gambar 7 yang dipresentasikan dalam bentuk garis dengan tegangan sekunder sebagai refrensi vektor diambil dimensi 100%, lebih dari itu pada sistem koordinat sebagai ujung dari refrensi vektor dikatakan dalam persen. Bila δ sangat kecil sudutnya kesalahan tegangan ε dan kesalahan fase langsung terbaca dalam persen pada axies tersebut (ε = 1% = 1 centiradians = 34,4 minute).
Kesalahan tegangan positif bila tegangan sekunder melebihi tegangan pengenalnya dan kesalahan fase
Gambar 6: Rangkaian PT
δ
+
(UP/US)x(NS/NP)x100%δ
∆U/ US x 100%USx 100%
ε
ε
(NS/NP)UP
US ∆U
δ
Gambar 7: Vektor tegangan
Gambar 8: Vektor memperlihatkan tegangan sekunder sebagai refrensi diambil 100%
Grafik 1: Grafik kesalahan dan batasan untuk CT CL0,2 dan CL0,5(2)
Perbandingan karakteristik CT Class CL0.5 dan Class 0,2S
-1.5 -1.3 -1.1 -0.9 -0.7 -0.5 -0.3 -0.1 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5
0.01 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20
I nominal
kesal
ah
an
(
%
)
CL 0.5 CL 0.2S Maret 2008
0,5+ 0,2+ 0,2
positif bila tegangan sekunder leading dari primernya, arah positif nantinya akan turun dalam axis ε dan axis δ akan kekanan.
IV.2. TEGANGAN PRIMER DAN SEKUNDER PENGENAL
Tegangan primer dari PT adalah tegangan pengenal yang diperoleh dari sistem dan tegangan sekunder pengenal diperoleh dari tegangan primer.
Potensial transformer yang dipasang diluar (outdoor) secara normal dihubungkan antara fase dan tanah, untuk sistem tiga fase, dimana nilai standar tegangan primer pengenal adalah 1/√3 kali dari nilai tegangan pengenal sistem. Dan tegangan sekunder pengenal yang dipergunakan dinegara-negara eropa, adalah: 100/√3 atau 110/√3 volt
Pemilihan dari potensial transformer untuk me-tering 80-120% dari tegangan pengenal dan untuk proteksi antara 0,05 s/d 1,5 atau 1,9 dari tegangan pengenal sebagai faktor tegangan.
Sesuai standar IEC, faktor tegangan PT,sebagai berikut: - 1,9 kali tegangan pengenal untuk PT tidak
dike-tanahkan.
- 1,5 kali tegangan pengenal untuk PT diketanahkan solid.
Lamanya kenaikan tegangan ini adalah sebesar 30 detik.
VI.3.ACCURACY CLASS DAN RATED BURDEN PT
Rated burden PT secara normal dapat dijelaskan sebagai berikut:
- Bila burden digunakan untuk komponen metering dan proteksi, kelas akurasi untuk metering dipilih harus lebih baik daripada untuk proteksi.
- Burden dari PT adalah penjumlahan dari total bur-den dari semua beban yang disambung ke PT. Kesa-lahan arus dan pergeseran fase tidak melebih dari nilai yang ditentukan seperti tabel 5 atau tabel 6 , bila burden sekunder antara 25% s/d 100% dari burden pengenal.
Tabel 5: Acuracy classes sesuai IEC 60044-2
Class
range burden% voltage%
Limits of errors Ratio % Phase
Vf = faktor tegangan
Contoh:
Peralatan metering 30 VA, klas akurasi 0,2 dan proteksi = 70 VA , klas akurasi 3P, maka pemilihan PT sebesar 100 VA dengan klas akurasi 0,2.
Bila beban proteksi yang sifatnya emergency saja, maka burden untuk PT yang dipergunakan untuk metering dan relaying. dapat mempergunakan burden 70 VA.
Klas untuk metering sesuai IEC 600044-2 baik bila tegangan pengenal 80-100% dan burden 25-100%. Dari burden pengenal. Kelas untuk proteksi baik dari 5% s/d Vf kali tegangan pengenal bila burden 25% s/d 100% dari burden pengenal.
Sesuai standar daya keluaran trafo tegangan pengenal dengan pf 0,8 lagging, adalah 10; 15; 25; 30; 50; 75; 100; 150, 200; 300; 400; 500 VA.
Tabel 6: Acuracy classes sesuai IEEE C57.13
Class
Kalau alat ukur yang dipergunakan memakai digital dengan daya (VA) rendah hal ini dapat mem-perkecil total burden yang rendah sampai 25 % dari burden pengenalnya seperti terlihat pada grafik 2 , dan grafik 3 dimana perbandingan PT antara CL0,2 dan CL0,5.
V. BAGAIMANA KITA MEMILIH CT DAN PT
Perlu kita ketahui, bahwa alat ukur seperti kWhmeter kVArhmeter, ampere meter dls, memper-gunakan arus kecil dan tegangan rendah, tetapi arus dan tegangan yang masuk dari sistem besar dimana tegangan pada sistem distribusi mempergunakan tegangan 20.000 volt dengan arus besar. Untuk itu dibutuhkan trafo arus dan trafo tegangan yang tepat pemilihannya, sebagai berikut:
1. MEMILIH TRAFO ARUS:
- Pemilihan tegangan tinggi peralatan, Tegangan per-alatan listrik diberikan dalam “V” atau “kV” misal: 12 kV, 20 kV, 24 kV, 125 kV
- Pemilihan ratio transformator pengenal (selection of rated transformer ratio)
Pemilihan arus primer
Diperhitungkan dengan persamaan, sebagai berikut: SN = √3 x U x I
Dimana:
SN = daya dari pelanggan (kVA) U = tegangan fase –fase (kV) I = arus masing-masing fase (Amp) Contoh:
Daya pelanggan 630 kVA tarif TM/TM/TM te-gangan 20 kV, pemilihan ratio CT adalah
I = 18A
V x20 3
kVA 630
=
Maka dipilih ratio CT pada sisi primer sebesar 20 A, bila CT dipergunakan untuk pengukuran dan proteksi dipilih ratio 20/5-5.
Daya pelanggan TR 197 kVA tarif TR/TR/TR te-gangan 380 volt, pemilihan ratio CT, adalah
I = 299A
V x380 3
kVA 197
=
Maka dipilih ratio CT pada sisi primer sebesar 300 A atau 300/5.
Untuk memperoleh ratio CT dan klas proteksi yang tepat pada CT yang terpasang pada outgoing feeder,
yang pasokannya diperoleh dari gardu Induk atau PLTD, diambil dari Kuat Hantar Arus (KHA) kawat. CL0,5
Pergeseran fase(%)
CL0,2
Bila dipasang pada incoming feeder di gardu Induk atau di Pusat Listrik, perlu dihitung kapasitas trans-formator tenaga.
Pemilihan arus sekunder,
Arus sekunder dalam ampere 1 A dan 5 A , secara umum arus sekunder pengenal dipilih 5A, tetapi bila lokasi peralatan instrumen jauh dari trafo arus dipilih 1 A. kalau beban sekunder diambil da-lam impedansi (ohm) diperhitungkan dada-lam VA, sebagai berikut:
P(VA) = IS2 (A) x Z (ohm). Bila IS = 5 A, P(VA) = 25 x Z. Bila IS = 1 A, P(VA) = 1 x Z. - Pemilihan burden
Beban yang akan dihubungkan ke sekunder trafo arus menentukan daya aktif dan reaktif di terminal sekunder yang berhubungan dengan burden trafo arus, nilai VA dari tiap beban yang akan disambung dapat dilihat pada tabel 1 dibawah ini dan sebagai tam-bahan burden trafo arus (VA) adalah pemakaian kabel yang menghubungkan trafo arus ke alat ukur.
Tabel 7: Nilai VA dari tiap alat ukur dan proteksi
Ammeter dengan jarum besi 0,70 – 1,5 VA
Wattmeter 0,20 – 5,00 VA
Cosϕ meter 2,00 - 6,00 VA
kWhmeter : mekanik 0,40 – 3,5 VA
: elektronik 0,40 – 1,5 VA
KVArmeter : mekanik 0,40 – 3,5 VA
: elektronik 0,40 – 1,5 VA
Over Current Relay 0,20 – 8,00 VA
Ground Fault Relay 0,20 – 8,00 VA
Tabel 8: Nilai tahanan dari kabel Φ (mm2
) R (Ω/km)
4 x 1,5 14,47
4 x 2,5 8,71
4 x 4 5,45
4 x 6 3,62
4 x 10 2,16
4 x 16 1,36
4 x 25 0,863
Total kapasitas beban (VA) yang disambung ke CT tidak boleh melebihi dari burden yang dipilih.
Contoh:
Beban yang akan disambung ke CT yang terpasang di Gardu Induk sebagai berikut:
Perhitungan daya:
Alat ukur Jenis
mekanik Jenis elektronik
Ampere meter 1 VA 1 VA
kWh meter 3 VA 1 VA
KW meter 3 VA 1 VA
kVArh meter 3 VA 1 VA
Kabel 2 X 4 mm2
= 20 m 1,36 VA 1,36 VA Total daya = 11,36 VA 5,36 VA Grafik 3: Grafik pergeseran fase CL0,2 dan CL0,5(1)
0
-0,20
0 50
+20
+10
100% Rated burden
-10
80% rated voltage
Kalau mempergunakan alat ukur jenis mekanik Burden dipilih 15 VA, kalau jenis elektronik dipilih 7,5 VA.
Beban terpasang di pelanggan > 200 kVA
Alat ukur Jenis
mekanik
Jenis elektronik
kWh meter 3,5 VA 1,5 VA
kVArh meter 3,5 VA 1,5 VA
Kabel 2 X 4 mm2
= 10 m 0,68 VA 0,68 VA
Total daya = 7,68 VA 3,68 VA
Kalau mempergunakan alat ukur jenis mekanik Burden dipilih 10 VA, jenis elektronik dipilih 5,0 VA.atau 7,5 VA
Bagaimana kita menghitung kejenuhan CT untuk klas proteksi dengan mempergunakan faktor keje-nuhan inti dan tegangan knee (VK), dimana akurasi CT masih bisa dicapai?
Contoh:
Ratio CT 300/5 , 5P10, RCT = 0,07 ohm, burden 10VA. Burden kenyataan 7,5 VA, untuk perhitungan diambil persamaan (10) diatas, sebagai berikut:
0,07 * 2 5 7,5
0,07 * 2 5 10 10 n
+ +
= = 12,7
Artinya: Dengan klas proteksi 5P10 dan burden CT 7,5 VA, CT tersebut akan jenuh pada arus 12,7 x arus pengenalnya = 12,7 x 5 = 63,5 A disisi sekunder, bagaimana kalau dilihat dari sisi primer (ICT).
(ICT) = 63,5 x 300/5 = 3810 A.
Bila kapasitas transformator tenaga misal: di gardu induk = 60 MVA dan XT = 12,6%., tegangan 20 kV maka arus maksimum yang keluar dari sumber adalah
If = = A=
20 * 3 60.000 * 12,6%
1 nT I * T X
E
13.746,4 A
Dari perhitungan diatas bahwa If > ICT, maka CT tersebut akan jenuh.
Bila kita ingin mengetahui kejenuhan CT dengan mempergunakan tegangan knee (VK), dapat dije-laskan sebagai berikut:
VK = 22 volt, RCT = 0,07 ohm, klas 10 VA 5P10 ratio CT = 300/5. pemakaian (burden) = 7,5 VA
Rrelai + Rkawat = 7,5 VA/(5A)2 = 0,3 ohm.
If =
0,3) (0,07
22
total R
K V
+
= = 59,45 A
Didasarkan pada VK yang diujikan, CT akan jenuh pada arus 59,45 A sisi sekunder atau 59,45 x 300/5 = 3567,57 A sisi primer.
Jadi permasalahan ini bisa dilihat kalau CT terpasang pada outgoing feeder atau pada pelanggan TM terpasang dekat dari sumber, harus dihitung terlebih dahulu besarnya arus gangguan dan kejenuhan CT. - Pemilihan Accuracy class
Untuk alat ukur kWhmeter dan kVArhmeter: dian-jurkan mempergunakan CL0,2S
Klas proteksi: karena dibutuhkan ketelitian waktu yang akurat dianjurkan mempergunakan klas 5P. Bila CT terpasang di outgoing feeder, pemilihan klas proteksi dianjurkan mempergunakan klas 5P20 deng-an ratio disesuaikdeng-an dengdeng-an arus gdeng-anggudeng-an tersebut dan kapasitas penghantar (KHA).
- Pemilihan arus thermal pengenal (Ith)
Arus thermal pengenal diberikan 100, 200, 300 dst x arus pengenal CT dalam “kA”, yang diambil dari arus gangguan hubung singkat di sistem, bila diperhitungkan arus gangguan hubung singkat 10 kA, maka arus thermal pengenal = 10 kA (Ith= 10 kA), arus primer pengenal dimisalkan 100 A, maka dapat ditentukan arus thermal pengenal:
100xIn 100A
10.000A th
I = =
- Pemilihan arus dynamic pengenal (Idyn)
Arus dynamic pengenal diambil dari arus ther-mal pengenal, sebagai berikut:
Idyn = 2,5 x Ith
Dimisalkan Ith = 10 kA, maka Idyn = 2,5 x 10 kA = 25 kA.
- Pemilihan CT bila belitan primer atau belitan sekunder mempunyai beberapa core Misal: 300-600/5-5A ; 5P20.; 20 VA at lower ratio. Hal ini berarti bahwa belitan primer mempunyai 2 belitan untuk arus 300 A dan 600 A dan pada belitan sekunder ada dua belitan untuk pengukuran dan untuk proteksi. Nilai 20 VA at lower ratio
menunjukan pada ratio 300/5-5 nilai burden 20 VA, tetapi kalau ratio 600/5-5 nilai burden harus 2 x 20 VA = 40 VA. Konstruksi CT seperti terlihat pada gambar 9 dibawah ini.
2. MEMILIH TRAFO TEGANGAN
Sesuai tarip dasar listrik bahwa pelanggan yang mempunyai daya > 201 kVA s/d 30,5 MVA mem-pergunakan tegangan 20.000 volt, karena pada meter transaksi jual beli tenaga listrik mempergunakan te-gangan rendah, dibutuhkan trafo tete-gangan sebagai berikut:
- Tegangan : 20.000/√3 / 100/√3 , sisi sekunder disesuaikan dengan tegangan alat ukur.
- Burden : dihitung beban yang akan disambung ke PT (VA) sama seperti pada CT.
Contoh:
1. Pemasangan di pelanggan TM
Alat ukur Jenis
mekanik Jenis elektronik
kWh meter 3,5 VA 1,5 VA
kVArh meter 3,5 VA 1,5 VA
Kabel 2 X 4 mm2 = 10 m 0,68 VA 0,68 VA Total daya = 7,68 VA 3,68 VA
Kalau mempergunakan alat ukur jenis mekanik Burden dipilih 10 VA, kalau jenis elektronik dipilih 5,0 VA. Atau 7,5 VA. 2. Pemasangan di Gardu Induk.
Biasanya pemasangan PT di Gardu Induk atau di PLTD dipergunakan untuk beberapa alat ukur yang terpasang di Cubicle outgoing, diambil 5 cubicle dengan alat ukur: Volt meter, kWhmeter kVArhmeter, Wattmeter penjela-sannya sebagai berikut:
Alat ukur Jenis
mekanik Jenis elektronik 5 Voltmeter (a’ = 1 VA) 5 VA 5 VA 5 Wattmeter (a’ = 2 VA & 1 VA) 10 VA 5 VA 5 kWh meter (a’ =3,5 VA & 1,5 VA) 17,5 VA 7,5 VA kVArh meter (a’ =3,5 VA & 1,5 VA) 17,5 VA 7,5 VA Kabel 2 X 4 mm2
= 50 m 2,04 VA 2,04 VA Total daya = 52,04 VA 27,04 VA
Dari contoh no 2 diatas, kalau mempergunakan alat ukur jenis mekanik burden dipilih 225 VA, kalau jenis elektronik dipilih 150 VA. Dengan contoh ini dapat dilihat besarnya burden yang dipergunakan untuk alat ukur. Bila pemilihan burdennya tidak sesuai dengan alat ukur yang akan dipasang, berpengaruh terhadap pengukurannya, dengan ini sebaiknya pemasangan PT di outgoing feeder untuk satu atau 2-3 buah cubicle dengan beberapa alat ukur yang terpasang. Disamping itu tegangan
kWhmeter (pemakaian pengukuran jenis mekanik) di penyulang 1 (dengan asumsi tahanan kontak 0,6 ohm) sebesar 100/√3 = 57,74 volt - ∆V = 57,74 - 0,225 = 57,51 volt. Tegangan di penyulang 4 menjadi 56,83 volt dan di penyulang 10 menjadi 55,48 volt. Padahal kWhmeter dengan klas ketelitian yang tinggi (klas 0,2 atau klas 0,3), total jatuh tegangan dari trafo tegangan yang masuk ke
kWhmeter harus ≤ 0,05 % s/d 0,1 % x
tegangan pengenal sekunder PT(1). Dengan
penjelasan diatas terdapat kerugian pengukuran pada penyulang 4 s/d penyulang 10 yang melebihi standar jatuh tegangan yang masuk ke kWh meter.
- Class accuracy: diambil dari tabel 5 atau tabel 6 sesuaikan pemakaian standar nya dan diambil yang mempunyai kesalahan rendah.
VI. KESIMPULAN.
1. Pemilihan Trafo arus dan trafo tegangan yang dipergunakan untuk meter traksaksi tenaga listrik perlu dihitung terlebih dahulu beban yang akan disambung dan tegangan yang dipergunakan. 2. Sesuaikan burden beban yang tersambung pada CT
dan PT. Yang tidak boleh melebihi 100% burden pengenal CT atau PT.
3. Kerugian pengukuran adalah akibat dari pemilihan instrument transformers yang tidak sesuai.
4. Bila CT di pasang pada outgoing feeder, untuk menjaga kejenuhannya perlu dihitung besarnya arus gangguan hubung singkat 3 fase.
5. Bila CT yang terpasang pada incoming feeder, diambil dari In transformator tenaganya.
6. Nameplate CT dan PT harus terbuat dari plat alu-minium (bukan dari kertas)
DAFTAR PUSTAKA:
[1] ABB; application guide- instrument transformers [2] Sadtem France; Presentasi current transformers [3] Pribadi kadarisman dan Wahyudi Sarimun.N; trafo
