trafo arus

42
TRAFO ARUS 7.1 PENDAHULUAN Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan ampere dan arus yang rnengalir dalam jaringan tegangan tinggi. Jika arus yang hendak diukui mengalir pada jaringan tegangan rendah dan besarnya di bawah 5 A, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung dengan menggunakan suatu ammeter yang dihubungkan seri dengan jaringan. Tetapi jika arus yang hendak diukur mengalir pada jaringan tegangan tinggi, meskipun besarnya di bawah 5 A, maka pengukuran tidak dapat dilakukan secara langsung dengan menggunakan suatu ammeter, karena cara yang demikian berbahaya bagi operator. Cara itu juga berbahaya bagi ammeter yang digunakan karena isolasi ammeter tidak dirancang untuk memikul tegangan tinggi. Jika arus yang hendak diukur mengalir pada jaringan tegangan rendah dan besarnya lebih dari 5 A, maka pengukuran tidak dapat dilakukan secara langsung dengan menggunakan suatu ammeter. Karena pada umumnya, batas kemampuan ammeter hanya mengukur arus di bawah 5 A. Di samping untuk pengukuran arus, trafo arus juga dibutuhkan untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi. Kumparan primer trafo arus dihubungkan seri dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya, sedang kumparan sekunder

Upload: dedihirf1606

Post on 14-Aug-2015

278 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

Teknik Elektro

TRANSCRIPT

Page 1: Trafo Arus

TRAFO ARUS

7.1 PENDAHULUAN

Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan

ampere dan arus yang rnengalir dalam jaringan tegangan tinggi. Jika arus yang

hendak diukui mengalir pada jaringan tegangan rendah dan besarnya di bawah 5

A, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung dengan menggunakan suatu

ammeter yang dihubungkan seri dengan jaringan. Tetapi jika arus yang hendak

diukur mengalir pada jaringan tegangan tinggi, meskipun besarnya di bawah 5 A,

maka pengukuran tidak dapat dilakukan secara langsung dengan menggunakan

suatu ammeter, karena cara yang demikian berbahaya bagi operator. Cara itu juga

berbahaya bagi ammeter yang digunakan karena isolasi ammeter tidak dirancang

untuk memikul tegangan tinggi. Jika arus yang hendak diukur mengalir pada

jaringan tegangan rendah dan besarnya lebih dari 5 A, maka pengukuran tidak

dapat dilakukan secara langsung dengan menggunakan suatu ammeter. Karena

pada umumnya, batas kemampuan ammeter hanya mengukur arus di bawah 5 A.

Di samping untuk pengukuran arus, trafo arus juga dibutuhkan untuk pengukuran

daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi. Kumparan primer trafo

arus dihubungkan seri dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya,

sedang kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau rele proteksi. Pada

umumnya peralatan ukur dan rele membutuhkan arus 1 atau 5 A.

Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat. Kawasan kerja trafo arus

yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,05 sampai 1,2 kali arus yang akan

diukur Trafo arus untuk proteksi biasanya harus mampu bekerja lebih dari 10 kali

arus pengenalnya.

Berikut ini akan dijelaskan tentang prinsip kerja dan karakteristik trafo arus.

Kemudian akan diuraikan tentang jenis-jenisnya, definisi-definisi yang berkaitan

dengan spesifikasi trafo arus, dan cara menentukan spesifikasi suatu trafo arus

untuk keperluan tertentu.

Page 2: Trafo Arus

7.2 PRINSIP KERJA TRAFO ARUS

Pada Garnbar 7.1 ditunjukkan skema konstruksi suatu trafo arus dan rangkaian

ekivalennya dilihat dari sisi sekunder. Prinsip kerjanya sama dengan trafo daya

satu fasa. 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.

Gambar 7.1 Konstruksi dan Rangkaian Ekivalen Trafo Arus

Jika terminal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder

mengalir arus I2. arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N2I2 pada kumparan

sekunder. Bila trafo tidak mempunyai rugi-rugi (trafo ideal) maka berlaku

persamaan :

N1I1 = N2I2 7.1

Atau

7.2

Dimana :

N1 = jumlah belitan kumparan primer

N2 = 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 :

Page 3: Trafo Arus

V2 = I2 Z2 7.3

Jika tahanan dan reaktansi bocor kumparan trafo dinyatakan dalam impedansi

internal Z1, maka gaya gerak listrik pada kumparan sekunder harus lebih besar

daripada tegangan sekunder agar rugi-rugi tegangan pada impedansi Z1 dapat

dikompensasi. Oleh karena itu, persamaan di bawah ini harus dipenuhi :

E2 – V2 = E2 – I2 Z2 = I2 Z1 7.4

Atau

E2 = I2 (Z2 + Z1) 7.5

Dalam prakteknya trafo arus selalu mengandung arus beban nol, Io. Arus beban

nol menimbulkan fluks yang dibutuhkan untuk membangkitkan gaya gerak

listrik E2 :

E2 = 4,44 f N2 = 4,44 f N2 A B 7.6

Dimana :

f = frekuensi tegangan

= fluks magnetik

A = luas penampang inti trafo

B = rapat medan magnetik

Gaya gerak listrik inilah yang 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.

N1I0 = N1I1 + N2I2 7.7

Perbedaan utama trafo arus dengan trafo daya adalah:

a. Jumlah belitan kumparan primer sangat sedikit, tidak lebih dari lima belitan.

Page 4: Trafo Arus

b. Arus primer tidak dipengaruhi beban yang terhubung pada kumparan

sekundernya, karena arus primer ditentukan oleh arus pada jaringan yang

diukur.

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 dihubung

singkat jika bebannya belum dihubungkan.

Berikut ini akan dijelaskan mengapa terminal sekunder trafo arus tidak

boleh terbuka.

Jika arus sekunder nol, maka persamaan 7.7 menjadi:

N1I0 = N1I1

Artinya fasor N1I0 menjadi sama dengan fasor Nil, atau N1I0 semakin besar. Telah

dijelaskan bahwa N1I0 membangkitkan fluks bersama pada inti trafo. Oleh

karena itu, kenaikan N1I0 akan memperbesar fluks . Rugi-rugi inti suatu trafo

berbanding kuadrat dengan fluks, sehingga kenaikan fluks (I) akan memperbesar

rugi-rugi inti. Rugi-rugi inti menimbulkan panas pada inti trafo, sehingga

temperatur inti semakin tinggi. Akibatnya isolasi kumparan trafo rusak dan hal ini

akan menimbulkan hubung singkat pada kumparan. trafo, Di samping itu, gaya

gerak listrik yang dibangkitkan pada kumparan sekunder juga akan bertambah

besar. Hal ini dapat menimbulkan kerusakan pada isolasi kumparan.

7.3 Galat Rasio dan Galat Sudut Trafo Arus

Pengaruh arus beban nol ini terlihat pada diagram fasor gambar 7.2. terlihat

bahwa arus beban nol mengakibatkan dua hal, yaitu :

Page 5: Trafo Arus

Gambar 7.2 Diagram Fasor Ampere Belitan Trafo Arus

a. hal ini menimbulkan terjadinya galat perbandingan

b. Fasor I1 tidak sefasa lagi dengan I2, hal ini menimbulkan kesalahan sudut

Misalkan perbandingan belitan sekunder dengan primer suatu trafo arus

adalah :

7.8

Saat trafo arus ini digunakan mengukur arus I1, ternyata arus di

sekundernya adalah I2, maka galat rasionya didefinisikan sebagai berikut :

7.9

Page 6: Trafo Arus

Galat sudut fasa adalah , yaitu sudut fasa fasor (N1I1) dengan fasor (-

N2I1).

Karena sudut relatif kecil, maka proyeksi N1I1 pada N2I2 dapat dianggap

sama dengan jumlah N2I2 dengan proyeksi N1I0 pada N2I2. sehingga dapat

dituliskan :

N1I1 = N2I2 + N1I0 cos (0 - 2) 7.10

7.11

Jika faktor perbandingan aktual trafo arus adalah k1, maka persamaan 7.10

dapat dituliskan sebagai berikut :

7.12

Persamaan 7.9 dapat dituliskan sebagai berikut :

7.13

Substitusi persamaan 7.12 ke persamaan 7.13 diperoleh :

7.14

Karena sangat kecil, maka tg dapat dianggap sama dengan , sehingga dapat

ditulis :

7.15

Jika I0 N1 cos (0 - 2) sangat kecil dibandingkan dengan N2 I2, dan 0 = 900

sehingga sin (0 - 2) = cos 2, maka galat sudut dapat ditulis :

7.16

Persamaan 7.14 dan 7.15 menunjukkan bahwa faktor-faktor yang mempengaruhi

galat suatu trafo arus adalah :

a. Arus beban nol I0

b. Arus sekunder (besaran dan faktor dayanya)

c. Frekuensi, karena I2, I0, 2 tergantung kepada frekuensi

Page 7: Trafo Arus

Pada gambar 7.3 ditunjukkan pengaruh arus sekunder terhadap galat rasio dan

galat sudut.

Gambar 7.3 Pengaruh arus sekunder terhadap galat trafo arus

Untuk memperkecil I0, maka reluktansi rangkaian magnetik inti trafo arus harus

kecil. Hal ini dapat dilakukan dengan membuat inti dari bahan yang

permeabilitasnya tinggi atau memperbesar luas penampang inti trafo.

Dilihat dari sisi sekunder, arus beban nol pada suatu trafo dapat dituliskan sebagai

berikut :

7.17

Dimana :

H = gaya gerak magnetik

l = panjang lintasan magnetik pada inti trafo

0 = permeabilitas udara

r = permeabilitas relatif inti trafo

Dari persamaan 7.6 dapat diperoleh harga rapat magnetik B dan jika harga ini

disubstitusi ke dalam persamaan 7.17 maka diperoleh :

7.18

Menurut persamaan di atas, arus I0 dapat diperkecil dengan memperpendek

lintasan rangkaian magnetik atau membuat inti dari bahan yang permeabilitasnya

Page 8: Trafo Arus

tinggi atau memperbesar luas penampang inti trafo. Dari beberapa hubungan

penting ini dapat dilihat bahwa perancangan trafo arus sangat unik. Galat

sebanding dengan panjang jalur magnet pada inti besi l dan berbanding terbalik

dengan luas penampang inti besi A. Penambahan l yang dilakukan untuk

mengurangi kekuatan medan listrik pada isolasi membutuhkan penambahan

volume inti secara kuadratik, agar galat tidak berubah. Oleh karena itu dibutuhkan

jenis konstruksi yang sangat kompak untuk mendapatkan panjang besi yang

sekecil mungkin. Hal penting yang berpengaruh terhadap parameter adalah gaya

gerak magnet, di mana :

I1n N1 = I2n N2

Karena arus-lilitan sekunder adalah parameter tetap, perubahan galat

berbanding terbalik dengan kuadarat arus-lilitan pengenal. Hal ini menunjukkan

bahwa harus dipilih arus-lilitan pengenal sedemikian hingga pada arus primer

pengenal yang ditentukan, jumlah belitan primer sebesar mungkin untuk menjaga

agar galat kecil. Tetapi dalam hal ini, jika terjadi arus hubung singkat akan timbul

gaya magnetik yang besar pada belitan yang mengakibatkan tekanan dinamis yang

besar.

Untuk trafo arus akurasi tinggi inti dibuat dari bahan campuran besi nikel.

Permeabilitas dari bahan ini tinggi sekalipun pada nilai induksi rendah.

Kekurangannya adalah pengurangan permeabilitas yang curam pada induksi yang

relatif rendah. Pada trafo arus untuk proteksi, di mana keakuratan mengambil

tempat kedua dari pada penambahan kawasan pengukuran, inti terbuat dari

campuran besi-silikon yakni bahan yang mempunyai saturasi induksi yang tinggi.

7.4 GALAT KOMPOSIT

Unjuk kerja suatu trafo arus pada saat primernya dialiri arus hubung

singkat, digambarkan dengan faktor arus lebih n, di mana saat arus primer sama

dengan nI1, galat masih dalam batas yang ditentukan. Gambar 7.4 menunjukkan

ketergantungan arus sekunder kepada arus primer I1. karakteristik sebuah trafo

yang ideal adalah seperti garis lurus yang terputus-putus (garis a), sedang

Page 9: Trafo Arus

karakteristik trafo yang sebenarnya adalah seperti garis bersambung (garis b), hal

ini terjadi karena adanya kejenuhan inti.

Gambar 7.4 Arus sekunder vs arus primer

Untuk penggunaan pengukuran biasanya dioperasikan pada bagian kurva

yang linier. Trafo arus proteksi harus lambat mengalami kejenuhan ; biasanya

memiliki faktor arus lebih yang tinggi yakni n = 10. Trafo arus untuk pengukuran

harus segera jenuh untuk melindungi peralatan agar tidak kelebihan beban, oleh

karena itu trafo arus ini memiliki faktor arus lebih yang rendah yakni n = 5.

Kenyataannya pada daerah arus lebih, kurva waktu dari arus sekunder

trafo dengan inti besi tertutup mengalami penyimpangan yang cukup besar dari

bentuk sinusoidalnya. Perbandingan arus magnetisasi efektif dengan arus

sekunder disimbolkan sebagai galat komposit :

7.19

Di mana:

Ip = arus primer (rms)

ip = arus sesaat primer

is = arus sesaat sekunder

T = satu periode

kn = rasio transformasi nominal

Page 10: Trafo Arus

Telah dibuat standar yang menyatakan batas galat dan faktor pengali arus

lebih untuk suatu trafo arus, di mana simbol M menunjukkan trafo arus untuk

pengukuran dan simbol P menunjukkan trafo arus untuk proteksi. Sebagai contoh

0.5/M5, menunjukkan trafo arus adalah untuk pengukuran, batas galat adalah

0,5% jika arus lima kali arus pengenal primer. Contoh lain 10P20, ini

menunjukkan trafo arus adalah untuk keperluan proteksi, di mana untuk arus

primer 20 kali arus pengenal primer, total galat 10%.

7.5 SPESIFIKASI TEKNIK TRAFO ARUS

Berikut ini akan dijelaskan spesifikasi teknik suatu trafo arus.

a. Burden :

Adalah impedansi beban yang terpasang pada terminal sekunder trafo 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 (Rated Instrument Security Current), I,

Adalah arus primer yang ditetapkan pembuat trafo sebagai arus efektif terendah

yang menimbulkan arus sekunder (Iss), di mana saat itu arus sekunder dikali rasio

transformasi (kn) tidak melehihi 0,9 arus primer tersebut dan burden sama dengan

burden pengenal trafo. Pernyataan ini dapat dituliskan dengan persamaan berikut

ini:

kn Iss < 0,9 Ips 7.20

c. Faktor Keselamatan Instrument (Instrument Security Factor), Fs

Adalah perbandingan arus keamanan dengan arus pengenal primer atau

dapat dituliskan :

7.21

d. Galat Komposisi

Adalah galat gabungan karena adanya galat rasio, galat sudut, dan

perbedaan bentuk gelombang arus sekunder dengan arus primer. Biasanya

dinyatakan dalam persen arus primernya seperti dinyatakan dalam persamaan 7.9.

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

Page 11: Trafo Arus

Adalah arus primer tertinggi (cm) di mana ketelitian belum melebihi batas

ketelitiannya.

f. Faktor Batas Ketelitian (Accuracy Limit Factor)

Adalah perbandingan arus primer batas ketelitian dengan arus pengenal

primer atau dinyatakan sebagai berikut:

7.22

g. Arus Eksitasi

Adalah harga efektif arus sekunder bila sekunder diberi tegangan

sinusoidal frekuensi pengenal, sedang terminal primer terbuka.

h. Tegangan Lutut

Adalah harga tegangan sinusoidal berfrekuensi nominal yang diberikan

pada sisi sekunder sedang terminal primernya terbuka, di mana saat tegangan

bertambah 10% terjadi penambahan arus eksitasi 50 %.

i. Trafo Arus Reaktansi Tinggi

Adalah trafo arus di mana efek fluks bocor sedemikian sehingga kinerja

trafo tidak dapat diduga melalui pengetahuan akan arus eksitasi, tahanan

kumparan, dan rasio belitan.

j. Trafo Arus Reaktansi Rendah

Adalah trafo arus di mana kinerjanya dapat diperkirakan dengan

mengetahui arus eksitasi, tahanan belitan sekunder, dan rasio belitan.

k. nP

Adalah trafo arus yang mempunyai galat komposisi n % pada saat arus

primer sama dengan arus primer batas ketelitian (Ipm).

l. Arus Thermis Waktu Singkat (Thermal Short Time Current), Its

Adalah arus efektif tertinggi yang dapat dipikul trafo arus dalam 1 detik

tanpa menimbulkan perubahan sifat mekanik dan karakteristik listrik pada trafo

Page 12: Trafo Arus

itu sendiri. Perbandingan arus thermis waktu singkat dengan arus pengenal primer

trafo (Ipn) disebut faktor thermis waktu singkat, atau:

7.23

m. Arus Dinamis Waktu Singkat (Dynamic Short Time Current), Ids

Adalah harga puncak arus tertinggi yang dapat mengalir di kumparan

primer trafo arus selama setengah periode, tanpa menimbulkan perubahan pada

karakteristik trafo. Perbandingan arus dinamis waktu singkat dengan arus puncak

pengenal primer trafo disebut faktor dinamis waktu singkat, atau;

7.24

7.6 JENIS-JENIS TRAFO ARUS

7.6.1 JENIS MENURUT JUMLAH KUMPARAN PRIMER

Jenis trafo arus ditinjau dari konstruksi belitan primernya terdiri atas jenis

kumparan (wound type) dan jenis bar (bar type).

Jenis kumparan digunakan untuk pengukuran 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

1.200 ampere belitan. Meskipun dimungkinkan memperoleh trafo arus yang

rnemiliki burden besar dan ketelitian yang tinggi, adalah tidak lazim memilih trafo

arus yang burden dan ketelitiannya melebihi kebutuhan. Penambahan jumlah

belitan primer akan mengurangi faktor thermal dan dinamis arus hubung singkat.

Jenis bar digunakan untuk pengukuran arus besar (ribuan ampere).

Konstruksinya sangat sederhana dan kokoh sehingga trafo ini mampu

menahan arus hubung singkat yang besar, atau dengan perkataan lain mempunyai

faktor thermis dan dinamis waktu singkat yang tinggi. Keburukannya bahwa

efisiensi pengukuran yang lebih tinggi, yakni ukuran inti yang ekonomis, didapat

hanya pada arus pengenal yang besar, yakni kira-kira 1000A.

Page 13: Trafo Arus

7.6.2 JENIS MENURUT JUMLAH RASIO

Supaya trafo arus dapat digunakan untuk mengukur arus yang besar, maka

belitan primer biasanya dibagi ke dalam beberapa kelompok yang dapat

dihubungkan seri atau paralel. Dengan demikian perbandingan transformasi

pengenal trafo dapat bervariasi, misalnya hingga 1:2:4 arus pengenal, dan pada

keadaan itu unjuk kerja galat tetap tidak berubah.

Jenis trafo arus dilihat dari banyaknya rasio yang disediakan terdiri atas

trafo arus rasio tunggal dan trafo arus rasio ganda. Pada trafo 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. Rasio ganda pada trafo arus jenis

kumparan diperoleh dengan merangkai kumparan primernya dalam hubungan

seperti ditunjukkan pada gambar 7.5

Gambar 7.5 Rangkaian kumparan Gambar 7.6 Trafo arus inti gandaPrimer untuk memperoleh rasio ganda

Jika arus pengenal masing-masing kumparan dimisalkan 100 A, maka arus

pengenal jika dirangkai seperti pada Gambar 7.5.b menjadi 200 A dan jika

dirangkai seperti pada Gambar 7.5.c menjadi 400 A. Rancangan seperti ini sangat

menguntungkan terutama jika tidak ada arus hubung singkat yang mengalir pada

sisi primernya, misalnya trafo arus yang digunakan di laboratorium. Beberapa

ragam rasio dapat diperoleh tanpa mengorbankan burden dan ketelitian.

7.6.3 JENIS MENURUT JUMLAH INTI

Berdasarkan jumlah intinya, trafo arus dapat juga dibagi atas dua jenis,

yaitu trafo arus inti tunggal dan trafo arus inti ganda. Trafo arus inti ganda

digunakan jika sistem membutuhkan arus untuk pengukuran dan proteksi. Pada

Page 14: Trafo Arus

Gambar 7.6 ditunjukkan trafo arus dua inti, satu intinya digunakan untuk

keperluan proteksi dan satu lagi untuk keperluan pengukuran. Inti yang digunakan

untuk pengukuran terbuat dari bahan yang jenuh pada arus rendah, sehingga besar

anus sekunder tetap dalam hatas kemampuan ammeter sekalipun arus di primer

naik beberapa puluh kali arus pengenalnya, sehingga 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 atau lima belas kali arus pengenal

primer.

Gambar 7.7 Trafo arus jenis pendukung dan jenis bushing

Trafo arus bertegangan tinggi untuk gardu induk pasangan luar dibuat dengan

isolasi minyak kertas dan ditempatkan dalam kerangka porselen. Jenis konstruksi

trafo ini dibedakan atas susunan bagian-bagian aktifnya (inti, belitan) yaitu jenis

tangki logam, jenis kerangka isolasi dan jenis gardu (gambar 7.8). trafo arus jenis

gardu memiliki kelebihan dimana penyulang pada rangkaian primernya lebih

pendek, digunakan untuk arus pengenal dan arus hubung singkat yang besar.

Page 15: Trafo Arus

Gambar 7.8 Trafo arus tegangan tinggi

7.6.4 JENIS MENURUT KONSTRIJKSI ISOLASI

Konstruksi trafo arus dengan isolasi epoksi-resin sering dipakai untuk

pasangan luar sampai tegangan 110 kV. Pada tegangan menengah, umumnya

digunakan trafo arus epoksi-resin, karena trafo epoksi-resin memiliki kekuatan

hubung singkat belitan lebih tinggi, sebab semua belitannya tertanam dalam bahan

isolasi. Pada Gambar 7.7 ditunjukkan, trafo arus epoksi-resin jenis pendukung dan

jenis bushing.

Trafo arus bertegangan tinggi untuk gardu induk pasangan luar dibuat

dengan isolasi minyak-kertas dan ditempatkan dalam kerangka porselen. Jenis

konstruksi trafo ini dibedakan atas susunan bagian-bagian aktifnya (inti, belitan),

yaitu jenis tangki logam, jenis kerangka isolasi dan jenis gardu (Gambar 7.8).

Trafo arus jenis gardu memiliki kelebihan di mana penyulang pada rangkaian

primernya lebih pendek, digunakan untuk arus pengenal dan arus hubung singkat

yang besar.

Pada sistem isolasi koaksial seperti pada kabel, bushing trafo atau rel daya

yang diisolasi dengan SF6, selalu mungkin dibuat trafo arus konduktor tunggal

tanpa isolasi khusus. Dalam hal ini sangat sering digunakan inti berbentuk cincin

dengan belitan sekunder yang dibelit secara seragam pada cincin dan dimasukkan

Page 16: Trafo Arus

dalam isolasi, dengan demikian terbuka jalan untuk membawa lapisan terluar

bagian yang dibumikan keluar dari trafo arus. Pada Gambar 7.9 ditunjukkan

sebuah trafo arus inti cincin di dalam rel daya gardu induk yang diisolasi dengan

SF6 (GIS),

Gambar 7.9 Trafo arus inti cincin di dalam rel daya isolasi SF6

7.7 DATA PENGENAL TRAFO ARUS

Setiap trafo arus harus dilengkapi dengan spesifikasi pengenal seperti

berikut ini :

a. Arus primer

Arus pengenal primer antara lain adalah: 50, 150, 200, 300 A, dan

sebagainya.

b. Arus sekunder

Arus pengenal sekunder biasanya: 5, 2 dan 1 A. Arus pengenal 2 dan 1 A

digunakan: jika kabel penghubung panjang sehingga jumlah impedansi

meter atau rele dengan impedansi kabel lebih besar daripada burden; atau

jika jumlah belitan kumparan sekunder sedikit sehingga rasio tidak dapat

diubah dengan mengubah jumlah belitan sekundernya.

c. Frekuensi

Frekuensi pengenal sama dengan frekuensi sistem, 50Hz atau 60 Hz.

Page 17: Trafo Arus

d. Arus thermal kontinu

Adalah arus kontinu tertinggi yang menimbulkan temperatur trafo arus

sama dengan temperatur yang diizinkan. Jika pengenal ini tidak diberikan,

nilainya dapat ditetapkan sama dengan arus pengenal primer.

e. Daya keluaran

Adalah daya (VA) yang diambil trafo arus saat arus sekunder sama dengan

arus pengenal sekunder dan impedansi beban yang terhubung di terminal

sekunder sama dengan burden pengenal. Daya keluaran pengenal trafo

arus yang sudah distandarisasi antara lain adalah: 2,5 , 5, 7,5 , 10, 15 dan

30 VA

f. Burden

Adalah impedansi dan cos beban yang membuat arus sekunder sama

dengan arus pengenal sekunder saat arus di primer sama dengan arus

pengenal primer.

g. Arus thermal waktu singkat

Besar arus thermal waktu singkat ditentukan lebih besar atau sama dengan

arus hubung singkat tertinggi yang diperkirakan akan mengalir pada

kumparan primer trafo arus, atau tidak boleh kurang dari arus pemutusan

pemutus daya yang bekerja sama dengan trafo arus tersebut.

h. Arus dinamis waktu singkat

Arus dinamis waktu singkat tidak kurang dari 2,5 kali arus thermal waktu

singkat.

i. Tingkat isolasi

Untuk tegangan pengenal yang sama, tingkat isolasi trafo arus sama

dengan trafo tegangan.

j. Ketelitian

Kelas ketelitian dan galat yang diizinkan diberikan pada Tabel 7.1 di

bawah ini.

Page 18: Trafo Arus

Table 7.1

Kelas Ketelitian Trafo Atas

Kelas (%) (menit) Arus

0.1

0.2

0.5

1.0

3.0

5.0

0.1

0.2

0.5

1.0

3.0

5.0

5

10

30

60

-

-

100% arus nominal

Ketelitian trafo arus yang digunakan untuk proteksi, ditentukan oleh galat

komposisi tertinggi yang diizinkan pada saat batas ketelitian arus primer sama

dengan yang ditetapkan untuk kelasnya. Kelas trafo arus ini dinyatakan dengan

tanda “nP”, dimana n menunjukkan kelas ketelitian dan P menunjukkan trafo arus

adalah untuk proteksi. Batas ketelitian trafo arus yang digunakan untuk proteksi

diberikan pada table 7.2.

Table 7.2

Batas ketelitian trafo arus proteksi

Kelas Galat rasio ()

saat arus primer =

arus pengenal

Galat sudut ()

saat arus primer =

arus pengenal

Galat komposit

saat dan =

galat pengenal

5P

10P

15P

1.0

3.0

5.0

60.0

-

-

5

10

15

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.

Trafo arus reaktansi rendah perlu dilengkapi dengan spesifikasi berikut ini :

Page 19: Trafo Arus

a. Arus pengenal primer

b. Perbandingan belitan sekunder dengan belitan prirner

c. Tegangan lutut

d. Arus eksitasi saat tegangan sama dengan tegangan lutut atau dalam

persentase tegangan lutut

e. Tahanan kumparan sekunder pada temperatur 750 C

Sedang kinerja trafo arus reaktansi tinggi ditetapkan atas kesepakatan

antara pemakai dengan produsen.

7.8 PEMILIHAN TRAFO ARUS

Hal-hal berikut ini perlu dipertimbangkan dalam pemilihan trafo arus :

a. Jenisnya

b. Banyak kumparan primer

c. Kelas ketelitian masing-masing kumparan sekunder

d. Burden pengenal

e. Faktor batas ketelitian (accuracy limit factor)

f. Pengenal arus waktu singkat

g. Tingkat isolasi

h. Tegangan lutut (knee point voltage)

ad. a. Jenis trafo arus

Jika digunakan bersama pemutus daya minyak (bulk oil circuit breaker), maka

trafo arus jenis bushing adalah lebih murah. Untuk jenis pemutus daya yang lain

digunakan trafo arus jenis tonggak (post). Ada kalanya trafo arus jenis tonggak

dengan belitan terpisah digunakan bersama pemutus daya minyak. Hal ini

dilakukan karena keterbatasan burden dan ketelitian jenis bushing. Jika tegangan

pengenal sekunder dirancang 5 A, kabel ukur yang digunakan cukup panjang dan

trafo arus yang akan digunakan adalah jenis bushing, maka harus diperiksa apakah

burden total dapat dipikul oleh trafo tersebut.

ad. b. Jumlah kumparan sekunder

Umumnya trafo dilengkapi dengan dua kumparan sekunder, satu untuk alat ukur

dan satu lagi untuk keperluan rele proteksi. Jika sistem proteksi terdiri atas

Page 20: Trafo Arus

proteksi primer dan proteksi cadangan, mka dibutuhkan trafo arus dengan inti

terpisah.

ad. c. Kelas Ketelitian

Ketelitian untuk berbagai trafo arus pengukuran diberikan pada Tabel 7.3.

Table 7.3

Kelas ketelitian trafo arus untuk pengukuran

Kelas Penggunaan

0.1

0.2

0.5

1.0

3.0

5.0

Pengujian yang teliti dan sebagai sub standar pada pengujian trafo arus

yang digunakan di laboratorium

Untuk laboratorium untuk pengujian meter ketelitian tinggi, dan sebagai

sub standar pada pengujian trafo arus industri

Untuk alat ukur industri ketelitian tinggi, komersial dan industri

Untuk meter komersial dan meter yang dipakai pada industri

Untuk watermeter dan ammeter

Untuk pengukuran dimana ketelitian rasio tidak terlalu penting

Page 21: Trafo Arus

Ketelitian berbagai trafo arus untuk proteksi diberikan pada table 7.4

Table 7.4

Ketelitian trafo arus proteksi

No Penggunaan Kelas

1

2

3

4

5

Rele arus lebih reaksi cepat

(instantaneous over current relay)

Rele arus lebih karakteristik arus

terbalik dan waktu tunda minimum

tertentu (inverse and definitive

minimum time lag)

Rele 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

Rele arus tanah yang membutuhkan

kestabilan pada saat gangguan fasa-

fasa dan pertambahan waktu yang

teliti.

Rele diferensial dan rele jarak

15P

Factor batas ketelitian (FBK) = 5

10P

10P P atau 15P dimana

Sn x FBK = 150

Sn = daya keluaran pengenal

Penyetelan arus rele > 20%

Burden rele pada setelan arus

pengenal 4 VA

5P

Sn x FBK = 150

5P dan 10P

ad. d. Pemilihan burden pengenal

Burden pengenal trafo arus ditetapkan lebih besar daripada burden total, yaitu

jumlah impedansi kumparan sekunder trafo, peralatan, dan kabel.

Burden total = Zs + Zm + ZR + Zk 7.22

di mana :

Zs = tahanan kumparan sekunder trafo arus

Zm = tahanan alat ukur

ZR = tahanan rele

Page 22: Trafo Arus

Zk = tahanan kabel

Impedansi alat ukur dan rele dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :

7.23

di mana

Sn = burden peralatan (VA)

In = arus pengenal (A)

Burden alat ukur dan rele masing-masing diberikan pada Tabel 7.5 dan Tabel 7.6.

Tabel 7.5

Burden Alat Ukur pada 5A, 50 Hz

Alat Ukur Burden (VA)

Ammeter

Wattmeter

Faktor Daya meter

Perekan arus

Perekam daya

Perekam faktor daya

KWH dan KVAR meter

3

5

5

3

5

5

5

Page 23: Trafo Arus

Table 7.6

Burden rele pada arus pengenal

Jenis rele Burden (VA)

Rele arus lebih

Rele arus lebih waktu terbalik

Rele arus balik

Rele daya balik

Rele daya

Rele diferensial

Rele jarak

2

1,5 – 5

1,8

0,07 – 3,5

0,23 – 11,5

0,8 – 6

2 – 25

ad. e. Faktor batas ketelitian

Untuk meter berinti besi, faktor batas ketelitian tidak perlu tinggi. Untuk

keamanan alat ukur, lebih disukai memakai trafo arus yang intinya jenuh pada

harga arus sedikit di atas kawasan arus kerja alat ukur. Untuk rele diferensial

diperlukan dua set trafo arus. Tiap set harus mempunyai karakteristik yang sama.

Faktor batas ketelitian untuk rele jarak, biasanya diambil 20, jarang di bawah 10.

Faktor batas ketelitian berhubungan dengan burden. Jika burden hanya setengah

dari burden pengenal, maka faktor batas ketelitian dapat menjadi dua kali lipat.

ad. f. Pengenal Arus Waktu Singkat

Tekanan mekanis yang dialami trafo arus pada saat hubung singkat tergantung

pada harga arus puncak tertinggi, jumlah belitan kumparan primer, dan

konfigurasi kumparan. Tekanan mekanis dapat dikurangi dengan mengurangi

jumlah belitan dan memperkecil diameter kumparan. Puncak arus tertinggi yang

dapat dipikul suatu trafo arus tergantung pada faktor dinamis waktu singkat.

Faktor ini umumnya 50 – 100. Untuk trafo komersil dapat dirancang antara 200

sampai dengan 400. Jika faktor dinamis waktu singkat lebih dari 400, maka

sebaiknya digunakan trafo arus jenis bar. Tetapi trafo arus jenis bar mempunyai

burden, ketelitian, dan faktor batas ketelitian yang terbatas. Jika ternyata burden,

ketelitian, dan faktor batas ketelitian trafo arus jenis bar tidak sesuai dengan

kebutuhan, maka dipilih trafo arus jenis belitan yang arus pengenal primernya

Page 24: Trafo Arus

ditinggikan sedemikian sehirigga faktor dinamis waktu singkat tidak melebihi

400.

Setiap trafo arus harus dilengkapi dengan informasi tentang besaran dan masa

berlangsungnya arus waktu singkat. Informasi ini diperoleh dengan menghitung

arus hubung singkat terbesar jika di lokasi trafo arus terjadi gangguan hubung

singkat atau dapat juga diperoleh dari data daya pemutusan pemutus daya yang

bekerja sama dengan trafo arus tersebut. Jika penentuan besaran dan masa

berlangsungnya arus waktu singkat tidak benar, maka pada saat terjadi hubung

singkat trafo arus dapat mengalami kerusakan.

ad. g. Tingkat Isolasi

Tingkat isolasi trafo arus sama dengan trafo tegangan dan dapat ditemukan pada

IEC No. 186 tahun 1987

ad. h. Tegangan Lutut

Tegangan lutut diperhitungkan bila trafo arus dipergunakan untuk rele diferensial

dan rele jarak.

h. I. Tegangan Lutut Trafo Arus untuk Rele Diferensial

Untuk rele diferensial diperlukan dua set trafo arus dan setiap set terdiri atas tiga

unit trafo arus. Tegangan lutut tidak perlu diperhatikan jika karakteristik

magnetisasi kedua set trafo arus adalah sama; galat arus pada setiap harga arus

adalah identik, dan intinya tidak jenuh saat arus primer sama dengan arus hubung

singkat tertinggi. Tetapi dalam prakteknya adakalanya hal ini tidak terpenuhi, Jika

demikian halnya, galat rasio trafo arus perlu diperiksa agar galat tersebut tidak

terlalu besar saat terjadi arus hubung singkat terbesar. Tegangan lutut sekunder

trafo arus harus sama atau lebih besar dari harga di bawah ini :

Vk = If (Rs + RR + 2 Rk)

Di mana:

If = arus sekunder saat di primer mengalir arus hubung singkat terbesar

Rs = tahanan kumparan sekunder

RR = tahanan rele

Rk = tahanan kabel kontrol per lintasan

Page 25: Trafo Arus

Arus hubung singkat keadaan tunak suatu trafo daya biasanya tidak lebih

dari 10 sampai 15 kali arus nominalnya.Tetapi untuk rele diferensial kecepatan

tinggi, arus hubung singkat yang diperhitungkan adalah arus transiennya. Arus

transien ini tergantung pada perbandingan tahanan dan reaktansi (R/X) sistem

ditinjau dari titik gangguan yang dimisalkan pada lokasi trafo arus. Nilai R/X

tergantung pada lokasi trafo arus dan semakin besar jika trafo arus semakin dekat

dengan generator. Hubungan arus transien (It) dan arus hubung singkat keadaan

tunak (Isc) adalah:

It = (X/R)0,48 Isc 7.28

di mana :

It = arus hubung singkat transien

Isc = arus hubung singkat keadaan tunak

Jika arus transien di atas tidak dapat dihitung dengan pasti, maka secara

pendekatan dapat diambil 20 kali atus pengenal trafo daya yang dilindungi.

Arus di sisi sekunder trafo arus saat di primer mengalir arus hubung

singkat terbesar adalah:

7.29

Dengan diketahuinya tegangan lutut, maka dapat dihitung faktor kejenuhan trafo

arus yang dibutuhkan, yaitu perbandingan tegangan lutut dengan tegangan

nominal sekunder trafo arus, atau dapat dituliskan sebagai berikut :

7.30

di mana:

FJ = faktor kejenuhan

I2p = arus pengenal sekunder (A)

Sn = daya pengenal trafo arus (VA)

Terlihat bahwa untuk daya pengenal yang tetap, faktor kejenuhan dapat diperkecil

dengan memperkecil arus pengenal sekunder atau memperkecil tegangan lutut.

Page 26: Trafo Arus

Tegangan lutut dapat diperkecil dengan memperbesar ukuran kabel kontrol. Cara

yang dipilih adalah cara yang memberi pengurangan biaya terbesar.

h.2. Tegangan Lutut Trafo Arus untuk Rele Jarak

Tegangan lutut trafo arus rele jarak perlu dihitung untuk memeriksa kedua

hal berikut ini :

(i) agar galat arus tidak lebih dari harga 3-5 % saat rele mengukur jarak

terjauh dalam kawasan proteksi pertama

(ii) trafo arus tidak mengalami kejenuhan saat arus primer sama dengan arus

hubung singkat tertinggi

Untuk memastikan bahwa waktu kerja rele tidak begitu terpengaruh oleh

efek kejenuhan yang disebabkan adanya komponen dc pada arus transien, maka

tegangan lutut trafo arus harus memenuhi persamaan di bawah ini:

Untuk rele jarak gangguan fasa ke tanah :

7.31

Untuk rele jarak gangguan fasa ke fasa

7.32

di many R/X adalah perbandingan tahanan dengan reaktansi sistem dilihat dari

titik gangguan dan dalam hal ini titik gangguan adalah di ujung kawasan proteksi

pertama.

Untuk jaringan pendek, impedansi jaringan dilihat dari sisi sekunder trafo arus

(impedansi jaringan primer x ratio trafo arus/rasio trafo tegangan) dapat diambil Zj

= 2 Ohm, sedang impedansi sumber dapat diambil Zs = 1 Ohm. Untuk jaringan

panjang, impedansi jaringan dilihat dari sisi sekunder trafo arus dapat diambil Z j =

16 Ohm. Jika tegangan sekunder trafo tegangan 110 V, maka arus hubung singkat

3-fasa dilihat dari sisi sekunder dapat dihitung:

Page 27: Trafo Arus

Arus hubung singkat fasa ke tanah tergantung kepada perbandingan impedansi

urutan nol (Z0) dan impedansi urutan positif (Z1) jaringan yang diproteksi. Jika Z0

dimisalkan 4 kali Z1 dan sama dengan impedansi urutan positip sumber (Z1S),

maka saat terjadi hubung singkat fasa ke tanah pada ujung terjauh jaringan yang

diproteksi, arus di sisi sekunder trafo arus dapat diperkirakan, yaitu: 13 A jika

jaringannya pendek (impedansi jaringan 2 Ohm) dan 2 A jika jaringannya panjang

(impedansi jaringan 16 Ohm).

Jika tegangan lutut suatu trafo arus tidak memenuhi tegangan lutut yang

dibutuhkan maka rele akan bekerja makin lambat, sehingga rele gagal

memproteksi sistem.

Jika tegangan lutut tidak memenuhi kebutuhan maka waktu kerja rele makin besar

atau rele bekerja makin lambat. Jika tadinya rele diharapkan bekerja cepat, maka

rele dinyatakan gagal memproteksi sistem.

7.9 PENGUJIAN TRAFO ARUS

Seperti halnya trafo tegangan, trafo arus juga harus melalui pengujian berikut ini.

A. Uji jenis

a. Penandaan terminal dan polaritas

b. Ketahanan tegangan tinggi ac frekuensi sistem pada kedua kumparan trafo

arus

c. Tegangan lebih antar belitan

d. Pengukuran galat

e. Pengujian arus waktu singkat

f. Pengujian kenaikan temperatur

g. Pengujian tegangan tinggi impuls

h. Pengukuran ketelitian (khusus untuk trafo arus pengukuran)

i. Arus keamanan Instrumen (khusus untuk trafo arus pengukuran)

j. Pengukuran galat rasio, sudut, dan komposit (khusus untuk trafo proteksi)

B. Uji rutin

a. Penandaan terminal dan polaritas

b. Ketahanan tegangan tinggi ac frekuensi sistem pada kedua kumparan trafo

arus

Page 28: Trafo Arus

c. Tegangan lebih antar belitan

d. Pengukuran galat rasio, sudut, dan komposit (khusus untuk trafo proteksi)

e. Pengukuran ketelitian (khusus untuk trafo arus pengukuran)

Uji tambahan untuk trafo arus proteksi reaktansi rendah adalah :

a. Tegangan lutut

b. Arus eksitasi

c. Tahanan kumparan sekunder

d. Perbandingan belitan primer dengan sekunder

Prosedur pengujian dilakukan sesuai dengan standar yang disepakati

pembeli dan produsen.

7.10 INFORMASI DALAM PEMBELIAN TRAFO ARUS

Informasi tentang keadaan sistem, iklim, dan instalasi perlu dikemukakan

dalam pengadaan suatu trafo arus. Sekurang-kurangnya mengenai hal-hal di

bawah ini:

a. Tegangan dan jenis pengetanahan sistem

b. Tingkat isolasi

c. Frekuensi system

d. Rasio arus pengenal dan jumlah rasio

e. Pengenal output untuk setiap inti

f. Faktor batas ketelitian arus

g. Kelas ketelitian untuk setiap inti

h. Khusus untuk trafo arus kelas 5P:

h.l. Arus pengenal kumparan primer

h.2. Rasio belitan pengenal (N1 /N2)

h.3. Tegangan lutut

h.4. Tahanan kumparan sekunder maksimal

h.5. Batas arus eksitasi

i. Arus thermal kontinu

j. Arus waktu singkat dan masa berlangsungnya

k. Kondisi cuaca, lingkungan, dan ketinggian lokasi penempatan trafo arus

l. Lokasi pemasangan (pasangan dalam atau pasangan luar)