Trafo Instrumen [PDF]

Citation preview

MAKALAH TRANSFORMATOR INSTRUMEN



DI SUSUN OLEH :



AGUS MUNANDAR 105 82 1406 14



FAKULTAS TEKNIK | TEKNIK ELETRO



UNIVERSITAS MUHAMMADIAH MAKASSAR 2016/2017



KATA PENGANTAR



Assalamu alaikum warahmatullahi wabarakatuh Rasa syukur patut kita panjatkan kehadirat allah swt yang telah mengijinkan dan memberi nikmat kemudahan dalam menyusun dan menulis makalah TRANSFORMATO INSTRUMEN. Hal yang paling mendasar yang mendorong penulis untuk menyusun makalah ini adalah salah satu tugas dari SISTEM PROTEKSI, untuk mencapai nilai yang memenuhi syarat perkuliahan. Pada kesempatan ini kami semua mengucapkan banyak terimakasih yang tak terhingga atas bimbingan dosen dan semua pihak sehingga makalah ini dapat saya selesaikan dengan baik. Penulis menyadari bahwa keseluruhan makalah ini masih jauh dari kesempurnaan dan penulis memohon maaf sebesar-besarnya apabila masih terdapat kekurangan dalam penulisannya Wassalamualaikum warahmatullahi wabarakaatuh



penulis



TRANSFORMATOR INSTRUMEN



A. PENGERTIAN



Transformator instrument berfungsi untuk mencatu instrument ukur (meter) dan relai serta alat-alat serupa lainnya. Transformator ini terdapat dua jenis yaitu transformator arus (CT) dan transformator tegangan (PT).Transformator instrument yang berazaskan induksi terdiri dari inti (core) dan kumparan (winding). Inti berfungsi sebagai jalannya fluxi magnit sedangkan kumparan berfungsi mentransformasikan arus dan tegangan. Kumparan primer dan sekunder dapat lebih dari satu kumparan. N1 / N2 = V1/ V2 = I2 /I1 Dimana : N1 : Jumlah lilitan primer N2 : Jumlah lilitan sekunder V1 : Tegangan primer V2 : Tegangan sekunder I1 : Arus primer I2 : Arus sekunder Yang termasuk dalam trafo-trafo pengukuran adalah:







Trafo arus (CT)







Trafo tegangan (PT/CVT)







Gabungan trafo arus dan trafo tegangan (combined current transformer and



potential transformer)



Fungsi trafo pengukuran (CT/PT/CVT) adalah: 



Mengkonversi besaran arus atau tegangan pada sistem tenaga listrik dari



besaran primer menjadi besaran sekunder untuk keperluan sistem metering dan proteksi. 



Mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer.







Standarisasi besaran sekunder, untuk arus 1 A, 2 A dan 5 A, tegangan 100,



100/√3, 110/√3 dan 110 volt



Pada prinsipnya transformator banyak digunakan disekitar rumah tangga, perkantoran dan lain-lain sebagai suatu peralatan listrik yang berfungsi untuk menaikkan tegangan (Step up) atau penurun tegangan (Step down) dan juga sebagai peralatan untuk menstabilisasikan tegangan (Stabilizer). Dengan dioperasikannya tranformator melayani bebannya maka akan terjadi dua arah fluksi pada inti yaitu pada sisi primer dan sisi sekunder, kedua arah fluksi tersebut mempunyai arah yang berlawanan yang secara vektoris saling mengkompensasi, tetapi di dalam inti akan terjadi tingkat saturasi medan magnit, yang bearti inti besi telah mencapai tingkat titik jenuh yang sesaat oleh fluksi medan. Hal tersebut akan berpengaruh terhadap inti besi yang membuat inti besi tidak mampu lagi menampung fluksi medan, dengan demikian akan terpengaruh terhadap pembangkitan tegangan.



Transformator dipakai untuk mencatui rangkaian tegangan alat penunjuk, dan rele pengaman. Batas dasar dari trafo tegangan adalah perbandingan transformasi dan bebannya, dalam hal ini jumlah beban diberikan oleh alat yang tersambung. Pengaruh – pengaruh yang ada pada transformator tegangan – perubahan tegangan – frekuensi – arus sekunder (VA) – power faktor sekunder



B. KONTRUKSI TRANSFORMATOR INSTRUMEN



Trafo arus digunakan pada jaringan transmisi atau jaringan distribusi dalam sistem ketenagalistrikan karena beberapa hal, yaitu: 



Memiliki kemampuan insulasi untuk memisahkan tegangan tinggi dengan tegangan rendah.







Memiliki kemampuan untuk mengkonversi arus yang sangat besar menjadi arus yang lebih kecil sehingga bisa dikoneksikan dengan alat ukur atau proteksi







Memungkin standarisasi arus yang digunakan untuk keperluan pengukuran atau proteksi.



Untuk memenuhi tujuan tersebut, maka trafo arus dirancang sedemikian rupa sehingga mampu bertahan terhadap tegangan tinggi dan arus yang sangat besar di sisi primer.



1. Bahan atau Materi Trafo Arus.



Penelitian dan pengembangan yang terus-menerus terhadap material yang mampu menahan beda potensial yang tinggi menyebabkan perubahan material penyusun utama komponen insulasi.



Dibawah ini ada sejarah penggunaan materi pembuatan trafo arus tegangan tinggi atau menengah yang dikutip dari “Instrument Transformers, Technical information and application guide, ABB”.



a. Butyl Rubbers



Digunakan pada tahun 1970 sebagai media insulasi untuk tegangan tinggi ( 5 ~ 34.5kV).



b. Cycloaliphatic Epoxies



Cycloaliphatic epoxy (CEP) diperkenalkan pertama kali di akhir tahun 1970an sebagai insulasi di luar ruangan karena kemampuan bertahan yang baik terhadap kelembaban, radiasi sinar matahari, polusi lingkungan dan kimia. Kekuatan mekanisnya sangat baik dan sifat dielectricnya sangat diinginkan.



c. Aromatic Polyurethanes



Aromatic polyurethane (PUR) elastomers adalah media insulasi yang sangat ekonomis untuk peralatan elektrik. Terdapat sekitar 14 jenis PUR yang sukses dipasaran untuk aplikasi yang luas, termasuk trafo instrumentasi. 13 jenis diantaranya disebut konvensional karet.



d. Hydrophobic Cycloaliphatic Epoxy Di awal tahun 2000’an, Penyedia resin memperkenal versi hydrophobic dari CEP dan disebut Hydrophobic Cycloaliphatic Epoxy (HCEP) ke pasaran. Material ini memiliki ketahanan yang lebih baik, sedikit aktivitas buangan sehingga lebih sedikit kerusakan permukaan yang akan menambah usia transformer.



Terdapat standar international maupun nasional yang mengatur batasan minimum kemampuan insulasi berdasarkan tegangan maksimum dari sistem dimana trafo tersebut ditempatkan.



Tabel1 dibawah ini adalah batasan kemampuan insulasi berdasarkan tegangan maksimum sistem.



Tabel1. Kemampuan Insulasi Trafo Arus Berdasarkan Standar IEC60044-1



Tabel1 Insulasi berdasarkan standar IEC60044-1 yang banyak digunakan di eropa, termasuk Indonesia (PLN).



Dibawah ini adalah tabel kemampuan insulasi yang diatur oleh standar IEEE atau ANSI C57.13 tahun 2008



Tabel2. Kemampuan Insulasi Trafo Arus Berdasarkan Standar C57.13 tahun 2008



Tabel2. Kemampuan insulasi berdasarkan standar ANSI C57.13 2008 yang banyak digunakan di Amerika, termasuk pertambangan di Indonesia.



Secara garis besar, standar internasional mengatur batas kemampuan minimal insulasi pada beberapa bagian, yaitu: 



Kemampuan insulasi antara belitan primer dengan belitan sekunder dan ground







Kemampuan insulasi antar belitan primer jika tapping dilakukan pada sisi belitan primer







Kemampuan antara belitan sekunder dengan grounding







Kemampuan insulasi antar inti sekunder apabila trafo mengandung lebih dari 2 inti.



2. Kemampuan Hantar Arus.



Salah satu tujuan digunakannya trafo arus pada jaringan transmisi dan distribusi adalah untuk keperluan pengukuran arus dan proteksi. Karena besarnya arus yang mengalir pada jaringan transmisi atau distribusi, maka pada umumnya trafo arus dibuat menggunakan batang tembaga (bus bar) yang besar.



Gambar di bawah adalah konstruksi dari sebuah trafo arus tegangan menengah yang terdiri dari dua buah inti. Inti atau core yang pertama untuk tujuan pengukuran, sedangkan inti atau core yang kedua untuk tujuan proteksi.



Gbr1. Struktur Dalam Trafo Arus



Sebuah Trafo arus terdiri dari beberapa komponen, yaitu:



a. Batang Penghantar Primary (Primary Bus Bar)



Sebuah trafo arus biasanya terdiri dari sebuah belitan primer dengan dimensi yang besar. Hal ini disebabkan karena sebuah trafo arus dirancang untuk dialiri arus yang besar. Dalam kondisi tertentu, biasanya rasio dibawah 1000A, sebuah trafo arus dapat dirancang memiliki rasio ganda yang diatur dari sisi primer atau biasa di kenal dengan istilah primary changeable.



b. Inti atau Core



Trafo arus bisa mengandung satu atau lebih inti core, tergantung dari kebutuhan aplikasinnya. Masing-masing dari inti trafo tersebut adalah bebas dan tidak tergantung atau saling mempengaruhi antara inti yang satu dengan inti lainnya.



c. Belitan Sekunder.



Belitan sekunder biasanya terbuat dari kawat enamel yang disesuai kemampuan dari arus nominal yang mengalir pada kumparan priber.



Beberapa parameter yang terkait dengan dimensi atau ukuran batang primer adalah: 



Kemampuan menyalurkan arus nominal secara terus-menerus. (I cth)







Kemampuan menyalurkan arus short circuit ketika terjadi gangguan sistem, termasuk didalamnya arus dinamik (Ith dan Idyn).



C. JENIS-JENIS TRAFO INSTRUMEN



1. Transformator arus



Current Transformer atau yang biasa disebut Trafo arus adalah tipe instrument trafo yang didesain untuk mendukung arus yang mengalir pada kumparan sekunder sebanding dengan arus bolak-balik yang mengalir pada sisi primer. Secara umum Trafo ini digunakan untuk mengukur dan melindungi rele pada industri atau perkantoran yang memakai tegangan tinggi di mana trafo ini mempunyai fasilitas pengukuran yang aman dalam mengukur jumlah arus yang



besar begitu juga dengan tegangan yang tinggi. Disamping penggunannya untuk mengukur arus, trafo ini juga dibutuhkan untuk pengukuran daya dan energi, trafo arus juga dibutuhkan untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi. Kumparan primer trafo arus dihubungkan secara serie dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya, sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan peralatan meter dan rele proteksi.



Trafo ini bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat. Trafo arus untuk tujuan proteksi baisanya harus mampu bekerja lebih dari 10 kali arus pengenalnya. digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan amper lebih yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Jika arus yang mengalir pada tegangan rendah dan besarnya dibawah 5 amper, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung sedangkan untuk arus yang mengalir besar, maka harus dilakukan pengukuran secara tidak langsung dengan menggunakan trafo arus (sebutan untuk trafo pengukuran arus yang besar). Disamping itu trafo arus berfungsi juga untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi.



Cara kerja dari trafo arus ini: Jika pada kumparan primer mengalir arus I1, maka pada kumparan primer akan timbul gaya gerak magnet sebesar N1 I1. gaya gerak magnet ini memproduksi fluks pada inti. Fluks ini membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder. Jika kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I2. Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N2I2 pada kumparan sekunder.



 Pengaruh – pengaruh yang ada pada transformator arus  impedansi beban 



frekuensi



 sudut phasa sekunder



a. Jenis-Jenis Transformator arus



Dalam pemakaian sehari-hari, trafo arus dibagi menjadi jenis-jenis tertentu berdasarkan syarat-syarat tertentu pula, adapun pembagian jenis trafo arus adalah sebagai berikut :  Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Kumparan Primer 



Jenis Kumparan (Wound) Biasa digunakan untuk pengukuran pada arus rendah, burden yang besar, atau pengukuran yang membutuhkan ketelitian tinggi. Belitan primer tergantung pada arus primer yang akan diukur, biasanya tidak lebih dari 5 belitan. Penambahan belitan primer akan mengurangi faktor thermal dan dinamis arus hubung singkat.







Jenis Bar (Bar) Konstruksinya mampu menahan arus hubung singkat yang cukup tinggi sehingga memiliki faktor thermis dan dinamis arus hubung singkat yang tinggi. Keburukannya, ukuran inti yang paling ekonomis diperoleh pada arus pengenal yang cukup tinggi yaitu 1000A.



 Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Rasio 



Jenis Rasio Tunggal



Rasio tunggal adalah trafo arus dengan satu kumparan primer dan satu kumparan sekunder. 



Jenis Rasio Ganda Rasio ganda diperoleh dengan membagi kumparan primer menjadi beberapa kelompok yang dihubungkan seri atau paralel.



 Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Inti 



Inti Tunggal Digunakan apabila sistem membutuhkan salah satu fungsi saja, yaitu untuk pengukuran atau proteksi.







Inti Ganda Digunakan apabila sistem membutuhkan arus untuk pengukuran dan proteksi sekaligus.



 Jenis Trafo Arus Menurut Konstruksi Isolasi 



Isolasi Epoksi-Resin Biasa dipakai hingga tegangan 110KV. Memiliki kekuatan hubung singkat yang cukup tinggi karena semua belitan tertanam pada bahan isolasi. Terdapat 2 jenis, yaitu jenis bushing dan pendukung.







Isolasi Minyak-Kertas Isolasi minyak kertas ditempatkan pada kerangka porselen. Merupakan trafo arus untuk tegangan tinggi yang digunakan pada gardu induk dengan pemasangan luar. Dibedakan menjadi jenis tangki logam, kerangka isolasi, dan jenis gardu. Kelebihannya, penyulang pada sisi primer lebih pendek, digunakan untuk arus pengenal dan arus hubung singkat yang besar.







Isolasi Koaksial Jenis trafo arus dengan isolasi koaksial biasa ditemui pada kabel, bushing trafo, atau pada rel daya berisolasi gas SF6. Sering digunakan inti berbentuk cincin dengan belitan sekunder yang dibelit secara seragam pada cincin dan dimasukkan pada isolasi, dengan demikian terbuka jalan untuk membawa lapisan terluar bagian yang di-ground keluar dari trafo arus



2. Trafo Tegangan



Trafo tegangan atau Potential Transformer (PT) adalah peralatan yang mentransformasi tegangan sistem yang lebih tinggi ke suatu tegangan sistem yang lebih rendah untuk kebutuhan peralatan indikator, alat ukur/meter dan relai. a. Prinsip kerja trafo tegangan adalah sebagai berikut:



Rangkaian Trafo Tegangan



Dimana: a : Ratio transformasi N1 > N2 N1 : Jumlah belitan primer N2 : Jumlah belitan sekunder E1 : Tegangan primer E2 : Tegangan sekunder



Rangkaian Ekuivalen Trafo Tegangan



Dimana: Im : Arus eksitasi / magnetisasi Ie : Arus karna rugi besi Trafo tegangan memiliki prinsip kerja yang sama dengan trafo tenaga tetapi rancangan trafo tegangan berbeda yaitu:







Kapasitasnya kecil (10 – 150 VA), karena digunakan hanya pada alat-alat ukurrelai dan peralatan indikasi yang konsumsi dayanya kecil.







Memiliki tingkat ketelitian yang tinggi.







Salah satu ujung terminal tegangan tingginya selalu ditanahkan.



b. Fungsi Trafo Tegangan 



Mentransformasikan besaran tegangan sistem dari yang tinggi ke besaran tegangan listrik yang lebih rendah sehingga dapat digunakan untuk peralatan proteksi dan pengukuran yang lebih aman, akurat dan teliti.







Mengisolasi bagian primer yang tegangannya sangat tinggi dengan bagian sekunder yang tegangannya rendah untuk digunakan sebagai sistem proteksi dan pengukuran peralatan dibagian primer.







Sebagai standarisasi besaran tegangan sekunder (100, 100/√3, 110/√3 dan 110 volt) untuk keperluan peralatan sisi sekunder.







Memiliki 2 kelas, yaitu kelas proteksi (3P, 6P) dan kelas pengukuran (0,1; 0,2; 0,5; 1;3).



c. Jenis Trafo Tegangan



Trafo tegangan magnetik (Magnetik Voltage Transformer / VT) Disebut juga Trafo tegangan induktif. Terdiri dari belitan primer dan sekunder pada inti besi yang prinsip kerjanya belitan primer menginduksikan tegangan kebelitan sekundernya.



Trafo tegangan kapasitif (Capasitive Voltage Transformer / CVT) Trafo tegangan ini terdiri dari dua bagian yaitu Capacitive Voltage ivider (CVD) dan inductive Intermediate Voltage Transformer (IVT). VD merupakan rangkaian seri 2 (dua) kapasitor atau lebih yang berfungsi sebagai pembagi tegangan dari tegangan tinggi ke tegangan rendah pada primer, selanjutnya tegangan pada satu kapasitor ditransformasikan oleh VT menjadi teganggan sekunder.



DAFTAR PUSTAKA 



http://ichsandi.blogspot.co.id/2010/04/transformator-instrument-berfungsi.html







http://www.bloglistrik.com/2016/09/trafo-tegangan-pt.html







https://trafoinstrumentasi.com/2015/06/21/bahan-dan-konstruksi-trafo-arus/