TRAFO INSTRUMEN PDF

Preview

Summary

TRANSFORMATOR INSTRUMEN Oleh : Ir. Muktar, M.T. POLITEKNIK NEGERI JAKARTA Jl. Prof. Dr. G.A Siwabessy, Jawa Barat 16242 (021) 7270036 Generator Step Up Transformer Substation Step-Down Transformer • Transformator (trafo) instrumen berguna untuk pengukuran besaran AC di stasiun (pusat) pembangkit, st...

Description

TRANSFORMATOR INSTRUMEN Oleh : Ir. Muktar, M.T.

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA Jl. Prof. Dr. G.A Siwabessy, Jawa Barat 16242 (021) 7270036

Generator Step Up Transformer

Substation Step-Down Transformer

• Transformator (trafo) instrumen berguna untuk pengukuran besaran AC di stasiun (pusat) pembangkit, stasiun trafo, serta saluran transmisi energi, bersama dengan instrumen pengukuran AC (voltmeter, amperemeter, wattmeter, VARmeter dan sebagainya). • Trafo instrumen diklasifikasikan menurut penggunaannya yakni: – Trafo arus (CT, current transformer) dan – Trafo potensial/ tegangan (PT, potential transformer).

Contoh: Substasiun (Gardu Induk, GI) Tegangan 69 kV

• Trafo instrumen melakukan dua fungsi penting: – memberbesar rentang pengukuran bagi instrumen pengukuran AC, sebagaimana resistans paralel atau pengali yang memperluas rentang pengukuran pada meteran DC; – kedua, mengisolasi instrumen pengukuran yang digunakan dari rangkaian saluran daya tegangan tinggi.

Urgensi Pengisolasian Instrumen • Sistem energi biasanya beroperasi dlm arus dan tegangan orde kilo/ ratusan kilo Ampere/ Volt.  Faktor kepraktisan pengisolasian tegangan;  Faktor ekonomis;  Faktor keselamatan manusia;

• Instrumen pengukuran yang bekerja dengan arus yang relatif kecil, dapat dipastikan berbiaya yang lebih rendah dibanding dengan yang bekerja dengan arus yang besar..

Gambar/ Foto CT

600V 2000A

12-40KV 2500A

36-550KV 4000A 5-25KV 4000A

Gambar/ Foto PT

Dua divais yang akan menggunakan output trafo instrumen: • Instrumen (ammeter, voltmeter dll.); • Relai proteksi (relai arus-lebih, relai jarak dll.)

Koneksi CT dg Relai Proteksi

Trafo Potensial • PT digunakan untuk mentransformasikan tegangan tinggi saluran daya ke tegangan rendah yang sesuai dengan kebutuhan voltmeter AC atau koil tegangan wattmeter AC dan relai proteksi. • Nilai tegangan pada sisi sekunder trafo tegangan, baiasanya 120 V. Sementara tegangan sisi primernya, biasanya terstandarisasi yang mencakup: 2400 V, 4160 V, 13,8 kV, 44 kV, 66 kV dan 220 kV.

• PT didesain untuk mampu “memikul” beban (burden) tertentu pada sisi sekundernya. Kapasitas burden yang berbeda, tersedia untuk trafo yang berbeda; • Kapasitas yang umum adalah 200 VA pada frekuensi 60 Hz. Untuk tegangan 2400/120 V.

Trafo Arus • Trafo arus kadangkala mempunyai rangkaian primer dan selalu mempunyai rangkaian sekunder. • Jika ada rangkaian primernya, mempunyai sejumlah kecil lilitan.

maka

ia

• Dalam banyak kasus, belitan primer hanya terdiri dari satu lilitan atau konduktor tunggal yang terhubung seri dengan beban sistem, yakni yang akan diukur arusnya. • Belitan sekunder mempunyai jumlah lilitan yang besar dan terhubung ke meteran atau relai proteksi (protection relay).

• Sering kali belitan sekunder CT hanya berupa konduktor tunggal yang melalui inti trafo. • CT demikian disebut bar-type CT. • Belitan sekunder CT biasanya didesain untuk mengirimkan arus sebesar 5 A. • Suatu CT bar-type dengan rasio 800/5-A berarti: saat ia membawa arus 800 A di belitan primernya, maka akan ada arus sebesar 5 A pada belitan sekundernya dan ia mempunyai 160 jumlah lilitan pada belitan sekundernya.

• Belitan primer CT dihubungkan langsung ke rangkaian beban sistem. • Ketika belitan sekunder terbuka (opencircuit), tegangan yang dibangkitkan pada belitan sekunder bisa jadi sangat tinggi (karena rasio step-up) dan dapat dengan mudah menembus (mem-breakdown) isolator antara belitan sekunder. • Belitan sekunder CT “harus” karena itu selalu dihubung-singkat (short-circuit), atau dihubungkan ke meteran atau relai proteksi.

• Jadi suatu CT, jangan pernah dibiarkan dalam kondisi belitan sekunder terbuka, di saat belitan primernya membawa arus; ia harus selalu ditutup melalui meteran arus, koil relai, koil wattmeter, atau dihubungsingkat langsung. • Kelalaian kita dalam hal tersebut bisa menyebabkan “bahaya” serius kepada peralatan atau orang yang mengoperasikannya.

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 sekunder trafo tegangan.

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

K2 H2 K2

K1 H1 E1

• 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

a. Satu Kutub

b. Dua Kutub

• 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

VTn a

VSn Vab

VRn b

Keterangan : Selama oprasi normal , tidak ada tegangan pada terminal a – b (Vab=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 Vn.Tegangan pada terminal a – b sama dengan resutan tegangan sekunder trafo S dan T, yang besarnya tiga kali harga tegangan fasa kenetral (3Vn). Tegangan ini memicu relay gangguan tanah. Tegangan pengenal belitan gangguan tanah biasanya dipilih sedemikian sehingga saat ganguan tanah Vab mencapai harga yang sama dengan tegangan sekunder fasa ke tanah.

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)

Voltmeter

5

Wattmeter

5

PF- Meter

5

Perekam Tegangan

5

Frekuensi Meter

7,5

Meter / Relay

Konsumsi (VA)

KWH&KVARHmeter

7,5

Perekam PFmeter

7,5

Perekam Daya

7,5

Sinkronoskop

15

Relay

8 - 70

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.I1. 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 :

N1I1  N2I2

atau

I I

1 2



N N

2 1

Gambar Rangkaian Ekivalen Trafo Arus : Zi

I1/k

I2 I0 Z0 E2

V2

Z2

Keterangan : Tegangan terminal sekunder (V2 ) tergantung pada ipedansi peralatan (Z2 ) yang bisa berupa alat ukur / relay, sehingga dapat ditulis persamaan :

V2  I2Z 2

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 :

E2 V2  E2  I 2 Z2  I 2Zi

atau

E2  I2 Z2  Zi 

Dalam prakteknya trafo arus selalu mengandung arus beban nol (I0), arus ini menimbulkan fluks (Φ) yang dibutuhkan untuk membangkitkan gaya gerak listrik E2 :

E 2  4 , 44 fN 2   4 , 44 fN 2 AB

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 :

N1I0  N1I1  N2 I2

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

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 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 JAWABAN DIEMAIL SEBELUM JAM 9 PM 1. Untuk keperluan apa trafo tegangan yang anda ketahui dan sebutkan jenis dari trafo tegangan tersebut ? 2. Sebutkan perbedaan antara trafo tegangan dengan trafo daya ? 3. Gambarkan trafo tegangan satu kutub dan dua kutub ? 4. Gambarkan rangkaian belitan tambahan pada trafo tegangan satu kutub yang dipakai untuk mendeteksi arus gangguan tanah ? 5. Gambarkan rangkaian ekivalen dari trafo tegangan kapasitip dan berikan persamaan matematisnya ? 6. Gambarkan dan jelaskan koneksi CT dan relai proteksi. 7. Sebutkan perbedaan trafo arus dengan trafo daya ? 8. Sebutkan dan jelaskan tanda untuk kelas trafo arus ?...