makalah TRANSFORMATOR

TRANSFORMATOR

1.1 Latar Belakang

Transformator merupakan suatu alat listrik yang termasuk ke dalam klasifikasi mesin listrik static yang berfungsi menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah dan sebaliknya. Atau dapat juga diartikan mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet. Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.

Transformator Arus Adalah trafo yang digunakan untuk mengambil input data masukan berupa besaran arus dengan cara perbandingan belitan pada belitan primer atau sekunder. Trafo ini biasa digunakan untuk pengukuran tak langsung beban arus yang mengalir ke pelanggan kemudian membatasinya. Selain itu bisa juga besaran arusnya diambil sebagai input data masukan peralatan pengaman jaringan.

1.2 Rumusan Masalah

Dalam makalah ini penulis membatasi tentang Prinsip kerja, pengoperasian Transformator Arus (CT) dan pemeliharaannya secara umum dan tidak membahas mengenai perhitungan dalam trafo arus baik itu perhitungan burden dan perhitungan dalam pengujian trafo arus.

1.3 Tujuan

Tujuan makalah ini adalah untuk mengetahui pemakaian dan pemeliharaan transformator arus beserta pengertian transformator arus serta sistem kerjanya  dan untuk persyaratan matakuliah yang diambil.

DASAR TEORI

2.1. Teori Trafo

Transformator merupakan suatu alat listrik yang termasuk ke dalam klasifikasi mesin listrik static yang berfungsi menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah dan sebaliknya. Atau dapat juga diartikan mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet. Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.

Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga listrik memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan, misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.

Dasar teori dari transformator adalah apabila ada arus listrik bolak-balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnet dan apabila magnet tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda tegangan mengelilingi magnet, sehingga akan timbul Gaya Gerak Listrik (GGL).

2.2. Jenis-jenis Trafo dan Penggunaannya

Ada beberapa jenis trafo yang dikenal dan digunakan secara luas di masyarakat, diantaranya adalah :

1. Trafo Daya

Adalah trafo yang biasa digunakan di GI baik itu GI baik itu GI Pembangkit dan GI Distribusi dimana trafo tersebut memiliki kapasitas daya yang besar. Di GI Pembangkit, trafo digunakan untuk menaikkan tegangan ke tegangan transmisi/tinggi (150/500kV). Sedangkan di GI Distribusi, trafo digunakan untuk menurunkan tegangan transmisi ke tegangan primer/menengah (11,6/20kV).

Gambar 2.1 Trafo Daya

2. Trafo Distribusi

Adalah trafo yang digunakan untuk menurunkan tegangan menengah (11,6/20kV) menjadi tegangan rendah (220/380V). Trafo ini tersebar luas di lingkungan masyarakat dan mudah mengenalinya karena biasa dicantol di tiang. Oleh karena itu, biasa juga disebut dengan    gardu cantol. Dalam tulisan ini, penulis hanya membahas tentang trafo ini saja.

Gambar 2.2 Trafo Distribusi 3 fasa

3. Trafo Tegangan (Potensial Trafo)

Adalah trafo yang digunakan untuk mengambil input data masukan berupa besaran tegangan dengan cara perbandingan belitan pada belitan primer atau sekunder. Trafo ini biasa digunakan untuk pengukuran tak langsung beban yang mengalir ke pelanggan kemudian membatasinya. Selain itu bisa juga besaran tegangannya diambil sebagai input data masukan peralatan pengaman jaringan.

Gambar 2.3 Trafo Tegangan

4. Trafo Arus (Current Trafo)

Adalah trafo yang digunakan untuk mengambil input data masukan berupa besaran arus dengan cara perbandingan belitan pada belitan primer atau sekunder. Trafo ini biasa digunakan untuk pengukuran tak langsung beban arus yang mengalir ke pelanggan kemudian membatasinya. Selain itu bisa juga besaran arusnya diambil sebagai input data masukan peralatan pengaman jaringan.

Gambar 2.4 Trafo arus

2.3  Pengertian Trafo Arus

Trafo Arus (Current Transformator) yaitu peralatan yang digunakan untuk melakukan pengukuran besaran arus pada intalasi tenaga listrik disisi primer (TET, TT dan TM) yang berskala besar dengan melakukan transformasi dari besaran arus yang besar menjadi besaran arus yang kecil secara akurat dan teliti untuk keperluan pengukuran dan proteksi.

2.4  Fungsi Trafo Arus

     Fungsi dari trafo arus adalah:

-          Mengkonversi besaran arus pada sistem tenaga listrik dari besaran primer menjadi besaran sekunder untuk keperluan pengukuran sistem metering dan proteksi

-          Mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer, sebagai pengamanan terhadap manusia atau operator yang melakukan pengukuran.

-          Standarisasi besaran sekunder, untuk arus nominal 1 Amp dan 5 Amp

Secara fungsi trafo arus dibedakan menjadi dua yaitu:

a). Trafo arus pengukuran           

o   Trafo arus pengukuran untuk metering memiliki ketelitian tinggi pada daerah kerja (daerah pengenalnya) 5% - 120% arus nominalnya tergantung dari kelasnya dan tingkat kejenuhan yang relatif rendah dibandingkan trafo arus untuk proteksi.

o   Penggunaan trafo arus pengukuran untuk Amperemeter, Watt-meter, VARh-meter, dan cos j meter.

b). Trafo arus proteksi

·         Trafo arus untuk proteksi, memiliki ketelitian tinggi pada saat terjadi gangguan dimana arus yang mengalir beberapa kali dari arus pengenalnya dan tingkat kejenuhan cukup tinggi.

·         Penggunaan trafo arus proteksi untuk relai arus lebih (OCR dan GFR), relai beban lebih, relai diferensial, relai daya dan relai jarak.

Perbedaan mendasar trafo arus pengukuran dan proteksi adalah pada titik  saturasinya seperti pada kurva saturasi dibawah

2.5 Penyebab Gangguan Trafo

1. Tegangan Lebih Akibat Petir

Gangguan ini terjadi akibat sambaran petir yang mengenai kawat phasa, sehingga menimbulkan gelombang berjalan yang merambat melalui kawat phasa tersebut dan menimbulkan gangguan pada trafo. Hal ini dapat terjadi karena arrester yang terpasang tidak berfungsi dengan baik, akibat kerusakan peralatan/pentanahan yang tidak ada. Pada kondisi normal, arrester akan mengalirkan arus bertegangan lebih yang muncul akibat sambaran petir ke tanah. Tetapi apabila terjadi kerusakan pada arrester, arus petir tersebut tidak akan dialirkan ke tanah oleh arrester sehingga mengalir ke trafo. Jika tegangan lebih tersebut lebih besar dari kemampuan isolasi trafo, maka tegangan lebih tersebut akan merusak lilitan trafo dan mengakibatkan hubungan singkat antar lilitan.

2. Overload dan Beban Tidak Seimbang

Overload terjadi karena beban yang terpasang pada trafo melebihi kapasitas maksimum yang dapat dipikul trafo dimana arus beban melebihi arus beban penuh (full load) dari trafo.

Overload akan menyebabkan trafo menjadi panas dan kawat tidak sanggup lagi menahan beban, sehingga timbul panas yang menyebabkan naiknya suhu lilitan tersebut. Kenaikan ini menyebabkan rusaknya isolasi lilitan pada kumparan trafo.

3. Loss Contact Pada Terminal Bushing

Gangguan ini terjadi pada bushing trafo yang disebabkan terdapat kelonggaran pada hubungan kawat phasa (kabel schoen) dengan terminal bushing. Hal ini mengakibatkan tidak stabilnya aliran listrik yang diterima oleh trafo distribusi dan dapat juga menimbulkan panas yang dapat menyebabkan kerusakan belitan trafo.

4. Isolator Bocor/Bushing Pecah

Gangguan akibat isolator bocor/bushing pecah dapat disebabkan oleh :

a) Flash Over

Flash Over dapat terjadi apabila muncul tegangan lebih pada jaringan distribusi seperti pada saat terjadi sambaran petir/surja hubung. Bila besar surja tegangan yang timbul menyamai atau melebihi ketahanan impuls isolator, maka kemungkinan akan terjadi flash over pada bushing. Pada system 20 KV, ketahanan impuls isolator adalah 160 kV. Flash over menyebabkan loncatan busur api antara konduktor dengan bodi trafo sehingga mengakibatkan hubungan singkat phasa ke tanah.

b) Bushing Kotor

Kotoran pada permukaan bushing dapat menyebabkan terbentuknya lapisan penghantar di permukaan bushing. Kotoran ini dapat mengakibatkan jalannya arus melalui permukaan bushing sehingga mencapai body trafo. Umumnya kotoran ini tidak menjadi penghantar sampai endapan kotoran tersebut basah karena hujan/embun.

5. Kegagalan Isolasi Minyak Trafo/Packing Bocor

Kegagalan isolasi minyak trafo dapat terjadi akibat penurunan kualitas minyak trafo sehingga kekuatan dielektrisnya menurun. Hal ini disebabkan oleh :

1. Packing bocor, sehingga air masuk dan volume minyak trafo berkurang.

2. Karena umur minyak trafo sudah tua.

TRANSFORMATOR ARUS

3.1  Pengertian Trafo Arus

Trafo Arus (Current Transformator) yaitu peralatan yang digunakan untuk melakukan pengukuran besaran arus pada intalasi tenaga listrik disisi primer (TET, TT dan TM) yang berskala besar dengan melakukan transformasi dari besaran arus yang besar menjadi besaran arus yang kecil secara akurat dan teliti untuk keperluan pengukuran dan proteksi.

          Prinsip kerja trafo arus adalah sebagai berikut:

P1

P2

S2

S1

I2

I1

N1

N2

Gambar 1.1. Rangkaian pada Trafo Arus

Untuk trafo yang dihubung singkat  :  

Untuk trafo pada kondisi tidak berbeban:

                 

Dimana    

                  ,

                   sehingga ,

                   jumlah lilitan primer, dan

                   jumlah lilitan sekunder.

Rangkaian Ekivalen

E2

I2

U1

I2·Zb = U2

I0

I1Z1

I2Z2

Gambar 1.2. Rangkaian Ekivalen

Tegangan induksi pada sisi sekunder adalah

                    Volt

Tegangan jepit rangkaian sekunder adalah

                    Volt

                    Volt

Dalam aplikasinya harus dipenuhi

Dimana:             kerapatan fluksi (tesla)

                          luas penampang (m²)

                          frekuensi (Hz)

                        jumlah lilitan sekunder

                         tegangan sisi primer

                        tegangan sisi sekunder

                        impedansi/tahanan beban trafo arus

                   impedansi/tahanan kawat dari terminasi CT ke instrumen

                      impedansi/tahanan internal instrumen, misalnya relai proteksi atau peralatan meter.

Diagram Fasor Arus dan Tegangan pada Trafo Arus (CT)

Ø

Im

IO

IO

I1

I2

U2

E

U1

I1 Z1

I2 Z2

Gambar 1.3. Diagram Fasor Arus dan Tegangan  pada Trafo Arus

3.2  Fungsi Trafo Arus

     Fungsi dari trafo arus adalah:

-          Mengkonversi besaran arus pada sistem tenaga listrik dari besaran primer menjadi besaran sekunder untuk keperluan pengukuran sistem metering dan proteksi

-          Mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer, sebagai pengamanan terhadap manusia atau operator yang melakukan pengukuran.

-          Standarisasi besaran sekunder, untuk arus nominal 1 Amp dan 5 Amp

Secara fungsi trafo arus dibedakan menjadi dua yaitu:

a). Trafo arus pengukuran           

o   Trafo arus pengukuran untuk metering memiliki ketelitian tinggi pada daerah kerja (daerah pengenalnya) 5% - 120% arus nominalnya tergantung dari kelasnya dan tingkat kejenuhan yang relatif rendah dibandingkan trafo arus untuk proteksi.

o   Penggunaan trafo arus pengukuran untuk Amperemeter, Watt-meter, VARh-meter, dan cos j meter.

b). Trafo arus proteksi

·         Trafo arus untuk proteksi, memiliki ketelitian tinggi pada saat terjadi gangguan dimana arus yang mengalir beberapa kali dari arus pengenalnya dan tingkat kejenuhan cukup tinggi.

·         Penggunaan trafo arus proteksi untuk relai arus lebih (OCR dan GFR), relai beban lebih, relai diferensial, relai daya dan relai jarak.

·         Perbedaan mendasar trafo arus pengukuran dan proteksi adalah pada titik  saturasinya seperti pada kurva saturasi dibawah (Gambar 4).

pengukuran

V

I

proteksi

Gambar  1.4. Kurva kejenuhan CT untuk Pengukuran dan Proteksi

                                

-          Trafo arus untuk pengukuran dirancang supaya lebih cepat jenuh dibandingkan trafo arus proteksi sehingga konstruksinya mempunyai luas penampang inti yang lebih kecil (Gambar 5).

A2

CT Proteksi

A1

CT Pengukuran

Gambar 1.5. Luas Penampang Inti Trafo Arus

3.3  Jenis Trafo Arus

Jenis trafo arus menurut tipe kontruksi dan pasangannya.

·           Tipe Konstruksi

§   Tipe cincin (ring / window type) Gbr. 1a dan 1b.

§   Tipe cor-coran cast resin (mounded cast resin type) Gbr. 2.

§   Tipe tangki minyak (oil tank type) Gbr. 3.

§   Tipe trafo arus bushing

·           Tipe Pasangan.

§  Pasangan dalam  (indoor)

§  Pasangan luar  (outdoor)

Jenis trafo arus berdasarkan konstruksi belitan primer:

o  Sisi primer batang (bar primary) dan

Gambar 1.6. Bar Primary

o   Sisi tipe lilitan (wound primary).

Gambar 1.7 Wound Primary

Jenis trafo arus berdasarkan konstruksi jenis inti

·      Trafo arus dengan inti besi

Trafo arus dengan inti besi adalah trafo arus yang umum digunakan, pada arus yang kecil (jauh dibawah nilai nominal) terdapat kecenderungan kesalahan dan pada arus yang besar (beberapa kali nilai nominal) trafo arus akan mengalami saturasi.

·      Trafo arus tanpa inti besi

Trafo arus tanpa inti besi tidak memiliki saturasi dan rugi histerisis, transformasi dari besaran primer ke besaran sekunder adalah linier di seluruh jangkauan pengukuran, contohnya adalah koil rogowski (coil rogowski)

          

           Jenis trafo arus berdasarkan jenis isolasi

Berdasarkan jenis isolasinya, trafo arus dibagi menjadi dua kelompok, yaitu:

o   Trafo arus kering

Trafo arus kering biasanya digunakan pada tegangan rendah, umumnya digunakan pada pasangan dalam ruangan (indoor).

o   Trafo arus Cast Resin

Trafo arus ini biasanya digunakan pada tegangan menengah, umumnya digunakan pada pasangan dalam ruangan (indoor), misalnya trafo arus tipe cincin yang digunakan pada kubikel penyulang 20 kV.

o   Trafo arus isolasi minyak

Trafo arus isolasi minyak banyak digunakan pada pengukuran arus tegangan tinggi, umumnya digunakan pada pasangan di luar ruangan (outdoor) misalkan trafo arus tipe bushing yang digunakan pada pengukuran arus penghantar tegangan 70 kV dan 150 kV.

o   Trafo arus isolasi SF6 / Compound

Trafo arus ini banyak digunakan pada pengukuran arus tegangan tinggi, umumnya digunakan pada pasangan di luar ruangan (outdoor) misalkan trafo arus tipe top-core.

Jenis trafo arus berdasarkan pemasangan

Berdasarkan lokasi pemasangannya, trafo arus dibagi menjadi dua kelompok, yaitu:

o   Trafo arus pemasangan luar ruangan (outdoor)

Trafo arus pemasangan luar ruangan memiliki konstruksi fisik yang kokoh, isolasi yang baik, biasanya menggunakan isolasi minyak untuk rangkaian elektrik internal dan bahan keramik/porcelain untuk isolator ekternal.

Gambar 1.8. Trafo Arus Pemasangan Luar Ruangan

o    Trafo arus pemasangan dalam ruangan (indoor)

Trafo arus pemasangan dalam ruangan biasanya memiliki ukuran yang lebih kecil dari pada trafo arus pemasangan luar ruangan, menggunakan isolator dari bahan resin.

Gambar 1.9 Trafo Arus Pemasangan Dalam Ruangan

            Jenis Trafo arus berdasarkan jumlah inti pada sekunder

–      Trafo arus dengan inti tunggal

Contoh: 150 – 300 / 5 A, 200 – 400 / 5 A, atau 300 – 600 / 1 A.                      

–      Trafo arus dengan inti banyak

Trafo arus dengan inti banyak dirancang untuk berbagai keperluan yang mempunyai sifat pengunaan yang berbeda dan untuk menghemat tempat.

Contoh:

Trafo arus 2 (dua) inti 150 – 300 / 5 – 5 A (Gambar XX).

Penandaan primer: P₁-P₂

Penandaan sekunder inti ke-1: 1S₁-1S₂ (untuk pengukuran)

Penandaan sekunder inti ke-2: 2S₁-2S₂ (untuk relai arus lebih)

P1

P2

1S1

1S2

2S1

2S2

300/5 A

300/5 A

Gambar 1.10. Trafo Arus dengan 2 Inti

Trafo arus 4 (empat) inti 800 – 1600 / 5 – 5 – 5 – 5 A (Gambar 11).

Penandaan primer: P₁-P₂

Penandaan sekunder inti ke-1: 1S₁-1S₂ (untuk pengukuran)

Penandaan sekunder inti ke-2: 2S₁-2S₂ (untuk relai arus lebih)

Penandaan sekunder inti ke-3: 3S₁-3S₂ (untuk relai jarak)

Penandaan sekunder inti ke-4: 4S₁-4S₂ (untuk proteksi rel)

Trafo arus 4 (empat) inti 800 – 1600 / 5 – 5 – 5 – 5 A

Gambar 1.11: Trafo Arus dengan 4 Inti

1S1

1S2

2S1

2S2

3S1

3S2

4S1

4S2

P1

P2

300/5 A

300/5 A

300/5 A

300/5 A

           

Jenis trafo arus berdasarkan pengenal

Trafo arus memiliki dua pengenal, yaitu pengenal primer dan sekunder.

Pengenal primer yang biasanya dipakai adalah 150, 200, 300, 400, 600, 800,  900, 1000, 1200, 1600, 1800, 2000, 2500, 3000 dan 3600.

Pengenal sekunder yang biasa dipakai adalah 1 dan 5 A.

Berdasarkan pengenalnya, trafo arus dapat dibagi menjadi:

–      Trafo arus dengan dua pengenal primer

o   Primer seri

                                    Contoh: CT 800 – 1600 / 1 A

                                    Untuk hubungan primer seri, maka didapat rasio CT

                                    800 / 1 A, lihat Gambar 12.a. berikut.

Gambar 1.13. Primer Seri CT rasio 800 / 1 A

S1

P1

P2

S2

Gambar 1.12 Primer Paralel CT rasio 1600 / 1 A

P2

P1

S1

S2

o   Primer paralel

                                    Contoh: CT dengan rasio 800 – 1600 / 1 A

                                    Untuk hubungan primer paralel, maka didapat rasio CT

1600   A, lihat Gambar 12.b.

-          Trafo arus multi rasio/sekunder tap

Trafo arus multi rasio memiliki rasio tap yang merupakan kelipatan dari tap yang terkecil, umumnya trafo arus memiliki dua rasio tap, namun ada juga yang memiliki lebih dari dua tap (lihat Gambar 13).

Contoh:

–   Trafo arus dengan dua tap: 300 – 600 / 5 A

    Pada Gambar 13.a., S₁-S₂ = 300 / 5 A, S₁-S₃ = 600 / 5 A.

–   Trafo arus dengan tiga tap: 150 – 300 – 600 / 5 A

    Pada Gambar 13.b., S₁-S₂ = 150 / 5 A, S₁-S₃ = 300 / 5 A, S₁-S₄ = 600 / 5 A.

                                             

P1

S1

P2

S2

S3

Gambar 1.14 CT Sekunder 2 Tap

P1

P2

S1

S2

S3

S4

Gambar 1.15. CT Sekunder 3 Tap

3.4  Komponen Trafo Arus

·         Tipe cincin (ring / window type)  dan Tipe cor-coran cast resin (mounded cast resin type)

Gambar 1.16. CT tipe cincin

Gambar 1.17. Komponen CT tipe cincin

Keterangan

Terminal utama (primary terminal)

Terminal sekunder (secondary terminal).

Kumparan sekunder (secondary winding).

CT tipe cincin dan cor-coran cast resin biasanya digunakan pada kubikel penyulang (tegangan 20 kV dan pemasangan indoor). Jenis isolasi pada CT cincin adalah Cast Resin

·         Tipe Tangki

Gambar 1.18. Komponen CT tipe tangki

                                 

Komponen Trafo arus tipe tangki

1.      Bagian atas Trafo arus (transformator head).

2.      Peredam perlawanan pemuaian minyak (oil resistant expansion bellows).

3.      Terminal utama (primary terminal).

4.      Penjepit (clamps).                            

5.      Inti kumparan dengan belitan berisolasi utama (core and coil assembly with primary winding and main  insulation).

6.      Inti dengan kumparan sekunder (core with secondary windings).

7.      Tangki (tank).

8.      Tempat terminal (terminal box).

9.      Plat untuk pentanahan (earthing plate).

             

Jenis isolasi pada trafo arus tipe tangki adalah minyak. Trafo arus isolasi minyak banyak digunakan pada pengukuran arus tegangan tinggi, umumnya digunakan pada pasangan di luar ruangan (outdoor) misalkan trafo arus tipe bushing yang digunakan pada pengukuran arus penghantar tegangan 70 kV, 150 kV dan 500 kV.

4.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat saya ambil dari penilisan makalah ini adalah sebagai berikut:

1. Trafo arus yang digunakan untuk mengambil input data masukan berupa besaran arus dengan cara perbandingan belitan pada belitan primer atau sekunder.

2. Sebuah trafo arus dikatakan bagus dan baik jika memiliki kekuatan isolasi yang kuat dan baik untuk menahan arus yang besar.

3. Gangguan terjadi akibat sambaran petir yang mengenai kawat phasa, dapat  menimbulkan gelombang berjalan yang merambat melalui kawat phasa tersebut dan menimbulkan gangguan pada trafo

4.2 Saran

1. Untuk menjaga keandalan system maka pada pemeliharaan Transformator Arus (CT) harus dilakukan secara rutin sesuai dengan jadwal yang telah ditemtukan.

2. Fasilitas belajar dipertahankan dan perlu adanya fasilitas pendukung seperti : buku-buku, laboratorium dan computer.

DAFTAR PUSTAKA

 [1]  Agus F. Suyatno, Teknik Listrik Motor & generator Arus Bolak Balik, 1984

  [2] Bakhtiar hasan, system proteksi system tenaga listrik, kuliah teknik elektro IKIP    bandung, 1989.

 [3] Tim Pelatihan Operator Gardu Induk, 2002, Pengantar Teknik Tenaga Listrik, PT PLN (Persero).

 [4] Joko Prakoso, Isna (2010). Laporan Kerja Praktek Transformator Arus dan Pemeliharaannya pada Gardu Induk 150 kV Srondol PT. PLN (PERSERO) P3B JB Region Jawa Tengah dan DIY UPT Semarang. Semarang: Universitas Diponegoro