Pertemuan ke : 4 Bab. III
Pokok bahasan : Peralatan input relay Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa mengetahui macam-macam trafo tegangan, dan trafo arus terutama yang digunakan pada relay proteksi Sub Pokok Bahasan : 1. Trafo Tegangan 2. Trafo Tegangan Magnetik 3. Trafo Pembagi Tegangan Kapasitip 4. Trafo Arus 5. Prinsip kerja Trafo Arus 6. Trafo Arus untuk proteksi
Pengantar
Mengulas materi pada pertemuan sebelumnya dalam bentuk tanya jawab. Menayakan jenis-jenis relay proteksi dan pripsip kerjanya. Membahas soal-soal yang diberikan terutama. pada perhitungan setting arus relay.
1.
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.
2. 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
K
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
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
VT n
VS n Va b
a
VR n 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.
3. Trafo Pembagi Tegangan Kapasitip Trafo pembagi tegangan kapasitip dipakai untuk keperluan pengukuran tegangan tinggi, sebagai pembawa sinyal komonikasi dan kendali jarak jauh. Tegangan yang diukur dalam orde ratusan kilovolt, oleh pembagi tegangan kapasitor tegangan primer trafo menengah diturunkan menjadi orde puluhan kilovolt, umumnya 5,10,15 dan 20 kV. Kemudian dengan bantuan trafo magnetik tegangan primer tersebut diturunkan menjadi tegangan sekunder standar 100 atau 100√3 Volt
Rangkaian Ekivalen Trafo Tegangan Kapasitif
C1 Jika VLN dan semua impedansi rangkaian diketahui, maka tegangan V2’ dapat dihitung. Selanjutnya V2 dapat dihitung dengan persamaan : V2 ‘ = at . V2
dan galat rasio trafo tegangan kapasitip :
γ=
a p −k p kp
×100 %
di mana :
kp
VLN = V2
= faktor transformasi tegangan aktual sistem pengukuran
at = faktor transformasi trafo penengah ap= faktor transformasi sisem pengukuran
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 :
N1 I1 = N 2 I 2
atau
I1 N = 2 I2 N1
Gambar Rangkaian Ekivalen Trafo Arus :
I1/k
Keterangan : Tegangan terminal sekunder (V2 ) tergantung pada ipedansi peralatan (Z2 ) yang bisa berupa alat ukur / relay, sehingga dapat ditulis persamaan :
V2 = I 2 Z 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 Z 2 = I 2 Z i atau
E2 = I 2 ( Z 2 + Z i )
Dalam prakteknya trafo arus selalu mengandung arus beban nol (I0), arus ini menimbulkan fluks (Φ) yang dibutuhkan untuk membangkitkan gaya gerak listrik E2 :
E2 = 4,44 fN 2φ = 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 :
N1 I 0 = N1 I1 = N 2 I 2
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
Ketelitian berbagai trafo arus untuk proteksi diberikan pada tabel berikut : No.
Penggunaan
Kelas
1
Relay arus lebih reaksi cepat (Instantaneous over current relay)
15 P
2
Relay arus lebih, karakteristik arus terbalik, dan waktu tunda minimum tertentu (Inverse and definite minimum time lag)
10 P
3
Relay 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 fasafasa dan peningkatan waktu yang teliti
4
Relay arus tanah yang membutuhkan stabilitas pada saat terjadi gangguan fasafasa dan peningkatan waktu yang teliti
5
Relay deferensial dan relay jarak
10 P atau 15 P
5P
5P dan 10 P
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 pembagi tegangan kapasitip diperlukan untuk menurunkan tegangan sekunder jaringan tegangan tinggi dari ratusan kilovolt menjadi puluhan kilovolt, kemudian untuk mendapatkan tegangan sekunder standar 100 volt atau 100√3 Volt diperlukan trafo magnetik. 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-soal 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. Jelaskan prinsip kerja trafo arus ? 7. Sebutkan perbedaan trafo arus dengan trafo daya ? 8. Sebutkan dan jelaskan tanda untuk kelas trafo arus ?
