Pengertian Tranformator

TRANSFORMATOR ARUS


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:

Untuk trafo yang dihubung singkat  :  
Untuk trafo pada kondisi tidak berbeban:
   
Dimana  
    ,
     sehingga ,
     jumlah lilitan primer, dan
     jumlah lilitan sekunder.
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.

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  
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.
Penggunaan trafo arus pengukuran untuk Amperemeter, Watt-meter, VARh-meter, dan cos ϕ 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
                                 
Trafo arus untuk pengukuran dirancang supaya lebih cepat jenuh dibandingkan trafo arus proteksi sehingga konstruksinya mempunyai luas penampang inti yang lebih kecil

Jenis Trafo Arus

Jenis trafo arus menurut tipe kontruksi dan pasangannya.


Tipe Konstruksi

Tipe cincin (ring / window type)
Tipe cor-coran cast resin (mounded cast resin type)
Tipe tangki minyak (oil tank type)
Tipe trafo arus bushing


Tipe Pasangan.
Pasangan dalam  (indoor)
Pasangan luar  (outdoor)
Jenis trafo arus berdasarkan konstruksi belitan primer:
Sisi primer batang (bar primary) dan

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


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.


        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
Penandaan primer: P1-P2
Penandaan sekunder inti ke-1: 1S1-1S2 (untuk pengukuran)
Penandaan sekunder inti ke-2: 2S1-2S2 (untuk relai arus lebih)


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

       
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
Primer seri
                Contoh: CT 800 – 1600 / 1 A
                Untuk hubungan primer seri, maka didapat rasio CT
                800 / 1 A,

Primer paralel
                Contoh: CT dengan rasio 800 – 1600 / 1 A
                Untuk hubungan primer paralel, maka didapat rasio CT
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
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.

                                             


Komponen Trafo Arus
Tipe cincin (ring / window type)  dan Tipe cor-coran cast resin (mounded cast resin type)


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

                                 

Komponen Trafo arus tipe tangki
Bagian atas Trafo arus (transformator head).
Peredam perlawanan pemuaian minyak (oil resistant expansion bellows).
Terminal utama (primary terminal).
Penjepit (clamps).                            
Inti kumparan dengan belitan berisolasi utama (core and coil assembly with primary winding and main  insulation).
Inti dengan kumparan sekunder (core with secondary windings).
Tangki (tank).
Tempat terminal (terminal box).
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.


PEMELIHARAAN TRAFO DISTRIBUSI

1. Pemeriksaan Nameplate Trafo
Sebelum pekerjaan pemeliharaan trafo dilaksanakan, prosedur pelaksanaan pekerjaan yang pertama dilakukan adalah mendata spesifikasi teknis dari trafo tersebut dengan mengamati (nameplate).

2. Pemeriksaan Secara Visual
Pemeriksaan fisik trafo secara visual meliputi pemeriksaan sebagai berikut :
1. Pemeriksaan kondisi tangki dari kebocoran atau akibat dari benturan.
2. Pemeriksaan kondisi baut-baut pengikat di bushing.
3. Pemeriksaan kondisi bushing primer atau sekunder.
4. Pemeriksaan valve tekanan udara.
5. Pemeriksaan thermometer.
6. Pemeriksaan kondisi tap charger/sadapan.

3. Pengukuran Nilai Tahanan Isolasi
            Setelah pemeriksaan secara visual dilakukan, maka selanjutnya dilakukan pemeriksaan/pengukuran nilai tahanan isolasi trafo dengan menggunakan megger (primer-body, sekunder-body dan primer-sekunder), sehingga dapat dipastikan jenis kerusakan dan bagian mana dari trafo yang mengalami kerusakan.

Dengan melakukan perawatan secara berkala dan pemantauan kondisi transformator pada saat beroperasi akan banyak keuntungan yang didapat, antara lain:
• Meningkatkan keandalan dari transformator tersebut.
• Memperpanjang masa pakai.
• Jika masa pakai lebih panjang, maka secara otomatis akan dapat menghemat biaya penggantian
   Unit trafo.

Adapun langkah-langkah perawatan dari transformator, antara lain adalah:
• Pemeriksaan berkala kualitas minyak isolasi.
• Pemeriksaan/pengamatan berkala secara langsung (Visual Inspection)
• Pemeriksaan-pemeriksaan secara teliti (overhauls) yang terjadwal.

Komponen-Komponen Utama Transformator

untuk lebih jelasnya anda dapat membaca artikel sebelumnya, "Komponen-Komponen Transformator", tapi saya tampilkan sedikit mengenai komponen utamanya saja, yaitu:
• On-load tap changer (OLTC)
• Bushing
• Insulator / penyekat
• Gasket
• Sistem saringan / filter minyak isolasi

• Peralatan proteksi:
– Valves atau katup-katup
– relay
– Alat-alat ukur dan indikator-indikator

Pemeriksaan Kondisi Transformator Saat Beroperasi

Pada saat transformator beroperasi ada beberapa pemeriksaan dan analisa yang harus dilakukan, antara lain:

1. Pemeriksaan dan analisa minyak isolasi transformator, meliputi:
– Tegangan tembus (breakdown voltage)
– Analisa gas terlarut (dissolved gas analysis, DGA)
– Analisa minyak isolasi secara menyeluruh (sekali setiap 10 tahun)

• Pemeriksaan dan analisa kandungan gas terlarut (Dissolved gas analysis, DGA), untuk    
   mencegah terjadinya:(partial) discharges, Kegagalan thermal (thermal faults), Deteriorasi /  
   pemburukan kertas isolasi/laminasi.

• Pemeriksaan dan analisa minyak isolasi secara menyeluruh, meliputi: power factor (cf. Tan δ),
   kandungan air (water content), neutralisation number, interfacial tension, furfural analysis dan
   kandungan katalisator negatif (inhibitor content)

2. Pengamatan dan Pemeriksaan Langsung (Visual inspections)
– Kondisi fisik transformator secara menyeluruh.
– Alat-alat ukur, relay, saringan/filter dll.
– Pemeriksaan dengan menggunakan sinar infra-merah (infrared monitoring) setiap 2 tahun
   sekali.


Tindakan yang harus dilakukan pada saat Pemeriksaan Teliti (Overhaul)

1. Perawatan dan pemeriksaan ringan (Minor overhaul), setiap 3 atau 6 tahun.
– on-load tap changers
– oil filtering dan vacuum treatment
– relays dan auxiliary devices.

2. Perawatan dan pemeriksaan teliti (Major overhaul)
– Secara teknis setidaknya 1 kali selama masa pakai.
– pembersihan, pengencangan kembali dan pengeringan.

3. Analisa kimia
– analisa kertas penyekat/laminasi (sekali setiap 10 tahun)

4. Pengujian listrik (Electrical Test) untuk peralatan;
– power transformer
– bushing primer dan sekunder
– Transformator ukur (measurement transformator)
– breaker capacitors

Pengujian listrik (electrical test) dilakukan setidaknya setiap 6 - 9 tahun. Pengujian yang dilakukan meliputi;
a. Doble measurements
b. PD-measurement
c. Frequency Responce Analysis, FRA
d. voltage tests




4.3 Proses Kerja Transformator
Komponen Transformator (trafo)
            Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Prinsip Kerja Transformator
            Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).
Pada skema transformator di samping, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya.

Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan:
Vp=Np
Vs  Ns

Vp = tegangan primer (volt)
Vs = tegangan sekunder (volt)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder
Simbol Transformator
Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu:
Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).
Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:
Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).
Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).
Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,

Penggunaan Transformator
            Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.