UNIT I TRAFO INSTRUMEN UNTUK RELAY

I. PENGENALAN

Apabila nilai tegangan atau arus pada rangkaian daya terlalu tinggi untuk

dapat dihubungkan langsung kepada alat ukur ataupun relay, maka kopel

(coupling) harus dilakukan melalui trafo instrumen (instrument transformers).

Trafo instrumen sering juga dinamakan trafo pengukuran (measuring

transformers). Alat ini digunakan untuk mendapatkan suatu reflika yang

diperkecil (a scaled down replica) dari besaran input dengan ketelitian tertentu

menurut keperluan penggunaan. Trafo instrumen juga berfungsi melindungi

personil maupun peralatan dari tegangan tinggi.

Kerja relay pengaman tergantung kepada ketelitian reproduksi yang

diberikan oleh trafo instrumen, bukan saja pada keadaan normal tetapi lebih-lebih

pada keadaan ada gangguan. Selama terjadi pertambahan mendadak pada input

trafo instrumen, misalnya arus hubung singkat subtransien yang besar, adakalanya

trafo instrumen tidak memberikan reproduksi yang tepat. Tetapi tidak semua relay

terpengaruh oleh keadaan ini dalam hal kinerjanya. Sebagai misal, perlindungan

saluran dengan relay arus lebih (terutama dengan relay arus lebuh waktu tetap

atau definite time over current relay), tidak terpengaruh oleh ketelitian trafo arus

dalam keadaan arus hubung singkat yang besar. Sebaliknya jika perlindungan itu

menggunakan relay diferensial maka kinerja pengaman sangat dipengaruhi oleh

ketelitian trafo arus yang digunakan.

Ada dua jenis trafo instrumen, yaitu trafo tegangan (voltage atau potential

transformer) dan trafo arus (current transformer). Trafo tegangan umumnya

dibuat untuk menghasilkan tegangan sekurnder 120 Volt fase ke fase. Dalam

bidang relay pengaman, biasanya tegangan primer dan tegangan sekunder yang

dimaksud oleh data yang tersedia adalah tegangan fase ke fase. Tegangan primer

disediakan menurut standar tegangan yang dianut, karena itu perbandingan

transformasi jarang dipermasalahkan. Trafo arus dibauat dengan bermacam-

macam perbandingan transformasi, biasanya digunakan untuk menghasilkan arus

sekunder 5A atau 1A dalam keadaan maksimum pada saluran daya yang

bersangkutan.

Polaritas trafo instrumen biasanya ditandai (terdapat) pada trafo tersebut,

tetapi andaikata tanda tersebut tidak terbaca dapat dilakukan test (pengujian)

untuk menentukan polaritas tersebut. Tanda polaritas tersebut diperlukan apabila

relay yang bersangkutan harus membandingkan beberapa arus. Jika relay bekerja

berdasarkan besar (magnitude) arus atau tegangan saja, arah atau polaritas tidak

diperlukan.

Perbedaan antara trafo tegangan dan trafo arus yang prinsip adalah dalam

cara pemasangannya di jaringan. Trafo tegangan dihubungkan ke jaringan pada

titik-titik dimana tegangan itu ingin diukur, karena itu pemasangannya sama

dengan trafo daya, hanya saja bentuknya lebih kecil. Trafo arus dipasang seri pada

jaringan: primer dihubungkan ke saluran daya, sekunder melayani burden yang

dipasang seri pada sekundernya. Impedans kumparan primer trafo arus sangat

rendah, dan arus primer bukan dikontrol dengan burden, tetapi arus primer (arus

pada rangkaian daya atau impedans rangkaian daya). Karena itu respons kedua

jenis trafo itu sangat berbeda. Di bawah ini akan dibahas lebih lanjut hal-hal yang

perlu diketahui tentang kedua jenis trafo tersebut, dimulai dari trafo tegangan.

II. TRAFO TEGANGAN

Pada trafo tegangan, diinginkan suatu output tegangan pada sekunder Vs,

yang merupakan replika terskala yang teliti dari tegangan input pada primer, Vp.

Perhatikan diagram fasor pada gambar 1. Agar hal itu tercapai, susut tegagan

pada trafo harus dibuat kecil, kerapatan fluks pada inti dibuat rendah agar berada

pada daerah liniear, sehingga arus pacuan (arus magnetisasi) trafo kecil. Syarat ini

menyebabkan ukuran trafo tegangan menjadi lebih besar daripada trafo daya

dengan rating yang sama. Dengan ukuran yang tidak berlebihan, sebaliknya arus

pacuan tidak akan cukup kecil dibandingkan dengan “rated burden” trafo

sehingga kesalahan (error) trafo praktis lebih besar.

φ

Φ

θ

Gambar 1. Diagram fasor trafo tegangan

Keterangan:

Vp = Primary apphod voltage Ep = Primary induced e.m.f Vs = Secondary output voltage Es = Secondary induced e.m.f. Ф = Flux Ie = Exciting current Im = Magnetizing component Ic = Iron loss component Ө = Phase angle error φ = Secondary burden angle Ip Rp = Primary resistance voltage drop Ip Xp = Primary reactance voltage drop Is Rs = Secondary resistance voltage drop Is Xs = Secondary reactance voltage drop Is = Secondary current Ipl = Load component of primary current Ip = Primary currents

1. Kesalahan

Kenyataan bahwa trafo tegangan tidak dapat dibuat ideal, ditunjukkan

dengan adanya kesalahan (error), yang macamnya ada dua yaitu kesalahan nisbah

(ratio error) dan kesalahan fase (phase error). Kesalahan nisbah didevinisikan

sebagai berikut.

%100.

xV

VVK

p

psn −

dengan Kn adalah nisbah nominal (nominal ratio), sedangkan Vs dan Vp adalah

tegangan sekunder dan tegangan primer yang sesungguhnya.

Kesalahan fase adalah beda fase antara tegangan sekunder yang dibalik,

terhadap tegangan primer, masing-masing sebagai fasor. Nilainya positif, apabila

tegangan sekunder yang dibalik itu mendahului tegangan primer. Pada gambar 1.

besar kesalahan fase trafo tegangan itu adalah 0o

Sesuai dengan standar Inggris, kesalahan nisbah dan kesalahan fase trafo

tegangan untuk pengukuran adalah seperti pada tabel 1.

Tabel 1. Batas kesalahan untuk trafo tegangan

0.9 to 1.1 times rated voltage 0.25 to 1.0 rated burden at unity power factor

Class Voltage error

(per cent) Phase error (minutes)

A B C

± 0.5 ± 1.0 ± 2.0

± 20 ± 30 ± 60

Tabel 2. Tambahan batas kesalahan untuk protective voltage transformer.

0.25 to 1.0 times rated burden at unity power factor 0.05 to 0.9 times rated

primary voltage 1.1 to Vf times rated

primary voltage Class Voltage error

(per cent) Phase error (minutes)

Voltage error (per cent)

Phase error (minutes)

E F

± 3 ± 5

± 120 ± 250

± 3 ± 10

± 120 ± 300

Untuk keperluan proteksi, ketelitian trafo tegangan selama sistem dalam

keadaan terganggu juga diperlukan, selain ketelitian dalam keadaan operasi

normal. Jika sistem mengalami hubung singkat, bagian-bagian sistem di dekat

titik hubung singkat mengalami penurunan tegangan yang besar, dan dalam

keadaan ini trafo tegangan harus dapat bekerja dengan ketelitian yang cukup.

Ketelitian trafo tegangan yang diperlukan untuk proteksi pada bagian bawah

tegangan ditunjukkan pada kolom 2 dan kolom 3 tabel 2.

2. Faktor Tegangan

Nilai Vf pada tabel 2 adalah batas-batas tegangan kerja, dinyatakan dalam

per-unit terhadap tegangan rated. Nilai Vf yang harus digunakan dalam tabel 2

tersebut terdapat dalam tabel 3. Nilai tegangan tersebut diperlukan untuk

mengoperasikan trafo tegangan secara benar, baik ditinjau dari segi ketelititan

maupun dari segi ketahanan trafo pada keadaan tegangan yang lebih dari tegangan

rated.

Tegangan yang lebih tinggi misalnya dijumpai pada waktu sistem yang

pentanahannya tidak solid mengalami hubung singkat fase ke tanah. Dalam

keadaan ini tegangan titik netral bergeser naik, sehingga tegangan fase-fase yang

lain (yang tidak terhubung ke tanah) terhadap tanah juga naik.

Tabel 3. Tegangan maksimum dan lama-berlangsung yang diizinkan

Earthing conditions Voltage factor Vf Duration

Primary Windings System

1.1

1.5

1.9

Not limited

30s

30s or 8 hours

Not-earthed

Earthed

Earthed

Effectively or non evectively earthed Effectively earthed Non effectively earthed

3. Penyalur Sekunder

Trafo tegangan dirancang untuk dapat teliti menghasilkan output pada

terminal-terminal sekundernya. Di atas telah disinggung bahwa ketelitian itu

dicapai antara lain dengan merancang impedans rendah pada kumparan trafo.

Apabila saluran dari trafo ke beban berimpedans tinggi (misalnya karena kawat

terlalu kecil atau terlalu panjang), saluran itu akan menimbulkan susut tegangan

yang besar, sehingga ketelitian tegangan pada titik beban tidak lagi sesuai dengan

ketelitian di terminal trafo.

Apabila beban tidak dapat dipasang berdekatan dengan trafo tegangan cara

yang ditempuh adalah dengan memasang kotak distribusi (distribution box) di

dekat trafo tegangan, dan relay serta alat ukur yang memerlukan tegangan masing-

masing dihubungkan sendiri-sendiri ke kotak distribusi. Tegangan yang diterima

pada relay atau alat ukur lalu dikoreksi dengan susut tegangan pada saluran.

4. Trafo Tegangan dalam Hubungan Sisa (Residually Connected V.T)

Ketiga tegangan-fase pada sistem yang seimbang, berjumlah fasor nul.

Tetapi bila sistem mengalami hubung singkat satu fase ke tanah, keadaannya

berlainan. Jumlah ketiga fasor tegangan itu tidak nul, disebut sebagai tegangan

sisa (residual voltage). Tegangan sisa itu mempunyai arti yang sangat penting bagi

relay pengaman untuk mendeteksi dan membedakan gangguan tanah. Tegangan

sisa sistem diukur dengan memasang primer ketiga fase trafo tegangan antara

ketiga fase sistem dan tanah, sedangkan sekundernya dihubungkan seri satu sama

lain dengan dua ujung terbuka atau yang biasa disebut hubungan delta terbuka

(open delta). Skema hubungan tersebut pada gambar 2.

Gambar 2. Hubungan tegangan sisa

Besar tegangan sisa tersebut tiga kali besar tegangan urutan nul. Agar

tegangan urutan nul dapat muncul, haruslah terbentuk fluks urutan nul pada travo

tegangan, dan urutan ini harus ada jalan-balik (return path) bagi fluks yang

merupakan jumlah fasor (resultan) ketiga fluks fase. Itulah sebabnya trafo

tegangan tiga fase tidak cukup dibuat dengan tiga kaki (three limbs) yang biasa

dipakai untuk melilitkan kumparan, tetapi perlu ada kaki tambahan tanpa diberi

lilitan kumparan. Biasanya disediakan 5 kaki (five limbs) yang posisinya simetris,

tiga untuk lilitan kumparan fase dan dua untuk fluks sisa, yang ditempatkan di

bagian luar. Pada unit fase tunggal, inti besi sudah merupakan suatu rangkaian

magnetis yang tertutup bagi arus urutan nul, sehingga teidak diperlukan kaki

ekstra.

Di samping itu, diperlukan pentanahan pada netral primer trafo. sebab

tanpa pentanahan netral, arus urutan nul tidak dapat mengalir. Bila netral primer

tidak ditanahkan pada hubungan delta terbuka, mungkin juga terukur suatu

tegangan, tetapi itu bukan tegangan urutan nul, melainkan seluruhnya berupa

tegangan harmonik ketiga.

Agar e.m.f. mempunyai bentuk sinusoidal, dibutuhkan adanya komponen

harmonik ketiga pada arus pacuannya. Untuk suatu trafo 3 fase, arus harmonik

ketiga itu berupa arus urutan nul. Apabila karena tidak ada hubungan netral ke

tanah, tidak terdapat saluran bagi arus urutan nul, maka gelombang fluks magnit

akan berisi komponen harmonik ketiga. Sehingga e.m.f. trafo pada primer dan

sekunder juga berisi komponen harmonik ketiga. Inilah yang akan terukur pada

hubungan delta terbuka, bukan tegangan urutan nul.

Trafo tegangan sering dilengkapi dengan kumparan sekunder yang

dihubungkan bintang (star-connected secondary) dan kumparan tersier yang

dihubungkan delta terbuka (open-delta connected tertiary winding). Ada juga cara

memperoleh tegangan sisa dari trafo tegangan pembantu (auxiliary votage

transformer) hubungan bintang pada primer dan delta terbuka pada sekunder,

dengan primer dihubungkan ke sekunder trafo tegangan utama (main voltage

transformer). Agar mencapai tujuan (yaitu mengukur tegangan sisa) trafo

tegangan utama harus memenuhi semua persyaratan untuk dapat menghasilkan

tegangan urutan nul. Yaitu, harus berupa konstruksi dengan lima-kaki (untuk unit

tiga fase), titik netral primernya harus ditanahkan dan sanggup bekerja pada faktor

tegangan (voltage factor) yang diperlukan sesuai dengan pentanahan sistem daya

yang bersangkutan. Titik bintang trafo tegangan utama dan titik bintang trafo

tegangan pembantu harus diinterkoneksikan, dan trafo tegagan pembantu harus

sesuai dengan faktor tegangan yang dipilih.

III. TRAFO ARUS

Telah disinggung di muka bahwa primer trafo arus dihubungkan seri

dengan rangkaian (atau saluran) daya, dan impedans-impedans kumparan primer

sangat kecil sehingga dapat diabaikan terhadap impedans rangakaian daya, bahkan

apabila pengaruh transformasi seluruh rangkaian sekunder CT ikut

diperhitungkan. Karena itu impedans rangkaian daya sepenuhnya mengontrol

besar arus yang mengalir pada CT (baik pada sisi primer maupun pada sisi

sekunder). Keadaan ini ditunjukkan pada gambar 3, yang dijadikan dasar untuk

mendapatkan rangkaian ekivalen travo arus.

Gambar 3. Penurunan rangkaian ekivalen trafo arus

Pada gambar 3 (d), sebuah sumber 11 KV melayani beban 300A melalui

satu saluran. Pada saluran sepanjang CT 300/5 yang mempunyai resistans

kumparan sekunder 0.2Ω, reaktans magnetisasi 50Ω, dan resistans shunt 150Ω.

Burden to system load yang dilayani oleh CT adalah 10VA.

Gambar 3 (a) sama seperti gambar (d), hanya saja tegangan dinyatakan

terhadap netral (1/ 3 x 11 KV) = 6350 V), pada primer digambarkan impedans

system daya ( Z = 6350 V/ 300 A = 21.2Ω), impedans CT belum digambarkan.

Pada gambar 3 (b) merupakan pengembangan gambar (a), CT

digambarkan sebagai sebuah CT ideal digabung dengan reaktans magnetisasi,

resistans shunt, resistans kumparan primer = nul. Arus sekunder terbagi menjadi

dua bagian, yaitu arus shunt, yang mengalir melalui admintans shunt CT (= 1/150

+ 1/j50), dan arus ke burden yang melalui resistans kumparan sekunder (0.2Ω)

dan resistan burden (0.4Ω).

Gambar 3 (c) adalah rangkaian ekivalen dari CT bersama rangkaian daya

yang ditunjukkan pada gambar (d). Pada rangkaian ekivalen ini, impedans

rangkaian daya pada primer (Z==21.2Ω) telah dinyatakan dalam sisi sekunder,

dengan mengalikannya dengan kwadrat perbandingan transformasi (= 602), dan

tegangan sistem daya terhadap netral telah dikalikan dengan perbandingan

transformasi Er = 6350 x 60 = 381.000V). Dari rangkaian ekivalen tersebut dapat

dipelajari sifat-sifat suatu trafo arus yang perlu diketahui dalam penerapannya

untuk relay:

a) Arus sekunder CT tidak akan terpengaruh oleh perubahan impedans burden

dalam batas-batas yang luas. Sebab impedans pada primer jauh lebih besar

daripada seluruh impedans sekunder.

b) Rangkaian sekunder CT tidak boleh dibuka pada saat dirangkaian primer

masih mengalir arus, sebab apabila rangkaian sekunder terbuka, tegangan

induksi pada sekunder CT dapat menjadi sangat tinggi, sebab tegangan

tersebut hanya dibatasi (dijaga) oleh impedans magnetisasi shunt yang

nilainya tinggi, sedangkan arus sekunder seluruhnya berupa arus eksitasi.

Dalam keadaan sekunder tersambung, tegangan itu dibatasi oleh impedans

sekunder yang jauh lebih rendah daripada impedans shunt CT, dan arus

sekunder sekarang terbagi menjadi arus eksitasi dan arus ke burden.

c) Kesalahan nisbah (ratio error) dan kesalahan sudut fase (phase angle error),

dapat dihitung dari karkteristik magnetisasi dan impedans burden yang

diketahui.

1. Kesalahan (Error)

Diagram fasor umum untuk transformer seperti pada gambar 2. dapat

disederhanakan dapat disederhanakan bagi trafo arus dengan menghilangkan

detail yang tidak perlu diperhatikan dalam mempelajari sifat trafo arus. Dengan

demikian didapat diagram fasor trafo arus seperti pada gambar 4.

Φ

θ

Gambar 4. Diagram fasor trafo arus

Es = Secondary induced emf Vs = Secondary output voltage Ip = Primary currents Is = Secondary current Ө = Phase angle error Ф = Flux Is Rs = Secondary resistance voltage drop Is Xs = Secondary reactance voltage drop Ie = Exciting current Ir = Componen of Ie in phase with Is Iq = Component of Ie in quadrature with Is Dari diagram di atas terlihat bahwa kesalahan timbul karena burden

dipararel oleh impedans pemacu. Ini menyebabkan sebagian kecil arus input

terpakai untuk memicu inti lilitan. Sehingga mengurangi arus yang menuju ke

burden. Hubungan fasor itu ditulis sebagai berikut:

Is = Ip – Ie

Arus pacuan Ie tergantung kepada e.m.f pada sekunder (Es) dan kepada

impedans pemacu, Ze. Besar e.m.f. sekunder tergantung kepada impedans-diri

atau self-impedance kumparan sekunder (Zs) dan impedans burden termasuk

saluran penghubungnya (Zb), dalam hubungan sebagai berikut.

Es = Is ( Zs + Zb )

Adapun Is adalah arus sekunder CT dan Ip adalah arus primernya, dinyatakan

dalam sekunder.

Kesalahan nisbah atau kesalahan arus

Ini adalah beda antara magnitude arus primer dinyatakan dalam besaran

sekunder ( |Ip| ), dan magnitude arus sekunder ( |Is| ). Pada gambar kesalahan arus

dapat didekati dengan ( |Ir| ), yaitu magnitude komponen arus Ie yang sefase

dengan Is.

Kesalahan sudut fase

Magnitude arus Iq, yaitu komponen arus Ie yang tegak lurus terhadap Is

mengakibatkan kesalahan sudut fase, yaitu sebesar 0o. Kesalahan sudut fase dan

kesalahan arus tergantung kepada pergeseran fase antara Is dan Ie. Untuk burden

yang sedikit bersifat induktif, pergeseran fase antar Is dan Ie sangat kecil, sehingga

kesalahan sudut fase dapat diabaikan, dan yang ada satu-satunya adalah kesalahan

arus.

2. Kompensasi Lilitan

Kesalahan arus yang ditimbulkan oleh arus Ir dikompensasikan dengan

cara mengurangi jumlah lilitan sekunder sebanyak satu atau dua lilitan. Ini

menyebabkan arus sekunder sedikit lebih tinggi, dengan arus primer yang sama,

sehingga kesalahan arus menjadi lebih kecil.

Pada contoh CT gambar 3, misalnya kesalahan arus terburuk karena suatu

burden induktif pada arus rated bernilai kira-kira 1.2%. Bila perbandingan

transformasi nominal adalah 1:120, pengurangan satu lilitan sekunder akan

menaikkan arus output dengan 0,83%, sehingga kesalahan arus akan berkurang

menjadi -0,37%.

Untuk burden yang lebih rendah atau pada faktor daya yang lain,

kesalahan arus akan bergeser ke arah positif, sampai mencapai +0,7% pada

keadaan tanpa beban, bila reaktans bocor kumparan sekunder diabaikan.

Kesalahan sudut fase tidak dapat dikoreksi, tetapi perlu diingat bahwa kesalahan

itu kecil.

3. Kesalahan Gabungan (Composite Error)

Dalam standar Inggris (B.S.3938:1973), kesalahan gabungan didefinisikan

sebagai nilai r.m.s. dari perbedaan antara arus sekunder yang ideal dan arus

sekunder yang sesungguhnya. Ke dalamnya termasuk kesalahan arus dan

kesalahan fase, dan juga pengaruh harmonik yang terkandung di dalam arus

pacuan. Pada sebuah CT yang fluks bocornya dapat diabaikan dan tidak memakai

kompensasi lilitan, maka kesalahan gabungan berkorespondensi dengan nilai

r.m.s. arus pacuan, biasanya dinyatakan sebagai persentase terhadap arus primer.

Apabila impedans pacuan dimisalkan linear, maka kesalahan vektorial

(vectorial error) Ie dari diagram fasor CT adalah kesalahan gabungan yang

dimaksud itu. Tetapi dalam praktik, impedans pacuan itu tidak linear, akibatnya

arus pacuan mengandung harmonik yang menyebabkan nilai r.m.s. arus naik,

sehingga kesalahan gabungan juga betambah. Pengaruh keadaan ini terjadi pada

bagian jenuh dari inti CT.

Tabel 4. Batas kesalahan untuk berbagai kelas CT.

a) Untuk kelas 0.1 s/d kelas 1

b) Untuk kelas 3 s/d kelas 5

Untuk kelas 0.1 sampai kelas 1 kesalahan arus dan pergeseran fase pada

frekuensi rated tidak boleh melebihi angka-angka pada tabel 4.a bila nilai burden

berikisar dari 25% hingga 100% dari burden rated. Sedangkan untuk kelas 3 dan

kelas 5, kesalahan arus pada frekuensi rated tidak boleh melebihi angka-angka

pada tabel 4b. Apabila burden pada sekunder CT berkisar antara 50%

hingga120% dari rated burden.

Burden yang dipakai dalam pengujian harus mempunyai faktor daya 0,8

lagging, kecuali untuk burden kurang dari 5 VA boleh mempunyai faktor daya

1,0. Burden tidak boleh kurang dari 1VA untuk semua kasus.

1. Arus-batas-ketelitian bagi CT untuk Relay

Peralatan pengaman dimaksudkan untuk menanggapi keadaan gangguan,

dan karena itu diharapkan agar berfungsi pada nilai arus yang besar, di atas rated

normalnya. Trafo arus yang dipakai untuk tujuan ini harus dapat bekerja cukup

teliti sampai pada arus terbesar yang relevan. Nilai ini dikenal sebagai arus batas

ketelitian (accuracy limit current), yang mungkin dinyatakan dalam besaran

primer atau besaran sekunder yang setara. Nisbah (ratio) arus-batas-ketelitian

terhadap arus rated disebut faktor-batas-ketelitian (accuracy limit factor).

Kelas ketelitian CT untuk relay ditunjukkan pada tabel 5. Untuk kelas 5P

dan kelas 10P, kesalahan arus, pergeseran fase, dan kesalahan gabungan pada

frekuensi rated tidak boleh melebihi angka-angka yang diberikan pada tabel 5

untuk beban sekunder (secondary burden) 100% kali rated burden. Faktor daya

untuk keperluan test ini adalah 0,8 lagging, kecuali untuk burden kurang dari 5VA

faktor daya diperbolehkan bernilai 1,0.

Tabel 5 ketelitian CT untuk kelas 5P dan 10P

Class

Current error at rated primary

current (percent)

Phase displacement at

rated current (minutes)

Composite error at rated accuracy limit primary

current (percent)

5P 10P

±1 ±3

±60

5 10

Walaupun burden untuk suatu protective CT hanya beberapa VA pada arus

rated, output yang dibutuhkan dari CT akan sangat tinggi apabila faktor batas

ketelitian yang diperlukan tinggi. Sebagai misal, dengan faktor batas ketelitian =

30 dan burden sebesar 10VA, CT tersebut mungkin harus memberikan 9000VA

kepada rangkaian sekundernya.

Kemungkinan lain, CT tersebut mungkin terbebani dengan burden yang

besar. Untuk pengaman arus lebih dan pengaman gangguan tanah, dengan bagian-

bagian yang konsumsi VA-nya sama pada nilai setting, bagian gangguan tanah

yang disetel pada 10% akan mempunyai impedans 100 kali impedans bagian arus

lebih yang disetel pada 100%.

Walaupun kejenuhan pada bagian-bagian relay sedikit banyak mengubah

aspek-aspek masalah tersebut, akan terlihat bahwa bagian gangguan tanah adalah

suatu burden besar yang berbahaya (severe burden), dan CT sangat mungkin

mempunyai kesalahan arus yang besar dalam hal ini. Maka di sini penggunaan

kompensasi pada CT tidak memberikan cukup manfaat.

Trafo arus sering digunakan untuk tugas ganda, yaitu untuk pengukuran

dan untuk proteksi. Dalam hal ini kelas ketelitian CT perlu dipilih berdasarkan

tabel 4 dan tabel 5 bersama-sama.

Burden CT yang dikenakan merupakan jumlah burden dari alat-alat ukur

relay. Kompensasi lilitan mungkin diperlukan di sini. Rating peralatan ukur

dinyatakan dalam rated burden dan kelas misalnya 15 VA, kelas 0,5. Rating relay

pengaman dinyatakan dalam rated burden, kelas, dan faktor batas ketelitian, misal

10 VA, kelas 10P10.

2. Trafo arus kelas X

Klasifikasi ketelitian CT yang terdapat pada tabel 5 sesungguhnya hanya

dapat dimanfaatkan untuk pengaman arus lebih. Untuk pemakaian CT pada

pengaman gangguan tanah dan pengaman gangguan arus lebih, sebaiknya

langsung dihitung tegangan sekunder (e.m.f) maksimum yang berguna yang dapat

diperoleh dari CT itu. Dalam konteks ini perlu diketahui titik-lutut (knee point)

dari kurve pacuan (excitation curve). Titik-lutut didevinisikan sebagai titik dimana

kenaikan selnjutnya sebesar 10% pada tegangan sekunder, membutuhkan

kenaikan arus pacuan sebesar 50%. Perhatikan gambar 5.

Data rancangan yang diperlukan dari suatu CT untuk proteksi secara

umum adalah tentang nilai e.m.f. titik lutut (knee point e.m.f), arus pacuan pada

titik lutut, dan nilai resistans kumparan sekunder. Trafo arus yang memenuhi

persyaratan itu digolongkan sebagai kelas x.

IeK

+50%IeK

+10%VK

Exciting Current

VK

Gambar 5. Definisi titik-lutut pada kurve pacuan

3. Rating Arus Sekunder

Burden yang ditimbulkan oleh kebayakan relay atau alat ukur pada arus

rated, tidak banyak diperngaruhi oleh nilai rated arus itu. Ini disebabkan oleh

kenyataan bahwa kumparan relay harus membangkitkan sejumlah lilitan amper

pada arus rated., sehingga jumlah lilitan relay berbanding terbalik dengan besar

arus, sedangkan impedans kumparan berbanding terbalik dengan kuadrat rated

arus.

Sambungan sekunder CT ke relay, sebaiknya tidak begitu bervariasi,

karena penampang kumparannya sudah tertentu sesuai dengan standard, tanpa

memperhatikan rating CT. Karena itu untuk saluran panjang, resistansinya akan

besar, dan burden yang diakibatkannya akan berubah kwadratis terhadap rating

arus. Sebagai contoh, saluran sepanjang 200 meter yang umm dijumpai pada relay

untuk sistem tegangan extra tinggi mempunyai resistan kira-kira 3Ω, jika

digunakan CT dengan rating 5A akan menghasilkan burden 75 VA hanya dari

saluran saja. Bila burden dari relay sebesar 10 VA, maka burden total menjadi

85VA. Burden sebesar itu membutuhkan CT yang sangat besar, khususnya jika

dikehendaki faktor batas ketelitian yang besar.

Jika rating sekunder CT dipilih 1A, burden dari saluran hanya 3VA dan

jika burden dari rated 10VA maka burden total hanya 13 VA. Ini jauh lebih kecil

dibandingkan pengaman CT dengan rating sekunder 5A, sehingga dapat dilayani

dengan CT berukuran normal. Perlu dicatat bahwa untuk lingkungan normal,

penurunan rating sekunder CT hingga kuran dari 1A, tidak memberi manfaat yang

banyak. Lebih-lebih, pada rating primer yang tinggi (2000A ke atas), perlu diberi

rating sekunder yang lebih besar agar jumlah lilitan sekunder tidak terlalu banyak.

Dalam keadaan seperti itu digunakan arus rating sekunder 2A, 5A, atau mungkin

20A untuk kasus-kasus khusus. Sesudah itu masih perlu dipasang CT pembantu

(Auxiliary CT) untuk menurunkan arus lebuh jauh (menjadi 1A).

Tegangan Sekunder Terbuka

Telah disebutkan bahwa sekunder CT tidak boleh dibuka jika pada primer

mengalir arus. Dengan sekunder terbuka, berarti tidak ada m.m.f. sekunder untuk

melawan m.m.f. yang ditimbulkan oleh arus primer, sehingga seluruh m.m.f.

primer bekerja pada inti besi sebagai besaran magnetisasi. Bila arus itu cukup

besar, inti terdorong ke arah jenuh pada tiap setengah gelombang. Dan laju

perubahan fluks (the rate of fluks change) yang tinggi ketika siklus arus primer

melalui titik nul menginduksikan e.m.f. yang tinggi pada kumparan sekunder CT.

Pada CT kecil, dengan arus primer sebesar arus rated, menimbulkan e.m.f.

beberapa ratus volt, sedangkan pada CT dengan perbandingan transformasi yang

besar, e.m.f. yang dibangkitkan oleh arus primer normal dapat mencapai beberapa

ribu volt. Dan dalam keadaan hubung singkat, tegangan sekunder terbuka menjadi

jauh lebih tinggi.

Tegangan sekunder yang tinggi itu berbahaya, tidak saja bagi isolasi CT

tetapi juga bagi keselamatan manusia. Karena itu, bila ada perlatan pada sekunder

CT akan dilepas, sedangkan arus pada primer CT tidak dapat diputus, maka

sebelum sebelumnya sekunder CT harus dihubung singkat dengan hantaran yang

kapasitas arusnya cukup (termasuk jika ada hubung singkat pada primer CT), dan

sambungan harus dibuat kuat.

4. Rating Arus Waktu-singkat

Seperti juga peralatan lain, suatu CT akan mengalami pembebanan lebih

pada waktu terjadi hubung singkat di rangkaian daya, dan karena itu perlu diberi

short time rating. Rating arus waktu singkat itu didefinisikan sebagai nilai r.m.s.

komponen arus a.c. yang harus mampu dialirkan melalui CT pada waktu yang

ditentukan tanpa menyebabkan kerusakan baik oleh efek panas maupun efek

dinamik, nilai puncak siklus pertama arus tidak boleh kurang dari 2,55 kali nilai

r.m.s. arus simetris. Dari aspek termal, waktu yang ditentukan adalah 0.25, 0.5,

1.0, 2.0, atau 3.0 detik.

Efek dinamik maksimum dialami pada siklus yang pertama, gaya yang

timbul sebanding dengan kwadrat nilai sesaat arus maksimum dan karenanya

menjadi lebih dari 3 kali lebih besar pada puncak gelombang asimetris yang

pertama, dibandingkan dengan arus simetris. Itulah sebabnya, bila sebuah CT

diberikan suatu nilai arus waktu singkat dan waktunya, CT akan mampu dialiri

arus yang lebih rendah dalam waktu yang lebih lama, dalam perbandingan terbalik

terhadap kuadrat nisbah nilai-nilai arus yang bersangkutan. Hal sebaliknya tidak

berlaku, yaitu arus yang lebih besar dari STC (Short Time Current) rating tidak

boleh dikenakan untuk waktu berapapun, kecuali jika hal itu telah memenuhi

kemampuan dinamik CT.