Trafo Arus Tegangan Menengah

Trafo arus tegangan menengah (Medium Voltage Current Transformer) adalah sebuah trafo yang digunakan untuk mengkonversi arus bolak-balik yang nilainya puluhan hingga Ribuan ampere yang mengalir disisi primer, menjadi hanya 1, 2 atau 5 ampere disisi kumparan sekunder.

Pada pembahasan kali ini, saya akan coba menyajikan pemaparan tentang trafo arus dari sisi pemanfaatannya, sehingga tidak membahas secara detail tentang teori medan magnetik dan flux magnetik yang menjadi dasar kerja sebuah trafo. Beberapa asumsi yang digunakan dalam pembahasan trafo arus dalam materi ini, yaitu:

• Rugi-rugi yang muncul pada sisi primer dianggap tidak ada, sehingga sumber tegangan jatuh seluruhnya pada kumparan primer. 
•  Rugi-rugi yang muncul pada inti atau core dianggap tidak ada. 

Berbagai Jenis trafo Arus.

Terdapat berbagai macam jenis trafo arus yang tersedia di pasaran, yaitu:

• Trafo arus tipe bus bar atau biasa disebut tipe blok seperti ditunjukan pada gambar#1.

Gambar#1, Trafo Arus Tipe Blok

Trafo arus tipe blok dirancang untuk memiliki kemampuan tegangan insulasi yang tinggi. Trafo arus tipe blok dirancang untuk mampu mengalirkan arus primer yang sangat besar, sehingga belitan primernya terbuat dari batangan penghantar dengan penampang yang besar.

Trafo arus tipe blok dapat dibuat dengan rasio tunggal maupun rasio banyak. Perubahan rasio dapat dilakukan melalui kumparan sekunder (secondary changeable) atau melalui belitan primer (primary changeable).

Trafo jenis ini banyak digunakan didalam panel atau kubikel karena dimensinya yang kecil, tetapi kemampuan insulasinya yang tinggi.

• Trafo Arus Tipe Ring/Kabel
  
  

  

  Gambar#2, Trafo Arus Tipe Ring

  Berbeda dengan trafo arus tipe blok, pada trafo arus tipe ring tidak terdapat belitan primer. Belitan atau kabel primer biasanya diambil dari rangkaian luar yang ditarik untuk melewati lubang jendela.
  Pada umumnya, trafo arus tipe ring tidak memiliki kemampuan insulasi yang tinggi. Hal ini disebabkan lapisan yang menutupi kumparan sekunder tidak terlalu tebal, sehingga tidak mampu menahan tegangan tinggi.
  Biasanya, trafo arus tipe ring menggunakan kabel yang sudah terinsulasi atau kabel yang telah dikelilingi oleh lapisan grounding, sehingga tidak muncul tegangan tinggi antara permukaan lapisan kabel dengan trafo arus.
  Untuk kasus tertentu, trafo arus tipe ring juga bisa dirancang memiliki kemampuan insulasi yang tinggi, sehingga bisa digunakan bus bar untuk belitan primernya.
  
  
• Trafo arus tipe bushing.
   

  

  Gambar#3, Trafo Arus Tipe Toroid

  Trafo arus tipe bushing biasanya digunakan untuk trafo daya. Trafo jenis ini biasa juga disebut dengan trafo toroid. Trafo ini biasanya dilapisi oleh lapisan polyster dan direndam dalam cairan minyak sebagai media insulasinya.
  
  
  
  
  Struktur Trafo Arus Tegangan Menengah.
   
  Struktur dari sebuah trafo arus jenis blok bisa dilihat pada gambar#4. Trafo arus terdiri dari beberapa bagian, yaitu: 
• Belitan Primer atau biasa disebut bus bar beserta terminal primernya.
• Inti yang telah dililit oleh kumparan sekunder. Trafo arus tipe blok bisa mengandung lebih dari 1 inti sekunder. 
• Terminal sekunder beserta kotak pelindungnya.
• Material resin sebagai material insulasinya. 
• Baseplate sebagai material penahan sekaligus berfungsi sebagai grounding system, termasuk terminal groundingnya.
   

  

  Gambar#4, Struktur Dalam Sebuah Trafo Arus.

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Prinsip Kerja Trafo Arus.
  
  

  

  Gambar#5, rangkaian dasar analisat trafo Arus.

  • Dengan asumsi bahwa tidak ada rugi-rugi pada belitan atau kumparan primer, tidak ada rugi-rugi pada core atau inti, maka cara kerja trafo arus bisa digambarkan sebagai berikut:
  • Pada saat arus bolak-balik mengalir di dalam batang penghantar primer (primary bus bar), maka akan dibangkitkan medan magnetic disekitar batang penghantar primer tersebut.
  • Medan magnetik tersebut akan memotong inti/core. Medan magnetik yang menembus luasan tertentu dari core akan membangkitkan flux magnetic yang mengalir diseluruh inti/core.
  • Flux yang menembus kumparan sekunder akan mengakibatkan munculnya beda potensial dikedua ujung kumparan. Apabila pada sisi kumparan sekunder diberi beban sehingga  tercipta rangkaian tertutup/ close loop, maka akan mengalir arus sekunder pada kumparan sekunder.
  
  
  
  Formulasi Kesalahan Transformasi Trafo Arus.
  
  

  

  Gambar#6, Rasio Trafo Arus

  Jika rugi-rugi yang muncul pada kumparan sekunder dan kumparan primer dianggap tidak ada, maka perbandingan antara arus primer terhadap arus sekunder akan sama dengan perbandingan antara jumlah kumparan sekunder dibagi dengan jumlah kumparan primer seperti ditunjukan Gambar#6 Transformasi Ideal Trafo Arus.
  
  
  
  
  Perbandingan dari Arus Primer terhadap arus sekunder disebut juga Rated ratio.
  Dari persamaan diatas, maka besarnya arus sekunder Is  yang akan mengalir disisi sekunder adalah jumlah kumparan Primer Np dibagi jumlah kumparan sekunder Ns  dikalikan dengan arus yang mengalir disisi primer Ip atau dalam bentuk formulasi menjadi:
   

  

  Gambar#7, Arus Sekunder.

  
  
  Dimana
  Is adalah Arus Sekunder, Ip adalah Arus Primer
  Np adalah jumlah kumparan Primer, Ns adalah jumlah kumparan Sekunder.
  
  
  
  
  Pada kenyataannya, tidak semua arus primer akan terduplikasi disisi kumparan sekunder. Akan dibutuhkan suatu arus eksitasi  Ie agar proses reproduksi arus sekunder dapat terjadi. Dengan demikian, apabila arus eksitasi kita masukan dalam formulasi, besarnya arus sekunder menjadi:

  

  Gambar#8, Arus Eksitasi.

  
  
  Dimana Ie adalah arus eksitasi yang dibutuhkan agar proses reproduksi arus sekunder dapat terjadi.  Karena Arus eksitasi tidak dapat diabaikan, maka proses reproduksi arus sekunder akan mengalami kesalahan dan biasa disebut sebagai kesalahan transformasi ( transformation error).
  Jika disederhanakan, maka skematik diagram dari arus primer, arus eksitasi dan arus sekunder ditunjukan pada garmbar#9 dibawah ini;
  

  

  Gambar#9, Rangkaian Sederhana Trafo Arus.

  
  Dari Gambar#9, terlihat bahwa arus sekunder Is yang mengalir pada burden merupakan perkalian antara ratio dengan arus primer dikurangi dengan arus eksitasi Ie yang diserap oleh inti/core untuk membangkitkan arus sekunder.
  
  
  
  
  Perhitungan Kesalahan Arus (Current Error/ Ratio Error).
  Kesalahan arus atau kesalahan ratio adalah kesalahan yang ditimbulkan oleh transformer dalam melakukan pengukuran disebabkan karena adanya kenyataan bahwa aktual transformasi arus primer ke arus sekunder tidak sama dengan nilai transformasi arus primer pengenal  terhadap arus sekunder pengenal.
  Kesalahan ratio diformulasikan sebagai:
   
  Dimana:
  Kn adalah rated ratio
  Is adalah arus sekunder sebenarnya.
  Ip adalah arus primer sebenarnya.
  
  
  
  
  Contoh Soal.
  Diketahui sebuah trafo arus dengan spesifikasi ratio  200/5A memiliki kesalahan ratio sebesar 0.5%, maka berapakah besarnya arus yang mengalir disisi sekunder jika mengalir arus primer sebesar 200A.
  Jawab:
  Rated ratio = 200A/5A maka rated ratio (Kn) adalah  40.
  Jika diketahu arus primer sebenarnya adalah 200Ampere, maka besarnya arus sekunder yang sebenarnya adalah:
  0.5 = (kn * Is – Ip)/Ip *100
  0.5 * 200 =  (40Is – 200)*100
  1 + 200 = 40 Is
  is = 201/40 = 5.025A
  Jadi, arus sekunder sebenarnya adalah 5.025A ketika mengalir arus primer sebesar 200A.
  
  
  Demikian paparan singkat terkait dengan trafo arus. Untuk saran dan perbaikain terkait materi diatas, dipersilakan untuk memberikan komentar atau kirim email ke alamat: bambangmulyasetiawan@gmail.com.
  Semoga bermanfaat bagi kita semua.