Apa itu Transformator Arus?
Transformator Arus (Current Transformer) adalah alat yang digunakan untuk mengubah arus dari nilai yang lebih tinggi menjadi arus yang proporsional ke nilai yang lebih rendah.
Ini mengubah arus tegangan tinggi menjadi arus tegangan rendah karena arus besar yang mengalir melalui saluran transmisi dipantau dengan aman oleh ammeter.
Trafo arus digunakan dengan instrumen AC, meter atau aparatus kontrol di mana arus yang akan diukur sedemikian besarnya sehingga meteran atau kumparan instrumen tidak dapat dengan mudah dibuat dengan daya dukung arus yang cukup. Transformator arus ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Arus primer dan sekunder dari transformator arus sebanding satu sama lain. Trafo arus digunakan untuk mengukur arus tegangan tinggi karena sulitnya isolasi yang tidak memadai pada meteran itu sendiri. Trafo arus digunakan dalam meter untuk mengukur arus hingga 100 ampere.
Konstruksi Transformer Arus
Inti dari trafo arus dibangun dengan laminasi baja silikon. Untuk mendapatkan tingkat akurasi yang tinggi Permalloy atau Mumetal digunakan untuk pembuatan inti. Gulungan primer transformator arus membawa arus yang akan diukur, dan dihubungkan ke rangkaian utama. Gulungan sekunder transformator membawa arus sebanding dengan arus yang akan diukur, dan terhubung ke belitan arus meter atau instrumen.
Gulungan primer dan sekunder diisolasi dari inti dan satu sama lain. Gulungan primer adalah belitan satu putaran (juga disebut primer batang) dan membawa arus beban penuh. Gulungan sekunder transformator memiliki jumlah belitan yang banyak.
Rasio arus primer dan arus sekunder dikenal sebagai rasio transformator arus rangkaian. Rasio arus transformator biasanya tinggi. Peringkat arus sekunder adalah urutan 5A, 1A dan 0.1A. Peringkat utama saat ini bervariasi dari 10A hingga 3000A atau lebih. Representasi simbolis dari transformator arus ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Prinsip kerja trafo arus sedikit berbeda dengan trafo daya. Pada trafo arus, impedansi beban atau beban sekunder sedikit berbeda dengan trafo daya. Dengan demikian, trafo arus beroperasi pada kondisi rangkaian sekunder.
Membebani Beban
Beban trafo arus adalah nilai beban yang terhubung pada trafo sekunder. Hal ini dinyatakan sebagai output dalam volt-ampere (VA). Beban pengenal adalah nilai beban pada pelat nama Transformator Arus. Beban pengenal adalah produk dari tegangan dan arus pada sekunder ketika Transformator Arus mensuplai instrumen atau relai dengan nilai arus pengenal maksimumnya.
Pengaruh Gulungan Sekunder Terbuka dari Transformator Arus
Dalam kondisi operasi normal, belitan sekunder Transformator Arus terhubung ke bebannya, dan selalu tertutup. Ketika arus mengalir melalui belitan primer, selalu mengalir melalui belitan sekunder dan ampere belitan masing-masing belitan selanjutnya sama dan berlawanan.
Putaran sekunder akan menjadi 1% dan 2% lebih kecil dari putaran primer dan perbedaannya digunakan dalam inti magnetisasi. Jadi, jika belitan sekunder dibuka dan arus mengalir melalui belitan primer, maka tidak akan ada fluks demagnetisasi akibat arus sekunder.
Karena tidak adanya putaran counter ampere dari sekunder, MMF primer yang tidak dilawan akan membentuk fluks tinggi yang tidak normal di inti. Fluks ini akan menghasilkan kerugian inti dengan pemanasan berikutnya, dan tegangan tinggi akan diinduksi melintasi terminal sekunder.
Tegangan ini menyebabkan kerusakan isolasi dan juga hilangnya akurasi di masa depan dapat terjadi karena MMF yang berlebihan meninggalkan sisa magnet di inti. Dengan demikian, sekunder Transformator Arus mungkin tidak akan pernah terbuka ketika primer membawa arus.
Diagram Fasor Transformator Arus
Diagram fasor transformator arus ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Fluks utama diambil sebagai referensi. Tegangan induksi primer dan sekunder tertinggal di belakang fluks utama sebesar 90º. Besarnya tegangan primer dan sekunder tergantung pada jumlah belitan pada belitan. Arus eksitasi diinduksi oleh komponen magnetisasi dan arus kerja.
Di mana,
Is – arus sekunder
Es – tegangan induksi sekunder
Ip -arus primer
Ep – tegangan induksi primer
Kt – rasio putaran, jumlah putaran sekunder/jumlah putaran primer
I0 – arus eksitasi
Im – arus magnetisasi
Iw – komponen kerja
Φs – fluks utama
Arus sekunder tertinggal di belakang tegangan induksi sekunder dengan sudut θº. Arus sekunder dipindahkan ke sisi primer dengan membalikkan arus sekunder dan dikalikan dengan rasio putaran. Arus yang mengalir melalui primer adalah jumlah dari arus eksitasi I0 dan produk dari rasio putaran dan arus sekunder Kt Is.
Rasio dan Kesalahan Sudut Fasa Transformator Arus
Trafo arus memiliki dua kesalahan – kesalahan rasio dan kesalahan sudut fasa.
Kesalahan Rasio Arus
Transformator arus terutama disebabkan oleh komponen energi dari arus eksitasi dan diberikan sebagai:
Dimana Ip adalah arus primer. Kt adalah rasio putaran dan merupakan arus sekunder.
Kesalahan Sudut Fasa
Dalam transformator arus ideal, sudut vektor antara arus primer dan arus sekunder terbalik adalah nol. Namun pada trafo arus aktual, terdapat perbedaan fasa antara arus primer dan arus sekunder karena arus primer juga telah mensuplai komponen arus eksitasi. Dengan demikian, perbedaan antara dua fase disebut sebagai kesalahan sudut fase.
Jenis Transformator Arus
Trafo arus terutama diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu, trafo arus belitan, trafo arus toroidal dan trafo tipe batang.
1. Trafo Luka
Dalam trafo ini gulungan primer tersusun di dalam trafo. Gulungan primer memiliki satu putaran dan dihubungkan secara seri dengan konduktor yang mengukur arus. Trafo luka terutama digunakan untuk mengukur arus dari 1 amp hingga 100 amp.
2. Trafo Arus Tipe Batang
Trafo tipe batangan hanya memiliki gulungan sekunder. Konduktor tempat transformator dipasang akan bertindak sebagai gulungan primer transformator arus.
3. Transformator Arus Toroidal
Trafo ini tidak mengandung gulungan primer. Saluran melalui mana aliran arus dalam jaringan dipasang melalui lubang atau jendela transformator. Keuntungan utama dari transformator ini adalah bahwa transformator memiliki bentuk simetris karena memiliki fluks bocor yang rendah, sehingga lebih sedikit interferensi elektromagnetik.
