Apa itu Transformator Potensial (Potential Transformer)?
Transformator Potensial juga diperkenalkan sebagai perangkat penurun tegangan atau transformator instrumen, atau transformator tegangan, di mana tegangan rangkaian diturunkan ke tegangan yang lebih rendah untuk dideteksi.
Instrumen elektromagnetik yang digunakan untuk mengubah tegangan yang lebih besar dari jaringan ke tegangan yang lebih rendah dikenal sebagai transformator potensial. Output dari jaringan tegangan rendah dapat dirasakan dengan wattmeter atau voltmeter.
Ini mampu mengurangi atau meningkatkan peringkat tegangan rangkaian tanpa variasi dalam belitan dan frekuensinya. Prinsip kerja dan struktur trafo potensial sama dengan trafo konvensional dan trafo daya.
Jadi Trafo potensial dapat didefinisikan sebagai trafo instrumen yang digunakan untuk mengubah tegangan dari nilai yang lebih tinggi ke nilai yang lebih rendah. Trafo ini menurunkan tegangan ke nilai batas aman yang dapat dengan mudah diukur dengan instrumen tegangan rendah biasa seperti voltmeter, wattmeter dan watt-hour meter, dll.
Konstruksi Transformator Potensial
Trafo potensial dibuat dengan inti berkualitas tinggi yang beroperasi pada kerapatan fluks rendah sehingga arus magnetisasinya kecil. Terminal transformator harus dirancang sedemikian rupa sehingga variasi rasio tegangan dengan beban minimum dan pergeseran fasa antara tegangan input dan output juga minimum.
Kumparan primer memiliki jumlah lilitan yang banyak, dan lilitan sekunder memiliki jumlah lilitan yang jauh lebih sedikit. Untuk mengurangi reaktansi bocor, belitan koaksial digunakan pada transformator potensial. Biaya insulasi juga dikurangi dengan membagi gulungan primer menjadi bagian-bagian yang mengurangi insulasi antar lapisan.
Koneksi Transformator Potensial
Trafo potensial dihubungkan secara paralel dengan rangkaian. Gulungan primer transformator potensial dihubungkan langsung ke rangkaian daya yang tegangannya akan diukur. Terminal sekunder transformator potensial dihubungkan ke alat ukur seperti voltmeter, wattmeter, dll. Gulungan sekunder transformator potensial secara magnetis digabungkan melalui sirkuit magnetik gulungan primer.
Terminal primer transformator diberi nilai 400V hingga beberapa ribu volt, dan terminal sekunder selalu diberi peringkat 400V. Rasio tegangan primer dengan tegangan sekunder disebut sebagai rasio transformasi atau rasio putaran.
Jenis Transformator Potensial
Trafo potensial terutama diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu tipe lilitan konvensional (tipe elektromagnetik) dan transformator potensial tegangan kapasitor.
Trafo tipe lilitan konvensional sangat mahal karena kebutuhan isolasinya. Trafo potensial kapasitor merupakan kombinasi dari pembagi potensial kapasitor dan trafo potensial magnet dengan perbandingan yang relatif kecil.
Diagram rangkaian transformator potensial kapasitor ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Tumpukan kapasitor tegangan tinggi dari pembagi potensial, kapasitor dua bagian menjadi C1 dan C2, dan Z adalah beban.
Tegangan yang diterapkan ke primer transformator perantara biasanya dalam urutan 10kV. Baik pembagi potensial maupun trafo perantara memiliki rasio dan persyaratan insulasi yang sesuai untuk konstruksi ekonomis.
Transformator perantara harus memiliki kesalahan rasio yang sangat kecil, dan sudut fasa memberikan kinerja yang memuaskan dari unit lengkap. Tegangan terminal sekunder diberikan oleh rumus yang ditunjukkan di bawah ini.
Rasio dan Kesalahan Sudut Fasa dari Transformator Potensial
Pada transformator potensial ideal, tegangan primer dan tegangan sekunder berbanding lurus dengan tegangan primer dan tepat berlawanan fasa. Tetapi ini tidak dapat dicapai secara praktis karena penurunan tegangan primer dan sekunder. Dengan demikian, tegangan primer dan sekunder dimasukkan ke dalam sistem.
Kesalahan Rasio Tegangan
Kesalahan rasio tegangan dinyatakan dalam tegangan terukur, dan diberikan oleh rumus seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Dimana Kn adalah rasio nominal, yaitu rasio tegangan primer pengenal dan tegangan sekunder pengenal.
Kesalahan Sudut Fasa
Kesalahan sudut fasa adalah kesalahan antara tegangan terminal sekunder yang persis berlawanan fasa dengan tegangan terminal primer.
Peningkatan jumlah instrumen dalam relai yang terhubung ke sekunder transformator potensial akan meningkatkan kesalahan pada transformator potensial.
Beban Transformator Potensial
Beban adalah total beban volt-amp eksternal pada sekunder pada tegangan sekunder pengenal. Beban pengenal Transformator Potensial adalah beban VA yang tidak boleh dilampaui jika transformator beroperasi dengan akurasi pengenalnya. Beban pengenal ditunjukkan pada pelat nama.
Beban pembatas atau beban maksimum adalah beban VA terbesar dimana trafo potensial akan beroperasi terus menerus tanpa panas berlebih pada belitannya melebihi batas yang diizinkan. Beban ini beberapa kali lebih besar dari beban pengenal.
Diagram Fasor dari Transformator Potensial
Diagram fasor dari transformator potensial ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Dimana,
Is – arus sekunder
Es – ggl induksi sekunder
Vs – tegangan terminal sekunder
Rs - resistansi belitan sekunder
Xs – reaktansi belitan sekunder
Ip – Arus primer
Ep – ggl yang diinduksi terutama
Vp – tegangan terminal primer
Rp – resistansi belitan primer
Xp – reaktansi belitan primer
Kt – rasio putaran
Io – arus eksitasi
Im – komponen magnetisasi Io
Iw – komponen inti yang hilang dari Io
Φm – fluks utama
Β - kesalahan sudut fasa
Fluks utama diambil sebagai referensi. Dalam transformator instrumen, arus primer adalah jumlah vektor dari arus eksitasi Io dan arus yang sama dengan arus sekunder Is pembalikan Dikalikan dengan rasio 1/kt. Vp adalah tegangan yang diberikan ke terminal primer transformator potensial.
Tegangan turun karena resistansi dan reaktansi belitan primer karena arus primer diberikan oleh IpXp dan IpRp. Ketika penurunan tegangan dikurangi dari tegangan primer transformator potensial, ggl induksi utama akan muncul di seluruh terminal.
GGL primer trafo ini akan berubah menjadi belitan sekunder dengan induksi timbal balik dan diubah menjadi ggl induksi sekunder Es. GGL ini akan turun oleh resistansi dan reaktansi belitan sekunder, dan tegangan yang dihasilkan akan muncul melintasi tegangan terminal sekunder, dan dilambangkan dengan Vs.
Aplikasi Transformator Potensial
● Ini digunakan untuk tujuan pengukuran.
● Untuk perlindungan feeder.
● Untuk melindungi impedansi generator.
● Untuk sinkronisasi generator dan feeder.
Trafo potensial digunakan dalam skema rele proteksi karena kumparan potensial gawai proteksi tidak terhubung langsung ke sistem jika terjadi tegangan tinggi. Oleh karena itu, perlu dilakukan penurunan tegangan dan juga isolasi peralatan proteksi dari rangkaian primer.
