TRAFO TEGANGAN Pada Gambar 6.1 diperlihatkan contoh suatu trafo tegangan. Trafo tegangan adalah trafo satu fasa step-down yang mentransformasi tegangan sistem ke suatu tegangan rendah yang besarannya sesuai untuk lampu indikator, alat ukur, relai dan alat sinkronisasi. Transformasi tegangan ini dilakukan atas pertimbangan harga peralatan tegangan tinggi yang mahal, dan bahaya yang dapat ditimbulkan tegangan tinggi bagi operator. Tegangan perlengkapan seperti indikator, meter dan relai dirancang sama dengan tegangan terminal sekunder trafo tegangan yang dirancang dalam ratusan volt. Ada dua jenis trafo tegangan, yaitu: trafo tegangan magnetik dan trafo tegangan kapasitif. Trafo tegangan kapasitif, selain untuk keperluan pengukuran, sekaligus dapat digunakan untuk keperluan komunikasi Qtower line carrier). Berikut ini akan diuraikan tentang konstruksi dan karakteristik kedua jenis trafo tegangan tersebut. TRAFO TEGANGAN MAGNETIK Komponen utama suatu trafo tegangan magnetik adalah: kumparan primer, kumparan sekunder, dan inti baja silikon. Susunan dan hubungan ketiga komponen tersebut ditunjukkan pada Gambar 6.2. Ketiga komponen tersebut dicetak dalam isolasi padat atau dimasukkan dalam suatu bejana berisi isolasi cair atau gas' Dalam praktiknya, badan trafo tegangan selalu terhubung ke tanah. Prinsip kerja trafo tegangan sama dengan trafo daya. Kumparan primer dihubungkan ke jaringan tegangan tinggi yang akan diukur, sehingga arus mengalir pada kumparan primer. Arus pada kumparan primer menimbulkan fluks magnetik pada inti trafo tegangan. Fluks tersebut akan menginduksikan gaya gerak listrik yang rendah pada kumparan sekunder sehingga pada terminal kumparan sekunder terdapat beda tegangan yang sebanding dengan tegangan jaringan yang diukur. Karakteristik yang membedakan trafo tegangan dengan trafo daya adalah: a. Kapasitasnya kecil (10-150 VA), karena bebannya hanya peralatan yang mengkonsumsi daya rendah, seperti voltmeter, kwh-meter, wattmeter, relai jarak,sinkronoskop dan lampu indikator. b. Karena digunakan kontinu dan menjadi beban bagi sistem yang menggunakannya, maka trafo tegangan dirancang mengkonsumsi energi yang sekecil mungkin. c. Untuk mengurangi kesalahan pengukuran, trafo tegangan dirancang sedemikianagar tegangan sekunder sebanding dan sefasa dengan tegangan primer. d. Tegangan pengenal sekunder trafo tegangan umumnya ditetapkan 100-230 Vatau (l@ - Bq $ V.
Ada tiga jenis trafo tegangan magnetik, yaitu: trafo tegangan kutub tunggal, trafo tegangan kutub ganda dan trafo tegangan tiga fasa. Rangkaian listrik masing-masing jenis trafo tegangan tersebut diperlihatkan pada Gambar 6.3 Di samping untuk pengukuran sistem tiga fasa, trafo tegangan kutub tunggal dan trafo tegangan tiga fasa dapat sekaligus digunakan untuk mencatu tegangan kepada relai proteksi arus-tanah. Dalam ha1 ini, trafo tegangan dilengkapi lagi dengan kumparan tambahan yang digunakan untuk mendeteksi adanya arus gangguan tanah. Kumparan tambahan ini disebut kumparan proteksi. Kumparan proteksi ketiga unit trafo tegangan dihubungkan seri seperti diperlihatkan pada Gambar 6.4 Bentuk badan trafo tegangan kutub tunggal dan kutub ganda diperlihatkan pada Gambar 6.5. Trafo tegangan kutub ganda digunakan untuk pengukuran daya dan energy sistem tiga fasa. Kedua terminalnya diisolir terhadap bumi seperti diperlihatkan pada Gambar 6.5c. Dilihat dari terminal belitan primernya, trafo tegangan kutub tunggal terdiri atas trafo tegangan tanpa bushing (Gambar
6.54) dan trafo tegangan dengan bushing (Gambar6.5b). Trafo tegangan dengan bushing digunakan untuk tegangan di atas 11 kv. Konstruksi trafo tegangan kutub tunggal lebih sederhana daripada trafo kutub ganda, karena tebal isolasi pada trafo tegangan kutub tunggal dapat dibuat bertingkatsesuai dengan tekanan elektrik yang dipikulnya; sedangkan pada trafo tegangan kutub ganda, seluruh kumparan tegangan tinggi harus diisolasi terhadap bagian-bagian yang dibumikan dengan tebal isolasi yang sama, agar trafo tegangan dapat memikul tegangan apengujian penuh. Oleh karena itu trafo tegangan kutub ganda hanya digunakan untuk tegangan pengenal sampai 30 kv sedangkan trafo tegangan kutub tunggal dipergunakan untuk tegangan pengenal yang lebih tinggi. Beberapa macam konstruksi trafo tegangan magnetik diperlihatkan pada gambar 6.6. Pemilihan jenis konstruksi trafo tegangan magnetik bergantung kepada nilai tegangan operasi dan tempat instalasi. Untuk pemakaian pasangan dalam, trafo ukur tegangan biasanya diisolasi dengan resin epoksi, di mana semua kumparan dan kadang-kadang termasuk inti besi dicetak dalam bahan isolasi resin padat (Gambar 6.6a). Untuk operasi pasangan luar, trafo resin epoksi masih dapat dipakai untuk tegangan pengenal yang tidak terlalu tinggi. untuk tegangan yang lebih tinggi dipakai trafo kutub tunggal dengan isolasi minyakkertas. Rancangan trafo kutub tunggal isolasi minyak-kertas terdiri dari dua jenis, yairu: jenis tangki logam dan jenis tabung isolasi. Pada jenis pertama, badan aktif trafo tegangan dimasukkan dalam bejana baja. Pada bejana dipasang bushing untuk melewatkan tegangan tinggi ke terminalnya (Gambar 6.6b). Pada jenis kedua, badan aktif trafo semua dibungkus dengan tabung porselen (Gambar 6.6c). Jenis terakhir ini, biasanya digunakan untuk tegangan yang lebih besar daripada 66 kv. Pemilihan jenis konstruksi trafo tegangan bergantung pada susunan bahan aktif trafo (inti dan kumparan). Dilihat dari segi pemakaian tempat, jenis tabung isolasi adalah lebih baik karena konstruksinya lebih kecil. Konstruksinya sangat berbeda dengan jenis tangka Iogam yang harus menggunakan tabung porselen dengan diameter yang lebih besar.
TRAFO TEGANGAN KAPASITIF Untuk pengukuran tegangan di atas 110 kv adalah lebih ekonomis menggunakan trafo tegangan kapasitif daripada menggunakan trafo tegangan magnetik, karena konstruksi isolasi trafo tegangan kapasitif lebih sederhana daripada trafo tegangan magnetik. Trato tegangan kapasitif akan lebih ekonomis lagi jika digunakan sekaligus untuk pengiriman sinyal melalui konduktor transmisi (power line carrier), yaitu sinyal komunikasi data. sinyal audio dan sinyal kendali jarak jauh (telecontrol). Trafo tegangan kapasitif digunalian juga untuk pengukuran energi pada konsumen industri. Sangat andal digunakan untuk mencatu tegangan ke relai elektronik yang bekerja sangat cepat, terutama jika trato tegangan kapasitif menggunakan peredam osilasi elektronik. Rangkaian ekuivalen tralc tegangan kapasitif diperlihatkan pada Gambar 6.7 di halaman 102 Ketika hubungan antara terminal kumparan primer trafo tegangan yang dibumikan dengan inti atau badan trafo tegangan dibuka, kumparan primer dirancang mampu memikul tegangan frekuensi daya sebesar 3 kv,,,, dalam durasi singkat. Jika rugi-rugi pada trafo penengah diabaikan dan impedansi bebannya tidak terhingga (terminal belitan sekunder terbuka), maka hubungan tegangan v,,, v, dan v,dinyatakan sebagai :
Jika rugi-rugi pada trafo penengah dan impedansi beban diperhitungkan, maka faktor pemuagi tegangan kapasitor (a,) dan faktor transformasi sistem pengukuran (ao) akan teruuatr. Untuk mengkompensaii perubahan tersebut, maka di antara kapasitor C, dengan trafo penengah disisipkan suatu induktor kompensasi (l) seperti yang pada Gambar 6'8' iilru zuadalah impedansi ekuivalen gabungan trafo penengah dengan beban dilihat dari sisi t"gungun tinggi, maka hubungan tegangan jaringan dengan tegangan primer trafo penengah menjadi : Bila nilai L. C,dan C, dipilih sedemikian, sehingga memenuhi hubungan di bawah ini:
GALAT (ERROR) Ketika mengukur suatu besaran listrik, hasil ukur yang ditunjukkan alat ukur tidak persis sama dengan nilai sebenarnya dari besaran listrik yang diukur. Selisih antara nilai besaran yang sebenarnya dengan nilai yang ditunjukkan alat ukur disebut kesalahan. Galat adalah kesalahan pengukuran relatif, yakni perbandingan antara kesalahan dengan nilai sebenarnya. Jika nilai sebenarnya dari besaran yang diukur adalah dan nilai yang ditunjukkan alat ukur adalah N u, maka besar galat adalah N b Untuk pengukuran daya dan energi bolak-balik, ada dua besaran yang perlu diukur yaitu tegangan dan sudut fasa tegangan. Oleh karena itu, jika trafo tegangan akan digunakan untuk pengukuran daya dan energi bolak-balik, maka galat yang terjadi ketika mengukur besaran-besaran tersebut perlu diketahui. Berikut ini akan dijelaskan galat yang berhubungan dengan kedua besaran tersebut jika pengukuran dilakukan dengan trafo tegangan. Galat Trafo Tegangan Magnetik Jika tegangan suatu sistem diukur dengan menggunakan trafo tegangan, maka ditemukan dua jenis galat, yaitu galat rasio dan galat sudut. Untuk menjelaskan arti dari kedua galat ini, pada Gambar 6.10a diperlihatkan rangkaian ekuivalen suatu trafo tegangan dilihat dari sisi primer atau sisi tegangan tinggi. Diagram fasor tegangan dan arus pada rangkaian tersebut diperlihatkan pada Gambar 6. 10b.
Dalam halini Z 0, R e dan X e masing-masing adalah impedansi beban nol, ekuivalen resistansi dan ekuivalen reaktansi bocor kumparan trafo dilihat dari sisi tegangan tingsr Nilai ketiga impedansi tersebut dapat diperoleh dari percobaan beban nol dan percobaar hubung singkat trafo tegangan yang bersangkutan. Impedansi dan tegangan alat ukur dilihat dari sisi tegangan tinggi adalah Galat rasio dan galat sudut iergantung kepada impedansi alat ukur atau beban yang terpasang pada tenninal sisi sekunder trafo. Beban yang terhubung pada terminal sisi sekunder trafo ukur disebut burden. Pengaruh beban terhadap galat diperlihatkan pada Gambar 6.11. Galat Trafo Tegangan Kapasatif Rangkaian ekuivalen trafo tegangan kapasitif diperlihatkan pada Gambar 6. 13 di halaman 108. Dalam hal ini C,-C, adalah pembagi tegangan kapasitif; X* adalah reaktansi induktor kompensasi; Zo', R"' dan X"' adalah parameter trafo penengah dilihat dari sisi primer: sedangkan Zu' adalah impedansi alat ukur atau beban dilihat dari sisi primer. Seandainya induktor kompensasi, trafo penengah dan beban tidak ada, maka menurut Persamaan 6.4, nllai tegangan pada kapasitor C, adalah :
Seandainya tidak ada rugi-rugi di antara terminal kapasitor C, dengan terminal alat ukur dan impedansi alat ukur adalah tak-terhingga, maka tegangan Vr.' = V,. Artinla. nilai Vr' yang benar sama dengan V Jika tegangan fasa ke netral sistem (V,) dan semua impedansi pada rangkaian di atas diketahui, maka dengan analisis rangkaian listrik, tegangan Vr' dapat dihitung. Dengan demikian, galat rasio trafo tegangan kapasitif dapat dinyatakan seperti persamaan di bawah ini : Suatu alat ukur dinyatakan sangat akurat jika galatnya sangat kecil. Oleh karena itu, kelas ketelitian suatu alat ukur bergantung kepada galat alat ukur tersebut. Menurut ketelitiannya, trafo tegangan dibagi atas beberapa kelas. Pada tabel 6.1 diperlihatkan kelas ketelitian trafo tegangan dan penggunaannya. Batas galat pada Tabel 6.1 berlaku untuk kondisi sebagai berikut : Tegangan yang diukur : (0,8-1,2) tegangan nominal Beban : (0,25-1,0) burden nominal Faktor daya : 0.8 lagging