PEMILIHAN TRAFO ARUS DAN TRAFO TEGANGAN UNTUK kWh

Pengaruh instrument pengukuran pada meter transaksi tenaga listrik
Mei 2009
PENGARUH INSTRUMENT PENGUKURAN
PADA METER TRANSAKSI TENAGA LISTRIK
oleh
Wahyudi Sarimun.N*)
ABSTRAK
kWhmeter adalah suatu alat pengukur energi listrik yang mengukur secara langsung hasil kali tegangan,
arus, factor kerja dan waktu, (U.I.Cosφt) yang bekerja padanya selama jangka waktu tertentu. Karena
pengukuran energi yang dominan adalah pemakaian arus dan tegangannya, dimana arus dan tegangan
yang diukur melebihi arus dan tegangan nominal yang terdapat di kWhmeter. Untuk itu dibutuhkan suatu
peralatan instrument transformers yang dapat menurunkan arus dan tegangan. Yaitu Trafo arus (current
transformers) dan trafo tegangan (potensial transformers).
Sebagai pengaman pada jaringan distribusi secara umum dipergunakan Over Current Relay (OCR) dan
Ground Fault Relay (GFR) dimana arus yang dibutuhkan adalah arus kecil 1 A atau 5 A, untuk ini
dibutuhkan juga (sama seperti pada kWhmeter. Untuk itu Current transformers sebagai peralatan
instrument transformer untuk memperkecil arus besar ke arus kecil yang masuk ke alat proteksi. Tulisan ini
membahas tentang pemilihan trafo arus dan trafo tegangan yang baik untuk pengukuran dan proteksi,
supaya kerugian dan kejenuhan dari CT atau PT dapat dihindari.
KATA KUNCI: Meter Transaksi Tenaga Listrik, trafo arus dan trafo tegangan
*)
I.
= Dosen pada STTPLN Jakarta
PENDAHULUAN
Meter Transaksi Tenaga Listrik adalah peralatan
ukur untuk transaksi jual beli energi listrik, dari pemasok tenaga listrik ke pemakai tenaga listrik. Yang
pemasangannya dapat di Pusat listrik, di Gardu induk
atau di tempat pelanggan. Bila pemasangan Meter
Transaksi Tenaga Listrik di Pusat listrik khususnya di
jawa-Bali dan sumatera sebagai transaksi jual beli
antara pembangkitan dan PLN P3B dan kalau di Luar
jawa-Bali atau Sumatera dapat melihat pemakaian
bahan bakar dan energi yang dikeluarkan. Bila
penempatan Meter Transaksi Tenaga Listrik di Gardu
Induk sebagai transaksi jual beli listrik antara PLN
P3B dan PLN Distribusi atau Wilayah, kalau
penempatan di Pelanggan sebagai alat ukur pemakaian
energi listrik antara PLN Distribusi /Wilayah dan
pelanggan.
Tetapi Meter Transaksi Tenaga Listrik yang dipergunakan mempunyai batasan arus dan tegangan, bila
penyambungannya ke sistem dengan tegangan ≥ 20.000
volt dengan arus besar, Meter Transaksi Tenaga Listrik
tidak dapat merekam arus yang terpakai, untuk itu
dibutuhkan trafo arus dan trafo tegangan sebagai
penurun arus dan tegangan.
Kita tahu bersama, bahwa pemakaian trafo arus dan
tegangan terdapat kerugian yang disebabkan pemilihan
peralatan instrument transformers yang tidak sesuai
dengan arus atau tegangan yang masuk, sehingga
terdapat kerugian yang tidak diinginkan, yang berakibat
WYD SN
pada pengukuran arus disisi primer dengan sisi sekunder tidak sesuai dengan yang diinginkan.
II. INSTRUMENS TRANSFORMERS
Instruments transformers adalah trafo yang mana
dipergunakan bersama dengan peralatan lain seperti:
relai proteksi, alat ukur atau rangkaian kontrol. yang
termasuk trafo instrumen adalah current transformers
dan potensial transformers.
Kegunaan trafo instrumen al:
a.
b.
Mengisolasi rangkaian meter dari sisi primer yang
dipasok dengan tegangan tinggi dan arus besar.
Menyediakan kemungkinan standar arus atau
tegangan yang dipergunakan untuk pengukuran
atau proteksi.
Current transformers
Perbandingan antara belitan primer dan sekunder pada
trafo arus dapat dijelaskan menurut persamaan:
I1 N 2
=
I 2 N1
(1)
Persamaan diatas adalah untuk trafo arus ideal dimana
tegangan sekunder = nol dan arus magnetizing
diabaikan.
1
Pengaruh instrument pengukuran pada meter transaksi tenaga listrik
Potensial transformers
Perbandingan antara belitan primer dan belitan sekunder tanpa beban adalah
E1
E2
=
N1
(2)
N2
Persamaan diatas adalah untuk trafo tegangan (potensial
transformers) ideal tanpa beban, arus beban = nol dan
arus magnetizing diabaikan.
III. TRAFO ARUS
Trafo arus/Current transformer (CT) adalah suatu
peralatan listrik yang dapat memperkecil arus besar
menjadi arus kecil, yang dipergunakan dalam rangkaian
arus bolak-balik.
Fungsi CT adalah untuk memperoleh arus yang sebanding dengan arus yang hendak diukur (sisi sekunder
5 A atau 1 A) dan untuk memisahkan sirkuit dari sistem
yang arus nya hendak diukur (yang selanjutnya di sebut
sirkuit primer) terhadap sirkuit dimana instrumen
tersambung (yang selanjutnya disebut sirkuit sekunder).
Berbeda dari transformator tenaga yang arusnya
tergantung beban disisi sekunder, tetapi pada trafo arus
seperti halnya Ampere meter yang disisipkan ke dalam
sirkuit primer, arusnya tidak tergantung beban disisi
sekunder, melainkan semata-mata tergantung pada arus
disisi primernya.
Secara normal yang sesuai standar IEC terminal
S2/l harus ditanahkan sebagai pengamanan sekunder CT
terhadap tegangan tinggi akibat kopling kapasitif, sehingga sudut antara arus primer dan sekunder = nol,
kalau S1/k yang ditanahkan maka sudut arus antara primer dan sekunder menjadi = 1800.
Pada gambar 1 terlihat arus yang masuk ke sekunder
(IS) diperoleh dari arus primer (IP), yang diasumsikan
arus dari primer tidak ada error (kesalahan) seperti terlihat pada persamaan (1) diatas.
Dalam kenyataannya arus primer yang masuk kesekunder sebagian akan masuk ke inti maknetik yang terdapat pada sekunder tersebut, seperti terlihat pada
gambar 2 dibawah ini:
IS =
Trafo arus/Current Transformers terdiri dari belitan
primer, belitan sekunder dan inti maknetik. Jika arus
primer yang masuk ke CT ke teminal P1/K dan arus
yang mengalir ke sekunder dinamakan terminal S1/k,
seperti terlihat pada gambar 1 (lihat arah arus sekunder
IS yang masuk ke ampere meter). Selanjutnya terdapat
terminal kedua pada CT disisi primer yaitu P2/L adalah
terminal yang arusnya diperoleh dari P1/k yang
dialirkan ke beban dan S2/l sisi sekunder adalah terminal yang arusnya diperoleh dari S1/k.
IP
P /L
P1/K
S1/k
2
S2/l
IS
A
Gambar 1: Rangkaian equivalent CT(1)
Dalam hal ini, polaritas sisi sekunder harus
disesuaikan dengan datangnya arus di terminal sisi
primer (tidak boleh terbalik).
WYD SN
NP
NS
xI P − I e
(3)
Exciting
impedance
Ie
Burden (Z)
Gambar 2: Rangkaian equivalent arus sisi sekunder
ε
Ie
(NS/NP)IP
IS
III.1. RANGKAIAN TRAFO ARUS
Mei 2009
δ
ε
Ie/IS x 100%
δ
IS x 100%
Gambar 3: Vektor dari
arus CT
δ
+
(IP/IS)x(NS/NP)x100%
Gambar 4: Vektor memperlihatkan arus
sekunder sebagai refrensi diambil 100%
Pada gambar 2 terlihat arus dari sisi primer tidak
semua masuk kesisi sekunder, sebagian arus akan
masuk ke rangkaian inti, sehingga terjadi pergeseran
sudut δ seperti terlihat pada gambar 3. Hal ini
dikatakan sebagai kesalahan reproduksi dari CT.
Kesalahan reproduksi akan terlihat dalam amplitudo
dan fase, kesalahan dalam amplitudo dikatakan sebagai
kesalahan arus atau kesalahan ratio, kalau kesalahan
fase dikatakan sebagai pergeseran fase. Pada gambar 4,
memperlihatkan arus sekunder IS dipilih sebagai acuan
dalam 100 %, sebagai poros sumbu yang dapat dibagi
dalam persen. Sejak sudut δ sangat kecil, maka
kesalahan arus ε dan kesalahan fase δ langsung dapat
dibaca dalam persen pada axies tersebut (ε = 1% = 1
centiradians = 34,4 minute).
Sesuai penjelasan diatas, bahwa Kesalahan arus
positif, jika arus sekunder melebihi arus pengenalnya
dan kesalahan fase positif jika arus sekunder leading
(mendahului) dari arus primer. Sebagai Konsekwensi
axis ε akan turun dan axis δ akan kekanan.
2
Pengaruh instrument pengukuran pada meter transaksi tenaga listrik
III.2. DEFINISI
Kesalahan transformasi (transformasi error).
Adalah perbandingan antara arus primer dan arus sekunder
I
Kn = P
(4)
IS
Kesalahan arus (current error)
ε(%) =
K n xI S − I P
x100%
IP
(5)
= Perbandingan transformasi
= Kesalahan arus (%)
= Arus sekunder sebenarnya (Amp)
= Arus primer sebenarnya (Amp).
Security factor (Fs)
Faktor sekuriti (security factor) adalah Ratio dari
sekuriti arus primer pengenal (IPS) dan arus primer
pengenal (IP)
I PS
IP
(6)
Sekuriti dari meter yang dihubungkan ke CT, adalah
kebalikan dari FS nya. Sesuai standar security factor
(FS) = FS5.
Rated Short - Time Thermal Current (Ith)
Adalah nilai rms dari arus primer, dimana CT tidak
rusak dalam waktu satu detik, bila waktu arus thermalhubung singkat pengenal dipakai dalam tiga detik
dipergunakan dalam satu detik. short time thermal
current dapat diperhitungkan dengan persamaan:
I th
∑c =
100
IP
1 T
2
∫ (K N i s − i p ) dt
T 0
(9)
KN
IP
iP
iS
= transformation ratio pengenal
= Nilai rms dari arus primer
= Nilai sesaat (the instantaneous value) dari arus primer
= Nilai sesaat (the instantaneous value) dari arus
sekunder
T = Waktu dalam satu periode (one cycle) dalam detik.
III.3. KELAS AKURASI (ACCURACY CLASS)
Karena adanya perbedaan antara arus yang masuk di
sisi primer dengan arus yang terbaca disisi sekunder,
dapat menimbulkan perbedaan ratio transformasi arus
yang sebenarnya dengan kenyataannya.
Bila CT dipergunakan untuk pengukuran energi (kWh
meter), kesalahan arus ini sangat berpengaruh terhadap
pengukuran energi.
FS =
sebenarnya yang dikalikan dengan ratio CT pengenal,
composite error diekspresikan dalam persen dari nilai
rms arus primer yang dapat ditulis dalam bentuk
matematis, sebagai berikut:
Dimana :
Dimana:
Kn
ε
IS
IP
Mei 2009
Adalah arus pada trafo arus yang dibatasi oleh
kesalahan arus dan kesalahan fase. Dimana accuracy
class yang sesuai dengan pemakaian, dijelaskan sebagai
berikut:
Standar accuracy class, yang dipergunakan untuk
“pengukuran” seperti terlihat pada tabel dibawah ini.
- Untuk klas 0,1 – 0,2 – 0,5 dan 1, pada frekwensi
pengenal kesalahan arus dan pergeseran fase tidak melebihi dari nilai yang di tentukan seperti terlihat pada
tabel 1, bila burden sekunder antara 25% s/d 100% dari
burden pengenal.
- Untuk klas 0,2S dan 0,5S, dipergunakan untuk aplikasi khusus untuk Kwh meter yang mana pengukuran
yang tepat pada arus antara 50 mA s/d 6 A. kesalahan
arus dan pergeseran fase, tidak melebihi dari nilai yang
ditentukan seperti terlihat pada tabel 2, bila burden
sekunder antara 25% s/d 100% dari burden pengenal.
Pemakaian kelas ini diutamakan pada ratio 25/5, 50/5
dan 100/5. dengan arus pengenal 5A.
- Untuk klas 3 dan kelas 5, kesalahan arus dan pergeseran fase tidak melebihi dari nilai yang ditentukan seperti terlihat pada tabel 3, bila burden sekunder antara
50% s/d 100% dari burden pengenal.
Rated dynamic current (Idyn)
Catatan: Supaya kesalahan arus pengukuran tidak
menyimpang jauh dari arus yang diukur, perlu pemilihan CT yang tepat untuk kelas ketelitian dan burden
sekunder yang tidak melebihi dari burden pengenalnya.
Adalah nilai puncak dari arus primer CT, tanpa ada
kerusakan secara electric dan mechanic yang dihasilkan dari tenaga electromagnetic:
Tabel 1 : Batas kesalahan arus dan kesalahan sudut untuk
klas 0,1 – 1,0 sesuai IEC 60044-1
I th,t =
t
Idyn = 2,5 x Ith
(7)
(8)
- Composite error (∑c).
Adalah pada kondisi dibawah steady state, nilai
rms mempunyai perbedaan antara nilai sesaat dari
arus primer dan nilai sesaat dari arus sekunder
WYD SN
Kelas
ketelit
ian
+/- % kesalahan ratio arus
pada % dari arus pengenal
5
0,1* 0,4
0,2** 0,75
0,5*> 1,5
1,0** 3,0
20
0,2
0,35
0,75
1,5
100
0,1
0,2
0,5
1,0
120
0,1
0,2
0,5
1,0
+/- % pergeseran fase
pada % dari arus pengenal ,
menit (centiradians)
5
20
100
120
15
8
5
5
30
15
10
10
90
45
30
30
180
90
60
60
3
Pengaruh instrument pengukuran pada meter transaksi tenaga listrik
Tabel 2: Batas kesalahan untuk CT keperluan khusus sesuai
IEC 60044-1
Kelas
Keteli
tian
0,2S**
0,5S**
+/- % kesalahan ratio arus
pada % dari arus pengenal
1
0,75
1,5
5
0,35
0,75
20
0,2
0,5
100
0,2
0,5
120
0,2
0,5
+/- % pergeseran fase pada % dari
arus pengenal , menit
(centiradians))
1
5
20
100
120
30
15
10
10
10
90
45
30
30
30
Tabel 3: Batas kesalahan untuk klas 3 dan 5 sesuai IEC
60044-1
Kelas
ketelitian
3
5
+/- % kesalahan ratio arus
pada % dari arus pengenal
50
3
5
100
3
5
Pemakaian
instruments
instruments
Dimana: * = untuk laboratorium
**= untuk Precision revenue metering
*>= untuk standard metering
Standard accuracy class yang dipergunakan untuk
“proteksi” adalah 5P , 10P. tanda “P” adalah tanda
“Proteksi”, dan angka 5 atau 10 adalah nilai kesalahan
arus dalam %, seperti terlihat pada tabel 4.
CT yang ada untuk proteksi: 5P10, 5P20, 10P10,
10P20. dan yang dibutuhkan untuk proteksi pada CT
adalah tingkat isolasi yang tinggi, dan tidak cepat jenuh
saat arus besar masuk ke sisi primer CT, karena output
arus di sekunder diperlukan agar Relai proteksi bekerja dengan pasti.
Tabel 4: Batas kesalahan accuracy class proteksi.
Kelas
Keteli
tian
Kesalahan
arus pada
arus primer
(%)
5P
10P
±1
±3
+/- % pergeseran sudut fase dari
arus pengenal
minutes
±60
-
centiradians
±1,8
-
Composied error
Rated accuracy limit
primery
current
5
10
Misal : 20 VA, 5P/20.
20 VA adalah keluaran daya CT dalam VA
5P
adalah accuracy class (klas ketelitian)
20
adalah composite error.
Bila pengaman (relai) invers definite minimum
time (IDMT) dengan stabilitas gangguan fase dan
ketelitian waktu yang akurat tidak diperlukan dapat
mempergunakan klas 10P. Tetapi kalau ketelitian,
stabilitas gangguan fase dan ketelitian waktu yang
akurat diperlukan, dapat mempergunakan klas 5P.
III.4 BURDEN
Beban yang dihubungkan ke sekunder dikatakan
sebagai burden, dimana trafo arus dengan batasannya
dapat menampung beban pada sisi sekunder. Beban ini
dinyatakan dalam ohm impedansi atau VA. Misal burden impedansi 0,5 ohm dapat di ekspresikan juga pada
12,5 VA dengan arus 5 A.
Sebagai pengaman pada CT, khususnya di klas
proteksi perlu membatasi arus yang besar yang masuk
ke CT, sesuai standar IEC untuk membatasi arus bolakbaik yang simetris adalah 5P atau 10P.
Pada karakteristik utama dari CT untuk proteksi
adalah akurasi rendah (kesalahan lebih besar diijinkan
WYD SN
Mei 2009
bila dibandingkan untuk pengukuran) dan kejenuhan
tegangan (saturation voltage), tinggi. Pada kejenuhan
tegangan dikatakan sebagai Accuracy Limit Factor
(ALF). Dimana kenaikan arus dari arus primer pengenal,
dapat dipenuhi accuracy/ketelitian pengenal pada
burden pengenal yang dihubungkannya., ini dikatakan
sebagai nilai minimum. Dapat juga dikatakan
perbandingan antara kejenuhan tegangan dan tegangan
pada arus pengenal dan burden sisi sekunder. Pertambahan nilai kejenuhan dapat diperkirakan dengan persamaan dibawah ini(1).
n=n
ALF
*
2
S n + R CT * I sn
2
S + R CT * I sn
(10)
Dimana :
Sn = Burden pengenal (VA)
S = Burden sesungguhnya (VA)
Isn = Arus pengenal sekunder (A)
RCT = Tahanan dalam CT pada 750C (ohm)
nALF = accuracy limit factor.
Untuk melindungi peralatan ukur dari arus besar,
yang ditimbulkan karena adanya gangguan hubung
singkat disisi primer, batasan arus sekunder adalah Fs x
arus pengenalnya, dimana pengamanan peralatan
metering tinggi bila FS rendah . dengan spesifikasi
faktor yang ada FS5 atau FS10, ini adalah sebagai nilai
maksimum dan hanya valid (sah) pada burden
pengenalnya.
Nilai pertambahan kejenuhan diexpresikan sebagai
nilai n, sebagai berikut:
2
S n + R CT * I sn
n=F *
2
S
S + R CT * I sn
(11)
Perbedaan kejenuhan antara trafo arus untuk
pengukuran dan trafo arus untuk proteksi, adalah pada
tingkat kejenuhannya yang berbeda seperti terlihat pada
gambar 5 dibawah. Dimana trafo arus untuk
pengukuran harus lebih cepat jenuh dibandingkan
dengan trafo arus untuk proteksi, Trafo arus proteksi
maupun pengukuran, saat di beri arus primer tertentu
Arus exitasi di sekunder akan belok, meskipun arus
dinaikkan terus menerus, tegangan exitasi (ES) tidak
mampu lagi naik, terjadi lah pembelokan dari grafik,
pembelokan grafik
ES
Kurva CT untuk proteksi
Knee point
Kurva CT untuk pengukuran
Gambar 5: Kurva maknetisasi CT
IeXct
4
Pengaruh instrument pengukuran pada meter transaksi tenaga listrik
ini disebut knee point (titik lutut) yang diartikan sebagai
lutut manusia bengkok (tidak lurus).
Untuk memenuhi klas ketelitian tinggi, arus
pemaknitan dalam inti harus dapat meneruskan suatu
nilai yang rendah, sebagai konsekwensi rendahnya
kerapatan garis gaya (flux density) dalam inti. yang
pada umumnya bahan inti maknetik untuk ini baiknya
dibuat dari campuran nickel dan besi.
Mei 2009
IV.1. KESALAHAN PERALATAN
Jika jatuh tegangan pada trafo tegangan tidak
diperhitungkan, dalam hal ini tidak ada kesalahan pada
tegangan primer, maka dapat dijelaskan perbandingan
antara tegangan primer dan sekunder seperti terlihat
pada persamaan (1) diatas dan gambar 5 dibawah ini:
Adapun burden current transformers sesuai IEC
60044-1 adalah 2,5 VA, 5 VA, 7,5VA, 10VA, 15VA,
20 VA dan 30VA.
Catatan: klas akurasi baik, bila burden antara 25% s/d
100% dari burden pengenal.
Metering yang dipergunakan saat ini banyak memakai digital dengan daya (VA) rendah, hal ini dapat
memperkecil total burden yang rendah sampai 25 %
dari burden pengenalnya seperti terlihat pada grafik 1
dibawah, dimana perbandingan CT antara CL0,2S dan
CL0,5 dengan perbedaan burden dari kedua class CT
tersebut. CL0,2S kesalahan arusnya lebih kecil dari
CL0,5.
Perbandingan karakteristik CT
Class CL0.5 dan Class 0,2S
Maret 2008
1.5
CL 0.5
1.3
CL 0.2S
1.1
0.9
0.7
0,5+
0,2+
kesalahan ( % )
0.5
0.3
0.1
0,2
-0.1
-0.3
Tetapi kenyataannya tidak mungkin, karena
terdapat tegangan jatuh dalam tahanan belitan, hal ini
berpengaruh pada perbandingan tegangan antara primer
dan sekunder.
NP
(12)
xU P − ∆U
Dimana:
∆U = tegangan jatuh.
Kesalahan dalam reproduksi PT akan nampak pada
amplitude dan fase, kesalahan pada amplitude
dikatakan sebagai kesalahan tegangan atau kesalahan
ratio dan kesalahan pada fase dikatakan sebagai
pergeseran fase.
0,5-
-0.7
NS
US =
0,2 -
0,5
-0.5
Gambar 6: Rangkaian PT
ε
∆U
-0.9
-1.1
-1.3
-1.5
0.01
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
I nominal
Grafik 1: Grafik kesalahan dan batasan untuk CT
CL0,2 dan CL0,5(2)
(NS/NP)UP
ε
∆U/US x 100%
US
δ
δ
US x 100%
IV. TRAFO TEGANGAN
Trafo tegangan/voltage transformers /potensial
transformers adalah suatu peralatan listrik yang dapat
memperkecil tegangan tinggi menjadi tegangan rendah,
yang dipergunakan dalam rangkaian arus bolak-balik.
Fungsi trafo tegangan adalah untuk memperoleh
tegangan yang sebanding dengan tegangan yang hendak
dipergunakan dan untuk memisahkan sirkuit dari sistem
dengan tegangan tinggi (yang selanjutnya di sebut
sirkuit primer) terhadap sirkuit dimana alat ukur
(instrumen) tersambung (yang selanjutnya disebut
sirkuit sekunder). Beda dengan transformator tenaga
yang dibutuhkan adalah tegangan dan daya keluarannya
tetapi pada trafo tegangan yang dibutuhkan adalah
tingkat ketelitiannya dan penurunan tegangannya yang
disesuaikan dengan alat ukur.
WYD SN
δ
+
(UP/US)x(NS/NP)x100%
Gambar 7: Vektor tegangan
Gambar 8: Vektor memperlihatkan
tegangan sekunder sebagai refrensi
diambil 100%
Sama seperti penjelasan pada trafo arus bahwa vektor
tegangan seperti terlihat pada gambar 7 terdapat
pergeseran sudut sebesar δ dan gambar 8 menjelaskan
dari gambar 7 yang dipresentasikan dalam bentuk garis
dengan tegangan sekunder sebagai refrensi vektor
diambil dimensi 100%, lebih dari itu pada sistem
koordinat sebagai ujung dari refrensi vektor dikatakan
dalam persen. Bila δ sangat kecil sudutnya kesalahan
tegangan ε dan kesalahan fase langsung terbaca dalam
persen pada axies tersebut (ε = 1% = 1 centiradians =
34,4 minute).
Kesalahan tegangan positif bila tegangan sekunder
melebihi tegangan pengenalnya dan kesalahan fase
5
Pengaruh instrument pengukuran pada meter transaksi tenaga listrik
positif bila tegangan sekunder leading dari primernya,
arah positif nantinya akan turun dalam axis ε dan axis δ
akan kekanan.
Mei 2009
0,5
25-100
R.E(%) =
25-100
3P
6P
(13)
Vp
Dimana:
R.E = ratio error (%)
Kn = ratio nominal
Vs = tegangan sekunder
Vp = Tegangan primer
IV.2. TEGANGAN PRIMER DAN SEKUNDER
PENGENAL
Tegangan primer dari PT adalah tegangan pengenal
yang diperoleh dari sistem dan tegangan sekunder
pengenal diperoleh dari tegangan primer.
Potensial transformer yang dipasang diluar
(outdoor) secara normal dihubungkan antara fase dan
tanah, untuk sistem tiga fase, dimana nilai standar
tegangan primer pengenal adalah 1/√3 kali dari nilai
tegangan pengenal sistem. Dan tegangan sekunder
pengenal yang dipergunakan dinegara-negara eropa,
adalah: 100/√3 atau 110/√3 volt
Pemilihan dari potensial transformer untuk metering 80-120% dari tegangan pengenal dan untuk
proteksi antara 0,05 s/d 1,5 atau 1,9 dari tegangan
pengenal sebagai faktor tegangan.
Sesuai standar IEC, faktor tegangan PT,sebagai berikut:
- 1,9 kali tegangan pengenal untuk PT tidak diketanahkan.
- 1,5 kali tegangan pengenal untuk PT diketanahkan
solid.
Lamanya kenaikan tegangan ini adalah sebesar 30 detik.
VI.3.ACCURACY CLASS DAN RATED BURDEN PT
Rated burden PT secara normal dapat dijelaskan
sebagai berikut:
Bila burden digunakan untuk komponen metering
dan proteksi, kelas akurasi untuk metering dipilih harus
lebih baik daripada untuk proteksi.
- Burden dari PT adalah penjumlahan dari total burden dari semua beban yang disambung ke PT. Kesalahan arus dan pergeseran fase tidak melebih dari nilai
yang ditentukan seperti tabel 5 atau tabel 6 , bila burden
sekunder antara 25% s/d 100% dari burden pengenal.
Tabel 5: Acuracy classes sesuai IEC 60044-2
Limits of errors
Class
burden%
voltage%
Ratio %
0,1
25-100
25-100
< 10 VA
0-100%
Pf=1
80-120
0,1
80-120
0,2
0,2
WYD SN
20
80-120
1,0
40
80-120
3,0
-
5-Vf
5-Vf
3,0
6,0
120
240
Standard
revenue
metering
Industrial
grade
meters
Instrumen
ts
Protection
Protection
25-100
25-100
Vf = faktor tegangan
100.(K n Vs − Vp )
range
0,5
25-100
1,0
3,0
Kesalahan tegangan
80-120
Phase
Displacement
min
5
10
Contoh:
Peralatan metering 30 VA, klas akurasi 0,2 dan
proteksi = 70 VA , klas akurasi 3P, maka pemilihan PT
sebesar 100 VA dengan klas akurasi 0,2.
Bila beban proteksi yang sifatnya emergency saja, maka
burden untuk PT yang dipergunakan untuk metering
dan relaying. dapat mempergunakan burden 70 VA.
Klas untuk metering sesuai IEC 600044-2 baik bila
tegangan pengenal 80-100% dan burden 25-100%. Dari
burden pengenal. Kelas untuk proteksi baik dari 5% s/d
Vf kali tegangan pengenal bila burden 25% s/d 100%
dari burden pengenal.
Sesuai standar daya keluaran trafo tegangan
pengenal dengan pf 0,8 lagging, adalah 10; 15; 25; 30;
50; 75; 100; 150, 200; 300; 400; 500 VA.
Tabel 6: Acuracy classes sesuai IEEE C57.13
0,3
0-100
90-100
Power
error at
metered
load PF
0,6-1,0
0,3
0,6
0-100
90-110
0,6
1,2
0-100
90-100
1,2
Range
Burden % Voltage %
Class
Standard
burdens
M
W
X
Y
Z
ZZ
laboratory
Precision
and
revenue
metering
Revenue
metering
Standad
metering
Relaying
VA
PF
35
12,5
25
75
200
400
0,20
0,10
0,70
0,85
0,85
0,85
Kalau alat ukur yang dipergunakan memakai
digital dengan daya (VA) rendah hal ini dapat memperkecil total burden yang rendah sampai 25 % dari
burden pengenalnya seperti terlihat pada grafik 2 , dan
grafik 3 dimana perbandingan PT antara CL0,2 dan
CL0,5.
kesalahan
ratio (%)
CL0,5
+0,5
CL0,2
80% rated
voltage
+0,2
0
-0,2
Applicati
on
Appplication
-0,5
120% rated
voltage
0
50
100%
Rated burden
Grafik 2: Grafik kesalahan ratio CL0,2 dan CL0,5(1)
6
Pengaruh instrument pengukuran pada meter transaksi tenaga listrik
CL0,5
Pergeseran
fase(%) +20
CL0,2
80% rated
voltage
+10
0
-10
-0,20
0
50
120% rated
voltage
100%
Rated burden
Grafik 3: Grafik pergeseran fase CL0,2 dan CL0,5(1)
V. BAGAIMANA KITA MEMILIH CT DAN PT
Perlu kita ketahui, bahwa alat ukur seperti
kWhmeter kVArhmeter, ampere meter dls, mempergunakan arus kecil dan tegangan rendah, tetapi arus dan
tegangan yang masuk dari sistem besar dimana
tegangan pada sistem distribusi mempergunakan
tegangan 20.000 volt dengan arus besar. Untuk itu
dibutuhkan trafo arus dan trafo tegangan yang tepat
pemilihannya, sebagai berikut:
1. MEMILIH TRAFO ARUS:
- Pemilihan tegangan tinggi peralatan, Tegangan peralatan listrik diberikan dalam “V” atau “kV” misal:
12 kV, 20 kV, 24 kV, 125 kV
- Pemilihan ratio transformator pengenal (selection of
rated transformer ratio)
Pemilihan arus primer
Diperhitungkan dengan persamaan, sebagai berikut:
SN = √3 x U x I
Dimana:
SN = daya dari pelanggan (kVA)
U = tegangan fase –fase (kV)
I = arus masing-masing fase (Amp)
Contoh:
630 kVA
3x20 V
= 18 A
Maka dipilih ratio CT pada sisi primer sebesar 20 A,
bila CT dipergunakan untuk pengukuran dan proteksi
dipilih ratio 20/5-5.
Daya pelanggan TR 197 kVA tarif TR/TR/TR tegangan 380 volt, pemilihan ratio CT, adalah
I=
yang pasokannya diperoleh dari gardu Induk atau
PLTD, diambil dari Kuat Hantar Arus (KHA) kawat.
Bila dipasang pada incoming feeder di gardu Induk
atau di Pusat Listrik, perlu dihitung kapasitas transformator tenaga.
Pemilihan arus sekunder,
Arus sekunder dalam ampere 1 A dan 5 A ,
secara umum arus sekunder pengenal dipilih 5A,
tetapi bila lokasi peralatan instrumen jauh dari trafo
arus dipilih 1 A. kalau beban sekunder diambil dalam impedansi (ohm) diperhitungkan dalam VA,
sebagai berikut:
P(VA) = IS2 (A) x Z (ohm).
Bila IS = 5 A, P(VA) = 25 x Z.
Bila IS = 1 A, P(VA) = 1 x Z.
- Pemilihan burden
Beban yang akan dihubungkan ke sekunder trafo
arus menentukan daya aktif dan reaktif di terminal
sekunder yang berhubungan dengan burden trafo arus,
nilai VA dari tiap beban yang akan disambung dapat
dilihat pada tabel 1 dibawah ini dan sebagai tambahan burden trafo arus (VA) adalah pemakaian
kabel yang menghubungkan trafo arus ke alat ukur.
Tabel 7: Nilai VA dari tiap alat ukur dan proteksi
Ammeter dengan jarum besi
Wattmeter
0,70 – 1,5 VA
0,20 – 5,00 VA
Cosϕ meter
2,00 - 6,00 VA
kWhmeter : mekanik
: elektronik
0,40 – 3,5 VA
0,40 – 1,5 VA
KVArmeter : mekanik
0,40 – 3,5 VA
: elektronik
0,40 – 1,5 VA
Over Current Relay
0,20 – 8,00 VA
Ground Fault Relay
0,20 – 8,00 VA
Tabel 8: Nilai tahanan dari kabel
Daya pelanggan 630 kVA tarif TM/TM/TM tegangan 20 kV, pemilihan ratio CT adalah
I=
Mei 2009
197 kVA
3x380 V
= 299 A
Maka dipilih ratio CT pada sisi primer sebesar 300 A
atau 300/5.
Untuk memperoleh ratio CT dan klas proteksi yang
tepat pada CT yang terpasang pada outgoing feeder,
Φ (mm2)
4 x 1,5
4 x 2,5
4x4
4x6
4 x 10
4 x 16
4 x 25
R (Ω/km)
14,47
8,71
5,45
3,62
2,16
1,36
0,863
Total kapasitas beban (VA) yang disambung ke CT
tidak boleh melebihi dari burden yang dipilih.
Contoh:
Beban yang akan disambung ke CT yang terpasang di
Gardu Induk sebagai berikut:
Perhitungan daya:
Alat ukur
Ampere meter
kWh meter
KW meter
kVArh meter
Kabel 2 X 4 mm2 = 20 m
Total daya
WYD SN
Jenis
mekanik
1 VA
3 VA
3 VA
3 VA
1,36 VA
Jenis
elektronik
1 VA
1 VA
1 VA
1 VA
1,36 VA
= 11,36 VA 5,36 VA
7
Pengaruh instrument pengukuran pada meter transaksi tenaga listrik
Kalau mempergunakan alat ukur jenis mekanik
Burden dipilih 15 VA, kalau jenis elektronik dipilih
7,5 VA.
Beban terpasang di pelanggan > 200 kVA
Alat ukur
Jenis
mekanik
3,5 VA
3,5 VA
0,68 VA
kWh meter
kVArh meter
Kabel 2 X 4 mm2 = 10 m
Total daya
= 7,68 VA
Jenis
elektronik
1,5 VA
1,5 VA
0,68 VA
3,68 VA
Kalau mempergunakan alat ukur jenis mekanik
Burden dipilih 10 VA, jenis elektronik dipilih 5,0
VA.atau 7,5 VA
Bagaimana kita menghitung kejenuhan CT untuk
klas proteksi dengan mempergunakan faktor kejenuhan inti dan tegangan knee (VK), dimana akurasi
CT masih bisa dicapai?
Ratio CT 300/5 , 5P10, RCT = 0,07 ohm, burden
10VA. Burden kenyataan 7,5 VA, untuk perhitungan
diambil persamaan (10) diatas, sebagai berikut:
2
10 + 5 * 0,07
= 12,7
2
7,5 + 5 * 0,07
E
XT
* I nT =
1
12,6%
60.000
*
3 * 20
A = 13.746,4 A
Dari perhitungan diatas bahwa If > ICT, maka CT
tersebut akan jenuh.
Bila kita ingin mengetahui kejenuhan CT dengan
mempergunakan tegangan knee (VK), dapat dijelaskan sebagai berikut:
VK = 22 volt, RCT = 0,07 ohm, klas 10 VA 5P10 ratio
CT = 300/5. pemakaian (burden) = 7,5 VA
Rrelai + Rkawat = 7,5 VA/(5A)2 = 0,3 ohm.
If =
- Pemilihan arus thermal pengenal (Ith)
Arus thermal pengenal diberikan 100, 200, 300
dst x arus pengenal CT dalam “kA”, yang diambil
dari arus gangguan hubung singkat di sistem, bila
diperhitungkan arus gangguan hubung singkat 10 kA,
maka arus thermal pengenal = 10 kA (Ith= 10 kA),
arus primer pengenal dimisalkan 100 A, maka dapat
ditentukan arus thermal pengenal:
VK
R total
=
22
(0,07 + 0,3)
10.000A
100A
= 100xIn
- Pemilihan arus dynamic pengenal (Idyn)
Arus dynamic pengenal diambil dari arus thermal pengenal, sebagai berikut:
Idyn = 2,5 x Ith
Artinya: Dengan klas proteksi 5P10 dan burden CT
7,5 VA, CT tersebut akan jenuh pada arus 12,7 x arus
pengenalnya = 12,7 x 5 = 63,5 A disisi sekunder,
bagaimana kalau dilihat dari sisi primer (ICT).
(ICT) = 63,5 x 300/5 = 3810 A.
Bila kapasitas transformator tenaga misal: di gardu
induk = 60 MVA dan XT = 12,6%., tegangan 20 kV
maka arus maksimum yang keluar dari sumber adalah
If =
Untuk alat ukur kWhmeter dan kVArhmeter: dianjurkan mempergunakan CL0,2S
Klas proteksi: karena dibutuhkan ketelitian waktu
yang akurat dianjurkan mempergunakan klas 5P.
Bila CT terpasang di outgoing feeder, pemilihan klas
proteksi dianjurkan mempergunakan klas 5P20 dengan ratio disesuaikan dengan arus gangguan tersebut
dan kapasitas penghantar (KHA).
I th =
Contoh:
n = 10
Mei 2009
Dimisalkan Ith = 10 kA, maka
Idyn = 2,5 x 10 kA
= 25 kA.
- Pemilihan CT bila belitan primer atau belitan
sekunder mempunyai beberapa core Misal: 300600/5-5A ; 5P20.; 20 VA at lower ratio. Hal ini
berarti bahwa belitan primer mempunyai 2 belitan
untuk arus 300 A dan 600 A dan pada belitan
sekunder ada dua belitan untuk pengukuran dan
untuk proteksi. Nilai 20 VA at lower ratio
menunjukan pada ratio 300/5-5 nilai burden 20 VA,
tetapi kalau ratio 600/5-5 nilai burden harus 2 x 20
VA = 40 VA. Konstruksi CT seperti terlihat pada
gambar 9 dibawah ini.
= 59,45 A
Didasarkan pada VK yang diujikan, CT akan jenuh
pada arus 59,45 A sisi sekunder atau 59,45 x 300/5 =
3567,57 A sisi primer.
Jadi permasalahan ini bisa dilihat kalau CT terpasang
pada outgoing feeder atau pada pelanggan TM
terpasang dekat dari sumber, harus dihitung terlebih
dahulu besarnya arus gangguan dan kejenuhan CT.
Gambar 9: konstruksi CT dengan 2 belitan primer dan 2
belitan sekunder
- Pemilihan Accuracy class
WYD SN
8
Pengaruh instrument pengukuran pada meter transaksi tenaga listrik
2. MEMILIH TRAFO TEGANGAN
Sesuai tarip dasar listrik bahwa pelanggan yang
mempunyai daya > 201 kVA s/d 30,5 MVA mempergunakan tegangan 20.000 volt, karena pada meter
transaksi jual beli tenaga listrik mempergunakan tegangan rendah, dibutuhkan trafo tegangan sebagai
berikut:
-
Tegangan : 20.000/√3 / 100/√3 , sisi sekunder
disesuaikan dengan tegangan alat ukur.
Burden : dihitung beban yang akan disambung
ke PT (VA) sama seperti pada CT.
Contoh:
1. Pemasangan di pelanggan TM
Alat ukur
kWh meter
kVArh meter
Kabel 2 X 4 mm2 = 10 m
Total daya
Jenis
mekanik
3,5 VA
3,5 VA
0,68 VA
= 7,68 VA
Jenis
elektronik
1,5 VA
1,5 VA
0,68 VA
3,68 VA
Kalau mempergunakan alat ukur jenis
mekanik Burden dipilih 10 VA, kalau jenis
elektronik dipilih 5,0 VA. Atau 7,5 VA.
2. Pemasangan di Gardu Induk.
Biasanya pemasangan PT di Gardu Induk atau
di PLTD dipergunakan untuk beberapa alat
ukur yang terpasang di Cubicle outgoing,
diambil 5 cubicle dengan alat ukur: Volt meter,
kWhmeter kVArhmeter, Wattmeter penjelasannya sebagai berikut:
Mei 2009
kWhmeter (pemakaian pengukuran jenis
mekanik) di penyulang 1 (dengan asumsi
tahanan kontak 0,6 ohm) sebesar 100/√3 =
57,74 volt - ∆V = 57,74 - 0,225 = 57,51 volt.
Tegangan di penyulang 4 menjadi 56,83 volt
dan di penyulang 10 menjadi 55,48 volt.
Padahal kWhmeter dengan klas ketelitian yang
tinggi (klas 0,2 atau klas 0,3), total jatuh
tegangan dari trafo tegangan yang masuk ke
kWhmeter harus ≤ 0,05 % s/d 0,1 % x
tegangan pengenal sekunder PT(1). Dengan
penjelasan
diatas
terdapat
kerugian
pengukuran pada penyulang 4 s/d penyulang
10 yang melebihi standar jatuh tegangan yang
masuk ke kWh meter.
- Class accuracy: diambil dari tabel 5 atau tabel 6
sesuaikan pemakaian standar nya dan diambil
yang mempunyai kesalahan rendah.
VI. KESIMPULAN.
1. Pemilihan Trafo arus dan trafo tegangan yang
dipergunakan untuk meter traksaksi tenaga listrik
perlu dihitung terlebih dahulu beban yang akan
disambung dan tegangan yang dipergunakan.
2. Sesuaikan burden beban yang tersambung pada CT
dan PT. Yang tidak boleh melebihi 100% burden
pengenal CT atau PT.
3. Kerugian pengukuran adalah akibat dari pemilihan
instrument transformers yang tidak sesuai.
4. Bila CT di pasang pada outgoing feeder, untuk
menjaga kejenuhannya perlu dihitung besarnya
arus gangguan hubung singkat 3 fase.
5. Bila CT yang terpasang pada incoming feeder,
diambil dari In transformator tenaganya.
6. Nameplate CT dan PT harus terbuat dari plat aluminium (bukan dari kertas)
DAFTAR PUSTAKA:
[1] ABB; application guide- instrument transformers
Alat ukur
5 Voltmeter (a’ = 1 VA)
5 Wattmeter (a’ = 2 VA & 1 VA)
5 kWh meter (a’ =3,5 VA & 1,5 VA)
kVArh meter (a’ =3,5 VA & 1,5 VA)
Kabel 2 X 4 mm2 = 50 m
Total daya
Jenis
mekanik
5 VA
10 VA
17,5 VA
17,5 VA
2,04 VA
= 52,04 VA
Jenis
elektronik
5 VA
5 VA
7,5 VA
7,5 VA
2,04 VA
27,04 VA
[2] Sadtem France; Presentasi current transformers
[3] Pribadi kadarisman dan Wahyudi Sarimun.N; trafo
tenaga besar terhadap kinerja proteksi dan tegangan pelayanan, seminar 08 juni 2005.
Dari
contoh
no
2
diatas,
kalau
mempergunakan alat ukur jenis mekanik
burden dipilih 225 VA, kalau jenis elektronik
dipilih 150 VA. Dengan contoh ini dapat
dilihat besarnya burden yang dipergunakan
untuk alat ukur. Bila pemilihan burdennya
tidak sesuai dengan alat ukur yang akan
dipasang,
berpengaruh
terhadap
pengukurannya,
dengan
ini
sebaiknya
pemasangan PT di outgoing feeder untuk satu
atau 2-3 buah cubicle dengan beberapa alat
ukur yang terpasang. Disamping itu tegangan
WYD SN
9