Dasar Trafo Arus atau Current Transformer (CT)
Trafo arus menghasilkan output sebanding dengan arus yang mengalir melalui belitan primer sebagai hasil dari potensi konstan pada primer. Trafo arus atau Current Transformator ( CT ), adalah jenis “transformator instrumen” yang dirancang untuk menghasilkan arus bolak-balik dalam belitan sekunder yang sebanding dengan arus diukur dalam primer.
Komponen trafo arus mengurangi arus tegangan tinggi ke nilai yang jauh lebih rendah dan menyediakan cara yang nyaman untuk secara aman memantau arus listrik aktual yang mengalir dalam saluran transmisi AC menggunakan ammeter standar. Prinsip operasi dasar trafo arus sedikit berbeda dari trafo daya biasa.
Berbeda dengan trafo daya atau tegangan yang dilihat sebelumnya, trafo arus hanya terdiri dari satu atau sangat sedikit putaran sebagai belitan utamanya. Belitan primer ini dapat berupa putaran datar tunggal, gulungan kawat tugas berat yang melilit inti atau hanya sebuah konduktor atau batang bus yang ditempatkan melalui lubang pusat seperti yang ditunjukkan.
Karena jenis pengaturan ini, trafo arus sering juga disebut sebagai "transformator seri" sebagai belitan primer, yang tidak pernah memiliki lebih dari beberapa putaran, dalam rangkaian dengan konduktor pembawa arus yang memasok beban.
Namun belitan sekunder, mungkin memiliki sejumlah besar lilitan yang memutar wound pada inti berlapis dari bahan magnetis low-loss. Inti ini memiliki luas penampang yang besar sehingga kerapatan fluks magnetis yang dibuat rendah menggunakan kawat luas penampang yang jauh lebih kecil, tergantung pada seberapa banyak arus yang harus diundurkan saat mencoba untuk menghasilkan arus yang konstan, terlepas dari yang terhubung beban.
Belitan sekunder akan memasok arus baik ke short-circuit, dalam bentuk ammeter, atau ke dalam beban resistif sampai tegangan yang diinduksi dalam sekunder cukup besar untuk menjenuhkan inti atau menyebabkan kegagalan dari kerusakan tegangan berlebih.
Tidak seperti trafo daya/tegangan, arus primer trafo arus tidak tergantung pada arus beban sekunder tetapi dikontrol oleh beban eksternal. Arus sekunder biasanya diberi peringkat pada standar 1 Ampere atau 5 Ampere untuk peringkat arus primer yang lebih besar.
Umumnya trafo arus dan amperemeter digunakan bersama-sama sebagai pasangan yang cocok di mana desain trafo arus adalah untuk memberikan arus sekunder maksimum yang sesuai dengan defleksi skala penuh pada ammeter. Pada kebanyakan trafo arus, perkiraan rasio putaran terbalik ada di antara dua arus pada gulungan primer dan sekunder. Inilah sebabnya mengapa kalibrasi trafo arus umumnya untuk jenis ammeter tertentu.
Kebanyakan trafo arus memiliki peringkat sekunder standar 5 amp dengan arus primer dan sekunder dinyatakan sebagai rasio seperti 100/5. Ini berarti bahwa arus primer 20 kali lebih besar dari arus sekunder sehingga ketika 100 amp mengalir di konduktor primer akan menghasilkan 5 amp yang mengalir di belitan sekunder. Trafo arus dari 500/5, akan menghasilkan 5 amp di sekunder untuk 500 amp di konduktor utama, 100 kali lebih besar.
Dengan meningkatkan jumlah gulungan sekunder, Ns, arus sekunder dapat dibuat jauh lebih kecil dari arus dalam rangkaian primer yang diukur karena dengan meningkatnya Ns, turun dengan jumlah yang proporsional. Dengan kata lain, jumlah putaran dan arus pada gulungan primer dan sekunder dihubungkan dengan proporsi terbalik.
Sebuah trafo arus, sama seperti transformator lainnya, harus memenuhi persamaan amp-turn dan kita tahu dari tutorial kami tentang Trafo Daya/Tegangan wound ganda bahwa rasio ini sama dengan:
dari mana kita mendapatkan:
Rasio arus akan menetapkan rasio putaran dan karena primer biasanya terdiri dari satu atau dua putaran sementara sekunder dapat memiliki beberapa ratus putaran, rasio antara primer dan sekunder dapat cukup besar. Misalnya, asumsikan bahwa peringkat arus belitan primer adalah 100A. Belitan sekunder memiliki peringkat standar 5A. Kemudian rasio antara arus primer dan sekunder adalah 100A-to-5A, atau 20: 1. Dengan kata lain, arus primer 20 kali lebih besar dari arus sekunder.
Namun perlu dicatat, bahwa arus trafo yang diberi peringkat 100/5 tidak sama dengan yang diberi peringkat 20/1 atau subdivisi 100/5. Ini karena rasio 100/5 menyatakan “peringkat arus input/output” dan bukan rasio aktual dari arus primer ke arus sekunder. Perhatikan juga bahwa jumlah putaran dan arus pada gulungan primer dan sekunder terkait dengan proporsi terbalik.
Tetapi perubahan yang relatif besar dalam rasio putaran arus trafo dapat dicapai dengan memodifikasi putaran primer melalui jendela trafo arus di mana satu putaran primer sama dengan satu lintasan dan lebih dari satu lintasan melalui jendela menghasilkan rasio listrik yang dimodifikasi.
Jadi misalnya, trafo arus dengan hubungan katakanlah, 300/5A dapat dikonversi ke yang lain dari 150/5A atau bahkan 100/5A dengan melewatkan konduktor utama utama melalui jendela interiornya dua atau tiga kali seperti yang ditunjukkan. Ini memungkinkan trafo arus bernilai lebih tinggi untuk menyediakan arus output maksimum untuk ammeter bila digunakan pada saluran arus primer yang lebih kecil.
Komponen trafo arus mengurangi arus tegangan tinggi ke nilai yang jauh lebih rendah dan menyediakan cara yang nyaman untuk secara aman memantau arus listrik aktual yang mengalir dalam saluran transmisi AC menggunakan ammeter standar. Prinsip operasi dasar trafo arus sedikit berbeda dari trafo daya biasa.
Karena jenis pengaturan ini, trafo arus sering juga disebut sebagai "transformator seri" sebagai belitan primer, yang tidak pernah memiliki lebih dari beberapa putaran, dalam rangkaian dengan konduktor pembawa arus yang memasok beban.
Namun belitan sekunder, mungkin memiliki sejumlah besar lilitan yang memutar wound pada inti berlapis dari bahan magnetis low-loss. Inti ini memiliki luas penampang yang besar sehingga kerapatan fluks magnetis yang dibuat rendah menggunakan kawat luas penampang yang jauh lebih kecil, tergantung pada seberapa banyak arus yang harus diundurkan saat mencoba untuk menghasilkan arus yang konstan, terlepas dari yang terhubung beban.
Belitan sekunder akan memasok arus baik ke short-circuit, dalam bentuk ammeter, atau ke dalam beban resistif sampai tegangan yang diinduksi dalam sekunder cukup besar untuk menjenuhkan inti atau menyebabkan kegagalan dari kerusakan tegangan berlebih.
Tidak seperti trafo daya/tegangan, arus primer trafo arus tidak tergantung pada arus beban sekunder tetapi dikontrol oleh beban eksternal. Arus sekunder biasanya diberi peringkat pada standar 1 Ampere atau 5 Ampere untuk peringkat arus primer yang lebih besar.
Jenis Trafo Arus (CT)
Ada tiga jenis trafo arus: wound, toroidal dan batang.- Trafo Arus Wound - Belitan primer transformator secara fisik terhubung secara seri dengan konduktor yang membawa arus terukur yang mengalir dalam rangkaian. Besarnya arus sekunder tergantung pada rasio belitan transformator.
- Trafo Arus Toroidal - Ini tidak mengandung belitan primer. Alih-alih, garis yang membawa arus yang mengalir dalam jaringan diulir melalui jendela atau lubang di trafo toroidal. Beberapa arus transformator memiliki "inti split" yang memungkinkannya untuk dibuka, dipasang, dan ditutup, tanpa memutus rangkaian ke mana mereka terpasang.
- Trafo Arus Batang - Jenis arus transformator menggunakan kabel aktual atau bus-bar dari rangkaian utama sebagai belitan utama, yang setara dengan putaran tunggal. Mereka sepenuhnya terisolasi dari tegangan operasi tinggi sistem dan biasanya dibaut ke perangkat pembawa arus.
Kontruksi Trafo Arus (CT)
Umumnya trafo arus dan amperemeter digunakan bersama-sama sebagai pasangan yang cocok di mana desain trafo arus adalah untuk memberikan arus sekunder maksimum yang sesuai dengan defleksi skala penuh pada ammeter. Pada kebanyakan trafo arus, perkiraan rasio putaran terbalik ada di antara dua arus pada gulungan primer dan sekunder. Inilah sebabnya mengapa kalibrasi trafo arus umumnya untuk jenis ammeter tertentu.
Kebanyakan trafo arus memiliki peringkat sekunder standar 5 amp dengan arus primer dan sekunder dinyatakan sebagai rasio seperti 100/5. Ini berarti bahwa arus primer 20 kali lebih besar dari arus sekunder sehingga ketika 100 amp mengalir di konduktor primer akan menghasilkan 5 amp yang mengalir di belitan sekunder. Trafo arus dari 500/5, akan menghasilkan 5 amp di sekunder untuk 500 amp di konduktor utama, 100 kali lebih besar.
Dengan meningkatkan jumlah gulungan sekunder, Ns, arus sekunder dapat dibuat jauh lebih kecil dari arus dalam rangkaian primer yang diukur karena dengan meningkatnya Ns, turun dengan jumlah yang proporsional. Dengan kata lain, jumlah putaran dan arus pada gulungan primer dan sekunder dihubungkan dengan proporsi terbalik.
Sebuah trafo arus, sama seperti transformator lainnya, harus memenuhi persamaan amp-turn dan kita tahu dari tutorial kami tentang Trafo Daya/Tegangan wound ganda bahwa rasio ini sama dengan:
Namun perlu dicatat, bahwa arus trafo yang diberi peringkat 100/5 tidak sama dengan yang diberi peringkat 20/1 atau subdivisi 100/5. Ini karena rasio 100/5 menyatakan “peringkat arus input/output” dan bukan rasio aktual dari arus primer ke arus sekunder. Perhatikan juga bahwa jumlah putaran dan arus pada gulungan primer dan sekunder terkait dengan proporsi terbalik.
Tetapi perubahan yang relatif besar dalam rasio putaran arus trafo dapat dicapai dengan memodifikasi putaran primer melalui jendela trafo arus di mana satu putaran primer sama dengan satu lintasan dan lebih dari satu lintasan melalui jendela menghasilkan rasio listrik yang dimodifikasi.
Jadi misalnya, trafo arus dengan hubungan katakanlah, 300/5A dapat dikonversi ke yang lain dari 150/5A atau bahkan 100/5A dengan melewatkan konduktor utama utama melalui jendela interiornya dua atau tiga kali seperti yang ditunjukkan. Ini memungkinkan trafo arus bernilai lebih tinggi untuk menyediakan arus output maksimum untuk ammeter bila digunakan pada saluran arus primer yang lebih kecil.
Rasio Putaran Primer Trafo Arus
Contoh: Trafo Arus (CT) No.1
Sebuah trafo arus tipe-batang yang memiliki 1 putaran primer dan 160 putaran sekunder harus digunakan dengan kisaran standar dari amperemeter yang memiliki resistansi internal 0.2Ω. Ammeter diperlukan untuk memberikan defleksi skala penuh ketika arus primer adalah 800 Amps. Hitung arus sekunder sekunder dan tegangan sekunder melintasi ammeter.
Arus Sekunder:
Tegangan melintasi Ammeter:
VS = IS x RA = 5 x 0.2 =1.0 Volt
Kita dapat melihat di atas bahwa karena trafo arus terhubung sekunder melintasi ammeter, yang memiliki resistansi sangat kecil, penurunan tegangan pada belitan sekunder hanya 1.0 volt pada arus primer penuh.
Namun, jika ammeter dilepas, belitan sekunder secara efektif menjadi open-circuit, dan karenanya transformator bertindak sebagai transformator step-up. Hal ini sebagian disebabkan oleh peningkatan fluks magnetisasi yang sangat besar pada teras sekunder karena reaktansi kebocoran sekunder mempengaruhi tegangan induksi sekunder karena tidak ada arus berlawanan pada belitan sekunder untuk mencegah hal ini.
Hasilnya adalah tegangan yang sangat tinggi yang diinduksi dalam belitan sekunder sama dengan rasio: Vp (Ns/Np) yang dikembangkan melintasi belitan sekunder. Jadi misalnya, asumsikan trafo arus kami dari atas digunakan pada 480 volt ke kabel listrik tiga fasa. Karena itu:
Tegangan tinggi ini karena rasio volt per putaran hampir konstan pada belitan primer dan sekunder dan karena Vs = Ns*Vp nilai Ns dan Vp adalah nilai yang tinggi, sehingga Vs sangat tinggi.
Untuk alasan ini trafo arus tidak boleh dibiarkan open-circuit atau dioperasikan tanpa beban terpasang ketika arus primer utama mengalir melaluinya seperti trafo daya/tegangan tidak boleh beroperasi ke hubung singkat / short. Jika ammeter (atau beban) harus dilepas, hubung singkat harus ditempatkan di terminal sekunder terlebih dahulu untuk menghilangkan risiko sengatan listrik.
Tegangan tinggi ini karena ketika sekunder open-circuit inti besi trafo beroperasi pada tingkat kejenuhan yang tinggi dan tanpa ada yang menghentikannya, ia menghasilkan tegangan sekunder besar yang tidak normal, dan dalam contoh sederhana kami di atas, ini dihitung di 76.8kV!. Tegangan sekunder yang tinggi ini dapat merusak insulasi atau menyebabkan sengatan listrik jika terminal CT disentuh secara tidak sengaja.
Jenis Penjepit Trafo Arus (CT)
Ada banyak jenis transformator khusus yang sekarang tersedia. Jenis yang populer dan portabel yang dapat digunakan untuk mengukur beban rangkaian disebut “meter penjepit” seperti yang ditunjukkan.
Clamp meter membuka dan menutup di sekitar konduktor pembawa arus dan mengukur arusnya dengan menentukan medan magnet di sekitarnya, memberikan pembacaan pengukuran cepat biasanya pada layar digital tanpa memutuskan atau membuka rangkaian.
Selain trafo arus genggam tipe penjepit, tersedia trafo arus inti split yang ujungnya dapat dilepas sehingga konduktor beban atau bus-batang tidak harus diputuskan untuk memasangnya. Ini tersedia untuk mengukur arus dari 100 hingga 5000 amp, dengan ukuran jendela persegi dari 1 ″ hingga lebih dari 12 ″ (25-ke-300mm).
Kemudian untuk meringkas, Trafo Arus atau Current Trasformer, (CT) adalah jenis transformator instrumen yang digunakan untuk mengubah arus primer menjadi arus sekunder melalui media magnetis. Belitan sekundernya kemudian memberikan arus yang jauh berkurang yang dapat digunakan untuk mendeteksi arus berlebih, arus bawah, arus puncak, atau kondisi arus rata-rata.
Sebuah kumparan primer trafo arus selalu dihubungkan secara seri dengan konduktor utama yang membuatnya juga disebut sebagai transformator seri. Arus sekunder nominal diberi peringkat pada 1A atau 5A untuk kemudahan pengukuran. Konstruksi dapat berupa satu putaran primer tunggal seperti pada tipe Toroidal, Donat, atau Bar/batang, atau beberapa putaran primer wound, biasanya untuk rasio arus rendah.
Trafo arus dimaksudkan untuk digunakan sebagai perangkat arus proporsional. Oleh karena itu belitan sekunder trafo arus tidak boleh dioperasikan ke rangkaian-terbuka/open-circuit, seperti halnya trafo daya/tegangan tidak boleh dioperasikan ke hubung-singkat/short.
Tegangan yang sangat tinggi akan dihasilkan dari rangkaian-terbuka rangkaian sekunder dari trafo arus berenergi sehingga terminal mereka harus mengalami hubungan-pendek jika ammeter akan dilepas atau ketika trafo arus tidak digunakan sebelum menyalakan sistem.
Dalam tutorial berikutnya tentang Transformator (trafo) kita akan melihat apa yang terjadi ketika kita menghubungkan bersama tiga transformator individu dalam konfigurasi star atau delta untuk menghasilkan transformator daya yang lebih besar yang disebut Transformator Tiga (3) Fasa yang digunakan untuk memasok supply 3-fasa.