Dua jenis utama transformator instrumen dalam sistem tenaga listrik.

I. Trafo Tegangan (VT)

Trafo Tegangan (Potential Transformer, disingkat PT; Voltage Transformer, disingkat VT) adalah perangkat listrik yang digunakan untuk mengubah tingkat tegangan dalam sirkuit listrik.

1. Prinsip Kerja

Trafo tegangan bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik dan memiliki struktur yang mirip dengan trafo konvensional, terdiri dari gulungan primer, gulungan sekunder, dan inti. Gulungan primer dihubungkan paralel ke sirkuit tekanan tinggi yang diukur dan memiliki banyak putaran.

Gulungan sekunder, dengan jumlah putaran yang lebih sedikit, dihubungkan ke instrumen pengukuran, relai pelindung, dan beban lainnya. Dalam kondisi operasi normal, sisi sekunder hampir berada dalam keadaan sirkuit terbuka. Menurut hukum induksi elektromagnetik, rasio tegangan primer ke sekunder sama dengan rasio putaran (U₁/U₂ = N₁/N₂). Ini memungkinkan tegangan tinggi diturunkan proporsional menjadi tegangan rendah standar (biasanya 100V atau 100/√3 V), sehingga aman dan sesuai untuk perangkat pengukuran dan perlindungan.

Simbol listriknya adalah sebagai berikut:

2. Fungsi

• Pengukuran Tegangan: Menurunkan tegangan sistem tinggi ke tegangan rendah standar (misalnya, 100V atau 100/√3 V) untuk digunakan oleh voltmeter, meter energi, dan instrumen pengukuran lainnya, memungkinkan pemantauan real-time tegangan sistem listrik.
• Perlindungan Relai: Memberikan sinyal tegangan yang andal ke relai pelindung untuk fungsi perlindungan overvoltage, undervoltage, dan lainnya. Ketika kondisi tegangan abnormal terjadi, sistem perlindungan merespons dengan cepat, memicu perintah trip untuk memisahkan sirkuit yang bermasalah dan menjamin keamanan sistem dan peralatan.
• Pengukuran Energi dan Penagihan: Bekerja bersama dengan meter energi untuk mengukur secara akurat konsumsi daya dalam sirkuit tekanan tinggi. Ini merupakan dasar penting untuk penagihan utilitas dan penyelesaian energi.

3. Karakteristik

• Akurasi Tinggi: Trafo tegangan kelas pengukuran memiliki kelas akurasi tinggi (misalnya, 0,2, 0,5) untuk memastikan pengukuran tegangan dan pengukuran energi yang tepat. Trafo VT kelas perlindungan memprioritaskan respons cepat dan memiliki kelas akurasi yang relatif lebih rendah (misalnya, 3P, 6P).
• Kebutuhan Isolasi Tinggi: Trafo tegangan tekanan tinggi harus mampu menahan tegangan operasi tinggi dan biasanya menggunakan isolasi minyak, gas SF₆, atau resin padat untuk kinerja yang stabil dan andal. Trafo tegangan tekanan rendah sebagian besar tipe kering, dengan struktur sederhana dan mudah perawatannya.
• Sisi Sekunder Tidak Boleh Konsleting: Konsleting pada sisi sekunder dapat menghasilkan arus yang sangat tinggi, yang berpotensi menghanguskan dan merusak gulungan. Oleh karena itu, sirkuit sekunder harus dilindungi dengan fusible atau miniature circuit breaker.

4. Aplikasi Skenario

• Aplikasi Tekanan Tinggi: Cocok untuk garis transmisi dan gardu induk dengan tegangan 1 kV dan di atasnya (misalnya, sistem 10 kV, 35 kV, 110 kV). Digunakan untuk memonitor tegangan busbar atau garis dan memberikan input ke sistem perlindungan, memastikan operasi jaringan yang aman dan stabil.
• Aplikasi Tekanan Rendah: Berlaku untuk sistem distribusi di bawah 1 kV (misalnya, sirkuit rumah tangga 220V, sistem industri 380V). Biasanya dipasang di panel switchgear tekanan rendah untuk memonitor tegangan sisi konsumen atau berinteraksi dengan meter energi untuk pengukuran daya.

II. Trafo Arus (CT)

Trafo arus (CT), juga dikenal sebagai transduser arus, adalah trafo instrumen yang, dalam kondisi operasi normal, menghasilkan arus sekunder yang proporsional secara substansial dengan arus primer, dengan perbedaan fase mendekati nol ketika dihubungkan dengan benar.

1. Prinsip Kerja

Trafo arus bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik dan memiliki struktur yang mirip dengan trafo konvensional, terdiri dari gulungan primer, gulungan sekunder, dan inti magnet. Gulungan primer dihubungkan seri dengan sirkuit yang diukur dan memiliki sangat sedikit putaran (kadang hanya satu putaran), membawa arus primer yang tinggi.

Gulungan sekunder, dengan lebih banyak putaran, dihubungkan seri ke instrumen pengukuran, relai pelindung, dan beban lainnya, membentuk loop tertutup. Dalam operasi normal, sisi sekunder hampir berada dalam keadaan sirkuit pendek. Menurut induksi elektromagnetik, rasio arus primer ke sekunder berbanding terbalik dengan rasio putaran (I₁/I₂ = N₂/N₁). Ini memungkinkan arus besar diturunkan proporsional menjadi arus level rendah standar (biasanya 5A atau 1A), memfasilitasi pengukuran, pemantauan, dan perlindungan.

Simbol listriknya adalah sebagai berikut:

Rasio arus primer ke sekunder nominal dari trafo arus disebut rasio transformasi arus (Ke). Ekspresi untuk rasio transformasi arus adalah:

Catatan:

• W₁, W₂ adalah jumlah putaran pada gulungan primer dan sekunder trafo, masing-masing;
• I₁ₑ, I₂ₑ adalah arus nominal gulungan primer dan sekunder, masing-masing;
• I₁, I₂ adalah arus aktual pada gulungan primer dan sekunder, masing-masing.

2. Fungsi

• Pengukuran Arus: Menurunkan arus primer tinggi ke arus sekunder standar rendah (misalnya, 5A atau 1A), memungkinkan ammeter, meter energi, dan instrumen lainnya untuk memantau arus beban secara real-time.
• Perlindungan Relai: Menyediakan sinyal arus ke relai pelindung untuk perlindungan overcurrent, diferensial, dan jarak. Ketika terjadi gangguan seperti konsleting atau overload, sistem perlindungan memicu sinyal trip untuk memutus pasokan daya, mencegah kerusakan peralatan dan instabilitas sistem.
• Isolasi Listrik: Memberikan isolasi galvanik antara sirkuit primer tekanan tinggi/arus tinggi dan sirkuit sekunder tekanan rendah yang digunakan untuk pengukuran, kontrol, dan perlindungan. Ini memastikan keamanan personel dan peralatan sekunder.

3. Karakteristik

• Reliabilitas Tinggi: Harus mampu menahan stres mekanis dan termal yang tinggi selama insiden sirkuit pendek. CT dirancang dengan stabilitas dinamis dan termal yang luar biasa untuk tetap utuh dalam kondisi gagal ekstrem.
• Desain Gulungan Ganda: CT tekanan tinggi sering memiliki gulungan sekunder ganda—satu untuk pengukuran (akurasi tinggi, misalnya, kelas 0,5) dan yang lainnya untuk perlindungan (rentang lebar dan respons cepat, misalnya, kelas 5P atau 10P). CT tekanan rendah biasanya memiliki gulungan tunggal atau ganda untuk memenuhi kebutuhan aplikasi dasar.
• Sisi Sekunder Tidak Boleh Terbuka: Sirkuit terbuka pada sisi sekunder dapat menginduksi tegangan yang sangat tinggi (hingga beberapa kV) di seberang gulungan, menimbulkan risiko serius kerusakan isolasi, peralatan, dan kejutan listrik. Oleh karena itu, sirkuit sekunder harus tetap tertutup selama operasi—membukanya dilarang keras.

4. Aplikasi Skenario

• Aplikasi Tekanan Tinggi: Digunakan dalam garis transmisi dan gardu induk dengan tegangan 1 kV dan di atasnya (misalnya, sistem 10 kV, 35 kV, 110 kV). Luas digunakan dalam pemantauan arus dan perlindungan peralatan kritis seperti trafo, pemutus sirkuit, dan busbar, memainkan peran vital dalam memastikan keandalan dan keamanan jaringan.
• Aplikasi Tekanan Rendah: Diterapkan dalam sistem distribusi di bawah 1 kV (misalnya, bengkel industri, bangunan komersial, kompleks perumahan). Biasanya dipasang di panel switchboard atau panel distribusi untuk pemantauan sirkuit cabang, pengukuran energi, atau integrasi dengan perangkat arus residu (RCD) dan meter pintar untuk mengaktifkan manajemen penggunaan daya yang aman dan efisien.