Perbandingan Praktis Transformator Arus untuk Pengukuran vs Proteksi

Akurasi CT PerlindunganAkurasi CT proteksi bukan tentang penagihan presisi, melainkan tentang kinerja yang dapat diprediksi saat terjadi gangguan. Akurasinya ditentukan oleh "kesalahan komposit" pada kelipatan tertentu dari arus pengenalnya. Kelas proteksi yang umum adalah5P10.Penunjukan ini dijabarkan sebagai berikut:

• 5:Kesalahan komposit tidak akan melebihi 5% pada batas akurasi.
• P:Huruf ini menandainya sebagai CT kelas Perlindungan.
• 10Ini adalah Faktor Batas Akurasi (ALF). Artinya, CT akan mempertahankan akurasi yang ditentukan hingga 10 kali arus primer terukurnya.

Singkatnya, CT 5P10 menjamin bahwa ketika arus primer 10 kali lipat dari nilai normalnya, sinyal yang dikirim ke relai masih dalam 5% dari nilai ideal, yang memastikan relai membuat keputusan trip yang tepat.

Beban dan Peringkat VA

Bebanadalah total beban listrik yang terhubung ke terminal sekunder CT, diukur dalam Volt-Ampere (VA) atau ohm (Ω). Setiap perangkat dan kabel yang terhubung ke CT berkontribusi terhadap beban ini. Melebihi beban terukur CT akan menurunkan akurasinya.

Beban total adalahjumlah impedansi semua komponendi sirkuit sekunder:

• Resistensi belitan sekunder CT itu sendiri.
• Hambatan kabel utama yang menghubungkan CT ke perangkat.
• Impedansi internal perangkat yang terhubung (meter atau relai).

Menghitung Beban Total:Seorang insinyur dapat menghitung beban total menggunakan rumus:Beban Total (Ω) = CT Belitan R (Ω) + Kawat R (Ω) + Perangkat Z (Ω)Misalnya, jika resistansi lilitan sekunder CT adalah 0,08 Ω, kabel penghubung memiliki resistansi 0,3 Ω, dan relai memiliki impedansi 0,02 Ω, total beban rangkaian adalah 0,4 Ω. Nilai ini harus lebih rendah dari beban terukur CT agar dapat beroperasi dengan benar.

CT pengukuran biasanya memiliki peringkat VA rendah (misalnya, 2,5 VA, 5 VA) karena terhubung ke perangkat pengukur berimpedansi tinggi dan konsumsi daya rendah dalam jarak pendek. CT proteksi memerlukan peringkat VA yang jauh lebih tinggi (misalnya, 15 VA, 30 VA) karena harus memasok daya yang cukup untuk mengoperasikan kumparan relai proteksi berimpedansi rendah dan konsumsi daya tinggi, seringkali melalui kabel yang jauh lebih panjang. Kesalahan dalam mencocokkan peringkat beban CT dengan beban sirkuit aktual merupakan sumber kesalahan umum, baik dalam skema pengukuran maupun proteksi.

Memahami Tegangan Titik Lutut

Tegangan Titik Lutut (KPV) merupakan parameter penting yang eksklusif untuk CT proteksi. Parameter ini menentukan batas atas rentang operasi CT yang bermanfaat sebelum intinya mulai jenuh. Nilai ini penting untuk memastikan relai proteksi menerima sinyal yang andal selama gangguan arus tinggi.

Insinyur menentukan KPV dari kurva eksitasi CT, yang memplot tegangan eksitasi sekunder terhadap arus eksitasi sekunder. "Kutukan" adalah titik pada kurva ini di mana sifat magnetik inti berubah secara drastis.

ItuStandar IEEE C57.13memberikan definisi yang tepat untuk titik ini. Untuk CT inti tanpa celah, titik lutut adalah titik di mana garis singgung kurva membentuk sudut 45 derajat terhadap sumbu horizontal. Untuk CT inti dengan celah, sudut ini adalah 30 derajat. Titik spesifik ini menandai dimulainya saturasi.

Ketika CT beroperasi di bawah tegangan titik lututnya, intinya berada dalam keadaan magnetik linier. Hal ini memungkinkan CT untuk mereproduksi arus gangguan secara akurat untuk relai yang terhubung. Namun, setelah tegangan sekunder melebihi KPV, inti memasuki saturasi. Saturasi, yang sering dipicu oleh arus AC yang besar dan offset DC selama gangguan, menyebabkan CTimpedansi magnetisasi turun secara signifikanTrafo tidak dapat lagi memantulkan arus primer ke sisi sekundernya dengan tepat.

Hubungan antara KPV dan keandalan perlindungan bersifat langsung dan krusial:

• Di bawah titik lutut:Inti CT beroperasi secara linear. Inti ini memberikan representasi akurat arus gangguan ke relai proteksi.
• Di atas titik lutut:Inti menjadi jenuh. Hal ini menyebabkan peningkatan arus magnetisasi yang signifikan dan operasi non-linier, yang berarti CT tidak lagi secara akurat mencerminkan arus gangguan yang sebenarnya.
• Operasi Relai:Relai proteksi membutuhkan sinyal yang akurat agar dapat beroperasi dengan benar. Jika CT jenuh sebelum relai dapat mengambil keputusan, relai tersebut mungkin gagal mendeteksi besarnya gangguan yang sebenarnya, yang mengakibatkan trip tertunda atau kegagalan total dalam beroperasi.
• Keamanan Sistem:Oleh karena itu, tegangan titik lutut CT harus cukup tinggi daripada tegangan sekunder maksimum yang diperkirakan terjadi selama gangguan. Hal ini memastikan relai menerima sinyal yang andal untuk melindungi peralatan yang mahal.

Para insinyur menghitung KPV yang diperlukan untuk memastikan CT tetap tidak jenuh dalam kondisi gangguan terburuk. Rumus sederhana untuk perhitungan ini adalah:

KPV yang dibutuhkan ≥ Jika × (Rct + Rb)

Di mana:

• If= Arus gangguan sekunder maksimum (Ampere)
• Rct= Resistansi lilitan sekunder CT (Ohm)
• Rb= Beban total relai, kabel, dan koneksi (Ohm)

Pada akhirnya, Tegangan Titik Lutut berfungsi sebagai indikator utama kemampuan CT proteksi untuk menjalankan fungsi keselamatannya di bawah tekanan listrik ekstrem.

Menguraikan Penunjukan Pelat Nama Trafo Arus

Pelat nama Trafo Arus berisi kode ringkas yang mendefinisikan kemampuan kinerjanya. Kode alfanumerik ini merupakan singkatan bagi para insinyur, yang menentukan akurasi, aplikasi, dan batas operasional komponen. Memahami kode-kode ini sangat penting untuk memilih perangkat yang tepat.

Interpretasi Kelas CT Pengukuran (misalnya, 0,2, 0,5S, 1)

Kelas CT pengukuran ditentukan oleh angka yang mewakili persentase kesalahan maksimum yang diizinkan pada arus terukur. Angka yang lebih kecil menunjukkan tingkat presisi yang lebih tinggi.

• Kelas 1:Cocok untuk pengukuran panel umum di mana presisi tinggi tidak terlalu penting.
• Kelas 0.5:Digunakan untuk aplikasi penagihan komersial dan industri.
• Kelas 0.2:Diperlukan untuk pengukuran pendapatan dengan akurasi tinggi.

Beberapa kelas memiliki huruf 'S'. Penunjukan 'S' dalam kelas pengukuran CT IEC, seperti 0,2S dan 0,5S, menandakan akurasi tinggi. Klasifikasi khusus ini umumnya digunakan dalam aplikasi pengukuran tarif di mana pengukuran presisi sangat penting, terutama pada rentang arus bawah.

Menafsirkan Kelas CT Perlindungan (misalnya, 5P10, 10P20)

Kelas CT Proteksi menggunakan kode tiga bagian yang menjelaskan perilakunya saat terjadi kesalahan. Contoh umum adalah5P10.

Menguraikan Kode 5P10:

• 5:Angka pertama ini adalah kesalahan komposit maksimum dalam persen (5%) pada batas akurasi.
• PHuruf 'P' dalam klasifikasi seperti 5P10 menandakan 'Kelas Proteksi'. Ini menunjukkan bahwa CT terutama dirancang untuk aplikasi relai proteksi, bukan untuk pengukuran presisi.
• 10Angka terakhir ini adalah Faktor Batas Akurasi (ALF). Artinya, CT akan mempertahankan akurasi yang ditentukan hingga arus gangguan 10 kali lipat dari nilai nominalnya.

Demikian pula, sebuah10P20kelas CT memiliki batas kesalahan komposit sebesar 10% dan Faktor Batas Akurasi sebesar20Dalam penunjukan seperti 10P20, angka '20' menandakan faktor batas akurasi. Faktor ini menunjukkan bahwa kesalahan transformator akan tetap berada dalam batas yang dapat diterima ketika arus mencapai 20 kali nilai pengenalnya. Kemampuan ini krusial untuk memastikan relai proteksi berfungsi dengan baik selama kondisi hubung singkat yang parah.

Panduan Aplikasi: Mencocokkan CT dengan Tugas

Memilih Trafo Arus yang tepat bukanlah masalah preferensi, melainkan persyaratan yang ditentukan oleh aplikasi. Trafo arus pengukuran memberikan presisi yang dibutuhkan untuk transaksi keuangan, sementara trafo arus proteksi memberikan keandalan yang dibutuhkan untuk keamanan aset. Memahami di mana harus menerapkan setiap jenis sangat penting untuk desain dan pengoperasian sistem kelistrikan yang baik.

Kapan Menggunakan CT Pengukuran

Insinyur sebaiknya menggunakan CT pengukuran dalam aplikasi apa pun yang mengutamakan pelacakan konsumsi listrik yang presisi. Perangkat ini merupakan fondasi penagihan dan manajemen energi yang akurat. Desainnya mengutamakan akurasi tinggi dalam kondisi beban normal.

Aplikasi utama untuk CT pengukuran meliputi:

• Pengukuran Pendapatan & TarifPerusahaan utilitas menggunakan CT dengan akurasi tinggi (misalnya, Kelas 0.2S, 0.5S) untuk penagihan pelanggan perumahan, komersial, dan industri. Akurasi ini memastikan transaksi keuangan yang adil dan akurat.
• Sistem Manajemen Energi (EMS)Fasilitas menggunakan CT ini untuk memantau konsumsi energi di berbagai departemen atau peralatan. Data ini membantu mengidentifikasi inefisiensi dan mengoptimalkan penggunaan energi.
• Analisis Kualitas DayaPenganalisis kualitas daya memerlukan input yang akurat untuk mendiagnosis masalah seperti harmonisa dan penurunan tegangan. Untuk pengukuran ini, terutama pada sistem tegangan menengah, respons frekuensi transformator instrumen sangat penting. Penganalisis modern mungkin memerlukan data yang andal.hingga 9 kHz, menuntut transformator yang dioptimalkan frekuensi untuk menangkap spektrum harmonik penuh.

Catatan tentang Pemilihan:Saat memilih CT untuk pengukur daya atau penganalisa, beberapa faktor sangatlah penting.

• Kompatibilitas Keluaran: Output CT (misalnya, 333mV, 5A) harus sesuai dengan persyaratan input meter.
• Ukuran Beban:Kisaran arus listrik CT harus sesuai dengan beban yang diharapkan untuk menjaga akurasi.
• Kebugaran FisikCT harus terpasang secara fisik di sekeliling konduktor. Kumparan Rogowski fleksibel merupakan solusi praktis untuk busbar besar atau ruang sempit.
• KetepatanUntuk penagihan, akurasi 0,5% atau lebih tinggi adalah standar. Untuk pemantauan umum, 1% mungkin sudah cukup.

Kapan Harus Menggunakan CT Pelindung

Insinyur wajib menggunakan CT proteksi jika tujuan utamanya adalah melindungi personel dan peralatan dari arus berlebih dan gangguan. CT ini dirancang untuk tetap beroperasi selama peristiwa kelistrikan ekstrem, memberikan sinyal yang andal ke relai proteksi.

Aplikasi umum untuk CT proteksi meliputi:

• Proteksi Arus Lebih dan Gangguan BumiCT ini menyalurkan sinyal ke relai (seperti Perangkat ANSI 50/51) yang mendeteksi gangguan fasa atau arde. Relai kemudian mengaktifkan pemutus sirkuit untuk mengisolasi gangguan tersebut. Pada peralatan distribusi tegangan menengah, penggunaan sakelar khususCT urutan noluntuk proteksi ground-fault sering direkomendasikan melalui koneksi residualCT tiga faseSambungan sisa dapat menyebabkan trip palsu akibat ketidakseimbangan saturasi saat motor dinyalakan atau gangguan fasa.
• Perlindungan DiferensialSkema ini melindungi aset-aset utama seperti transformator dan generator dengan membandingkan arus yang masuk dan keluar dari zona terlindungi. Skema ini membutuhkan rangkaian CT proteksi yang sesuai.Relai digital moderndapat mengimbangi koneksi CT yang berbeda (Wye atau Delta) dan pergeseran fase melalui pengaturan perangkat lunak, menawarkan fleksibilitas yang signifikan dalam skema yang rumit ini.
• Perlindungan Jarak: Digunakan pada saluran transmisi, skema ini mengandalkan CT proteksi untuk mengukur impedansi terhadap gangguan. Saturasi CT dapat mendistorsi pengukuran ini, menyebabkan relai salah menilai lokasi gangguan. Oleh karena itu, CT harus dirancang untuk menghindari saturasi selama pengukuran.

Menurut ANSI C57.13, CT pelindung standar harus tahan hingga20 kaliArus pengenalnya saat terjadi gangguan. Hal ini memastikan relai dapat mengirimkan sinyal yang dapat digunakan saat dibutuhkan.

Biaya Tinggi dari Pemilihan yang Salah

Penggunaan jenis CT yang salah merupakan kesalahan kritis dengan konsekuensi serius. Perbedaan fungsional antara CT pengukuran dan CT proteksi tidak dapat dipertukarkan, dan ketidakcocokan dapat menyebabkan hasil yang berbahaya dan mahal.

• Menggunakan CT Pengukuran untuk PerlindunganIni adalah kesalahan paling berbahaya. CT pengukuran dirancang untuk mencapai saturasi pada arus lebih rendah untuk melindungi meter. Saat terjadi gangguan besar, CT akan mencapai saturasi hampir seketika. CT yang jenuh akan gagal mereproduksi arus gangguan tinggi, dan relai proteksi tidak akan melihat besarnya kejadian yang sebenarnya. Hal ini dapat menyebabkan trip tertunda atau kegagalan total operasi, yang mengakibatkan kerusakan peralatan yang fatal, kebakaran, dan risiko bagi personel. Misalnya, saturasi CT dapat menyebabkan relai proteksi diferensial transformatormaloperasi, yang menyebabkan tersandungnya benda yang tidak diinginkan selama terjadi gangguan eksternal.
• Menggunakan CT Perlindungan untuk PengukuranPilihan ini menyebabkan ketidakakuratan finansial. CT proteksi tidak dirancang untuk presisi pada arus operasi normal. Kelas akurasinya (misalnya, 5P10) menjamin kinerja pada kelipatan yang tinggi dari ratingnya, bukan pada skala rendah tempat sebagian besar sistem beroperasi. Menggunakannya untuk penagihan akan seperti mengukur sebutir pasir dengan penggaris. Tagihan energi yang dihasilkan akan tidak akurat, yang menyebabkan hilangnya pendapatan bagi perusahaan utilitas atau kelebihan biaya bagi konsumen.

Skenario Kegagalan Kritis:Dalam skema proteksi jarak, saturasi CT menyebabkan relai mengukurimpedansi lebih tinggidaripada nilai sebenarnya. Hal ini secara efektif memperpendek jangkauan proteksi relai. Gangguan yang seharusnya segera diatasi mungkin dianggap sebagai gangguan yang lebih jauh, sehingga menyebabkan trip tertunda. Penundaan ini memperpanjang beban pada sistem kelistrikan dan meningkatkan potensi kerusakan yang meluas.

Pada akhirnya, biaya pemilihan CT yang salah jauh melampaui harga komponen itu sendiri. Hal ini berdampak pada kerusakan peralatan, waktu henti operasional, catatan keuangan yang tidak akurat, dan keselamatan yang terganggu.

Bisakah Satu CT Berfungsi Baik untuk Pengukuran dan Perlindungan?

Meskipun CT pengukuran dan proteksi memiliki desain yang berbeda, para insinyur terkadang membutuhkan satu perangkat untuk menjalankan kedua fungsi tersebut. Kebutuhan ini mendorong pengembangan transformator khusus dengan fungsi ganda, tetapi keduanya memiliki beberapa kekurangan.

CT Serbaguna (Kelas X)

Kategori khusus yang dikenal sebagaiTransformator Arus Kelas X atau Kelas PS, dapat berfungsi sebagai pengukur sekaligus proteksi. Perangkat ini tidak ditentukan oleh kelas akurasi standar seperti 5P10. Sebaliknya, kinerjanya ditentukan oleh serangkaian parameter kunci yang digunakan oleh teknisi untuk memverifikasi kesesuaiannya dengan skema proteksi tertentu.

Menurut standar IEC, kinerja CT Kelas X ditentukan oleh:

• Arus primer terukur
• Rasio putaran
• Tegangan titik lutut (KPV)
• Arus magnetisasi pada tegangan yang ditentukan
• Resistansi belitan sekunder pada suhu 75°C

Karakteristik ini memungkinkan perangkat ini menawarkan akurasi tinggi untuk pengukuran dalam kondisi normal sekaligus menyediakan tegangan titik knee yang dapat diprediksi untuk operasi relai yang andal saat terjadi gangguan. Perangkat ini sering digunakan dalam skema proteksi diferensial impedansi tinggi yang kinerjanya harus diketahui secara tepat.

Keterbatasan dan Kompromi Praktis

Meskipun terdapat CT Kelas X, penggunaan satu perangkat untuk pengukuran dan proteksi seringkali dihindari. Kedua fungsi ini memiliki persyaratan yang saling bertentangan.

CT pengukuran dirancang untuk mencapai saturasi lebih awal guna melindungi meter yang sensitif.perlindungan CT dirancanguntuk menahan saturasi guna memastikan relai dapat mendeteksi kesalahan. CT serbaguna harus berkompromi antara dua tujuan yang berlawanan ini.

Kompromi ini berarti CT serbaguna mungkin tidak dapat menjalankan kedua tugas sebaik unit khusus. Desainnya menjadi lebih kompleks dan mahal. Untuk sebagian besar aplikasi, memasang dua CT khusus yang terpisah—satu untuk pengukuran dan satu untuk proteksi—adalah solusi yang lebih andal dan hemat biaya. Pendekatan ini memastikan bahwa keduasistem penagihandan sistem keselamatan beroperasi tanpa kompromi.

---

Pilihan antaraCT pengukuran dan perlindunganadalah keputusan yang jelas berdasarkan prioritas operasional. Yang satu memastikan presisi untuk penagihan, sementara yang lain memastikan keandalan saat terjadi kerusakan. Memilih jenis yang tepat tidak dapat dinegosiasikan demi keamanan sistem, akurasi finansial, dan umur panjang peralatan. Teknisi harus selalu memeriksa silang spesifikasi CT dengan kebutuhan perangkat yang terhubung.

Adaftar periksa verifikasi akhirtermasuk:

1. Tentukan Arus Primer: Sesuaikan rasio CT dengan beban maksimum.
2. Hitung Beban: Jumlahkan beban semua komponen yang terhubung.
3. Verifikasi Kelas Akurasi: Pilih kelas yang tepat untuk pengukuran atau perlindungan.

Tanya Jawab Umum

Apa yang terjadi jika sirkuit sekunder CT dibiarkan terbuka?

Sirkuit sekunder yang terbuka menciptakan tegangan tinggi yang berbahaya. Arus primer menjadi arus magnetisasi, yang menjenuhkan inti. Kondisi ini dapat merusak CT dan menimbulkan risiko sengatan listrik yang serius.

Keselamatan adalah yang utama:Selalu lakukan hubungan arus pendek pada terminal sekunder sebelum melepaskan instrumen apa pun dari sirkuit.

Bagaimana insinyur memilih rasio CT yang benar?

Insinyur memilih rasio di mana arus maksimum normal sistem mendekati nilai primer CT. Pilihan ini memastikan CT beroperasi dalam rentang paling akurat. Misalnya, beban 90A bekerja dengan baik dengan CT 100:5A.

Mengapa CT pengukuran tidak aman untuk perlindungan?

CT pengukuran cepat jenuh saat terjadi gangguan. CT tidak dapat melaporkan arus gangguan yang sebenarnya ke relai proteksi. Relai kemudian gagal memicu pemutus arus, yang mengakibatkan kerusakan peralatan dan bahaya keselamatan yang serius.

Bisakah satu CT berfungsi sebagai pengukuran dan proteksi?

CT Kelas X Khusus dapat menjalankan kedua fungsi tersebut, tetapi desainnya merupakan kompromi. Demi keamanan dan akurasi yang optimal, para teknisi biasanya memasang dua CT khusus yang terpisah—satu untuk pengukuran dan satu lagi untuk proteksi.