Current Transformer (C.T), adalah salah satu tipe transformer instrument yang di desain untuk menghasilkan arus AC pada belitan sekunder yang sebanding dengan arus yang diukur pada belitan primer. Transformator arus mengurangi arus tegangan tinggi menjadi nilai yang jauh lebih rendah untuk mengukur arus listrik sebenarnya yang mengalir dalam saluran transmisi AC menggunakan amperemeter standar dengan aman. Prinsip kerja dasar transformator arus sedikit berbeda dari transformator tegangan biasa.
Transformator arus terdiri hanya dari satu atau sedikit lilitan pada lilitan primernya. Lilitan primer ini dapat berupa satu lilitan datar, gulungan kawat di sekitar inti atau hanya penghantar atau bus bar yang ditempatkan melalui lubang tengah seperti pada gambar.
Karena jenis pengaturan ini, transformator arus sering disebut sebagai “transformator seri,” karena lilitan primer, yang tidak pernah memiliki lebih dari beberapa lilitan, berada dalam rangkaian seri dengan penghantar yang mengalirkan arus menuju beban.
Pada lilitan sekunder, biasanya memiliki sejumlah besar lilitan yang dililitkan pada inti berlapis bahan magnetik dengan losses rendah. Inti ini memiliki area penampang besar sehingga kerapatan fluks magnet yang diciptakan menjadi rendah menggunakan kawat area penampang yang jauh lebih kecil, bergantung pada seberapa besar arus harus diturunkan saat mencoba menghasilkan arus konstan, independen dari beban yang terhubung.
Lilitan sekunder akan memasok arus ke dalam hubung singkat, dalam bentuk amperemeter, atau ke dalam beban resistif sampai tegangan yang diinduksi pada sekunder cukup besar untuk menyaturasi inti atau menyebabkan kerusakan akibat breakdown tegangan berlebih.
Berbeda dengan transformator tegangan, arus primer dari transformator arus tidak tergantung pada arus beban sekunder tetapi dikendalikan oleh beban eksternal. Arus sekunder biasanya dinilai pada 1 Ampere standar atau 5 Ampere untuk nilai arus primer yang lebih besar.
Ada tiga jenis dasar transformator arus : jenis wound (lilitan), Toroid, dan Bar
• Transformator Arus Berlilit (wound) – Lilitan primer transformator ini secara fisik terhubung seri dengan penghantar yang membawa arus yang diukur dalam rangkaian. Besarnya arus sekunder tergantung pada rasio lilitan transformator
• Transformator Arus Toroid – Ini tidak memiliki lilitan primer. Sebaliknya, kabel yang mengalirkan arus dalam jaringan ditembuskan melalui jendela atau lubang dalam transformator toroid. Beberapa transformator arus memiliki “inti terpisah” yang memungkinkannya dibuka, dipasang, dan ditutup tanpa memutuskan sirkuit yang terhubung.
• Transformator Arus Jenis Bar – Jenis transformator arus ini menggunakan kabel atau bus-bar aktual dari sirkuit utama sebagai lilitan primer, yang setara dengan satu lilitan. Mereka sepenuhnya diisolasi dari tegangan operasi tinggi sistem dan biasanya dipasang dengan baut pada perangkat penghantar arus.
Transformator arus dapat mengurangi atau “menurunkan” tingkat arus dari ribuan ampere menjadi keluaran standar dengan rasio yang diketahui menjadi 5 Ampere atau 1 Ampere untuk operasi normal. Dengan demikian, instrumen kecil dan akurat serta perangkat pengendalian dapat digunakan dengan CT karena mereka diisolasi dari jalur listrik tegangan tinggi. Ada berbagai aplikasi pengukuran dan penggunaan untuk transformator arus seperti dengan Power Meter, kWh Meter, relai proteksi, atau sebagai gulungan trip dalam pemutus sirkuit magnetik, atau MCB.
Secara umum, transformers arus dan amperemeter digunakan secara bersama-sama menjadi sebuah pasangan yang sesuai, dimana desain transformers arus dibuat sedemikian rupa sehingga dapat mengeluarkan arus sekunder maksimum yang sesuai dengan defleksi penuh pada amperemeter. Pada sebagian besar transformers arus saat ini, terdapat perbandingan lilitan yang hampir terbalik antara arus di gulungan primer dan sekunder. Inilah mengapa kalibrasi transformator arus saat ini biasanya dilakukan untuk jenis amperemeter tertentu.
Kebanyakan transformator arus memiliki standar rating pada belitan sekunder sebesar 5 A, dengan rasio primer dan sekunder yang dituliskan seperti rasio 100/5. Rasio 100/5 memiliki arti bahwa nilai arus sisi primer 20 kali lebih besar dari sisi sekunder, sehingga apabila terdapat arus sebesar 100 A pada sisi primer, maka pada sisi sekunder mengalir arus sebesar 5 A. Contoh lainnya, apabila terdapat rasio CT sebesar 500/5, maka ketika sisi primer dialiri arus sebesar 500 A, sisi sekunder CT akan bernilai 5 A, memiliki rasio 100 kali-nya.
Dengan menaikkan jumlah lilitan pada sisi sekunder (Ns), arus sekunder dapat dibuat jauh lebih kecil daripada sisi primer, karena seiring dengan peningkatan Ns, Is akan berkurang secara proporsional. Dengan kata lain, jumlah lilitan dan arus dalam gulungan primer dan sekunder memiliki perbandingan yang terbalik.
Perbandingan jumlah lilitan pada trafo dapat dituliskan sebagai berikut :
Sehingga untuk menghitung Is didapatkan :
Rasio arus akan menentukan rasio jumlah lilitan, dan karena gulugan primer biasanya terdiri dari satu atau dua lilitan, sementara lilitan sekunder dapat memiliki beberapa ratus lilitan, rasio antar lilitan primer dan sekunder bisa cukup besar. Sebagai contoh, misalkan nilai arus pada sisi primer adalah 100 A dan lilitan sekunder memiliki nilai arus 5 A. Maka rasio antara arus primer dan arus sekunder adalah 20 : 1. Dengan kata lain, arus primer 20 kali lebih besar daripada arus sekunder.
Perlu menjadi catatan, sebuah trafo arus yang memiliki rasio 100/5 tidak sama dengan rasio 20/1. Hal ini karena rasio 100/5 menggambarkan “rating arus masukin/keluaran” dan bukan rasio sebenarnya antar arus primer dan arus sekunder. Perlu diperhatikan juga bahwa jumlah lilitan dan arus dalam gulungan primer dan sekunder berkaitan dengan perbandingan terbalik.
Namun, kita dapat melakukan perubahan nilai rasio CT dengan memodifikasi jumlah lilitan melalui lubang pada trafo arus. Sebagai contoh, apabila kita memiliki CT dengan rasio 300/5 A, kita bisa mengkonversinya menjadi 150/5 A atau bahkan 100/5 A dengan cara menggulung konduktor kedalam lubang CT sebanyak dua atau tiga kali seperti pada gambar. Hal ini memungkinkan trafo arus dengan nilai tinggi untuk memberikan arus keluaran maksimum bagi amperemeter ketika digunakan pada jalur arus primer yang lebih kecil.
Referensi :
- https://www.etechnog.com/2023/06/ammeter-connection-diagram-with.html
- https://electricalworkbook.com/current-transformer/
