Dalam sistem pengukuran dan pemantauan daya, meteran listrik yang memerlukan transformator arus eksternal (CT) ada di mana-mana; mereka adalah "mata" kita untuk merasakan arus besar secara akurat. Namun, tersembunyi di dalam sistem canggih ini terdapat aturan ketat yang harus dipatuhi setiap saat: sisi sekunder transformator arus tidak boleh dioperasikan dengan rangkaian terbuka. Artikel ini akan mempelajari prinsip-prinsip dasar dan bahaya yang ditimbulkannya.
Prinsip Operasi Normal Transformator Saat Ini
Trafo arus (CT) adalah jenis trafo khusus yang beroperasi berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Prinsip desain intinya adalah "pengurangan arus" dan "isolasi".
Struktur
Biasanya terdiri dari inti besi tertutup, belitan primer dengan jumlah lilitan yang relatif sedikit (dihubungkan secara seri pada rangkaian utama), dan belitan sekunder dengan jumlah lilitan yang relatif banyak (dihubungkan ke meteran listrik).
Keadaan Ideal
Dalam sirkuit tertutup normal, CT beroperasi dalam keadaan kira-kira "hubungan pendek". Menurut hukum rangkaian Ampere dan hukum induksi elektromagnetik, arus primer I1 akan menghasilkan fluks magnet bolak-balik Φ pada inti besi, yang kemudian menginduksi arus I2 pada sisi sekunder. Hubungan keduanya adalah:
Saya1 × N1=I2 × N2 + Saya × N1
Dimana N1 dan N2 adalah jumlah lilitan pada belitan primer dan sekunder, dan Im adalah arus eksitasi. Karena impedansi eksitasi yang besar dalam desain, Im sangat kecil, sehingga dalam keadaan ideal dapat disederhanakan menjadi:
I₁ × N₁ ≈ I₂ × N₂ atau I₁/I₂ ≈ N₂/N₁=Kₙ
Di sini, Kn adalah rasio putaran terukur, misalnya 1000/5A. Pada saat ini, arus besar di sisi primer secara akurat diubah secara proporsional menjadi arus kecil di sisi sekunder (biasanya nilai standar 5A atau 1A) untuk pengukuran yang aman dengan instrumen. Pada saat yang sama, potensi rangkaian sekunder CT sangat rendah (biasanya hanya beberapa volt), dalam kisaran aman.
Analisis Prinsip Rangkaian Terbuka Rangkaian Sekunder
Ketika sirkuit sekunder menjadi terbuka karena alasan seperti terminal longgar, kabel putus, atau pemutusan sambungan yang tidak disengaja selama pengujian, status pengoperasiannya mengalami perubahan besar.
| Status Kerja | Biasa Tertutup | Sirkuit Terbuka Sekunder |
|---|---|---|
| Arus Sekunder I2 | Ada, sebanding dengan I1 | I2=0 |
| Fluks Magnetik Inti Φ | Secara efektif ditekan oleh fluks demagnetisasi yang dihasilkan oleh I2, dipertahankan pada tingkat rendah | Kehilangan penekanan, dengan cepat jenuh hingga nilai yang sangat tinggi |
| Tegangan Sekunder U2 | Sangat rendah (beberapa volt) | Menginduksi tegangan tinggi ribuan bahkan puluhan ribu volt |
| Esensi Fisik | Kopling kuat, umpan balik negatif yang dalam: I2 sangat menolak perubahan Φ | Pemutusan-umpan balik, akumulasi energi: Semua putaran ampere-utama I1N1 digunakan untuk eksitasi |
Proses fisik inti adalah sebagai berikut:
Hilangnya Umpan Balik Demagnetisasi
Selama operasi normal, fluks magnet yang dihasilkan oleh arus sekunder I2 selalu berlawanan arah dengan yang dihasilkan oleh arus primer I1, menciptakan efek "demagnetisasi" yang kuat yang membatasi gabungan fluks magnet dalam inti ke tingkat yang rendah. Setelah rangkaian dibuka, I2=0, dan efek demagnetisasi langsung kembali ke nol.
Saturasi Fluks Magnetik yang Cepat
Putaran ampere-utama I1 dan N1, yang sekarang tidak terkendali, seluruhnya diubah menjadi putaran ampere-magnetisasi. Karena luas penampang inti-dirancang untuk kerapatan fluks magnet rendah, inti dengan cepat memasuki keadaan jenuh dalam.
Menurut hukum induksi elektromagnetik Faraday, fluks magnet bolak-balik menginduksi gaya gerak listrik melintasi belitan. Ketika fluks magnet meningkat secara dramatis, tegangan U2 yang sangat tinggi akan diinduksi pada belitan sekunder.
Pembangkitan Tegangan Tinggi
Dalam kondisi frekuensi daya, untuk arus primer beberapa ratus ampere, tegangan induksi pada sisi sekunder sirkuit terbuka dapat dengan mudah mencapai beberapa ribu volt, dan dalam kasus ekstrem, melebihi 10 kilovolt.
Bahaya Rangkaian Terbuka pada Sisi Sekunder Trafo Arus
Tegangan tinggi dan fenomena yang menyertainya yang ditimbulkan oleh rangkaian terbuka di sisi sekunder dapat memicu serangkaian reaksi bahaya berantai.
Bahaya Sengatan Listrik
Kehadiran tegangan tinggi ribuan volt pada terminal sekunder secara langsung menimbulkan risiko sengatan listrik yang serius. Personel pemeliharaan dan perbaikan yang bersentuhan dengan voltase ini tanpa tindakan pencegahan dapat mengalami sengatan listrik.
Kerusakan Peralatan
Kerusakan Isolasi: Tegangan tinggi pertama-tama akan merusak isolasi antar-belokan dan-lapisan belitan sekunder, atau memecah isolasi menjadi ground pada sirkuit sekunder, yang menyebabkan kerusakan permanen pada transformator arus (CT).
Panas Berlebih dan Kelelahan: Ketika inti besi sangat jenuh, maka akan timbul arus eddy dan rugi-rugi histeresis yang sangat besar, menyebabkan inti besi menjadi terlalu panas, yang dapat membakar isolasi belitan dan bahkan menyebabkan kebakaran.
Busur Listrik dan Ledakan: Titik sirkuit terbuka (seperti terminal yang longgar) akan menghasilkan busur listrik terus menerus di bawah tegangan tinggi. Busur bersuhu tinggi dapat membakar peralatan, menyulut bahan mudah terbakar di sekitarnya, dan gas bersuhu tinggi yang terakumulasi dalam lemari tertutup bahkan dapat menyebabkan ledakan listrik.
Bahaya Operasi Sistem
Ketidakakuratan dan Kegagalan Pengukuran: Untuk pengukur energi tipe CT{0}}, arus input nol akan membuat meteran tersebut tidak dapat mengukur listrik, sehingga mengakibatkan hilangnya listrik dan potensi perselisihan penyelesaian perdagangan.
Percikan Tegangan Tinggi-yang Berbahaya: Ini bukan hanya sumber penyulutan, namun gelombang elektromagnetik kuat yang dihasilkan juga dapat mengganggu peralatan elektronik di sekitar.
Kesimpulan
Sirkuit terbuka di sisi sekunder transformator arus memicu akumulasi energi elektromagnetik yang hebat, yang pada akhirnya mengakibatkan bencana fisik yang diwujudkan dalam bentuk tegangan tinggi, busur listrik yang kuat, dan panas berlebih. Oleh karena itu, "mencegah sirkuit terbuka" harus dipatuhi secara ketat dalam semua pekerjaan yang melibatkan sirkuit CT.
Pada saat yang sama, sisi sekunder trafo arus yang terhubung ke meteran listrik harus dibumikan. Hal ini, bersama dengan "larangan keras sirkuit terbuka pada sisi sekunder", merupakan dua aturan inti yang ketat dalam pengoperasian dan pemeliharaan CT. Pembumian memungkinkan lonjakan tegangan tinggi dengan cepat dibuang ke tanah melalui kabel pembumian, mencegah peningkatan potensial sekunder secara tiba-tiba yang dapat mengakibatkan peralatan terbakar atau kecelakaan sengatan listrik.