TEKNIK PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI SISTEM PELIPAT …

TEKNIK PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI SISTEM PELIPAT TEGANGAN

TINGGI MESIN BERKAS ELEKTRON

Disusun Oleh:

S PONIMAN.

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS UDAYANA

BADUNG

2016

i

ABSTRAK

Telah dilakukan Uji fungsi tanpa beban dan berbeban pada alat pelipat tegangan dengan

menggunakan resistor dan mikroammeter. Uji fungsi tanpa beban dengan 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 60

kV, 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 50 kV dan 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 51 kV pada tingkat 13, nilainya >50 kV dan 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 47 kV, pada

tingkat 13 nilainya 49 kV. Hal ini di sebabkan ketelitian pembacaan skala, mudah terpengaruh

dan pengukurannya tidak dapat >50 kV. Uji fungsi berbeban menggunakan hambatan batang

disusun seri terdiri dari 𝑅𝑆1=100 MΩ dengan ISTT=577 μA, 𝑅𝑆2=50 MΩ dengan ISTT=838

μA, 𝑅𝑆3=50 MΩ dengan ISTT=1060 μA dan 𝑅𝑆4=20 MΩ dengan ISTT=2190 μA. Disusun paralel

terdiri dari 𝑅𝑃1=5 MΩ dengan ISTT=4780 μA, 𝑅𝑃2=2,5 MΩ dengan ISTT=6350 μA dan

𝑅𝑃3=1 MΩ dengan ISTT=20300 μA. Disusun campuran 𝑅𝐶1=15 MΩ dengan ISTT=4110 μA

dan 𝑅𝐶2=15 MΩ dengan ISTT=5180 μA. Disusun tunggal yaitu R=10 MΩ dengan ISTT=2290 μA.

Dari hubungan antara hambatan dengan arus adalah semakin kecil nilai hambatan yang digunakan,

makin besar nilai aISTT.

Kata kunci: Sistem pelipat tegangan, uji fungsi tanpa beban dan berbeban, metode alat resistor

seri dengan mikroammeter

ABSTRACT

Function tests without load and load on voltage multiplier tool has been done by using resistor in

series with microammeter. In the no-load function testing, Function test without load with Vout=60 kV,

Vout=50 kV and Vout=51 kV at a rate of 13 the value is > 50 kV and Vout=47 kV, at a rate of 13 values 49

kV. The reason of this is the accuracy of the reading scale, easily influenced and measurement can’t be >

50 kV. Function test with load using the resistance rods that arranged in series consists of RS1=100 MΩ

with ISTT=577 μA, RS2=50 MΩ with ISTT=838 μA, RS3=50 MΩ with ISTT=1060 μA and RS4=20 MΩ with

ISTT=2190 μA. Arranged in parallel consists of RP1=5 MΩ with ISTT=4780 μA, RP2=2.5 MΩ with ISTT=6350

μA and RP3=1 MΩ with ISTT=20300 μA. Arranged in compound consists RC1=15 MΩ with ISTT=4110 μA

and RC2=15 MΩ with ISTT=5180 μA. Single Compiled R=10 MΩ with ISTT=2290 μA. Then the relationship

between the resistance to the current is the smaller the resistance value is used, the greater the value of

ISTT.

Keywords: folding voltage system, Function tests without load and load, the method of the resistors

in series with microammeter

iii

KATA PENGANTAR.

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan karya ilmiah berjudul “TEKNIK PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI

SISTEM PELIPAT TEGANGAN TINGGI MESIN BERKAS ELEKTRON”

Penulis berharap semoga karya ilmiah ini dapat memberi sedikit gambaran tentang

keterkaitan instrumentasi elektronika dengan aplikasinya di BATAN JOGYA.

Karya ilmiah ini dapat terselesaikan berkat bantuan dari teman sejawat dan mahasiswa

bidang kealihan Instrumentasi dan Elektronika Prodi fisika Fmipa Univ.Udayana.

Hormat Penulis.

iv

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ................................................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................... ii

ABSTRAK ................................................................................................................ iii

KATA PENGANTAR .............................................................................................. iv

DAFTAR ISI ............................................................................................................. v

DAFTAR TABEL .................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ vii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .............................................................................. 3

1.3 Batasan Masalah .................................................................................. 3

1.4 Metode Penelitian ................................................................................ 4

1.5 Sistematika Penulisan .......................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Gambaran Umum Mesin Berkas Elektron (MBE) .................................. 5

2.2 Sumber Tegangan Tinggi –STT Cockcroft-walton .................................. 5

2.3 Pengukuran Tegangan Tinggi.................................................................... 8

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Hasil Pengamatan dan Pembahasan Pengujian Tanp Beban …....... 11

3..1.1 Data Pengujian Tanpa Beban .................................................... 11

3.1.2 Analisis Data Pengujian Tanpa Beban........................................... .13

3.2 Hasil Pengamatan dan Pembahasan Pengujian dengan Beban ..... 19

3.2.1 Data Pengujian dengan Beban ...................................................... 19

3.2.2 Analisis Data Pengujian dengan Beban ........................................

v

BAB IV PENUTUP

4.1 Kesimpulan ........................................................................................... 22

4.2 Saran ..................................................................................................... 22

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 23

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Uji Fungsi Pelipat Tegangan Tiap Tingkat Tanpa Beban pada Tanggal 01 Agustus 2016

31

Tabel 3.2 Uji Fungsi Pelipat Tegangan Tiap Tingkat Tanpa Beban Vin = 21 Volt 2016 . 31

Tabel 5 3 Uji Fungsi Pelipat Tegangan Tiap Tingkat Tanpa Beban pada Tanggal 02 Agustus 2016

31

Tabel 3.4 Uji Fungsi Pelipat Tegangan Tiap Tingkat Tanpa Beban Vin = 20 kV ... 32

Tabel 3.5 Perbandingan Nilai Vout antara Pengukuran secara Teori dan Pengukuran Analog

dengan Vout akhir = 60 kV ...................................................................... 33





Tabel 3 8 Perbandingan Nilai Vout antara Pengukuran secara Teori dan Pengukuran Analog


Tabel 3.9 Uji Fungsi Pelipat Tegangan Tiap Tingkat dengan Beban pada Tanggal 04 Agustus

2016 ........................................................................................................ 37

Tabel 3 10 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban pada Tanggal 08 Agustus 2016 .. 37

Tabel 3 11 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban pada Tanggal 18 Agustus 2016 37

Tabel 3.12 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban (R = 20 MΩ) ......................... 38

Tabel 3.13 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban (R = 10 MΩ) ......................... 38

Tabel 3.14 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban (R = 5 MΩ) ........................... 38

Tabel 3.15 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban pada Tanggal 19 Agustus 2016 38

Tabel 3.16 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban pada Tanggal 22 Agustus 2016 .. 38

Tabel 3.17 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban pada Tanggal 23 Agustus 2016 .. 39

Tabel 3.18 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban pada Tanggal 24 Agustus 2016 39

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Diagram Konstruksi Generator Cockcroft-Walton ............................... 16

Gambar 3.2 Susunan dioda, kapasitor dan cincin korona pada kerangka pelipat tegangan tinggi

17

Gambar 3.3 Diagram Proses Konversi Daya dalam Generator Cockcroft-Walton .. 17

Gambar 3.4 Diagram Prinsip Cockcroft-Walton ...................................................... 18

Gambar 3.5 Rangkaian Voltmeter menggunakan resistansi seri dan microammeter 21

Gambar 4.1 Voltmeter menggunakan resistansi seri dan microammeter ................. 25

Gambar 4.2 Hambatan dengan Nilai 100 MΩ (Seri) ............................................... 25

Gambar 4.3 Hambatan dengan Nilai 50 MΩ dengan Fleksi Glass (Seri) ................ 26

Gambar 4.4 Hambatan dengan Nilai 50 MΩ Tanpa Fleksi Glass (Seri) .................. 26

Gambar 4.5 Hambatan dengan Nilai 20 MΩ (Seri) .................................................. 26

Gambar 4.6 Hambatan dengan Nilai 10 MΩ ............................................................ 26

Gambar 4.7 Hambatan dengan Nilai 5 MΩ (Paralel) ............................................... 27

Gambar 4.8 Hambatan dengan Nilai 2,5 MΩ (Paralel) ........................................... 27

Gambar 4.9 Hambatan dengan Nilai 1 MΩ (Paralel) ............................................. 27

Gambar 4.10 Hambatan dengan Nilai 15 MΩ (Seri-Paralel) ..................................... 28

Gambar 4.11 Hambatan dengan Nilai 15 MΩ (Paralel-Seri) ..................................... 28

viii

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Mesin pemercepat elektron atau Mesin Berkas Elektron (MBE) yang digunakan

sebagai sumber radiasi pada proses iradiasi suatu produk industri. Keunggulan teknologi

iradiasi MBE adalah menghasilkan kualitas produk yang lebih tinggi, tidak menimbulkan

polusi pada lingkungan, hemat energi, reaksi-reaksi terjadi pada suhu kamar, proses yang

terjadi mudah dikontrol, bebas protein allergen dan nitrosamine ..

Kegiatan rancang bangun MBE yang dilaksanakan di PSTA-BATAN, terdiri dari

beberapa tahapan yaitu: perancangan lengkap, pembuatan bagian-bagian berdasarkan hasil

rancangan, pengujian (uji fungsi) dari masing-masing bagian sebelum diinstal menjadi satu

kesatuan, MBE terdiri dari beberapa komponen yaitu: sumber elektron (SE), sistem

pemercepat berkas, sistem optik (pemfokus dan pemayar), sistem corong pemayar, sistem

window, sistem bejana tekan, sistem vakum, sistem perisai radiasi, sistem pengaman ozon,

sistem instrumentasi kendali (SIK), kerangka MBE serta komponen pendukung yaitu bejana

iradiasi l

Sumber Tegangan Tinggi (STT) Cockcroft-Walton terdiri atas dua bagian utama yaitu

sumber tegangan osilasi atau osilator daya dan sistem pelipat tegangan. Osilator daya

berfungsi membangkitkan tegangan osilasi dengan daya, tegangan dan frekuensi yang cukup

tinggi sebagai masukan bagi pelipat tegangan. Bagian pelipat tegangan berfungsi merubah

dan melipat gandakan tegangan osilasi dari osilator menjadi tegangan tinggi DC

menggunakan susunan seri sejumlah pengganda tegangan. Jumlah pengganda tegangan

mencirikan jumlah tingkat pelipat tegangan.

Dalam penelitihan dilakukan uji fungsi pada sistem pelipat tegangan tanpa beban dan

berbeban dengan menggunakan teknik pengukuran tegangan tinggi DC. Dari pengukuran

tegangan ini diketahui nilai tegangan keluaran pada STT Cockcroft-Walton dan memeriksa

kualitas dari sistem pelipat tegangan sebelum terinstal untuk mencegah kerugian bagi operator

dan MBE 300 keV/20 mA.

1

2

1.2 Rumusan Masalah

Dari uraian pada latar belakang maka penelitihan dapat dirumuskan..berikut

1. Bagaimana teknik pengukuran tegangan tinggi DC pengujian awal setiap tingkat pada

sistem pelipat tegangan STT Cockcroft-Walton

2. Mengapa alat ukur probe yang berupa resistan yang dihubungkan secara seri dengan

mikroammeter tidak dapat mengukur Vout yang nilainya >50 kV

3. Apa yang menyebabkan pada uji fungsi tanpa beban, nilai pengukuran tingkat pelipat

tegangan menghasilkan nilai yang tidak sama dengan Vout akhir .

4. Bagaimana hubungan antara hambatan dengan arus pada uji fungsi dalam kondisi

berbeban.

1.3 Batasan Penelitihan

Pada penelitian hanya dilakukan uji fungsi awal pada sistem pemercepat berkas yang

berupa Sumber Tegangan Tinggi - Cockcroft-Walton, pada komponen sistem pelipat

tegangan. Pengujian dilakukan dengan menggunakan teknik pengukuran tegangan tinggi DC

Dalam pengujian fungsi sistem pelipat tegangan Vout yang digunakan hanya sampai

75 kV atau <100 kV .

1.4 Sistematika Penulisan

Gambaran tulisan ini secara singkat dapat diuraikan pada sistematika pembahasan

sebagai berikut:

BAB I: PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan mengenai latar belakang, tujuan, rumusan masalah batasan,

manfaat dari praktik kerja lapangan ini dan metode penelitian yang digunakan serta

sistematika penulisannya.

BAB II: LANDASAN TEORI

Bab ini menjelaskan tentang teori-teori yang menunjang penyelesaian penulisan dari

karya ilmiah ini.

3

BAB V: HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini menjelaskan mengenai data hasil uji fungsi dan analisisnya yang berdasarkan

pengukuran yang dilakukan.

BAB VI: PENUTUP

Dalam bab ini dituliskan hal-hal yang dianggap penting dalam penulisan yang

dirangkum sebagai kesimpulan dan saran.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Gambaran Umum Mesin Berkas Elektron -MBE

Mesin Berkas Elektron –MBE adalah perangkat untuk mempercepat berkas elektron

sehingga mencapai energi orde dari KeV asampai MeV dan sebagai sumber radiasi pada

proses iradiasi suatu produk industri. Keunggulan proses iradiasi dengan MBE adalah mampu

memproses produk industri kapasitas besar dalam waktu singkat, proses iradiasi produk dapat

dikendalikan dengan seksama, pemanfaatan energi radiasi sangat efisien, MBE merupakan

teknologi ramah lingkungan. Beberapa contoh hasil produksi MBE adalah pembuatan ban,

stetoskop dan sarung tangan. Hasil produk tersebut menggunakan bahan dasar lateks karet

alam.

Secara umum MBE memiliki komponen yang terdiri dari sumber elektron -SE, sistem

pemercepat berkas, sistem optik (pemfokus dan pemayar), sistem corong pemayar, sistem

window, sistem bejana tekan, sistem vakum, sistem perisai radiasi, sistem pengaman ozon,

sistem instrumentasi kendali -SIK, kerangka MBE serta komponen pendukung yaitu bejana

iradiasi lateks.

Salah satu komponen dari MBE adalah sistem pemercepat berkas yang berupa Sumber

Tegangan Tinggi –STT dengan nilai 300 kV/20 mA. yang berfungsi mempercepat berkas

elektron berasal dari sumber elektron sehingga dihasilkan energi elektron relative tinggi

(Suhartono, 2014).

2.2 Sumber Tegangan Tinggi –STT Cockcroft-Walton

Sumber tegangan tinggi -STT Cockcroft-Walton terdiri atas dua bagian utama yaitu

sumber tegangan osilasi atau osilator daya dan sistem pelipat tegangan. Pada dasar teori ini

hanya menjelaskan mengenai sistem pelipat tegangan. Pada Gambar 2.1 diperlihatkan sebuah

skema dari osilator daya dan pelipat tegangan yang merupakan bagian utama dari generator

Cockcroft-Walton.

4

5

Gambar 2.1 Diagram Konstruksi Generator Cockcroft-Walton (Dwiatmaja, 2014)

Pada prinsipnya Pelipat tegangan dari Generator Cockroft-Walton terbuat dari

susunan kapasitor dan dioda tegangan tinggi dengan kerangka dari bahan fleksi glass,

kerangka tersebut berfungsi sebagai tempat dudukan komponen-komponen meliputi:

kapasitor, dioda, ring korona dan elektroda tegangan tinggi. Elektroda tegangan tinggi

berfungsi untuk mencegah terjadinya lucutan muatan dari sisi ujung keluaran pelipat

tegangan, sedangkan ring korona juga mencegah terjadinya lucutan muatan melalui

sambungan antar komponen tingkat pelipat tegangan. Berdasarkan rancangan untuk

menghasilkan tegangan 300 kV diperlukan 20 tingkat pelipat tegangan pada tegangan

operasi maksimum kapasitor tegangan tinggi 30 kV. Pelipat Tegangan Generator

Cockroft Walton dapat di perlihatkan pada gambar 2-2 berikut

6

Gambar 2.2 Susunan dioda, kapasitor dan cincin korona pada kerangka pelipat tegangan tinggi (Dwiatmaja, 2014)

Proses Konversi daya yang terjadi dalam generator Cockcroft-Walton 300 kV/20 mA

dapat di berikan pada skema di gambar 2.3 berikut

Gambar 3.3 Diagram Proses Konversi Daya dalam Generator Cockcroft-Walton (Dwiatmaja, 2014)

7

Berdasarkan Gambar 2.3, dapat dijelaskan mengenai urutan skemanya sebagai berikut:

Pelipat tegangan PT, merubah daya RF dari trafo frekuensi tinggi TRF menjadi daya

DC bertegangan tinggi (daya CW ditentukan: 10 kW) dengan suatu efisiensi PT.

(perkiraan PT: 0,90 sehingga diperlukan daya trafo TRF: 10 kW/0,9 = 11,1 kW).

Trafo frekuensi tinggi , merubah daya AC frekuensi tinggi bertegangan rendah dari

osilator daya OsD menjadi bertegangan tinggi dengan suatu nilai efisiensi TRF.

(prakiraan TRF = 0,70 sehingga diperlukan daya osilator OsD = 11,1 kW/0,7 = 15,9 kW).

Osilator OsD, merubah daya DC menjadi daya AC frekuensi tinggi melalui tabung

trioda ITK 15-2 dengan suatu faktor efisiensi OS. (prakiraan OS = 0,70 sehingga

diperlukan daya keluaran SDA = 15,9 W/0,70 = 22,7 kW).

Proses pembangkitan tegangan yang terjadi dalam pelipat tegangan dijelaskan melalui

diagram dalam Gambar 2.4 sebagai berikut:

Gambar 2.4 Diagram Prinsip Cockcroft-Walton (Suhartono, 2003)

8

1. Jika dari titik d mengalir arus beban I, kapasitor C1, C2 dan C3 akan terlucuti, oleh

karena itu tiap kapasitor akan menerima pengisian sesuai kehilangan muatannya

yaitu sebesar ∆Q=It. Bila t dalam satu periode maka T=1/f, sehingga C1 akan

terjadi penurunan tegangan sebesar ∆V=I/fC.

Keterangan: C1 adalah kapasitas

I adalah arus yang mengalir selama waktu t

f adalah frekuensi masukan.

2. Pada saat kondisi baik, setiap kapasitor akan termuati sebesar kehilangan

muatannya sehingga untuk C1 akan mendapat pengisian muatan yang mengalir dari

C’1 melalui dioda d’d yaitu selama d’ atau a’ lebih positif terhadap d atau a, muatan

itu sebesar I/f. Pada setengah gelombang berikutnya C’1 akan mendapat pengisian

dari C2 melalui dioda cd’.

3. Pada setiap satu gelombang, kapasitor C2 akan kehilangan muatan sebesar 2I/f dan

sebaliknya akan menerima pengisian muatan yang sama dari C’2. Dengan cara

yang sama C’2 akan kehilangan muatan sebesar 2I/f, juga C3 dan C’3 terlucuti dan

termuati dengan 3I/f.

2.3 Pengukuran Tegangan Tinggi

Pengukuran tegangan tinggi berbeda dengan pengukuran tegangan rendah, sehingga

perlu penjelasan khusus mengenai pengukuran ini. Ada tiga jenis tegangan tinggi yang akan

diukur dalam pengujian tegangan tinggi, yaitu tegangan tinggi AC, tegangan tinggi DC, dan

tegangan tinggi impuls. Pengujian tegangan tinggi pada umumnya diperlukan untuk

mengetahui apakah peralatan tegangan tinggi yang diuji masih memenuhi standar kualitas dan

kebutuhan yang dispesifikasikan pada peralatan tersebut. Pengujian tegangan tinggi

dimaksudkan untuk:

1. Untuk meneliti sifat-sifat listrik dielektrik yang baru ditemukan, sebagai usaha dalam

menemukan bahan isolasi yang lebih murah.

2. Untuk verifikasi hasil rancangan isolasi baru, yaitu hasil rancangan yang telah dikurangi

volume isolasinya.

9

3. Untuk memeriksa kualitas peralatan sebelum terpasang, hal ini dilakukan untuk

menghindarkan kerugian bagi pemakai peralatan.

4. Untuk memeriksa kualitas peralatan setelah beroperasi dalam rangka mengurangi kerugian

semasa pemeliharaan.

Perlunya pengujian tegangan tinggi seperti diuraikan di atas menuntut adanya cabang

studi tegangan tinggi yang membahas khusus pengujian tegangan tinggi. Studi ini akan

mempelajari cara kerja dan karakteristik peralatan-peralatan uji tegangan tinggi dan prosedur

pengujian yang telah distandarisasi.

Berdasarkan Gambar 3.3, sistem pelipat tegangan yang diuji fungsi tersebut

mengkonversi AC menjadi DC bertegangan tinggi sehingga dapat disimpulkan bahwa uji

fungsi yang dilakukan dengan pengukuran tegangan tinggi yaitu pada tegangan DC.

2 4 Pengukuran Tegangan Tinggi DC

Pengukuran tegangan tinggi DC sebagaimana pada pengukuran tegangan rendah

umumnya dilakukan dengan menambah tahanan seri yang besar mengingat arus dalam

meter biasanya dibatasi pada nilai 1-10 mikroampere untuk full scale deflection. Pada

tegangan yang sangat tinggi (>1000 kV), permasalahan yang muncul adalah disipasi

daya yang besar, arus bocor, perubahan resistansi berkenaan variasi temmperatur.

Pengukuran tegangan tinggi DC dibagi menjadi 3 metode yaitu pengukuran dengan

menghubungakan seri mikroammeter dengan resistor, Pengukuran berdasarkan prinsip

generator dan Pengukuran dengan pemakaian pembagi tegangan.

a. Pengukuran dengan menghubung seri mikroammeter dengan resistor.

Tegangan tinggi DC biasanya diukur dengan menghubungkan resistor yang sangat

tinggi (beberapa ratus MΩ) terhubung seri dengan mikroammeter, sebagaimana

ditunjukkan pada Gambar 2.5.

10

Gamba.5 Rangkaian Voltmeter menggunakan resistansi seri dan mikroammeter (Suhartono, 2014)

Arus I yang mengalir melalui resistansi Rs diukur oleh moving coil mikroammeter,

maka tegangan sumber adalah:

𝑉 = 𝐼𝑅𝑠 (2.1)

Keterangan: V adalah tegangan sumber (Volt)

Vr adalah tegangan jangkau ukur meter (Volt)

I adalah arus melalui meter (Ampere)

Im adalah arus skala penuh meter (Ampere)

Rs adalah resistansi seri (Ohm)

μA adalah mikroammeter

P adalah Protective Device

Pada pengukuran tegangan tinggi diharapkan arus yang mengalir melalui alat ukur

diusahakan sekecil mungkin, dengan tujuan tidak membebani sumber tegangan tinggi

yang diukur.

Alat ukur yang dibangun dengan metode ini akan mempertimbangkan dampak

resiko terhadap terjadinya tegangan lebih (over voltage), kilatan (flash over),

keamanan serta keselamatan operator dan alat. Sehingga keselamatan operator dapat

terjamin dan mesin dapat beroperasi dengan aman.

Protective Device

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian sistem pelipat tegangan STT Cockcroft-Walton diilakukan dengan menghubungkan

seri mikroammeter dan resistor yang besar hambatan resistor sebesar 480 MΩ . Sebagai acuan

terdapat alat ukur digital yang nilainya akan ditampilkan pada kontrol panel yang pengukurannya

berdasarkan Vout dari pelipat tegangan dengan hambatan sebesar 150 MΩ. Uji sistim dilakukan

dalam kondisi tanpa beban dan berbeban

.3.1 Hasil Pengamatan dan Pembahasan Pengujian Tanpa Beban

Pada pengujian fungsi tanpa beban, pengukuran Vout sistem pelipat tegangan menggunakan probe

tegangan tinggi dengan microammeter sehingga dapat diketahui nilai Vout pada setiap tingkat

yang ditunjukkan pada microammeter.

Berikut ini adalah data pengujian yang dilakukan dari tanggal 01 Agustus sampai 24 Agustus 2016


No. Tingkat Vin (Volt) Vout (kV) ISTT (µA) Keterangan

1 1 25 5 7 Vout total = 60 kV

2 2 25 10 7

3 3 25 14,9 7

4 4 25 19,9 7

5 5 25 24 7

6 6 25 28,5 7

7 7 25 33,5 7

8 8 25 38 7

9 9 25 43 7

10 10 25 48 7

11 11 25 >50 7

12 12 25 >50 7

13 13 25 >50 7

11

12

Tabel 3.2 Uji Fungsi Pelipat Tegangan Tiap Tingkat Tanpa Beban dengan Vin = 21 Volt


1 1 21 4 6 Vout total = 50 kV

2 2 21 8,6 6

3 3 21 12,2 6

4 4 21 16,2 6

5 5 21 21 6

6 6 21 24,9 6

7 7 21 28,9 6

8 8 21 33 6

9 9 21 36,5 6

10 10 21 40,9 6

11 11 21 45 6

12 12 21 48,3 6

13 13 21 >50 6



1 1 22 4 6 Vout total = 51 kV

2 2 22 8 6

3 3 22 12 6

4 4 22 16 6

5 5 22 20 6

6 6 22 24 6

7 7 22 28 6

8 8 22 32 6

9 9 22 36 6

10 10 22 40 6

11 11 22 44 6

12 12 22 49 6

13 13 22 >50 6

Tabel 3.4 Uji Fungsi Pelipat Tegangan Tiap Tingkat Tanpa Beban Vin = 20 Volt


1 1 20 4 6 Vout total = 47 kV

2 2 20 7,9 6

3 3 20 11,5 6

4 4 20 15 6

5 5 20 19,5 6

6 6 20 23 6

7 7 20 27 6

8 8 20 30,5 6

9 9 20 34,5 6

10 10 20 38 6

11 11 20 41,5 6

12 12 20 46 6

13 13 20 49 6

3.1.1 Analisa Data Tanpa Beban

Analisa data pengujian pada sistem pelipat tegangan dalam kondisi tanpa beban dilakukan dengan

cara membandingkan hasil yang didapatkan antara pengukuran secara teori dengan menggunakan

probe tegangan tinggi dan microammeter .

Pada Tabel 3.1 ditunjukkan nilai Vout akhir yaitu 60 kV (dari kontrol panel) dengan Vout pada

tingkat sistem pelipat tegangan semakin besar ketika mendekati tingkat 13 yang sebanding dengan

Vout akhir yang ditunjukkan pada kontrol panel.

Perbandingan antara pengukuran secara teori dengan pengukuran analog, diperlihatkan pada Tabel

3.5 berikut ini:

Tabel 3.5 Perbandingan Nilai Vout antara Pengukuran secara Teori dan Pengukuran Analog dengan Vout =

60 kV

Tingkat A

Vout Teori (kV)

B

Vout Analog (kV)

Faktor Kesalahan

α = B-A

1 4,6 5 0,4

2 9,2 10 0,8

3 13,8 14,9 1,1

4 18,4 19,9 1,5

5 23 24 1

6 27,6 28,5 0,9

7 32,2 33,5 1,3

8 36,8 38 1,2

9 41,4 43 1,6

10 46 48 2

11 50,6 >50 -

12 55,2 >50 -

13 59,8 >50 -

Dari Tabel 3.5 dapat dilihat bahwa pengukuran secara teori dan pengukuran secara analog terdapat

perbedaan. Hal ini disebabkan karena pengukuran secara analog kelemahannya terletak pada

ketelitian pembacaan skala. Hambatan yang digunakan pada probe tegangan

14

tinggi dengan mikroammeter (pengukuran analog) bernilai 480 MΩ berjumlah 2 buah yang

disusun seri, maka:

(480 𝑀𝛺 𝑥 2) + 5 % = 960,05 𝑀𝛺 atau 1000 MΩ, sehingga:

𝑉 = 𝐼𝑅

𝑉 = (50 𝜇𝐴)(1000 𝑀𝛺)

𝑉 = 50 𝑘𝑉

karena itu, pada pengukuran analog tingkat 11 sampai 13 tidak dapat terukur dengan nilai yang

pasti karena panel/penampil pengukur analog yang berupa microammeter hanya memiliki skala

50 μA sehingga pengukuran diatas 50 kV tidak dapat terukur dengan pasti.

Pada Tabel 3.2 menunjukkan nilai Vout akhir yang didapatkan yaitu 50 kV dengan Vout setiap

tingkat pada sistem pelipat tegangan semakin bertambah hingga tingkat 13 menunjukkan nilai

yang sebanding dengan nilai Vout akhir pada kontrol panel.


3.6 berikut ini:

Tabel 3 6 Perbandingan Nilai Vout antara Pengukuran secara Teori dan Pengukuran Analog dengan Vout =

50 kV

Tingkat A

Vout Teori (kV)

B

Vout Analog (kV)

Faktor Kesalahan

α = B-A

1 3,8 4 0,2

2 7,6 8,6 1

3 11,4 12,2 0,8

4 15,2 16,2 1

5 19 21 2

6 22,8 24,9 2,1

7 26,6 28,9 2,3

8 30,4 33 2,6

9 34,2 36,5 2,3

10 38 40,9 2,9

11 41,8 45 3,2

12 45.6 48,3 2,7

13 49,4 >50 -

Dari Tabel 3 6 dapat dilihat bahwa pengukuran secara teori dan pengukuran secara analog nilainya

tidak sama dengan nilai selisih rata-ratanya adalah 1,925. Pada pengukuran

15

analog tingkat 13 tidak dapat terukur pasti karena rata-rata perbedaan nilai setiap tingkat pada

pengukur analog adalah 4. Jadi bila nilai pada tingkat 12 dijumlahkan dengan 4 maka hasilnya

akan diatas 50 kV. Salah satu keuntungan dari pengukuran menggunakan metode resistansi seri

dengan microammeter adalah kontruksinya yang sederhana dan respon pembacaan data yang

cepat. Penggunaan metode ini sangat dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu ketelitian dalam

pembacaan skala dan mudah terpengaruh lingkungan sekitar.

Pada Tabel 3.3 tegangan keluaran (Vout) akhir yang ditampilkan pada kontrol panel adalah 51 kV

dan Vout untuk setiap tingkat pada sistem pelipat tegangan.


5.7 berikut ini:

Tabel 3.7 Perbandingan Nilai Vout antara Pengukuran secara Teori dan Pengukuran Analog dengan Vout =

51 kV

Tingkat A

Vout Teori (kV)

B

Vout Analog (kV)

Faktor Kesalahan

α = B-A

1 3,9 4 0,1

2 7,8 8 0,2

3 11,7 12 0,3

4 15,6 16 0,4

5 19,5 20 0,5

6 23,4 24 0,6

7 27,3 28 0,7

8 31,2 32 0,8

9 35,1 36 0,9

10 39 40 1

11 42,9 44 1,1

12 46,8 49 2,2

13 50,7 >50 -

Pada Tabel 3.7 menunjukkan perhitungan secara teori dan perhitungan analog memiliki selisih

yang tidak besar dengan selisih rata-rat sekitar 0,73 sehingga pengukuran berdasarkan analog

dapat digunakan untuk mengukur nilai setiap tingkat pada sistem pelipat tegangan. Pada

pengukuran analog tingkat 13 tidak didapat nilai Vout akhir 51 kV

16

karena microammeter tidak dapat mengukur >50 kV sehingga pada tingkat 13 tidak mempunyai

nilai yang pasti.

Pada Tabel 3 4, Vout akhir yaitu 47 kV. Perbandingan antara pengukuran secara teori dengan

pengukuran analog, diperlihatkan pada Tabel 3.8 berikut ini:

Tabel 3 .8 Perbandingan Nilai Vout antara Pengukuran secara Teori dan Pengukuran Analog dengan

Vout = 47 kV

Tingkat A

Vout Teori (kV)

B

Vout Analog (kV)

Faktor Kesalahan

α = B-A

1 3,6 4 0,4

2 7,2 7,9 0,7

3 10,8 11,5 0,7

4 14,4 15 0,6

5 18 19,5 1,5

6 21,6 23 1,4

7 25,2 27 1,8

8 28,8 30,5 1,7

9 32,4 34,5 2,1

10 36 38 2

11 39,6 41,5 1,9

12 43,2 46 2,8

13 46,8 49 2,2

Pada Tabel 3.8, pengukuran secara teori pada tingkat 13 hampir mendekati nilai akhir Vout yang

ditunjukkan panel. Namun, berbeda saat dilakukan pengukuran secara langsung (pengukuran

analog) di lapangan, menghasilkan nilai dengan selisih 2,2 dengan pengukuran secara teori dan

rata-rata selisih setiap tingkat yaitu 1,523. Hal ini dapat disebabkan oleh kesalahan dalam

pembacaan skala microammeter dan keadaan lingkungan sekitar.

3,2 Hasil Pengamatan dan Pembahasan Pengujian dengan Beban

Pada pengujian fungsi dengan beban, pengukuran Vout dilakukan menggunakan hambatan beban

10 MΩ 200 W yang berjumlah 10 buah dengan berbagai nilai hambat

17

Tabel 3.9 Uji Fungsi Pelipat Tegangan Tiap Tingkat dengan Beban pada Tanggal 04 Agustus 2016


1 1 24 4 533 Vout total = 50 kV

2 2 24 8,5 537 R = 100 MΩ (Gambar 4.2)

3 3 24 12,5 541

4 4 24 16 545

5 5 24 20,5 549

6 6 24 25 554

7 7 24 28,5 558

8 8 24 33 562

9 9 24 37 565

10 10 24 41 569

11 11 24 45,5 573

12 12 24 50 577

13 13 24 >50

Tabel 3.10 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban pada Tanggal 08 Agustus 2016

No. Vin

(Volt) Vout (kV) ISTT (µA) Keterangan

1 5 4 135 R = 50 MΩ (Gambar 4.3)

2 10 15 350

Tanda Merah Menandakan terjadi

discharge

3 15 27 606

4 18 34 720

5 20 40 838


No. Vin (Volt) Vout (kV) ISTT (µA) Keterangan

1 11 16 375 R = 50 MΩ (Gambar 4.4)

(hangat setelah dilakukan pengujian)

2 15 26 577

3 20 39 833

4 26 50 1060

Tabel 3.12 Uji Fungsi Pelipat Tegangan delengan Beban (R = 20 MΩ)


1 10 11 710

R = 20 MΩ (Gambar 4.5)

(panas setelah dilakukan pengujian)

2 12 16 940

3 15 21 1180

4 20 31 1680

5 25 41 2190

18

Tabel 3.13 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban (R = 10 MΩ)


1 10 7 940 R = 10 MΩ (Gambar 4.6)

(panas setelah dilakukan pengujian) 2 14 12 1490

3 19 20 2290

Tabel 3.14 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban (R = 5 MΩ)


1 15 8 2210 R = 5 MΩ (Gambar 4.7)

(tidak panas setelah dilakukan

pengujian)

2 19 12 3100

3 21 15 3480

4 25 19 4390

5 26 21 4780



1 15 4 2960 R = 2,5 MΩ (Gambar 4.8)

2 20 9 4740 Panas setelah silakukan pengujian

3 24 13 6350



1 15 2 5160 R = 1 MΩ (Gambar 4.9)

2 20 5 7850 Paralel

3 26 8 10560 Panas setelah dilakukan pengujian

4 26 8 10750

5 26 8 10970

6 26 8 10610

7 26 8 10760

8 43 17 20100

9 43 17 20000

10 44 17 20100

11 44 17 20100

12 44 18 20300

13 44 18 20300 Tabel 3.17 Uji Fungsi Pelipat Tegangan dengan Beban pada Tanggal 23 Agustus 2016


1 32 50 3510 R = 15 MΩ (Gambar 4.10)

2 34 55 3820 Vout=60 kV

3 37 60 4110

19



1 10 9 770 R = 15 MΩ (Gambar 4.11)

2 15 18 1380

3 20 28 2050

4 25 37 2640

5 30 48 3370

1 35 58 4030

7 39 66 4560

8 42 70 4840

9 45 75 5180

3 2 1 Analisa Data Dengan Beban.

Analisis data pengujian pada sistem pelipat tegangan dengan kondisi berbeban dilakukan dengan

cara, membuktikan hasil yang didapatkan antara pengukuran secara teori menggunakan hukum

Ohm dengan hasil yang berdasarkan data pengamatan atau analisis data yang terjadi di lapangan.

Pada Tabel 3.9, Vout adalah 50 kV dan R = 100 MΩ. dengan nilai Vout setiap tingkat pelipat

tegangan mengalami kenaikan sekitar 3,5 atau 4,5 dan semakin tinggi tingkatnya nilainya semakin

sebanding dengan Vout yaitu 50 kV. Namun, pengukuran yang dilakukan menghasilkan nilai pada

tingkat 13 yaitu >50 kV dan arus sumber tegangan tinggi semakin besar mengikuti kenaikan

tingkat pelipat tegangan atau sefase dengan Vout tingkat. Berdasarkan teori hukum Ohm bila beban

R = 100 MΩ dan Vout = 50 kV maka didapatkan hasil:

𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝐼𝑆𝑇𝑇R

𝐼𝑆𝑇𝑇 =𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑅

𝐼𝑆𝑇𝑇 =50 𝑥 103 𝑉

100 𝑥 106 𝛺

𝐼𝑆𝑇𝑇 = 0,5 𝑥 10−3 A

𝐼𝑆𝑇𝑇 = 500 𝜇𝐴

Dari perhitungan hukum Ohm tersebut didapatkan ISTT pada Vout = 50 kV seharusnya 500 𝜇A

sedang berdasarkan pengujian, ISTT pada Vout = 50 kV adalah 528 𝜇A dan ISTT pada pelipat

tegangan tingkat 12 dengan Vout = 50 kV mempunyai ISTT = 577 𝜇A. Hal ini disebabkan oleh leak

current beban yang cukup besar.

20

a. Analisis data tabel 3.10:

Pada Tabel 3-10, hambatan yang digunakan yaitu R = 50 MΩ bentuk rangkaian seri. Bila

Vout = 40 kV maka ISTT bernilai 838 𝜇A dan terjadi discharge.

Berdasarkan teori hukum Ohm bila beban R = 50 MΩ dan Vout = 40 kV maka didapatkan hasil:



𝑅

𝐼𝑆𝑇𝑇 =40 𝑥 103 𝑉

50 𝑥 106 𝛺

𝐼𝑆𝑇𝑇 = 0,8 𝑥 10−3 A


ISTT yang dihasilkan memiliki selisih 38 𝜇A dengan hukum Ohm.

b. analisis data tabel 3.11:

Pada Tabel 3 11, hambatan yang digunakan yaitu R= 50 MΩ, V out = 50 kV dan ISTT = 1060 𝜇A.

Pada pengukuran ini, discharge tidak terjadi. Pada pengujian ini, ISTT yang dihasilkan memiliki

selisih 60 𝜇A dengan hukum Ohm.



𝑅

𝐼𝑆𝑇𝑇 =50 𝑥 103 𝑉

50 𝑥 106 𝛺

𝐼𝑆𝑇𝑇 = 1 𝑥 10−3 A


c. Analisis data tabel 3.12:

Pada Tabel 3 12, hambatan yang digunakan yaitu R = 20 MΩ, V out = 41 kV dan ISTT =

2190 𝜇A. Pada pengukuran ini, discharge tidak terjadi walaupun arus yang dihasilkan besar

.Berdasarkan hukum Ohm, ISTT yang dihasilkan yaitu:

21



𝑅

𝐼𝑆𝑇𝑇 =41 𝑥 103 𝑉

20 𝑥 106 𝛺

𝐼𝑆𝑇𝑇 = 2,05 𝑥 10−3 A


Pada pengujian ini, ISTT yang dihasilkan memiliki selisih 140 𝜇A dengan hukum Ohm.

BAB IV

PENUTUP

.

4.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil dan pembahasan maka dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu:

1. Pada uji fungsi awal sistem pelipat tegangan tanpa beban, alat ukur probe yang berupa

resistan yang dihubungkan secara seri dengan mikroammeter tidak dapat mengukur Vout

yang nilainya >50 kV karena mikroammeter range skalanya 0-50 µA.

2. Tehnik pengukuran tegangan tinggi pada pelipat tegangan Mesin Berkas Elektron (MBE)

tanpa beban Vout di pelipatan tingkat 13 masing masing 60 KV, 50 KV, 51 KV, alat

microammeter mengukur nilai >50 kV, dan pada Vout=47 kV alat micrometert nilainya

49 kV. Perbedaan nilai tersebut disebabkan oleh faktor ketelitian dalam pembacaan skala,

mudah terpengaruh lingkungan sekitar dan tidak dapat mengukur Vout yang nilainya >50

kV.

3. Tehnik pengukuran tegangan tinggi pada pelipat tegangan Mesin Berkas Elektron (MBE)

dalam kondisi berbeban melakukan uji fungsi dengan ditambahkan hambatan batang yang

nilainya bervariasi, yaitu disusun seri terdiri dari 𝑅𝑆1=100 MΩ menghasilkan nilai ISTT 577

μA, 𝑅𝑆2=50 MΩ menghasilkan nilai ISTT yaitu 838 μA, 𝑅𝑆3=50 MΩ menghasilkan nilai

ISTT yaitu 1060 μA dan 𝑅𝑆4=20 MΩ menghasilkan nilai ISTT yaitu 2190 μA. Disusun paralel

terdiri dari 𝑅𝑃1=5 MΩ menghasilkan nilai ISTT yaitu 4780 μA, 𝑅𝑃2=2,5 MΩ menghasilkan

nilai ISTT yaitu 6350 μA dan 𝑅𝑃3=1 MΩ menghasilkan nilai ISTT yaitu 20300 μA. Disusun

campuran 𝑅𝐶1=15 MΩ menghasilkan nilai ISTT yaitu 4110 μA dan 𝑅𝐶2=15 MΩ

menghasilkan nilai ISTT yaitu 5180 μA. Disusun tunggal yaitu R=10 MΩ menghasilkan

nilai ISTT yaitu 2290 μA. Maka hubungan antara hambatan dengan arus adalah semakin

kecil nilai hambatan yang digunakan, makin besar nilai ISTT.

4.2 Saran

Uji fungsi pada sistem pelipat tegangan dilakukan dalam 2 kondisi yaitu tanpa

22

23 beban

dan berbeban. Dalam kondisi tanpa beban dilakukan pengukuran pada setiap tingkat sistem

pelipat tegangan. Sedangkan, pada kondisi berbeban pengukuran setiap tingkat hanya

dilakukan 1 kali pada R = 100 MΩ. Sebaiknya dilakukan pengukuran tingkat pelipat tegangan

pada setiap beban yang digunakan agar dapat diketahui nilai Vout pelipat tegangan setiap

tingkat, pengaruh beban terhadap Vout pelipat tegangan, kualitas dari pelipat tegangan sebelum

diinstal dan data uji fungsi pelipat tegangan lebih detail.

DAFTAR PUSTAKA

Dwiatmaja, A. dan Sukaryono., 2014, Sistem Pemercepat Mesin Berkas Elektron 300 keV/20 mA,

Dokumen Paket Teknologi Proses Pra-Vulkanisasi Lateks Karet Alam Menggunakan Mesin

Berkas Elektron, No. Dok: PTEK-SP.002.3/OT 00 01/STA 2, BFP, PSTA-BATAN,

Yogyakarta.

Frima Yogi, M., 2013, Pengukuran Tegangan Tinggi, Makalah, Departemen Teknik Elektro.

Universitas Jendral Ahmad Yani, Bandung.

Hishomudin, M., 2016, Pembuatan Perangkat Antar muka Komponen Catu Gas Sumber Ion

Siklotron, Laporan PKL, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Sunan

Kalijaga, Yogyakarta, 4-14

Suhartono., 2003, Petunjuk Praktikum Operasi STT Cockcroft-Walton, Modul Praktikum, BFP,

PSTA-BATAN, Yogyakarta.

Suhartono, dkk., 2014, Rancang Bangun Meter Volt DC Menggunakan Mikroammeter untuk

Jangkau Ukur 500 kV DC, Jurnal: Prosiding Seminar, ISSN 1410-8178, BFP, PSTA-BATAN,

Yogyakarta.

TEKNIK PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI SISTEM PELIPAT …

Documents

Transcript of TEKNIK PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI SISTEM PELIPAT …