LAPORAN PRAKTIKUM
TEKNIK TEGANGAN TINGGI
NAMA : ANGGA DWI CAHYADI
NIM : 03121404032
KELOMPOK : X ( SEPULUH )
ANGGOTA : 1. Bella Putriaulia (03121404002)
2. Ryan Hariadi Hemar (03121404030)
3. Rinaldo Prasetyo (03121404032)
TANGGAL : 26 Maret 2015
KEPALA LAB : PROF. Ir.H.Zainuddin Nawawi, Ph.D
DOSEN : Dr.Muhammad Irfan Jambak, ST, M.Eng
ASISTEN : Lukmanul Hakim, ST
LABORATORIUM TEKNIK TEGANGAN TINGGI
DAN PENGUKURAN LISTRIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2015
LAPORAN PRAKTIKUM
TEKNIK TEGANGAN TINGGI
PERCOBAAN I
Pembangkit dan Pengukuran Tegangan Tinggi AC
NAMA : BELLA PUTRIAULIA
NIM : 03121404002
KELOMPOK : X ( SEPULUH )
ANGGOTA : 1. Ryan Hariadi Hemar (03121404018)
2. Angga Dwi Cahyadi (03121404030)
3. Rinaldo Prasetyo (03121404032)
TANGGAL : 26 Maret 2015
KEPALA LAB : PROF. Ir.H.Zainuddin Nawawi, Ph.D
DOSEN : Dr.Muhammad Irfan Jambak, ST, M.Eng
ASISTEN : Lukmanul Hakim, ST
LABORATORIUM TEKNIK TEGANGAN TINGGI
DAN PENGUKURAN LISTRIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2015
PERCOBAAN 1
I. Nama Percobaan : Pembangkitan dan Pengukuran Tegangan Tinggi AC
II. Tujuan Percobaan :
1. Mempelajari dan mengamati cara-cara pembangkitan tegangan tinggi
dengan menggunakan transformator tegangan tinggi satu fasa.
2. Mempelajari dan mengamati cara-cara pengukuran tegangan tinggi
bolak-balik dengan menggunakan metode-metode
- Sela bola,
- Pembagi tegangan kapasitif.
3. Mempelajari dan mengamati karakteristik tembus dari beberapa
elektroda yang diberi tegangan tinggi bolak-balik.
4. Mempelajari cara menentukan tegangan tembus dengan menggunakan
konsep efisiensi medan.
III. Alat-alat Yang digunakan
1. Trafo Pembangkit Tegangan Tinggi 220V/60 kV, 5 kV A
2. Elektroda-elektroda Bola, Piring, Jarum, Batang
3. Instrumen Ukur dan Panel Kontrol
4. Barometer
5. Voltmeter AC
IV. Teori Dasar
Umumnya pada laboratorium-Iaboratorium, tegangan tinggi bolak-balik
diperoleh dengan cara menaikkan tegangan jala-jala dengan menggunakan
transformator penguji tegangan tinggi satu phasa. Untuk memperoleh harga
tegangan yang melebihi batas rating tegangan dari sebuah transformator, maka
dibuatlah suatu susunan cascade dari beberapa buah transformator.
A. Metode Pengukuran Tegangan Tinggi Bolak-Balik Dengan Sela Bola
Pada gambar (1) diperlihatkan prinsip pengukuran tegangan puncak dengan
menggunakan susunan elektroda bola. Salah satu bola diketanahkan dan bola yang
lain diberi tegangan bolak-balik U(t).
Untuk suatu sela S tertentu, terdapat suatu harga puncak U(t) yang dapat
menyebabkan tembus pada sela, sehingga terjadi breakdown pada beda tegangan
, dim ana sesaat sebelum breakdown, harga U(t) sama dengan harga .
Gejala breakdown ini dipengaruhi oleh suatu kelambatan waktu statistik yang
singkat yang merupakan waktu penantian timbulnya sebuah eIektron untuk
mengawali suatu lompatan elektron, dan suatu kelarnbatan waktu formatif yang
sarna singkatnya yang diperlukan agar terjadi breakdown tegangan atau kenaikan
arus yang cepat pada jalur lompatan elektron.
Agar hasil pengukuran tegangan cukup baik, rnaka harus diusahakan
Jangan sampai terjadi gejala "Pre-Discharge" dan gejala korona sebelum
breakdown, dengan cara membatasi lebar sela S sedemikian rupa, sehingga medan
listrik pada sela bola bersifat homogen.
Tegangan breakdown pada sela bola dengan isolasi udara dapat ditentukan
berdasarkan rumus berikut :
Ud = kd Udo .............................................................................(1)
Dimana:
Kd adalah faktor koreksi yang harganya ditentukan oleh kerapatan udara relatif
(RAD), yang dapat ditentukan harganya berdasarkan rumus :
.
B. Metode Pengkuran Tegangan Tinggi Bolak-Balik Dengan Pembagi
Tegangan Kapasitif
Pembagi tegangan kapasitif berfungsi menurunkan harga tegangan yang
tinggi ke harga tegangan yang dapat diukur dengan aman. Proses pengukuran
dapat dijelaskan dengan menggunakan keterangan seperti gambar (2).
Dengan mengabaikan arus-arus yang mengalir pada cabang-cabang CM1
dan CM2, maka didapatkan harga tegangan U2 sebagai berikut :
..........................................................................................(3)
Kapasitor CM2 diisi melalui dioda D2 sampai ke harga tegangan puncak
dari U2 ke U2 maks. Galvanometer G akan menunjukkan harga rata-rata dari UG
dimana:
........................................................................................ (4)
Sedangkan
................................................................................... (5)
Substitusikan persamaan (1.2) clan 1.4) ke persamaan (1.3) akan menghasilkan :
Jadi :
........................................................................(6)
V. Prosedur Percobaan :
A. Pembangkit dan Pengukuran Tegangan Tinggi Bolak Balik
1. Rangkaian Percobaan :
TH = Transformator tegangan tinggi, 100 kV rms , 5 kVA
CST = Pembagi tegangan kapasitif, 100 kV rms , 500 pF
CWS = Bagian pengukuran dari pembagi tegangan kapasitif
SB = Voltmeter AC pada kontrol box
TSM = Pengukur arus AC pada sisi sekunder transformator tegangan tinggi
S = Sela bola
R6 = Tahanan peredam tegangan impuls
R7 = Tahanan peredam tegangan AC
F = Arrester
2. Kalibrasi
1. Catat temperatur dan tekanan udara sekeliling.
2. Buat rangkaian pereobaan seperti diatas.
3. Atur lebar sela S pada harga tertentu.
4. Atur trafo pengatur, sehingga harga tegangan pada sela S dapat
menyebabkan tembus.
5. Catat penunjukkan voltmeter pada SB sesaat sebelum terjadi tembus.
6. Atur kembali sela S untuk beberapa harga, dan untuk setiap harga S Inl
diulangi pereobaan diatas.
7. Gunakan elektroda bola dengan D = 10 em dan pereobaan dilakukan untuk
nilai S = 1,0; 1,5 ; 2,0; 2,5 ; 3,0 em.
8. Matikan sumber listrik.
9. Bandingkan nilai yang ditunjukkan pada voltmeter.
B. Karakteristik Tembus Beberapa Elektroda
1. Ganti susunan bola pada gambar (3) dengan elektroda yang lain seeara
bergantian, seperti piring-piring, jarum-jarum, batang-batang.
2. Untuk setiap susunan elektroda, atur lebar S dan naikkan harga tegangan
selasela, dengan mengatur transformator pengatur, sampai terjadi tembus.
3. Catat penunjukkan SB sesaat sebelum terjadi tembus.
4. Lakukan pereobaan ini dengan lebar sela seperti diatas.
5. Setelah percobaan seperti diatas dilakukan dengan semua elektroda, maka
turunkan tegangan sampai minimum dan matikan sumber listrik.
Catatan:
Untuk setiap elektroda, maka harga-harga lebar sela S harus sama
VI. Pertanyaan dan Jawaban
Pertanyaan :
1. Jelaskan cara kerja alat ukur tegangan SB.
2. Buat tabel-tabel yang berisi hasil-hasil percobaan tegangan oleh alat ukur
SB dan harga tegangan yang dihitung dari pengukuran sela bola.
3. Jelaskan kegunaan dan prinsip kerja arrester yang dipasang pada SISI
tegangan rendah transformator.
4. Gambarkan kurva tegangan tembus Ub sebagai fungsi dari setiap elektroda.
5. Jelaskan proses terjadinya tembus pada elektroda dan bandingkan serta
jelaskan perbedaan antara elektroda-elektroda tersebut.
Jawaban :
1. Cara kerja alat ukur tegangan SB adalah berdasarkan prinsip pembagi tegangan
kapasitif. Kapasitor CS dan CWS diberi tegangan puncak Vs, dimana
karakteristik tegangan AC berbentuk sinusoidal, CS dan CWS akan melepaskan
muatan yang melalui sela pada saat tegangan puncak pelepasan kapasitor telah
mencapai harga tegangan tersebut maka akan terjadi flash over pada sela bola.
Harga dari tegangan puncak pada tegangan tembus sama dengan tegangan jatuh
pada CWS yang terukur pada voltmeter SB.
2. Tabel hasil percobaan tegangan oleh alat ukur SB dan harga tegangan yang
dihitung dari pengukuran sela bola dapat dilihat di halaman Data Hasil
Percobaan.
3. Berikut adalah kegunaan dan prinsip kerja arrester :
Kegunaan arrester :
Untuk menjaga kumparan tegangan rendah dari pengukuran perubahan
tegangan yang besar secara tiba-tiba pada saat melakukan percobaan.
Arrester dipasang di sisi sekunder agar sisi belitan primer tidak terbakar
akibat lonjakan pada saat terjadi tegangan tembus.
Arrester akan bekerja dengan tahanan non linear, jadi saat terjadi lonjakan
arrester akan memotong lonjakan arus tersebut, sehingga alat akan normal
kembali.
Prinsip kerja arrester : Melewatkan arus lebih ke sistem pentanahan/grounding,
sehingga tidak menimbulkan tagangan lebih yang dapat merusak isolasi peralatan listrik.
Pada saat keadaan normal arrester berlaku sebagai konduktor dengan pentanahan relatif
rendah.
4. Gambar kurva tegangan tembus Ub sebagai fungsi dari setiap elektroda terlampir
di halaman lampiran grafik.
5. Proses terjadinya tembus pada elektroda dan serta perbedaan antara elektroda-
elektroda tersebut :
Bila sisi primer transformator disuplay oleh tegangan, maka phasa sisi sekunder
terdapat tegangan yang besarnya dapat dilihat pada voltmeter. Pada sisi primer ini
terdapat dua ujung yang bermuatan listrik tidak sama. Apabila diantara kedua
ujung diberi sela yang kecil, maka akan terjadi perpindahan muatan listrik atau
loncatan energi listrik. Perpindahan muatan inilah yang menyebabkan tembus
elektroda.
Perbedaan tembus pada setiap elektroda :
Elektroda bola
Kuat medan yang terbentuk pada elektroda bola belum hampir merata.
Hal ini menyebabkan diperlukannya muatan yang cukup besar terkumpul
pada sekitar elektroda untuk menghasilkan tegangan tembus.
Elektroda Piring
Proses tembus udara diantara dua elektroda terjadi melalui proses ionisasi
tumbukan dari molekul yang jumlahnya bertambah secara eksponensial.
Oleh karena itu, elektroda ini mempunyai medan yang homogenyang
berarti tembus pada elektroda piring lebih sulit dan membutuhkan
tegangan tembus yang besar.
Elektroda Jarum
Dengan menggunakan elektroda jarum akan terbentuk ketidak
homogenan medan, sehingga tegangan tembus pada elektroda jarum akan
lebih mudah tembus dengan tengangan yang rendah dan arus yang sangat
tinggi yang dikarenakan luas penampang nya kecil.
Elektroda Batang
Adanya ketidak homogenan membuat medanya lebih sedikit berbeda,
sehingga pembentukan avalanche lebih lambat. Tegangan tembus pada
elektroda batang akan lebih besar daripada tegangan tembus elektroda
jarum.
VII. Data Hasil Percobaan
NoElek-troda
Jarak(mm)
Parameter
Teg. Input(V)
Teg. Tembus
(kV)
Arus(mA)
Tekanan(Atm)
Kelembaban(%)
Suhu(°F)
1 Jarum
1
9 3 22 986 85 86
13 4,9 25 986 85 86
15 5 27 986 85 86
1,5
20 6 31 986 85 86
17 6 31 986 85 86
15 4,9 35 986 85 86
2
19 6 36 986 85 86
20 6 38 986 85 86
18 6,5 36 986 85 86
2,5
19 6 34 986 85 86
17 6,9 26 986 85 86
21 7 36 986 85 86
NoElek-troda
Jarak(mm)
Parameter
Teg. Input(V)
Teg. Tembus
(kV)
Arus(mA)
Tekanan(Atm)
Kelembaban(%)
Suhu(°F)
2 Batang
1
10 2,9 14 987 88 86
10 2,9 14 987 88 86
10 2,9 14 987 88 86
1,5
10 4,1 20 987 88 86
10 4,1 20 987 88 86
10 4,1 20 987 88 86
2
11 4,9 24 987 88 86
12 4,8 24 987 88 86
12 4,9 24 987 88 86
2,5
14 6 34 987 88 86
18 6 32 987 88 86
17 6 33 987 88 86
NoElektro
-daJarak (mm)
Teg. Input(V)
Teg. Tembus
(kV)
Arus(mA)
Tekanan(Atm)
Kelembaban(%)
Suhu (°F)
3 Piring
1
1 0,3 2 987 88 86
1 0,3 2 987 88 86
1 0,3 2 987 88 86
1,5
4 2 2 987 88 86
4 1 1 987 88 86
3 1,1 1 987 88 86
2
5 1,5 2 987 88 86
6 1,8 1 987 88 86
7 2 1 987 88 86
2,5
9 3 18 987 88 86
10 3,9 20 987 88 86
10 3,9 20 987 88 86
NoElek-troda
Jarak(mm)
Parameter
Teg. Input(V)
Teg. Tembus
(kV)
Arus(mA)
Tekanan(Atm)
Kelembaban(%)
Suhu(°F)
4 Bola
1
8 2,3 12 987 88 86
5 2,2 12 987 88 86
9 2,4 10 987 88 86
1,5
10 3,1 18 987 88 86
10 3,1 18 987 88 86
10 3,1 20 987 88 86
2
10 4,6 24 987 88 86
10 4 24 987 88 86
10 4,5 22 987 88 86
2,5
10,5 5,1 30 987 88 86
10,8 5,3 32 987 88 86
10,9 5,8 34 987 88 86
VIII. PENGOLAHAN DATA
Jarum
1. Pada Jarak 1 mm
Vinput
o
o
o
o Kesalahan absolute
= 2,223 + 12,33 = 14,553
= 2,223 – 12,33 = -10,107
o Kesalahan relative
Voutput
o
o
o Kesalahan absolute
= 0,86+ 4,3 = 5,16
= 0,86– 4,3 = -3,44
o Kesalahan relative
Ioutput
o
o
o
o Kesalahan absolute
= 1,78 + 24,66 = 26,44
= 1,78– 24,66 = -22,88
o Kesalahan relative
2. Pada Jarak 1,5 mm
Vinput
o
o
o Kesalahan absolute
= 1,77 + 17,33 = 19,1
= 1,77 – 17,33 = -15,56
o Kesalahan relative
Voutput
o
o
o Kesalahan absolute
= 0,49 + 5,63 = 6,12
= 0,49 – 5,63= -5,14
o Kesalahan relative
Ioutput
o
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
3. Pada jarak 2mm
Vinput
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Voutput
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Ioutput
o
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
4. Pada jarak 2,5 mm
Vinput
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Voutput
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Ioutput
o
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Batang
1. Pada Jarak 1 mm
Vinput
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Voutput
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Ioutput
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
2. Pada Jarak 1,5 mm
Vinput
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Voutput
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Ioutput
o
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
3. Pada Jarak 2 mm
Vinput
o
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Voutput
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Ioutput
o
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
4. Pada Jarak 2,5 mm
Vinput
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Voutput
o
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Ioutput
o
o
o
o Kesalahan absolute
o Kesalahan relative
Piring
1. Pada Jarak 1 mm
Vinput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Voutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Ioutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
2. Pada Jarak 1,5 mm
Vinput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Voutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Ioutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
3. Pada Jarak 2 mm
Vinput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Voutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Ioutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
4. Pada Jarak 2,5 mm
Vinput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Voutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Ioutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Bola
1. Pada Jarak 1 mm
Vinput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Voutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Ioutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
2. Pada Jarak 1,5 mm
Vinput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Voutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Ioutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
3. Pada Jarak 2 mm
Vinput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Voutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Ioutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
4. Pada Jarak 2,5 mm
Vinput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Voutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
Ioutput
Kesalahan absolute
Kesalahan relative
IX. Analisa
Pada percobaan yang berjudul Pembangkitan dan Pengukuran Tegangan
Tinggi AC sudah dilakukan pengamatan, penelitian, serta perhitungan manual
sehingga didapatkan analisa yaitu pertama pada percobaan dengan menggunakan
elektroda bola-bola diberikan jarak berturut turut 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, dan
2,5mm masing masing diberikan tiga kali perlakuan yang didapatkan nilai V input
pada jarak 1 mm ketiganya berbeda-beda begitupun pada percobaan dengan jarak
yang lainnya dengan perbandingan yang kecil dan nilai keakuratan yang tinggi,
hal ini juga berlaku untuk jarak yang seterusnya dapat dikatakan bahwa percobaan
dengan elektroda bola menghasilkan hasil yang baik dan tepat dengan tegangan
tembus yang cukup besar, untuk melepaskan elektronnya (menyebabkan
terjadinya lompatan api) dibutuhkan energi yang besar. Oleh sebab itulah
tegangan tembusnya juga semakin besar. Nilai tegangan tembus akan semakin
tinggi apabila jarak antar elektroda semakin besar, tegangan tembus juga lebih
besar saat elektroda yang digunakan bertipe bola.
Pada percobaan kedua dengan elektroda batang diberikan jarak elektroda
yang masih sama didapatkan Vinput pertama bernilai sama yakni 10, Voutput
juga sama yaitu 2,9 serta I sebesar 14, dengan begitu dapat dilihat bahwa dengan
elektroda batang juga menghasilkan hasil yang baik dan tegangan tembus yang
dihasilkan juga cukup besar. Hasil yang sama juga didapatkan pada percobaan
dengan elektroda lempeng yang memiliki selisih Vinput dan Voutput dengan
ketiga perlakuan nilainya tidak berbeda jauh.
Pada tipe percobaan elektroda jarum, tegangan tembusnya lebih kecil
karena bentuk geometrisnya. Elektron-elektron memiliki kecenderungan untuk
berkumpul di titik sudut. Karenanya, tipe jarum ini sangat memungkin elektron-
elektron berkumpul di bagian ujung elektrodanya. Elektron akan lebih mudah
terlepas dari elektroda dan menimbulkan lompatan api. Sehingga energi yang
dapat menyebabkan terjadinya lompatan api tidak terlalu besar dibandingkan
bentuk bola, tegangan tembusnya pun lebih kecil.
X. Kesimpulan
1. Pada elektroda bola untuk melepaskan elektronnya (menyebabkan terjadinya lompatan api) dibutuhkan energi yang besar
2. Nilai tegangan tembus akan semakin tinggi apabila jarak antar elektroda semakin besar, tegangan tembus juga lebih besar saat elektroda yang digunakan bertipe bola.
3. Apabila jarak antar elektroda kecil, energi yang diperlukan untuk mendorong terjadinya ionisasi diantara dua elektroda itu kecil.
4. Pengaruh jarak antar elektroda dan tegangan tembus, berkaitan dengan medan listrik yang berada diantara elektroda.
5. Nilai medan listrik yang menyebabkan terjadinya lompatan api, dipengaruhi
oleh karakteristik suhu dan kerapatan udara, sehingga nilainya cenderung tetap.
6. Jika jarak antar elektroda besar, molekul-molekul udara yang harus diionisasi
agar bisa menciptakan lompatan api sangat banyak, membutuhkan energi besar
untuk mengionisasinya. Sehingga tegangan tembusnya tinggi.
Lampiran Grafik
LAPORAN PRAKTIKUMTEKNIK TEGANGAN TINGGI
PERCOBAAN II
Tegangan Tinggi Impuls
NAMA : RINALDO PRASETYO
NIM : 03121404032
KELOMPOK : X ( SEPULUH )
ANGGOTA : 1. Bella Putriaulia (03121404002)
2. Ryan Hariadi Hemar (03121404018)
3. Angga Dwi Cahyadi (03121404030)
TANGGAL : 26 Maret 2015
KEPALA LAB : PROF. Ir.H.Zainuddin Nawawi, Ph.D
DOSEN : Dr.Muhammad Irfan Jambak, ST, M.Eng
ASISTEN : Lukmanul Hakim, ST
LABORATORIUM TEKNIK TEGANGAN TINGGI
DAN PENGUKURAN LISTRIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2015
PERCOBAAN II
I. Nama Percobaan : Tegangan Tinggi impuls
II. Tujuan Percobaan :
1. Mempelajari dan memahami pembangkitan tegangan impuls dan
pengukurannya
2. Mempelajari kemungkinan (probabilitas) tembus tegangan tinggi
impuls pada elektroda.
III. Alat – alat Yang Digunakan:
1. Trafo penaik tegangan 60 KV, 5 KVA
2. Generator Marx.
3. Cathode Ray Oscilloscop.
4. Instrumen Pengukuran.
IV. Teori DasarDalam keadaan kerja, peralatan – peralatan elektik selain dapat
dibebani tegangan kerjanya, juga harus memiliki ketahanan terhadap
pembebanan tegangan lebih impuls akibat sambaran petir maupun akibat
proses pengoperasian saklar daya. Penguasaan cara pembangkitan
tegangan tinggi impuls diperlukan, agar dapat dihasilkan bentuk tegangan
yang mendekati kejadian pembebanan transien yang terjadi di jaringan dan
agar dapat dilakukan penelitian dasar tentang tembus elektrik.
Bentuk–bentuk gelombang tegangan tinggi impuls diperlihatkan pada
gambar (1)
Gambar 1. Bentuk-bentuk gelombang tegangan impuls
Tegangan impuls terpotong adalah tegangan impuls yang tiba – tiba
menjadi nol pada saat mencapai puncak atau sewaktu di muka atau ekor.
Tegangan impuls eksponensial ganda dipergunakan untuk peniruan
teganagn surja petir dan tegangan surja hubung. Perbedaan antara tegangan impuls
surja petir dan surja hubung ditentukan pada lama waktu muka dan waktu ekor,
seperti terlihat pada gambar ( 2 ). Tegangan impuls surja petir memiliki bentuk
1,2/50 yang berarti waktu muka T1 = 1,2 µ s dan waktu setengah ekor T2 = 50 µ s.
Tegangan impuls surja hubung memiliki bentuk 250/2500 yang berarti waktu
mencapai puncak T1 = 250 µ s dan setengah ekor T2 = 2500 µ s.
a. Tegangan impuls surja petir
b. Tegangan impuls surja hubung
Gambar 2. Bentuk gelombang tegangan impuls
4.1. Pembangkitan Tegangan Terpadu
Rangkaian dasar pembangkitan tegangan impuls surja petir dan surja hubung
adalah sama, hanya berbeda besar elemen-elemen rangkaiannya. Rangkaian
dasar yang biasa digunakan adalah seperti pada gambar (3).
Gambar 3. Rangkaian dasar pembangkitan tegangan impuls
Pertama-tama kondensator impuls Cs diisi muatan dengan tegangan tinggi
searah melalui tahanan tinggi sampai dicapai tegangan pemuat U0. Dengan
penyalaan sela percik F, terjadi pelepasan muatan mengisi kondensatorbeban
Cb. Kemudian ke tahanan pelepas Re. Teganganb impul diperoleh dari
terminal kondensator beban Cb.
Jika diinginkan waktu muka T1 yang singkat, maka pelepasan muatan yang
mengisi kondensator Cb harus secepat mungkin dicapai dengan û, sedang
waktu ekor T2yang lama ditentukan oleh tahanan pelepas Re yang jauh lebih
besar dibanding tahanan peredam Rd. Konstanta waktu pelepasan muatan ke
kondensator Cb, yang menentukan besar waktu muka, besarnya secara
pendekatan adalah Rd x Cb. Waktu muka ekor tegangan impuls ditentukan
oleh pelepasan muatan dari kedua kondensator diaras. Tinggi harga puncak
tegangan impulsdiperoleh dengan pembanding muatan U0 Cs dan Cb. Derajat
efisiensi dari rangkaian pembangkitan adalah :
η =
Secara umum diharapkan dengan tegangan pemuat U0 yang ada dapat
diperoleh tegangan puncak û yang tinggi, maka biasanyadipilih harga Cs
>Cb. Dengan demikian maka waktu ekor tegangan impuls ditentukan oleh
konstanta waktu Cs Re. Besaran lain yang penting pada pembangkitan
tegangan impuls adalah energi impuls yang ditentukan oleh :
W =
Untuk pembangkitan tegangan impuls sangat tinggi biasanya digunakan
rangkaian pelipat ganda Marx, seperti terlihat pada gambar (4). Disini
sejumlah kondensator impuls yang sama, secara paralel menerima pengisian
muatan dan secara seri terjadi pelepasan muatan. Dengan demikian jumlah
keseluruhan tegangan penguat sesuai dengan jumlah tingkatan rangkaian.
Gambar 4. Rangkaian palipat ganda Marx tiga tingkat
Pengisian muatan pada kondensator impuls Cs adalah melalui tahanan yang
tinggi RL yang dipasang paralel, sampai dicapai tegangan pemuat setiap
tingkat sebesar U0. Dengan demikian penyalaan sela percik, maka
kondensator-kondensator Cs terhubung secara seri dan terjadi pelepasan
muatan ke kondensator beban Cbmelalui tahanan-tahanan peredam Rd.
Selanjutnya pelepasan muatandari semua kondensator akan melalui tahanan
pelepas Re dan juga Rd. Rangkaian Cascade Marx n tingkat dapat dibuat
rangkaian pengganti satu tingkatnya, dengan besaran-besarannya menjadi :
U0 = n U0’ Rd = n Rd’
Cs = Re = n Re’
Denikian juga sama halnya digunakan pembangkit impuls Cascade menurut
rangkaian (3.a).
4.2. Pengukuran Tegangan Impuls
Pengukuran tegangan impuls dapat dilakukan dengan sela percik bola,
karena kejadian tembus elektrik sela udara trejadi beberapa μ s setelah
dicapai tegangan tembus statis. Dengan demikian sela percik bola dapat
dipergunakan untuk pengukuran tegangan puncak impuls yang tidak terlalu
cepat dan untuk waktu ekor T2 50 μ s. Hal ini berlaku dengan mananggap
bahwa di dalam ruang antara sela bola terjadi pembawa muatan yang cukup,
dimana tembus elektrik akan langsung terjadi jika telah dicapai tinggi dan
kuat medan tertentu.
4.2.1. Waktu Keterlambatan Penyalaan
Kejadian tembus elektrik pada gas merupakan akibat perkembangan
“avalance” dengan adanya ionisasi tumbuhan molekul-molekul gas. Paa
sela elektroda di udara. Pelepasan muatan dapat diawali jika terjadi muatan
pembawa pada posisi yang baik di dalam ruang medan listrik. Jika pembawa
muatan tidak berada pada posisi tersebut, maka walaupuntegangan anjak
ionisasi Ue telah dilampaui, pelepasan muatan baru diawali setelah selang
waktuketerlambatan statis ts. Setelah terbentuk avalance elektron pertama
untuk pengembangan kenal pelepasan selanjutnya sampai erjadi tembus
elektrik memerlukan waktu pembentukan ts. Jumlah waktu-waktu tersebut
yaitu setelah sicapai tegangan anjak ionisasi Us pada t1 sampai terjadi tembus
elektrik, disebut waktu kelambatan penyalaan tembus elektrik.
Tv = ta + ts
Waktu keterlambatan penyalaan tersebut dapat dilihat pada gambar (5).
Gambar 5. Penentuan waktu kelambatan penyalaan
Pada tembus elektik tegangan impuls
4.2.2. Probabilitas Tembus Elektrik
Berdasarkan pengertian waktu kelambatan penyalaan seperti yang diuraikan
di atas, maka pada pengukuran tegangan puncak impuls dengan sela percik
bola tidak dapat diketahui besar perbedaan harga puncak tegangan U dengan
tembusnya Ud. Perbedaan ini dapat diketahui hanya jika dilakukan berulang
kali tembus elektrik pada sela bola tersebut.
Syarat terjadinya tembus elektrik, secara pendekatan dapat dipergunakan
kriteria waktu, dimana jika waktu setekah dicapai tegangan anjak ionisasi
melebihi waktu kelambatan penyalaan Tv, maka dapat dipastikan tembus
elektrik akan terjadi. Karena adanya simpangan pada ts dan ta, maka waktu
pembentukan waktu Tv akan tidak konstan. Harga rata-rata dari Tv berarti
juga harga-harga tegangan tembus Ud-50, dimana dalam hal ini dari sekian
kali pembebanan tegangan setengahnya terjadi tegangan tembus elektrik.
Secara umum dikatakan sebagai harga perubahan probabilitas tembus P
untuk harga puncak û atau tegangan impuls. Gambar 6 menjelaskan fungsi
distribusi tegangan tembus impuls pada suatu sela percik bola. Probabilitas
tembus adalah nol untuk û < Us, dimana tegangan tembus memiliki harga
batas bawah Ud-0 dan disebut sebagai tegangan ketahanan yang sangat
penting pengertiannya untuk perhitungan kekuataan elektrik suatu isolasi.
Ud-50 adalah harga tegangan yang dipergunakan untuk pengukuran dengan
sela percik bola. Ud-100 adalah harga tegangan kepastian terjadi tembus
elektik. Hal ini memiliki arti penting untuk sela percik pengaman pada suatu
arrester yang merupakan batas atas daerah simpangan tegangan impuls.
V. Prosedur Percobaan :
A. Pembangkitan Tegangan Tinggi Impuls Petir
1. Buat rangkaian percobaan seperti berikut tanpa obyek pengujian.
2. Catat temperatur dan tekanan udara sekeliling
3. Atur sela bola S dari elektroda bola pada harga tertentu.
4. Naikkan tegangan yang ditunjukkan oleh SM sampai dengan harga
tertentu yang diperkirakan dapat menyebabkan tembus pada sela bola,
bila dilakukan trigger.
5. Lakukan trigger secara manual. Bila belum terjadi tembus naikkan
harga tegangan SM dan di trigger lagi sampai terjadi tembus.
6. Catat harga tegangan yang diunjukkan oleh SM dan SV setiap kali
terjadi tembus.
7. Atur kembali lebar sela S untuk beberapa harga dan untuk setiap harga
S ini dilakukan percobaan seperti di atas.
B. Tingkat Kemungkinan Terjadinya Tegangan Tembus Pada Beberapa
Elektroda.
Lakukan prosedur percobaan di atas dengan mengganti susunan elektroda
bola-bola, jarum-jarum, piring-piring, batang-batang yang dipasang secara
bergantian.
C. Pengaruh Homogenitas Medan Terhadap Tegangan Impuls Pada
Beberapa Elektroda.
1. Lakukan prosedur percobaan di atas dengan memakai susunan
elektroda bola-piring dan jarum-piring sebagai obyek pengujian (TO).
2. Atur harga sela dari TO untuk harga-harga yang digunakan, sehingga
tembus pada TO adalah 50 % dari tembus pada sela S.
VI.Pertanyaan dan Tugas :
1. Hitung besar waktu muka T1 dan waktu ekor T2.
2. Hitung besar derajat efisiensi η dari rangkaian tersebut berdasarkan
elemen rangkaian.
3. Buat kurva tegangan SV terhadap tegangan SM berdasarkan data
pengamatan pada percobaan tanpa obyek pengujian.
4. Buat kurva tegangan Ud-50 terhadap S dari setiap elektroda yang
digunakan.
5. Berikan analisa dan kesimpulan saudara.
Jawaban :
1. Hitung besar waktu muka T1 dan waktu ekor T2?
Diketahui :
CS = 500 pF = 500 x 10-12 F
CB = 1200 pF = 1200 x 10-12 F
RB = Rp // Rs
= (1,8 X 8,5) / (1,8 + 8,5)
= 1,7627 k
RD = RSL1 + RSL2 + RSL3 +Rk
= 345 + 115 + 115 + 50
= 625
T1 = ( RD + RB ) ( CS X CB )
= ( 625 + 1762,7 ) (( 500 x 10-12 ) x ( 1200 x 10-12 ))
= 2387,7 x (6 x 10-19)
= 1,43262 x 10-19 Sekon
T2 = (( RD x RB ) / ( RD + RB )) x (( CS x CB ) / ( CS + CB )
= (( 625 x 1762,7 ) / ( 625 + 1762,7 )) x (( 500 x 10 -19 ) x ( 1200
x 10-19 ) / ( 500 x 10-19) + ( 1200 x 10-19 ))
= ( 1101687,5 / 2387,7 ) x (6 x 10-19 / 1700 x 10-19 )
= 461,401 x (3,529 x 10-10)
=1,6283 X 10-7 Sekon
2. Hitung besar derajat efisiensi η dari rangkaian tersebut berdasarkan
elemen rangkaian?
η = CS / (CS + CB )
= 500 / ( 500 + 1200 )
= 0,2941 x 100%
= 29,41 %
3. Buat kurva tegangan (V) terhadap tegangan tembus (Kv)
berdasarkan data pengamatan pada percobaan tanpa obyek
pengujian?
TERLAMPIR
4. Buat kurva tegangan Ud-50 terhadap S dari setiap elektroda yang
digunakan?
TERLAMPIR
5. Berikan analisa dan kesimpulan saudara?
TERLAMPIR
VII. Data Hasil Percobaan
NoJarak (mm)
Teg. Tembus
HV (kV)
Jarak/KV(mm/KV) Arus
(mA)Tekanan
(atm)Kelembapan
(%)Suhu (0F)
Strip
1 4
4 5/20 5 987 88 86,7 102 5/20 5 987 88 86 113 5/20 5 987 88 86 11
2 6
8 5/24 7 987 88 86 178 5/24 7 987 88 86 178 5/24 7 987 88 86 17
3 8
10 7/28 7,5 987 88 86 1812 7/28 8 987 88 86 1812 7/28 8 987 88 86 18
4 10
22 8/30 8,5 987 88 86 20
22 8/30 8,5 987 88 86 20
23 8/30 9 987 88 86 20
5 12
24 8/30 9,5 987 88 86 20
22 8/30 9,5 987 88 86 20
22 8/30 9,5 987 88 86 20
VIII. Pengolahan Data
a. Tegangan Tembus (kV)
Tegangan tembus (VB) pada S = 4 mm
Vb rata-rata
Kesalahan absolut
Kesalahan relatif
Tegangan tembus (VB) pada S = 6 mm
Vb rata-rata
Kesalahan absolut
Kesalahan relatif
Tegangan tembus (VB) pada S = 8 mm
Vb rata-rata
Kesalahan absolut
Kesalahan relatif
Tegangan tembus (VB) pada S = 10 mm
Vb rata-rata
Kesalahan absolut
Kesalahan relatif
Tegangan tembus (VB) pada S = 12 mm
Vb rata-rata
Kesalahan absolut
Kesalahan relatif
b. Arus (mA)
Arus (I) pada S = 4 mm
Ib rata-rata
Kesalahan absolut
Kesalahan relatif
Arus (I) pada S = 6 mm
Ib rata-rata
Kesalahan absolut
Kesalahan relatif
Arus (I) pada S = 8 mm
Ib rata-rata
Kesalahan absolut
Kesalahan relatif
Arus (I) pada S = 10 mm
Ib rata-rata
Kesalahan absolut
Kesalahan relatif
Arus (I) pada S = 12 mm
Ib rata-rata
Kesalahan absolut
Kesalahan relatif
IX.Analisa
Pada percobaan yang berjudul Tegangan Tinggi Impuls sudah dilakukan
pengamatan, penelitian, serta perhitungan manual sehingga didapatkan analisa
yaitu dengan percobaan menggunakan elektroda bola diberikan lima jarak
berturut-turut 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm,dan 12 mm masing masing dilakukan
tiga kali perlakuan untuk melihat tegangan tembus nilai arus primer dan arus
sekundernya, pada saat percobaan berlangsung dengan nilai tekanan sebesar 987
atm, kelembaban 88% dan suhu 86 derajat. Untuk tiga kali perlakuan pada jarak
4mm kami dapatkan nilai tegangan tembusnya berbeda , arus primer 5 mA, dan
arus sekunder berturut-turut 2 mA. Perlakuan pada jarak 6mm didapatkan nilai
tegangan tembus 8 kV. Sebagaimana tertera pada hasil data percobaan.
Berdasarkan hasil uji coba dengan masing masing jarak dan telah
ditentukan maka dapat dinyatakan bahwa semakin lebar jarak yang diberikan
maka tegangan tembusnya juga semakin besar begitupun bila jarak yang diberikan
kecil maka nilai tegangan tembusnya juga semakin kecil, untuk arus primer juga
berlaku saat jarak elektroda semakin lebar maka arus primer semakin besar
demikian pula sebaliknya, pada percobaan tersebut nilai tegangan tembus untuk
tiga kali perlakuan adalah sama begitupun dengan arus primernya, sedangkan
untuk arus sekunder terdapat perubahan perubahan nilai arus namun selisihnya
tidak berbeda jauh, hal ini dapat disebabkan karena faktor kelembaban dan
temperatur ruangan.
X. Kesimpulan
1. Semakin jauh jarak elektroda maka semakin besar tegangan tembusnya,
begitupun sebaliknya semakin dekat jarak maka semakin kecil pula tegangan
tembus.
2. Faktor suhu dan kelembaban juga mempengaruhi nilai arus sekunder dan
tegangan tembus.
3. Nilai tegangan tembus lebih besar pada elektroda bola.
4. Pengaruh jarak antar elektroda dan tegangan tembus, berkaitan dengan medan listrik yang berada diantara elektroda.
5. Nilai elemen rangkaian menetukan bentuk kurva tegangan impuls. Waktu dahi yang singkat membutuhkan pengisian muatan yang cepat pada Cb hinga nilai puncak U
6. Untuk memperoleh tegangan impuls dengan nilai puncak yang setinggi mungkin, umumnyadigunakan rangkaian pengali.
LAMPIRAN GAMBAR
Peak Voltmeter dan AC Peak Elektroda
Voltmeter
High Voltage Testing Unit Barometer
LAMPIRAN GAMBAR
Multi Test Set Control Module Barometer
LAMPIRAN GRAFIK
/Percobaan 2