Uploaded by User99824

Modul 1 Tegangan Tinggi Arus Bolak Balik

advertisement
Modul 1
Tegangan Tinggi Arus Bolak Balik
1. Jelaskan cara pembangkitan tegangan tinggi bolak balik !
Jawab :
Pembangkitan tegangan tinggi bolak-balik dengan menggunakan trafo uji satu
tingkat atau trafo uji kaskade beberapa tingkat dan pada salah satu ujung belitan
digrounding. Pada trafo uji mempunyai daya rendah tapi memiliki perbandingan
lilitan sekunder yang lebih banyak dibandingkan lilitan primer.
2. Jelaskan cara kerja masing-masing metoda pengukuran sela bola percik, pembagi
kapasitif dan chubb & fortesque (C & F) !
Jawab :

Sela Bola Percik
Apabila besar tegangan uji yang diterapkan pada suatu sela bola didalam
udara melampaui nilai tegangan tembus stasiya, maka dalam selang waktu
akan dipegaruhi kuat medan listrik tembus udara, diameter bola yang
mempengaruhi efisiensi medan listrik pada permukaan konduktor, maka akan
terjadi tembus listrik diantara sela bola tersebut.

Pembagi Kapasitif
Pengukuran yang terdiri dari rangkaian kapasitor dan menggunakan
penyearah pada rangkaiannya,serta menggunakan alat ukur tegangan searah
jenis kumparan putar yang memiliki sensitivitas tinggi.

Chubb & Fortesque (C&F)
Untuk mengukur dengan tepat dan secara kontinu nilai puncak tegangan
bolak – balik terhadap bumi (Chubb dan Fortesque 1913). Arus I yang
bergantung pada laju perubahan tegangan u(t) mengalir melalui kapasitor
tegangan tinggi C dan dilalukan menuju bumi melalui dua penyearah V1 dan
V2 yang terpasang antiparalel. Jika frekuensi f,kapasitansi ukur C dan arus I1
dapat ditentukan dengan teliti maka pengukuran tegangan bolak – balik yang
simetris dengan teknik Chubb dan Fortesque dengan rangkaian yang sesuai
akan sangat teliti dan cocok untuk mengalibrasi piranti ukur tegangan puncak
yang lain.Kekurangan
metode
ini
untuk
pengukuran
teknis
adalah
ketergantungan pembacaan pada frekuesni serta memerlukan pengamatan
kurva.
3. Jelaskan mekanisme tembus pada isoalsi gas !
Jawab :

Mekanisme Townsend
Tembus gas pada tekanan rendah dan sela sempit. Elektron mula yang
kehadirannya disebabkan oleh suatu pengaruh luar yang ada diantara suatu
dektroda, akan dipercepat oleh suatu medan listrik menuju anoda. Perjalanan
electron tersebut akan membuat benturan dengan molekul gas yang terdapat
diantara elektroda, jika energi kinetic yang dimiliki oleh electron tersebut
melebihi energy potensial ionisasi dari molekul-molekul gas yang ada, maka
akan terjadi ionisasi dan menghasilkan suatu elektron lawie/banjiran eletron
dengan arah dari katoda ke anoda.Jika pembentukan banjiran elektron diikuti
dengan timbulnya ion-ion yang cukup pada permukaan katoda maka akan
terjadi tembus sempurna.

Mekanisme Streamer
Tembus gas pada peluahan gas pada tekanan lebih tinggi dan jarak sela
yang lebih besar. Mekanisme ini ditandai dengan penyebaran sinar-sinar
photon dari kepala-kepala elektron lawie yang akan membangkitkan banjiranbajiran elektron
baru dengan waktu yang cepat membentuk suatu kanal.
Ionisasi ini sangat efektif untuk pertumbuhan peluahan jika suatu lawie
mencapai harga kritis.
4. Gambarkan dan jelaskan cara kerja pembangkitan tegangan tinggi bolak balik dengan
cara kaskade bertingkat trafo tiga belitan dan hitung impedansi hubung singkatnya !
Jawab :
K
E
P
K
E
2P
2P
E
3P
3P
P
P
U
P
P
H
3U
3P
H
H
Gambar kaskade trafo uji tiga tingkat
Untuk membangkitkan tegangan AC dilaboratorium, digunakan trafo uji
tegangan tinggi tiga belitan atau rangkaian trafo kaskade bertingkat tiga. Trafo uji ini
memiliki rasio kumparan primer dengan sekunder yang tinggi sehingga tegangan
output yang dihasilkan tinggi. Pada rangkaian ini, kaskade yang dimaksud adalah
dengan cara mengisikan lagi keluaran dari rangkaian pertama pada masukan
berikutnya sampai 3 tingkatan. Pengukuran tegangan rata-rata dilakukan dengan
rangkaian penyearah.
Pada metode ini, trafo uji dirangkai seri dengan dioda tegangan tinggi sebagai
penyearah setengah gelombang. Tegangan keluaran dioda adalah tegangan tinggi
searah yang mengandung ripple tegangan sebesar “0v” karena adanya kapasitor
perata. Alat ukur terhubung dengan resistor tegangan tinggi sebagai pembagi
tegangan resistif. Besar tegangan yang diukur oleh alat ukur adalah “Vdc” sehingga
untuk mendapatkan tegangan “Vac” adalah membagi dengan √ .
Modul 2
Tegangan Tinggi Arus Searah
1. Jelaskan cara kerja pembangkitan tegangan tinggi searah untuk setengah gelombang,
pengganda tegaangan Villard, dan Greinacher !
Jawab :

Setengah Gelombang
Pembangkitan tegangan tinggi arus bolak balik dirangkai dengan
rangkaian listrik yang diberi dioda pada rangkaian tersebut sehingga tegangan
menjadi searah. Pada cycle positif dioda akan konduksi sedangkan dioda akan
padam pada cycle negatif.Jika pada output diberi kapasitor perata makan
bentuk sinyal tegangan output akan lebih rata.

Pengganda Tegangan Villard
Pembangkitan tegangan tinggi dengan cara melipat gandakan tegangan.
Sehingga bentuk sinyal tegangan output akan tmpil berganda. Bentuk sinyal
tersebut tidak bisa dibuat lebih rata

Greinacher
Pembangkitan tegangan tinggi untuk mendapatkan tegangan searah yang
lebih tinggi lagi, dengan cara mengkaskade rangkaian dasar greinacher sampai
beberapa tingkatan yang diperlukan, yaitu dengan mengisikan lagi output dari
rangkaian pertama pada input rangkaian beerikutnya
2. Jelaskan cara kerja masing-masing metode pengukuran sela bola percik, pembagi
resistif !
Jawab :

Pengukuran Sela Bola Percik
Apabila besar tegangan uji yang diterapkan pada suatu sela bola di
dalam udara melampaui nilai tegangan tembus statisnya, maka dalam selang
waktu akan dipengaruhi kuat medan listrik tembus udara, diameter bola yang
mempengaruhi efisiensi medan listrik pada permukaan konduktor, maka akan
terjadi tembus listrik diantara sela bola tersebut.

Pengukuran Pembagi Resistif
Pengukuran yang dilakukan dengan cara voltmeter dihubung dengan
salah satu resistor dari dua resistor secara parallel, dimana hambatan dalam
voltmeter lebih besar dari pada resistor yang dihubung secara pararel.
3. Jelaskan pengaruh kapasitor perata C !
Jawab :
-
Untuk meratakan peak/puncak dari bentuk sinyal tegangan output yang dihasilkan
dari rangkaian listrik.
-
Bila rangkaian tanpa kapsitor perata C, maka menghasilkan tegangan searah yang
berpulsa.
-
Dapat mengurangi cacat pada rangkaian penyearah bila rangkaian memperbanyak
jumlah kapasitor perata
Modul 3
Tegangan Tinggi Impuls / Korona
`
1. Jelaskan cara pembangkitan tegangn tinggi impuls !
Jawab :
Teganga tinggi impuls ada dua macam yaitu impuls luar (petir) dan impuls
dalam (hubung singkat). Pada prinsipnya dibangkitkan dengan suatu rangkaian listrik,
perbedaan surja petir dengan hubung singkat terlihat pada sinyal output tegangan
keluaran yang mana untuk tegangan surja petir mempunyai 1,2/50 (waktu dahi/waktu
punggung) dan untuk tegangan surja hubung mempunyai 250/2500, jadi digambarkan
sinyal output tegangan surja petir lebih curam dibanding sinyal output tegangan surja
hubung yang landai.
2. Gambar dan jelaskan cara pembangkitan tegangan tinggi impuls petir. Apa yang
disebut dengan rangkaian bertingkat Marx, bagaimana cara kerjanya !
Jawab :

Cara Pembangkitan Tegangan Tinggi Impuls
Gambar rangkaian dasar pembangkit tegangan impuls
Biasanya menggunakan rangkain RLC, RC, atau rangkaian kapasitif.
Pengaturan selang waktu menjadi pembeda dengan impuls hubung singkat.
Dimana impuls petir memiliki 1,2/50 (waktu dahi (Ts)=1,2 µs ± 30 % dan
waktu punggung (Tr) =50 µs ± 20 %). Kurva impuls petir sering mengandung
osilasi frekuensi tinggi dengan amplitude yang tidak melebihi 0.05V dalam
daerah puncak, sedangkan osilasi paling sedikit adalah 0.5 MHz.
Kapasitor impuls Cs dimuati tegangan Vo dari suatu penyearah Dan kemudian
diluahkan dengan menyalakan sela F dengan waktu yang sangat singkat (orde
mikro sekon). Saat terjadi peluahan, terjadi aliran muatan kearah kapasitor
beban melalui Rd. Kecepatan pengisian muatan pada kapasitor beban Cb
hingga mencapai tegangan puncak menentukan bentuk kecuraman dari muka
gelombang impuls. Makin cepa proses pengisian, makin curam/cepat
mencapai puncak gelombang. Setelah pengisian muatan pada Cb selanjutnya
terjadi peluahan muatan Rd dan Re untuk rangkaian a. Lama waktu dalam
proses peluahan muatan menentukan punggung dari gelombang impuls. Segera
setelah penyalaan F pada t= 0, mala seluruh tegangan Vo muncuk pada
rangkaian seri Rd Dan Cb pada kedua rangkaian. Semakin kecil nilai Rd dan
Cb maka semakin cepat tegangan V(t) mencapai nilai puncak.

Rangakian Bertingkat Marx
Adalah rangkaian yang digunakan untukk membangkitkan tegangan
impuls dengan nilai puncak yang sangat tinggi. Cara kerjanya :
Gambar Rangkaian Pengali Marx Untuk 3 Tingkat dalam Hubungan Rangkaian
Pada gambar diatas, kapasistor impuls yang identic dimuati secara
parallel dan diluahkan secara seri sehingga menghasilkan tegangan pengisian
yang berlipat sesuai jumlah tingkatan. Masing-masing Cs dimuati tegangan
pemuat Vo melalui resistansi Rl. Bila seluruh sela F tembus, maka Cs akan
terhubung seri dan memuati Cb melalui hubungan seri resistor redaman Rd,
dan setelah muatan dalam Cs dan Cb akan meluahkan
Rd dan Re, bila
sebaliknya maka RL ≥ Re. Rangkaian n tingkat dapat disederhanakan menjadi
satu tingkat asal memenuhi syarat :
Dalam menggunakan rangkaian Marx, tembus dalam setiap F harus
bersamaan, efisiensi medan tergantung pada bentuk tegangan impuls.
3. Nyatakan parameter dan karakteristik yang membedakan tegangan tinggi impuls petir
dan tegangan tinggi impuls saklar hubung. Jelaskan dengan gambar dan uraiannya !
Jawab :
Gambar parameter tegangan uji impuls standard
(a) Tegangan tinggi impul petir, (b) Tegangan tinggi impuls hubung singkat
Untuk dahi dan punggung,seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas.karena
bentuk dahi tegangan impuls petir yang benar sering sukar diukur,maka untuk
mencirikannya dibentuk garis lurus 01S1 melalui titik A dan B. Kemudian waktu dahi
Ts maupun waktu paroh punggung Ts yang terukur dari titik 01 hingga titik C juga
ditentukan. Secara umum digunakan tegangan impuls petir bentuk 1,2/50 yang berarti
suatu tegangan impuls dengan Ts = 1,2 µs + 30 % dan Tr = 50 µs + 20 %. Pada pihak
lain, untuk mengamati tegangan impuls hubung singkat jauh lebih lambat akan tidak
menemui kesukaran, karena tidak asal 0 yang benar dan puncak S yang benar dapat
digunakan untuk pembakuan. Untuk pengujian dengan tegangan impuls hubung
singkat sering digunakan bentuk 250/2500 µs yang berhubungan dengan T cr = 250 µs
+ 20 % dan Th = 2500 µs + 60 % (Tcr = waktu puncak,Th = waktu paroh). Untuk
menunjuk pada tempo tegangan impuls hubung singkat, maka sering juga diberikan
waktu Td yakni waktu dengan nilai tegangan sesaat lebih besar dari 0,9 sebagai ganti
dari Th. Kurva – kurva tegangan impuls petir sering mengandung isolasi frekuensi
dengan amplitude yang tidak melebihi 0,05 Û dalam daerah puncak. Dalam hal ini
diandaikan bahwa frekuensi osilasi yang paling sedikit 0,5 MHz, jika tidak demikian
maka nilai tegangan maksimum yang teramati diambil sebagai nilai puncak dari
tegangan impuls petir.
Modul 4
Tegangan Tembus Pada Isolasi Minyak
1. Jelaskan mekanisme tembus pada isolasi minyak !
Jawab :
Pada dasarnya tegangan pada isolasi merupakan suatu tarikan/tekanan/stress yang
harus dilawan oleh gaya pada isolasi. Pada Isolasi minyak terdapat beberapa
mekanisme kegagalan :

Kegagala elektronik
Tidak meratanya kuat medan listik yang disebabkan permukaan elektroda
yang tidak merata.

Kegagalan partikel padat
Terbentuknya letika terjadi pemanasan/thermal stress dan tegangan lebih.

Kegagalan gelembung/kavitasi
Kegagalan yang disebabkan oleh permukaan elektroda yang tidak merata,
adanya tabrakan electron, penguapan, perubahan suhu dan tekanan, sehingga
mengakibatkan gelembung.

Kegagalan uap air
Air dan uap air jika terdapat medan listrik maka molekul uap air yang terlarut
memisahkan dari minyak dan terpolanisasi membentuk suatu dipol. Jika
jumlah molekul banyak maka akan menyusun jembatan antar elektroda
sehingga terbentuk suatu kanal peluahan, kanal akan merambat dan
memanjang hingga terjadi tembus listrik.
2. Jelaskan mengapa tegangan tembus pada minyak lebih besar dari udara !
Jawab :
Karena kekuatan dielektrik minyak trafo lebih besar dari pada udara, dan
permitivitas relatif minyak lebih tinggi dari pada permitivitas udara
dan
.
3. Jelaskan mengapa gelembung udara pada minyak harus ditiadakan jika minyak
tersebut digunakan sebagai bahan isolasi !
Jawab :
Karena gelembung merupakan molekul uap air yang memisahkan dari minyak,
akan membentuk suatu dipol. Jika jumlah gelembung semakin banyak akan
menimbulkan kanal peluahan yang pada akhirnya kanal tersebut akan merambat dan
memanjang hingga membentuk suatu jembatan dan timbulah tembus listrik.
4. Apa akibatnya jika pada minyak dikenakan berkali-kali tegangan tembus dan jelaskan
mengapa ?
Jawab :
Minyak trafo yang dipakai berkali-kali akan mengurangi kemurnian minyak
trafo tersebut, ketidakmurnian minyak sangat berpengaruh hingga terjadi discharge,
karena minyak bekas terdapat partikel-partikel uap air yang menimbulkan
ketidakmurnian. Bila partikel banyak akan membuat local field enhancement yang
bila melebihi ketahanan benda cair akan terjadi local break down yang pada akhirnya
timbul gelembung/ kavitasi. Pada minyak bekas cenderung memiliki kadar uap air
yang lebih besar dari pada minyak baru. Bahwa saat medan listrik yang tinggi,
molekul uap air yang terlarut memisah dari minyak dan membentuk suatu dipol.Jika
jumlah molekul uap air banyak akan membentuk suatu kanal peluahan, kanal tersebut
akan merambat dan memanjang sampai menimbulkan tembus listrik.
Modul 5
Tegangan Tembus Pada Isolasi Gas
1. Dikenal ada dua teori mekanisme terjadinya tegangan tembus pada udara bertekanan.
Jelaskan kedua teori tersebut dan tunjukkan perbedaannya !
Jawab :

Mekanisme Towsend
Tembus gas pada tekanan rendah dan sela sempit. Elektron mula yang
kehadirannya di sebabkan oleh suatu pengaruh luar yang ada diantara suatu
elektroda, Akan dipercepat oleh suatu medan listrik menuju anoda. Perjalanan
elektroda tersebut akan membuat benturan dengan molekul gas yang terdapat
diantara elektroda, jika energi kinetik yang dimiliki oleh elektron tersebut
melebihi energi potensial ionisasi dari molekul-molekul gas yang ada, maka
akan terjadi ionisasi dan menghasilkan suatu elektron lawnie/ banjiran
elektron dengan arah dari katoda ke anoda. Jika pembentukan elektron lawie
diikuti dengan timbulnya ion-ion yang cukup pada permukaan katoda maka
akan terjadi tembus sempurna.

Mekanisme Streamer
Tembus gas pada peluahan gas pada tekanan lebih tinggi dan jarak sela
yang lebih besar. Mekanisme ini ditandai dengan penyebaran sinar-sinar
photon dari kepala-kepala elektron lawine yang akan membentuk suatu
kanal.Ionisasi ini sangat efektif untuk pembentukan pertumbuhan peluahan
jika suatu lawine mencapai harga kritis.
Perbedaan : Mekanisme towsend terjadi pada tekanan rendah dan sela sempit,
sedangkan mekanisme streamer terjadi pada tekanan tinggi dan jarak sela yang
lebih besar.
2. Jelaskan mengapa dilakukan penundaan pada percobaan berikutnya jika media udara
tersebut telah terjadi tembus !
Jawab :
Karena pada percobaan tegangan tembus sebelumnya masih ada, bila tidak
melakukan penundaan maka akan terjadi penyimpangan, karena sesuai hukum
paschen, yaitu bahwa terjadi hubungan linear antara tegangan tembus dengan tekanan
gas.
3. Jelaskan mengapa pada gas bertekanan, kejadian tembus menjadi lebih sulit !
Jawab :
Karena gerak bebas antara gas menjadi berkurang hingga ionisasi semakain
dipersulit dan akan terjadi pada sebuah intensitas medan yang tinggi.
Modul 6
Corona (External Partial Discharge) Pada Tegangan AC dan DC
1. Gambarkan dan Jelaskan proses terjadinya korona (eksternal partial discharge) dan
internal partial discharge pada tegangan AC dan DC (positif dan negatif) !
Jawab :
Gambar Exteral partial discharge
(a) Konfigurasi elektroda titik bidang, (b) rangkaian ekivalen

Eksternal partial discharge adalah peristiwa pelepasan muatan pada media
isolasi cair atau gas yang berada di sekeliling konduktor. Proses terjadinya
korona adalah adanya pelepasan muatan yang terjadi karena adanya ionisasi
dalam udara yaitu lepasnya electron, maka apabila disekitarnya terdapat
medan listrik maka ion – ion bebas ini mengalami gaya yang mempercepat
geraknya sehingga terjadi benturan dengan molekul lain. Akibatnya timbul ion
– ion dan elektron – elektron baru. Sehingga menimbulkan panas, cahaya,
atau bunyi. (cahaya violet, hissing, O3).
Gambar Internal Discharge

Internal partial discharge terjadi pada void/rongga/permukaan konduktor yang
runcing di dalam volume material isolasi padat atau cair. Bila dalam
kabel/peralatan berisolasi polimer padat terdapat tonjolan atau permukaan
konduktor yang runcing menyerupai ujung jarum pada interface antara lapisan
isolasi polimer dan konduktor maka tekanan medan listrik terpusat pada ujung
jarum tersebut sehinga bagian isolasi yang berada pada ujung jarum
mengalami tekanan medan listrik yang lebih tinggi yang dapat mengakibatkan
terjadinya peristiwa partial discharge. Partial discharge yang lokasi dan
mekanisme terjadinya akibat internal discharge, yang terjadi di rongga yang
terdapat dalam dielektrik maupun di dalam dielektrik itu sendiri.
2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan tegangan awal korona (Vo) dan tegangan visual
korona (Vv)!
Jawab :

Tegangan awal korona (Vo)
Adalah tegangan yang terjadi atau terukur sebelum adanya peristiwa tembus
cahaya violet.

Tegangan visual korona (Vv)
Adalah tegangan yang terjadi atau terukur setelah terjadinya tembus cahaya
violet.
3. Jelaskan faktor – faktor yang mempengaruhi rugi korona !
Jawab :

Penampang kawat : semakin luas penampanya semakin cepat korona terjadi.

Konfigurasi : penghantar di buat bundle/disatukan, agar meminimalisir
korona.

Macam Kawat : Bahan penyusun kawat mempengaruhi kemampuan menahan
korona.

Keadaan permukaan : Semakin besar permukaan maka semakin tinggi korona
yang terjadi.

Cuaca : Susut korona bertambah dikala adanya kabut, hujan, kelembapan
4. Jelaskan cara mengatasi rugi korona !
Jawab :
-
Dengan membuat bundle atau disatukannya penghantar dalam satu ruang
terisolasi, semakin banyak bundle yang dibuat semakin meminimalisir korona
yang akan terjadi.
-
Menghilangkan komponen – komponen yang runcing.
-
Membersihkan komponen pada system transmisi tenaga listrik seperti switchgear
dan transformer.
Download