LAPORAN PRAKTIKUM TEKNIK TEGANGAN TINGGI (TKEE163115P) UNIT 4 - PEMBANGKITAN DAN PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI IMPULS - 1 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMASI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2019 Nama : Fajar Ahmad Septianta NIM : 17/410141/TK/45498 Kel. hari/jam : Senin C / 13.00-15.00 WIB Tgl. Praktikum : 23 September 2019 LABORATORIUM TEKNIK TEGANGAN TINGGI A. Tujuan Praktikum 1. Pengukuran tegangan puncak impuls dengan sela bola dan batang menggunakan metode up down 2. Dapat Memahami kerja pembangkit tegangan impuls dan menggunakan osiloskop untuk merekam gelombang tegangan impuls B. Peralatan Peralatan yang digunakan UGM EL 041 1. Transformator pengujian 2. Dioda 3. Multiplier 4. Kondensor Smoothing 5. Generator impuls 4 tingkat 6. Resistor devider 7. Panel kontrol 8. Dudukan elektrode 9. Elektrode bola, batang dan jarum 10. Tongkat pentanah 11. Dielektrik testing reservoir 12. Osiloskop C. Diagram Untai Output Impuls Untai Elektroda bola Impuls Gambar Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1 Diagram blok pengujian sela bola D. Dasar Teori 1. Tegangan impuls Tegangan impuls adalah tegangan aperiodik dimana amplitudo tegangan naik dalam waktu yang sangat singkat dan penurunan yang lambat menuju nilai nol. Tegangan impuls dibangkitkan dengan generator impuls R L C sehingga impuls yang dikeluarkan berbentuk impuls standart. Bentuk Gelombang Standard menurut IEC Publ 60-2 1973 Gambar Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..3 Rangkaian rembangkit tegangan impuls. Gambar Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..2 Impuls standard Standart gelombang impuls Jepang (JIS) 1 x 40 s. Tegangan impuls dinyatakan dengan tegangan puncaknya V s. 2. Pembangkitan tegangan impuls Pembangkit tegangan impuls digunakan untuk mensimulasikan tegangan surja petir dalam pengujian tegangan tinggi. Tegangan impuls dibangkitkan dengan melecutkan muatan kapasitor tegangan tinggi (melalui sela bola) pada suatu rangkaian RLC. Skema rangkaian dari pembangkit tegangan impuls ini ditunjukkan pada Gambar 4.3. nantinya disearahkan dengan rangkaian penyearah menjadi tegangan DC. Tegangan DC ini nantinya akan menjadi input dari pembangkit tegangan impuls. Secara sederhana rangkaian pembangkit tegangan impuls ini bekerja pada dua kondisi yaitu kondisi charging dan discharging. Pada kondisi charging atau kondisi awal, sela bola (G) tidak terjadi sparkover sehingga ke-empat kapasitor (C) terhubung secara paralel dan terisi muatan oleh input tegangan DC. Kondisi discharging terjadi ketika kapasitor sudah terisi muatan dan menyimpan tegangan yang sama dengan input DC yang diberikan dan tombol trigger ditekan, sela bola terjadi spark-over sehingga ke-empat kapasitor terhubung secara seri. Akibat terhubung secara seri maka besar tegangan keluaran dari rangkaian tersebut menjadi penjumlahan dari tegangan di masing-masing kapasitor sehingga misal tegangan charging atau input DC yang diberikan 16 kV maka keluaran tegangan dari rangkaian saat kondisi discharging adalah mendekati 64 kV. 3. Pengukuran tegangan impuls sela bola dengan metode up-down Tegangan impuls yang diujikan secara bertahap dinaikkan dan diturunkan. Tegangan impuls dinaikkan apabila tidak terjadi busur api pada elektrode bola, tegangan impuls diturunkan apabila terjadi busur api pada elektrode bola. Prosedur dengan metode up-down 30 sampai 50 kali. Es = Emin + (Ei – Ei-1) (ini / ni + 1 ) 2 Di mana Emin = Tegangan impuls minimum yang tidak terjadi busur api. Ei = Tegangan pada tingkat i. N = Jumlah tegangan impuls pada tingkat i diujikan. Tegangan impuls standart didapatkan dengan mengalikan tegangan 50% SOV dengan faktor koreksi densitas udara. E. Langkah Percobaan Pembangkit impuls petir di Laboraturium Teknik Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada dapat dibangkitkan dari tegangan rendah. Untuk membangkitkan tegangan AC yang rendah ini, digunakan transformator step-up tegangan tinggi. Keluaran tegangan dari transformator step-up ini 1. 2. Amati kondisi cuaca (tekanan udara dan suhu keliling). Nilai faktor koreksi dicari dengan lampiran ‘’Relative Air Density Curve’’. Untuk tegangan V yang diinginkan dicari sela bola yang diperlukan lewat lengkung ‘’Sphere Gap Discharge Voltage Curve’’ pada lampiran pada tegangan sesuai dengan nilai V/. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Menentukan charging kondensor surja (tidak sampai 40 kv) yang diperlukan melalui ‘’No load output voltage curve’’ pada lampiran dengan memperhatikan resistor pelucutan dipakai. Sesuaikan lebar sela seri pada generator impuls menurut ‘’series gap charging voltage curve’’ pada lampiran. Sambungkan satu elektroda bola pada susunan sela bola dengan titik bagi pada resistor pelucut yang telah dipilih pada butir 3 di atas. Jalankan triggernya. Laksanakan manipulasi tegangan charging kondensor surja dan lakukan triggering sampai diperoleh tegangan 50 % SOV (15 kali). Catat besar tegangan charging kondensator surja tersebut yang menghasilkan 50 % SOV. Pengamatan bentuk gelombang surja dan magnitude gelombang impulsnya pada osciloscop. Magnitude gelombang impuls dapat diperoleh dengan mengalikan tegangan puncak pada osciloscop dengan faktor pengali rangkaian (resistor devider). NB: tegangan impuls yang dihasilkan generator impuls berlawanan polaritasnya dengan tegangan charging kondensator surja. F. Lembar Pengamatan 1. Data Hasil Percobaan Percobaan ke Tegangan Charging (KV) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 18 O O O O O O O O O O O O O O O 19 O O O O O O O O O O O O O O O 20 O O X O O O O O O O O O O X X 21 O X O X X X X X X X X X X X X 22 X X X X X X X X X X X X X X X 23 X X X X X X X X X X X X X X X 24 X X X X X X X X X X X X X X X Tabel Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1 Hasil pengamatan dengan jarak sela bola 2.5 cm Tekanan: 990 mBar, Kelembaban: 58 %, Suhu: 29oC Keterangan : X = Terjadi sparkover; O = Tidak terjadi sparkover 2. Analisis Hasil Pengamatan Pada pengujian kali ini, digunakan generator tegangan impuls 4 tingkat yang memiliki 4 buah kapasitor. Cara kerjanya, pada saat input DC diberikan, maka kapasitor yang terpasang paralel akan terisi oleh muatan melalui resistor r. sparkover pada sela bola G akan terjadi saat nilai tegangan pada kapasitor mencapai nilai tertentu ata saat trigger ditekan. Saat muatan terdischarge, maka kapasitor menjadi terhubung seri dan melepaskan muatannya melalui tahanan R dan L dengan tegangan impuls yang terukur senilai 4Vc. Nilai R digunakan untuk mengatur nilai ekor gelombang dan nilai L digunakan untuk megatur nilai muka gelombang. Pengujian kali ini seharusnya adalah dengan metode up down, yaitu dengan menguji suatu nilai tegangan minimum, apabila tak terjadi sparkover, maka nilai tegangan charging dinaikkan. Apabila setelah dinaikkan tegangan chargingnya tetap tidak terjadi sparkover, maka tegangan dinaikkan kembali, namun jika sudah terjadi sparkover maka tegangan diturunkan dan diulangi terus menerus hingga satu level tegangan diuji 15 kali. Namun, karena kesalahan arahan dari asisten praktikum, pelaksanaan praktikum kali ini tak sesuai prosedur. Pelaksanaannya saat itu ialah dengan menguji astu level tegangan 15 kali lalu naik ke level berikutnya 15 kali juga begitu seterusnya. Dari data yang didapatkan, dapat diambil data yang bisa digunakan untuk menganalisis nilai tegangan impuls dengan metode up down, yaitu : Tabel Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..2 Hasil pengamatan metode up down jarak sela bola 2.5 cm Kotak dengan warna biru menunjukkan data yang akan digunakan untuk analisis dengan metode up down, sedangkan X melambangkan terjadinya sparkover dan O melambangkan tidak terjadi sparkover. Dari tabel diatas, terlihat bahwa tegangan minimal tak terjadi sparkover adalah pada 19 KV, sedangkan tegangan tertingginya yaitu 22 KV. Jumlah data pengujian yang digunakan adalah 36 data. Rincian akhir untuk data yang akan digunakan dan dianalisis yaitu : Tabel 4.3 Rincian Data Terpakai Tegangan Charging (KV) Jumlah sparkover Tidak sparkover 18 0 1 19 0 4 20 3 12 21 12 2 22 2 0 Jumlah 18 18 Percobaan ke Tegangan Charging (KV) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 O O O O X X X O O O X X X X O O X O X X X O O O X X X X O O O X X X X O O O X X X X O O O X X X X O O O X X X X O O O X X X X ini O O O X X X X O O O X X X X O O O X X X X O O X X X X X O O X X X X X i O O O X X X X ni 0 4 0 1 12 12 2 2 4 Jumlah 18 16 18 19 20 21 22 23 24 Sehingga perhitungan nilai tegangan impuls dapat dilakukan : Es = Emin + (Ei – Ei-1) (ini / ni + 1 ) 2 Di mana Emin = Tegangan impuls minimum yang tidak terjadi busur api. Dari tabel tersebut dapat diketahui bahwa nilai Emin adalah 19 KV. Nilai Ei atau tegangan pada tingkat tertinggi yaitu 22 KV, sehingga tegangan Ei-1 adalah 21 KV. Untuk mencari niai tegangan impuls, perlu dicari nilai jumlah tingkat tegangan i dimana tidak terjadi sparkover dan jumlah tingkat tegangan i dimana tidak terjadi sparkover dikali dengan nilai i yaitu nilai tegangannya. Untuk mempermudah perhitungan, maka data dinyatakan dalam tabel berikut : Tabel 4.4 Data nilai ni dan ini Ei = Tegangan pada tingkat i. N = Jumlah tegangan impuls pada tingkat i diujikan. Didapati : Es = 19 + (22-21)(18/16,5) = 20,1 KV Besar tegangan impuls dipengaruhi oleh keadaan lingkungan sekitarnya, terutama oleh suhu, kelembaban, dan tekanan udara. Karena pengaruh lingkungan ini terdapat faktor koreksi yang perlu diperhatikan yaitu faktor koreksi terhadap suhu dan tekanan. d 0,386 xP 760 dimana P x 273 t 0 1013 t = Tekanan pada saat itu (mBar) = Suhu pada saat itu (oC) Dengan P = 990 mBar dan t = 29 oC, maka akan didapati d 0,386 x990 760 = 0,949 x 273 29 1013 Sehingga didapati bahwa nilai tegangan impuls standarnya adalah 20,1 KV dibagi dengan 0,949 atau senilai 21,2 KV. G. Jawaban Pertanyaan 1. Cara kerja dari generator impuls : H. Kesimpulan 1. Tegangan impuls adalah tegangan aperiodik dimana amplitudo tegangan naik secara sangat cepat dan menurun secara lambat menuju nol 2. Tegangan impuls memiliki beberapa standar, dimana perbedaannya terletak pada face time dan tail timenya. 3. Tegangan impuls(puncak tegangan impuls) dapat ditentukan nilainya menggunakan metode up down. 4. Pembangkitan dan pengujian tegangan impuls dilakukan dengan cara menggunakan generator impuls bertingat 4 dengan 4 buah kapasitor dan sela bola serta diberi trigger. Gambar Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..4 Rangkaian rembangkit tegangan impuls Saat input DC diberikan, maka kapasitor yang terpasang paralel akan terisi oleh muatan melalui resistor r. sparkover pada sela bola G akan terjadi saat nilai tegangan pada kapasitor mencapai nilai tertentu ata saat trigger ditekan. Saat muatan terdischarge, maka kapasitor menjadi terhubung seri dan melepaskan muatannya melalui tahanan R dan L dengan tegangan impuls yang terukur senilai 4Vc. Nilai R digunakan untuk mengatur nilai ekor gelombang dan nilai L digunakan untuk megatur nilai muka gelombang. 2. Alasan digunakan pentriggeran pada rangkaian pembangkit gelombang impuls diatas adalah untuk memulai terjadinya sparkover secara manual. Cara kerjanya yaitu dengan menggunakan sela bola yang memiliki sela jarum ditengahnya untuk menimbulkan percikan pada tegangan yang lebih rendah. 3. Efek dari standar IEC (face time 1,2 microseconds; tail time 50 miscroseconds) dan standar JIS (face time 1 microsecond; tail time 40 microseconds) terhadap pengaman tegangan pada peralatan yaitu pengaman tegangan tinggi pada peralatan haruslah dapat melewati pengujian tegangan impuls kedua standar ini. Meskipun standarnya berbeda, tetapi peralatan haruslah dapat tetap aman apabila dilewati kedua jenis tegangan impuls ini 5. Sebuah peralatan untuk tegangan tinggi harus diuji terlebih dahulu ketahanan terhadap tegangan impulsnya untuk memastikan bahwa peralatan tersebut mampu tetap bekerja setelah dikenai tegangan impuls seperti sambaran petir maupun surja akibat switching. 6. Nilai tegangan impuls atau puncak tegangan impuls dipengaruhi oleh keadaan sekitar seperti suhu, kelembaban, dan tekanan udara.
