MAKALAH TEKNIK TEGANGAN TINGGI PEMBANGKITAN DAN PENGUKURAN TENGAN TINGGI BOLAK-BALIK(AC) Di susun oleh: 1. M. Faiz Abadi (D400170113) 2. Yulianto Wahyu Utomo (D400170114) 3. Faradilla Fika Sari (D400170118) 4. Tri Wahyu Marginingsih (D400170119) FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA KATA PENGANTAR Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih dan Maha Penyanyang. Kami panjatkan puji syukur kehadirat-Nya yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, serta inayah-Nya kepada kami sehingga kami bisa menyelesaikan makalah tentang pembangkitan dan pengukuran tegangan tinggi bolak-balik(AC). Makalah ini sudah kami susun dengan maksimal dan mendapat bantuan dari berbagai pihak sehingga bisa memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami menyampaikan terimakasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalah ini. Terlepas dari segala hal tersebut, Kami sadar sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karenanya kami dengan lapang dada menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki makalah ilmiah ini. Akhir kata kami berharap semoga makalah ilmiah tentang pembangkitan dan pengukuran tegangan tinggi bolak-balik(AC) ini bisa memberikan manfaat maupun inspirasi untuk pembaca. Surakarta,25 Maret 2020 DAFTAR ISI Halaman Judul Kata Pengantar BAB 1(PENDAHULUAN) A. Latar Belakang B. Rumusan Masalah BAB 2(PEMBAHASAN) A. Trafo Uji B. Trafo Tesla C. Kumparan Tesla dengan Inverter Jenis Push-Pull D. Pengukuran Tegangan Tinggi Bolak-Balik (AC) BAB 3(KESIMPULAN) DAFTAR PUSTAKA BAB 1 PENDAHULUAN A. Latar Belakang Perkembangan sistem tenaga listrik yang pesat membutuhkan transmisi tegagan tinggi. Tegangan tinggi merupakan tegangan yang dianggap cukup tinggi oleh para teknisi listrik sehingga di perlukan pengujian dan pengukuran dengan tegangan tinggi yang bersifat khusus berdasarkan aspek subjektif dan objektif(Artono Arismunandar,1984). Pembangkitan tegangan tinggi terbagi menjadi pembangkitan tegangan tinggi bolak-balik, pembangkitan tegangan tinggi searah, dan pembangkitan tegangan tinggi impuls. Untuk menguji suatu tegangan tembus dari udara, gas, minyak atau zat padat, dibutuhkan pembangkit tegangan tinggi. Salah satu jenis tegangan tinggi yang biasa digunakan untuk pengujian adalah tegangan tinggi AC. Dimana tegangan AC yang ada pada umumnya memiliki frekuensi yang rendah (50hz). Untuk itu dibutuhkan alat pembangkit tegangan tinggi AC berfekruensi tinggi yang memiliki dimansi tidak terlalu besar mudah dioperasikan, serta tidak memakan biaya yang mahal. B. Rumusan Masalah 1. Bagaimana cara membangkitan tegangan tinggi AC 2. Bagaimana cara pengukuran tengangan tinggi AC BAB 2 PEMBAHASAN A. Trafo uji Sekarang ini saluran transmisi dan distribusi bekerja pada tegangan AC, karena itu kebanyakan perlatan uji / test equipment berhubungan dengan tegangan tinggi AC untuk membangkitkan tegangan tinggi AC untuk keperluan pengujian dan percobaan digunakan transformator uji, meskipun peralatan didalam suatu sistem umumnya memakai sistem 3-fasa,dalam hal pengujian tegangan tinggi AC digunakan Trafo uji 1-fasa. Trafo uji sendiri merupakan tempat ditemukannya tegangan tinggi bolak-balik, trafo uji merupakan trafo satu fasa yang mempunyai perbandingan belitan yang jauh lebih besar dibandingkan trado daya. Bagian utama trafo uji adalah isolasi, yang digunakan untuk mengisolir kumparan tegangan tinggi dengan inti, tangki, dan kumparan tegangan rendah. Harga suatu trafo uji terutama ditentukan oleh harga isolasinya. Isolasi ini dirancang agar mampu memikul tegangan maksimum yang dibangkitkan. Saat trafo uji bekerja, terjadi terpaan elektrik pada isolasinya. Tebal isolasi yang digunakan pada trafo uji sebanding dengan terpaan elektrik yang dipikul isolasi tersebut. Jika terpaan elektrik yang dipikul suatu isolasi semakin besar, maka isolasi harus semakin tebal sehingga volume isolasi semakin banyak. Oleh karena itu, terpaan elektrik pada isolasi pada trafo uji harus diusahakan sekecil mungkin agar isolasi yang digunakan juga sesedikit mungkin. Konstuksi lilitan dan isolasinya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dihasilkan terpaaan elektrik merata. Ciri-ciri dari trafo uji itu sendiri adalah sebagai berikut : 1. Perbandingan jumlah lilitannya lebih besar dari pada trafo daya, yang kemudian menyebabkan trafo yang terpasang pada laboratorium tegangan yang diterapkan dengan tegangan input 127 volt sampai 220 volt namun mengasilkan output sampai beberapa ratus ribu volt. 2. Kapasitas KVA-nya lebih kecil dibandingkan trafo daya,karena untuk keperluan lompatan api tidak perlu daya yang besar melainkan tegangan yang besar. 3. Trafo yang dipakai biasanya 1 fasa, kecuali pada pengujian khusus yang memerlukan tiga fasa 4. Satu ujung lilitannya biasanya ditanam ke tanah untuk keamanan dan dan pengamanan terhadap manusia dan alat ujinya. 5. Perecanaan isolasi untuk trafo penguji hanya diperhitungan isolasinya tahan terhadap tegangan maximum penguji, tidak diharapkan menerima overvoltage 6. Kontruksi sedemikian rupa sehingga gradien tegangan (dV/dt) seragam dan osilasi dapat diabaikan. Tegangan tinggi AC ini dapat dibangkitkan dengan menggunakan trafo tegangan tinggi. Trafo uji hanya digunakan untuk daya yang kecil tetapi dengan nilai tegangan yang besar, trafo ini biasanya digunakan untuk pengujian jangka pendek untuk peralatan tegangan tinggi. Tegangan tinggi AC umumnya digunakan di laboratorium untuk pengujian dan percobaan dengan tegangan DC dan tegangan impuls. Perbedaan transformator uji dengan transformator daya adalah kapasitas dayanya rendah,akan tetapi ratio lilitannya tinggi.Transformator tegangan tinggi terdiri dari : Kumparan sekunder, satu terminal pada level yang rendah dekat potensial tanah dan terminal lainnya terisolasi dengan tanah sebagai terminal tinggi. Serta kumparan primer yang dihubungkan dengan tegangan rendah. Kontruksi transformator penguji: 1. Pengoperasian singkat (tidak ada masalah pendingin trafo) 2. System isolasi minyak 3. Inti umumnya core type 4. Lilitan berbentuk(50-60 Kv) Lilitan primer digulung ke inti, lilitan sekunder digulung keluar. Distribusi tegangan tidak linier, jadi ditambahkan perisai statis. Karakteristik Transformator Penguji Lilitan banyak disebabkan perbandingan kumparan besar maka kapasitansi tersebar besar. Arus pemuat besar maka hasilnua adalah arus leading akibatnya tegangan menjadi naik/tinggi daripada tegangan yang ditentukan lilitan. Cara mengatasinya yaitu dengan membuat sela udara did lam inti danmembesarkan arus pembangkit. Berhubung dengan kapasitansi tersebar besar dan adanya reaktansi yang besar maka timbulah resonansi yang frekuensinya mempunyai beberatus hz. Jika bentuk gelombang tidak sempurna maka akan timbulkan resonansi, hal ini berakibat bahwa tegangan yang dihasilkan tidak lagi dapt diperkirakan dari perbandingan kumparan dan cara mengatasi dengan pembangkit gelombang sinus dan meredam resonansi atau dengan filter. Pembangkitan tegangan tinggi bolak-balik dapat mempergunakan trafo dengan perbandingan belitan yang tinggi jenis dua belitan dan jenis tiga belitan (untuk keperluan rangkaian kaskade). Trafo tegangan tinggi bolak-balik untuk keperluan pengujian mampu menghasilkan tegangan yang sangat tinggi namun menghasilkan daya yang kecil. Untuk keperluan pengujian peralatan tegangan tinggi kapasitif seperti kabel tegangan tinggi, kondensator atau pengujian peralatan berisolasi gas SF6 yang memiliki daya reaktif yang besar dilakukan cara kompensasi disisi primer atau sekunder dengan menggunakan rangkaian resonansi seri. Untuk membangkitkan tegangan tinggi AC dibutuhkan banyak peralatan, antara lain sumber tegangan AC 220 V, Regulator tegangan, Trafo Tegangan Tinggi, Resistor Tegangan Tinggi, Kapasitor, Konektor, Elektroda Bola-Bola, Operating Terminal, Digital Measuring Instrument (DMI), dan Jumper. Tegangan suplai 220 V AC dihubungkan dengan regulator tegangan yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tegangan. Karena kinerja dari regulator tegangan ini tidak dapat dioperasikan dengan tangan secara langsung, maka kita dapat gunakan operating terminal, operating terminal ini dapat menaikkan dan menurunkan tegangan input dan regulator sehingga tegangan tersebut sesuai dengan yang kita inginkan. Setelah keluar dari regulator, tegangan mulai menyupali trafo. Keluaran dari trafo ini adalah tegangan ac yang memiliki tegangan dengan niai yang tinggi. Sekeluarnya dari trafo, akan melalui resistor. Resistor disinu berfungsi untuk menghindari arus balik yang besar menuju sumber ketika terjadi short circuit sehingga tidak terjadi kerusakan pada trafo. Setelah itu, tegangan sumber akan menyuplai kapasitor pembangkitan sehingga kapasitor tersebut akan terisi. Tegangan pada kapasitor pembangkitan ini akan dicuplik dengan menggunakan jumper yang terdapat pada kapasitor ujinya, sehingga tegangan dapat terukur melalui Digital Measuring Instrument (DMI), Tegangan AC maksimal dan tegangan AC efektir dapat diukur. Untuk lebih mengamankan trafo agar tidak terjadi kerusakan ketika ada tegangan lebih, maka digunakanlah elektroda bola-bola yang disetting memiliki celah yang besar. Sehingga ketika terjadi kelebihan tegangan yang berpotensi merusak trafo, dapat diatasi dengan flash yang terjadi antar elektroda bola-bola. Untuk menghubungkan elektroda bola-bola dengan kapasitor, dapat digunakan konektor. Masing-masing sisi ground dari komponen-komponen tersebut dapat dijadikan satu dengan menggunakan jumper kemudian disambungkan langsung dengan grounding yang tertancap di dalam tanah. Pastikan sebelum memulai menggunakan peralatan-peralatan yang ada untuk digrounding terlebih dahulu. Hal ini dikarenakan tegangan kerja dari peralatan yang tinggi, sehingga memungkinkan arus sisa dari komponen tinggi. Sehingga berbahaya jika kita menyentuh peralatan-peralatan tersebut secara langsung. Selain itu, sebelum menggunakan peralatan, pastikan tahanan pentanahan grounding yang tertancap di tanah bernilai rendah. Jika setelah diukur dengan menggunakan earth tester tahanan pentanahannya tinggi, maka dapat diturunkandengan menyiram grounding tersebut dengan menggunakan air atau lebih baik lagi dengan menggunakan air garam. Namun perlu diingat, air garam dapat menimbulkan korosi pada elektrode grounding. Sehingga justru akan bersifat merugikan. B. Trafo Tesla Merupakan pembangkit tegangan tinggi bolak-balik dengan frekuensi tinggi yang digunakan untuk melihat ada tidaknya keretakkan dan kantong udara pada isolator. Gulungan tesla biasanya dipasang dalam sebuah tabung porselen. Dengan demikian tidak terdapat bahaya karena tegangan tinggi. Sela udaranya diadakan oleh dua buah bola yang berputar untuk menghindarkan keausan pada titik tertentu. Pada pnel pengatur saklar utama, saklar untuk penyediaan tenaga, voltmeter, amperemeter, lampu yang menunjukkan bekerja atau tidaknya alat tersebut, dan terminal tnah untuk pengaman . C. Kumparan Tesla dengan Inverter Jenis Push-Pull Trafo tegangan ini akan memuati kapasitor primer(CP) melalui kumparan sekunder(LP). LP terdiri dari beberapa lilitan kawat tebal dengan hambatan rendah. Ketika CP telah termuati maka beda potensial diantara elektroda celah udara cukup tinggisehingga terjadi aliran arus dan mengakibatkan breakdown udara. Saat celah udara terhubung, CP dan LP membentuk rangkaian resonansi dengan frekuensi resonansi yang besarnya ditentukan oleh nilai CP dan LP. Medan electromagnet dihasilkan LP yang sebagian menginduksikan ke kumparan sekunder(LS). LS terdiri dari kawat tipis dengan julah lilitan tertentu. Ujung LS dihubungkan dengan tiroid yang mempunyai kapasitas tertentu, sedangkan ujung bawah terhubung tanah. LS dan tiroid membentuk rangkaian resonansi. Jika frkuensi resonansi LS dan tiroid cukup dekat dengan frekuensi rangkaian primer maka pada toroid akan membangkitkan tegangan cukup untuk membuat breakdown udara dan hal ini ditandai dengan adanya flashover yang keluar dari permukaan toroid ke udara sekitarnya. Dan ketika terjadi discharge pada kapasitor sekunder(toroid), celah udara akan terbuka dan proses sama akan terulang kembali. Cara mengatur tegangan uji: 1. Tegangan harus dapat diatur kontinyu dari nol sampai tegangan nominal 2. Pengaturan tegangan dengan cara: - Digunakan induction voltage regulator - Tahanan atau reactor variabel - Pembagi tegangan - Pembangkit gelombang sinus D. Pengukuran Tegangan Tinggi Bolak-Balik (AC) Pengukuran tegangan AC dapat diakibatkan oleh perbedaan arti. Tiga kelas dari pengukuran dapat dibedakan atas : - Peralatan yang menunjukkan nilai rms. - Peralatan yang menunjukkan nilai puncak. - Peralatan pengukuran kombinasi tegangan divider. Pengukuran yang digunakan ; 1. Pembagian Kapasitor - Memasang pembagi kapasitor dan menggunakan voltmeter atau ammeter - V = I(2𝜋fC) dengan ammeter - V = v(C+ C𝑠)/C dengan voltmeter Cs = capasitas dari voltmeter V = tegangan yang diukur oleh (static) volmeter - V = v(C+Cs+Co)/C 2. Pembagi Tahanan - Konstruksi : seperti pembagi kapasitor - Kelemahan : a) Punya batas kemampuan membawa arus b) Mempunyai kapasitansi sasar(stray cap) c) Mempunyai induktansi sasar (stray ind) Perlu dipertimbangkan pada frekuensi tertentu - V = V[R1/(R1+R2)] 3. Voltmeter Elektrostatik a a) Dengan pengukuran electrode(hueter) b) Dengan pengukuran segmen electrode(starke dan schroder) b 1. Segmen electrode yang dapat bergerak 2. Sumbu rotasi 3. Cermin 4. Sumber daya 5. Skala BAB 3 KESIMPULAN Dari isi makalah ini dijelaskan teknik tegangan tingggi bolak-balik(AC), maka dapat disimpulkan sebagai berikut; 1. Tegangan tinggi merupakan tegangan yang dianggap cukup tinggi oleh para teknisi listrik sehingga di perlukan pengujian dan pengukuran dengan tegangan tinggi yang bersifat khusus berdasarkan aspek subjektif dan objektif. (Artono Arismunandar,1984) 2. Pembangkitan tegangan tinggi terbagi menjadi pembangkitan tegangan tinggi bolak-balik, pembangkitan tegangan tinggi searah, dan pembangkitan tegangan tinggi impuls. 3. Tempat ditemukannya teganagn bolak-balik disebut trafo uji, yaitu trafo satu fasa yang mempunyai perbandingan belitan jauh lebih besar dibandingkan trafo daya yang memiliki bagian utama isolasi yang digunakan untuk mengisolir 4. Ciri-ciri dari trafo uji ; - Perbandingan jumlah lilitannya lebih besar dari pada trafo daya. - Kapasitas KVA-nya lebih kecil dibandingkan trafo daya. - Trafo yang dipakai biasanya 1 fasa(kecuali pada pengujian khusus yang memerlukan tiga fasa ) - Satu ujung lilitannya biasanya ditanam ke tanah untuk keamanan dan dan pengamanan terhadap manusia dan alat ujinya. - Perecanaan isolasi untuk trafo penguji hanya diperhitungan isolasinya tahan terhadap tegangan maximum penguji. (tidak diharapkan menerima overvoltage) - Kontruksi sedemikian rupa sehingga gradien tegangan (dV/dt) seragam dan osilasi dapat diabaikan. 5. Pembangkitan tegangan tinggi bolak-balik(AC) - Trafo uji - Trafo tesla - Kumparan tesla dengan inverter jenis push-pull 6. Cara mengatur tegangan uji: - Tegangan harus dapat diatur kontinyu dari nol sampai tegangan nominal - Pengaturan tegangan dengan cara: a) Digunakan induction voltage regulator b) Tahanan atau reactor variable c) Pembagi tegangan d) Pembangkit gelombang sinus 7. Pengukuran tegangan tinggi bolak-balik(AC) - Pembagi kapasitor - Pembagi tahanan - Voltmeter elektrostatik DAFTAR PUSTAKA Hendrawan.2012.”Pembangkitan Teknik Tegangan Tinggi” Aziz Putri,Nabila.2015.”Pembangkitan Tegangan Tinggi AC dan DC” Wijayanti,Teti.Rodo Torang,Niko.dkk.2017”Dasar Pembangkitan dan Pengukuran” Saini,Makmur.2015.”Pembangkitan dan Pengukuran Tegangan Tinggi Bolak-Balik”
