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.
