Contoh Soal Teknik Tegangan Tinggi
SOAL 1 Sebuah trafo tegangan tinggi TEO 100/10 dari MWB mempunyai data sebagai berikut: Rating tegangan: 220V/100kV; Rating arus 22,7 A/0,05 A. Dari percobaan hubung singkat diperoleh nilai-nilai: U1 = 10,6 V I1 = 23 A PK = 87,5 kW Data dari percobaan rangkaian terbuka: U1 = 220 V U2 = 100 kV I1 = 1,42 A PL = 80 W Dari pengukuran resonansi diperoleh kapasitansi sendiri trafo uji adalah CE = 287 pF 1. Dari data yang yang diperoleh diperoleh tentuk tentukan an rangkaian rangkaian penggan p engganti ti lengkap lengkap trafo uji tersebut! 2. Pada suatu percobaan, percobaan, trafo ini dibebani dengan sebuah kapasikapasitor yang hanya boleh dipergunakan sebagai kapasitor penyerarah atau pembangkitan pembangkitan tegangan impuls. impuls. Kapasitor Kapasitor tersebut tersebut mempunyai kapasitansi C = 10.000 pF. Hitunglah tegangan pada sisi tegangan tinggi, jika sisi tegangan rendah berada pada tegangan ratingnya. 1
3. Hitunglah tegangan primer (dengan beban seperti soal diatas), dimana sisi sekunder berada pada rating tegangan. Buktikan apakah trafo ini terbebani secara termal atau tidak (I > 1, 3I N ) Penyelesaian
1. Rangkaian hubung singkat R
Ι
1
ω L
K
UR
K
Ι‘
2
UG
U1 = U K
U1 = 10,6 V I1 = 23 A PK = 87,5 kW U 1 10, 6V = = 0, 461Ω I 1 23A P K 87, 5W = = 0, 165Ω 232 A I 12
Z K = RK =
2 Z K
X K =
RK = R1 + R2 X K = X 1 + X 2
2
− RK = 0, 43Ω
→ R = R = 82, 5mΩ → X = X = 215mΩ → L 1
1
2
1
2
Rangkaian terbuka U1 = 220 V U2 = 100 kV I1 = 1,42 A 2
= L2 = 0, 684mH
Ι1 Ιµ
ΙFe R
X Fe
ΙCE’ C
h
E
PL = 80 W
RF e = I F e = C E = 287 pF u ¨ = U U C C E = u¨ = 59, 3µF
⇒
E
1N 2N
U 12 (220V )2 = = 605Ω P L 80W U 1 220V = = 364mA RF e 605Ω −3
= 220V/100kV = 2, 2 10
·
I CE = U 1 ωC E = 220V 2π50Hz59, 3µF = 4, 1A I µ = I B = I µ = X h = Lh =
· I − I F E − I CE → besaran kompleks I − I F E = 1, 42 − 0, 364 = 1, 37A I CE − I B = 4, 1A − 1, 37A = 2, 73A 1
2 1
2
2
2
U 1 220V = = 80, 6Ω I µ 2, 73A X h = 257mH ω
R1 = 82,5Ω X1 = 215mΩ
RFe = 605Ω
R‘2 = 82,5Ω X‘2 = 215mΩ
Xh = 80,6Ω
3
C‘E = 59,3µF
2. Pada operasi normal, penampang melintang dapat diabaikan Diketahui: RK = 165 mΩ XK = 430 mΩ
CE = 59,3 µ F CB =CB /¨ u2 = 10000pF/¨ u2 = 2,06 mF
RK
Ι
1
XK
Ι‘
2
U1
C‘E
C‘B
U‘2
C tot = C B + C E = 2, 12mF
X Ctot =
1 ωC tot
U 2 = U 1
jX C RK + j(X K
=
−
−
2
2
2
1
2
=
U 2 =
U 2 =
|U | |U | |U | 2
2
2
= = =
2
2
1
1
2
2
1
2
2
u ¨
4
jX C (RK j(X K X C )) U 1 2 RK + (X K X C )2
− X C ) − jX C RK + (X K · X C − X C ) · U RK + (X K − X C ) j1, 5 · 165mΩ + (430mΩ · 1, 5Ω − (1, 5) ) · U (165mΩ) + (430mΩ − 1, 5) j247, 5mΩ − 1, 605 · U 1, 17 ( j0, 211 + 1, 37) · U 0, 211 + 1, 37 |U | = 1, 39|U | u ¨|U | |U | = 139kV
=
1
1
·
3. U 2 = 1, 39 U 1
| |
| |
−3
U 2 = U 2N u ¨ = 100kV 2, 2 10
|U | 1
·
= 158, 3V
Z tot = RK + j(X K
|Z tot| |I | 1
= =
·
·
= 220V
− X C ) = 0, 165Ω − j1, 07Ω
0, 1652 + 1, 072 = 1, 08Ω U 1 158, 3 = = 146, 6A > 1, 3I N (1, 3 22, 7 = 29, 51A) Ztot 1, 08
|
| |
·
|
5
SOAL 2 Sebuah generator impuls 18 tingkat seperti yang ditunjukkan pada Gambar, memiliki tegangan maksimum pemuatan U max = 4 MV. Data-data generator impuls adalah sebagai berikut: – Bentuk kurva tegangan impuls petir T S = 1.2µs dan T R = 50µs – Efisiensi η = 0.98 – Energi impuls maksimal W el = 180kJ
Elemen-elemen parasit diabaikan dalam perhitungan
6
1. Berapakah besar minimum tegangan efektif sekunder transformator U 2 ? 2. Tentukan nilai kapasitansi impuls C S dan kapasitansi beban C B ! 3. Hitunglah nilai tahanan peredam RD dan tahanan pemuatan RE ! Penyelesaian
1. Total tegangan pemuatan, U maks = 3, 6MV
U maks = n U 0 = U 0 = 2UC U maks 3, 6MV U 0 = = = 200kV n 18 U 0 U2 . U C = = 100kV = U2 = U 2ef f = = 70, 7kV 2 2
·
⇒
√
⇒
2. W el = 180kJ ; C S adalah 2 C S seri dengan 2 C S
C Stotal = W el
C S =
⇒ C S
C 2 = 1/2C Stotal U maks = 1/2 S U maks n 2nW el 2 18 180kJ = = = 500nF 2 3, 6MV U maks = 2C S = 1µF 2
·
· ·
η = C Btotal = = =
C S n
C B = =
C Stotal C Btotal + C Stotal 1 (C Stotal ηC Stotal ) η C S C 1 = η S η n n 1 (27, 78 27, 22) = 566, 9 pF 0.98 C Btotal n 566, 9 18 = 10, 28nF
−
−
−
·
·
3. T S = K 1 RD
·
7
C Btotal C Stotal C Btotal + C Stotal
·
T R = K 2 RE (C Btotal + C Stotal )
·
C Btotal = 566, 9 pF ; C Stotal = 27, 78nF untuk standar impuls petir 1,2/50 µs maka K 1 = 2,96 dan K 2 = 0,73 T S C Btotal + C Stotal K 1 C Btotal C Stotal = 729, 7Ω = RD = RD /n = 40, 5Ω
RD =
· ⇒
T R 1 K 2 C Btotal + C Stotal = 2420Ω = RE = RE /n = 134, 4Ω
RE =
⇒
8
