TUGAS TEKNIK TEGANGAN TINGGI
Disusun oleh : Nama
: Pujiono
NIM
: 111041003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI AKPRIND YOGYAKARTA 2013
1
TRANSFORMATOR UJI Peralatan pembangkitan tegangan tinggi bolak balik frekwensi rendah (50 Hz untuk Indonesia dan eropa, 60 Hz untuk Amerika Utara, 50 dan 60 Hz untuk jepang) disebut dengan Testing Transformer, dengan ciri-ciri sebagai berikut: 1. Didesign menggunakan input tegangan distribusi 1 phasa (127-220 Volt), olehkarena trafo uji ini dipasang dalam sebuah laboratorium, dan umumnya semua bentuk pengujian peralatan dilakukan phasa demi phasa, untuk memudahkan pengukuran dan pengamatan , sedangkan tegangan outputnya dalam nilai ratusan kV 2. Mengingat jumlah lilitan pada sekunder cukup banyak (perbandingan kumparannya tinggi), maka Kapasitansi tersebar (distributed capacitance) diantara kumparan dan inti atau tangki sangat besar sekali. Oleh sebab itu meskipun trafo uji tidak dibebani, arus pemuat (charging current) tetap mengalir didalamnya. Arus pemuat ini selalu lebih besar dari arus exitasi, walhasil arus yang mengalir di dalam trafo atau specimen yang diuji mendahului (leading) dari tegangan. Akibatnya tegangannya lebih tinggi dari pada tegangan yang ditentukan oleh perbandingan lilitan. Untuk itu dibutuhkan pengukuran yang teliti dengan alat ukur yang khusus pula. 3. Kapasitas kVA nya kecil disbanding transformator tenaga, olehkarena untuk tujuan pengujian yang diperlukan adalah tegangan yang besar, bukan daya besar. 4. Pada belitan sekundernya, difasilitasi dengan belitan exitasi untuk keperluan kaskade trafo, agar diperoleh tegangan tinggi yang lebih besar. Untuk itu atas pertimbangan teknis dan ekonomis, kontruksi trafo uji dengan tegangan output yang sangat besar jarang digunakan 5. Ujung belitan tegangan tinggi, umum dibumikan untuk keperluaan pengamanan dan keamanan, kecuali pada pembangkitan tegangan tinggi DC. 2
6. Design
isolasinya,
hanya
memperhitungkan
tegangan
pengujian
maximum, olehkarena trafo uji ditempatkan dalam sebuah laboratorium, dan tidak diharapkan mengalami tegangan lebih akibat gangguan luar maupun dalam. 7.
Tidak ada masalah dengan pendinginan trafo, olehkarena trafo uji selain kapasitasnya kecil, waktu pemakaiannya pun pendek (30 menit sampai 1 jam)
8. Konstruksi lilitan dan isolasinya di rencanakan sedemikian rupa sehingga diperoleh gradien tegangan yang seragam dan osilasi tegangan dalam lilitannya dapat diabaikan. 9. Konstruksi trafo uji dengan isolasi minyak, dapat dirancang dengan model tangki atau model selubung (mantel) isolasi. Pada model tangki memerlukan bushing yang besar dan mahal, tegangan kerja yang tinggi, inti
dan
kumparan
ditempatkan
dalam
wadah
logam
sehingga
memperbaiki proses pendinginan, sedangkan model selubung isolasi tidak memerlukan bushing, namun proses pendinginannya lambat karena menggunakan banyak minyak. 10. Tegangan maksimum yang dapat dihasilkan sebuah trafo uji saat ini adalah 1600 kV, dan menaikkan tegangan yang lebih tinggi sudah dianggap tidak ekonomis, baik ditinjau dari sudut material maupun ruangan yang diperlukan. Untuk itu bila diperlukan tegangan uji yang lebih besar, maka dapat digunakan beberapa trafo uji yang dihubungkan secara kaskade. Beberapa keuntungan dengan tegangan output yang tidak terlalu besar, yaitu; material isolasi tidak terlalu tebal, konstruksinya tidak besar dan berat, pemeliharaan menjadi lebih baik (jika 1 rusak, yang lain masih dapat digunakan), fleksibiltas (variasi tegangan lebih besar), transportasi menjadi mudah dan rugi-rugi korona menjadi kecil.
3
KINERJA TRAFO UJI Mengingat trafo uji memiliki jumlah lilitan yang relative banyak dan tegangan pada sisi sekunder cukup tinggi, maka kapasitansi akan tersebar antara kumparan dengan inti atau tangki besar sekali (efek kapasitansi tidak dapat diabaikan). Kadaan ini akan menyebabkan tegangannya akan lebih tinggi dari tegangan yang ditentukan oleh perbandingan lilitan, khususnya dalam keadaan tanpa beban. Untuk itu kinerja trafo tidak dapat dengan sempurnah digambarkan dengan rangkain ekuivalen trafo biasa, karena pengaruh kapasitansi sendiri Ci dari belitan tegangan tinggi dan kapasitansi objek uji C a (umumnya berupa beban kapasitif). namun demikian arus magnetisasi dapat diabaikan selama inti besi belum mengalami saturasi. Adapun bentuk rangkaian dan rangkaian equivalen serta diagram fasornya dapat dilihat pada gambar 1. Dibawah ini.
4
Dengan menganggap bahwa Rk <<
ω Lk
dan tegangan sekunder U2
hampir sefasa dengan tegangan primer U1, maka berlaku persamaan: 1 U 2 ≈U1' 1−ω2 Lk C ,
dimana: 1 −ωLk C <1
Maka terlihat bahwa resonansi seri menghasilkan peningkatan kapasitif terhadap tegangan sekunder. Besar peningkatannya dapat dihitung dari tegangan hubung singkat trafo uk sewaktu beban kapasitif C menyerap arus nominal In pada tegangan nominal Un dan frekwensi nominal. uk =
I nωLk Un
= ω 2 Lk C
Dengan demikian trafo uji dengan uk = 20% akan menghasilkan peningkatan tegangan sebesar 25% pada frekwensi nominal ketika beban kapasitif menyerap arus nominal Skema rangkaian trafo uji dan data teknik pada laboratorium U
U
V
K
H 5
K
V
u ua ub
PRIMARY Voltage Input
va vb v
SECONDARY CONNECTION Output
(kV)
u-v
220
u-v
220
Voltage
OUTPUT
Impedance
(KVA)
Voltage
(kV) ua - ub va - vb vb - va
(%)
U-V
100
5
4
U-V
100
2.5
8
Data teknis Application TEO 100/10 SINGLE PHASA AC VOLTAGE TEST TRANSFORMER Ratio:
2x220/100 kV/220 V
Exciter
50 mA
coupling
Transformer with Max. Current winding for cascade Output
5 kVA
Duty
connection to produce Continous
AC,DC, and
Impulse Voltage Impedance Voltage
approx. 4%
Frequency
50 and 60 Hz
Partial Discharge Level:
at 80 kV ≤ 1 pC at 100 kV ≤ 2 pC
Weight
200 kg
6
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Pengujian tegangan tinggi AC • Pokok-pokok pengujian Berdasarkan atas kebutuhan dan standarisasi yang berlaku. Maka pokokpokok pengujian yang harus dilakukan ditentukan oleh specimen yang diuji. Pada umumnya pengujian yang lengkap meliputi: a. Pengujian ketahanan dalam udara b. Pengujian ketahanan dalam minyak c. Pengujian ketahanan untuk tiap lapisan isolator d. Pengujian lompatan api dalam suasana kering e. Pengujian lompatan api pada suasana basah f. Pengujian tembus (puncture) atau kegagalan (breakdown) • Faktor koreksi terhadap hasil pengujian Tabel-tabel normalisasi atau standarisasi menyatakan bahwa untuk suatu macam alat, berlaku suatu tegangan lompatan api tertentu pada keadaan standar, misalnya menurut Japanse Industrial Standad (JIS) dan Japanese Electrotechnical Committee (JEC), bahwa keadaan standar adalah: Tekanan barometer
760 mmHg (1013 mbar)
Suhu keliling
200C
Kelembaban mutlak
11 gram/m3
7
Olehkarena tegangan lompatan api kering selalu dipengaruhi oleh keadaan udara, maka untuk dapat membandingkan hasil-hasil pengujian dengan tabel-tabel normalisasi yang ada, diperlukan rumus-rumus yang dapat merubah hasil-hasil tersebut menjadi hasil-hasil dalam keadaan standar. Hal ini diperlukan untuk dapat mengetahui apakah specimen yang diuji memenuhi syarat teknis atau tidak. Untuk koreksi hasil pengujian tehadap tekanan dan suhu, digunakan rumus sbb: V VS = B d d=
Dimana:
(1)
b B 273 + 20 0,386b B = 760 273 + tB 273 + t B
Vs
= Tegangan lompatan pada keadaan standar
VB
= Tegangan lompatan hasil pengukuran (pada keadaan
d
= Kepadatan udara relative
bB
= Tekanan udara pada saat pengujian (mmHg)
tB
= Suhu keliling pada saat pengujian (0C)
sebenarnya)
Untuk koreksi terhadap kelembaban udara mutlak, menggunakan rumus empiris, yaitu: VS = VBk H
(2)
Dimana: kH adalah factor koreksi yang dicari, menggunkan gambar a dan b.
8
9
Lengkung-lengkung A,B,C,D,E, dan F didasarkan atas pengalaman di jepang, sedangkan lengkung G dan H adalah lengkung factor koreksi menurut International Elektrotechnical Commision Kelembaban udara mutlak didapat sebagai fungsi dari temperature basah dan kering sebuah hygrometer, seperti tertera pada gambar b. Apabila persamaan (1) dan (2) digabungkan, maka didapat rumus koreksi untuk mendapatkan keadaan atmosfer standar: VS = VB
KH d
(3)
Oleh karena sifatnya yang empiris, maka factor koreksi KH tidak dapat dianggap tepat, dan tidak selalu dapat dipakai. Oleh sebab itu hanya persamaan
10
(1) yang dipegunakan, namun disertakan keterangan tambahan tentang harga kelembaban udara pada saat pengujian. Menurut J. Kucera, bentuk umum dari persamaan (3) adalah sebagai berikut m
K VS = VB H KD
Dimana:
(4)
m = Faktor sela, diambil dari tabel 2.2 K D = d = 0,289
bB 273 + t B
(5)
Dimana bB adalah tekanan udara dalam millibar, maka persamaan (3) kelihatan sama saja dengan persmaan (5). Sebenarnya persamaan (5) hanya berlaku apabila: 0,9 ≤ d ≤ 1,1
(6)
Apabila d = 0,7, maka kD = 0,73 dan apabila d = 0,8, maka KD = 0,82
11
12
Secara skematis persoalan diatas dapat dilihat pada gambar 2.6
Hasil pengujian Pada keadaan sebenarnya (tb, bB,hB) : VB
Rumus Transformasi
VS =
VB d
VS = VBk H
Alat-alat yang Diuji TIDAK BAIK bila VS VS
Banding kan VS dan VS
Alat-alat yang Diuji TIDAK BAIK bila VS < VS
Persyaratan Pada Keadaan Standar (tb, bB,hB) : VB
13
