JEMBATAN SCHERING A. Prinsip Jembatan Schering Jembatan Scering adalah cara yang paling banyak digunakan untuk mengukur kehilangan daya dan factor daya dielektrik. Semua cara yang memakai prinsip jembatan terdiri dari rangkaian jembatan Wheatston yang baterenya diganti oleh sumber AC pada frekwnsi rendah atau frekwensi lain yang lebih tinggi. Detektornya tergantung pada frekwensi yang dipakai; galvanometer vibrasi dipakai untuk frekwensi rendah dan telpon untuk frekwensi lain yang lebih tinggi (800-1000 Hz). C1 adalah kapasitor yang factor dayanya hendak diukur dan R1 adalah tahanan ekivalen yang menyatakan komponen kehilangan daya dielektriknya. C2 adalah kapasitor standar yang tidak mempunyai kehilangan daya. R3 dan R4 adalah resistansi variabel atau tahanan yang non-induktip. C4 adalah kapasitor variabel. Tabir pada Gambar 1. digunakan untuk menghindarkan kesalahan yang disebabkan karena kapasitansi antara bagian-bagian tegangan tinggi dan rendah dari jembatan tersebut. G adalah galvanometer khusus yang harus mempunyai kepekaan yang tinggi karena impedansi cabang 3 dan 4 yang biasanya jauh lebih kecil dibandingkan dibandingkan dengan cabang 1 dan 2. Galvanometer Galvanometer dan tahanannya tahanannya mempunyai potensial rendah sekali (beberapa volt lebih tinggi daripada potensial rendah), meskipun tegangan yang dipakai tinggi sekali (kira-kira 100 kV), kecuali apabila terjadi kegagalan pada kapasitor pada cabang 1 dan 2. Jembatan menjadi seimbang dengan cara merubah R3 dan C4 sehingga galvanometer menunjukan angka nol. Dalam keadaan seimbang harus dipenuhi syarat :
Dengan Z1 = impedansi cabang ke-1
Z2 = impedansi cabang ke-2
Z3 = impedansi cabang ke-3
Z4= impedansi cabang ke-4
Dengan merasionalisasi persamaan (1) diperoleh :
Dan dengan menyamakan suku riil diperoleh :
Dengan memperhatikan Gambar 2. Diperoleh :
√
Atau
Sehingga persamaan (7) dapat ditulis sebagai Dengan menggambar seluruh diagram vector dari rangkaian jembatan dalam keadaan seimbang dapat dilihat bahwa : V = tegangan pada seluruh jembatan, V1= tegangan pada cabang ke-1 dan ke-2, V2= tegangan pada cabang ke-3 dan ke-4, V1+V2=V I1 = arus dalam cabang ke-1 dan ke-2, I2 = arus dalam cabang ke-3 dan ke-4. Pembagian vektorial dari arus dalam kapasitor dan tahanan dapat dilihat dengan jelas dari gambar. Dari sini dapat dilihat bahwa:
Tetapi juga
Sehingga dari persamaan (11) dan (12) diperoleh:
Dengan memasukkan persamaan (13) ke dalam persamaan (10) diperoleh kepastian dari kapasitor yang dicari :
Dengan demikian maka kehilangan daya dielektriknya dapat dihitung karena δ kecil, maka dapat ditulis :
Dan faktor dayanya
B. Jembatan Scering Berperisai (Shielded) Dalam pemakain jembatan Scering pada tegangan tinggi atau untuk pengukuran berketrlitian yang pada tegangan rendah effek kapasitansi sasaran antara elemen-elemen jembatan perlu sekali ditiadakan. Hal ini dapat dilakukan dengan menutupi bagian-bagian yang mungkin terkena shield elektrostatik pada potensial yang sesuai. Jembatana berperisai cocok untuk pemakaian dengan tegangan tinggi, seperti tertera pada Gambar 4. Kapasitor standar C2 dan kapasitor yang diuji (C1) digambarkan sebagai kapasitor berelektroda tiga. Elektroda pelindungnya masing-masing dihubungkan dengan system perisainya yang menutupi cabang detector dan penghantar (kawat) antara elektroda C1 dan C2 dan tahanan R3 dan R4. Perisai ini diatur supaya potensialnya sama dengan potensiall detector dengan bantuan cabang R5-L5-C5. Dalam hal ini detector terpasang antara perisai dan sebah titik pertemuan pada jembatan utama. Dalam Gambar 4. Sakelar A dipakai untuk memasang detector pada jembatan utama untuk mencapai keseimbangan pokok, atau untuk memasang detector di antara perisai dan titik potong B untuk keperluan keseimbangan bantuan (auxiliary balance). Cabang tegangan rendah R3 dan R4-C4 tertutup oleh perisai yang dihubungkan secara langsung. Akibat adanya perisai, kapasitansi langsung antara kawat tegangan tinggi dengan cabang detector atau dengan at dari cabang tegangan rendah tidak ada. Dan akibat adanya perisai yang dipasang, maka kapasitansi langsung antara elemen-elemen tegangan rendah juga tidak ada. Arus kapasitip antara penghantar tegangan tinggi dengan cabang detector mengalir ke tanah melalui cabang pembantu R5-L5C5, sehingga tidak terukur. Kapasitansi antara bagian tegangan tinggi dan perisai yang dihubungkan sekitar cabang tegangan rendah sejajar dengan sumber tegangan, meskipun merupakan beban tambahan, tidak mempengaruhi pengukuran. Kapasitansi antara cabang detector dan perisainya tidak mempunyai perbedaan potensial sehingga tidak mempengaruhi pengukuran. Hal ini berarti bahwa potensialnya untuk setiap waktu sama (jadi bukan hanya potensial rata-ratanya sama), sehingga perlu diperhatikan baik pengaturan fasa maupun pengaturan besarnya pada cabang pembantu. Inilah sebabnya perlu ada kapasitor C5 yang dihubungkan pararel dengan tahanan R5 dan inductor L5. Dari keterangan di atsa dapat disimpulkan bahwa hanya kapasitansi langsung antara elektroda C1 dan C2 dan elektroda tegangan tinggi yang bersangkutan yang ikut dalam pengukuran, bila jembatan utama dan cabang pembnatu keduanya dalam keadaan seimbang. C. Jembatan Scering Presisi Besarnya masing-masing elemen pada konstruksi dari sebuah meja jembatan Scering presisi adalah :
a) R3 sebesar 11,111 Ohm, terdiri dari 5 buah tombol; untuk pengaturan halus dipakai tombol tambahan S=0,13 Ohm sebagai variabel. b) C4 terdiri dari 4 buah tombol variabel sebesar 1,111 mikrofarad. c) R4 adalah tahanan tak induktif berharga 318,32 Ohm. d) Sebuah shunt (Ni) terdiri dari 0,3;1;3;10;d dan 30 Ohm. e) R5 sebesar 4450 Ohm, terdiri dari 3 tombol. f) L5 dapat dirubah dari 5 sampai 500 milihenry dengan hubungan seri-pararel. g) C5 dapat dirubah dari 10.000 piko-farad sampai 2 mikrofarad, terdiri dari 1 tombol. h) Kapasitor standarnya C2 berharga 100 pikofarad dan mempunyai tegangan kerja 200 kV AC, berisi gas CO2 yang bertekana 12 kg/cm2. Oleh karena arus yang mengalir kecil sekali ( 100 μA) dan factor daya yang hendak diukur sangat rendah (sin δ 10-5), maka jembatan ini dilengkapi dengan sebuah penguat (amplifier) elektronik dan alat penunjuk untuk keperluan deteksi. Data dari detector yang dipakai adalah : a) Frekwensi : 50-3000 cps b) Voltage gain : > 100 db c) Arus : 0-100 μA d) Sumber DC : 2 x 6 volt Dengan menggunakan parameter di atas, maka bila jembatan dalam keadaan seimbang maka kapasitansi yang divari (C1) dan factor da ya dielektrik tan δ dapat dihitung sebagai berikut: a) Bila shunt tidak dipakai :
bila ω = 2πf = 2π50 b) Bila shunt dalam (Ni) dipakai:
c) Bila shunt luar (Ne) dipakai:
Bila kapasitor standar C2 mempunyai factor daya tan δ2 ≠ 0 Maka factor daya yang dicari adalah: