“Pembangkitan dan oengukuran tegangan tinggi impuls.”
Mahasiswa dapat membangkitkan dan mengukur tegangan tinggi impuls serta dapat menghitung fungsi distribusi tegangan tembus sela elektroda.
Impuls adalah suatu fungsi yang berharga sangat besar dalam selang waktu yang singkat sekali. Diluar siang waktu yang singkat itu fungsi impuls berharga nol. Dalam tenaga listrik, impuls dapat terjadi dalam bentuk tegangan yang disebut impuls tegangan dan dapat juga dalam bentuk arus disebut impuls arus. Umumnya yang terjadi pada sistem tenaga listrik adalah impuls tegangan. Impuls tegangan pada sistem tenaga listrik dapat terjadi oleh switching dan dapat pula disebabkan oleh petir , yang juga disebut surja tegangan atau surja.
Impuls
pada
sisterm
tenaga
listrik
merambat
disaluran
secara
gelombang. Dan analisa perjalanan impuls disaluran dilakukan analog dengan analisa gelombang berjalan pada tali atau tambang.
Bentuk-bentuk Impuls
Secara garis besar impuls dapat dibedakan dalam tiga bentuk, yaitu : Impuls segi empat (Rectangular), Impuls segitiga ( wedge shape), dan Impuls eksponensial. Bentuk dari ketiga impuls itu it u dapat dilihat pada gambar 3.1
Gambar 3.1 bentuk –bentuk impuls Impuls tegangan pada sistem tenaga listrik merupakan impuls berbentuk eksponen, yaitu impuls kilat yang dikenal dengan impuls double eksponen dan impuls switching yang juga mirip eksponen.Impuls double eksponen dapat didefinisikan dengan persamaan 3.1
berikut ini :
V(t) =
V (e-t/T’ – e-t/T’’ )……..(3.1) Dimana : V(t) adalah fungsi impuls (kV) V adalah Konstanta (kV) t adalah waktu T’ dan T’’ adalah konstanta waktu (dt) Dan secara matematik dapat digambarkan seperti gambar 3.2
Gambar 3.2 Kurva fungsi eksponen Secara umum Impuls kilat yang berupa double eksponensial dapat dilihat pada gambar 3.3. Dari gambar itu, Impuls kilat ditandai oleh perbandingan
waktu muka yang
dihitung dari garis linier pada muka impuls dari titik nol
sampai tinggi 90 % dan dinotasikan dengan Ts, dengan waktu ekor sampai ketinggian 50 % dan dinotasikan dengan Tr, jadi impuls kilat dapat dinyatakan dengan Ts/Tr, biasanya diambil standar impuls kilat yaitu 1,2/50 milli-detik.
Gambar 3.3 : Kurva standar impuls kilat Sedangkan yang mirip eksponsial terdapat pada impuls swithing. Standar dari impuls swithing dapat dilihat pada gambar 3.4. impuls ini dinyatakan dengan perbandingan waktu dari harga nol sampai harga puncak yang dinotasikan dengan Tch dan waktu sampai 50%
pada ekor yang dinotasikan dengan Th.
standar dari impuls ini adalah dengan perbandingan waktu itu sebesar 250/2500 milli-detik. Sedangkan toleransi yang digunakan adalah 20% dan 60% untuk Tch dan Th.
Gambar 3.4 : Standar impuls swithing
Distribusi Impuls
Bila impuls yang timbul oleh pengaruh besarnya tegangan yang digunakan. Hal ini dapat dipraktekan pada konduktor sela-bola, untuk kondisi geometri yang tetap, tegangan tembus tergantung pada besarnya tegangan yang diterapkan. Untuk tidak ada peluang
terjadinya impuls terdapat pada
tegangan V0 dan peluang terjadinya impuls 100% pada tegangan V 100, serta untuk tegangan diatas tegangan terjadinya impuls 100% maka kemungkinan impuls adalah satu. Gambar 3.5 ini adalah menunjukan distribusi peluang impuls
terhadap
perubahan
tegangan.
Secara
statistik
flashover
yang
disebabkan oleh impuls tegangan pada isolator tergantung pada tegangan kritis flashover (CFO). Untuk besar tegangan impuls yang diterapkan dan dilakukan berkali-kali percobaan maka probalitas terjadinya flasover pada isolator tunggal itu menurut disribusi Gaussian dan pada distribusi normal adalah sesuai dengan persamaan 3.2.
Gambar 3.5 : Distribusi impuls P[V] = 1/σ
√2π
-~
∫v exp – ½ ( x-CF0/σ)2 ∂x
dimana : P[V] adalah probalitas terjadinya flashover
σ adalah diviasi standar
………………………..(3.2)
CFO adalah teganagn kritis flashover isolator x adalah variabel acak yang berupa tegangan
Nilai yang dapat dipercaya untuk standar deviasi sanagat sulit didapatkan untuk percobaan yang terbatas jumlahnya. Kemungkinan terjadi flashover tergantung oleh kondisi kecuraman permukaan gelombang, polaritas tegangan, bentuk geometri dan keadaan cuaca. Perlu juga diingat nilai dari CFO tergantung juga pada kondisi itu dan untuk disain diambil harga CFO diatas 3-5%. Pada prinsipnya tegangan impuls dibangkitkan oleh suatu rangkaian yang di berikan pada salah satu gambar 3.1
Rangkaian a)
Rangkaian b)
Gambar 3.1 Rangkaian Pembangkitan Tegangan Tinggi Impuls Tegangan surja petir adalah tegangan yang mempunyai waktu dahi T1 = 1,2
μs dan waktu setengah punggung T2= 50 μs. Bentuk ini biasanya ditulis 1,2/50. Tegangan surja hubung memiliki bentuk 250/2500 yang berarti waktu mencapai puncak Tcr = 250 μs dan waktu setengah punggung Th = 2500
μs. Kurva tegangan impuls dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :
U(t) =
( )
Dengan pendekatan Re Cs >> Rd Cb, maka untuk rangkaian type b, konstanta waktu diatas adalah :
Untuk rangkaian type a, diperoleh :
1.
Membuat rangkaian seperti dibawah ini :
2. Mengambil suatu harga s= 20mm tertentu dari sela bola ukur dengan d= 100mm. atur s sela bola pembangkit tegangan impuls dan Vp untuk mendapatkan Ud-50. Catat temperatu ruang, tegangan puncak dari alat ukur elektronik dan jarak sela bola ukur. 3. Mengulangi langkah2 untuk sela bola ukur dengan s = 30mm. 4. Menurunkan Vp, matikan sumber dan percobaan selesai.
No
s (mm)
Ud (kV)
Up (kV)
P (%)
T C
0
P (mbar)
Ud Tabel Sphere Gap (kV)
1
20
64
47.04
28
25
1005
59
2
30
90
67.62
43
25
1005
84
Cs : 1500 pF = 1,5 .
Sss : 0.072 Re : 1800, 1800 Ω Rd : 115, 115, 345 Ω
= 0,108 s
= 575 = 4,31 ms
= x 100% = 73,5 %
= x 100% 75,13 %
Grafik
P terhadap Ud 50 40 30 P
20 10 0 64
90
Pengukuran tegangan impuls kali ini dilakukan dengan metode sela bola percik, dimana sebelumnya telah dilakukan pada pengukuran tegangan tembus AC (Alternating Current ) dan DC (Direct Current ). Dalam proses pengukuran ini, nilai yang dicari adalah Ud-50 yang mana merupakan harga tegangan yang dipergunakan untuk pengukuran sela bola. Diameter sela bola test object yang digunakan adalah 100 mm, atau 10 cm. Dan jarak sela antara bola test object (s) yang digunakan yaitu 20 mm dan 30 mm. Dari praktikum yang telah dilakukan didapatkan hasil yaitu U d-50 = 47,04 kV untuk s = 20 mm, dan U d-50 = 67,62 kV untuk s = 30 mm. Dari analisa data yang dilakukan didapatkan nilai dari T 1 dan T2 dengan terlebih dahulu mengetahui nilai Rd, Re, dan Cb dan Cs yang dianggap sama nilainya. Untuk mencari T1 dengan menggunakan rumus T1 = Re(Cs+Cb) sehingga didapatkan harga T1 sebesar 0,108 s dan untuk mencari T 2 dengan menggunakan rumus T2 = Rd 4,31 ms.
sehingga didapatkan harga T2 sebesar
Selain itu didapatkan pula nilai efisiensi dari pembangkitan tegangan impuls yaitu dengan menggunakan rumus didapatkan
nilai
efisiensi
sebesar
= , pada saat U d-20
73,5%
sedangkan
pada
saat
U d-30
didapatkan nilai efisiensi sebesar 75,13% . dapat dilihat dari nilainya apabila nilai Ud semakin besar maka harga nilai Up semakin besar sehingga mempengaruhi pada nilai efisiensinya. Dari gambar grafik dapat dilihat bahwa pada U d-28 dan Ud-43 menyatakan harga tegangan yang dipergunakan untuk pengukuran pada sela bola pada P 28% dan P 43% dengan nilai Ud 64 kV dan 90 kV.
Dari percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
Nilai Ud makin besar maka nilai Up makin besar pula.
Nilai efisiensi dipengaruhi oleh perubahan dari nilai Ud dan Up.
Ud-28 dan
Ud-43 pada
data
menyatakan
harga
dari
tegangan
yang
dipergunakan untuk pengukuran dengan sela bola.
Hermagasantos. Ir. Msc, 1994. “Teknik Tegangan Tinggi ”, Jakarta : PT. Rosda jaya Putra. Mulyadi, Ahmad Deni. MT, 2004, ”Jobsheet Praktikum Pembangkitan Dan Pengukuran Tegangan Tinggi Bolak Balik”. Politeknik Negeri Bandung.
