Soal-soal Tegangan Tinggi

SOAL-SOAL TEGANGAN TINGGI

Gregorius Alvin Tanthio Purnomo 18010062

MODUL 1 – PEMBANGKITAN PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI SEARAH

1. Apa kegunaan dari tegangan tinggi searah? Jawab: Tegangan tinggi searah digunakan untuk pengujian dan penelitian susunan insulator dengan kapasitansi fungsi seperti kabel dan kapasitor.

2. Sebutkan minimal 3 contoh pemanfaatan tegangan tinggi searah dalam kehidupan! Jawab: 1. instalasi elektrostatik (penyaring gas buang, peralatan pengecatan) 2. peralatan kedokteran (alat rontgen) 3. pada fisika inti (pemercepat muatan / akselerator).

3. Jelaskan secara singkat cara untuk membangkitkan tegangan tinggi searah dan mempertinggi nilai tegangan searah! Jawab: Untuk membangkitkan tegangan tinggi searah digunakan metode menyearahkan tegangan bolak balik dengan menggunakan suatu rangkaian semikonduktor dengan dioda Selenium, Germanium, dan Silizium. Sementara itu, untuk mempertinggi nilai tegangan searah digunakan suatu rangkaian pengganda tegangan searah.

4. Rangkaian paling sederhana untuk membangkitkan tegangan tinggi searah adalah dengan menggunakan penyearah setengah gelombang (half wave rectifier). Jelaskan secara jelas mengenai penyearah tersebut! Bagaimana cara memperkecil ripple pada tegangan tinggi searah? Jawab:

RL adalah resistansi beban dan C adalah kapasitor untuk meratakan tegangan keluaran dc



Jika kapsitor tidak terhubung tegangan terminal keluaran dc masih bergelombang. Dengan adanya kapasitor akan meratakan tegangan keluaran sehingga hasil tegangan keluaran mendekati tegangan dc murni.

 

Gambar a menunjukan rangkaian penyearah setengah gelombang.



Gambar c menunjukan tegangan keluaran setelah diberikan kapasitor perata.

Gambar b menunjukan tegangan keluaran sebelum diberikan kapasitor sebagai perata tegangan keluaran.

Tegangan output V tidak lagi konstan jika rangkaian dibebani, dalam satu periode T = 1/f dari tegangan A.C tegangan muatan Q ditransfer ke beban RL yang dapat direpresentasikan dalam persamaan

I adalah nilai rata rata dari tegangan output dc iL(t) dan V(t) yang diikuti dengan ripple seperti gambar berikut



Dengan demikian ripple dapat dikurangi dengan memperbesar kapasitas kapasitor perata atau dengan mempertinggi frekuensi

5. Rangkaian kaskade Greinacher dikenal sebagai pengganti Cockroft-Walton dan merupakan metode yang digunakan untuk membangkitkan tegangan searah yang sangat tinggi. Rangkaian pengganda Greinacher sebenarnya merupakan perluasan dari rangkaian Cockroft-Walton. Gambarkan rangkaian kaskade Greinacher dan rangkaian CockroftWalton! Jawab:

- Rangkaian kaskade greinacher –



- Gambar rangkaian Cockroft-Walton -



MODUL 2 – PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI IMPULS

1. Apa itu tegangan tinggi impuls? Sebutkan jenis-jenis tegangan tinggi impuls dan gambarkan bentuk tegangan tinggi impuls untuk setiap jenis nya! Jawab:

Tegangan tinggi impuls merupakan pulsa tegangan tinggi dengan polarita s tunggal. Terdapat tiga jenis tegangan impuls, yaitu:

  

Tegangan impuls petir Tegangan impuls surja hubung Tegangan impuls terpotong

Gambar:

- Bentuk Tegangan Impuls Petir, Surja Hubung, dan Terpotong –

2. Sebutkan 4 parameter impuls petir! Jelaskan dengan gambar, keempat parameter tersebut dalam kurva parameter impuls petir! Jawab:  Arus puncak  Kecuraman  Muatan Arus  Energi (integral kuadrat arus)

Gambar:



3. Gambarkan dalam kurva, parameter tegangan uji impuls petir standar ! (menurut Dieter Kind 1993:34) Jawab:



4. Sebutkan 3 generator yang digunakan untuk membangkitkan tegangan tinggi impuls! Gambarkan rangkaian generator impuls RC! Jawab:

  

Generator impuls RC Generator impuls RLC Generator Marx

Gambar:

5. Apa hal yang anda ketahui mengenai cara mengukur tegangan impuls menggunakan: a) Sela Bola b) Cathode-Ray Oscillograph Jawab:

a) Sela Bola Sela bola sering digunakan untuk mengukur tegangan impuls. Sela bola harus selalu ditera dengan tegangan percik 50% dari sela bola standar. Sela bola standar adalah sela bola yang memenuhi syarat standar mengenai:

  

Kualitas Jarak sela Ukuran bola

Dalam keadaan udara tertentu, sela bola selalu mempunyai tegangan percik tertentu pula. Itulah sebabnya sela bola dapat dipakai se bagai alat ukur. Bentuk kondisi bola elektroda Syarat: o o o o

Permukaannya licin Lengkungnya rata Permukaan bola harus bebas debu, minyak,dll Tahanan peredam dipasang seri dengan jarak minimum 2d (d=diameter) dari bola diukur dari titik dimana terjadi percikan.



Tegangan uji ac =100 kW s/d 1000 kW Tegangan uji impuls 500 W

b) Cathode-Ray Oscillograph Dengan mengunakan Chatode-Ray Oscillograph (CRO) kita dapat : Tegangan puncak – Bentuk gelombang – Ketidak normalan bentuk impuls (menggambarkan kerusakan alat uji) – CRO hanya bisa mengukur tegangan rendah saja, jadi untuk mengukur tegangan tinggi diperlukan pembagi tegangan (baik resistor atau kapasitor)



MODUL 3 – DISTRIBUSI TEGANGAN PADA ISOLATOR RANTAI

1. Jelaskan mekanisme tembus listrik pada isolator rantai! Jawab:  Peristiwa kegagalan suatu isolasi yang disebabkan oleh tidak kuatnya bahan dielektrik yang mengisolasi tegangan. Pada bahan dielektrik terdapat kuat medan tembus yang merupakan kekuatan bahan tersebut untuk ditembus oleh medan listrik di sekelilingnya. Jika kuat medan tembus tersebut besarnya dilampaui, maka akan terjadi tembus pada isolator tersebut.  Biasa terjadi karena adanya polutan yang menempel pada permukaan isolator tersebut sehingga arus bocor dapat mengalir dipermukaan dan tembus pun terjadi.

2. Sebutkan syarat-syarat suatu material dapat digunakan sebagai isolator rantai! Jawab:  Bahan yang kedap air.  Bagian terluar harus sulit untuk menempelnya debu yang dapat menimbulkan jalur konduksi.  Bahan pembuatnya harus homogen, tidak terkandung pengotor yang dapat merusak ketahanan material.  Harga harus ekonomis.

3. Sebutkan minimal 3 fungsi isolator rantai! Jawab:  Mencegah adanya arus yang mengalir antara penghantar dengan tanah dan antara penghantar yang satu dengan penghantar yang lain.  Memikul beban mekanis yang disebabkan oleh berat penghantar atau gaya tarik penghantar.  Menjaga agar jarak antar penghantar tetap.

4. Sebutkan dan jelaskan secara lengkap 4 macam isolator yang digunakan pada jaringan distribusi! Jawab:  Isolator jenis pasak  Digunakan pada tiang lurus dan tiang sudut 5 0 sampai 300.  Banyak terbuat dari porselin atau gelas dan bagian bawahnya diberi suatu pasak yang terbuat dari besi/baja tempaan.  Tiap kepingan diikatkan oleh suatu bahan semen yang berkualitas baik.  Pemasangannya dipuncak tiang maupun pada talang kayu.  Isolator jenis pos  Digunakan pada tiang lurus dan tiang sudut 5 0 sampai 150.









Diameternya lebih kecil dan tak menggunakan kepingan-kepingan seperti isolator jenis pasak.  Terdiri dari lekukan-lekukan pada permukaan untuk mengurangi hantaran yang terjadi pada isolator.  Makin tinggi tegangan isolasinya makin banyak lekukannya.  Diberi tutup dan bagian bawah diberi pasak dari besi/baja tempaan.  Bahan yang digunakan adalah porselin basah.  Kekuatan mekanis lebih tinggi dari jenis pasak. Isolator jenis gantung  Digunakan pada tiang sudur dengan sudut 30 O sampai 90O, tiang belokan tajam, dan tiang ujung.  Isolator ini lebih kuat dan kokoh dalam penggandengannya, serta tidak ada kemungkinan lepas dari gandengan karena ujungnya menggunakan mir baut untuk mengikatnya.  Terbuat dari porselin untuk piringan dengan tutup dari besi tempaan dan pasak dari baja yang diikatkan dengan semen berkualitas sehingga membentuk isolator berkualitas tinggi.  Bahan gelas untuk jaringan distribusi primer dan bahan porselin untuk jaringan transmisi tegangan tinggi. Isolator jenis cincin  Digunakan pada tiang lurus dengan sudut 0 O sampai 10O, yang dipasang horizontal maupun vertikal.  Bentuknya bulat berlubang ditengahnya seperti cincin yang terdapat satu atau dua lekukan saja yang terbuat dari porselin.  Isolator ini tidak menggunakan pasak sehingga memiliki kualitas tegangan lebih rendah.  Biasa dipasangkan pada jaringan distribusi sekunder serta pelayanan ke rumah-rumah.

5. Sebutkan kelebihan dan kekurangan masing-masing isolator porselin dan kaca! Jawab:  Isolator porselin o Kelebihan : Terbuat dari bahan campuran tanah porselin, kwarsa, dan veld spaat. Bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak dapat menyerap air. Dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka. Memiliki sifat tidak menghantarkan listrik yang tinggi dan memiliki kekuatan mekanis tinggi. Dapat menahan beban yang menekan serta tahan akan perubahan perubahan suhu. Memiliki kualitas yang lebih tinggi dan tegangan tembusnya lebih besar. o Kekurangan : Tidak tahan akan kekuatan yang menumbuk atau memukul. Ukurannya tidak dapat dibuat lebih besar karena saat pembuatan terjadi penyusutan bahan.  

 





 







Harganya lebih mahal, tetapi lebih memenuhi persyaratan yang diinginkan.

Isolator kaca o Kelebihan : Terbuat dari bahan campuran pasir silika, dolomit, dan phospat. Lebih banyak dijumpai pemakaiannya pada jaringan distribusi sekunder. Isolator ini harganya lebih murah dibandingkan dengan isolator porselin. o Kekurangan : Memiliki sifat mengembun kelembapan udara, sehingga lebih mudah debu melekat di permukaan. Makin tinggi tegangan sistem, makin mudah pula terjadi peristiwa kebocoran arus listrik. Memiliki kualitas tegangan tembus rendah dan kekuatannya berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan temperatur. Saat terjadi kenaikan dan penurunan suhu secara tiba-tiba, maka isolator ini mudah retak.  













MODUL 4 – TEMBUS PADA GAS 1. Mekanisme kegagalan insulasi gas A. Dalam mekanisme tembus listrik bahan insulasi, ada beberapa peristiwa/proses yang berperan di dalamnya, antara lain: ionisasi, deionisasi, dan emisi. Jelaskan ketiga peristiwa tersebut! B. Saat ini dikenal dua mekanisme kegagalan insulasi pada gas. Sebutkan dan jelaskan dua mekanisme tersebut! Jawab: A. Ionisasi, Deionisasi, Emisi  Ionisasi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari ikatan atom netral sehingga menghasilkan satu elektron bebas dan ion positif  Deionisasi, yaitu peristiwa dimana satu ion positif menangkap elektron bebas sehingga ion positif tersebut menjasi atom netral  Emisi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam menjasi elektron bebas Proses dasar dalam kegagalan isolasi gas adalah ionisasi benturan oleh elektron.

B. Mekanisme kegagalan insulasi gas Mekanisme Kegagalan Townsend

Pada proses primer, elektron yang dibebaskan bergerak cepat sehingga timbul energi yang cukup kuat untuk menimbulkan banjiran elektron. Jumlah elektron Ne pada lintasan sejauh dx akan bertambah dengan dNe, sehingga elektron bebas tambahan yang terjadi dalam lapisan dx adalah dNe = α Ne.dx . Ternyata jumlah elektron bebas dNe yang bertambah akibat proses ionisasi sama besarnya dengan jumlah ion positif dN+ baru yang dihasilkan, sehingga dNe = dN+ = α Ne.(t).dt; dimana : α

:

koefisien ionisasi Townsend.

dN+

:

junlah ion positif baru yang dihasilkan.

Ne

:

jumlah total elektron.

Vd

:

kecepatan luncur elektron.

Pada medan uniform, α konstan, Ne = N0, x = 0 sehingga Ne = N 0 e x Jumlah elektron yang menumbuk anoda per detik sejauh d dari katoda sama dengan jumlah ion positif yaitu N+ = N0 e x α

α

Jumlah elektron yang meninggalkan katoda dan mencapai anoda adalah:



Arus ini akan naik terus sampai terjadi peralihan menjadi pelepasan yang bertahan sendiri. Peralihan ini adalah percikan dan diikuti oleh perubahan arus d d dengan cepat dimana karena ε α >> 1 maka  0   secara teoritis menjadi tak terhingga, tetapi dalam praktek hal ini dibatasi oleh impedansi rangkaian yang menunjukkan mulainya percikan.

Mekanisme Kegagalan Streamer

Ciri utama kegagalan streamer adalah postulasi sejumlah besar foto ionisasi molekul gas dalam ruang di depan streamer dan pembesaran medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada ujung streamer. Muatan ruang ini menimbulkan distorsi medan dalam sela. Ion positif dapat dianggap stasioner dibandingkan elektron-elektron yang begerak cepat dan banjiran elektron terjadi dalam sela dalam awan elektron yang membelakangi muatan ruang ion positif. Medan Er yang dihasilkan oleh muatan ruang ini pada jari jari R adalah :

Pada jarak dx, jumlah pasangan elektron yang dihasilkan adalah

x

αεα

dx sehingga :

R adalah jari jari banjiran setelah menempuh jarak x, dengan rumus difusi R=(2Dt) Dimana t = x/V sehingga

dimana : N: kerapatan ion per cm2, e: muatan elektron ( C ), e0: permitivitas ruang bebas, R: jari jari (cm), V: kecepatan banjiran, D : koefisien difusi.



2. Berdasarkan kekuatan dielektrik, rugi-rugi dielektrik, stabilitas kimia, korosi, dll, insulator gas dapat diklasifikasikan menjadi: gas sederhana, gas oksida, gas hidrokarbon, dan gas elektronegatif. Sebutkan minimal dua contoh gas untuk tiap-tiap klasifikasi! Jawab:  Gas sederhana, contohnya: Udara o o Nitrogen Helium o o Hidrogen, dll  Gas Oksida, contohnya: Gas karbondioksida o o Gas Sulphur dioksida  Gas Hidrokarbon, contohnya: o Methana Ethana o o Propana, dll  Gas Elektronegatif, contohnya: o Gas Sulphur hexaflorida (SF6) o CH2Cl2

3. Sebutkan beberapa sifat dari insulator gas sebagai me dia insulasi yang perlu diperhatikan! Jawab:  Sifat Kelistrikan o Tahanan insulasi o Kekuatan dielektrik o Faktor daya o Konstanta dielektrik Rugi-rugi dielektrik o  Temperatur  Sifat Kimia  Sifat Mekanis Kerapatan volume o o Viskositas o Absorpsi kelembaman o Tekanan permukaan

4. Sebutkan kelebihan dan kekurangan penggunaan gas SF 6 sebagai medium insulasi dibanding gas-gas lainnya! Jawab: Kelebihan gas SF6 sebagai medium insulasi dibandingkan dengan gas- gas lainnya adalah:  Pengurangan sejumlah pemutus dalam hubungan seri per phasa pada rating tegangan yang digunakan.


    


Karena waktu durasi yang pendek dari busur api, maka bunga api kontak yang terjadi dibatasi meskipun untuk arus hubung singkat yang sangat tinggi. Hasil busur api yang kebanyakan terdiri dari serbuk dengan sifat isolasi yang baik dapat dipindahkan saat perbaikan. Gas blast tidak di-discharge (pelepasan muatan) ke atmosfir sehingga saat bekerja akan lebih tenang jika dibandingkan dengan Air Blast Breaker . Memiliki sifat kimia yang lamban, stabil, tidak mudah terbakar dan tidak beracun. Pemutus dari gas SF6 mempunyai dimensi yang lebih kecil jika dibandingkan dengan Air Blast Breaker.

Kekurangan dari gas SF6 adalah:  Relatif lebih mahal dari segi pembiayaan.  Walaupun dalam jumlah yang kecil, apabila terjadi kerusakan maka membutuhkan waktu yang lama untuk perbaikan.  Gas SF6 harus dipompa ke dalam tabung penyimpan apabila ada penelitian dan maintenance.  Karena titik lelehnya sangat rendah yaitu 100 Celcius dan tekanan 1,520 kN/m2, maka perlu dipakai alat pengukur suhu untuk pengontrolan.

5. Apa itu kurva Paschen? Jelaskan ketiga daerah pada kurva Paschen! Gambarkan pula kurva Paschen dalam satu gambar untuk gas He, Ne, Ar, H 2, N2! Jawab: Kurva Paschen menggambarkan karakteristik tembus pada gas.

Pada umunya kurva Paschen dibagi menjadi tiga daerah.  Daerah pertama merupakan karakteristik tembus gas pada keadaan vakum. Pada kondisi ini diperlukan tegangan tembus yang sangat tinggi karena gas pada keadaan vakum sehingga memerlukan energi yang lebih untuk memicu terjadianya peluahan muatan listrik.  Daerah kedua merupakan daerah terjadinya tembus Townsend pada tekanan rendah dan jarak sela yang kecil (ps<=10 barmm) dengan medan homogen.  Daerah ketiga merupakan derah terjadinya tembus Streamer. Pada kondisi ini molekul gas semakin padat dan menekan ke segala arah sehingga elekton untuk dapat bergerak membutuhkan energi yang besar.



Kurva Paschen untuk Gas He, Ne, Ar, H 2, N2 –

–

Soal-soal Tegangan Tinggi

Recommend Documents