KEMENTERIAN RISET TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI UNIVERSITAS KHAIRUN Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Alamat : Kampus II Gambesi. Ternate, Telp. (0921) 3121356 Faks. . (0921) 3121356
UJIAN AKHIR SEMESTER (UAS) GENAP TA 2016/2017 Mata Kuliah Dosen Hari/Tanggal Jam Waktu Jenis Ujian
: Kualitas Daya Listrik : Idham A. Djufri, ST.,MT : Selasa / 13 Juni 2017 : 13.30 – 15.30 : 120 Menit : Open buku
Soal : 1. Apakah perbedaan autara transforrnator uji tegangan tinggi dengan transfolmator daya?. 2. Jelaskan
dengan
gambar,
perbedaan
rangkaian-rangkaian
penyearah
untuk
membangkitkan tegangan dc. 3. Sebutkan standar waktu tegangan impuls petir dan impuls kontak. Berapa besar toleransi yang diijinkan pada besaran-besaran waktu tersebut? 4. Jelaskan pengaruh induktansi pada bentuk gelombang tegangan impuls pada pembangkitan tegangan impuls. 5. Pada rangkaian pembangkitan tegangan impuls, sebutkan komponen-komponen yang mempengaruhi waktu ke puncak dan waktu punggung tegangan tersebut. 6. Berikan standard waktu arus impuls eksponensial dan arus impuls waktu panjang (segiempat) beserta toleransinya 7. Gambarkan rangkaian pembangkitan arus impuls segiempat Bagaimanakah cara memperpanjang waktu impuls pada pembangkitan arus impuls segiempat? 8. Jelaskan perbedaan proses perbanyakan elektron pada poses ionisasi dan emisi. 9. Apa yang didefinisikan oleh koefesien ionisasi Townsend pertama dan koefesien ionisasi Townsend kedua? 10. Jelaskan perbedaan antara ionisasi photon dan emisi photon! ***** SELAMAT BEKERJA******
NAMA
: DUPPY PURBAYATRY SEPTIANO
NIM
: 07251621104
TUGAS
: UAS TEKNIK TEGANGAN TINGGI
Jawaban :
1. Perbedaan transformator uji tegangan tinggi dengan transfolmator daya :
Trafo uji ini berfungsi untuk menguji apakah sistem jaringan tegangan tinggi memiliki ketahanan dalam menghadapi tegangan normal maupun tegangan lebih.Tegangan normal dalam konteks ini adalah tegangan yang dapat di handle trafo dalam waktu yang tak terbatas.Sedangkan tegangan lebih adalah suatu tegangan dalam sistem tegangan tinggi yang dapat ditahan oleh jaringan dalam waktu yang terbatas. Dalam pengujiannya,trafo uji memiliki karakteristik yang tidak sama seperti trafo tenaga.Trafo tenaga sering dipakai oleh beberapa pembangkit seperti PLTA,PLTU dan PLTN.Perbedaan karakteristik trafo uji dan trafo tegangan adalah :
Perbandingan lilitan trafo uji lebih besar dibanding trafo tenaga.Hal tersebut dikarenakan trafo daya hanya memiliki catu sebesar 220 v atau tegangan distribusi sedangkan yang akan dibangkitkan untuk pengujian tegangan tinggi bisa mencapai satuan KV.Maka dari pada itu perbandingan lilitan sekunder dan primernya lebih besar trafo tenaga.
Kapasitas KVA-nya lebih kecil dibandingkan dengan kapasitas trafo tenaga oleh karena keperluan mengadakan lompatan api tidak perlu tenaga yang besar. Yang diperlukan disini adalah tegangan,bukan tenaga.
Hanya trafo satu fasa yang digunakan.Hal ini disebabkan karena biasanya pengujian dilakukan fasa-demi-fasa.
Biasanya terminalnya (ujung lilitannya) ditanahkan (grounded) untuk keperluan proteksi dan keamanan.
Pada waktu merencanakan isolasi untuk trafo penguji hanya diperhitungkan isolasi terhadap tegangan penguji maksimum, karena tidak diharapkan trafo tersebut tidak mengalami tegangan
2. Perbedaan rangkaian-rangkaian penyearah untuk membangkitkan tegangan dc :
Tegangan tinggi searah dibangkitkan dengan menyearahkan tegangan tinggi bolakbalik.
Gambar. Rangkaian penyearah setengah gelombang
Gambar 2.4Tegangan keluaran penyearah setengah gelombang Jika dibutuhkan tegangan keluaran yang lebih rata maka diterminal keluaran dipasang kapasitor perata.
3. Standar waktu tegangan impuls petir dan impuls kontak dan besar toleransi yang diijinkan
pada besaran-besaran waktu tersebut : a) Tegangan Impuls Petir Definisi dahi dan punggung gelombang ditetapkan dalam standar-standar sedemikian rupa sehingga kesulitan dalam menentukan permulaan gelombang dan puncak gelombang dapat diatasi.
Menurut standar Jepang titik nol nominal dari sebuah tegangan impuls adalah perpotongan antara sumbu waktu dengan garis lurus yang menghubungkan titik-titik 10% dan 90% dari suatu puncak tegangan. Menurut rekomendasi International Electrotechnical Commission (IEC), angkanya berturut-turut 30% dan 90% (Arismunandar, 1984:29). Dahi gelombang didefinisikan sebagai bagian dari gelombang yang dimulai dari titik nol (nominal) sampai titik puncak, sedang sisanya disebut punggung gelombang. Setengah puncak gelombang adalah titik-titik pada dahi dan punggung dimana tegangannya adalah setengah puncak. Menurut standar Jepang waktu dahi Ts didefinisikan sebagai hasil bagi antara lamanya tegangan naik dari 10% sampai 90% dari puncak dan 0,8. Sedangkan waktu punggung Tr didefinisikan sebagai waktu titik nol nominal sampai setengah puncak ekor. Kecuraman muka gelombang adalah kecepatan naiknya gelombang pada muka gelombang. Kecuraman rata-rata untuk mudahnya dinyatakan sebagai perbandingan antara tegangan puncak dan lamanya waktu muka. Gelombang penuh adalah gelombang yang tidak terputus karena lompatan api atau tembus(breakdown), mempunyai waktu dahi Ts dan waktu punggung Tr. Bentuk gelombang impuls petir standar menurut IEC adalah 1,2/50 μs. Standarstandar Jerman dan Inggris menetapkan 1/50 μs. Amerika Serikat mempunyai standar 1,5/40 μs. Jepang memiliki standar 1/40 μs. Toleransi untuk waktu dahi Ts dan waktu punggung Tr adalah masing-masing: Jepang 0,5-2 μs, Inggris 0,5-1,5 μs dan 40-60 μs, Amerika Serikat 1,0-2,0 μs dan 30-50 μs. b) Tegangan Impuls Kontak Besaran waktu standar untuk tegangan impuls kontak adalah 250/2500 µs. Dengan TCr = T1 = 250 µs ± 20% dan T2 = 2500 µs ± 60%. Waktu ke puncak TCr diperoleh dari rentang waktu antara awal impuls dan tercapainya nilai puncak. Osilasi frekuensi tinggi saat pembangkitan tegangan impuls masih ada akan tetapi hal ini secara praktis tidak berpengaruh karena konstanta waktu tegangan impuls petir jauh lebih besar dari osilasi ini. Waktu punggung T2 merupakan rentang waktu antara awal impuls dan nilai 50% nilai tegngan puncak pada punggung gelombang. Waktu punggung ini mempnyai toleransi sangat besar, karena tergantung dari impedansi benda uji, realisasi waktu ounggung ini bisa menjadi sangat sulit. Toleransi nilai puncak tegangan impuls kontak harus tetap 3%. Permasalahan penentuan nilai puncak seperti pada tegangan impuls petir tidak ditemui karena proses osilasi telah hilang saat mencapai nilai puncak. Besaran lain yang biasa melengkapi
besaran tegangan impuls kontak adalah waktu puncak Td yang didefinisikan sebagai rentang waktu dimana nilai tegangan lebih besar dari 90%.
4. Pengaruh induktansi pada bentuk gelombang tegangan impuls pada pembangkitan
tegangan impuls : Rangkaian generator impuls yang sesungguhnya memiliki komponen induktansi sasar yang terhubung seri dengan rangkaian. Adanya induktansi sasar dapat mengakibatkan osilasi pada muka dan ekor gelombang impuls. 5. Komponen-komponen yang mempengaruhi waktu ke puncak dan waktu punggung
tegangan pada rangkaian pembangkitan tegangan impuls : Untuk menghasikan bentuk gelombang impuls eksponen ganda dapat digunakan rangkaian RLC. Semula kapasitor (C) dimuati oleh sumbertegangan DC, dan pada tegangan tertentu ketika saklar S1 ditutup maka akan mengalir arus (i) dalam rangkaian R dan L, maka persamaan arus dapat ditentukan dengan menyelesaikan persamaan defrensial dari rangkaian Gambar :
Fungsi tegangan impuls adalah jumlah dari 2 buah fungsi eksponensial.
6. Standard waktu arus impuls eksponensial dan arus impuls waktu panjang (segiempat)
beserta toleransinya :
Definisi bentuk gelombang impuls [2]
Bentuk dan waktu gelombang impuls dapat diatur dengan mengubah nilai komponen rangkaian generator impuls.
Nilai puncak (peak value) merupakan nilai maksimum gelombang impuls.
Muka gelombang (wave front) didefinisikan sebagai bagian gelombang yang dimulai dari titik nol sampai titik puncak. Waktu muka (Tf) adalah waktu yang dimulai dari titik nol sampai titik puncak gelombang.
Ekor gelombang (wave tail) didefinisikan sebagai bagian gelombang yang dimulai dari titik puncak sampai akhir gelombang. Waktu ekor (Tt) adalah waktu yang dimulai dari titik nol sampai setengah puncak pada ekor gelombang.
Pada tegangan impuls yang disebabkan oleh sambaran petir maupun yang disebabkan oleh proses hubung buka, waktu untuk mencapai puncak gelombang dan waktu penurunan tegangan sangat bervariasi sehingga untuk pengujian perlu ditetapkan bentuk standar tegangan impuls. Nilai toleransi waktu muka dan waktu ekor gelombang untuk standar Jepang adalah 0,5 – 2 μs dan 35 – 50 μs, standar Inggris 0,5 –1,5 μs dan 40 – 60 μs, sedangkan untuk standar Amerika adalah 1,0 –2,0 μs dan 30 – 50 μs.
7. Rangkaian pembangkitan arus impuls segiempat dan cara memperpanjang waktu impuls
pada pembangkitan arus impuls segiempat Dalam teknologi tegangan tinggi, suatu pulsa tegangan polaritas tunggal dikatakan sebagai impuls. Dalam gambar 1 ditunjukan 3 contoh penting yang disertai parameter – paramater :
Gambar 1. Contoh Tegangan Impuls Keterangan : U = Tegangan tembus Td = Waktu paruh S = Kecuraman
a. Tegangan impuls persegi b. Tegangan impuls bentuk gergaji c. Tegangan impuls eksponensial ganda Ketergantungan terhadap waktu maupun tempo tegangan impuls tergantung pada cara pembangkitannya. Untuk percobaan dasar sering digunakan tegangan impuls persegi melonjak hingga nilai yang hampir konstan, maupun tegangan impuls berbentuk gergaji yang yang
8. Perbedaan proses perbanyakan elektron pada poses ionisasi dan emisi :
Proses ionisasi merupakan proses fisik mengubah atom atau molekul menjadi ion dengan menambahkan atau mengurangi partikel bermuatan seperti elektron atau lainnya sedangkan proses Emisi merupakan suatu peristiwa terlepasnya satu atau lebih elektron dari ikatanya dalam suatu atom atau molekul.
9. Yang didefinisikan oleh koefesien ionisasi Townsend pertama dan koefesien ionisasi
Townsend kedua :
Mekanisme ini berlaku pada jarak sela elektroda yang kecil, atau kira-kira p.s ≤10 bar mm.
Arus yang dihasilkan oleh peristiwa tembus hanya merupakan hasil dari proses ionisasi.
Elektron mula dihasilkan oleh ionisasi eksternal (UV, sinar kosmik, thermal, emisi medan listrik pada permukaan elektroda, dll).
Elektron mula akan mengionisasi molekul-molekul gas sehingga menghasilkan elektron avalans (kumpulan elektron dan ion positif).
Elektron avalans akan terbentuk dari katoda ke anoda sehingga menyebabkan tembus.
10. Perbedaan antara ionisasi photon dan emisi photon :
Photon merupakan partikel dari cahaya yang mengakibatkan radiasi elektromagnetik. Photon identik dengan panjang gelombang (_) yang menentukan spektrum dari gelombang elektromagnetik, diantaranya sinar gamma, sinar-X, cahaya ultraviolet, cahaya tampak,
inframerah, microwaves, dan gelombang radio. Partikel photon tidak memiliki massa seperti elektron, sehingga dapat merambat dengan kecepatan cahaya termasuk dalam ruang hampa. Photon juga memiliki karakteristik seperti gelombang, seperti dapat dipantulkan oleh lensa, dan dapat saling menghilangkan apabila terjadi interferensi gelombang akibat pemantulan. Sebuah photon yang memiliki energi mampu mengeksitasi sebuah molekul seperti elektron pada photoreceptor cell, atau dengan efek photovoltaic, photon mampu mengeksitasi elektron menjadi elektron bebas yang dapat menghasilkan arus listrik. Sedangkan fenomena munculnya emisi photon saat elektron berekombinasi dari pita konduksi ke pita valensi. Jika proses absorpsi, elektron menerima energi agar dapat tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi,maka pada spontaneous emission, elektron melepas energi minimal sebesar energigap, kemudian energi yang dilepaskan tersebut mengemisikan photon dengan besar yang sama dengan energi gap. Besarnya energi gap mempengaruhi panjang gelombang dari photon yang diemisikan, dalam aplikasi laser semikonduktor, biasanya jenis material yang digunakan adalah direct band gap dengan energi gap yang sudah ditentukan untuk menghasilka spektrum cahaya yang diinginkan. Dalam penulisan ini, konsep up/down-conversion diilhami dari fenomena tersebut untuk mengkonversi energi photon yang diterima dari cahaya matahari dengan memaksimalkan panjang gelombang yang sesuai dengan karakteristirk sola.