TEKNIK PEMBANGKITAN DAN PENGUJIAN DENGAN TEGANGAN TINGGI IMPULS

1. TEKNIK PEMBANGKITAN DAN PENGUJIAN DENGAN TEGANGAN TINGGI IMPULS

2. Keperluan dan Fungsi Pengujian • Adanya gangguan tegangan lebih luar yang disebabkan oleh pelepasan muatan petir. • Mempunyai bentuk gelombang aperiodik yang diredam, seperti pelepasan muatan kapasitor melalui tahanan yang induktif • Bentuk Gelombang: berekor pendek bermuka curam. • Merupakan gelombang berjalan (Traveling Wave) • Selama gelombang ini berjalan melalui kawat transmisi bentuknya berubah : Mukanya menjadi kurang curam dan ekornya bertambah panjang, amplitudonya berkurang. • Berfungsi untuk eksperimen dan riset mengenai ketahanan peralatan terhadap gelombang petir.

3. Bentuk Tegangan Impuls • Bentuk Gelombang Naik dalam waktu singkat dengan penurunan yang lambat. • Persamaan : V=V0(e-at – e-bt) • Bentuk Gelombang :

4. Muka Gelombang : Bagian dari gelombang yang dimulai dari titik nol (nominal) sampai titik puncak.(menurut IEC ditentukan dari titik nominal perpotongan antara sumbu waktu dengan garis lurus yang menghubungkan 30% dan 90% dari tegangan puncak). • Ekor Gelombang : Bagian dari puncak gelombang sampai turun 50% dari titik puncak. • Bentuk Gelombang dinyatakan sebagai :(Tf x Tt) s. [IEC: (1.2 x 50) s ].

5. Toleransi Harga Tf dan Tt berbagai standart • Untuk Surja hubung digunakan nilai :[IEC: (250 x 2500) s ].

6. Prinsip Kerja Generator Impuls Prinsip Kerja: • Kapasitor C diberi muatan dari sebuah sumber DC melalui tahanan pemuat r. • Percikan api (spark over) antara sela api G terjadi pada waktu tegangan pemuat V mencapai suatu harga tertentu. • Pada waktu itu muatan pada C dilepaskan (discharges) melalui tahanan seri Rs, induktansi L, dan tahanan R0. • Dengan demikian tegangan impuls terjadi diantara terminal tahanan Ro. Note: • Tahanan Rs bertindak sebagai tahanan peredam (damping resistor) untuk menghindari osilasi frekuensi tinggi. • Ro dipakai untuk mengatur bentuk ekor gelombang. • L bersama Ro dipakai mengatur muka gelombang.

7. Persamaan Dasar Sirkuit RLC • Bila C(2r)>>CR dimana R=Ro+Rsmaka : • Penyelesaiannya : maka: • Maka : • Dengan rumus ABC didapatkan:

8. Maka didapatkan penyelesaian umum : • Dimana A1 dan A2 adalah konstanta integral yang dapat ditentukan dari kondisi permulaan  pada saat t=0 maka akan didapat : • i=0 • L di/dt=V

9. Karena: • Maka :

10. Tegangan Impuls: 1 dan 2 adalah positip dan riil.

12. Analisa Persamaan Impuls RLC • Dalam praktek harga yang harus ditentukan adalah panjangnya: • Muka Gelombang • Ekor Gelombang • Maka yang harus dicari adalah harga : • 1 dan 2 • L dan R • L dan C • R dan C

13. Untuk menentukan 1 dan 2 diperlukan 2 Persamaan: • Yang menyatakanTf adalah titik maksimum, yaitu pada waktu dv/dt=0.

14. Secara teoritis, 1 dan 2 dapat dicari dari 2 persamaan diatas bila Tf dan Tt diketahui. • Oleh karena penyelesaiannya agak sulit maka digunakan penyederhanaan berikut : • Yang menyatakan bahwa tegangan impulsnya menurun menjadi setengahnya pada waktu Tt :

15. Dari persamaan tersebut dapat diatrik sebuah lengkung yang menghubungkan k dengan  • Jadi untuk tiap bentuk gelombang dimana Tf dan Tt diberikan maka k dan  dapat dihitung

16. Jadi bila Tf dan Tt diketahui maka k dapat dihitung. • Dari gambar dapat diukur ln , sehingga  dapat dihitung. • Setelah itu  dapat dicari. • Sehingga 1 dan 2 dapat ditentukan. • Apabila ketelitian yang lebih tinggi dikehendaki, maka dipakai cara analitis sebagai berikut : • Selanjutnya bila

17. Kesalahan kira-kira 2%. • Dengan trial and error maka  dan  dapat dicari. • Dan dengan cara yang sama pula 1 dan 2 dapat ditentukan.

18. Beberapa harga untuk beberapa macam bentuk gelombang L=µH C= µF R=

19. Effesiensi Tegangan • Karena ada jatuh Tegangan (Voltage Drop) maka tegangan impuls yang sampai ke spesimen yang diuji akan lebih rendah • Maka dapat didefinisikan effesiensi tegangan : • Effesiensi Tegangan ini sering disebut juga sebagai “Utilization ratio” • Untuk Sirkuit RLC :

20. Persoalan Pengaturan Bentuk Gelombang • Dalam praktek setiap spesimen yang diuji mempunyai ciri khas, karena sedikit banyak ada induktansi, kapasitansi atau “mutual coupling” yang tidak diinginkan (stray parameter). • Contohnya : • Transformator kapasitas besar sukar diatur Tt-nya • Bushing tegangan tinggi sukar mencapai toleransi 50%

21. Sirkuit RLC PraktisCara memberi muatan • Generator impuls 1 tahap tidak dapat menghasilkan tegangan yang terlalu tinggi. • Untuk menaikan tingkat tegangan maka dipakailah generator impul multi tahap (multi-stage generator) • Prinsip kerjanya adalah : Kapasitor dalam setiap tahap diberi muatan secara paralel dan dilepaskan muatannya secara seri melalui sela api (spark-gaps) • Cara pemberian muatan ada 2 cara : • Secara Seri • Secara Paralel

22. Pemberian Muatan Secara Seri • Tahanan pemuatnya semua dihubungkan secara seri • Tiga sela bola dalam tahap yang terendah dipakai untuk memudahkan lompatan api diantara sela seri

23. Pemberian Muatan Secara Paralel • Tiap tahanan pemuat dihubungkan secara paralel. • Kerugian dari rangkaian paralel dibanding rangkaian seri adalah bahwa tiap tahanan pemuat harus diisolasikan terhadap seluruh tegangan pemuat • Hal ini sangan merugikan dan tidak ekonomis dan secara teknis sukar dibuat

24. Sirkuit RLC PraktisCara Mulai dan Mengatur Tegangan • Pelepasan muatan di Generator Impuls diharapkan dapat terkontrol kapan akan dilakukan • Ada 2 cara pengaturan : • Pelepasan terjadi secara spontan • Pelepasan buatan dengan bantuan sela khusus • Untuk pengoperasian yang simultan antara Generator Impuls dan alat pencatat, maka diperlukan suatu sela mulai yang dapat dilepaskan dengan isyarat/cara listrik.

25. Gambar diatas menggambarkan sela mulai yang mempunyai sela jarum ditengahnya • Apabila sebuah pulsa sampai pada jarum, maka medan pada sela utama berubah, sehingga terjadi percikan api pada tegangan yang lebih rendah daripada tegangan yang seharusnya. • Guna tabung gelas untuk mempercepat terjadinya korona. • Tegangan yang diperlukan untuk memulai percikan adalah 5-10 kV.

26. Titik P1 dan P2 dimuati dari sumber DC, masing-masing K1 dan K2, yang diberi tegangan pemuat 5-10 kV • Bila bola pencetus G1 dimulai oleh pulsa yang dikirim dari osiloskop, maka potential P1 tiba-tiba menjadi nol, sedangkan P2 menjadi 2 kali tegangan pemuat. • Oleh sebab itu terjadi percikan pada sela G2 yang mengakibatkan tegangan impuls. • Waktu penundaan pencetusan/trigger diatur oleh C

27. Hasil pulsa keluaran karena percikan di sela G2 mengakibatkan bentuk impuls bebrbentuk segi empat • Dengan adanya kapasitor C bentuk tegangannya menjadi lebih dibulatkan.

28. Cara Mengukur Tegangan ImpulsDengan Menggunakan Sela Bola • Sela bola sering digunakan untuk mengukur tegangan impuls • Sela bola harus selalu ditera dengan tegangan percik 50% (disingkat 50% sparkover, SOV) dari sela bola standar • Sela bola standar adalah sela bola yang memenuhi syarat standar mengenai : • Kwalitas • Jarak sela • Ukuran bola • Dalam keadaan udara tertentu, sela bola selalu mempunyai tegangan percik tertentu pula. Itulah sebabnya sela bola dapat dipakai sebagai alat ukur.

29. Bentuk Kondisi Bola Elektroda Syarat: • 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 k s/d 1000 k • Tegangan uji Impuls 500  S= jarak antara elektroda bola A=jarak antara titik P dengan tanah B=jari-jari dalam ruangdiameter elektroda yang bebas dari benda atau bangunan lain

30. Ketepatan Nilai Tabel dan Pengaruh Udara Sekitar • Untuk pengujian AC dan Impuls sampai 0.5D dengan kesalahan 3%. • Untuk jarak diatas 0.7D nilai ditabel kurang tepat maka diberi tanda kurung. • Kesalahan mencapai  5% bila jarak 0.4D • Nilai tegangan yang terdapat ditabel hanya berlaku untuk • Suhu sekitar 20C • Tekanan udara 1013 mbar atau 760 mm Hg atau 1 Torr

33. Untuk menetapkan 50% SOV dapat ditentukan dengan 2 cara : • Interpolasi • Cara naik dan turun (Up-and-Down Method), lebih umum digunakan. Prosesnya yaitu: • Cara naik dan turun (Up-and-Down Method).Mula-mula tegangan puncak dari percikan minimum diterapkan pada sela. • Apabila percikan terjadi, maka tegangan di turunkan setingkat (besar tingkatan ditentukan dari pengalaman) • Tegangan ini diterapkan lagi, kalau masih ada percikan tegangan diturunkan lagi. Apabila tidak tegangan dinaikkan • Prosedure ini diulang sampai 30 – 50 kali

34. Besarnya 50% SOV adalah :Vs=Vminimum+(Vi-Vi-1)(A/N + ½) • Dimana : • Vminimum= tegangan yang terjadi pada tanda X yang terendah • Vi =tegangan pada tingkat I (tertinggi) • Dari tabel didapat Vs=28+(32-31)(29/20 + ½)= 29.95 kV • Bila tanda “O”, maka rumus yang dipakai berubah menjadiV*s =V*minimum+(Vi-Vi-1)(A/N - ½) • Jika titik yang diambil cukup banyak maka Vs= V*s

35. Cara Mengukur Tegangan ImpulsDengan Menggunakan CRO • 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)

36. Gambar diatas menunjukkan sirkuit pengukuran dan pembagi tegangan (menggunakan tahanan). • Untuk menghindari osilasi maka perlu diperhatikan syarat-syarat tertentu :R2+R3=R4=R5=R6=z=surge impedance kabel. • Apabila syarat tersebut dipenuhi, maka sirkuit pengukurannya dapat disederhanakan. • Jika R5=R6z maka bentuk gelombang berubah karena ada refleksi keluar masuk kabel akan banyak berkurang jika R2+R3=R4

37. Faktor Koreksi Keadaan Udara • Koreksi Keadaan udara menggunakan rumus2 yang telah diterangkan di bab 2 Buku Teknik Tegangan Tinggi karangan Artono Arismunandar

38. Konstruksi Generator Impuls • Contoh konstruksi • Spesifikasi : • 10 Tahap • Tegangan Nominal 750 kV • Tegangan Penguji 600 kV • Jumlah Kapasitansinya 0.06 F • Maka tenaga yang tersimpan adalahUC= ½ CVN2= ½ (0.05)10-6(750)2106 = 14000 joules(watt-detik) • Untuk pengujian biasa hanya dibutuhkan :1000 joules / 100kV • Hubungan antara tegangan nominal dan tegangan pemuat maksimum dinyatakan dengan : VN=nVQdimana n= jumlah tahap VQ=Tegangan pemuat maksimum