Analisis Rangkaian Generator Impuls Untuk Membangkitkan Tenaga Impuls Petir Menurut Berbagai Standar

(1)

ANALISIS RANGKAIAN GENERATOR IMPULS UNTUK

MEMBANGKITKAN TEGANGAN IMPULS PETIR

MENURUT BERBAGAI STANDAR

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh:

WANGTO RATTA HALIM NIM : 090402028

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

ABSTRAK

Pada tegangan impuls yang disebabkan oleh sambaran petir, waktu yang diperlukan untuk mencapai puncak gelombang dan waktu penurunan tegangan

sangat bervariasi sehingga perlu ditetapkan bentuk standar tegangan impuls petir untuk keperluan pengujian. Terdapat beberapa standar mengenai tegangan impuls petir diantaranya standar Jepang, Inggris, Amerika dan International

Electrotechnical Commission (IEC). Masing- masing standar memiliki perbedaan dari segi waktu muka dan waktu ekor gelombang.

Tugas Akhir ini menampilkan bentuk tegangan impuls petir sesuai standar Jepang, Inggris, Amerika dan IEC, serta cara menentukan besar resistansi, induktansi dan kapasitansi pada generator impuls untuk menghasilkan bentuk

gelombang impuls petir sesuai masing-masing standar. Dari hasil analisis dapat dilihat bahwa nilai tegangan puncak, waktu muka dan waktu ekor gelombang

dapat diatur dengan mengubah nilai resistansi, induktansi dan kapasitansi pada generator impuls.

(3)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan

untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

ANALISIS RANGKAIAN GENERATOR IMPULS UNTUK MEMBANGKITKAN TEGANGAN IMPULS PETIR MENURUT

BERBAGAI STANDAR

Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah

membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya dan juga kepada kakak penulis yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis

dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan

dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah

(4)

2. Bapak Ir. Panusur S.M.L. Tobing selaku dosen wali penulis yang banyak

memberikan masukan dan pengarahan selama perkuliahan.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

4. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro yang telah memberikan

bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Keluarga Besar Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi FT USU : Wilvian, Angelina, Kentrick, Join, Raymond, Meta.

6. Sahabat-sahabat seperjuangan: Ahmad, Fakhrul, Doni, Agung, Dimas,

Lukman, Yuli, Nanda, Tumbur, Rudy, Nisa, Fitri dan seluruh teman-teman stambuk 2009 yang tidak mungkin disebutkan satu per satu.

7. Semua abang dan kakak senior serta adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis.

8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis

berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Februari 2014 Penulis,

(5)

DAFTAR ISI

BAB II TEGANGAN TINGGI IMPULS 2.1 Tegangan Impuls ... 6

2.2 Generator Impuls ... 10

2.2.1 Generator Impuls RLC ... 10

A. Nilai Maksimum dan Efisiensi Tegangan ... 13

B. Menentukan Nilai R, L, dan C ... 13

(6)

2.2.3 Generator Impuls Rangkaian Marx ... 25

2.3 Pengaruh Induktansi pada Rangkaian Generator Impuls ... 26

2.4 Pengaruh Beban pada Generator Impuls ... 30

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum ... 37

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian ... 37

3.3 Alat dan Bahan ... 37

3.4 Metode Pengumpulan Data ... 38

3.5 Langkah- Langkah Penelitian ... 38

3.6 Analisis Data ... 39

3.6.2 Generator Impuls RC ... 41

3.6.3 Generator Impuls Marx ... 42

BAB IV ANALISIS RANGKAIAN GENERATOR IMPULS UNTUK MEMBANGKITKAN TEGANGAN IMPULS PETIR MENURUT BERBAGAI STANDAR 4.1 Umum ... 43

4.2 Parameter Generator Impuls ... 43

4.2.1 Parameter Generator Impuls RLC ... 43

A. Standar Jepang ... 44

B. Standar Inggris ... 45

(7)

D. Standar IEC ... 47

4.2.3 Parameter Generator Impuls Marx Tiga Tingkat ... 52

A. Standar Jepang ... 52

B. Standar Inggris ... 53

C. Standar Amerika ... 54

D. Standar IEC ... 55

4.3 Analisis Bentuk Gelombang Impuls Petir ... 56

A. Bentuk Gelombang Impuls Petir Berdasarkan Standar Jepang ... 56

B. Bentuk Gelombang Impuls Petir Berdasarkan Standar Inggris ... 59

C. Bentuk Gelombang Impuls Petir Berdasarkan Standar Amerika ... 62

D. Bentuk Gelombang Impuls Petir Berdasarkan Standar IEC ... 64

(8)

4.3.3 Generator Impuls Marx Tiga Tingkat ... 77

D. Bentuk Gelombang Impuls Petir Berdasarkan Standar IEC ... 86

4.4 Pengaruh Induktansi Sasar pada Rangkaian Generator Impuls ... 89

4.4.3 Generator Impuls Marx Tiga Tingkat ... 93

4.5 Pengaruh Beban pada Generator Impuls ... 95

4.5.1 Generator Impuls RLC dengan beban induktif ... 95

4.5.2 Generator Impuls RLC dengan beban kapasitif ... 98

4.5.3 Generator Impuls RC dengan beban induktif ... 101

4.5.4 Generator Impuls RC dengan beban kapasitif ... 103

4.5.5 Generator Impuls Marx Tiga Tingkatdengan beban induktif ... 106

4.5.6 Generator Impuls Marx Tiga Tingkatdengan beban kapasitif ... 109

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 111

5.2 Saran ... 113

DAFTAR PUSTAKA ... 114

(9)

LAMPIRAN 2 Perhitungan Parameter Generator Impuls RLC (Standar Inggris)

LAMPIRAN 3 Perhitungan Parameter Generator Impuls RLC (Standar Amerika)

LAMPIRAN 4 Perhitungan Parameter Generator Impuls RLC (Standar IEC)

LAMPIRAN 5 Perhitungan Parameter Generator Impuls RC (Standar Jepang)

LAMPIRAN 6 Perhitungan Parameter Generator Impuls RC (Standar Inggris)

LAMPIRAN 7 Perhitungan Parameter Generator Impuls RC (Standar Amerika)

LAMPIRAN 8 Perhitungan Parameter Generator Impuls RC (Standar IEC)

LAMPIRAN 9 Perhitungan Parameter Generator Impuls Marx (Standar Jepang)

LAMPIRAN 10 Perhitungan Parameter Generator Impuls Marx (Standar Inggris)

LAMPIRAN 11 Perhitungan Parameter Generator Impuls Marx (Standar Amerika)

LAMPIRAN 12 Perhitungan Parameter Generator Impuls Marx (Standar IEC)

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.9 Rangkaian generator impuls Marx tiga tingkat ... 25

Gambar 2.10 Rangkaian generator impuls RC dengan induktansi sasar L ... 26

Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen generator RC dengan induktansi sasar L ... 26

Gambar 2.12 Bentuk gelombang impuls petir dengan induktansi sasar L ... 30

Gambar 2.13 Rangkaian generator impuls RC dengan beban induktif ... 31

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen generator impuls RC dengan beban induktif L ... 31

Gambar 2.15 Bentuk gelombang impuls petir dengan beban induktif L ... 35

Gambar 2.16 Rangkaian pengujian untuk beban induktif ... 36

Gambar 2.17 Rangkaian Glaninger untuk pengujian beban induktif ... 36

Gambar 4.1 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter generator impuls RLC berdasarkan standar Jepang ... 44

(11)

Gambar 4.3 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter

generator impuls RLC berdasarkan standar Amerika ... 46 Gambar 4.4 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter

generator impuls RLC berdasarkan standar IEC ... 47

generator impuls RC berdasarkan standar Jepang ... 48

generator impuls RC berdasarkan standar Inggris ... 49

generator impuls RC berdasarkan standar Amerika ... 50 Gambar 4.8 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter

generator impuls RC berdasarkan standar IEC ... 51 Gambar 4.9 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter

generator impuls Marxberdasarkan standar Jepang ... 53 Gambar 4.10 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter

generator impuls Marxberdasarkan standar Inggris ... 54

generator impuls Marxberdasarkan standar Amerika ... 55

generator impuls Marxberdasarkan standar IEC ... 56

Gambar 4.13 Rangkaian generator impuls RLC berdasarkan standar

Jepang ... 57 Gambar 4.14 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RLC

(12)

Gambar 4.15 Rangkaian generator impuls RLC untuk standar Jepang ... 58 Gambar 4.16 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Jepang .... 59 Gambar 4.17 Rangkaian generator impuls RLC berdasarkan standar

Inggris ... 60

Gambar 4.18 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RLC

berdasarkan standar Inggris ... 60

Gambar 4.19 Rangkaian generator impuls RLC untuk standar Inggris ... 61 Gambar 4.20 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Inggris ... 61 Gambar 4.21 Rangkaian generator impuls RLC berdasarkan standar

Amerika ... 62 Gambar 4.22 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RLC

berdasarkan standar Amerika ... 63 Gambar 4.23 Rangkaian generator impuls RLC untuk standar

Amerika ... 63 Gambar 4.24 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Amerika . 64 Gambar 4.25 Rangkaian generator impuls RLC berdasarkan standar

IEC ... 65 Gambar 4.26 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RLC

berdasarkan standar IEC ... 65 Gambar 4.27 Rangkaian generator impuls RLC untuk standar IEC ... 66 Gambar 4.28 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar IEC ... 66 Gambar 4.29 Rangkaian generator impuls RC berdasarkan standar

(13)

Gambar 4.30 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RC

berdasarkan standar Jepang ... 68 Gambar 4.31 Rangkaian generator impuls RC untuk standar Jepang ... 68 Gambar 4.32 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Jepang .... 69 Gambar 4.33 Rangkaian generator impuls RC berdasarkan standar

Inggris ... 70

Gambar 4.35 Rangkaian generator impuls RC untuk standar Inggris ... 71 Gambar 4.36 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Inggris .... 71 Gambar 4.37 Rangkaian generator impuls RC berdasarkan standar

Amerika ... 72 Gambar 4.38 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RC

berdasarkan standar Amerika ... 73 Gambar 4.39 Rangkaian generator impuls RC untuk standar

Amerika ... 73

Gambar 4.40 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Amerika . 74 Gambar 4.41 Rangkaian generator impuls RC berdasarkan standar

IEC ... 75 Gambar 4.42 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RC

berdasarkan standar IEC ... 75

(14)

Gambar 4.45 Rangkaian generator impuls Marx berdasarkan standar

Jepang ... 77 Gambar 4.46 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls Marx

berdasarkan standar Jepang ... 78

Gambar 4.47 Rangkaian generator impuls Marx untuk standar

Jepang ... 79

Gambar 4.48 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Jepang .... 79 Gambar 4.49 Rangkaian generator impuls Marx berdasarkan standar

Inggris ... 80 Gambar 4.50 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls Marx

Inggris ... 82

Gambar 4.52 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Inggris .... 82 Gambar 4.53 Rangkaian generator impuls Marx berdasarkan standar

Amerika ... 83

Gambar 4.54 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls Marx

berdasarkan standar Amerika ... 84

Amerika ... 85

Gambar 4.56 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Amerika . 85 Gambar 4.57 Rangkaian generator impuls Marx berdasarkan standar

(15)

berdasarkan standar IEC ... 87 Gambar 4.59 Rangkaian generator impuls Marxuntuk standar IEC ... 88 Gambar 4.60 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar IEC ... 88 Gambar 4.61 Rangkaian generator impuls RLC dengan induktansi

sasar ... 89

dengan induktansi sasar ... 90

Gambar 4.63 Rangkaian generator impuls RC dengan induktansi

sasar ... 91 Gambar 4.64 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RC

dengan induktansi sasar ... 91 Gambar 4.65 Rangkaian generator impuls RC dengan mengubah

nilai R1 dan C2 ... 92

dengan perubahan nilai R1 dan C2 ... 92

Gambar 4.67 Rangkaian generator Marx tiga tingkat dengan

induktansi sasar ... 93

dengan induktansi sasar ... 94

Gambar 4.69 Rangkaian generator Marx tiga tingkat dengan

mengubah nilai R1’ dan C2 ... 94 Gambar 4.70 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls Marx

(16)

Gambar 4.71 Rangkaian generator impuls RLC dengan beban

induktif ... 96 Gambar 4.72 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RLC

dengan beban induktif ... 96

Gambar 4.73 Rangkaian generator impuls RLC dengan mengubah

nilai C dan R0 ... 97

dengan perubahan nilai C dan R0 ... 98

Gambar 4.75 Rangkaian generator impuls RLC dengan beban

kapasitif ... 99 Gambar 4.76 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RLC

dengan beban kapasitif ... 99 Gambar 4.77 Rangkaian generator impuls RLC dengan mengubah

nilai L, RS dan R0 ... 100 Gambar 4.78 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RLC

dengan perubahan nilai L, RS dan R0 ... 100

Gambar 4.79 Rangkaian generator impuls RC dengan beban induktif ... 101 Gambar 4.80 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RC

dengan beban induktif ... 101 Gambar 4.81 Rangkaian generator impuls RC dengan mengubah

nilai C1 dan R2 ... 102

(17)

Gambar 4.83 Rangkaian generator impuls RC dengan beban

kapasitif ... 104 Gambar 4.84 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RC

dengan beban kapasitif ... 104

Gambar 4.85 Rangkaian generator impuls RC dengan mengubah

nilai R1 ... 105

dengan perubahan nilai R1 ... 106

Gambar 4.87 Rangkaian generator Marx tiga tingkat dengan beban

induktif ... 107 Gambar 4.88 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls Marx

dengan beban induktif ... 107 Gambar 4.89 Rangkaian generator impuls Marx dengan mengubah

nilai C1’ ... 108 Gambar 4.90 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls Marx

dengan perubahan nilai C1’ ... 108

Gambar 4.91 Rangkaian generator Marx tiga tingkat dengan beban

kapasitif ... 109

(18)

DAFTAR TABEL

(19)

ABSTRAK

Pada tegangan impuls yang disebabkan oleh sambaran petir, waktu yang diperlukan untuk mencapai puncak gelombang dan waktu penurunan tegangan

sangat bervariasi sehingga perlu ditetapkan bentuk standar tegangan impuls petir untuk keperluan pengujian. Terdapat beberapa standar mengenai tegangan impuls petir diantaranya standar Jepang, Inggris, Amerika dan International

Electrotechnical Commission (IEC). Masing- masing standar memiliki perbedaan dari segi waktu muka dan waktu ekor gelombang.

Tugas Akhir ini menampilkan bentuk tegangan impuls petir sesuai standar Jepang, Inggris, Amerika dan IEC, serta cara menentukan besar resistansi, induktansi dan kapasitansi pada generator impuls untuk menghasilkan bentuk

gelombang impuls petir sesuai masing-masing standar. Dari hasil analisis dapat dilihat bahwa nilai tegangan puncak, waktu muka dan waktu ekor gelombang

dapat diatur dengan mengubah nilai resistansi, induktansi dan kapasitansi pada generator impuls.

(20)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada saat beroperasi suatu sistem tenaga listrik dapat mengalami tegangan

lebih impuls yang disebabkan oleh adanya operasi hubung-buka (switching

operation) ataupun karena sambaran petir pada komponen sistem tenaga listrik

tersebut. Meskipun waktu kerja tegangan impuls ini sangat singkat tetapi gelombang

ini memiliki tegangan puncak yang sangat tinggi dan jumlah energi yang sangat besar

sehingga dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan sistem tenaga listrik. Oleh

karena itu, peralatan perlu diuji dengan tegangan tinggi impuls untuk mengetahui

ketahanan peralatan dalam memikul tegangan lebih impuls.

Agar dapat melakukan riset dan pengujian ketahanan peralatan terhadap

tegangan impuls, maka perlu ditetapkan referensi atau standar mengenai bentuk gelombang impuls. Terdapat beberapa standar mengenai bentuk gelombang impuls petir diantaranya standar Jepang, Inggris, Amerika dan IEC. Selain itu,

terdapat pula beberapa jenis pembangkit tegangan tinggi impuls seperti generator impuls RLC, generator impuls RC dan generator Marx.

Bentuk dan waktu gelombang impuls dapat diatur dengan mengubah nilai komponen rangkaian generator impuls. Dengan demikian, bentuk gelombang

impuls petir sesuai masing-masing standar dapat dibuat dengan mengubah nilai resistansi, induktansi dan kapasitansi pada generator impuls RLC atau dengan mengubah nilai resistansi dan kapasitansi pada generator impuls RC dan generator

(21)

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana menentukan nilai resistansi, induktansi dan kapasitansi pada

generator impuls RLC, serta nilai resistansi dan kapasitansi pada generator

impuls RC untuk memperoleh tegangan puncak, waktu muka dan waktu ekor gelombang sesuai dengan standar Jepang, Inggris, Amerika dan

standar International Electrotechnical Commission (IEC).

2. Bagaimana pengaruh besar nilai resistansi, induktansi dan kapasitansi

generator impuls terhadap nilai tegangan puncak, waktu muka dan waktu ekor gelombang impuls petir.

1.3 Tujuan Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini bertujuan untuk menentukan nilai-nilai

resistansi, induktansi dan kapasitansi yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan puncak, waktu muka dan waktu ekor gelombang sesuai dengan standar

Jepang, Inggris, Amerika dan IEC serta menampilkan bentuk gelombang impuls petir berdasarkan nilai parameter tersebut.

1.4 Manfaat Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat sebagai informasi atau mungkin acuan tambahan dalam merancang generator impuls petir berdasarkan

nilai-nilai resistansi, induktansi dan kapasitansi yang ada pada generator impuls

(22)

1.5 Batasan Masalah

Untuk memudahkan pembahasan dalam tulisan ini, maka dibuat pembatasan masalah sebagai berikut :

1. Rangkaian generator impuls petir yang dikaji adalah generator impuls

RLC, generator impuls RC dan generator Marx tiga tingkat.

2. Bentuk tegangan tinggi impuls yang dibahas adalah tegangan impuls petir.

3. Dalam penelitian ini nilai induktansi sasar dimisalkan 10 µH, beban induktif sebesar 10 mH dan beban kapasitif sebesar 10 nF.

1.6 Metodologi Penelitian

Metodologi penelitian yang digunakan dalam menyusun Tugas Akhir ini

adalah sebagai berikut : 1. Studi Literatur

Mempelajari dan memahami buku-buku dan jurnal-jurnal yang telah ada sebelumnya untuk dijadikan sebagai acuan dan referensi guna membantu penyelesaian Tugas Akhir ini.

2. Analisis Data

Metode ini dimulai dengan menentukan parameter-parameter yang ada

pada setiap generator impuls petir. Parameter tersebut meliputi nilai resistansi, induktansi dan kapasitansi pada masing-masing generator dan kemudian dilanjutkan dengan menampilkan bentuk gelombang impuls

(23)

1.7 Sistematika Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini ditulis dan disusun dalam urutan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisikan latar belakang, rumusan masalah, tujuan dan

manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II TEGANGAN TINGGI IMPULS

Bab ini membahas tentang pengertian tegangan impuls, cara menentukan parameter generator impuls serta pengaruh induktansi sasar dan beban pada generator impuls.

BAB III METODE PENELITIAN

Bab ini membahas tentang cara yang harus ditempuh dalam kegiatan penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu

penelitian dapat memenuhi kaidah ilmiah.

BAB IV ANALISIS RANGKAIAN GENERATOR IMPULS UNTUK MEMBANGKITKAN TEGANGAN IMPULS PETIR MENURUT

BERBAGAI STANDAR

Bab ini membahas tentang perhitungan parameter generator impuls dan analisis bentuk gelombang impuls petir yang dibangkitkan

(24)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(25)

BAB II

TEGANGAN TINGGI IMPULS

2.1 TEGANGAN IMPULS

Tegangan Impuls (impulse voltage) adalah tegangan yang naik dalam waktu singkat sekali kemudian disusul dengan penurunan yang relatif lambat

menuju nol. Ada tiga bentuk tegangan impuls yang mungkin menerpa sistem tenaga listrik yaitu tegangan impuls petir yang disebabkan oleh sambaran petir

(lightning), tegangan impuls hubung buka yang disebabkan oleh adanya operasi hubung-buka (switching operation) dan tegangan impuls petir terpotong. [1]

t Gambar 2.1 Jenis tegangan impuls

Tegangan impuls didefinisikan sebagai suatu gelombang yang berbentuk

eksponensial ganda yang dapat dinyatakan dengan persamaan:

_(2.1)

Dari Persamaan (2.1) dapat dilihat bahwa bentuk gelombang impuls ditentukan oleh konstanta a dan b, sedangkan nilai konstanta a dan b ini

(26)

Definisi bentuk gelombang impuls [2]:

1. Bentuk dan waktu gelombang impuls dapat diatur dengan mengubah nilai komponen rangkaian generator impuls.

2. Nilai puncak (peak value) merupakan nilai maksimum gelombang impuls.

3. 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.

4. 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.

Penelitian menunjukkan bahwa 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. [1]

Suatu tegangan impuls dinyatakan dengan tiga besaran yaitu tegangan puncaknya (Vmaks), waktu muka (Tf), dan waktu ekor (Tt). Menurut IEC waktu

muka dan waktu ekor untuk tegangan impuls petir adalah

(27)

1,0

Gambar 2.2 Tegangan impuls petir berdasarkan standar IEC

Waktu muka dan waktu ekor yang dihasilkan generator impuls tidak selalu

tepat seperti yang diinginkan. Misalnya, untuk tegangan impuls petir berdasarkan standar IEC, penyimpangan waktu muka (Tf) yang ditolerir adalah ±30%, sedang

penyimpangan waktu ekor (Tt) yang ditolerir adalah ±20%. Untuk tegangan impuls hubung buka, penyimpangan waktu muka (Tf) yang ditolerir adalah ±20%, sedang penyimpangan waktu ekor (Tt) yang ditolerir adalah ±60%. Dengan

demikian, waktu muka (Tf) dan waktu ekor (Tt) berdasarkan standar IEC dapat dituliskan sebagai berikut [1]:

 Tegangan impuls petir:

 Tegangan impuls hubung buka:

60%

(28)

Tabel 2.1 Standar bentuk tegangan impuls petir [2]

μs, sedangkan untuk standar Amerika adalah 1,0 – β,0 μs dan γ0 – 50 μs seperti

ditunjukkan pada Gambar 3. Dari Gambar 3 dapat dilihat bahwa standar IEC

merupakan kompromi antara standar-standar tegangan impuls berbagai negara. [2]

0,5 2,0

(29)

2.2 GENERATOR IMPULS

Generator Impuls adalah alat yang digunakan untuk pengujian tegangan impuls dimana generator impuls inilah yang berperan untuk membangkitkan tegangan tinggi impuls. Terdapat beberapa jenis generator impuls diantaranya

generator impuls RLC, generator impuls RC dan generator Marx.

2.2.1 GENERATOR IMPULS RLC

Prinsip kerja generator impuls RLC ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Generator ini membutuhkan tegangan tinggi DC. Tegangan tinggi DC diperoleh dari penyearah tegangan tinggi DC yang tegangan keluarannya dapat diatur. Generator dilengkapi juga dengan sela picu F. Sumber tegangan tinggi DC,

Gambar 2.4 Rangkaian generator impuls RLC

Jika sela picu dioperasikan, maka sela elektroda F terhubung singkat dalam waktu yang singkat. Melalui sela picu ini, muatan kapasitor C dilepaskan

ke rangkaian RS, L, dan RO. Nilai resistor RP dibuat besar untuk menghambat muatan yang datang dari sumber tegangan tinggi DC selama proses pelepasan

(30)

berlangsung dalam waktu yang sangat singkat dan nilai resistor RP dibuat besar,

maka muatan yang datang dari sumber tegangan DC dapat dianggap tidak ada. [1]

Karena itu selama proses pelepasan muatan, tidak ada muatan yang sempat mengisi kapasitor C. Artinya hanya muatan pada kapasitor pemuat C yang

dilepaskan ke rangkaian RS, L, dan RO. Dengan demikian, rangkaian ekivalen generator setelah sela picu bekerja dapat dibuat seperti Gambar 2.5. [1]

Persamaan arus pada rangkaian ini adalah [1]

(2.2)

Tegangan kapasitor pemuat (V) adalah konstan sehingga turunan Persamaan (2.2)

terhadap waktu adalah

Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen generator impuls RLC

(2.4)

dengan

(31)

Penyelesaian Persamaan (2.4) di atas adalah sebagai berikut

_(2.6)

dengan

(2.7)

(2.8)

Nilai R, L dan C dapat diatur sedemikian rupa sehingga nilai suku-suku

yang di bawah tanda akar menjadi positif. Dengan demikian nilai α1 dan α2 menjadi bilangan nyata dan positif. Hal ini dapat dipenuhi jika

(2.9)

Tegangan keluaran generator sama dengan tegangan pada resistor RO, yaitu

(2.10)

Substitusi Persamaan (2.6) ke dalam Persamaan (2.10) menghasilkan

_(2.11)

Persamaan (2.11) dapat disederhanakan menjadi

_(2.12)

dengan

(32)

2.2.1.1 Nilai Maksimum dan Efisiensi Tegangan [1]

Nilai waktu untuk mencapai tegangan maksimum diperoleh dengan membuat turunan pertama dari Persamaan (2.11) sama dengan nol (dV/dt = 0), hasilnya adalah

(2.14)

Nilai Tf ini disubstitusikan ke dalam Persamaan (2.11) menghasilkan

(2.15)

Definisi efisiensi generator impuls adalah perbandingan harga maksimum tegangan keluaran dengan tegangan pada kapasitor pemuat C, atau

(2.16)

2.2.1.2 Menentukan Nilai R, L, dan C [1]

Dalam merencanakan suatu generator impuls, terlebih dahulu ditentukan

spesifikasi tegangan keluarannya, yaitu tegangan puncak (Vmaks), waktu muka

gelombang Tf, dan waktu ekor gelombang Tt. Di samping itu, ditentukan juga kapasitasnya (W) dan efisiensi tegangan generator (η) yang diinginkan. Dengan

diketahuinya semua spesifikasi di atas, besarnya komponen R, L, dan C dapat ditentukan.

(33)

(2.17)

Dari Persamaan (2.17) ini besar kapasitansi pemuat C dapat dihitung.

Persamaan (2.14) menyatakan bahwa waktu muka gelombang tegangan adalah

nilai dan ini ditunjukkan dalam Persamaan (2.7) dan (2.8) yaitu :

Jika nilai kapasitansi C sudah diketahui, kedua persamaan di atas merupakan dua persamaan dengan dua bilangan yang tidak diketahui, yaitu R dan

L sehingga nilai R dan L dapat dihitung. Jika nilai η, R, dan disubstitusikan

(34)

Perhitungan dengan cara di atas memerlukan waktu dan sulit dilaksanakan

secara manual. Karena itu perhitungan nilai komponen R, L, dan C dapat dilakukan dengan pendekatan.

Jika Persamaan (2.7) dan (2.8) diperbandingkan, maka dapat dianggap

> . Dalam prakteknya, . Kedua anggapan ini menghasilkan anggapan

baru :

sehingga Persamaan (2.18) dapat disederhanakan menjadi

Misalkan , maka persamaan di atas menjadi

(2.19)

Nilai pada Persamaan (2.14) dapat ditulis sebagai

(35)

Persamaan (2.7) dan (2.8) dapat dituliskan sebagai

(36)

10 20 30 40 50 60

Persamaan (2.27) disubstitusikan ke Persamaan (2.20), maka waktu muka

gelombang menjadi

(2.28)

Dari persamaan di atas diperoleh nilai δ sebesar

(37)

Jika dan diketahui, dari kurva pada Gambar dapat ditentukan . Dengan

demikian nilai b dan δ dapat dihitung. Selanjutnya nilai γ dapat dihitung dari Persamaan (2.27) yang menghasilkan

(2.30)

Seterusnya nilai C, γdan δ disubstitusikan ke dalam Persamaan (2.26) dan

diperoleh nilai L.

(2.31)

Setelah nilai L diketahui, nilai R dapat dihitung dengan Persamaan (2.25).

(2.32)

Persamaan (2.16) dapat ditulis dengan mengganti nilai dan seperti yang

diberikan pada Persamaan (2.23) dan (2.24).

(2.33)

Selanjutnya Persamaan (2.33) digunakan untuk menghitung nilai dan

setelah nilai diketahui, nilai dapat dihitung dengan Persamaan (2.5).

Secara ringkas, tahap-tahap penentuan nilai C, L, , dan adalah sebagai berikut [1]:

1. Menentukan kapasitas (W), tegangan puncak impuls ( ), waktu muka

( ), waktu ekor ( ), dan efisiensi ( ) generator impuls yang direncanakan.

2. Menghitung nilai k

(38)

3. Dari Tabel 2.2 atau dengan menggunakan Gambar 2.7 ditentukan nilai untuk nilai k yang dihitung pada langkah kedua di atas.

4. Menghitung nilai

7. Menghitung besarnya kapasitansi kapasitor pemuat C

(39)

2.2.2 GENERATOR IMPULS RC

Rangkaian generator impuls RC diberikan pada Gambar 2.7. Seperti halnya generator impuls RLC, generator ini membutuhkan sumber tegangan tinggi DC yang tegangan keluarannya dapat diatur dan dilengkapi dengan sela picu F. [1]

Sumber tegangan tinggi DC, melalui resistor RP mengisi kapasitor pemuat

C1. Dengan pengaturan pada autotrafo, tegangan kapasitor pemuat C1 dapat dibuat

sebesar yang dikehendaki, misalnya sebesar Vo. Jika sela picu dioperasikan, sela elektroda F terhubung singkat dalam waktu yang sangat singkat. Kapasitor C1

mengosongkan muatannya dan mengisi kapasitor C2, sehingga tegangan pada C2

naik (tegangan V naik). [1]

Gambar 2.7 Rangkaian generator impuls RC

Rangkaian ekivalen setelah sela F terhubung singkat ditunjukkan pada Gambar 2.8. [3][4]

(40)

Impedansi ekivalen dilihat dari titik AB adalah [3][4]

Dengan membagi pembilang dan penyebut dengan maka diperoleh

(41)

_(2.35)

Jika

_(2.36)

Nilai waktu untuk mencapai tegangan maksimum diperoleh dengan membuat

turunan pertama dari Persamaan (2.36) sama dengan nol (dv/dt = 0).

tegangannya setengah dari nilai tegangan maksimum saat .

Jika dimana K merupakan suatu konstanta, maka

(2.39)

(42)

diperoleh. Nilai α dan untuk beberapa bentuk gelombang standar diberikan pada

Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Nilai α dan untuk berbagai bentuk gelombang

(43)

Efisiensi generator impuls adalah perbandingan nilai tegangan keluaran maksimum dengan tegangan pada kapasitor pemuat C1.

(44)

Energi yang ditransformasikan selama proses pelepasan muatan dinyatakan

dengan

(2.45)

2.2.3 GENERATOR IMPULS RANGKAIAN MARX

Generator ini merupakan generator impuls RC yang disusun bertingkat untuk memperoleh tegangan keluaran yang lebih tinggi. Pada Gambar 2.9

ditunjukkan rangkaian generator impuls Marx tiga tingkat. Generator ini memiliki tiga kapasitor pemuat sehingga dinamakan generator Marx tiga tingkat. Selain itu,

generator ini mempunyai tiga sela picu yang dapat dipicu dalam waktu yang bersamaan. Mula-mula ketiga kapasitor pemuat C1’ dimuati hingga tegangan tiap-tiap kapasitor sama dengan V. Jika sela F dipicu, ketiga kapasitor pemuat ini

terhubung seri sehingga tegangan total kapasitor pemuat sama dengan 3V.

Rp Rp Rp

Gambar 2.9 Rangkaian generator impuls Marx tiga tingkat

(45)

dengan n = jumlah tingkatan generator impuls.

2.3 Pengaruh Induktansi pada Rangkaian Generator Impuls

Rangkaian generator impuls yang sesungguhnya memiliki komponen induktansi sasar yang terhubung seri dengan rangkaian seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 2.10. Nilai induktansi ini biasanya berada dalam orde mikro Henry.

F

C1 R₂

R1

C2

L

Gambar 2.10 Rangkaian generator impuls RC dengan induktansi sasar L

Rangkaian ekivalen setelah sela F terhubung singkat ditunjukkan pada Gambar 2.11.

(46)

Impedansi ekivalen dilihat dari titik AB adalah

(47)

s _C 0

Jika nilai komponen generator impuls petir adalah sebagai berikut:

(48)

(49)

Jika t dinyatakan dalam mikrosekon (µs) maka persamaan di atas dapat ditulis

menjadi

(t) 555,5 0,1 ββe 0,014t_{0,1 e} 0, 50 t_os _{β,γ99 t β , β}_k

Bentuk gelombang dari persamaan di atas ditunjukkan pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Bentuk gelombang impuls petir dengan induktansi sasar L

Adanya induktansi sasar dapat mengakibatkan osilasi pada muka dan ekor gelombang impuls. Osilasi pada muka gelombang dapat diredam dengan memperbesar nilai resistansi seri.[5] Secara umum bentuk gelombang tegangan

impuls petir dengan adanya induktansi sasar ditunjukkan oleh Persamaan 2.46.

(2.46)

2.4 Pengaruh Beban pada Generator Impuls

Generator impuls sering digunakan untuk menguji peralatan yang bersifat

(50)

membangkitkan tegangan impuls dengan waktu muka yang sesuai standar, tetapi

untuk mendapatkan waktu ekor gelombang yang sesuai standar akan sangat sulit.

F

C1 R2

R1

C2 L

Gambar 2.13 Rangkaian generator impuls RC dengan beban induktif L

Rangkaian ekivalen setelah sela F terhubung singkat ditunjukkan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen generator impuls RC dengan beban induktif L

(51)

(52)

Dengan memasukkan nilai i(s) yang telah dihitung sebelumnya ke dalam

Dengan membagi pembilang dan penyebut dengan ₁ _βC₁C_β maka diperoleh

(s) 0

Jika nilai komponen generator impuls petir adalah sebagai berikut:

(53)

(54)

(t) 100 10_βγ4 γ 0,β110e 4, 549 10 t_{0,ββ1 e} 0,00 5 10 t_os _{0,0ββ9 10} _{t 0,γ1γ5}_k

(t) 4β ,γ5 0,β110e 4, 549 10 t_{0,ββ1 e} 0,00 5 10t_os _{0,0ββ9 10} _{t 0,γ1γ5}_k

Jika t dinyatakan dalam mikrosekon (µs) maka persamaan di atas dapat ditulis menjadi

(t) 4β ,γ5 0,β110e 4, 549t_{0,ββ1 e} 0,00 5t_os _{0,0ββ9t 0,γ1γ5}_k

Bentuk gelombang dari persamaan di atas ditunjukkan pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Bentuk gelombang impuls petir dengan beban induktif L

Kehadiran beban induktif akan menyebabkan waktu ekor yang lebih

singkat daripada batas toleransi.[5] Secara umum bentuk gelombang tegangan impuls petir dengan adanya beban induktif ditunjukkan oleh Persamaan 2.47.

_(2.47)

Pada generator impuls RC masalah ini dapat diatasi dengan

(55)

2.16). Nilai induktansi ini harus lebih kecil daripada nilai induktansi beban (LP <

LB). [5]

F

C1 R₂

R1

C2

LP

LB

Gambar 2.16 Rangkaian pengujian untuk beban induktif

Pada kasus tertentu diperlukan sebuah resistor yang terhubung paralel dengan objek uji (Rangkaian Glaninger). Ini ditunjukkan pada Gambar 2.17. [5]

F

C1 R₂

R1

C2

LP

LB

RP

(56)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Umum

Metode penelitian ini merupakan suatu cara yang harus ditempuh dalam kegiatan penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu penelitian

dapat memenuhi harga ilmiah. Dengan demikian penyusunan metode ini dimaksudkan agar peneliti dapat menghasilkan suatu kesimpulan yang dapat

dipertanggungjawabkan secara ilmiah. Metode penelitian ini mencakup beberapa hal yang masing-masing menentukan keberhasilan pelaksanaan penelitian guna menjawab permasalahan guna disampaikan dalam penelitian, langkah-langkah

yang telah ditetapkan adalah penetapan tempat dan waktu penelitian, penetapan metode pengumpulan data, dan teknik analisis data.

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan mulai dari tanggal 19 September 2013 sampai

bulan Oktober 2013 dan bertempat di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Universitas Sumatera Utara.

3.3 Alat dan Bahan

Penelitian ini memerlukan alat dan bahan yaitu sebagai berikut :

1. Laptop 2. Kalkulator

(57)

4. Software MATLAB

5. Software PSIM

3.4 Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data dalam suatu penelitian akan sangat menentukan keberhasilan penelitian, oleh karena itu perlu direncanakan dengan tepat dalam

memilih metode untuk pengumpulan data.

Metode pengumpulan data yang digunakan penulis dalam penyusunan

tugas akhir ini adalah metode kepustakaan. Metode kepustakaan adalah mengumpulkan data dengan membaca buku, jurnal dan artikel yang relevan untuk membantu melengkapi data yang berhubungan dengan masalah yang dibahas.

Penulis melakukan kajian pustaka dengan mempelajari buku-buku referensi dan hasil penelitian sejenis sebelumnya yang pernah dilakukan orang lain. Tujuannya

adalah untuk mendapatkan landasan teori mengenai masalah yang akan diteliti.

3.5 Langkah- Langkah Penelitian

Langkah-langkah penelitian yang ditempuh dalam penelitian ini meliputi :

1. Tahap Persiapan

Tujuan dari tahap persiapan penelitian adalah untuk mempersiapkan dan mengumpulkan informasi berupa data-data yang diperlukan untuk melakukan analisis. Data-data tersebut meliputi informasi mengenai tipe

(58)

pada generator impuls untuk menghasilkan tegangan impuls sesuai standar

yang diinginkan.

2. Tahap Perhitungan Data

Sebelum melakukan proses analisis maka terlebih dahulu harus dihitung

nilai parameter pada setiap generator impuls. Perhitungan parameter generator impuls ini dilakukan secara manual dan juga dengan

menggunakan bantuan software pendukung MATLAB. Setelah diperoleh semua parameter pada masing-masing generator impuls, maka dilanjutkan

dengan menampilkan bentuk gelombang impuls petir menggunakan

software PSIM.

3.6 Analisis Data

Dalam penelitian ini teknik analisis data yang digunakan adalah analisis

matematis untuk mendapatkan hasil penelitian. Analisis dilakukan dengan mengadakan perhitungan-perhitungan berdasarkan rumus yang berlaku pada masing-masing generator impuls. Berikut akan ditampilkan flowchart perhitungan

(59)

3.6.1 Generator Impuls RLC

Cari nilai ln b dari Tabel 2

Cari nilai b berdasarkan nilai ln b

Input nilai W, Vmaks, Tf ,Ttdanη

Mulai

Cetak nilai C, L, R0

dan RS

(60)

3.6.2 Generator Impuls RC

Input nilai W, Vmaks, Tf ,Tt dan η

Mulai

Selesai

Cari nilai α dan β dari Tabel 3

(61)

3.6.3 Generator Impuls Marx

Mulai

Selesai

Cari nilai α dan β dari Tabel 3

Input nilai W, Vmaks,n, Tf ,Ttdanη

Cetak nilai C1', C2,

(62)

BAB IV

ANALISIS RANGKAIAN GENERATOR IMPULS UNTUK MEMBANGKITKAN TEGANGAN IMPULS PETIR MENURUT

BERBAGAI STANDAR

4.1 Umum

Untuk mendapatkan bentuk dan waktu gelombang impuls petir yang sesuai dengan standar Jepang, Inggris, Amerika dan IEC dapat dilakukan dengan

mengatur nilai komponen rangkaian generator impuls. Dengan demikian, bentuk gelombang impuls petir berdasarkan masing-masing standar dapat diperoleh dengan menghitung nilai resistansi, induktansi, dan kapasitansi yang sesuai untuk

setiap generator impuls.

4.2 Parameter Generator Impuls 4.2.1 Parameter Generator Impuls RLC

Sebelum melakukan analisis maka terlebih dahulu harus dihitung nilai

komponen yang ada pada rangkaian generator impuls RLC. Dalam hal ini perlu ditetapkan spesifikasi generator impuls sebagai berikut:

Kapasitas Generator Impuls : W = 1 kJ

Tegangan Maksimum : = 100 kV

Efisiensi : η= 90 %

Selanjutnya perlu dihitung terlebih dahulu nilai komponen C, L, , dan untuk

(63)

4.2.1.1 Standar Jepang (Tf x Tt = 1 x 40 μs)

Berdasarkan standar Jepang waktu muka gelombang impuls petir adalah 1 µs sedangkan waktu ekor gelombang adalah 40 µs.

Tampilan hasil perhitungan dengan menggunakan program Matlab

ditunjukkan pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter generator impuls

RLC berdasarkan standar Jepang

Berdasarkan hasil perhitungan dengan program Matlab, nilai komponen generator

impuls RLC yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan impuls petir berdasarkan standar Jepang adalah sebagai berikut:

C = 162 nF

L = 59,61 µH

(64)

4.2.1.2 Standar Inggris (Tf x Tt = 1 x 50 μs)

Berdasarkan standar Inggris waktu muka gelombang impuls petir adalah 1 µs sedangkan waktu ekor gelombang adalah 50 µs.

RLC berdasarkan standar Inggris

impuls RLC yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan impuls petir berdasarkan standar Inggris adalah sebagai berikut:

C = 162 nF

L = 71,62 µH

(65)

4.2.1.3 Standar Amerika (Tf x Tt = 1,5 x 40 μs)

Berdasarkan standar Amerika waktu muka gelombang impuls petir adalah 1,5 µs sedangkan waktu ekor gelombang adalah 40 µs.

RLC berdasarkan standar Amerika

impuls RLC yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan impuls petir berdasarkan standar Amerika adalah sebagai berikut:

C = 162 nF

L = 93,54 µH

(66)

4.2.1.4 Standar IEC (Tf x Tt = 1,2 x 50 μs)

Berdasarkan standar IEC waktu muka gelombang impuls petir adalah 1,2 µs sedangkan waktu ekor gelombang adalah 50 µs.

RLC berdasarkan standar IEC

impuls RLC yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan impuls petir berdasarkan standar IEC adalah sebagai berikut:

C = 162 nF

L = 88,72 µH

(67)

4.2.2 Parameter Generator Impuls RC

Sebelum melakukan analisis maka terlebih dahulu harus dihitung nilai komponen yang ada pada rangkaian generator impuls RC. Dalam hal ini perlu ditetapkan spesifikasi generator impuls sebagai berikut:

Kapasitas Generator Impuls : W = 1 kJ

Tegangan Maksimum : = 100 kV

Selanjutnya perlu dihitung terlebih dahulu nilai komponen C1, C2, R1dan R2untuk masing-masing standar.

Berdasarkan standar Jepang waktu muka gelombang impuls petir adalah 1

µs sedangkan waktu ekor gelombang adalah 40 µs.

Tampilan hasil perhitungan dengan menggunakan program Matlab ditunjukkan pada Gambar 4.5

Gambar 4.5 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter generator impuls RC

(68)

impuls RC yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan impuls petir berdasarkan standar Jepang adalah sebagai berikut:

C1 = 162 nF

C2 = 18 nF

R1 = 10,64

R2 = 308,54

Hasil perhitungan secara manual dapat dilihat pada Lampiran 5.

Berdasarkan standar Inggris waktu muka gelombang impuls petir adalah 1

(69)

impuls RC yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan impuls petir berdasarkan standar Inggris adalah sebagai berikut:

C1 = 162 nF

C2 = 18 nF

R1 = 10,17

R2 = 370,27

Berdasarkan standar Amerika waktu muka gelombang impuls petir adalah

1,5 µs sedangkan waktu ekor gelombang adalah 40 µs.

(70)

impuls RC yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan impuls petir berdasarkan standar Amerika adalah sebagai berikut:

C1 = 162 nF

C2 = 18 nF

R1 = 17,48

R2 = 292,22

Berdasarkan standar IEC waktu muka gelombang impuls petir adalah 1,2

(71)

impuls RC yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan impuls petir berdasarkan standar IEC adalah sebagai berikut:

C1 = 162 nF

C2 = 18 nF

R1 = 12,66

R2 = 396,70

4.2.3 Parameter Generator Impuls Marx Tiga Tingkat

Sebelum melakukan analisis maka terlebih dahulu harus dihitung nilai

komponen yang ada pada rangkaian generator impuls Marx. Dalam hal ini perlu ditetapkan spesifikasi generator impuls sebagai berikut:

Kapasitas Generator Impuls : W = 15 kJ Tegangan Maksimum : = 300 kV

Jumlah Tingkatan Generator : 3 Tingkat

Selanjutnya perlu dihitung terlebih dahulu nilai komponen C1’, C2, R1’ dan R2’ untuk masing-masing standar.

Berdasarkan standar Jepang waktu muka gelombang impuls petir adalah 1

(72)

Gambar 4.9 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter generator impuls Marxberdasarkan standar Jepang

Berdasarkan hasil perhitungan dengan program Matlab, nilai komponen generator impuls Marx yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan impuls petir

berdasarkan standar Jepang adalah sebagai berikut:

C1’ = 810 nF

C2 = 30 nF

R1’ = 2,13

R2’ = 61,71

(73)

Gambar 4.10 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter generator impuls Marxberdasarkan standar Inggris

berdasarkan standar Inggris adalah sebagai berikut:

C1’ = 810 nF

C2 = 30 nF

R1’ = 2,03

R2’ = 74,05

(74)

Gambar 4.11 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter generator impuls Marxberdasarkan standar Amerika

berdasarkan standar Amerika adalah sebagai berikut:

C1’ = 810 nF

C2 = 30 nF

R1’ = 3,50

R2’ = 58,44

(75)

Gambar 4.12 Hasil perhitungan MATLAB untuk parameter generator impuls Marxberdasarkan standar IEC

berdasarkan standar IEC adalah sebagai berikut:

C1’ = 810 nF

C2 = 30 nF

R1’ = 2,53

R2’ = 79,34

4.3 Analisis Bentuk Gelombang Impuls Petir 4.3.1 Generator Impuls RLC

(76)

Rangkaian generator impuls RLC untuk menghasilkan tegangan impuls

petir berdasarkan standar Jepang ditunjukkan pada Gambar 4.13. Nilai komponen generator impuls RLC yang telah dihitung sebelumnya dimasukkan ke dalam rangkaian.

Gambar 4.13 Rangkaian generator impuls RLC berdasarkan standar Jepang

Bila rangkaian di atas dijalankan akan diperoleh bentuk gelombang tegangan

impuls petir seperti Gambar 4.14.

Gambar 4.14 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RLC

(77)

Berdasarkan bentuk gelombang impuls yang ditampilkan dapat dilihat bahwa

Vmaks= 100,001 kV ≈ 100 kV η = 90 %

Tf = 1 μs

Tt = 40,007 μs ≈ 40 µs

Dengan menyesuaikan nilai komponen generator impuls sesuai dengan harga yang tersedia di pasaran, maka rangkaian generator impuls menjadi seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 4.15.

Gambar 4.15 Rangkaian generator impuls RLC untuk standar Jepang

(78)

Gambar 4.16 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Jepang

Berdasarkan bentuk gelombang impuls yang ditampilkan dapat dilihat bahwa Vmaks= 100 kV η = 90 %

Tf = 0,997 μs

Tt = 39,866 μs

Dapat dilihat bahwa bentuk gelombang impuls petir setelah dilakukan

penyesuaian nilai komponen generator impuls masih berada dalam batas toleransi standar Jepang.

4.3.1.2 Bentuk Gelombang Impuls Petir Berdasarkan Standar Inggris

petir berdasarkan standar Inggris ditunjukkan pada Gambar 4.17. Nilai komponen generator impuls RLC yang telah dihitung sebelumnya dimasukkan ke dalam

(79)

Gambar 4.17 Rangkaian Generator Impuls RLC berdasarkan standar Inggris

Bila rangkaian di atas dijalankan akan diperoleh bentuk gelombang tegangan impuls petir seperti Gambar 4.18.

Gambar 4.18 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RLC berdasarkan standar Inggris

Berdasarkan bentuk gelombang impuls yang ditampilkan dapat dilihat bahwa Vmaks= 99,999 kV ≈ 100 kV η = 90 %

Tf = 1 μs

(80)

Dengan menyesuaikan nilai komponen generator impuls sesuai dengan harga

yang tersedia di pasaran, maka rangkaian generator menjadi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.19.

Gambar 4.19 Rangkaian generator impuls RLC untuk standar Inggris

Gambar 4.20 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Inggris

(81)

Tf = 0,996 μs

Tt = 49,844 μs

Dapat dilihat bahwa bentuk gelombang impuls petir setelah dilakukan penyesuaian nilai komponen generator impuls masih berada dalam batas toleransi

standar Inggris.

4.3.1.3 Bentuk Gelombang Impuls Petir Berdasarkan Standar Amerika Rangkaian generator impuls RLC untuk menghasilkan tegangan impuls petir berdasarkan standar Amerika ditunjukkan pada Gambar 4.21. Nilai

komponen generator impuls RLC yang telah dihitung sebelumnya dimasukkan ke dalam rangkaian.

Gambar 4.21 Rangkaian Simulasi Generator Impuls RLC berdasarkan standar Amerika

(82)

Gambar 4.22 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RLC berdasarkan standar Amerika

Berdasarkan bentuk gelombang impuls yang ditampilkan dapat dilihat bahwa Vmaks= 99,999 kV ≈ 100 kV η = 90 %

Tf = 1,5 μs

Tt = 38,572 μs ≈ 40 μs

(83)

Gambar 4.24 Bentuk gelombang impuls petir berdasarkan standar Amerika

Berdasarkan bentuk gelombang impuls yang ditampilkan dapat dilihat bahwa Vmaks= 100 kV η = 89,88 %

Tf = 1,512 μs

Tt = 37,756 μs

Dapat dilihat bahwa bentuk gelombang impuls petir setelah dilakukan

penyesuaian nilai komponen generator impuls masih berada dalam batas toleransi standar Amerika.

4.3.1.4 Bentuk Gelombang Impuls Petir Berdasarkan Standar IEC

(84)

generator impuls RLC yang telah dihitung sebelumnya dimasukkan ke dalam

rangkaian.

Gambar 4.25 Rangkaian Generator Impuls RLC berdasarkan standar IEC

Gambar 4.26 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RLC berdasarkan standar IEC

(85)

Tf = 1,2 μs

Tt = 49,984 µs ≈ 50 μs

Dengan menyesuaikan nilai komponen generator impuls sesuai dengan harga yang tersedia di pasaran, maka rangkaian generator menjadi seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 4.27.

Gambar 4.27 Rangkaian generator impuls RLC untuk standar IEC

(86)

Vmaks= 100 kV η = 90 %

Tf = 1,204 μs

Tt = 49,843 μs

Dapat dilihat bahwa bentuk gelombang impuls petir setelah dilakukan penyesuaian nilai komponen generator impuls masih berada dalam batas toleransi

standar IEC.

4.3.2 Generator Impuls RC

4.3.2.1 Bentuk Gelombang Impuls Petir Berdasarkan Standar Jepang

Rangkaian generator impuls RC untuk menghasilkan tegangan impuls petir

berdasarkan standar Jepang ditunjukkan pada Gambar 4.29. Nilai komponen generator impuls RC yang telah dihitung sebelumnya dimasukkan ke dalam

rangkaian.

Gambar 4.29 Rangkaian Generator Impuls RC berdasarkan standar Jepang

(87)

Gambar 4.30 Bentuk gelombang impuls petir generator impuls RC berdasarkan standar Jepang

Berdasarkan bentuk gelombang impuls yang ditampilkan dapat dilihat bahwa Vmaks= 100,004 kV ≈ 100 kV η = 88,4 %

Tf = 0,998 μs ≈ 1 μs

Tt = 39,68 μs ≈ 40 μs