TUGAS AKHIR
PENGARUH OBJEK SEKITAR TERHADAP KESALAHAN PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI DENGAN ELEKTRODA BOLA-BOLA
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan
sarjana ( S-1 ) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
NIM : 040402028 HERI PUTRA KETAREN
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Untuk mengukur tegangan tinggi diperlukan alat ukur yang memiliki kemampuan
dapat menghindari Masalah-masalah yang akan terjadi jika meningkat besarnya tegangan
listrik, misalanya jika tegangan yang diukur adalah ratusan atau bahkan kilovolts dan
megavolts. Kesulitan terutama terkait dengan struktur besar alat ukur yang diperlukan
untuk mengendalikan medan listrik, untuk menghindari flashover dan kadang-kadang
mengendalikan disipasi panas dalam sirkuit. Jadi perangkat dan instrumen untuk
mengukur tegangan tinggi dan arus berbeda jauh dari tegangan rendah
Salah satu alat ukur yang digunakan adalah elektroda bola bola. Alat ukur ini
mudah di dapat karena dapat dijangkau harganya secara ekonomis. Dalam melakukan
pengukuran tegangan tinggi dangan menggunakan elektroda bola bola yang disusun
secara vertikal maupun horizontal dengan jarak sela yang tetap dan jarak elektroda bola
di dengan objek sekitar yang berbeda di peroleh tegangan tembus yang berbeda, jika hal
ini di bandingkan dengan hasil perhitugan tegangan tembus secara manual maka di dapat
nilai yang berbeda.Perbedaan tersebut menjadi faktor kesalahan pengukuran yang dapat
dinyatakan dalam persen kesalahan .
Diharapkan persen kesalahan tersebut dapat menjadi acuan dalam menentukan
jarak objek sekitar dengan elektroda bola yang diijinkan dengan meminimalkan
kesalahan dalam pengukuran tegangan tinggi.
DAFTAR ISI
ABSTRAK ………... i
KATA PENGANTAR………. ii
DAFTAR ISI ………... iv
DAFTAR GAMBAR ……….. vi
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah...1
I.2 Tujuan Dan Manfaat Penulisan...1
I.3 Rumusan Masalah...2
I.4 Batasan Masalah...2
I.5 Metode Penulisan...3
I.6 Sistematika Penulisan...3
BAB II TEGANGAN TINGGI II.1 Umum...5
II.2 Tegangan Tinggi AC...7
II.3 Mekanisme Terjadinya Tegangan Tembus Listrik...8
BAB III ELEKTRODA BOLA
III.1 Umum...10
III.2 Pengukuran Tegangan Tinggi Dengan Elektroda Bola Standar...13
III 2.1. Pengukuran Dengan Susunan Elektroda Bola Secara Horizontal...14
III 2.2. Pengukuran Dengan Susunan Elektroda Bola Secara Vertikal...15
III.3 Pengaruh Objek Sekitar Terhadap Pengukuran Elektroda Bola-Bola...16
III.3.1 Distribusi Medan Listrik Dari Elektroda Ke Objek Sekitar...18
III.3.2 Distribusi Tegangan akibat Pengaruh Jarak Objek Sekitar
terhadap Elektroda Bola...21
BAB IV ANALISA PENGARUH JARAK OBJEK SEKITAR DENGAN ELEKTRODA BOLA-BOLA TERHADAP TEGANGAN TEMBUS IV.1 Umum...22
IV.2 Data Percobaan Dan Hasil Perhitungan Tegangan Tembus...23
IV.3 Analisa Hasil Perhitungan...43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan...44 V.2 Saran...44
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
2.1. Medan Elektrik Dalam Dielektrik………9
3.1. Susunan Elektroda Bola Secara Horisontal………...14
3.2. Susunan Elektroda Bola Secara Vertikal………...16
3.3. Objek di Sekitar Elektroda Bola...17
3.4. Kapasitansi Antara Elektroda Bola Dengan Objek Sekitar...17
3.5. Contoh Untuk Medan Dua Dimensi Dengan Garis Medan dan Garis Ekuipotensial...19
ABSTRAK
Untuk mengukur tegangan tinggi diperlukan alat ukur yang memiliki kemampuan
dapat menghindari Masalah-masalah yang akan terjadi jika meningkat besarnya tegangan
listrik, misalanya jika tegangan yang diukur adalah ratusan atau bahkan kilovolts dan
megavolts. Kesulitan terutama terkait dengan struktur besar alat ukur yang diperlukan
untuk mengendalikan medan listrik, untuk menghindari flashover dan kadang-kadang
mengendalikan disipasi panas dalam sirkuit. Jadi perangkat dan instrumen untuk
mengukur tegangan tinggi dan arus berbeda jauh dari tegangan rendah
Salah satu alat ukur yang digunakan adalah elektroda bola bola. Alat ukur ini
mudah di dapat karena dapat dijangkau harganya secara ekonomis. Dalam melakukan
pengukuran tegangan tinggi dangan menggunakan elektroda bola bola yang disusun
secara vertikal maupun horizontal dengan jarak sela yang tetap dan jarak elektroda bola
di dengan objek sekitar yang berbeda di peroleh tegangan tembus yang berbeda, jika hal
ini di bandingkan dengan hasil perhitugan tegangan tembus secara manual maka di dapat
nilai yang berbeda.Perbedaan tersebut menjadi faktor kesalahan pengukuran yang dapat
dinyatakan dalam persen kesalahan .
Diharapkan persen kesalahan tersebut dapat menjadi acuan dalam menentukan
jarak objek sekitar dengan elektroda bola yang diijinkan dengan meminimalkan
kesalahan dalam pengukuran tegangan tinggi.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Tegangan tinggi dapat dibedakan berdasarkan bentuk gelombangnya, yaitu
tegangan tinggi AC, DC, dan impuls. Tegangan tinggi tersebut dapat dibangkitkan
dengan menggunakan alat pembangkit tegangan tinggi, AC, DC, dan Impuls di
laboratorium tegangan tinggi. Tegangan tinggi tersebut dapat diukur besarnya dengan
menggunakan alat ukur tegangan tinggi yaitu dengan elektroda bola standar, pembagi
tegangan kapasitor, trafo ukur, pembagi tahanan volmeter elektrostatik, voltmeter puncak,
chubb & fortesque.
Sering kali dalam pengukuran tegangan tinggi dengan menggunakan
elektroda bola standar, terjadi kesalahan pengukuran tegangan tembus. Hal ini
dipengaruhi oleh keadaan suhu , kelembaban udara, ketinggian elektroda bola diatas
permukaan tanah serta objek sekitar. Terjadinya tegangan tembus pada sela bola diawali
dengan adanya medan elektrik. Dimana , jika tegangan kekuatan dielektrik udara lebih
kecil dari medan elektrik pada udara tersebut , maka terjadilah tegangan tembus pada
udara tersebut. Oleh karena itu pengaruh objek di sekitar elektroda terhadap tegangan
tembus pada sela bola perlu di teliti lebih dalam pembahasannya.
1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan
Adapun tujuan utama penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Mengetahui distribusi tegangan yang terjadi pada kapasitansi antara
2. Mengetahui jarak objek sekitar dengan elektroda bola dengan
meminimalkan persen kesalahan pengukuran tegangan tinggi.
Manfaat dari penulisan Tugas Akhir ini adalah dengan mengetahui distribusi
tegangan pada kapasitansi antara elektroda bola dengan objek sekitar maka keakuratan
dalam pengukuran tegangan tinggi dapat tercapai.
1.3 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan yaitu :
1. Bagaimana mekanisme terjadinya tembus udara
2. Bagaimana pengukuran tegangan tinggi dengan menggunakan elektroda
bola standar
3. Bagaimana pengaruh keadaan udara pada pengukuran tegangan tinggi
dengan elektroda bola.
4. Bagaimana pengaruh objek sekitar terhadap pengukuran tegangan tinggi
dengan elektroda bola.
5. Bagaimana pegaruh kapasitansi yang terbentuk antara objek sekitar dengan
elektroda bola terhadap tegangan tembus pada sela bola.
1.4 Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas, maka penulis akan membatasi
Tugas Akhir ini dengan hal – hal sebagai berikut :
2. Elektroda bola standar yang digunakan adalah elektroda bola yang ada di
laboratorium tegangan tinggi jurusan Teknik Elektro Fakultas teknik –
Universitas Sumatera Utara.
3. Jenis tegangan yang digunakan adalah tegangan tinggi AC.
4. Jarak sela bola yang digunakan adalah 2; 2,5; 3; 3,5; 4 cm.
5. Objek sekitar yang digunakan adalah plat seng yang berukuran
35,5 cm X 21 cm.
6. Tinggi objek dari permukaan tanah adalah 29,5 cm.
1.5. Metode Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan oleh penulis pada penulisan Tugas Akhir
ini adalah Studi Literatur, yaitu berupa studi kepustakaan dan kajian dari jurnal-jurnal
pendukung baik dalam bentuk hard copy maupun soft copy serta pengambilan data pada
Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi.
1.6 Sistematika Penulisan
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar
belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode
penulisan, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.
Bab ini menjelaskan tegangan tinggi yang diuji yaitu teganagn
tinggi AC, DC dan Impuls, serta mekanisme pengukuran tegangan
tinggi
BAB III ELEKTRODA BOLA STANDAR
Bab ini menjelaskan teori bola standar, medan listik yang terjadi
antara elektroda bola standar dengan objek sekitar, mekanisme
terjadinya breakdown pada sela bola, metode pengukuran elektroda
bola yang disusun secara vertikal,
BAB IV PERHITUNGAN PENGARUH JARAK OBJEK SEKITAR
DENGAN ELEKTRODA BOLA-BOLA TERHADAP
TEGANGAN TEMBUS
Bab ini menjelaskan pengaruh jarak objek sekitar dengan elektroda
bola
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II
TEGANGAN TINGGI
2.1 Umum
Pengukuran tegangan tinggi berbeda dengan pengukuran tegangan rendah,
sehingga perlu penjelasan khusus mengenai pengukuran ini. Ada tiga jenis tegangan
tinggi yang akan diukur dalam pengujian tegangan tinggi, yaitu tegangan tinggi
bolak-balik, tegangan tinggi searah, dan tegangan tinggi impuls. Pengujian tegangan
tinggi pada umumnya diperlukan untuk mengetahui apakah peralatan tegangan tinggi
yang diuji masih memenuhi standar kualitas dan kebutuhan yang dispesifikasikan pada
peralatan tersebut.
Lingkup studi teknik tegangan tinggi mencakup semua masalah seperti studi
tentang korona, teknik isolasi, tegangan lebih pada sistem tenaga listrik, proteksi
tegangan lebih, dan lain-lain. Dengan begitu banyaknya masalah yang mencakup
tegangan tinggi, maka dibutuhkanlah pengujian tegangan tinggi dengan maksud sebagai
berikut:
1. Untuk meneliti sifat-sifat listrik dielektrik yang baru ditemukan, sebagai usaha dalam
menemukan bahan isolasi yang lebih murah.
2. Untuk verifikasi hasil rancangan isolasi baru, yaitu hasil rancangan yang telah
3. Untuk memeriksa kualitas peralatan sebelum terpasang, hal ini dilakukan untuk
menghindarkan kerugian bagi pemakai peralatan.
4. Untuk memeriksa kualitas peralatan setelah beroperasi dalam rangka mengurangi
kerugian semasa pemeliharaan.
Perlunya pengujian tegangan tinggi seperti diuraikan di atas menuntut adanya
cabang studi tegangan tinggi yang membahas khusus pengujian tegangan tinggi. Studi ini
akan mempelajari cara kerja dan karakteristik peralatan-peralatan uji tegangan tinggi dan
prosedur pengujian yang telah distandarisasi.
Adapun peralatan-peralatan yang dibutuhkan untuk pengujian tegangan tinggi
adalah:
1. Pembangkit tegangan tinggi yang terdiri atas: pembangkit tegangan tinggi ac,
pembangkit tegangan tinggi dc, dan pembangkit tegangan tinggi impuls.
2. Alat ukur tegangan tinggi yang terdiri atas alat ukur tegangan tinggi dc, alat ukur
tegangan tinggi ac, dan alat ukur tegangan tinggi impuls.
3. Alat pengukur sifat listrik dielektrik, antara lain alat ukur rugi-rugi dielektrik, alat ukur
2.2 Tegangan Tinggi AC
Dalam laboratorium diperluka n tegangan tinggi bolak-balik untuk percobaan dan
pengujian dengan arus bolak-balik serta untuk membangkitkan tegangan tinggi searah
dan pulsa. Trafo uji yang biasa digunakan untuk keperluan tersebut memiliki daya yang
lebih rendah serta perbandingan belitan yang jauh lebih besar daripada trafo daya. Arus
primer biasanya disulang dengan ototrafo sedangkan untuk kasus khusus disulang dengan
pembangkit sinkron.
Hampir semua pengujian dan percobaan dengan tegangan tinggi bolak-balik
mensyaratkan nilai tegangan yang teliti. Hal tersebut umumnya hanya akan terpenuhi jika
pengukuran dilakukan pada sisi tegangan tinggi; untuk itu telah disusun berbagai cara
dalam mengukur tegangan tinggi bolak-balik.
Bentuk V(t) untuk tegangan tinggi bolak-balik sering menyimpang dari bentuk sinus.
Dalam teknik tegangan tinggi, nilai puncak Vˆ dan nilai efektif Vef memiliki arti yang
sangat penting :
Untuk pengujian tegangan tinggi besaran
2
∧
V didefinisikan sebagai tegangan uji. Di
sini diandaikan bahwa penyimpangan bentuk tegangan tinggi dari bentuk sinus masih
dalam batas yang diijinkan. Untuk sinusoidal murni V =Vrms
∧
2.3 Mekanisme Terjadinya Tegangan Tembus Listrik
Suatu dielektrik tidak mempunyai elektron bebas, melainkan
elektron-elektron yang terikat pada inti atom unsur yang membentuk dielektrik tersebut. Setiap
dielektrik mempunyai batas kekuatan untuk memikul terpaan elektrik. Pada gambar 2.1
ditunjukkan suatu bahan dielektrik yang ditempatkan di antara dua elektroda piring
sejajar. Bila elektroda diberi tegangan searah V, maka timbul medan elektrik (E) di dalam
dielektrik. Medan elektrik ini memberi gaya kepada electron-elektron agar terlepas dari
ikatannya dan menjadi electron bebas. Dengan kata lain, medan elektrik merupakan suatu
beban yang menekan dielektrik agar berubah sifat menjadi konduktor. Jika terpaan
elektrik yang dipikulnya melebihi batas tersebut dan terpaan berlangsung cukup lama,
maka dielektrik akan menghantar arus atau gagal melaksanakan fungsinya sebagai
isolator. Dalam hal ini dielektrik disebut tembus listrik atau “breakdown”. Terpaan
elektrik tertinggi yang dapat dipikul suatu dielektrik tanpa menimbulkan dielektrik
tembus listrik disebut kekuatan dielektrik. Jika suatu dielektrik mempunyai kekuatan
dielektrik E , maka terpaan elektrik yang dapat dipikulnya adalah k ≤ E . k
Jika terpaan elektrik yang dipikul dielektrik melebihi E , maka di dalam k
dielektrik akan terjadi proses ionisasi berantai yang akhirnya dapat membuat dielektrik
mengalami tembus listrik. Proses ini membutuhkan waktu dan lamanya tidak tentu tetapi
bersifat statistik. Waktu yang dibutuhkan sejak mulai terjadi ionisasi sampai terjadi
tembus listrik disebut waktu tunda tembus (time lag). Jadi tidak selamanya terpaan
elektrik dapat menimbulkan tembus listrik, tetapi ada dua syarat yang harus dipenuhi,
V
E
Elektroda
Elektroda Dielektrik +
-Gambar 2.1. Medan elektrik dalam Dielektrik
kekuatan dielektriknya dan (2) lama terpaan elektrik berlangsung lebih besar atau sama
dengan waktu tunda tembus.
Tegangan yang menyebabkan dielektrik tersebut tembus listrik disebut tegangan
tembus atau breakdown voltage. Tegangan tembus adalah besar tegangan yang
menimbulkan terpaan elektrik pada dielektrik sama dengan atau lebih besar daripada
BAB III
ELEKTRODA BOLA
3.1 Umum
Pengukuran tegangan tinggi dengan elektroda bola pada kenyataannya
dipengaruhi beberapa hal, salah satunya adalah keadaan udara. Dalam prakteknya,
keadaan udara saat pengujian tidak selalu sama dengan keadaan standar. Oleh karena itu
hasil pengukuran pada keadaan udara sembarang adalah sebagai berikut :
S
V V
^ ^
δ
=
dimana :
^
V = Tegangan sela bola pada saat pengujian (keadaan udara
sembarang)
^
Vs = Tegangan tembus sela bola standar
δ = faktor koreksi udara
Faktor koreksi udara tergantung kepada suhu dan tekanan udara, besarnya adalah sebagai
θ
Sebenarnya kelembapan udara juga mempengaruhi tegangan tembus sela bola.
Jika hal ini diperhitungkan maka tegangan tembus elektroda bola menjadi sebagai berikut
:
Dimana k adalah faktor koreksi yang tergantung pada kelembapan udara. h
Elektroda bola standar dibuat dengan dua bola logam yang memiliki diameter D
yang identik dan memiliki kaki penopang, alat pengoperasian, dan isolator pendukung.
Elektroda tersebut biasanya terbuat dari tembaga, kuningan, atau aluminium yang
belakangan ini banyak digunakan karena biayanya lebih murah. Diameter standar untuk
elektroda bola-bola tersebut yang adalah 2,5,10,12,15,25,50,75,100,150, dan 200cm.
Jarak-jarak itu dirancang dan dipilih seperti itu agar flashover terjadi di dekat titik percik.
Elektroda-elektroda itu dirancang dan diproduksi dengan hati-hati sehingga
permukaannya lembut dan memiliki kelengkungan yang seragam/sama. Jari-jari
yang ditutup oleh sebuah lingkaran 0,3D mengelilingi titik percik tidak boleh berbeda
lebih ±2% dari nilai nominal. Permukaan bola harus bersih dari debu, minyak, atau
pelapis lainnya. Permukaan elektroda harus dipertahankan tetap bersih tetapi tidak perlu
dipoles. Jika ada lubang yang terjadi akibat tembus listrik yang berulang-ulang maka
elektroda harus dibersihkan.
Untuk memperoleh ketelitian yang tinggi, hal-hal ini diperhatikan :
1. Jarak sela s< D
2. Jarak sela > 5 % jari-jari elektroda
3. Permukaan elektroda tidak boleh berdebu
4. Elektroda harus licin ( jangan dibersihkan dengan
pembersih yang kasar)
5. Jarak benda disekitar elektroda >(0,25+ V/300)m.
6. Untuk mencegah osilasi saat percikan , sebuah resistor
yang tahanannya > 500 ohm diserikan degan elektroda bola.
Konduktor tegangan tinggi juga dirancang sehingga tidak mempengaruhi konfigurasi
medan listrik. Sebuah tahanan seri biasanya dihubungkan di antara sumber listrik dan
elektroda bola untuk membatasi arus yang terjadi akibat tegangan tembus dan juga
memperkecil osilasi yang tidak diinginkan pada sumber tegangan listrik ketika terjadi
tegangan tembus (pada kasus tegangan impuls). Nilai resistansi seri bervariasi mulai dari
100 sampai 1000 kΩ untuk ac dan tidak lebih dari 500 Ω pada kasus tegangan impuls.
Pada kasus pengukuran tegangan puncak ac dan tegangan dc, tegangan yang diberikan
3.2 Pengukuran Tegangan Tinggi Dengan Elektroda Bola Standar
Elektroda bola standar digunakan untuk mengukur tegangan tinggi bolak-balik,
tegangan tinggi searah, dan tegangan tinggi impuls. Diameter elektroda bola terdiri atas
beberapa ukuran standar, antara lain: 2 cm, 10 cm, 50 cm, bahkan ada yang berukuran
sampai 200 cm. Pada keadaan udara standar, yaitu temperatur udara 200C tekanan ,
udara 760 mmHg, dan kelembapan mutlak 11 gr m3, tegangan tembus sela bola standar
untuk berbagai jarak sela bola adalah tetap. Pada umumnya sela bola lebih sering
digunakan untuk pengukuran tegangan tinggi daripada sela dengan medan yang homogen
maupun sela batang. Pada beberapa kasus tertentu sela dengan medan yang homogen dan
sela batang juga digunakan, namun ketelitiannya kurang. Tegangan tembus sela bola
khususnya, tidak tergantung pada bentuk gelombang tegangan tinggi dan oleh sebab itu
sangat cocok untuk semua jenis bentuk gelombang dari tegangan dc sampai impuls untuk
kenaikan waktu yang singkat ( kenaikan waktu ≥0,5µs). Sela bola juga dapat
digunakan untuk pengukuran tegangan puncak ac pada frekuensi radio (di atas 1 MHz).
Sela bola dibuat dari dua buah bola logam yang identik dengan diameter D dan
memiliki alat untuk mengoperasikan dan isolator pendukung. Sela bola dapat disusun
(1) secara horizontal dengan kedua sela bola dihubungkan pada sumber tegangan atau
salah satunya dibumikan atau (2) secara vertical dengan sela bola yang lebih rendah atau
3.2.1 Pengukuran Dengan Susunan Elektroda Bola Secara Horizontal
Pada pengukuran dengan susunan elektroda bola secara horizontal, biasanya
disusun dengan kedua bola simetris pada tegangan tinggi di atas permukaan tanah. Kedua
bola yang digunakan harus memiliki bentuk dan ukuran yang identik. Bentuk susunan
elektroda bola secara horizontal dapat ditunjukkan pada gambar 3.1. Susunan horisontal
digunakan untuk diameter D < 50 cm dengan rentang tegangan yang lebih rendah
sedangkan untuk diameter yang lebih besar digunakan susunan vertikal yang mengukur
besar tegangan terhadap bumi. Tegangan yang akan diukur dilewatkan antara kedua sela
bola dan jarak atau sela S diantara kedua bola tersebut memberikan suatu ukuran dari
besarnya tegangan tembus.
Pada kasus nilai tegangan puncak ac dan pengukuran tegangan dc, tegangan yang
dipakai secara keseluruhan dinaikkan sampai terjadi tembus listrik pada sela bola.
S
D
3.2.2 Pengukuran Dengan Susunan Elektroda Bola Secara Vertikal
Susunan elektroda bola secara vertikal lebih sering digunakan pada pengukuran
tegangan tinggi. Berbeda dengan elektroda yang disusun secara horizontal yang lebih
sering digunakan pada pengukuran tegangan yang relative lebih rendah. Bentuk susunan
elektroda bola secara vertikal dapat dilihat pada gambar 3.2. Isolasi yang menopang bola
di bagian atas harus berjarak kurang dari 0,5 D dengan D adalah diameter. Elektroda bola
itu disokong oleh sebuah kaki logam yang bersifat konduktif yang tidak lebih dari 0,2 D
dan paling sedikit sebesar D( sehingga titik percik sekurang-kurangnya berjarak 2 D dari
ujung yang lebih rendah isolator bagian atas).
Tegangan tinggi harus tidak boleh lewat dekat dengan elektroda yang ada di atas.
Idealnya tegangan tersebut harus dialirkan dari kaki elektroda menjauh melalui sebuah
bidang datar yang tegak lurus dengan kaki paling tidak 1 D dari elektroda. Elektroda yang
terletak di bawah harus berjarak paling sedikit 1,5 D di atas permukaan tanah.
S
D
3.3. Pengaruh Objek Sekitar Terhadap Pengukuran Elektroda Bola-Bola
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi tegangan tembus pada pengukuran
dengan elektroda bola diantaranya adalah:
(1) objek di sekitar elektroda bola,
(2) kondisi dan kelembapan udara,
(3) penyinaran dengan ultra-violet atau sinar x,
(4) polaritas dan kenaikan waktu gelombang tegangan.
Tugas Akhir ini membahas bagaimana pengaruh keberadaan objek-objek di sekitar
elektroda bola terhadap pengukuran tegangan tinggi dengan menggunakan elektroda
bola-bola. Pengaruh jarak objek sekitar terhadap elektroda bola diperlihatkan pada
gambar 3.3.
Gambar 3.3. Objek disekitar elektroda bola Elektroda
Bola
Jika objek sekitar diletakkan pada jarak tertentu dengan elektroda bola maka akan
terbentuk kapasitansi antara elektroda bola dengan objek yang ada di sekitar seperti pada
plat sejajar seperti pada gambar 3.4.
Gambar 3.4. Kapasitansi antara elektroda bola dengan objek sekitar
Besar kapasitansi yang terbentuk adalah:
C= d A
ε
Dimana : A = luas permukaan bola
ε = permitivitas hampa udara 8.825 x 10.12
d = jarak bola dengan objek sekitar.
C= kapasitansi
Kapasitansi yang terbentuk antara objek sekitar dengan elektroda bola mempengaruhi
tegangan tembus pada selabola. Yang disebabkan oleh medan .listrik dari elektroda bola
ke objek sekitar. Jika jarak elektroda bola dengan objek sekitar semakin besar maka
kapasitansi yang terbentuk antara elektroda dengan objek semakin kecil, maka arus bocor
yang terbentuk antara elektroda bola ke objek juga semakin kecil.
3.3.1. Distribusi Medan Listrik dari Elektroda Bola ke Objek Sekitar
Ukuran terpaan elektrik pada suatu dielektrik ialah kuat medan elektrik yang
sangat penting untuk ditentukan dalam teknologi tegangan tinggi. Yang dimaksudkan
dengan ketahanan elektrik dari suatu bahan isolasi ialah nilai kuat medan yang masih
diijinkan pada kondisi-kondisi tertentu seperti misalnya jenis tegangan, tempo penerpaan,
suhu atau kelengkungan elektroda. Batas ketahanan elektrik medium isolasi akan tercapai
jika nilai kuat medan tembus bahan tersebut telah terlampaui pada sembarang titik.
Karena itu maka penentuan kuat medan maksimum memiliki arti yang sangat penting.
Lintasan garis-garis medan elektrik ditentukan oleh arah kuat medan elektrik E.
Garis-garis medan tersebut ortogonal terhadap garis-garis ekipotensial pada setiap titik
dan tegak lurus pula terhadap permukaan elektroda. Jika pada bidang batas antara dua
dielektrik tidak terdapat muatan-muatan permukaan maka komponen normal kuat medan
berbanding terbalik dengan konstanta dielektrik bahan isolasi. Di sisi lain komponen
Gambar 3.5 Contoh untuk medan dua dimensi dengan garis medan dan garis ekuipotensial
Daerah yang dicakup oleh garis-garis medan yang berdekatan (lihat gambar 3.5)
memiliki fluksi elektrik yang sama sebesar ∆Q = blεrεoE dengan ladalah panjang
konfigurasi yang tegak lurus terhadap bidang dan εrεo =ε adalah konstanta dielektrik
dari medium dielektrik. Jika perbedaan potensial (yang konstan) antara dua garis
ekipotensial yang berdekatan diganti dengan E ( ingat ∆ϕ= Ea) maka diperoleh kondisi
Konstanta dapat dipilih sembarang. Dalam contoh yang diberikan, diandaikan b/a = 1.
Dengan menyatakan jarak antara dua garis ekipotensial yang berdekatan pada sembarang
titik adalah a, maka kuat medan elektrik pada titik tersebut adalah:
. 1 1
a E = ∆ϕ
Jika m adalah jumlah garis ekipotensial yang digambarkan(tidak termasuk permukaan
elektroda), maka tegangan total yang diterapkan adalah:
.
Jika garis medan yang digambarkan antara elektroda-elektroda ialah n, maka fluksi
elektrik total dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
.
Dengan substitusi yang sesuai maka diperoleh kapasitansi konfigurasi sebagai berikut:
.
3.3.2. Distribusi Tegangan akibat Pengaruh Jarak Objek Sekitar terhadap Elektroda Bola
Pengaruh objek di sekitar elektroda bola dapat diumpamakan dengan
memasukkan elektroda bola ke dalam silinder yang mempunyai diameter B. Diamati
bahwa terjadi penurunan tegangan tembus . Penurunan itu sebesar
∆V = m log (B/D) + C (7.21)
∆V = penurunan persentase,
B = diameter silinder ,
D = diameter bola,
S = jarak sela bola, m dan C adalah konstanta
Penurunan ini kurang dari 2% untuk S/D ≤ 0,5 danB/D ≥ 0.8. Bahkan untuk S/D ≈ 1,0
dan B/D ≥ 1.0 pengurangan itu hanya 3%. Oleh karena itulah, jika spesifikasi tentang
BAB IV
ANALISA PENGARUH JARAK OBJEK SEKITAR DENGAN ELEKTRODA BOLA-BOLA TERHADAP TEGANGAN TEMBUS
4.1. Umum
Untuk memperoleh ketelitian yang tinggi dalam pengukuran dengan sela bola
maka elektroda bola dijaga sebersih mungkin, badan penyangga dan juga diameter batang
penyangga elektroda juga harus dispesifikasi, karena hal tersebut juga mempengaruhi
ketelitian. Bahkan ada juga spesifikasi toleransi untuk jari-jari kelengkungan elektroda
bola. Panjang diameter tidak boleh berbeda lebih dari 1% nilai sebenarnya dari elektroda
untuk diameter di atas 100 cm atau lebih dari 2% untuk elektroda yang lebih besar lagi.
Nilai tegangan puncak dapat diukur dari 2 kV sampai sekitar 2500 kV dengan
menggunakan sela bola. Salah satu elektroda boleh ditanahkan sedangkan elektroda yang
lain menjadi elektroda tegangan tinggi, atau boleh juga kedua-duanya diberikan tegangan
positif dan negatif yang sama (sela yang simetris).
Adanya jarak antara kedua elektroda maupun antara elektroda dengan objek
sekitar menimbulkan kapasitansi, yang dapat membentuk rangkaian resonansi seri. Proses
pelepasan muatan yang cukup berat pada sebuah percobaan akan menyebabkan osilasi
sehingga tegangan tembus pada sela bola menjadi tidak menentu. Untuk menghindari hal
tersebut maka dipasanglah tahanan seri di antara elektroda bola dengan objek percobaan,
Jarak 30cm
No P t V
1 755,9 27,9 48,1
2 755,9 27,9 48
3 756 27,9 48,6
4 755,9 27,9 48,2
5 755,9 28 48,2
6 755,9 28 48,6
7 755,9 28 48,1
8 755,9 28 48,2
9 755,9 28 48,2
Jarak 30cm
No P t V
1 755,9 27,9 48,1
2 755,9 27,9 48
3 756 27,9 48,6
4 755,9 27,9 48,2
5 755,9 28 48,2
6 755,9 28 48,6
7 755,9 28 48,1
8 755,9 28 48,2
9 755,9 28 48,2
Jarak 18cm Jarak 20cm
10 755,5 28,1 56,8 10 755,3 28,1 58,3
Jarak 30cm
No P t V
1 755 28,2 58,4
2 755 28,2 58,4
3 755 28,2 58,2
4 755 28,1 58,3
5 755 28,1 58,4
6 755 28,1 58,3
7 755 28,1 58,2
8 755 28,2 58,3
9 755 28,2 58,4
Jarak Sela 3,5cm
10 754,8 28,5 65,1 10 754,7 28,6 65,8
Jarak 14cm Jarak 16cm
Jarak 18cm Jarak 20cm
10 754,6 28,8 66,9 10 754,4 28,8 67,1
Jarak 22cm Jarak 24 cm
No P t V No P t V
10 754,3 28,7 67,6 10 754,3 28,8 67,8
Jarak 26cm Jarak 28cm
Jarak 30cm
No P t V
1 754,1 28,8 67,4
2 754,1 28,9 66,9
3 754,1 28,9 67,7
4 753,9 28,9 67,7
5 753,9 28,8 68
6 755 28,8 68
7 753,9 28,9 67,9
8 754,1 28,9 67,7
9 755 28,9 67,6
Jarak Sela 4cm
10 753,8 29,8 71,8 10 753,7 29,6 72,1
Jarak 14cm Jarak 16cm
Jarak 18cm Jarak 20cm
10 753,2 29,5 73,7 10 753,1 29,5 73,7
Jarak 22cm Jarak 24cm
Jarak 30cm
No P t V
1 752,9 29,4 73,8
2 753 29,3 74
3 752,9 29,3 73,7
4 752,9 29,3 73,4
5 752,9 29,3 73,9
6 752,9 29,2 73,5
7 753 29,3 74,1
8 752,9 29,2 73,8
9 752,9 29,2 73,6
10 752,9 29,3 73,2
Dimana:
t = temperatur udara (0C)
p = tekanan udara (mmHg)
Tanpa Objek
Jarak Sela Tegangan Rata-rata s (cm) V (kV)
2 38.45
2.5 45.35
3 56.04
3.5 63.54
4 71.46
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 1 2 3 4 5
Tegangan Rata-rata V (kV)
4.3 Analisa Hasil Perhitungan
Dari data dan grafik yang diperoleh melalui percobaan Pengaruh Objek Sekitar
Terhadap Kesalahan Pengukuran Tegangan Tinggi Dengan Elektroda Bola-Bola, dapat
diketahui bahwa terjadi perubahan tegangan tembus ketika diletakkan objek di sekitar
elektroda bola. Sebagai contoh, tegangan tembus sela bola pada jarak sela 2 cm ketika
tidak ada objek di sekitar elektroda bola adalah 38,45 kV. Namun ketika diletakkan objek
di sekitar elektroda bola dengan jarak 10 cm dari elektroda, tegangan tembusnya berubah
menjadi 39,62 kV (dilakukan 10 kali percobaan kemudian diambil rata-ratanya). Dari
data dan grafik tersebut juga dapat kita lihat pada umumnya tegangan tembus mengalami
kenaikan pada jarak objek 12, 14,16 cm dari elektroda bola. Namun ketika objek
semakin jauh dari elektroda bola (misalnya pada jarak 18 cm), perubahan tegangan
tembus tidak bisa lagi kita perhatikan apakah makin besar atau makin kecil bahkan
hampir tidak mengalami perubahan (mengalami perubahan yang sangat kecil). Hal ini
terjadi dikarenakan perubahan suhu dan tekanan udara yang tidak terlalu besar bahkan
cenderung konstan. Namun dapat dipastikan bahwa objek yang diletakkan di sekitar
elektroda bola mempengaruhi tegangan tembus elektroda bola terlihat dari adanya
perubahan tegangan ketika tidak ada objek dengan ketika ada objek di sekitar elektroda
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan
a. Tegangan tembus mengalami perubahan yang cukup berarti pada jarak objek
10, 12,14,16 cm dari elektroda bola.
b. Pada jarak 18 cm atau pada jarak objek yang semakin jauh dengan elektroda
bola, tegangan tembus elektroda mengalami perubahan yang sangat kecil atau
hampir tidak mengalami perubahan yang berarti.
c. Perubahan suhu dan tekanan udara paling mempengaruhi tegangan tembus
elektroda bola.
V.2. Saran
a. Untuk memperoleh ketelitian yang lebih tinggi maka permukaan elektroda bola
harus diusahakan sebersih mungkin.
b. Untuk memperoleh ketelitian yang lebih tinggi maka percobaan yang
DAFTAR PUSTAKA
1. Tobing, Bonggas L., Pengujian Tegangan Tinggi, Penerbit PT Gramedia
Pustaka, Jakarta 2002
2. Arismunandar, A., Teknik Tegangan Tinggi, Pradnya Paramita, Jakarta 1984
3. Arismunandar, A., Teknik Tegangan Tinggi Suplemen, Ghalia Indonesia,
Jakarta 1983
4. Kind, D., Pengantar Teknik Eksperimental Tegangan Tinggi, 1993
5. Naidu, M. S., High Voltage Engineering, Tata Mc Graw Hill Publishing,
1983
6. Kuffel, E.& W.S. Zaengl, High-Voltage Engineering, Pergamon Press,
Oxford,1984
7. Schneider, K.H, the measurement of site pollution severity and its
application to insulator dimension for AC System, Electra CIGRE
8. Schawab, A.J., High Voltage Measurement Technique, MIT press,
Cambridge, Massachusetts, 1973
9. Dieter, K. & K. Herman, High- Voltage Insulation Technology,
Friedr.vieweg, &shon, braunschweig, 1989
10.Kreuger, F.H., Industrial High Voltage, Deft university press, 1992
11.Razevig, D.V.,High Voltage Engineering, Khana Publishers, Delhi 1972
12.Hayt, William H., Elektromagnetika Teknologi, Penerbit Erlangga, Jakarta
