RANCANGAN AWAL CATU DAYA PEMERCEPAT SUMBER ELEKTRON BERBASIS KATODA PLASMA

Suyamto, dkk. ISSN 0216 - 3128 ₄₁

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2012 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 4 Juli 2012

RANCANGAN AWAL CATU DAYA PEMERCEPAT SUMBER

ELEKTRON BERBASIS KATODA PLASMA

Suyamto, Suprapto, Widdi Usada dan Saefurrochman

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 Ykbb Yogyakarta 55281 Email : ptapb@batan.go.id

ABSTRAK

RANCANGAN AWAL CATU DAYA PEMERCEPAT SUMBER ELEKTRON BERBASIS KATODA PLASMA. Telah dirancang Catu Daya Pemercepat (CDP) pada Sumber Elektron Berbasis Katoda Plasma

(SEBKP). Dalam makalah ini dijelaskan perancangan sistem catu daya tegangan tingggi DC yang berfungsi sebagai pemercepat elektron setelah keluar dari grid dengan tujuan agar diperoleh elektron berenergi tinggi. Rancangan ini merupakan rancangan awal atau dasar, dilakukan sebagai acuan untuk rancangbangun CDP pada SEBKP di masa yang akan datang. SEBKP terdiri dari beberapa komponen atau sub sistem misalnya generator plasma, catu daya pulsa, grid, catu daya pemercepat, window, bejana plasma, sistem vakum dan lain-lain. Rancangan CDP ini mengacu pada sumber elektron berbasis katoda plasma DUET-EB dan eksperimen set-up yang telah dilakukan. Requirement design CDP ditentukan tidak jauh dari spesifikasi teknis DUET yaitu daya HVDC 8,5 kVA, cos φ 0,8, tegangan keluaran 170 kV, arus berkas 50 A, lama pemulsaan 40 µs dan waktu pengulangan pulsa 50 Hz atau 20.10-3 _{s. Dari perencanaan yang telah dilakukan}

sebelumnya diperoleh parameter utama transformator; tegangan kerja 220V/170 kV; Np 144 dan Ns 110.480;

Io 6,5 A, I1 38,62 A dan I2 0,05 A, η 0,96, VR 1,77 %, and ΔT 16,93 oC. Untuk penyearah digunakan dioda

dengan bentuk keluaran setengah gelombang karena pertimbangan jumlah dioda yang harus dipasang. Untuk membatasi tegangan ripple sebesar 10 % dari tegangan sumber, pada keluaran tegangan DC dipasang kapasitor Cs 0,058 µF sebagai perata. Besarnya tahanan dan kapasitor untuk discharging dan charging dihitung dari lamanya pulsa dan lamanya pengulangan pulsa dengan konstanta waktu τ = RC. Dengan penurunan dan penaikan tegangan ΔV 10 %, arus berkas IB 50 A, dan limiting resistance RD 100 Ω

diperoleh C 0,17 µF dan RC 51,15 kΩ. Untuk memudahkan dalam instalasi, maka nilai kapasitor dan resistor

diganti menjadi C = 0,22 µF dan RC = 47 kΩ, sehingga menyebabkan penurunan tegangan < 10%.

Kata kunci : catu daya, berkas elektron, katoda plasma

ABSTRACT

PRELIMINARY DESIGN OF POWER SUPPLY FOR ELECTRON SOURCE ACCELERATOR BASED ON PLASMA CATHODE. Power supply for electron sources accelerator (CDP) based on plasma cathode

(SEBKP) has been designed. In this paper it is explained the system design of high voltage DC power supply that serves as an electron accelerator after exiting from the grid in order to obtain high energy electrons. This design is the initial or basic design, performed as a reference for the design and construction of CDP at SEBKP in the future. SEBKP consists of several components or sub systems such as plasma generator system, pulse power supply, grid systems, accelerator power supply systems, window systems, plasma vessel, vacuum systems and others. The draft of CDP refers to the plasma cathode electron source based on DUET-EB and the experimental set up that has been done. CDP specified design requirements close to the technical specifications of the DUET that is : HVDC power Po 8.5 kVA, cos φ 0.8, the output voltage Vo 170 kV, beam current IB 50 A, pulse duration 40 μs, and pulse repetition time 50 Hz or 20.10-3 s. From a previous design which has been done the main parameters of the transformer is obtained; working voltage 220V/170 kV; Np 144, Ns 110 480; Io 6.5 A, I1 38.62 A, I2 0.05 A, η 0.96, VR 1, 77%, and ΔT 16.93 oC. For the rectifier is used dioda to form half-wave output due consideration of the number dioda should be installed. To limit the ripple voltage at 10 % of the voltage source, at the DC output voltage placed capacitor of 0,058 µF as a smoothing. The value of resistor and capacitor for discharging and charging are calculated from the pulse duration and pulse repetition duration with time constant τ = RC. By raising the voltage drop ΔV 10%, the beam current IB 50 A and limiting resistance RD 100 Ω are obtained C 0.17 μF and RC. 51,15 kΩ. In order to easy installation, so the value of capasitor and resistor should be changed with C 0.22 μF and RC. 47 kΩ. It will cause the voltage drop ΔV decrease < 10%

Key words : power supply, electron beam, plasma cathode

PENDAHULUAN

eningkatan kualitas bahan industri logam dan polimer dengan perlakuan permukaan serta pengawetan bahan makanan yang sedang

berkembang saat ini adalah dengan pemanfaatan berkas elektron pulsa dengan arus berkas yang besar dan berdurasi pendek(1,2)_{. Peralatan Sumber} Elektron Berbasis Katoda Plasma (SEBKP) merupakan peralatan penghasil berkas elektron

pulsa diban Sistem denga secara diperl dalam berka Namu pemb dalam terdiri misaln catu sistem lain. pada“ Rubbe Electr ditunj rancan Supply pemer transf rumus ditunj rancan diteka discha saat p daya kolekt (HVD HVDC daya dan fi menek Ga dengan kera ding dengan m m SEBKP an mesin be a kontinyu, lukan sistem p m praktek tidak s kontinyu d un tidak da entukan plasm m tabung plas i dari bebera nya sistem ge daya pulsa, m grid, sistem Rancangan “DUET-Electr

er” yang ada ronics, Tom jukkan pada G Pada taha ngan transform ly yang meru rcepat (CDP formator pada san dasar jukkan dalam ngan Catu Da ankan pada p arging (pelucu pembentukan p Dari Gamb pemercepat tor, terdiri da DC) dan ran C, digunakan yang besar, ilter atau pera kan terjadiny ambar 1. (a) apatan tinggi menggunakan lebih sederh erkas elektron karena pada pemfokus, ma k mungkin un dengan arus y apat dipungk ma yang unifo sma juga tida apa kompone enerator plasm sistem catu window, siste awal ini d ron Beam Ma a di Institute msk Russia Gambar 1(1,2)_. ap sebelumny mator untuk H upakan bagia P) sehingga a makalah ini perhitungann m lampiran. aya Pemercep proses chargin utan) kapasito plasma. bar 1 dapat di dicatukan a ari sumber te ngkaian RC. transformato penyearah m ata menggunak ya tegangan Peralatan pad yang lebih e n berkas konti hana dibandi n yang bero a sistem ini agnet pembelo ntuk membuat yang sangat kiri bahwa p orm dan homo

ak mudah. SE en atau sub ma, bejana pl daya pemer em vakum dan dilakukan me achine for N e of High C a, seperti ya telah dila High Voltage P an dari catu untuk ranc hanya disamp nya dan ha Selanjutnya pat (CDP) ini ng (pemuatan or yang terjad iketahui bahw antara anode egangan tingg Pada keban or untuk penye menggunakan kan kapasitor ripple. Ke da SEBKP, da efektif inyu(3). ingkan operasi tidak ok dan t suatu besar. proses gen di EBKP sistem lasma, rcepat, n lain-engacu Natural Current yang akukan Power daya cangan paikan asilnya untuk i lebih n) dan di pada wa catu e dan gi DC nyakan ediaan dioda untuk luaran an (b) diagram HVDC dipa tahanan R, kapasitor d (plasma gen daya pada r dimodelkan pada Gamba Gambar 2 Tah untuk memb charging c pemuatan (c Gambar 2a disebut pro beban plasm terhadap r Rangkaian ditunjukkan ekivalen ta serta Cd a m ekivalen rang akai untuk me kemudian d dipakai untu nerator) pada ruang plasma n seperti diag ar 2 (3)_. (a) Diagram plasma, dan ekivalen hanan R1 pa batasi arus pe current) pad charging) kap a adalah taha otecting resis ma yang ber resiko terjad ekivalen pera n pada Gamb ahanan dan k adalah ekiva gkaiannya emuati kapasi daya yang ter uk pembangk a ruang plasm dan rangkaian gram blok yan

blok pencatua n (b) mode ada Gambar emuatan trans da waktu te pasitor C. Tah anan R pada stor dipasang rfungsi untuk dinya hubun angkat keras b bar 2b dengan kapasitansi tab alen kabel k itor C melalui rsimpan pada kitan plasma ma. Pencatuan n ekivalennya ng tunjukkan an pada ruang el rangkaian 2a berfungsi sien (transient erjadi proses anan R2 pada Gambar 2b, seri dengan k melindungi ng singkat(3)_. beban plasma n Rp dan Cs bung plasma, oaksial yang i a a n a n g n i t s a , n i . a s , g

Suyamto, dkk. ISSN 0216 - 3128 ₄₃

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2012 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 4 Juli 2012

dipakai untuk pelucutan kapasitor ke tabung plasma(3).

Dari rangkaian ekivalen pada Gambar 1 dan 2, maka catu daya pemercepat (CDP) untuk SEBKP dapat diekivalenkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 dengan RC sebagai charging resistor, C sebagai charging dan discharging capacitor serta RD sebagai protecting resistor..

Gambar 3. Blok diagram rangkaian CDP Jadi dalam rancangan CDP ini dilakukan perhitungan terhadap HVDC, serta ditentukan nilai RD., C dan RC

Rancangan Sumber Tegangan Tinggi

DC

(4 – 7)

.

Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa HVDC harus mempunyai kapasitas yang besar, dimana pada DUET-EB diperlukan 7 kW. Dalam rancangan ini ditentukan HVDC berbasis transformator dengan spesifikasi 1 fasa, 8,5 KVA, 220V/170 kV, 50 Hz.

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, dimana tegangan masukan AC pada sisi primer menimbulkan fluks magnet bolak-balik yang secara ideal semua diinduksikan ke sisi sekunder. Rumusan untuk perhitungan dalam rancangan transformator sangat banyak yang pada umumnya dibagi dalam 3 kelompok perhitungan yaitu yang terkait dengan kelistrikan, kemagnetan dan gulungan kawat.

Rancangan Sistem Kelistrikan

Dalam rancangan kelistrikan didasarkan pada pembangkitan GGL pada sisi primer maupun sekunder dengan rumus dasar sebagain berikut.

8

4, 44. . . .10

E

₌

f N

ϕ

− ₍₁₎

dengan E adalah GGL pada lilitan (volt), f adalah frekuensi sumber (Hz), N adalah jumlah lilitan dan Ф adalah fluks pada inti (weber). Bila Vt adalah tegangan per lilit maka dari persamaan (1) diperoleh = =4,44fφ10−8

N E t

V baik untuk sisi

primer maupun sekunder.

amper volt C EI C t V EI NI f NI EI f t V − = = = × − =

_⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

1 1 8 10 44 , 4 8 10 44 , 4 2 _φ φ (2)

Rancangan Sistem Kemagnetan

Rancangan sistem kemagnetan dimaksudkan untuk menentukan dimensi inti trafo yaitu meliputi model, bukaan jendela, luas penampang, bentuk dan faktor tumpukan inti. Untuk trafo tegangan tinggi, selain dipakai model core type penampang intinya juga sering dibuat bentuk cruciform agar lilitannya membentuk lingkaran, sehingga mengurangi bentuk tonjolan dan dengan inti cruciform bocor fluks dapat ditekan. Besarnya bukaan jendela inti trafo didekati dengan rumus

(

)

2.

.

.

0,35.

s f

N S

H D

J

=

(3)

dengan H dan D masing-masing adalah tinggi dan lebar jendela inti, Sf faktor ruang kumparan (winding space factor)

kV f S + = 30 10 , kV rated tegangan, J rapat arus.

Luas penampang inti ditentukan dari

8

.10

4, 44. .

mak

E

f N

φ

=

inti

.

mak mak t

A

B

S

φ

=

(4)

dengan St adalah faktor tumpukan inti

Rancangan Gulungan Kawat dan Isolasi

Ukuran kawat baik untuk primer maupun sekunder dapat di hitung dari besarnya arus dibagi dengan rapat arus J yang dipilih. Jumlah lapisan kumparan dan jumlah lilitan tiap lapis ditentukan dari lebar dan panjang jendela inti. Tebal kumparan total dihitung dari ketebalan kawat dikalikan jumlah lapisan kumparan berikut isolasinya dengan memperhitungkan celah atau gap antara gulungan kawat primer dan sekunder.

Isolasi merupakan bagian yang sangat penting dalam konstruksi sumber tegangan tinggi untuk mencegah terjadinya discharge maupun hubung singkat yang dapat membahayakan trafo itu sendiri maupun operator.

Rancangan Sistem Penyearah

(8, 9)

.

Pengubahan tegangan AC menjadi DC dapat dilakukan menggunakan 4 atau 2 buah dioda untuk menghasilkan tegangan gelombang penuh. Penyearahan tegangan AC juga dapat dilakukan

Gambar 5. Rangkaian penyearah jembatan dan bentuk gelombang keluarannya.

Gambar 6. Proses penaikan dan penurunan tegangan dan arus pada saat charging dan discharging pada kapasitor melalui rangkaian RC

menggunakan satu buah dioda yang menghasilkan tegangan setengah gelombang sehingga jumlah dioda yang harus digunakan lebih sedikit. Untuk menyesuaikan terhadap tegangan dan arus kerja yang diinginkan dapat dirangkai beberapa dioda secara seri maupun paralel. Karena tegangan yang dihasilkan masih belum serata tegangan DC, maka digunakan kapasitor sebagai perata yang juga dapat dirangkai secara seri-paralel, disesuaikan dengan tegangan dan arus kerja yang dinginkan. Jadi HVDC yang akan dibuat ditunjukkan pada blok diagram Gambar 4.

Gambar 4. Blok diagram HVDC

Bila digunakan 4 unit dioda dirangkai dalam bentuk jembatan, tidak harus digunakan transformator trafo dengan center tap (CT) dan jumah dioda yang banyak, sedangkan bila digunakan 2 unit dioda harus digunakan trafo center tap dan dengan dioda yang lebih sedikit. Penyearah satu unit jembatan juga tersedia di pasaran, dan sebagai contoh rangkaian penyearah gelombang penuh dan keluarannya ditunjukkan pada Gambar 5. Perataan gelombang keluaran dimaksudkan untuk menekan besarnya tegangan ripple dan untuk beberapa rangkaian, tegangan ripple sebesar 10 % dari tegangan sumber adalah

cukup memuaskan. Besarnya kapasitansi Cs untuk ripple 10 % ditunjukkan pada persamaan 5.

5

.

s s s

I

C

V f

=

(5)

dengan C kapasitor perata (F), IS arus keluar dari sumber (A), VS tegangan sumber (V) serta f adalah frekuensi catu daya AC (50 Hz).

Untuk C yang lebih besar akan dihasilkan tegangan ripple yang lebih kecil, sedangkan untuk perataan setengah gelombang, kapasitansinya harus dikalikan dua agar penurunan tegangannya tidak terlalu cepat.

Rancangan Sistem Charging dan Discharging.(10,11)

Pada eksperimen menggunakan DUET-EB, plasma dibangkitkan dengan lucutan berupa tegangan pulsa dengan durasi (pulse duration) 40 μs dan waktu pengulangan pulsa (pulse repetititon) 50 Hz atau jarak antar pulsa sebesar 20 ms. Proses pemuatan dan pelucutan kapasitor melalui rangkaian RC mengikuti kurva eksponensial seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6(3) _{dan 6b.}

Dari Gambar 3 dan 6 jelas bahwa proses pemuatan kapasitor terjadi penaikan tegangan dan arus melalui rangkaian RCC, sedangkan pada proses pelucutan terjadi penurunan tegangan dan arus melalui rangkaian RDC.

Pada saat energi pada kapasitor dipakai untuk pembentukan plasma, tegangannya turun

Suyamto, dkk. ISSN 0216 - 3128 ₄₅

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2012 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 4 Juli 2012

Tabel 1. Parameter rancangan

Item Parameter teknis

DUET-EB(1) _Eksperimen (2) _Rancangan Tegangan (DC)pemercepat (kV) 100 – 200 150 170

Arus berkas elektrón (A) s/d 100 18 50

Lama pulsa (μs) 40 40 40

Pengulangan pulsa (Hz) 0.1 s/d 50 10 50

karena mengalirnya arus beban IB ke tabung plasma melalui tahanan RD, sehingga dengan melihat blok diagram pada Gambar 2 dan 3 serta dengan menggunakan hukum Kirchoff tegangan diperoleh persamaan(10,11) _: 0 B c B D

I t

V

V

I R

C

=

+

+

(6)

dengan VC dan VO masing-masing tegangan pada C setelah dan sebelum terjadi plasma, serta t lamanya arus mengalir ke tabung plasma atau lamanya pelucutan kapasitor.

Penaikan kembali tegangan pada kapasitor terjadi dengan proses charging secara eksponensial sebagai fungsi waktu oleh sumber tegangan tinggi HVDC, dengan konstanta watu τ = RCC seperti yang ditunjukkan pada persamaan 7.

( )

(

1

)

1

c t t _{R C} c cc cc

v t

₌

V

₋

e

−τ

₌

V

⎛

_⎜

₋

e

−

⎞

_⎟

⎝

⎠

(7)

dengan vC(t) tegangan di ujung kapasitor pada saat t, VCC tegangan keluaran HVDC dan t lamanya pemuatan kapasitor C.

Bila besarnya arus berkas IB, penurunan tegangan (ΔV) dan limiting resistance RD diketahui, maka dengan menggunakan persamaan 5 dan 6, besarnya RC dan C pada Gambar 3 dapat dihitung

TATA KERJA

Dalam rancangan CDP untuk SEBKP ini ditentukan parameter teknis peralatan pada Gambar 3 yaitu berupa HVDC, charging resistor RC, limiting resistor RD dan charging - discharging capacitor C. Kriteria rancangan ditunjukkan pada Tabel 1, dimana parameter rancangan ditentukan mengacu pada eksperimen yang dilakukan oleh P. Raharjo dkk(2) _{menggunakan sistem DUET-EB di} Institute of High Current Electronics, Tomsk Rusia.

Perancangan HVDC

HVDC yang dirancang berbasis transformator yang kemudian disearahkan menggunakan sistem penyearah. Tahapan perancangan meliputi perancangan transformator dan perancangan sistem penyearah.

Perancangan transformator dirancang dengan memperhatikan sistem kelistrikan, kemagnetan dan gulungan kawat. Perancangan sistem penyearah meliputi penyearah dan perata. Dalam perancangan ini, ditentukan jumlah dioda dan kapasitor yang akan digunakan.

Penentuan Limiting Resistor (R

D

)

Limiting resistor berfungsi sebagai pelindung dimana nilainya dipengaruhi oleh besarnya arus berkas dan tegangan catu daya. Berdesarkan referensi, nilai resistor ini adalah 100 Ω.

Penentuan

Charging - Discharging

Capacitor (C)

Tahapan untuk menentukan besarnya charging - discharging capacitor (C) adalah dengan menentukan besarnya arus berkas, penurunan tegangan saat discharging, waktu discharging dan tegangan sumber.

Penentuan charging resistor R

C

Tahapan untuk menentukan besarnya charging resistor (RC) adalah dengan menentukan besarnya waktu pulse repetition dan charging - discharging capacitor (C).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Catu daya pemercepat dicatukan antara anode dan ground berfungsi untuk mempercepat elektron dari tabung plasma yang keluar melalui grid. Dari Tabel 1 dapat diketahui bahwa HVDC harus mempunyai kapasitas yang besar

Penyearah berupa dioda harus mampu dilalui arus yang besar. Rangkaian RC harus mampu memberikan energi yang cukup pada saat charging dan discharging, sesuai dengan pulse dan repetition time yang diinginkan

Karena arus yang diinginkan cukup besar maka berdasarkan sifat-sifat pembangkit tegangan tinggi, rancangan CDP ini lebih sesuai bila dipakai jenis transformator step up. Kapasitas transformator harus dapat mengatasi besarnya daya berkas elektron yang diinginkan beserta rugi-rugi yang ada misalnya rugi-rugi pada transformator, penyearah, rangkaian RC dan kebocoran-kebocoran arus

Gambar 7. Rangkaian CDP melalui isolator. Kebutuhan daya untuk pemercepat

dan pompa vakum (pompa rotari dan pompa difusi) masing-masing adalah 7 kW dan 1,8 kW, sehingga catu daya DC untuk akselerator hanya sebesar 7 kW (1)_{, dan pada rancangan ini ditentukan daya} transformator 8,5 KVA, lihat rangkaian CDP pada Gambar 7.

Untuk perencanaan lilitan digunakan persamaan 2 dengan mengambil konstanta C = 60, Vt sama dengan 1,54 volt/lilit dengan daya keluaran Po 8,5 kVA. Selanjutnya dapat dihitung jumlah lilitan primer dan sekunder dan dengan menentukan bahan lilitan dari tembaga dengan rapat arus J ditentukan 1100 A/inc2 _{dapat dihitung besarnya} penampang kawat.

Untuk rancangan transformator ditentukan menggunakan core type dengan koefisien St, yaitu faktor tumpukan inti sebesar 0,9. Bila besarnya φm dan Bm pada persamaan 4 diketahui maka luas inti Ai dapat dihitung, dan hasilnya adalah 59,87 cm2. Untuk penampang inti berbentuk cruciform dengan luas inti Ai secara pendekatan dapat dihitung dari (2 WL – W2_{), dengan W =0,525 C, L = 0,85 C, C} diagonal inti, W dan L masing-masing lebar dan panjang inti. Luas jendela inti Aw dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3 dengan mengambil perbandingan antara H dan D 2,5 sehingga diperoleh Aw=1830 cm2_.

Penentuan nilai kapasitor sebagai perata dihitung menggunakan persamaan 4 dengan Is=0,05A, VS=170 kV dan f=50 Hz. 3

5

5.0, 05

0, 0294

.

170.10 .50

s s s

I

C

F

V f

μ

=

=

=

Dalam rancangan ini ditentukan tegangan DC setengah gelombang sehingga nilai kapasitor perata yang harus dipasang adalah 2 kali Cs atau 0,0588 µF.

Perhitungan nilai komponen RC, RD dan C mula-mula dilakukan dengan menentukan besarnya limiting resistance RD, besarnya arus berkas 50 A, dan penurunan tegangan waktu discharging sebesar 10 % selama 40.10-6 _{s. Nilai RD yang berfungsi} sebagai protecting resistor ditentukan dari besarnya arus berkas dan tegangan catu daya, yang dalam rancangan ini ditentukan besarnya 100 Ω(10)_. Selanjutnya dari persamaan 5 dapat dihitung nilai charging dan discharging capacitor C sebagai berikut.

C

t

I

R

I

V

V

B D B C O

=

+

+

C

t

I

R

I

V

V

B D B C O

−

)

=

+

(

C

t

I

R

I

V

B D B O

)

=

+

(

1

,

0

Dengan substitusi tegangan sumber 170 kV diperoleh,

C

)

10

.

40

)(

50

(

)

100

)(

50

(

)

10

.

170

(

1

,

0

6 3

₌

₊

− C =0,17µF

Untuk menentukan nilai RC yaitu tahanan pada pemuatan kapasitor pada Gambar 6 digunakan teori pemuatan kapasitor pada persamaan 7 dengan waktu pemuatan atau pulse repetititon time 20 ms, dan C = 0,17 µF. Hasilnya adalah,

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

−

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ −

=

−

=

− − − − − 6 3 10 . 17 , 0 . 10 . 20

1

9

,

0

1

)

1

(

)

(

x R CC CC C R t CC t CC C C C

e

V

V

e

V

e

V

t

v

τ

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

−

=

− − − 3 ₆ 10 . 17 , 0 . 10 . 20

1

9

,

,

0

e

RCx RC = 51,15 kΩ

Jadi dengan parameter rancangan pada Tabel 1 dan dengan menggunakan persamaan 6 dan 7 dihasilkan C = 0,17 µF dan RC = 51,15 kΩ. Namun nilai kapasitor dan resistor tersebut harus disesuaikan dengan yang ada dipasaran. Berdasarkan survei pasar, maka diperoleh nilai kapasitor dan resistor yang mendekati nilai diatas yaitu C = 0,22 µF dan RC = 47 kΩ. Hal ini bertujuan agar memudahkan dalam instalasinya. Dengan nilai tersebut akan diperoleh penurunan tegangan kurang dari 10%.

KESIMPULAN

Dari perancangan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa perancangan ini merupakan tahap awal dan perhitungannya

Suyamto, dkk. ISSN 0216 - 3128 ₄₇

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2012 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 4 Juli 2012

dilakukan dengan mengambil beberapa asumsi. Parameter-parameter penting CDP hasil rancangan adalah : transformator 1 fasa, 8,5 KVA, 220 V/170 kV, kapasitor perata pada penyearah Cs 0,0588 µF, limiting resistor RD 100 Ω, charging - discharging kapasitor C 0,17 µF dan charging resistor RC 51,15 kΩ. Untuk memudahkan dalam instalasi, maka nilai kapasitor dan resistor yang digunakan adalah C = 0,17 µF dan RC =51,15 kΩ.

DAFTAR PUSTAKA

1. EFIM OKS, Plasma Cathode Electron Sources, Wiley Vch Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. ISBN: 3-527-40634-4. 2006.

2. P. RAHARJO, Application of Large Area Plasma Cathode Electron Beam for Natural Rubber Vulcanization, ITAC Ltd., 8-2 (paper seminar oral session, prosiding halaman 497), Kamisuwa Tsubame City Niigata 959-0181 Niigata, Japan, Phone: +81-(0)-256-91-3315, Fax: +81-(0)256-98-5778, E-mail:purwadi_raharjo@itac-j.co.jp

3. J.O. ROSSIU, M. UEDA, J.J. BARROSO, Plasma immersion ion implantation experiments with long and short rise time pulses using high voltage hard tube pulser, National Institute for Space Research, Associated Plasma Laboratory, P.O. Box 515, 12201-970 S.J. Campos, SP, Brazil

4. FOTHERGILL,J.C, at-all, A Novel Prototype Design for a Transformer for High Voltage, High Frequency, High Power Use, IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL.16, NO.1,(2001).

5. A.R MARGUNADI, Membuat Transformator Kecil untuk teknisi dan hobbyist. Penerbit PT Gramedia, Jakarta 1986

6. STILL, A. AND SISKIND, CS., Elements Of Electrical Machine Design, McGRAW-HILL BOOK COMPANY, INC, New York Toronto London (1954).

7. YADI YUNUS, SUYAMTO, Rancangan Awal Transformator Tegangan Tinggi Untuk Catu Daya Pemercepat Sumber Elektron Berbasis Katoda Plasma, Prosiding Seminar Nasional SDM Teknologi Nuklir, November 2011, Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir Yogyakarta, ISSN 1978-0176

8. www.kpsec.freeuk.com/powersup.htm : Types of Power Supply

9. ABDUL SYAKUR, AGUNG WARSITO, NURLAILATI, Aplikasi Tegangan Tinggi DC Sebagai Pengendap Debu Secara Elektrostatik, Jurusan Teknik Elektro – Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Soedarto SH Tembalang Semarang telp. Fax : 024 – 7460057

10. EFIM OKS, Buku panduan dan catatan BAS 2011

11. PROFESSOR EFIM OKS, Lecture 1 – 12, Batan Accselerator School, Yogyakarta, Indonesia., December 5th _{– 9}th_{, 2011}

TANYAJAWAB

Siswanto

− Untuk membuat caturdaya yang Bapak rancang , apakah dalam satu tahun selesai?

− Diperlukan berapa biaya untuk membuat 1 unit caturdaya pemercepat?

Suyamto

• Dengan team yang solid 3-4 orang, dibantu pabrikan trafo, yakin 1 tahun dapat terealisir.

• Biaya secara pasti tidak dapat ditentukan untuk trafo 20kV/280V, 630 kVA, harganya 150 juta untuk tiap tarfo disini proporsional terhadap daya dan isolasi tegagan tinggi.

LAMPIRAN (7)

Uraian Spesifikasi Keterangan

Kapasitas 220V/170 kV, 8,5 KVA, 1 fasa, 50 Hz

Model Inti Core type Lihat Gambar 3 pada

lampiran Tegangan per lilit 1,54 volt/lilit

Jumlah lilitan primer 144 lilitan

Kawat primer Kawat pipih penampang 0,0644 inc2 dengan lebar 0,347 inc = 8,82 mm, tebal termasuk isolasi 0,228 inc = 5,79 mm Jumlah lilitan sekunder/fase/koil 110.480 lilitan

Kawat sekunder 0,0000496 inc2 (diameter 0,00795 inc.= 0,22 mm)

Perbandinqan transformasi N2/N1 767,2

Bentuk penampang inti Cruciform C (diagonal) = 3,88 inchi = 98,55 mm; W (lebar dalam) = 2,04 inchi =51,82 mm dan L (lebar luar) = 3,3 inchi = 83,82 mm

Lihat Gambar 2 dan 3 pada lampiran Bahan inti Plat Silicon steel tebal 0,5 mm

Bahan isolasi/ kuat dielektrikum Minyak trafo/ 1 kV/mm Daya isolasi antara:

- Koil primer - sekunder

- Koil 25kV– koil 25kV/fase 200 kV 70 kV Media isolator / pendingin Minyak trafo

Ukuran jendela inti trafo D=10,71 inc, H = 26,5 inci Jarak sela antar bagian kumparan 6,17 inc.= 156,7 mm Tahanan lilitan sekunder 38.260,44 Ω Tahanan lilitan primer 0,0273 Ω Rugi daya liltan sekunder 95,65 W Rugi daya liltan primerr 40,76 W

Rugi daya inti 163,85 W

Rugi daya total 300,265 W

Efisiensi pada beban penuh 0.966 Arus beban kosong 6,5 A Regulasi tegangan 1,77 %