BAB II PENGUKURAN TEGANGAN PUNCAK DENGAN PERCIKAN SELA

BAB II

PENGUKURAN TEGANGAN PUNCAK

DENGAN PERCIKAN SELA

II.1 Pendahuluan

Percikan di sela elektroda bola-bola yang diisolasi oleh dielektrik udara dapat digunakan untuk mengukur amplitudo (puncak) tegangan di atas 10 kV. Peralihan yang cepat di sela elektroda bola-bola yang awalnya sebagai dielektrik ke keadaan konduksi yang tinggi dapat menentukan level tegangan. Pemanfaatan sela elektroda bola-bola untuk pengukuran tegangan tinggi hanya dapat digunakan jika mengikuti aturan-aturan dan petunjuk yang telah ditetapkan. Sumber tegangan tinggi harus mampu menyalurkan arus saat terjadi hubung singkat di antara sela meskipun arus dibatasi oleh resistor. Pemanfaatan percikan pada sela untuk mengukur tegangan tinggi dapat dianggap akurat karena telah dipertimbangkan dengan ukuran dasar yang diakui dalam keakuratan terbatas. Pemanfaatan sela elektroda bola-bola untuk pengukuran tegangan tinggi sering digunakan di laboratorium tegangan tinggi karena lebih murah dan mudah menggunakannya. Alat ukur rangkaian elektronik mahal meskipun dapat digunakan untuk pengukuran rutin. Tetapi, alat ukur ini sangat sensitif terhadap medan elektromagnetik sehingga kadang-kadang gagal bekerja.

II.2 Sela Elektroda Bola-Bola

Sela terdapat di antara dua elektroda bola-bola yang terpisah dengan jarak yang dibatasi. Jarak sela di antara elektroda bola-bola menentukan pengukuran nilai puncak tegangan DC, AC dan impuls. Sela elektroda bola-bola mampu merespon nilai puncak tegangan dalam durasi (≥1−3μs). Dua standar pengaturan sela di antara elektroda bola-bola ditunjukkan pada Gambar 2.1dan 2.2.

Gambar 2.2 Susunan Elektroda Bola-Bola Horizontal [4]

Gambar 2.1 dan 2.2 menunjukkan jarak ruang di sekitar elektroda bola-bola. Objek yang diijinkan ada di sekitar elektroda bola- bola adalah dinding, langit-langit tertinggi, tangki transformator, generator impuls. Pada susunan vertikal elektroda bola yang dihubungkan ke terminal tegangan tinggi disebut elektroda bola tegangan tinggi sedangkan elektroda bola yang dihubungkan ke terminal tegangan rendah disebut elektroda bola tegangan rendah. Elektroda bola tegangan tinggi digantung oleh elektroda berbentuk silinder dan elektroda bola tegangan rendahnya disangga oleh elektroda yang terhubung ke tanah.

Tabel 2.1. Jarak Ruang Sekitar Elektroda Bola

Tabel 2.1 menunjukkan jarak ruang di sekitar elektroda bola-bola, yaitu ketinggian titik percik di atas tanah dan jarak bebas elektoda bola tegangan tinggi dari objek luar.

Batasan jarak sela dibatasi oleh distribusi medan pada sela yang harus tetap homogen sehingga tidak menimbulkan korona sebelum tembus listrik.

II.3 Elektroda Bola

Elektroda bola dibuat dan dirancang dengan hati-hati supaya permukaannya halus dan lengkungannya merata. Bahannya terbuat dari tembaga, kuningan atau

Diameter Elektroda bola-bola (mm) Nilai Minimum A Nilai Maksimum A Nilai Minimum B 62.5 7D 9D 14S 125 6 8 12 250 5 7 10 500 4 6 8 750 4 6 8 1000 3.5 5 7 1500 3 4 6 2000 3 4 6

bintik akibat percikan yang berulang-ulang maka permukaannya harus dihaluskan. Elektroda berbentuk silinder digantung oleh isolator. Diameter elektroda berbentuk silinder tidak lebih dari 0,2D.

II.4 Tegangan Peluahan Muatan

Tegangan peluahan muatan standar telah ditetapkan berdasarkan hasil pengukuran bersama tingkat internasional pada periode 1920 sampai 1955 sebagai nilai standar pengukuran. Kalibrasi data ini dihubungkan ke referensi kondisi atmosfer (temperature 20˚C, tek anan udara 101,3 kPa atau 760 mmHg). Jenis dan polaritas tegangan yang digunakan juga diperhatikan.

Berdasarkan hasil pengukuran ditemukan bahwa untuk setiap diameter elektroda bola, tegangan percik adalah fungsi tidak linier terhadap jarak sela. Hal ini dikarenakan perubahan distribusi medan listrik yang tidak homogen terhadap tembus listrik. Setelah semua kondisi di atas telah dipenuhi, maka diameter elektroda bola dan jarak sela percikan tegangan puncak yang nilainya mendekati nilai nominal ditunjukkan dalam Table 2.2.

Tabel 2.2

Tegangan puncak lewat denyar AC, tegangan impuls negative (50 % untuk pengujian impuls), tegangan switching negative dan tegangan dc, dengan satu elektroda ditanahkan

Jarak Sela (mm)

Tegangan puncak kV Diameter elektroda bola-bola (cm)

6.25 12.5 25 50 75 100 150 200 5 17.25 16.8 10 31.9 31.7 15 45.5 45.5 20 58.5 59 25 69.5 72.5 72.5 30 79.5 85 86 35 (87.5 97 99 40 95 108 112 45 101 119 125 50 107 129 237 138 138 138 138 55 112 138 149 60 116 146 161 65 154 173 70 161 184 75 202 203 203 203 203 80 174 206 90 185 226 100 195 244 263 265 266 266 266 110 203 261 120 212 275 125 214 282 320 287 330 330 330 150 314 373 443 390 390 390 175 342 420 492 443 450 450 200 366 460 585 510 510 510 225 385 250 400 530 585 615 630 630

Kesalahan hasil pengukuran tegangan DC yang jarak selanya lebih kecil dari 0,4D diperkirakan ± 5 persen.

Kesalahan hasil pengukuran tegangan AC dan impuls untuk jarak sela di atas 0,5D diperkirakan ± 3 persen. Tabel 2.2 tidak valid untuk mengukur tegangan impuls di bawah 10 kV dan jarak sela lebih kecil dari 0,05D. Untuk jarak sela lebih besar dari 0,5D dipandang cukup akurat.

II.5 Petunjuk Penggunaan Sela Elektroda Bola-Bola

Sebuah tahanan peredam dipasang di antara terminal trafo uji dan elektroda berbentuk silinder dengan jarak minimal dua kali lebih panjang dari diameter elektroda

Lanjutan Tabel 2.2

Jarak Sela (mm)

Tegangan puncak (kV) Diameter elektroda bola-bola (cm)

6.25 12.5 25 50 75 100 150 200 900 1320 1580 1720 1000 1360 1660 1840 1100 1730 1940 1200 1800 2020 1300 1870 2100 1400 1920 2180 1500 1960 2250 1600 2320 1700 2370 1800 2410 1900 2460 2000 2490

bola. Tahan peredam ini berfungsi untuk membatasi arus tembus listrik dan meredamkan osilasi yang tidak diinginkan ketika terjadi tembus listrik pada sela karena dapat menimbulkan kelebihan bintik pada permukaan elektroda (dalam kasus tegangan impuls). Besar tahanan peredam ini di antara 0,1 sampai 1 MΩ untuk tegangan AC frekuensi daya dan tegangan DC. Untuk tegangan frekuensi yang lebih tinggi yaitu tegangan impuls, drop tegangan akan meningkat pada tahanan peredam. Oleh karena itu, nilai tahanan peredam tidak lebih dari 500 Ω ( induktansi lebih kecil dari 30 μH). Umumnya, rapat udara selama pengukuran tidak tetap setiap saat sehingga tegangan tinggi pada sela yang terukur dinyatakan sebagai berikut:

V_t =δ V_s (2.1)

Di mana V_s adalah nilai dalam tabel standar dan k_dadalah faktor koreksi rapat udara. Faktor koreksi δ dinyatakan dalam Tabel 2.3, merupakan fungsi tidak linier.

Tabel 2.3. Faktor Koreksi Rapat Udara

Rapat udara Relatif Faktor Koreksi δ 0.7 0.72 0.75 0.77

Jika rapat udara relatif diketahui maka faktor koreksi dapat diperoleh dengan menggunakan Tabel 2.3. faktor koreksi δ dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.2. T p pT t p t p o o o o = + + = ) 273 ( ) 273 ( δ ) 273 ( 756 ) 20 273 ( ) 273 ( ) 273 ( t p t p t p o o + + = + + = δ ) 273 ( 386 , 0 t p + = δ (2.2)

Di mana p_o = standar tekanan udara (756 mmHg). p = tekanan udara pada waktu pengukuran. t_o = 20˚C.

t = suhu ruangan (˚c).

Dalam perhitungan faktor koreksi pengaruh kelembaban diabaikan seperti ditunjukkan pada Persamaan 2.2.