Pembangkit Tegangan Tinggi Impuls

(1)

Kegunaan Tegangan Tinggi Impuls:

1.

1.Menguji peralatan sistem bahwa mampu memikul tegangan lebih Menguji peralatan sistem bahwa mampu memikul tegangan lebih

karena adanya Operasi hubung – buka (Switching Operation) dan

karena sambaran petir pada sistem.

2. Untuk menyelidiki mekanisme tembus listrik bahan dielektrik

Bentuk Tegangan Impuls Standar

Bentuk Tegangan Impuls Standar, yaitu:

Ada 3 (tiga) bentuk Tegangan Impuls

1.

1.Tegangan Impuls Petir Tegangan Impuls Petir

2.

2.Tegangan Impuls Surja Hubung Tegangan Impuls Surja Hubung

3.

3.Tegangan Impuls Terpotong Tegangan Impuls Terpotong

Sela Picu

Tegangan impuls dapat dibangkitkan dengan sela picu. Alat ini terdiri

dari dua elektroda, yaitu elektroda tegangan tinggi berbentuk bola dan

elektroda berbentuk setengah bola. Elektroda setengah bola ini

mempunyai lubang selinder yang didalamnya dimasukkan satu tabung

gelas yang diselubungi logam. Di dalam tabung gelas terdapat satu

jarum yang dihubungkan dengan alat picu (

jarum yang dihubungkan dengan alat picu (Triggering Device Triggering Device) .

) .

Generator Impuls RLC

Prinsip kerja generator impuls RLC

Generator RLC membutuhkan sumber tegangan tinggi DC yang

tegangan keluarannya dapat diatur dan dilengkapi dengan sela picu

F.

(2)

Sumber tegangan tinggi Dc, melalui resistor Rp pmengisi

mengisi

kondensator pemuat C. Jika tegangan kondensator pemuat adalah V

dan sela picu dioperasikan, maka sela elektroda F terhubung singkat

dalam waktu yng singkat. Melalui sela picu, muatan kondensator C

dilepaskan ke rangkaian R

dilepaskan ke rangkaian Rs s, L, dan R

, L, dan Ro

o. Tahanan resistor Rp dibuat . Tahanan resistor Rp dibuat

besar, untuk menghambat muatan yang datang dari sumber

tegangan tinggi DC selama proses pelepasan berlangsung. Karena

proses pelepasan berlangsung dalam waktu yang sangat singkat dan

resistor Rp dibuat besar, maka muatan yang datang dari sumber DC

dianggap tidak ada, sehingga tidak ada muatan yang mengisi

kondensator pemuat C. Dengan demikian, hanya muatan

kondensator c yang dilepaskan ke rangkaian R

kondensator c yang dilepaskan ke rangkaian Rs s, l, dan R

, l, dan Ro. o

(3)

(4)

PROFIL TEGANGAN IMPULS

•

Pengertian tegangan impuls

Suatu pulsa tegangan dengan polaritas tunggal, disebut sebagai impuls, misalnya: tegangan

lebih transien akibat proses switching dan sambaran petir. Dibawah ini diperlihatkan 3

contoh dari bentuk tegangan impuls

Untuk keperluan pengujian, tegangan impuls eksponensial ganda dijadikan sebagai tegangan

standar pengujian (telah dibakukan), yang dirumuskan sebagai berikut:

(

)

t t 0 e e V V β − α −

(5)

− =

(1)

Persamaan (1) diatas merepresentasikan gelombang 1 polaritas yang mempunyai ciri, cepat

menuju puncak dan kemudian turun perlahan menuju nol. Untuk gelombang impuls 1,2 x 50

s

µ

,

α

= - 0,0146,

β

=- 2,467, dan Vo = 1,04

Untuk tegangan impuls yang disebabkan oleh sambaran petir,

waktu yang dibutuhkan menuju puncak sekitar 1

s

µ

, sedangkan

untuk tegangan impuls akibat proses switching, waktu menuju

puncak paling sedikit sekitar 100

s

(6)

Adapun bentuk tegangan impuls akibat sambaran petir dan

proses switching, dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Pada tegangan impuls petir (dari gambar diatas)

(7)

Ts adalah disebut waktu dahi atau muka gelombang

Tr disebut waktu paroh punggung atu ekor gelombang

A adalah 0,3 tegangan puncak

0,5 tegangan puncak adalah nilai rata-rata dari tegangan

puncak

B adalah 0,9 tegangan puncak

Sulitnya menetapkan permulaan gelombang dan puncak gelombang yang benar, maka

defenisi muka gelombang dan ekor gelombang ditetapkan dalam standar sedemikian rupa,

diantaranya:

Menurut standar jepang (1944) titik 0 nominal dari sebuah tegangan impuls adalah

perpotongan antara garis sumbu waktu dengan garis lurus yang menghubungkan titik-titik

10% dan titik B dari tegangan puncak

Menurut rekomendasi International Electrotechnical (IEC), titik 0 nominal dari sebuah

tegangan impuls adalah perpotongan antara garis sumbu waktu dengan garis lurus yang

menghubungkan titik- titik A dan B dari tegangan puncak

Muka gelombang didefenisikan sebagai bagian dari gelombang yang dimulai dari titik 0

nominal sampai tegangan puncak, sedangkan sisanya adalah ekor gelombang.

Dengan demikian maka pengenal (sandi) dari tegangan impuls

dinyatakan sebagai:

±

(T

f

x T

r

)

s

µ

(8)

(9)

PEMBANGKITAN TEGANGAN IMPULS

•

Rangkaian pembangkitan tegangan impuls

Bentuk gelombang exponensial ganda sebagaimana yang telah dirumuskan, dapat diperoleh pada laboratorium dengan kombinasi rangkaian seri RLC atau dengan kombinasi RC. Pada gambar 1, kapasitor C diberi muatan dari sumber DC melalui tahanan pemuat r. Percikan api (spark over) antara sela api G terjadi saat tegangan

pemuat V mencapai harga tertentu. Pada saat itu muatan pada C dilepaskan (discharge) melalui tahanan seri Rs,

(10)

Rs bertindak sebagai tahanan peredam untuk menghindarkan osilasi frekwensi tinggi. Tahanan pelepas muatan

Ro dipakai untuk mengatur bentuk ekor gelombang, sedangkan L bersama Ro mengatur muka gelombang.

Kapasitor impuls Cs pada gambar 2 dimuati melalui resistansi dengan tegangan searah Uo (sesuai gambar 1).

Percikan api (spark over) antara sela

F terjadi saat tegangan pemuat Uo mencapai harga tertentu. tegangan impuls u(t) muncul pada

kapasitor beban Cb. Kedua rangkaian berbeda dalam hal penempatan resistor peluahan Re terhadap resistor

redaman Rd.

Nilai elemen rangkaian menetukan bentuk kurva tegangan impuls. Waktu dahi yang singkat membutuhkan

pengisian muatan yang cepat pada Cb hinga nilai puncak U, sedangkan waktu punggung yang panjang berarti

peluahan yang lambat, dan ini dicapai dengan Re >> Rd.

Segera setelah penyalaan F pada t=0, maka hampir seluruh tegangan Uo muncul pada rangkaian seri RdCb

dalam kedua rangkaian. Semakin kecil nilai RdCb maka akan semakin cepat tegangan u(t) mencapai nilai

puncak. Nilai puncak U akan selalu kurang dari tegangan yang dapat dihasilkan dengan muatan awal UoCs

yang terbagi pada Cs+Cb. Untuk itu nilai efisien medan (η) adalah:

Cb Cs Cs U U o puncak + ≤ = η

Untuk mendapatkan U puncak setinggi mungkin (untuk Uo tertentu), maka harus dipilih Cs >> Cb. Peluruhan

tegangan impuls dalam rangkaian a terjadi dengan konstanta waktu Cs(Rd+Re) dan dalam rangkaian b dengan

konstanta waktu CsRe. Energy impuls yang diubah dalam sebuah peluahan, dinyatakan dengan persamaan:

2 o sU C 2 1 W =

Untuk memperoleh tegangan impuls dengan nilai puncak yang setinggi mungkin, umumnya digunakan rangkaian pengali, sebagaiman yang diusulkna oleh E.marx pada tahun 1923. Beberapa kapasitor

(11)

impuls yang identik dimuati secara parallel dan diluahkan secara seri, sehingga mengasilkan tegangan pengisian yang berlipat sesuai dengan jumlah tingkatan.