PEMBANGKITAN DAN PENGUKURAN
TEGANGAN TINGGI DC
BAB I
PENDAHULUAN
Perkembangan sistem tenaga listrik yang pesat membutuhkan transmisi tegangan tinggi. Lingkup studi tegangan tinggi sangat luas, antara lain meliputi fenomena tegangan tinggi, seperti perhitungan medan listrik, gejala tembus listrik dielektrik, dan lain-lain. Pembangkitan tegangan tinggi terbagi menjadi pembangkitan tegangan tinggi bolak-balik, pembangkitan tegangan tinggi searah, dan pembangkitan tegangan tinggi impuls.
Yang dimaksud dengan tegangan tinggi dalam dunia teknik tenaga listrik (elektrik power engineering) adalah semua tegangan yang dianggap cukup tinggi sehingga diperlukan pengujian dan pengukuran tegangan tinggi yang semuanya bersifat khusus dan memerlukan teknik-teknik tertentu (sujektif), atau dimana gejala-gejala tegangan tinggi mulai terjadi (objektif). Batas yang menyatakan kapan suatu tegangan dapat dikatakan tinggi H.V (high Voltage), dan kapan sudah ahrus dsebut tinggi sekali E.H.V (Extra High Voltage) serta Ultra tinggi U.H.V (Ultra High Voltage).
Tegangan ini berbeda-beda untuk setiap negara atau perusahaan tenaga listrik dinegara-negara tersebut, dan biasanya tergantung kepada kemajuan tekniknya masing-masinng. Salah satu faktor yang menentukan ialah tingginya tegangan transmisi yang dipakai. Sebagimana diketahui, ini tegantung kepada besarnya tenaga yang harus disalurkan dari pusat-pusat listrik kepusat beban (load centres) dan jarak
tersebut dapat berubah menurut keadaan setempat dan kemajuan –kemajuan yang tercapai.
Besarnya tegangan pengujian yang harus diterapkan pada pengujian tegangan tinggi tergantung pada tegangan nominal alat lisrik yang diuji pada standar yang berlaku. Tegangan tinggi yang diterapkan atau yang dialami oleh sistem tenaga dapat berupa :
Tegangan biasa (nominal) yaitu tegangan yang seharusnya dapat ditahan oleh sistem tersebut untuk waktu yang tak terhingga.
Tegangan lebih (Over Voltage) yang hanya dapat ditahan untuk waktu terbatas.
Pada pengujian tegangan tinggi tersebut terdapat pengujian yang bersifat merusak dan tidak merusak alat yang diuji, pengujian yang sifatnya merusak pada umumnya terdiri dari tahap yang tegantung pada tingkat tegangan. Pengujian Tegangan Tinggi dikelompokkan menjadi :
a. Pengujian sifat-sifat dielektrik temuan baru
b. Pengujian untuk memeriksa kualitas isolasi peralatan listrik
c. Mengetahui ketahanan isolasi peralatan dalam memikul tegangan lebih yang terjadi
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Pembangkit Tegangan Tinggi Searah
Sebelum adanya diode penyearah tegangan tinggi, maka orang menggunakan generator searah. Sekarang telah ditemukan diode tegangan tinggi sehingga orang dengan mudah untuk menggunakan dan memperoleh tegangan tinggi searah.
Pembangkitan tegangan tinggi searah di laboratorium umumnya menggunakan diode semi konduktor yang terpasang seri pada kutup tabung hampa seperti pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Diode tegangan tinggi
Untuk mendapatkan tegangan tinggi searah biasanya dilakukan dengan cara menyearahkan tegangan bolak balik melali suatu penyearah (biasanya digunakan diode semikonduktor). Untuk mempertinggi nilai tegangan searah digunakan suatu rangkaian pengganda tegangan searah
pendingin. Dari kedua tipe diatas mempunyai perbedaan yaitu : Pada dioda terjadi drop tegangan yang realtif besar di bandingkan tabung. Keuntungan dioda adalah tidak perlu pemanasan dan langsung di operasikan. Kemudian pada dioda arus balik masih ada atau sangat kecil sedangkan pada tabung arus balik nol.
Rangkaian paling sederhana untuk membangkitkan tegangan tinggi searah adalah dengan menggunakan penyearah setengah gelombang (half wave rectifier). RL adalah resistansi beban dan C adalah kapasitor untuk meratakan tegangan keluaran DC
Jika kapasitor tidak terhubung tegangan terminal keluaran dc masih bergelombang. Dengan adanya kapasitor akan meratakan tegangan keluaran sehingga hasil tegangan keluaran mendekati tegangan dc murni. Gambar a menunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang, gambar b menunjukan tegangan keluaran sebelum diberikan kapasitor sebagai perata tegangan keluaran,sedangkan gambar c menunjukan tegangan keluaran setelah diberikan kapasitor perata.
Tegangan output V tidak lagi konstan jika rangkaian dibebani, dalam satu periode T = 1/f dari tegangan A.C tegangan muatan Q ditransfer ke beban RL yang dapat direpresentasikan dalam persamaan :
I adalah nilai rata rata dari tegangan output dc iL(t) dan V(t) yang diikuti dengan ripple seperti gambar berikut :
Perubahan muatan pada kapasitor perata selama periode padam didapatkan dari persamaan
Dengan demikian ripel dapat dikurangi dengan memperbesar kapasitas kapasitor perata atau dengan mempertinggi frekuensi
Untuk membangkitkan tegangan tinggi searah ada beberapa metode yaitu : a. Rangkaian Villard
Rangkaian ini merupakan rangkaian pengganda, tegangan yang paling sederhana Kapasitor C dimuati hingga tegangan puncak −U T sehingga meningkatkan potensial terminal keluaran tegangan tinggi terhadap trafo sebesar tegangan tersebut. Untuk kondisi tanpa beban berlaku persamaan berikut:
Rangkaian villard dapat dilihat pada gambar berikut ;
Gambar 2.5. Rangkaian Villard diagram rangkaian, (b) kurva tegangan
b. Rangkain Pengganda Grainacher
Gambar 2.6. Rangkaian pongganda Greinacher (a) diagram rangkaian, (b) kurva tegangan
Rangkaian Pengganda Greinacher Dalam gambar 4. 5 ditunjukkan perluasan rangkaian Villard dengan penyearah V2 yang memungkinkan pemasangan
Jumlah tegangan balik dari penyearah dalam rangkaian ini sama dengan-dua kali tegangan keluaran U yang juga berlaku untuk setiap rangkaian penyearah yang memuat komponen perata tegangan searah.
c. Rangkaian Zimmermansi-Wittka
Gambar 2.7 Rangkaian Zimmermansi-Wittka (kondisi tanpa beban) (a) diagram rangkaian, (b) kurva tegangan
Rangkaian ini merupakan penggabungan dua rangkaian Villard yang dihubungkan berhadapan pada terminal keluaran dengan nilai puncak sebesar tiga kali tegangan trafo dan tegangan rata-rata pada kondisi tanpa beban sebesar U = 2 U T. Rangkaian ini dapat dibumikan pada sebarang titik asalkan
isolasi belitan trafo mencukupi; hal ini juga berlaku untuk rangkaian lain.
Rangkaian ini dikemukakan H. Greinacher pada tahun 1927. rangkaian tersebut merupakan rangkaian tiga tingkat untuk mendapatkan jatuh tegangan yang lebih merata maka dipilih kapasitansi Co = 2C1. C1 berfungsi sebagai
kapasitor perata. Kaskade grainacher dibuat untuk tegangan 5 mV dengan kapasitas arus rangkaian uji sekitar 10mA.
Contoh lain rangkaian kaskade dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.9 Contoh rangkaian penyearah (kondisi tanpa beban)
Gambar diatas digunakan untuk arus keluaran yang cukup besar (100 mA) maka masukan arus bolak-balik untuk masing-masing rangkaian harus diberikan pada potensial yang tinggi dan ini dapat dilakukan dengan menggunakan trafo-trafo pemisah atau alternator-altemator yang saling terpisah.
2.2 Pengukuran Tegangan Tinggi DC
Tegangan tinggi arus searah dapat diukur dengan berbagai cara :
a. Pengukuran dengan resistor tegangan tinggi.
Arus yang digunakan untuk pengukuran ini harus sangat kecil yaitu berkisar 1 mA, dikarenakan batas pembebanan pada sumber tegangan serta pemanasan pada resistor ukur. Akan tetapi arus yang kecil mudah terganggu oleh arus – arus galat berupa arus – arus bocor dalam bahan isolasi dan permukaan isolasi serta berupa peluahan korona. Konstruksi resistor tegangan tinggi dibentuk dengan menhubungkan elemen – elemen resistor secara seri.
b. Pengukuran dengan menghubung seri mikroammeter dengan resistor.
Tegangan tinggi DC biasanya diukur dengan menghubungkan tahanan yang sangat tinggi (beberapa ratus megaohm) terhubung seri dengan microammeter, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.
Arus I yang mengalir melalui resistansi R diukur oleh moving coil microammeter. Besar tegangan sumber adalah :
V = I R
Dalam hal ini drop tegangan dalam meter diabaikan, oleh karena impedansi meter sangat kecil dibanding dengan resistansi seri R. Peralatan proteksi seperti paper gap, neon glow tube atau zener diode, merupakan media proteksi bagi microammeter terhadap tegangan tinggi, ketika R mengalami kegagalan atau flash over.
c. Pengukuran dengan Pemakaian Pembagi Tegangan
Untuk mengukur tegangan arus searah yang tinggi dibutuhkan pembagi tegangan. Alat ini dipakai untuk menurunkan tegangan yang tinggi menjadi tegangan yang rendah sehinga dapat disambungkan ke meter atau CRO. Nilai
1. Pembagi tegangan resistif, berisi elemen tahanan. 2. Pembagi tegangan kapasitif, berisi elemen kapasitor. 3. Pembagi tahanan campuran antara resistor dan kapasitor.
Jenis pembagi tegangan Z1 dan Z2 dapat berupa tahanan, kapasitor atau campuran RC. Elemen tahanan dan kapasitor bila diterapkan pada tegangan tinggi selalu terdapat pengaruh tahanan dan kapassitansi. Selain itu tahanan yang dipakai harus mempunyai induktansi yang kecil.
