UNIT I
PEMBANGKITAN DAN PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI ARUS BOLAK BALIK ( AC )
I. MAKSUD DAN TUJUAN
1. Pengukuran tegangan tinggi AC dengan berbagai macam jenis elektroda.
2. Mengetahui karakteristik tegangan dadal sela udara dengan berbagai macam elektroda
II. ALAT DAN BAHAN
1. Transformator pengujian (test transformer). 2. Panel kontrol operator.
3. Multiplier.
4. Smoothing condenser.
5. Kabel-kabel penghubung dan tongkat pentanah. 6. Elektrode bola, piring, batang dan jarum. 7. Dudukan elektrode.
8. Thermometer, Hygrometer, dan Barometer. 9. Jangka sorong.
IV. DASAR TEORI
Sela bola dapat dipakai sebagai standart pengujian tegangan tinggi, karena pada suatu keadaan tertentu, jarak sela bola dan diameter bola tertentu mempunyai tegangan dadal (break down) yang tertentu pula. Adapun tegangan dadal standart adalah pada temperatur 20o C, tekanan 760 mm Hg, kelembaban mutlak 11 gram/m3
Untuk pengukuran pada suhu dan tekanan yang lain diberikan faktor koreksi δ (densitas udara) yang dapat dihitung sesuai dengan rumus :
δ = t b + 273 386 , 0
dengan : b = tekanan udara (mm Hg) t = temperatur udara (o C)
Atau dapat pula dilihat dari grafik faktor koreksi.
Tegangan dadal standart dapat diperoleh dengan rumus : Vds =
δ Vd
dengan : Vds = tegangan dadal standart.
Vd = tegangan dadal pengukuran.
Sebagai koreksi terhadap kelembaban udara mutlak dipakai rumus
H
d
ds
V
k
V
=
.
H
k
adlah faktor koreksi kelembaban udara.Sehingga jika kedua faktor koreksi digabung, maka rumusnya menjadi Vds = d
V
kdH1. Pastikan peralatan terhubung sesuai dengan untai skema.
2. Catat kondisi lingkungan: temperatur, tekanan dan kelembaban. Jika mengalami perubahan dicatat.
3. Atur jarak sela bola/elektroda.
4. Masukan saklar utama NFB1, pilot lamp S2, menyala, tekan push button ON, lampu merah menyala.
5. Putar perlahan-lahan SVR (Slidding Voltage Regulation) sampai terjadi lompatan bunga api (tegangan dadal).
6. Catat tegangan primer trafo, tegangan dadal efektif atau sekunder trafo. Ambil beberapa sampel (3 sampai 5 kali) untuk jarak sela yang sama.
7. Ulangi percobaan untuk jarak sela yang berbeda-beda dan elektroda yang berbeda pula.
8. Catat spesifikasi elektroda. VI. HASIL PERCOBAAN
Di sini akan disajikan tabel hasil pengujian setelah dilihat yang paling kecil dari 3 kali pengujian pada suhu (T), kelembaban (H) dan tekanan udara (B) tertentu, sebagai berikut : Elektrode Jarak (cm) Tegangan Tembus Keterangan P V Rata-Rata KV ACRata-Rata Jarum (diameter 0,13cm) 2 23,1 12,6 3 52 22,9 4 70 27 5 86,8 32 6 99,2 35,8 Batang (Diameter 1,25cm) 1 24 12,5 2 35 16,4 3 50,8 22,2 4 70,8 28,1 5 90,4 34,1 Piring (Diameter 9,92) 1 36,6 17,2 1,5 68 26,8 2 94 34,6 2,5 118,4 41,6 0,5 20 11 1 45 20
Bola (diameter 6,25 cm) 1,5 74,2 28,8 2 104,8 37,8 2,5 130 45 T = 28oC H = 63,5 % B = 994 mBar VII. ANALISIS
Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui tegangan dadal suatu bebtuk elektrode dalam hubungannya dengan bentuk elektrode, jarak pemisah diantara elektrode, suhu udara, kelembaban dan tekanan udara, frekuensi, bentuk gelombang tegangan, dan lain-lain tegangan dadal dapat dikurangi dengan memperluas permukaan ‘kontak’nya, karena itulah tadi dikatakan bahwa bentuk elektrode juga berpengaruh. Tiap bentuk elektrode akan punya laus permukaan ‘kontak’ yang berbeda.
Jika saya menganalogikan kepada F , p dan A dimana p = F/a
dimana p adalah TEKANAN yang menyebabkan terjadinya kegagalan isolasi F adalah tegangan yang dikenakan pada elektrode
A adlah luas elektrode
Maka dari analogi itu kita dapat menyimpulkan kalau elektrode uang permukaannya lebih luas, dengan jarak pemisah yang sama, maka tegangan yang diperlukan untuk membuat kegagalan isolasi lebih besar. Hal ini bisa dibuktikan melalui grafik dari data hasil percobaan
Grafik tegangan dadal vs jarak elektroda jarum 0 10 20 30 40 0 2 4 6 8 jarak elektroda (cm) te g an g an d ad al ( kV )
Grafik tegangan vs jarak elektroda batang 0 10 20 30 40 0 1 2 3 4 5 6 jarak elektroda (cm) te g an g an d ad al ( kV )
Grafik tegangan dadal vs jarak elektroda piring 0 10 20 30 40 50 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 jarak elektroda (cm) te g an g an d ad al ( kV )
Grafik tegangan dadal vs jarak elektroda bola 0 10 20 30 40 50 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 jarak elektroda (cm) te g an g an d ad al ( kV )
Permukaan elektrode mempunyai pengaruh besar terhadap kegagalan tegangan karena distribusi medan listrik pada permukaan elektode dipengaruhi oleh bentuk permukaan elektrode tersebut. Ada jenis permukaan elektrode yang ditinjau dari distribusi medan listrik pada permukaannya, yaitu medan listrik yang merata dan tidak merata. Hal inilah yang mengakibatkan nilai tegangan tembus / tegangan dadal standart yang berbeda pada jarak yang sama dari elektrode yang berbeda-beda jenis atau bentuknya. Di samping itu, kenyataan di lapangan menunjukkan faktor keadaan lingkungan seperti suhu, perubahan tekanan dan kerapatan udara, kelembaban udara serta adanya kontaminasi akan mempengaruhi nilai tegangan dadal.
Pada percobaan ini, penekanan pengujian adalah pada tegangan tembus untuk berbagai bentuk elektrode, bukan pada tujuan untuk mengetahui kekuatan isolasi udara yang menjadi isolator pada sela antara dua elektrode tersebut. Hal ini dapat dipahami karena pada waktu pengujian dilakukan, hanya pada satu keadaan saja yakni pada nilai temperatur, tekanan udara dan kelembaban udara yang tidak berubah, hanya saja ingin diketahui nilai konversinya ke keadaan standartnya. Sehingga faktor utama adanya perbedaan nilai tegangan dadal kondisi standart antara berbagai macam elektrode yang berbeda dengan jarak sela yang sama adalah pada perbedaan bentuk permukaan elektrode atau jenis elektrodenya.
Pada percobaan ini, nilai kelembaban nisbi dipergunakan untuk monitoring kelembaban udara supaya tidak melebihi 90 %, karena pada rentang kelembaban udara antara 40 % sampai dengan 90 % tegangan dadal akan cenderung normal tidak mengalami anomali, sehingga pada percobaan ini nilai kelembaban nisbi pada kondisi tetap sebesar 55 % dapat dianggap valid. Koreksi terhadap kelembaban mutlak bersifat empiris, sehingga
faktor koreksinya tidak dapat dianggap selalu tepat, sehingga dalam pengujian ini tidak perlu digunakan faktor koreksi terhadap kelembaban mutlak tetapi cukup dicantumkan nilai kelembaban mutlak yang terukur pada saat pengujian.
Jadi urutan elektrode dengan tegangan dadal keadaan standart dari yang tertinggi hingga yang terendah pada pengujian percobaan ini adalah elektrode : bola, piringan, batang, dan jarum. Jadi, pada laboratorium-laboratorium tegangan tinggi, sela bola dapat sangat berguna yaitu selain untuk mengukur tegangan, sela bola dapat juga dipergunakan sebagai pembatas tegangan, saklar yang bergantung pada tegangan, sela peruncing pulsa dan kapasitor tegangan tinggi, serta lain sebagainya.
Adanya bentuk linearitas tegangan dadal standart yang tidak murni linear secara garis lurus adalah mungkin disebabkan karena adanya ketakstabilan kecepatan dalam pemberian tegangan sehingga alat ukur menunjukkan nilai yang kurang tepat dan masih terdapatnya tegangan sisa dari pengukuran sebelumnya pada saat kecepatan pemutaran SVR yang kurang stabil. Tetapi secara umum hasil pengukuran sudah merepresentasikan keadaan yang sebenarnya yang sesuai dengan referensi tabel tegangan dadal standart yang terdapat dalam modul praktikum dan dilampirkan dalam laporan ini. Nilai yang tercantum dalam tabel referensi adalah nilai tegangan dadal standart maksimum (puncak atau peak value), sedangkan pada hasil pengujian yang terbaca pada alat ukur (voltmeter) merupakan nilai efektifnya atau rms, yang mana hubungannya adalah :
Vmax = 2x Vrms
Kesesuaian nilai dengan tabel referensi ini berlaku pada elektrode bola (sphere). Sebagai bukti, misalnya diambil nilai pada jarak 0,5 cm, dalam tabel referensi nilainya untuk diameter 6,25 cm adalah sebesar 17,2 KV (peak value) dan dari tabel hasil pengujian pada percobaan didapatkan nilai 11 KV (rms value), disetarakan menjadi : Vmax = 2x 11
= 15,52 KV.
Untuk jarak 1 cm : tabel referensi = 31,9 KV,
hasil pengukuran = 2x 20 =28,9 KV
Demikian seterusnya sehingga dapat dibuktikan kesesuaiannya.
Jika kita mengetahui tegangan dadal untuk tiap bentuk elektrode, maka kita bisa menentukan jarak pemisah yang aman bagi elektrode pada tegangan tertentu agar tidak terjadi kebocoran arus.
Percobaan ini, dilakukan dalam keadaan cuaca yang tidak standar, yaitu ketika temperatur (T) 28o C, tekanan udara (B) 994 mBar, dan kelembaban (H) sebesar 63,5%.
Keadaan ini tidak menunjukkan hasil pengukuran yang standar, karena keadaan cuaca pengukuran standart adalah pada temperatur 20o C dan tekanan udara sebesar 760 mmHg
atau 1013 mBar. Oleh karena itu, perlu adanya faktor koreksi tekanan dan suhu (δ) yang dipergunakan untuk konversi dari pengukuran keadaan sebenarnya menjadi keadaan standart. Dalm perhitungan ini, saya tidak mengikutkan faktor koreksi terhadap
kelembaban udara (
k
H ).Faktor koreksinya dirumuskan sebagai berikut :
δ = t b + 273 386 , 0
dengan : b = tekanan udara ketika pengujian(mm Hg) t = temperatur udara ketika pengujian (o C)
Karena tekanan udara pada praktikum percobaan pengukuran dinyatakan dalam mBar, maka perumusannya menjadi sebagai berikut :
δ = t b + 273 386 , 0 x 1013 760 karena pada saat pengujian b = 994 mBar
t = 28o C maka δ = 28 273 994 386 , 0 + x x 1013 760 = 0,9563.
Dari δ yang diperoleh ini, maka dari hasil pengukuran pada percobaan praktikum dapat dikonversikan ke dalam keadaan standartnya, yang diperoleh dari rumusan sebagai berikut :
Vds = δ Vd
dengan : Vds = tegangan dadal standart.
Vd = tegangan dadal pengukuran.
Jika kita mengkonversi tegangan gagal hasil pengujian kita agar menjadi tegangan dadal pada keadaan standar, maka hasilnya :
Elektrode Jarak (cm)
Tegangan Tembus kondisi standar P V Rata-Rata KV AC standart Jarum (diameter 0,13cm) 2 23,1 13,18 3 52 23,95 4 70 28,23 5 86,8 33,46 6 99,2 37,44 Batang (Diameter 1,25cm) 1 24 13,07 2 35 17,15 3 50,8 23,21 4 70,8 29,38 5 90,4 35,66 Piring (Diameter 9,92) 1 36,6 17,99 1,5 68 28,02 2 94 36,18 2,5 118,4 43,5 Bola (diameter 6,25 cm) 0,5 20 11,5 1 45 20,91 1,5 74,2 30,12 2 104,8 39,53 2,5 130 47,06 VIII. KESIMPULAN
Berdasarkan pada data perhitungan yang ada maka dapat disimpulkan :
1. Sela bola dipakai sebagai standart pengujian tegangan tinggi karena pada suatu keadaan tertentu jarak sela bola dan diameter bola tertentu mempunyai tegangan dadal (break down) yang tertentu pula.
2. Jarak sela antar elektrode mempengaruhi besarnya tegangan gagal (tembus/breakdown voltage) pada pengukuran tegangan tinggi AC untuk satu bentuk elektrode tertentu. Semakin besar jarak sela elektrode maka semakin besar pula tegangan gagalnya.
3. Pada dasarnya bentuk elektrode sangat mempengaruhi besarnya tegangan gagal untuk suatu jarak tertentu.
4. Grafik hubungan antara jarak sela elektrode dengan tegangan gagal AC standar bersifat linear.
5. Pengukuran tegangan tinggi AC dipengaruhi oleh keadaan atmosfer yaitu suhu, tekanan, dan kelembaban udara.
6. Tegangan Dadal standart dihitung ketika temperatur 20 derajat Celcius, pada tekanan 760 mm Hg, kelembaban udara 11 gram/m3
IX.. JAWABAN PERTANYAAN
1. Pada gambar grafik hubungan antara besar tegangan dadal kondisi standart dengan jarak sela berbagai macam elektroda, terdapat perbedaan tingkat tegangan untuk jarak yang sama dengan elektrode yang berbeda sebab tegangan dadal dipengaruhi oleh bentuk permukaan elektrodenya, yang mana permukaan elektrode memiliki pengaruh besar terhadap distribusi medan listrik, yaitu medan listrik yang merata dan tidak merata. Elektrode seperti bola yang memiliki permukaan luar yang merata akan memiliki distribusi medan listrik yang merata pula sehingga tegangan dadalnya lebih tinggi dari pada elektrode dengan permukaan luar yang tidak merata.
2. Korona adalah percikan busur cahaya yang disertai dengan suara mendesis (hissing) dan bau khusus yaitu bau ozone pada udara permukaan elektrode / penghantar yang bertegangan tinggi. Korona terjadi karena terdapatnya ionisasi dalam udara, yaitu adanya kehilangan elektron-elektron dari molekul udara. Oleh karena lepasnya elektron dan ion, maka apabila disekitarnya terdapat medan listrik maka elektron-elektron bebas ini akan mengalami gaya yang mempercepat geraknya, sehingga terjadilah tabrakan dengan molekul lain, akibatnya ialah timbul ion-ion dan elektron-elektron baru. Proses ini berjalan terus menerus dan jumlah elektron dan ion bebas menjadi berlipat ganda bila gradien tegangan cukup besar sehingga menimbulkan korona.
3. Konstruksi trafo pengujian tegangan tinggi :
a. Hampir semua trafo penguji mempunyai sistem isolasi minyak dan intinya disebut core type.
b. Untuk tegangan 50-60 KV lilitannya berbentuk polyphase polyline wound disc winding.
c. Lilitan primer digulung pada inti, lilitan sekunder digulung pada lilitan primer.
d. Untuk tegangan di atas 500 KV digunakan beberapa transformator yang dihubungkan secara kaskade.
X. REFERENSI BUKU
1. “Pengantar Teknik Eksperimental Tegangan Tinggi“; Dieter Kind; Penerbit ITB, Bandung; 1993.
2. “Teknik Tegangan Tinggi”; Artono Aris Munandar; Pradnya Paramita; Jakarta; 1978.
3. “ Extra High Voltage A.C. Transmission Engineering”; Rakosh Dasd Begamudre ; Wiley Eastern Limited; India; 1987.
4. “Panduan Praktikum Teknik Tegangan Tinggi : Peralatan Eks Jepang UGM-EL 041”; Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi, Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik, UGM, Yogyakarta, 2000.
