LAPORAN PRAKTIKUM PRAKTIKUM TEKNIK TEGANGAN TINGGI

(1)

LAPORAN PRAKTIKUM

PRAKTIKUM TEKNIK TEGANGAN TINGGI

NAMA : DENNIS AULDENTIO WENAS

NIM : 202011359

KELAS : I

TANGGAL PRAKTIKUM : 15 OKTOBER 2022 22 OKTOBER 2022 05 NOVEMBER 2022

(2)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 MODUL I

TEKNIK PEMBANGKITAN DAN PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI ARUS BOLAK- BALIK DAN ARUS SEARAH

I. TUJUAN

1. Mengetahui teknik pembangkitan tegangan tinggi arus bolak-balik dan arus searah.

2. Mengukur tegangan tinggi arus bolak-balik dan arus searah dengan menggunakan prinsip pembagi tegangan

II. ALAT DAN PERLENGKAPAN

• 1 unit Power Supply Cable (PSC)

• 1 unit Control Unit (CU)

• 1 unit HV Test Transformer (TT)

• 1 unit Current Limiting Resistance (CLR)

• 1 unit RC Divider (RCD)

• 1 unit High Voltage Divider (HVD)

• 1 unit Floor Pedestal (FP)

• 2 unit Connecting Line (CL)

• 1 set Earth Cable (EC)

• 1 unit Space Ball Current-Limiting Resistor (SB-CLR)

• 1 unit Manual Discharge Space Ball (SB)

• 2 unit Support Insulator (SI)

• 1 unit High Voltage Filter Capasitor (FC)

(3)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 III. TEORI MODUL

3.1.1 Tegangan Arus Bolak-Balik

Tegangan tinggi arus bolak balik dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu tegangan tinggi arus bolak balik dengan frekuensi rendah dan tegangan tinggi arus bolak balik dengan frekuensi tinggi. Pengujian menggunakan tegangan tinggi arus bolak balik frekuensi rendah diperlukan untuk menyelidiki apakah peralatan listrik yang terpasang pada jaringan tegangan tinggi dapat menahan tegangan yang melebihi tegangan operasinya untuk waktu terbatas. Sedangkan tegangan tinggi arus bolak balik dengan frekuensi tinggi diperlukan untuk berbagai macam pengujian, diantaranya adalah untuk menguji adanya kerusakan-kerusakan mekanis (keretakan, kantong udara, dsb) pada isolator terutama isolator porselen.

Peralatan yang digunakan untuk membangkitkan tegangan tinggi bolak balik adalah dengan menggunakan transformator, yang biasanya digunakan adalah transformator penguji (Testing Transformer). Trafo pengujian yang digunakan memiliki perbandingan jumlah lilitan lebih besar dibandingkan dengan Trafo Daya (Power Transformer) dan kapasitas kVA-nya kecil dibandingkan dengan kapasitas Trafo Daya.

Biasanya dipakai transformator satu fasa, karena pengujian dilakukan fasa demi fasa.

3.1.2 Tegangan Tinggi Arus Searah

Pemanfaatan tegangan tinggi searah dalam kehidupan sehari-hari memang belum banyak dikenal secara umum bila dibandingkan dengan tegangan tinggi bolak-balik, sebagai contohnya adalah penggunaan tegangan bolak balik pada sistem transmisi. Hal ini dikarenakan untuk membangkitkan ataupun mentrasformasikan tegangan tinggi searah diperlukan perangkat inverter yang dilihat dari segi ekonomis memiliki harga yang mahal, akan tetapi dengan menggunakan sistem transmisi diperoleh keuntungan- keuntungan antara lain :

1. Dengan tegangan puncak dan rugi daya yang sama kapasitas penyaluran dengan tegangan searah lebih tinggi diibandingkan dengan tegangan bolak balik.

(4)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 komponen yang telah didesain untuk dapat menahan tegangan tinggi. Dioda yang digunakan pada rangkaian pembangkitan tegangan tinggi searah dapat berupa dioda tabung hampa ataupun dioda semi konduktor yang terpasang seri dengan sumber (tegangan AC) seperti terlihat pada gambar dibawah ini :

(a) (b)

Gambar 1.1 Penyearah Tegangan (a) Diode Tabung Hampa (b) Dioda Semikonduktor

Ditambah dengan kapasitor yang dipasang secara paralel. Dalam percobaan ini digunakan penyearah setengah gelombang, dengan diode yang sudah terinstall di dalam Transformator Uji.

Gambar 1.2 Rangkaian penyearah setengah gelombang

3.1.3 Kegagalan Pada Isolasi Udara

Pada umumnya, kegagalan peralatan listrik pada waktu sedang dipakai disebabkan oleh kegagalan isolasi dalam menjalankan fungsinya sebagai isolator tegangan tinggi.

Kegagalan isolasi disebabkan oleh beberapa faktor antara lain isolasi tersebut sudah dipakai untuk waktu yang lama, kerusakan mekanis, berkurangnya kekuatan dielektrik, dan karena tegangan lebih.

Udara merupakan media isolasi yang paling banyak digunakan dalam teknik tegangan tinggi. Beberapa fenomena atau gejala tegangan tinggi yang biasa terjadi antara lain skin effect, korona, spark over dan flash over. Fenomena fisik gejala maupun kegagalan tegangan tinggi ini salah satunya dipengaruhi oleh bentuk elektroda yang dipakai.

(5)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 IV. TEORI TAMBAHAN

4.1 Trafo pembangkit tegangan tinggi

Trafo yang dipakai untuk membangkitkan tegangan tinggi sering disebut trafo uji.

Trafo ini mempunyai ciri-ciri sebagai berikut :

• Perbandingan jumlah lilitanya lebih besar dari pada trafo daya. Hal ini sebabkan trafo uji yang dipasang pada laboraturium tegangan yang diterapkan dengan tegangan input 127 volt sampai 220 volt sedangkan output yang harus dihasilkan adalah besarnya sampai beberapa ratus ribu volt.

• Kapasitas KVA-nya lebih kecil dibanding dengan trafo daya, karena untuk keperluan lompatan api tidak perlu daya yang besar melainkan tegangan yang besar.

• Trafo yang dipakai biasanya satu phasa, kecuali pada pengujian khusus yang memerlukan trafo tiga phasa.

• Satu ujung lilitannya biasanya ditanam dalam tanah untuk keperluan keamanan dan pengamanan terhadap manusia dan alat ujinya.

• Pada waktu merencanakan isolasi untuk trafo penguji hanya diperhitungkan isolasinya tahan terhadap tegangan penguji yang maksimum.

4.2 Pembangkitan tegangan tinggi bolak –balik frekwensi rendah

Trafo untuk membangkitkan tegangan tinggi dengan frekwensi rendah ini biasanya dibumikan salah satu ujung belitan tegangan tinggi seperti telah diterangkan diatas. Trafo untuk membangkitkan tegangan tinggi juga disebut trafo uji. Ada dua rangkaian dasar dari trafo uji seperti ditunjukan pada gambar 1 dibawah ini :

(6)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 4.3 Pembangkitan 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 dilaboraturium umumnya menggunakan diode semi konduktor yang terpasang seri pada kutup tabung hampa seperti pada gambar 2. Untuk membangkitkan tegangan tinggi searah ada beberapa metode yaitu :

a. Rangkaian penyearah setengah gelombang dengan kapasitor perata maupun tanpa kapasitor perata.

b. Rangkaian Villard

c. Rangkaian pelipat ganda Greinacher 4.4 Pengukuran tegangan tinggi bolak-balik

Pengukuran tegangan tinggi bolak-balik tidak seperti pengukuran tegangan rendah.

Ada beberapa metode pengukuran tegangan tinggi yaitu :

a. Pengukuran tegangan tinggi dengan mengukur tegangan puncak memakai sela bola.

b. Pengukuran tegangan puncak dengan kapasitor ukur c. Pengukuran dengan trafo tegangan dan lain sebagainya.

Pengukuran tegangan puncak dengan sela bola. Sela bola dapat dipakai sebagai standar pengujian dan pengukuran tegangan tinggi, karena pada suatu keadaan tertentu dan diameter bola tertentu serta tekanan tertentu akan mempunyai tegangan Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi ke-2 Tahun 2011 Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang E.71 tembus tertentu pula. Jika tegangan yang diterapkan melampaui tegangan puncak maka dalam beberapa waktu dalam mikrodetik sela bola akan tembus.

Selama selang waktu tersebut harga puncak tegangan bolak-balik frekuensi dianggam konstan. Tegangan tembus pada udara bebas terjadi pada harga puncak. Pada kondisi temperature dan tekanan atmosfir yang berbeda harus dikoreksi dengan menggunakan rumus :

Tegangan tembus setempat yang dikoreksi sama dengan tegangan tembus standar dikalikan dengan kerapatan udara. Dimana kerapatan udara ini tergantung dengan temperature dan tekanan atmosfir

4.5. Sistem Yang Disimulasikan

Dalam program simulasi ada tiga tiga system yang disimulasikan diambil dari buku

(7)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 praktikum karangan Ir. Joko Darwanto :

a. Pembangkitan dan pengukuran tegangan tinggi bolak-balik frekuensi rendah b. Pembangkitan dan pengukuran tegangan tinggi searah

c. Pembangkitan dan pengukuran tegangan tinggi Impuls yang terdiri dari Impuls surja petir dan Impuls surja hubung.

Sumber :

Wahyono. (2011). Simulasi Pembangkitan dan Pengukuran Tegangan Tinggi dengan Menggunakan Sela Bola. Prosiding Seminar Sains dan Teknologi Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang. E65-E74.

(8)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 V. LANGKAH PERCOBAAN

Tegangan Tinggi Arus Bolak-Balik

1. Buat rangkaian seperti gambar di bawah ini.

(a)

Gambar 1.3 Rangkaian Percobaan Arus Bolak Balik

Gambar 1.4 Rangkaian Percobaan Modul 1 (a) Skematik (b) Rangkaian di Laboratorium

Gambar 1.5 Sambungan Kabel Dari Control Unit Pada Transformator Uji

(9)

Dennis Auldentio Wenas 202011359

Gambar 1.6 Sambungan Earth Cable

Gambar 1.7 Sambungan Keluaran Transformator Uji Bagian Listrik Arus Bolak-Balik ke Current Limiting Resistance

2. Ukur dan catat kelembaban dan temperatur ruang uji menggunakan Thermohygrometer.

3. Atur jarak Space Ball menjadi 3 cm menggunakan jangka sorong.

(10)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 Tegangan Tinggi Arus searah

Gambar 1.8 Rangkaian Percobaan Arus Searah

3. Atur jarak Space Ball menjadi 3 cm menggunakan jangka sorong.

4. Atur pembacaan High Voltage Divider menjadi DC dan keluaran short circuit pada Trafo Uji dicabut.

5. Nyalakan peralatan dan naikkan tegangan primer dari Control Unit mulai dari 10 V, 20 V, 30 V, 40 V, 50 V, 60 V dan 70 V.

6. Amati dan catat tegangan sekunder dan arus primer untuk setiap tegangan primer tersebut.

(11)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 VII. DATA PENGAMATAN

Kelembaban Ruang Uji :

Temperatur Ruang Uji :

Tegangan Tinggi Arus Bolak-Balik Tegangan Primer

(V)

Tegangan Sekunder Perhitungan (kV)

Tegangan Sekunder

Pengujian (kV) Arus Primer (A)

25 12,5 12,76 0,16

50 25 24,45 0,34

75 37,5 37,24 0,96

100 50 50,94 1,42

125 62,5 63 2,40

Tegangan Tinggi Arus Searah Tegangan Primer

(V)

Tegangan Sekunder Perhitungan (kV)

Tegangan Sekunder

Pengujian (kV) Arus Primer (A)

10 5 14,48 0,15

20 1,0 26,55 0,15

30 1,5 38,77 0,15

40 2 50,68 0,16

50 2,5 61,75 0,18

60 3 73,90 0,24

70 3,5 84,95 0,30

(12)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 VIII. PENGOLAHAN DATA

Tegangan Tinggi Arus Bolak-Balik HL = 100 kV

LV = 200 V

Rasio = HL/LV = 100000 V / 200 V = 500 V

• VS = Rasio x Vp = 500 x 25 = 12,500 Kv = 12,5 Kilovolt [kV]

• VS = Rasio x Vp = 500 x 50 = 25,000 Kv = 25 Kilovolt [kV]

Tegangan Tinggi Arus Searah HL = 100 kV

LV = 200 V

Rasio = HL/LV = 100000 V / 200 V = 500 V

(13)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 IX. TUGAS AKHIR

1. Buatlah grafik hubungan antara Vs pengujian terhadap Vp (Vs pengujian – Vp) dan Ip terhadap Vp (Ip – Vp)! 4 grafik

Jawab :

Tegangan Tinggi Arus Bolak-Balik

(14)

Tegangan Tinggi Arus Searah

(15)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 2. Jelaskan hubungan dari grafik pada nomor 1!

Jawab :

- Hubungan Tegangan sumber dan Tegangan Sekunder , ketika tegangan sumber dinaikkan maka tegangan sumber ikut naik atau bisa disebut berbanding lurus. “ Semakin besar tegangan sumber maka tegangan sekunder juga semakin besar. rumus V = I×R,

- Hubungan Arus Primer dan Tegangan sekunder berbanding lurus , semakin besar tegangan sekunder maka arus primer juga semakin besar.

3. Jelaskan perbedaan antara pembangkitan AC dan DC!

Jawab :

Generator AC mempunyai rotor berupa magnet dan stator berupa kabel. Sedangkan generator DC memiliki rotor berupa kumparan dan stator berupa magnet. Generator AC menghasilkan energi listrik bolak-balik dan generator DC menghasilkan energi listrik yang searah. Generator AC umumnya diterapkan pada pusat pembangkit listrik, berbeda dengan generator DC yang banyak diaplikasikan untuk perangkat elektronik rumah tangga. Arus listrik yang dihasilkan oleh generator AC relatif lebih besar jika dibandingkan dengan generator DC. Energi listrik yang diciptakan oleh generator AC disebabkan oleh perputaran gaya magnet di sepanjang kabel.

Sebaliknya, energi listrik pada generator DC disebabkan oleh menetapnya gaya magnet di sepanjang kabel. Di Indonesia, frekuensi arus listrik yang ditimbulkan oleh generator AC berkisar antara 50 - 60 hertz. Tetapi, frekuensi arus listrik pada generator DC adalah 0 karena bentuk arusnya lurus tanpa amplitudo. Besar energi listrik yang dikeluarkan oleh generator AC selalu mengalami perubahan. Sedangkan generator DC mengeluarkan energi listrik dengan besar yang konstan. Pada generator AC, elektron-elektron bergerak ke depan dan ke belakang.

Sementara pada generator DC, semua elektron bergerak ke depan.

4. Hitunglah rasio belitan trafo pada percobaan AC!

Jawab :

(16)

5. Hitunglah Vma x pada percobaan DC!

Jawab :

Vmax = Vrms + (Vrms.√2 ) Vrms = Rasio x Vp

o Vmax = Vrms + (Vrms.√2 )

= 1,0 Kilovolt + (1,0 Kilovolt . √2 )

= 2.414 V

= 3.621 V

= 2 Kilovolt + (2 Kilovolt . √2 )

= 4.828 V

(17)

= 6.035 V

= 3 Kilovolt + (3 Kilovolt . √2 )

= 7.242 V

= 8.449 V

6. Bagaimana cara pembangkitan tegangan tinggi DC pada percobaan!

Jawab :

Dari gelombang AC di searahkan dengan dioda menjadi setengah gelombang kemudian disempurnakan dengan trigger kapasitor.

(18)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 X. ANALISA

Pada praktikum modul I ini membahas Teknik Pembangkitan Dan Pengukuran Tegangan Tinggi Arus Bolak-Balik Dan Arus Searah , dengan tujuan yaitu Mengetahui teknik pembangkitan tegangan tinggi arus bolak-balik dan arus searah. Dan Mengukur tegangan tinggi arus bolak-balik dan arus searah dengan menggunakan prinsip pembagi tegangan. Tegangan Tinggi adalah tegangan yang lebih besar dari 1000 V AC dan lebih besar dari 1200 V DC. Batas tegangan dapat dikategorikan dalam tegangan rendah (Low Voltage), Tegangan Tinggi (High Voltage), dan Tegangan Tinggi Sekali (Extra High Voltage), atau ultra Tegangan Tinggi (Ultra High Voltage). Tegangan tinggi arus bolak balik dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu tegangan tinggi arus bolak balik dengan frekuensi rendah dan tegangan tinggi arus bolak balik dengan frekuensi tinggi. Pengujian menggunakan tegangan tinggi arus bolak balik frekuensi rendah digunakan untuk menyelidiki apakah peralatan listrik yang terpasang pada jaringan tegangan tinggi dapat menahan tegangan yang melebihi tegangan operasinya untuk waktu terbatas. Sedangkan tegangan tinggi arus bolak balik dengan frekuensi tinggi digunakan untuk berbagai macam pengujian, diantaranya adalah untuk menguji adanya kerusakan-kerusakan mekanis (keretakan, kantong udara, dsb) pada isolator terutama isolator porselen.

Pengujian Tegangan tinggi dibedakan menjadi pengujian merusak dan tidak merusak.Pengujian merusak terdapat beberapa macam yang pertama yakni withstand test merupakan kondisi suatu isolasi Ketika diberika tegangan yang ditetapkan pada waktu tertentu. Kedua discharge test adalah pengujian yang dimana tegangan diberikan terus menerus sehingga terjadi pelepasan muat an yang mana juga terdapat waktu tegantung dengan ketahanan isolasinya. Ketiga, breakdown merupakan cara yang dilakukan dengan memberikan tegangan sampai terjadintya kegagalan. Pengujian tidak meruka juga terdapat tiga macam, pertama yakni pengukuran tahanan isolasi yang mana untuk mengukur seberapa besar tegangan yang mampu ditahan oleh isolasi yang digunakan. Kedua, pengukuran factor daya dielektrik (tan γ). Ketiga pengukuran corona.

Pada percobaan ini juga menggunakan prinsip pembagi tegangan. Pembagi t egangan dibagi menjadi tiga yakni pembagi tegangan resistif yang berisi elemen tahanan, pembagi tegangan kapasitif, berisi elemen kapasitor, dan pembagi tegangan campuran antara resistor dan kapasitif. Pada percobaan ini kita menggunakan prinsip pembagi tegangan kapasitor karena menggunaan arus bolak-balik.

Prinsip pembagi kapasitor ini dengan menghubungkan kapasitor dengan sebuah voltmeter untuk mengukur tegangan tinggi yaitu HVD, sehingga tegangan tingi yang hendak diukur tegangannya tidak diukur langsung oleh volmeter tersebut agar HVD tidak rusak.

Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini yaitu panel proteksi yang terhubung dengan power supply kabel dengan tegangan 220 V , Kontrol unit disini untuk menaikkan tegangan primer

(19)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 dari tegangan sekunder yang telah dibangkitkan trafo, trafo uji berkapasitas high voltagenya diatas 200 V, CLR current limiting resistor untuk mebatasi alur yang mengalir setelah dibangkitkan dari trafonya, kemudian ada RCD dimana RCD membagi tegangan KE HVD dan masuk ke Filter kapasitor yang berfungsi untuk menyimpan muatan dan menekan cacat gelombang, kemudian masuk ke Support Insulator (SI) berfungsi untuk menopang elektroda dan 2 buah elektroda ini yang bisa divariasikan jaraknya dan bentuknya.

Untuk pengambilan hasil data pengamatan tersebut dengan mengatur jarak elektroda sebesar 5 cm kemudian menaikkan tegangan primer dengan cara memutar regulator pada Kontrol unit dimulai dari 25 Volt sampai 125 Volt dan akan diamati nilai tegangan yang muncul pada HVD dan arus primer yang ditampilkan pada panel proteksi. Pada percobaan diberikan tegangan primer dari 25 V maka tegangan sekunder yang dihasilkan sebesar 12,76 kV dengan Arus Primer yang terbaca 0,16 A , Pada tegangan primer 50 V maka tegangan sekunder terbaca 24,45 kV dan Arus Primer 0,34 A, Pada tegangan primer 75 V maka tegangan sekunder terbaca 37,24 kV dan Arus Primer 0,96 A , Pada tegangan primer 100 Volt terbaca tegangan sekunder 50,94 kV dan arus primer 1,42 A, dan ketika diberikan tegangan primer 125 V maka terbaca tegangan sekunder 63 kV dan Arus primer 2,40 A.

Untuk pembangkit DC kita harus mencabut batang short circuit yang terpasang pada trafo, agar arus yang mengalir langsung masuk ke bushing trafo. Untuk pengambilan data pada pembangkit DC adalah dengan mengatur jarak elektroda sebesar 5 cm, kemudian memutar regulator pada Kontrol unit dari 10 V sampai 70 V. setelah itu amati nilai dari arus primer pada panel proteksi dan arus sekunder pada HVD. Pada diberikan Tegangan Primer 10 V maka Tegangan sekunder yang dihasilkan 14,48 kV dan Arus primer 0,15 A, ketika diberikan tegangan 20 V maka tegangan sekunder 26,55 kV dan Arus Primer 0,15 A, Ketika Tegangan diberikan 30 V maka tegangan sekunder yang dihasilkan 38,77 kV dan Arus primernya 0,15 A, ketika diberikan tegangan 40 V maka tegangan sekunder yang dihasilkan 50,68 kV dan Arus primer 0,16 A, ketika diberikan tegangan 50 V maka tegangan sekunder yang dihasilkan sebesar 61,75 kV dan arus primer yang dihasilkan 0,18 A, ketika diberikan tegangan 60 V maka tegangan sekunder yang dihasilkan sebesar 73,90 kV dan Arus primer yang dihasilkan 0,24 A, dan ketika diberikan tegangan sebesar 70 V maka arus sekunder yang dihasilkan 84,95 kV dan Arus

(20)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 XII. KESIMPULAN

1. Mengetahui teknik pembangkitan tegangan tinggi arus bolak-balik dan arus searah.

2. Mengukur tegangan tinggi arus bolak-balik dan arus searah dengan menggunakan prinsip pembagi tegangan

Pada percobaan ini juga menggunakan prinsip pembagi tegangan. Pembagi tegangan dibagi menjadi tiga yakni pembagi tegangan resistif yang berisi elemen tahanan, pembagi tegangan kapasitif, berisi elemen kapasitor, dan pembagi tegangan campuran antara resistor dan kapasitif.

Pada percobaan ini kita menggunakan prinsip pembagi tegangan kapasitor karena menggunaan arus bolak-balik. Prinsip pembagi kapasitor ini dengan menghubungkan kapasitor dengan sebuah voltmeter untuk mengukur tegangan tinggi yaitu HVD, sehingga tegangan tingi yang hendak diukur tegangannya tidak diukur langsung oleh volmeter tersebut agar HVD tidak rusak.

(21)

(22)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 MODUL II

PENGUJIAN TEGANGAN TEMBUS ISOLATOR UDARA TEGANGAN BOLAK-BALIK DAN SEARAH

I. TUJUAN

1. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan tembus isolasi udara

2. Mempelajari pengaruh jarak elektroda pada kegagalan isolasi udara dengan tegangan tinggi arus bolak-balik dan arus searah.

3. Mempelajari pengaruh bentuk elektroda pada kegagalan isolasi udara dengan tegangan tinggi arus bolak balik dan arus searah.

• 1 unit High Voltage Divider (HVD)

• 1 unit High Voltage Filter Capasitor (FC)

(23)

Udara dan gas termasuk bahan isolasi yang banyak digunakan untuk mengisolasi peralatan listrik tegangan tinggi karena biayanya lebih murah dibandingkan bahan isolasi yang lainnya. Isolasi dimaksudkan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan, sehingga antara penghantar -penghantar yang bertegangan tidak terjadi lompatan listrik (flashover) atau percikan (sparkover). Bahan isolasi gas terutama udara merupakan bahan isolasi yang banyak digunakan pada peralatan tegangan tinggi karena udara pada keadaan normal (udara yang ideal) merupakan isolator yang sempurna dan juga paling banyak digunakan karena murah, mudah dan sederhana. Contoh yang mudah dijumpai antara lain pada SUTR, SUTM, SUTT, dan SUTET antara hantaran yang satu dengan yang lain dipisahkan dengan udara.

3.1 Tegangan Tembus

Tegangan tembus (breakdown) merupakan suatu peristiwa apabila medan magnet dinaikkan(tegangan terus-menerus dinaikkan), atom-atom akan terionisasi dan sampai batas kemampuan isolator tersebut menahan tegangan maka isolator tersebut akan berubah menjadi konduktor. Saat kritis ini disebut breakdown. Pengujian terhadap tegangan tembus diperlukan untuk mengetahui titik kritis dari isolasi minyak transformator.

3.2 Kegagalan Isolasi

Kegagalan isolasi adalah masalah yang sering terjadi dalam penyaluran energi listrik. Isolasi diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan agar tidak terjadi lompatan listrik. Apabila pada bahan dielektrik diberikan medan listrik yang melebihi kemampuannya maka isolasi akan mengalami tegangan tembus dan kerusakan peralan listrik sehingga kontinuitas kerja sistem terganggu.Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik tegangan tembus pada isolasi cair dan isolasi udara serta mengetahui pengaruh suhu dan diameter elektroda terhadap karakteristik tegangan tembus pada isolasi cair dan isolasi udara

(24)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinuitas sistem terganggu.

Susunan Pengaturan Jarak Bola Untuk Pengukuran

Ketika bola diatur secara vertikal, Penyangga bola sebaiknnya bebas dari sudut yang tajam dan diameter penyangga tidak melebihi dari 0,2 D sepanjang D. Persyaratan ini dibuat untuk mengurangi pengaruh tegangan tinggi dari penyangga bola. Jika perisai corona digunakan pada ujung penyangga, maka dimensi terbesarnya tegak lurus pada sumbu bola dan tidak melebihi, Dan setidaknya harus 2 D dari titik percikan bola tegangan tinggi.

Gambar dibawah ini adalah ukuran jarak bola untuk komponen tipe vertikal tipikal.

Batang penyangga bola harus sejajar secara visual.

Gambar 2.1 Bola diatur secara vertical Keterangan :

1. Support Isolator

2. Penyangga Elektroda Bola

3. Peralatan Pendukung (Dimensi Maksimum) 4. Koneksi tegangan tinggi dengan resistansi seri

5. Distributor Tekanan Listrik (Dimensi Maksimum)

P Titik percikan bola tegangan tinggi A tinggi P di atas bidang bumi

(25)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 B Ruang bebas dari struktur eksternal

Gambar 2.2 Bola di atur secara horizontal

Susunan horizontal, ketika bola disusun secara horizontal, tipikal batas dimensi celah bola ditunjukkan pada gambar 31.

Keterangan :

1. Support Isolator

2. Penyangga Elektroda Bola

3. Peralatan Pendukung (Dimensi Maksimum) 4. Koneksi tegangan tinggi dengan resistansi seri P Titik percikan bola tegangan tinggi

A Tinggi P di atas bidang bumi

(26)

Gambar 2.3 Susunan Vertikal dari celah batang

Gambar 2.4 Susunan Horizontal dari celah batang

3.4 Kegagalan Pada Isolasi Udara

Pada umumnya, kegagalan peralatan listrik pada waktu sedang dipakai disebabkan oleh kegagalan isolasi dalam menjalankan fungsinya sebagai isolator tegangan tinggi.

Kegagalan isolasi disebabkan oleh beberapa faktor antara lain isolasi tersebut sudah dipakai untuk waktu yang lama, kerusakan mekanis, berkurangnya kekuatan dielektrik, dan karena tegangan lebih.

Udara merupakan media isolasi yang paling banyak digunakan dalam teknik tegangan tinggi. Beberapa fenomena atau gejala tegangan tinggi yang biasa terjadi antara lain skin effect, korona, spark over dan flash over. Fenomena fisik gejala maupun kegagalan tegangan tinggi ini salah satunya dipengaruhi oleh bentuk elektroda yang dipakai.

(27)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 Tegangan tembus dari celah bola berbanding lurus dengan tekanan dan berbanding terbalik dengan suhu. untuk variasi kecil dalam suhu dan tekanan, tegangan tembus berbanding terbalik dengan kerapatan udara relatif.

Rumus:

keterangan:

b = Tekanan Ruang (mmHg) T = Suhu (°C)

𝛿

0,386 . 𝑏

=

273 + 𝑇

Tabel Sphere-Gap

Tabel 2.1 Nilai Tegangan Puncak AC (kV) berdasarkan jarak celah dan diameter elektroda bola

Sphere- gap Spacing

Cm

Sphere Diameter cm

2 5 6,25 10 12,5 15 25 50 75 100 150 200

0,05 2,8 0,10 4,7 0,15 6,4

0,20 8,0 8,0

0,25 9,6 9,6

0,30 11,4 11,2

0,40 14,4 14,3 14,2

0,50 17,4 17,4 17,2 16,8 16,8 16,8 0,60 20,4 20,4 20,2 19,9 19,9 19,9 0,70 23,2 23,4 23,2 23,0 23,0 23,0

(28)

1,8 53,0 53,5 53,5 53,5 53,5 53,5

2,0 57,5 58,5 59,0 59,0 59,0 59,0 59,0 59,0

2,2 61,5 63,0 64,5 64,5 64,5 64,5 64,5 64,5

2,4 65,5 67,5 69,5 70,0 70,0 70,0 70,0 70,0

2,6 (69,0) 72,0 74,5 75,0 75,5 75,5 75,5 75,5

2,8 (72,5) 76,0 79,5 80,0 80,5 81,0 81,0 81,0

3,0 (75,5) 79,5 84,0 85,0 85,5 86,0 86,0 86,0 86,0

3,5 (82,5) (87,5) 95,0 97,0 98,0 99,0 99,0 99,0 99,0

4,0 (88,5) (95,0) 105 108 110 112 112 112 112

4,5 (101) 115 119 122 125 125 125 125

(29)

Pada peralatan tegangan tinggi isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrik atau percikan.

Menurut standart VDE 0433 -2 bentuk elektroda yang digunakan dalam pengujian tegangan tembus isolasi udara adalah elektroda bola-bola dan menurut standart VDE 0370 bentuk elektroda yang digunakan dalam pengujian tegangan tembus isolasi cair adalah elektroda setengah bola. Oleh karena itu untuk mengetahui pengaruh bentuk elektroda terhadap besarnya tegangan tembus, maka perlu dilakukan pengujian pada bentuk elektroda yang lain.

Salah satu bentuk elektroda yang dapat digunakan adalah elektroda bidang-bidang.

4.1 Proses dasar ionisasi

Ion merupakan atom atau gabungan atom yang memiliki muatan listrik, ion terbentuk apabila pada peristiwa kimia suatu atom unsur menangkap atau melepaskan elektron. Proses terbentuknya ion dinamai dengan ionisasi.

Jika diantara dua elektroda yang dimasukkan dalam media gas diterapkan tegangan V maka akan timbul suatu medan listrik E yang mempunyai besar dan arah tertentu yang akan mengakibatkan elektron bebas mendapatkan energi yang cukup kuat menuju kearah anoda sehingga dapat merangsang timbulnya proses ionisasi.

4.2 Ionisasi karena Benturan Elektron

Jika gradien tegangan yang ada cukup tinggi maka jumlah elektron yang diionisasikan akan lebih banyak dibandingkan dengan jumlah ion yang ditangkap molekul oksigen. Tiap-tiap elektron ini kemudian akan berjalan menuju anoda secara kontinu sambil membuat benturan-benturan yang akan membebaskan elektron lebih banyak lagi. Ionisasi karena benturan ini merupakan proses dasar yang penting dalam kegagalan udara atau gas.

4.3 Mekanisme Kegagalan Gas

Proses kegagalan dalam gas ditandai dengan adanya percikan secara tiba-tiba, percikan ini dapat terjadi karena adanya pelepasan yang terjadi pada gas tersebut.

(30)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 proses ini diawali dengan pelepasan elektron oleh suatu elektroda yang diuji, peristiwa ini akan mengawali terjadinya kegagalan percikan (spark breakdown). Elektroda yang memiliki potensial rendah (katoda) akan menjadi elektroda yang melepaskan elektron.

Elektron awal yang dibebaskan (dilepaskan) oleh katoda akan memulai terjadinya banjiran elektron dari permukaan katoda.

Jika jumlah elektron yang dibebaskan makin lama makin banyak atau terjadinya peningkatan banjiran maka arus akan bertambah dengan cepat sampai terjadi perubahan pelepasan dan peralihan pelepasan ini akan menimbulkan percikan (kegagalan) dalam gas. 2.2 Kegagalan Pada Isolasi Cair (Minyak) Karakteristik pada isolasi minyak trafo akan berubah jika terjadi ketidakmurnian di dalamnya. Hal ini akan mempercepat terjadinya proses kegagalan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kegagalan isolasi antara lain adanya partikel padat, uap air dan gelembung gas.

4.4 Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair

Teori mengenai kegagalan dalam zat cair kurang banyak diketahui dibandingkan dengan teori kegagalan gas atau zat padat. Hal tersebut disebabkan karena sampai saat ini belum didapatkan teori yang dapat menjelaskan proses kegagalan dalam zat cair yang benar-benar sesuai antara keadaan secara teoritis dengan keadaan sebenarnya. Teori kegagalan zat isolasi cair dapat dibagi menjadi empat jenis sebagai berikut :

a. Teori Kegagalan Elektronik

Teori ini merupakan perluasan teori kegagalan dalam gas, artinya proses kegagalan yang terjadi dalam zat cair dianggap serupa dengan yang terjadi dalam gas. Oleh karena itu supaya terjadi kegagalan diperlukan elektron awal yang dimasukkan kedalam zat cair. Elektron awal inilah yang akan memulai proses kegagalan.

b. Teori Kegagalan Gelembung

Kegagalan gelembung atau kavitasi[3] merupakan bentuk kegagalan zat cair yang disebabkan oleh adanya gelembung-gelembung gas di dalamnya.

c. Teori Kegagalan Bola Cair

Jika suatu zat isolasi mengandung sebuah bola cair dari jenis cairan lain, maka dapat terjadi kegagalan akibat ketakstabilan bola cair tersebut dalam medan listrik. Medan listrik akan menyebabkan tetesan bola cair yang tertahan didalam minyak yang memanjang searah medan dan pada medan yang kritis tetesan ini menjadi tidak stabil.

Kanal kegagalan akan menjalar dari ujung tetesan yang memanjang sehingga menghasilkan kegagalan total.

d. Teori Kegagalan Tak Murnian Padat

(31)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 kegagalan yang disebabkan oleh adanya butiran zat padat (partikel) didalam isolasi cair yang akan memulai terjadi kegagalan.

4.5 Kekuatan Kegagalan

Dari semua teori yang membahas tentang kegagalan zat cair tidak memperhitungkan hubungan antara panjang ruang celah (sela) dengan kekuatan peristiwa kegagalan. Semuanya hanya membahas tentang kekuatan kegagalan maksimum yang dicapai. Namun dari semua teori diatas dapat ditarik suatu persamaan baru yang berisi komponen panjang ruang celah dan komponen kekuatan peristiwa kegagalan pada benda cair, yaitu : Vb = Adn ... (2-1)

dimana:

d : panjang ruang celah A : konstanta

n : juga konstanta yang nilainya < 1

Sumber :

Syakur, Abdul., & Facta, Mochammad. (2005). Perbandingan Tegangan Tembus Media Isolasi Udara dan Media Isolasi Minyak Trafo Menggunakan Elektroda Bidang-bidang. Jurnal Ilmiah Teknik Elektro Vol. 10 No. 2.. 26-29.

(32)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 V. LANGKAH PERCOBAAN

5.1 Tegangan Tinggi AC

Gambar 2.5 Rangkaian Percobaan Arus Bolak balik

3. Atur jarak Space Ball sesuai data dari asisten menggunakan jangka sorong.

4. Catat besarnya tegangan kegagalan yang terjadi.

5. Ulangi pada setiap jarak antar elektroda.

5.2 Tegangan Tinggi DC

Gambar 2.6 Rangkaian Percobaan Arus Searah

3. Atur jarak Space Ball sesuai data oleh asisten menggunakan jangka sorong.

5. Ulangi pada jarak antar elektroda yang telah ditentukan.

(33)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 VI. DATA PENGAMATAN

Kelembaban Ruang Uji :

Temperatur Ruang Uji :

Tegangan Tinggi AC

Sphere Gap Distance (cm)

Theorical Breakdown Voltage (kV)

Observed Breakdown Voltage (kV)

0,5 16,21 15,81

1 17,94 17,50

1,5 22,42 21,87

2 28,68 27,97

Tegangan Tinggi DC Sphere Gap Distance

(cm)

Theorical Breakdown Voltage (kV)

Observed Breakdown Voltage (kV)

0,5 47,09 45,93

1 51,24 49,97

1,5 54,75 53,40

2 57,74 56,31

(34)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 VII. PENGOLAHAN DATA

Tegangan Tinggi AC δ = ^{𝟎,𝟑𝟖𝟔 .𝒃}

(𝟐𝟕𝟑 +𝒕) = 𝟎,𝟑𝟖𝟔+𝟕𝟔𝟎 𝒎𝒎𝑯𝒈

𝟐𝟕𝟑 +𝟐𝟕,𝟖 = 0,9753

- Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 15,81/0,9753 = 16,21 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 17,50/0,9753 = 17,94 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 21,87/0,9753 = 22,42 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 27,97/0,9753 = 28,68 kV

Tegangan Tinggi DC δ = ^{𝟎,𝟑𝟖𝟔 .𝒃}

(𝟐𝟕𝟑 +𝒕) = 𝟎,𝟑𝟖𝟔+𝟕𝟔𝟎 𝒎𝒎𝑯𝒈

𝟐𝟕𝟑+𝟐𝟕,𝟖 = 0,9753

- Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 45,93/0,9753 = 47,09 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 49,97/0,9753 =51,24 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 53,40/0,9753 = 54,75 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 56,31/0,9753 =57,74 kV

(35)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 VIII. TUGAS AKHIR

1. Buatlah grafik Vb teorical dan Vb pengujian terhadap sphare gap! 1 grafik 2 garis Jawab :

Tegangan Tinggi AC

Tegangan Tinggi DC

(36)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 2. Jelaskan hubungan dari grafik pada nomor 1!

Jawab :

- Hubungan antara sphere gap dan tegangan tembus berbanding lurus, jika sphere gap semakin besar maka nilai tegangan tembus yang timbul juga semakin besar, begitu pula sebaliknya.

3. Apa saja faktor yang mempengaruhi tegangan tembus isolator udara?

Jawab :

Kelembapan udara, temperature udara, jarak sphere gap, tekanan dan bahan elektroda.

4. Dari data pengamatan, hitunglah nilai faktor koreksi udara dan nilai tegangan tembus pada setiap jarak elektroda!

Jawab :

Tegangan Tinggi AC δ = ^{𝟎,𝟑𝟖𝟔 .𝒃}

(𝟐𝟕𝟑 +𝒕) = 𝟎,𝟑𝟖𝟔+𝟕𝟔𝟎 𝒎𝒎𝑯𝒈

𝟐𝟕𝟑 +𝟐𝟕,𝟖 = 0,9753

- Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 15,81/0,9753 = 16,21 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 17,50/0,9753 = 17,94 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 21,87/0,9753 = 22,42 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 27,97/0,9753 = 28,68 kV

Tegangan Tinggi DC δ = ^{𝟎,𝟑𝟖𝟔 .𝒃}

(𝟐𝟕𝟑 +𝒕) = 𝟎,𝟑𝟖𝟔+𝟕𝟔𝟎 𝒎𝒎𝑯𝒈

𝟐𝟕𝟑+𝟐𝟕,𝟖 = 0,9753

- Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 45,93/0,9753 = 47,09 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 49,97/0,9753 =51,24 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 53,40/0,9753 = 54,75 kV - Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 56,31/0,9753 =57,74 kV

(37)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 5. Apakah nilai tegangan tembus AC dan DC berbeda? Jelaskan!

Jawab :

Iya beda, karena untuk pengujian menggunakan tegangan DC memerlukan tegangan yang lebih besar dari tegangan AC agar mendapatkan hasil yang setara.

(38)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 IX. ANALISA

Pada Praktikum modul II ini membahas Pengujian Tegangan Tembus Isolator Udara Tegangan Bolak-Balik Dan Searah, dengan tujuan yang pertama Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan tembus isolasi udara , Mempelajari pengaruh jarak elektroda pada kegagalan isolasi udara dengan tegangan tinggi arus bolak-balik dan arus searah. dan Mempelajari pengaruh bentuk elektroda pada kegagalan isolasi udara dengan tegangan tinggi arus bolak balik dan arus searah. Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini yaitu Power Supply Cable (PSC) , Control Unit (CU), HV Test Transformer (TT), Current Limiting Resistance (CLR), RC Divider (RCD), High Voltage Divider (HVD), Floor Pedestal (FP), Connecting Line (CL), Earth Cable (EC), Space Ball Current-Limiting Resistor (SB-CLR), Manual Discharge Space Ball (SB), Support Insulator (SI), dan High Voltage Filter Capasitor (FC). Dimana Panel proteksi yang terhubung dengan power supply kabel dengan tegangan 220 V , Control Unit (CU) disini untuk menaikkan tegangan primer yang kita ujikan terhubung dengan trafo, High Voltage Divider (HVD) yang berfungsi untuk membaca nilai dari tegangan sekunder yang telah dibangkitkan trafo, trafo uji berkapasitas high voltagenya diatas 200 V, CLR current limiting resistor untuk membatasi alur yang mengalir setelah dibangkitkan dari trafonya, kemudian ada RCD dimana RCD membagi tegangan Ke HVD dan masuk ke Filter kapasitor yang berfungsi untuk menyimpan muatan dan menekan cacat gelombang, kemudian masuk ke Support Insulator (SI) berfungsi untuk menopang elektroda dan 2 buah elektroda ini yang bisa divariasikan jaraknya dan bentuknya.

Transformator juga digunakan pada praktikum ini, trafo merupakan peralatan atau pitranti listrik yang dapat digunakan untuk mengubah energi listrik yang sat uke eneergi listrik yang lain, dimana tegangan keluarannya dapat dinaikkan atau diturunkan sesuai dengan kebutuhan. Berdasarkan kegunaannya trafo ada tiga yakni trafo daya yang digunakan untuk menaikkan dan menurunkan tegangan, trafo distribusi biasanya digunakan pada sitem distribusi yang digunakan untuk menurunkan tegangan, dan trafo proreksi dan pengukuran yang digunakan untuk mengukur arus dan tegangan serta memproteksi main transformer. Terdapat trafo uji yang digunakan untuk pengujian yang merupakan trafo step up. Terdapat perbedaan karakteristik dari trafo uji dan trafo tegangan ( trafo Daya) yakni lilitan trafo uji lebih besar disbanding dengan trafo tenaga, kapasitas kVA trafo uji lebih kecil dibanding dengan kapasitas trafo tenaga, pada trafo pengujian menggunakan trafo satu fasam pada tr afo uji pada ujung lilitannya digroundkan, pada waktu mrencanakan isolasi untuk trafo uji hanya diperhitungkan isolasi penguji maksimum.

Tegangan tembus adalah kondisi dimana menaikkan tegangan secara terus-menerus sehingga isolasi yang semula bersifat mengisolasi sehingga menjadi konduktif dan kekuatan dielektrik adalah

(39)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 udara peningkatan temperatur udara akan mempengaruhi pertambahan energi yang dapat mempercepat pergerakan elektron-elektron di udara sehingga berakibat pada penurunan kekuatan dielektrik udara dan jarak sela antar penghantar yang bertegangan juga akan menentukan laju pergerakan elektron dalam dielektrik udara dalam fungsinya sebagai bahan isolasi, keadaan udara juga mempengaruhi dari nilai tegangan tembus yang dihasilkan dan terdapat standarisasi electrotechnical Commite oleh IEC yakni dinyatakan dalam rumus δ = (0,386.b)/((273+t)) dengan b merupakan tekanan udara (mmHg) dan t merupakan temperature udara (°C).

Elektroda yang digunakan pada percobaan ini ada elektroda bola dan elektroda jarum. Dimana terdapat perbedaan nilai tegangan tembus pada kedua elektroda tersebut. perbedaan Panjang dan diameter ini sangat mempengaruhi nilai tegangan tembunya. Semakin besar luas permukaannya semakin besar juga tegangan tembusnya. Untuk tegangan tembus pada elektroda bola lebih besar daripada tegangan tembus di elektroda jarum. Karena pada jarum terjadi discharge lebih cepat daripada elektroda bola. Karena muatan lebih cenderung berkumpul di sisi yang lebih runcing. Sehingga Bentuk elektroda yang digunakan akan mempengaruhi tegangan tembus yang terjadi pada bahan isolasi.

Pengambilan data pengamatan modul II dimana kita mengatur jarak dari 2 bauh elektroda dari (0,5),1,(1,5) dan 2 cm menggunakan jangka sorong. Dengan tujuan melihat apa pengaruh dari jarak elektrodanya terhadap nilai dari tegangan tembus, kemudian menyalakan mcb panel proteksi, setting ke auto pada panel proteksi, nyalakan power switch di control unit dan setelah itu kita mengatur regulator sampai breakdown voltage.dan kemudian diamati pada elektroda dan mengamati berapa tegangan sekunder ketika pada breakdown voltage. Dari hasil pengukuran didapat untuk kondisi tegangan tinggi AC pada jarak 0,5 cm maka tegangan tembusnya 15,81kV, pada jarak 1 cm tegangan tembusnya 17,50 kV, pada jarak 1,5 cm tegangan tembusnya 21,87 kV, dan pada jarak 2 cm tegangan tembusnya 27,97 kV. Sedangkan pada kondisi tegangan DC pada jarak 0,5 cm maka tegangan tembus yang muncul 15,81 , pada 1 cm tegangan tembusnya 17,50 pada 1,5 cm tegangan tembusnya 21,87 kV dan pada 2 cm tegangan tembusnya 27,97 kV. Dari hasil pengukuran pada data pengamatan dapat dilihat bahwa semakin besar jarak 2 buah elektroda tersebut semakin besar pula juga tegangan tembus

(40)

X. KESIMPULAN

1. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan tembus isolasi udara

Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan tembus isolasi udara adalah jarak elektroda dan bentuk elektroda

2. Mempelajari pengaruh jarak elektroda pada kegagalan isolasi udara dengan tegangan tinggi arus bolak-balik dan arus searah. Dimana Jarak elektroda yang semakin besar akan mengakibatkan tegangan tembus semakin besar.

3. Mempelajari pengaruh bentuk elektroda pada kegagalan isolasi udara dengan tegangan tinggi arus bolak balik dan arus searah. dimana Semakin kecil, kasar dan runcing bentuk elektrodanya maka energi yang diperlukan untuk proses ionisasi lebih kecil sehingga tegangan yang diterapkan juga akan semakin kecil begitu pula sebaliknya, jika semakin besar dan halus bentuk elektrodanya maka energi yang diperlukan semakin besar sehingga tegangan tembus yang diterapkan juga akan semakin besar pula.

(41)

(42)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 MODUL III

KARAKTERISTIK TEGANGAN TEMBUS ISOLATOR UDARA TEGANGAN BOLAK- BALIK VARIASI ELEKTRODA

I. TUJUAN

Mengetahui pengaruh variasi bentuk dan bahan elektroda terhadap pengujian tegangan tembus isolator udara dengan sumber AC.

• 1 unit High Voltage Divider (HVD)

(43)

3.1.1 Jenis – jenis Elektroda berdasarkan bentuknya A. Elektroda Jarum

Secara geometri, elektroda jarum mempunyai ujung yang runcing sehingga rapat muatannya lebih besar maka elektroda jarum akan lebih mudah melepaskan elektron dan memerlukan energi yang lebih kecil untuk proses ionisasi, sehingga untuk terjadinya tegangan tembus lebih mudah.

B. Elektroda Bola

Pada elektroda bola yang mempunyai permukaan halus dan penampang yang lebih besar maka akan lebih sulit melepaskan elektron sehingga diperlukan energi yang lebih besar untuk mengawali proses ionisasi.

Dengan demikian semakin kecil, kasar dan runcing bentuk elektrodanya maka energi yang diperlukan semakin kecil sehingga tegangan yang diterapkan juga akan semakin kecil.

Dan sebaliknya semakin besar dan halus bentuk elektrodanya, maka energi yang diperlukan semakin besar sehingga tegangan yang diterapkan juga akan semakin besar pula.

3.1.2 Jenis – jenis Elektroda berdasarkan bahannya A. Tembaga

Setiap konduktor memiliki nilai hambatan jenis () dalam penghantaran listrik. Semakin besar nilai hambatan jenis, maka semakin besar juga kerugian listrik yang bisa terjadi.

Sebaliknya, semakin kecil nilai hambatan jenisnya, maka semakin sedikit juga kerugian listrik yang bisa terjadi.

Tembaga, memiliki hambatan jenis yang cukup kecil dari jenis konduktor lainnya. Karena itulah tembaga sangat baik untuk digunakan sebagai kabel penghantar listrik, karena dapat

(44)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 meminimalisir kerugian daya listrik. Walaupun demikian, tembaga bukanlah bahan konduktor dengan hambatan terkecil. Pilihan pada tembaga dijatuhkan karena beragam kelebihan lainnya yang dimiliki tembaga.

B. Alumunium

Banyak peralatan listrik yang di buat dari almunium.sekarang kabel juga di buat dari logam ini. Alumunium sangat ringan, hampir seperempat berat tembaga, warnanya putih keperak- perakan, titik cair mencapai 657^oC dan titik didih nya kira-kira 1800^oC. Untuk penghantar kemurnian alumunium tercapai 99,5%. Setengah persen yang lain terdiri dari unsur besi, silikon, tembaga, alumunium bekas yang di cairkan kembali biasanya mengandung juga seng.

3.1.3 Pengaruh Tahanan Pada Suatu Penghantar

Tahanan akan menghambat aliran arus. Tahanan ini seperti "gesekan" listrik. Setiap komponen atau rangkaian listrik memiliki nilai tahanan. Tahanan akan mengubah energi listrik menjadi bentuk energi lain, seperti panas, nyala lampu pijar, atau gerak. Tahanan listrik diukur dalam ohm dengan Ohmmeter. Arus 1 amper adalah elektron sebanyak 6.25 x 1018 yang bergerak dalam satu detik. Perlu juga kita ketahui, bahwa semua jenis benda tersusun dari atom - atom sehingga ada beberapa kemungkinan rintangan bagi elektron bebas untuk bergerak, tertahannya pergerakan elektron bebas disebut dengan tahanan listrik. Jadi tahanan listrik pada suatu penghantar berbeda berdasarkan faktor sebagai berikut :

1. Panjang Penghantar 2. Diameter

3. Temperatur 4. Kondisi Fisik 5. Bahan

Hubungan antara material kabel, panjang kabel, dan diameter kabel dapat dihitung dengan rumus berikut:

𝑅 = 𝜌 𝐿 𝐴

Dimana :

R = Tahanan kawat [ Ω ] L = Panjang kawat [ m ]

(45)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 ρ = Tahanan jenis kawat [ Ω.m ]

A = Penampang kawat/konduktor[ mm² ]

(46)

4.1 Tegangan Tembus Dielektrik Udara 4.1.1 Proses Dasar Ionisasi

Ion merupakan atom atau gabungan atom yang memiliki muatan listrik, ion terbentuk apabila pada peristiwa kimia suatu atom unsur menangkap atau melepaskan elektron. Proses terbentuknya ion dinamai dengan ionisasi.

Dalam proses pelepasan listrik ada beberapa mekanisme pembangkitan atau kehilangan ion baik dalam bentuk tunggal maupun dalam kombinasi. Proses dasar pelepasan dalam gas meliputi :

a. Pembangkitan ion dengan cara benturan (collision) elektron, fotoionisasi, ionisasi oleh benturan ion positif, ionisasi termal, pelepasan (detachment) elektron, ionisasi kumulatif dan efek sekunder.

b. Kehilangan ion dengan cara penggabungan (attachment) elektron, rekombinasi dan difusi.

4.1.2 Ionisasi karena Benturan Elektron

Jika gradien tegangan yang ada cukup tinggi maka jumlah elektron yang diionisasikan akan lebih banyak dibandingkan jumlah ion yang ditangkap menjadi molekul oksigen.

Sehingga tiap-tiap elektron yang mengalami ionisasi tersebut kemudian akan berjalan menuju anoda secara kontinu, sambil membuat benturan-benturan yang kemudian akan membebaskan lebih banyak elektron. Ionisasi karena benturan ini mungkin merupakan proses yang paling penting dalam kegagalan udara atau gas.

Sebuah elektron tunggal yang dibebaskan oleh pengaruh luar pada proses ionisasi tersebut akan menimbulkan banjiran elektron ( avalanche ), yaitu kelompok elektron yang bertambah secara cepat dan bergerak maju meninggalkan ion positif pada lintasannnya.

Proses pelepasan ( discharge ) pada udara dan gas dapat dibagi menjadi 2 bagian yaitu pelepasan bertahan sendiri ( self sustaining discharge ) dan pelepasan tak bertahan sendiri ( non sustaining discharge ). Dalam hal ini mekanisme kegagalan gas dan udara adalah suatu bentuk transisi dari keadaan pelepasan tak bertahan menuju pelepasan bertahan sendiri.

4.1.3 Proses-Proses Dasar dalam Kegagalan Gas

Mekanisme kegagalan dalam udara yang disebut percikan (spark breakdown) adalah peralihan dari peluahan tak bertahan sendiri ke berbagai jenis peluahan yang bertahan sendiri.

Sifat mendasar dari kegagalan percikan ini adalah tegangan pada (across) sela antara elektroda akan menurun karena adanya proses yang menghasilkan konduktifitas tinggi antara anoda dan katoda.

(47)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 Ada dua jenis mekanisme dasar yang berperan yaitu :

1. Mekanisme primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran (avalanche) elektron.

2. Mekanisme sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran (avalanche) elektron.

Pada mekanisme primer, proses yang terpenting adalah katoda. Dalam hal ini katoda akan melepas (discharge) elektron, yang akan mengawali terjadinya suatu kegagalan percikan (spark breakdown). Sehingga untuk hal ini elektroda yang mempunyai potensial yang lebih rendah, yaitu katoda akan menjadi elektroda yang melepaskan elektron. Adapun fungsi katoda selaku elektroda pelepas elekton adalah :

1. Menyediakan elektron awal yang harus dilepaskan

2. Mempertahankan pelepasan ( discharge )

3. Menyelesaikan pelepasan ( discharge )

4.2 Sistem Pengukuran Tegangan Tembus Dielektrik Udara

Udara dan gas termasuk bahan isolasi yang banyak digunakan untuk mengisolasi peralatan listrik tegangan tinggi. Isolasi dimaksudkan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan, sehingga antara penghantar-penghantar yang bertegangan tidak terjadi lompatan listrik (flashover) atau percikan (sparkover). Pada tegangan yang semakin tinggi sudah barang tentu diperlukan bakan isolasi yang mempunyai kuat isolasi yang lebih tinggi pula. Jika tegangan yang diterapkan pada penghantar telah mencapai tingkat ketinggian tertentu, maka bahan isolasi tersebuat akan mengalami pelepasan muatan (lucutan, discharge), yang merupakan suatu bentuk kegagalan listrik. Kegagalan ini menyebabkan hilangnya tegangan dan mengalirnya arus dalam bahan isolasi.

Peralatan dan Bahan

Adapun peralatan yang digunakan adalah : sumber tegangan ac 220 Volt, kit pembangkit tegangan tinggi ac, thermometer, elemen pemanas 250 watt yang digunakan untuk memanaskan temperatur ruang hingga temperatur 40^oC, es batu digunakan untuk

(48)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 4.3 Boxs dan Perlengkapannya

Boxs yang digunakan adalah terbuat bari bahan kayu yang mepunyai dimensi panjang 60cm, lebar 20 cm dan tinggi 30 cm dan dilengkapi kipas angin, elemen pemanas serta es batu. Boxs, es batu, elemen pemanas dan kipas angin digunakan untuk mengkondisikan temperatur udara pada kondisi di bawah temperatur ruang dan kondisi diatas temperatur ruang.

Untuk memperoleh temperatur dibawah temperatur ruang ( kondisi basah ) maka diperlukan es batu yang dimasukkan kedalam box dan menghidupkan kipas angin yang ada didalamnya agar temperatur ruang dapat merata diseluruh ruangan boxs tersebut. Begitu pula halnya untuk memperoleh temperatur di atas temperatur ruang ( kondisi kering ) dengan cara meletakkan elemen pemanas di dalam boxs dan mengatur tegangan yang diterapkan pada elemen pemanas tersebut dengan menggunakan regulator tegangan untuk memperoleh temperatur yang diinginkan.

4.4 Elektroda Jarum

Adapun elektroda jarum digunakan untuk pengukuran tegangan tembus dielektik udara pada elektoda jarum-plat ( bidang ). Elektroda jarum dibuat dengan menggunakan bahan Alumunium dengan panjang 5 mm dan mempunyai sudut 30^o .

4.5 Elektroda Plat ( Bidang )

Adapun elektroda bidang digunakan untuk pengukuran tegangan tembus dielektik udara pada elektoda jarum-plat (bidang) dan elektroda bola-plat (bidang). Elektroda plat(bidang) dibuat dengan menggunakan bahan stainlis steel dengan diameter 50 mm dan mempunyai ketebalan 10 mm.

4.6 Teknik Pengukuran Tegangan Tembus

Pengukuran tegangan tembus bertujuan untuk mengamati karakteristik tegangan tembus dielektri udara pada berbagai temperatur dan jarak sela yang berbeda dengan menggunakan elektroda bola-bidang dan elektroda jarum-bidang. Pengukuran dilakukan dengan langkah- langkah sebagaimana diuraikan dalam flowchart sebagai berikut :

(49)

Sumber : Prihatnolo, S. Teguh., Syakur, Abdul., & Facta, Moch. (2011). Pengukuran Tegangan Tembus Dielektrik Udara Pada Berbagai Sela dan Bentuk Elektroda dengan Variasi Temperatur Sekitar.

Diponegoro Univesitio Institutional Repository.

(50)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 V. LANGKAH PERCOBAAN

5.1 Tegangan Tinggi AC

Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Arus Bolak balik

3. Atur jarak Space Ball sesuai data dari asisten menggunakan jangka sorong.

5. Ulangi pada setiap jarak antar elektroda.

(51)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 VI. DATA PENGAMATAN

Kelembaban Ruang Uji : 55%

Temperatur Ruang Uji : 27,8%

Bahan dan Bentuk Elektroda

Klasifikasi Elektroda

Sphere Gap (cm)

Theorical Breakdown Voltage (kV)

Observed Breakdown Voltage (kV) Bola tembaga ρ=1,68x10^-8

Ωm 3 57,38 55,96

d= 10 cm Jarum tembaga

ρ=1,68x10^-8 Ωm

3 30,04 29,30

d=

h1= 5 cm h2= 4 cm Jarum

Alumunium

ρ=2,65x10^-8 Ωm

3 ^33,04 ^32,22

d=

h1= 5,5 cm h2= 5 cm

(52)

VII. PENGOLAHAN DATA Bola Tembaga

δ = ^{𝟎,𝟑𝟖𝟔.𝒃}

(𝟐𝟕𝟑+𝒕) = 𝟎,𝟑𝟖𝟔+𝟕𝟔𝟎 𝒎𝒎𝑯𝒈

𝟐𝟕𝟑+𝟐𝟕,𝟖 = 0,9753

- Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 55,96/0,9753 = 57,38 kV Jarum Tembaga

δ = ^{𝟎,𝟑𝟖𝟔 .𝒃}

(𝟐𝟕𝟑 +𝒕) = 𝟎,𝟑𝟖𝟔+𝟕𝟔𝟎 𝒎𝒎𝑯𝒈

𝟐𝟕𝟑+𝟐𝟕,𝟖 = 0,9753

- Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 29,30/0,9753 = 30,05 kV Jarum Alumunium

δ = ^{𝟎,𝟑𝟖𝟔 .𝒃}

(𝟐𝟕𝟑 +𝒕) = 𝟎,𝟑𝟖𝟔+𝟕𝟔𝟎 𝒎𝒎𝑯𝒈

𝟐𝟕𝟑 +𝟐𝟕,𝟖 = 0,9753

- Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 32,22/0,9753 = 33,04 kV

(53)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 VIII. TUGAS AKHIR

1. Buatlah grafik hubungan Vb pengujian terhadap jenis elektroda! 1 grafik 3 garis Jawab :

2. Jelaskan hubungan dari grafik nomor 1!

Jawab :

Dari grafik di atas terlihat bahwa tegangan tembus paling besar terjadi pada elektroda bola tembaga karena luas penampangnya yang lebih besar dibandingkan yang berbentuk jarum

3. Hitunglah faktor koreksi udara dan tegangan tembus pada jarak elektroda!

Jawab :

Bola Tembaga

δ = ^{𝟎,𝟑𝟖𝟔 .𝒃} 𝟎,𝟑𝟖𝟔+𝟕𝟔𝟎 𝒎𝒎𝑯𝒈

(54)

Dennis Auldentio Wenas 202011359 δ = ^{𝟎,𝟑𝟖𝟔.𝒃}

(𝟐𝟕𝟑+𝒕) = 𝟎,𝟑𝟖𝟔+𝟕𝟔𝟎 𝒎𝒎𝑯𝒈

𝟐𝟕𝟑+𝟐𝟕,𝟖 = 0,9753

- Vs Theorical = Vs pengujian / δ = 29,30/0,9753 = 30,05 kV Jarum Alumunium

δ = ^{𝟎,𝟑𝟖𝟔 .𝒃}

(𝟐𝟕𝟑 +𝒕) = 𝟎,𝟑𝟖𝟔+𝟕𝟔𝟎 𝒎𝒎𝑯𝒈

𝟐𝟕𝟑 +𝟐𝟕,𝟖 = 0,9753