![Sinta Pratiwi [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/sinta-pratiwi.jpg)
13 0 839 KB
LAPORAN PRAKTIKUM TEGANGAN TINGGI
LABORATORIUM TEGANGAN TINGGI
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2020
LEMBAR PERSETUJUAN Telah disetujui dan disahkan Isi laporan ini
LAPORAN PRAKTIKUM TEGANGAN TINGGI Di Laboratorium Tegangan Tinggi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang
Disusun Oleh:
Nama
: SINTA PRATIWI
NIM
: 195060301111020
Tanggal
:
Mengetahui,
Menyetujui,
Ka.Lab Tegangan Tinggi
Koordinator Asisten
Drs. Ir. Moch. Dhofir ,. MT NIP. : 19600701 199002 1 001
NARAYA BERLIANTI NIM.
LABORATORIUM TEGANGAN TINGGI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG Periode April 2020 Percobaan 1
: PEMBANGKITAN DAN PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI AC
Tanggal Percobaan
: ................./.................../..................
Asisten Pembimbing : ........................................................ NIM
: ........................................................
PERCOBAAN 1 PEMBANGKITAN DAN PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI AC 1.1 Tujuan
Mempelajari teknik pembangkitan dan pengukuran tegangan tinggi AC.
1.2 Dasar Teori 1.2.1 Pembangkitan Tegangan Tinggi AC Untuk membangkitan tegangan tinggi bolak-balik di laboratorium, maka digunakan transformator uji tegangan tinggi tiga belitan (dapat digunakan untuk rangkaian bertingkat kaskade). Jenis transformator ini memiliki perbandingan belitan yang sangat besar antara belitan tegangan tinggi H dan belitan tegangan rendah atau eksitasi E. 1.2.2 Pengukuran Nilai Puncak Tegangan Tinggi AC Dalam pengukuran tengan tinggi ac, nilai puncak Û dan nilai efektif (Urms) memiliki arti yang sangat penting. Menurut standar IEC tegangan Û/√2 didefinisikan sebagai tegangan uji. Untuk sinusoida murni, Û/√2 = Urms. Nilai puncak tegangan tinggi AC dapat diukur menggunakan : a.
Metode sela bola
b.
Pembagi tegangan kapasitif
c.
Metode rasio belitan
Gambar 1.1 Sela bola dalam susunan vertical 1.2.2.1 Metode Sela Bola Pengukuran nilai puncak menggunakan sela bola didasarkan pada prinsip bahwa tembus pada gas terjadi dalam orde beberapa mikro detik, sehingga puncak tegangan dapat dianggap konstan. Oleh karena itu tembus dalam gas selalu terjadi pada puncak tegangan bolak-balik bahkan hingga pada frekuensi 500 kHz. Sela bola dalam susunan vertikal untuk pengukuran nilai puncak tegangan tinggi AC ditunjukkan pada Gambar 1.2. ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
1
Pengukuran nilai puncak
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
2
dengan sela bola tidak dapat dilakukan secara kontinu, karena pengukuran dilakukan sampai sela bola tembus. Kehalusan permukaan elektroda bola juga mempengaruhi hasil pengukuran. Bila diameter bola D dan jarak sela s pada saat tembus diketahui, dan tembus terjadi pada temperatur ruang t (oC) dan tekanan ruang p (mbar), maka tegangan tembus dapat dihitung menggunakan rumus : Ûd = 0,289
p t 273
Ûdo = Ûdo
(1-1)
dengan Ûdo adalah tegangan tembus pada kondisi kerapatan udara () standar pada (t = 20oC dan p = 1013 mbar) yang dapat dilihat pada Table-1 yang diterbitkan oleh IEC dan
IEEE. Gambar 1.2 Pengaruh diameter dan jarak sela bola terhadap pengukuran nilai puncak tegangan tinggi AC Persyaratan dimensi sela bola sebagai pedoman pengukuran nilai puncak tegangan AC adalah : D (dalam mm) ≥ Û (dalam kV) Smax ≤ 0,5 D
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
3
Tabel 1.1 Nilai tegangan puncak AC pada kondisi standar (t=20oC, p=1013 mbar) Diameter Elektroda Bola
Jarak Sela (cm)
5 cm
10 cm
0,5
17,4
16,8
1,0
32,0
31,7
1,5
45,5
45,5
2,0
57,5
59,0
3,0
75,5
84,0
Sumber : Kufel & Zaengl, 2000 Pengaruh diameter dan jarak sela terhadap rentang pengukuran nilai puncak tegangan tinggi AC ditunjukkan pada Gambar 1.2. Untuk diameter elektroda bola 10 cm memiliki daerah linier pengukuran hanya sampai jarak sela sekitar 5 cm dan untuk diameter elektrod a bola 25 cm memiliki derah linier pengukuran sampai jarak sela 8 cm. 1.2.2.2 Pembagi Tegangan Kapasitif Pengukuran puncak tegangan AC menggunakan teknik pembagi tegangan kapasitif ditunjukkan pada Gambar 1.3.
(a)
(b)
Gambar 1.3 (a) Rangkaian pembagi kapasitif untuk pengukuran nilai puncak tegangan tinggi AC (b) Gelombang hasil pengukuran Metode pengukuran dengan pembagi kapasitif ini lebih
menguntungkan karena
disamping lebih teliti dibandingkan dengan metode sela bola, juga tidak tergantung pada frekuensi. Kapasitor Cm dimuati hingga Û2 yaitu nilai puncak tegangan u(t). Resistor Rm diperlukan untuk membuang muatan pada Cm dan untuk mengatasi penurunan tegangan u(t) pada saar pelepasan. Nilai konstanta waktu yang rasional umumnya adalah, RmCm < 1 detik ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
4
Agar penurunan tegangan um pada Cm tidak turun secara cepat ketika pengisian muatan, maka konstanta waktu juga harus memenuhi, RmCm >> T = 1/f Resistansi R2 digunakan untuk mencegah pengisian pada C2 ketika arus mengalir melali diode. Oleh karena itu jatuh tegangan pada R2 harus dibuat sekecil mungkin (yang menyebabkan pengisian pada C2), sehingga harus dipenuhi, R2 > 1/(C2) Apabila semua kondisi tersebut dipenuhi, maka hubungan antara nilai puncak tegangan tinggi dengan tegangan terukur Ûm dapat dinyatakan dengan persamaan : Û=
C 1+ C 2 Û C1
1.2.2.3 Metode rasio belitan Rasio belitan pada trafo uji tegangan tinggi merupakan perbandingan antara jumlah lilitan tegangan tinggi atau sekunder dengan lilitan tegangan rendah atau primer. N H U H nom N E U E nom
(1-2)
keterangan: UE nom
= tegangan nominal primer trafo (V)
UH nom
= tegangan nominal sekunder trafo (kV)
Besar tegangan di atas dapat dilihat pada name plate trafo uji. Pada Gambar 1.4.b ditunjukkan rangkaian ekivalen dari trafo uji tegangan tinggi. Dari gambar tersebut terlihat bahwa rangkaian ekivalen trafo uji tersebut tidak sama dengan rangkaian ekivalen trafo pada umumnya. Hal ini akibat adanya kapasitansi sendiri C i dari belitan tegangan tinggi yang paralel dengan kapasitansi objek uji Ca. Dengan demikian total kapasitansi pada sisi sekunder trafo uji ialah C = Ci + Ca dan besar impedansi hubung singkatnya adalah Rk + jLk. Dari diagram fasor pada Gambar 1.4.c, dapat disimpulkan bahwa besar tegangan sekunder trafo uji Us tidak sama dengan Up’. U p’=
U H nom U U P nom p
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
(1-3)
5
Us = Up’
1 2 k
1 L C
= Up’
1
(1-4)
1 Uk
keterangan: Up = tegangan primer trafo (V) Up’ = tegangan pada sisi sekunder trafo dengan sisi primer sebagai referensi (kV) Us = tegangan sekunder trafo (kV) Uk = persentase tegangan hubung singkat trafo uji (%) Nilai Uk dapat dilihat pada name plate trafo uji. Karena nilai 1-Uk yang selalu lebih kecil dari 1, maka akan diperoleh peningkatan tegangan sekunder trafo uji atau U s Up’, sehingga penentuan nilai Us tidak dapat dihitung langsung berdasarkan perbandingan rasio belitan trafo uji melainkan harus memperhitungkan juga besar U k trafo tersebut.
NH NE
~U
Up’CiUsCa p
(a)
Rk Ī jLk Ī
Lk
Rk
Ī
C
Up’
US Up’
US
Ī (b)
(c)
Gambar 1.4 Rangkaian dasar trafo uji tegangan tinggi (a) Diagram rangkaian (b) Rangkaian ekivalen (c) Diagram fasor
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
6
1.3 Pelaksanaan Percobaan 1.3.1 Rangkaian Percobaan
Gambar 1.5 Rangkaian pembangkitan dan pengukuran tegangan tinggi AC
1.3.2 Komponen-Komponen pada Rangkaian Percobaan Nilai-nilai/teraan dan fungsi komponen rangkaian percobaan: 1.
HV Transformer (Trafo uji)
: 1 fasa 3 belitan, 220V/100kV/220V, Uk = 3,5% , 5 kVA
2.
CM (Pembagi kapasitif)
: 100 pF, berfungsi sebagai pembagi kapasitif
3.
KF (Sela bola/SB)
: Sebagai objek yang diujikan
4.
kV (Voltmeter elektrostatik)
: Sebagai alat ukur tegangan tembus
5.
SE (Susunan elektroda)
: Bola-Bola
Teraan dan fungsi instrumen pengukuran pada rangkaian percobaan: 1.
DSM
: Sebagai alat ukur tegangan tinggi AC
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
7
1.3.3 Deskripsi Rangkaian Percobaan
1.3.4 Prosedur Percobaan Berikut ini langkah-langkah untuk melaksanakan percobaan pengukuran dan pembangkitan tegangan tinggi AC: 1.
Susun komponen-komponen rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 1.5.
2.
Catat nilai temperatur dan tekanan udara di dalam ruangan laboratorium pada saat dilakukan percobaan. Catat pula besar Uk, UE nom, dan UH nom yang tertera pada name plate trafo uji.
3. Pada percobaan, besar diameter elektroda bola yang dipakai ialah d = 10 cm dan jarak sela s diubah-ubah mulai dari 10, 15, dan 20 mm. 4.
Nyalakan control desk untuk memulai percobaan sesuai dengan prosedur penggunaan control desk.
5.
Naikkan tegangan primer trafo uji hingga terjadi tembus listrik pada sela bola. Catat besar tegangan tembus Uac yang terbaca pada alat ukur DSM dan tegangan primer trafo Up.
6.
Lakukan langkah (5) sebanyak tiga kali untuk setiap perubahan jarak
sela,
kemudian semua data hasil percobaan ditulis pada Tabel 1.2. 7.
Selesai percobaan, matikan control desk sesuai prosedur penggunaan control desk.
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
8
1.4 Analisis Data Hasil Percobaan 1.4.1 Data Hasil Percobaan Tabel 1.2 Hasil percobaan pembangkitan dan pengukuran tegangan tinggi bolak-balik Jarak sela s (mm)
10
15
20
Up (V)
1
32,70
35
2
33,65
40
3
33,90
42
1
47,61
56
2
51,57
63
3
52,23
64
1
67,56
83
2
68,75
85
3
68,75
86
P udara = 956
mbar
Uk t
% ºC
= 3,5 = 24
Uac (KV)
Data ke-
UE nom = 220 UH nom = 100
V kV
1.4.2 Tahap Analisis Data Hasil Percobaan Tata cara menganalisis data hasil percobaan pembangkitan dan pengukuran tegangan tinggi AC adalah sebagai berikut: 1.
Hitung besar Ud untuk setiap perubahan jarak sela menggunakan persamaan 1-1. Catat nilai-nilai Ud tersebut pada Tabel 1.3.
2.
Hitung besar Up’ dan Us untuk setiap perubahan jarak sela berturut-turut menggunakan persamaan 1-3 dan 1-4, kemudian hitung nilai rata-rata Ūs. Catat nilai-nilai Up’, Us, dan Ūs tersebut pada Tabel 1.5.
3.
Buat kurva Ud fungsi s pada Grafik 1.1 dari hasil percobaan metode sela bola.
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
9
1.4.3 Perhitungan Data Hasil Percobaan a.
Metode Sela Bola Tabel 1.3 Perhitungan Ud pada pengukuran dengan metode sela bola menurut tabel
Schweiger
b.
Jarak sela s (mm)
Ûd0 (kV)
Ud (kV)
10
31,7
29,4889
15
45,5
42,3263
20
59
54,8847
Metode pembagi tegangan kapasitif Tabel 1.4 Perhitungan Uac dan Ūac pada pengukuran dengan metode pembagi tegangan
kapasitif Jarak sela s
c.
Ûac (kV)
̅ 𝑈̂̅ ̅𝑎̅𝑐 (kV)
(mm)
Data ke-1
Data ke-2
Data ke-3
10
32,7
33,65
33,9
33,4167
15
47,61
51,57
52,23
50,4700
20
67,56
68,75
68,75
68,3533
Metode rasio belitan Tabel 1.5 Perhitungan Up’, Us, dan Ūs pada pengukuran dengan metode rasio belitan Jarak sela
Data
s (mm)
ke-
10
15
20
Up’ (kV) x √2
Up '
Ûs (kV)
1
22,4989
2
25,7130
3
26,9986
27,9778
1
35,9982
37,3038
2
40,4979
3
41,1408
1
53,3544
2
54,6401
3
55,2829
23,3149 25,0701
39,21323
26,6456
41,9668
Us
25,9794
40,6345
42,6329 54,4258
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
55,2896 56,6218
56,3998
57,2880
10
1.4.4 Grafik Hasil Percobaan Grafik percobaan pembangkitan dan pengukuran tegangan tinggi AC:
Pembangkitan dan Pengukuran Tegangan Tinggi AC 80
V. Tembus atau Ud (kV)
70 60 50 40 30 20 10 0
10
15
20
1.4.5 Penjelasan Grafik
1.5
Kesimpulan 1. Mengapa metode pembagi tegangan kapasitif lebih efektif daripada metode sela bola? Jelaskan !
2. Sebutkan pembangkit tegangan tinggi di jaringan distribusi ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
11
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
12
1.6 Tugas 1.
Mengapa pembangkitan tegangan tinggi AC dengan metode sela bola tidak bisa dilakukan secara kontinyu?
2.
Jelaskan pengaruh diameter dan jarak sela bola terhadap pengukuran nilai puncak tegangan tinggi AC!
3.
Jelaskan mengenai prinsip dasar rangkaian penyearah sebagai salah satu metode pengukuran tegangan tinggi AC!
4.
Jelaskan secara singkat tentang efek Ferranti pada trafo uji tegangan tinggi (disertai gambar)!
5.
Turunkan rumus perhitungan Us pada persamaan 1-4?
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
13
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
14
Cdvsvs
LABORATORIUM TEGANGAN TINGGI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG Periode.....................2020 Percobaan 2
: FAKTOR HOMOGENITAS MEDAN LISTRIK PADA BEBERAPA BENTUK GEOMETRIS ELEKTRODA
Tanggal Percobaan
: ................./.................../..................
Asisten Pembimbing : ........................................................ NIM
: ........................................................
PERCOBAAN 2 FAKTOR HOMOGENITAS MEDAN LISTRIK PADA BEBERAPA BENTUK GEOMETRIS ELEKTRODA 2.1 Tujuan
Mampu menentukan besar efisiensi medan listrik
dan mengetahui pengaruh
bermacam-macam konfigurasi susunan elektroda dengan bentuk geometris yang berbeda-beda. 2.2 Dasar Teori Besar faktor efisiensi medan listrik ( ) pada berbagai konfigurasi susunan elektroda dengan bentuk geometris tertentu dapat didefinisikan menurut Schwaiger sebagai berikut: Er = (2-1) Em U Er = (2-2) s U = Em s
(2-3)
Pada ssat tembus, Em=Ed Ud = Ed s keterangan:
= efisiensi medan listrik pada susunan elektroda
Er
= kuat medan listrik rata-rata (kV/cm)
Em
= kuat medan listrik maksimum (kV/cm)
Ud
= tegangan tembus pada susunan elektroda (kV)
s
= jarak sela antar elektroda (cm) Pada susunan elektroda keping sejajar, distribusi medan listriknya homogen sehingga
besar Em sama dengan Er . Sebaliknya pada distribusi medan listrik non homogen akan terdapat kuat medan listrik lokal pada daerah tertentu yang nilainya lebih besar dari kuat medan listrik rata-ratanya. Dengan demikian maka batas nilai faktor efisiensi medan listrik untuk berbagai susunan elektroda dengan bentuk geometris tertentu memenuhi syarat: 0˂ ≤ 1 Besar faktor efisiensi medan listrik bergantung pada bentuk geometris dari susunan elektroda, yaitu untuk susunan elektroda yang memberikan distribusi medan listrik ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
13
homogen
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
14
semisal susunan pelat datar sejajar maka = 1, sedangkan pada susunan elektroda yang menghasilkan distribusi medan listrik non homogen seperti jarum-piring, batang-bola, maka nilai < 1. Selain mengacu pada persamaan 1, faktor efisiensi medan listrik dapat pula ditentukan secara empiris dengan menyatakan sebagai fungsi dari satu atau dua besaran karakteristik geometris susunan elektroda p dan q. Berdasarkan pada buku faktor efisiensi geometri elektroda menurut Schwaiger halamanpertama, maka: p= q=
sr r R r
(2-4) (2-5)
keterangan: s
= jarak sela (cm)
r, R = jari-jari elektroda (cm) dengan r < R Nilai dari fungsi p dan q tersebut untuk bermacam-macam susunan elektroda nantinya dapat dilihat pada buku faktor efisiensi geometri elektroda menurut Schwaiger. Apabila besar efisiensi medan diketahui, maka kuat medan listrik yang menyebabkan terjadi tembus pada dielektrik dalam sela elektroda dapat ditentukan yaitu:
Ud =
Ed s
Ed = U d s
(2-6)
keterangan:
Ud = tegangan tembus pada susunan elektroda (kV) Ed = kuat medan listrik yang menyebabkan terjadi tembus (kV/cm)
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
15
d s
1
2
3
4
5
6
7
Gambar 2.1 susunan elektroda (SE) dengan variasi bentuk geometris sebagai objek uji 1.
elektroda piring-piring
2.
elektroda bola-bola
3.
elektroda batang-batang
4.
elektroda jarum-jarum
5.
elektroda jarum-piring
6.
elektroda batang-piring
7.
elektroda bola-piring
2.3 Pelaksanaan Percobaan 2.3.1 Rangkaian Percobaan
Gambar 2.2 Rangkaian percobaan dengan berbagai macam susunan elektroda (SE) 2.3.2 Komponen-Komponen pada Rangkaian Percobaan Nilai-nilai/teraan dan fungsi komponen rangkaian percobaan: 1. HV Transformer (Trafo uji) : 2. CM (Pembagi kapasitif)
:
3. kV (Voltmeter elektrostatik) : ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
16
4. SE (Susunan elektroda)
:
Teraan dan fungsi instrumen pengukuran pada rangkaian percobaan: 5. DSM
2.3.3
:
Deskripsi rangkaian percobaan
Efisiensi medan listrik pada beberapa bentuk susunan elektroda
2.3.4
Prosedur Percobaan
Berikut ini langkah-langkah untuk melaksanakan percobaan efisiensi medan listrik pada beberapa bentuk susunan elektroda: 1.
Susun komponen-komponen rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2.
2.
Urutan penggunaan objek uji SE dimulai dari elektroda piring-piring, bola-bola, jarum-piring, dan bola-piring.
3. Pada percobaan, besar diameter elektroda bola yang dipakai ialah d = 5 cm dan jarak sela s dibuat sama sebesar 15 mm. 4.
Nyalakan control desk untuk memulai percobaan sesuai dengan prosedur penggunaan control desk.
5.
Naikkan tegangan primer trafo uji hingga terjadi tembus listrik pada SE. Catat besar tegangan tembus Uac yang terbaca pada alat ukur DSM.
6.
Lakukan langkah (5) sebanyak tiga kali, kemudian semua data hasil percobaan ditulis pada Tabel 2.1.
7.
Selesai percobaan, matikan control desk sesuai prosedur penggunaan control desk dan kembalikan komponen percobaan pada tempatnya.
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
17
2.4 Analisis Data Hasil Percobaan 2.4.1 Data Hasil Percobaan Tabel 2.1 Hasil percobaan faktor efisiensi medan listrik pada beberapa bentuk geometris elektroda No.
Susunan Elektroda (s = 15 mm)
1.
piring – piring
2.
bola – bola
3.
jarum – piring
4.
bola – piring
5.
batang-batang
P udara =
mbar
Ûac (kV)
t=
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
Ûac
(kV)
ºC
18
2.4.2 Tahap Analisis Data Hasil Percobaan Tata cara menganalisis data hasil percobaan efisiensi medan listrik pada beberapa bentuk susunan elektroda adalah sebagai berikut: 1.
Hitung nilai rata-rata U a c
2. Untuk mendapatkan nilai efisiensi medan listrik tiap-tiap susunan elektroda, maka terlebih dahulu menghitung E udara selama percobaan. Hitung besar p dan d q sesuai persamaan 2-4 dan 2-5 dengan cara mendapatkan nilai R dan r pada susunan elektroda yang memiliki
Uac tertinggi.
Dari nilai p dan q, maka besar efisiensi pada susunan elektroda tersebut dapat
3.
dicari melalui grafik = f (p) pada buku faktor efisiensi geometri elektroda menurut Schwaiger halaman kedua. 4.
Nilai
Ed dapat dihitung dengan memasukkan nilai di atas ke dalam persamaan
2-6 (U ac =Ud ). Hitung tiap susunan elektroda sesuai dengan persamaan 2-6.
5. 2.4.3
Perhitungan Data Hasil Percobaan
Perhitungan , Emaksimum, Erata-rata pada setiap susunan elektroda Pada Tabel 2.1, nilai Ud (U ac ) rata-rata tertinggi diperoleh pada susunan didapatkan nilai efisiensi medan listrik pada susunan tersebut adalah:
p
=
q
=
=
sehingga Ed =
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
19
Tabel 2.2 Perhitungan , Erata-rata , Emaksimum pada setiap susunan elektroda
No.
Er (kV/cm)
Em (kV/cm)
Tabel 2.3 Kuat medan maksimum dan rata-rata untuk masing-masing susunan elektroda No.
Susunan Elektroda
Emaksimum (kV/cm)
Erata-rata (kV/cm)
1. 2. 3. 4. 5. 2.5 Kesimpulan
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
20
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
21
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
22
2.6 Tugas 1. Bagaimana pengaruh bentuk geometris elektroda terhadap nilai factor efisiensi medan listriknya? (Buktikan dengan tabel percobaan). 2. Susunan manakah yang memiliki efisiensi paling tinggi? (jelaskan) 3. Jelaskan tentang distribusi medan listrik homogen dan non-homogen! 4. Hitunglah efisiensi medan dengan menggunakan persamaan 2-1 (gunakan software FEMM untuk mencari Emaks)
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
23
. Piring-piring
SIMULASI FEMM
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
24
. Bola-bola
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
25
. Jarum-piring
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
26
. Bola-piring
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
27
. Batang-batang
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
28
LABORATORIUM TEGANGAN TINGGI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG Periode.....................2020 Percobaan 3
: PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI DC DAN EFEK POLARITAS PADA ELEKTRODA JARUM PIRING
Tanggal Percobaan
: ................./.................../..................
Asisten Pembimbing : ........................................................ NIM
: ........................................................
PERCOBAAN 3 PEMBANGKITAN DAN PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI DC DAN EFEK POLARITAS PADA ELEKTRODA JARUM-PIRING 3.1 Tujuan 1.
Mampu memahami dan menguasai cara pembangkitan tegangan tinggi searah.
2.
Dapat mengetahui pengaruh dari efek polaritas pada susunan elektroda jarum piring.
3.2 Dasar Teori 3.2.1 Pembangkitan Tegangan Tinggi DC Tegangan tinggi DC untuk pengujian dapat dibangkitkan melalui penyearahan sumber tegangan tinggi DC dari trafo uji. Bahan semikonduktor yang umum digunakan untuk maksud ini adalah selenium, germanium, dan silikon. Rangkaian penyearah setengah gelombang dengan kapasitor perata tegangan ditunjukkan pada Gambar 4.1.
Gambar 3.1 Penyearah setengah gelombang dengan kapasitor perata Dari Gambar 3.1, nilai tegangan tinggi DC (Ū) dapat didekati oleh persamaan Ū Û - U dengan Û adalah nilai maksimum tegangan dc dan U adalah tegangan cacat yang nilainya semakin besar bila arus beban Ig semakin besar dengan hubungan matematis :
U I
g
1 2 fC
Arus beban Ig tergantung pada tahanan dari obyek uji yang umumnya merupakan tahanan isolator. Yang harus diperhatikan dalam rangkaian penyearah adalah kemampuan 27 ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
diode terhadap tegangan balik maksimum Uv yang besarnya mendekati 2 (dua) kali tegangan maksimum dari sumber tegangan ac. 3.2.2 Pengukuran Tegangan Tinggi DC Pengukuran tegangan tinggi dc dapat dilakukan dengan menggunakan pembagi tegangan resistif seperti ditunjukkan pada Gambar 3.2.
R1 u(t) R2
DGM
um
Gambar 3.2 Sistem pengukuran tegangan tinggi dc dengan pembagi tegangan resistif Resistor tegangan tinggi (resistor ukur) dan resistor tegangan rendah membagi tegangan tinggi dc. Melalui resistor tegangan rendah R1, tegangan tinggi dc diturunkan menjadi tegangan pengukuran. Tegangan pengukuran ini dibaca oleh voltmeter dc (DGM) melalui sebuah kabel koaksial yang dihubungkan ke R2. Hubungan tegangan tinggi dc u(t) dan tegangan pengukuran um(t) diberikan oleh persamaan : R R2 u(t) 1 u R2
m
(t)
(3-1)
Untuk menghindari pengaruh pemanasan pada resistor ukur R1 dan agar arus ukur tidak terpengaruh dengan adanya arus galat berupa arus bocor melalui permukaan resistor, maka nilai arus ukur yang rasional biasanya berkisar 1 mA. 3.2.2 Efek polaritas pada elektroda jarum piring Elektroda jarum-piring merupakan susunan elektroda yang menghasilkan distribusi medan sangat tidak homogen. Apabila elektroda jarum diberi tegangan dc dengan polaritas positif atau negatif dan elektroda piring di tanahkan, maka intensitas medan listrik yang sangat tinggi akan terjadi pada daerah ujung jarum dan nilainya menurun menuju elektroda piring. Bila pada daerah medan tinggi di ujung jarum terjadi ionisasi pada atom gas, maka di daerah ujung jarum terbentuk muatan ruang (elektron dan ion positif). Di dalam medan listrik, elektron akan bergerak berlawanan dengan arah medan sedangkan ion positif bergerak searah dengan arah medan listrik. Karena masa elektron jauh lebih kecil dari masa 28 ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
ion, maka elektron akan bergerak jauh lebih cepat dari ion.
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
29
Gambar 3.3 Efek polaritas pada elektroda jarum-piring Ketika jarum polaritasnya negatif, maka elektron di ujung jarum bergerak sangat cepat menuju elektroda piring, sedangkan ion positif akan bergerak sangat lambat menuju ujung jarum. Pemisahan muatan ruang ini akan menghasilkan intensitas medan dalam ruang yang dapat memperkuat dan melemahkan medan utamanya seperti terlihat pada Gambar 3.3a. Akibatnya distribusi medan semula terdistorsi dimana di intensitas medan di ujung jarum meningkat dan di daerah lainnya menurun. Dalam hal ini distribusi medannya semakin tidak homogen. Ketika jarum polaritasnya positif seperti pada Gambar 3.3b, maka elektron di ujung jarum bergerak sangat cepat menuju elektroda jarum dan habis terdisipasi ke dalam elektroda jarum, sedangkan ion positif akan bergerak sangat lambat menuju elektroda piring. Muatan ruang positif ini selanjutnya mendistorsi medan semula dan mengakibatkan pelemahan intensitas medan di daerah ujung jarum dan meningkatkan medan di daerah lainnya. Dalam hal ini distribusi medannya menjadi lebih seragam dari semula. Karena muatan ruang berada di sekitar ujung jarum, maka sistem muatan ruang dan ujung jarum dengan polaritas yang sama akan memperpendek jarak sela antara elektroda jarum dan piring.
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
30
3.3 Pelaksanaan Percobaan 3.3.1 Rangkaian Percobaan
(a)
(b) Gambar 3.4 Rangkaian percobaan efek polaritas pada elektroda jarum-piring (a) Polaritas positif (b) Polaritas negatif 3.3.2 Komponen-komponen pada Rangkaian Percobaan Nilai-nilai/teraan dan fungsi komponen rangkaian percobaan: 1.
TU (Trafo Uji)
:
2.
SE (Sela Elektroda)
:
3.
D1, D2 (Dioda)
:
4.
CS (Pembagi Kapasitif)
:
5.
RM (Resistor Pengukuran) :
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
31
Teraan dan fungsi instrument pengukuran pada rangkaian percobaan:
3.3.3
DGM
:
Deskripsi Rangkaian Percobaan
3.3.4 Prosedur Percobaan Berikut ini langkah-langkah untuk melaksanakan percobaan: 1.
Susun komponen-komponen rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 3.4.
2.
Urutan percobaan dimulai dari polaritas positif, kemudian dilanjutkan untuk polaritas negatif.
3.
Pada percobaan, besar jarak sela s ditentukan sebesar 15, 20, 25, dan 30 mm.
4.
Nyalakan control desk untuk memulai percobaan sesuai dengan prosedur penggunaan control desk.
5.
Naikkan tegangan primer TU hingga terjadi korona listrik pada ujung elektroda jarum. Catat besar tegangan korona Uc yang terbaca pada alat ukur DGM.
6.
Naikkan kembali tegangan primer TU hingga terjadi tembus listrik pada sela elektroda. Catat besar tegangan tembus Ud yang terbaca pada alat ukur DGM.
7.
Lakukan langkah e dan f sebanyak tiga kali untuk setiap perubahan jarak sela, kemudian semua data hasil percobaan ditulis pada Tabel 3.1 untuk percobaan polaritas positif dan Tabel 3.2 untuk percobaan polaritas negatif.
8.
Selesai percobaan, matikan control desk sesuai prosedur penggunaan control desk dan kembalikan komponen percobaan pada tempatnya.
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
32
3.4 Analisis Data Hasil Percobaan 3.4.1 Data Hasil Percobaan Tabel 3.1 Hasil percobaan pada polaritas positif dan negatif
No
s (mm)
1
15
2
20
3
25
4
30
Jarum Positif
Jarum Negatif
Uc
Uc
Ud
Ud
Uc
Uc
Ud
Ud
(kV)
(kV)
(kV)
(kV)
(kV)
(kV)
(kV)
(kV)
3.4.2 Tahap Analisis Data Percobaan Tata cara menganalisis data hasil percobaan adalah sebagai berikut: 1.
Hitung nilai rata-rata
Uc danU d pada tiap polaritas. Catat nilai-nilai tersebut pada
Tabel 3.1 dan Tabel 3.2. 2.
Dari nilai rata-rata tersebut, buat grafik tegangan korona dan tembus sebagai fungsi jarak sela (Grafik 1.1) untuk setiap polaritas.
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
33
3.4.3 Grafik Hasil Percobaan Grafik 3.1 Ud (nilai U d ) dan Uc (nilai Uc ) fungsi s
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
34
3.4.4 Penjelasan Grafik
3.5 Kesimpulan
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
35
3.6 Tugas 1.
Jelaskan tentang pengertian korona!
2.
Sebutkan dan jelaskan rangkaian pengganda tegangan tinggi searah beserta gambar tegangan outputnya!
3. Jelaskan secara singkat terjadinya korona dan tembus pada percobaan polaritas positif dan gambarkan medan elektromagnetik dengan menggunakan FEMM? 4. Jelaskan secara singkat terjadinya korona dan tembus pada percobaan polaritas negatif dan gambarkan medan elektromagnetik dengan menggunakan FEMM? 5. Jelaskan mengapa tegangan tembus pada percobaan polaritas negatif lebih besar daripada percobaan polaritas positif!
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
36
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
37
Gambar dan analisa jarum-piring positif dengan jarak sela 15 mm
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
38
Gambar dan analisa jarum-piring positif dengan jarak sela 20 mm
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
39
Gambar dan analisa jarum-piring positif dengan jarak sela 25 mm
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
40
Gambar dan analisa jarum-piring positif dengan jarak sela 30 mm
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
41
Gambar dan analisa jarum-piring negatif dengan jarak sela 15 mm
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
42
Gambar dan analisa jarum-piring negatif dengan jarak sela 20 mm
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
43
Gambar dan analisa jarum-piring negatif dengan jarak sela 25 mm
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
44
Gambar dan analisa jarum-piring negatif dengan jarak sela 30 mm
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
45
LABORATORIUM TEGANGAN TINGGI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG Periode.....................2020 Percobaan 4
: PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI IMPULS DAN PENGUJIAN VOLT – TIME CURVE ARESTER
Tanggal Percobaan
: ................./.................../..................
Asisten Pembimbing : ........................................................ NIM
: ........................................................
PERCOBAAN 4 PEMBANGKITAN, PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI IMPULS DAN PENGUJIAN VOTL-TIME CURVE ARESTER 4.1 Tujuan 1.
Mempelajari teknik pembangkitan dan pengukuran tegangan tinggi impuls.
2.
Mempelajari karakteristik Volt-Time Curve Arester melalui pengujian.
4.2 Dasar Teori 4.2.1 Bentuk Gelombang Tegangan Tinggi Impuls 1,2/50 µs Gelombang tegangan impuls merupakan gelombang surja yang naik secara cepat di bagian muka gelombang dan turun lambat di bagian punggung gelombang. Gelombang tegangan impuls dapat hadir dalam peralatan listrik maupun elektronik sebagai tegangan lebih yang berbahaya dan perlu dibatasi besarnya. Bentuk gelombang impuls tipe 1,2/50 s menurut standar IEC ditunjukkan pada Gambar 4.1. Gelombang ini naik hingga mencapai puncak dalam waktu 1,2 s (waktu muka gelombang, Ts) dan mencapai 50% tegangan puncak di bagian punggung gelombang dalam waktu 50 s (waktu pungung gelombang, Tr). Gelombang impuls ini ditimbulkan oleh surja petir. Gelombang ini dapat merambat jauh melalui konduktor dan membahayakan peralatan yang akan ditujunya. 100
e(t), kV
75
50
25
0
0
Gambar 4.1 Gelombang tegangan impuls tipe 1,2/50 s 5.2.1 Pembangkitan Tegangan Tinggi Impuls Di laboratorium, tegangan tinggi impuls dapat dibangkitkan menggunakan rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 4.2. Kapasitor impuls Cs mendapatkan pengisian dari suatu sumber tegangan tinggi DC. Pada saat sela bola F tembus, kontak sesaat terjadi sehingga muatan pada kapasitor Cs dilepaskan dan mengisi kapasitor beban Cb melalui tahanan redaman Rd. Kecepatan pengisian kapasitor Cb hingga mencapai nilai tegangan 45 ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
puncak
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
46
menentukan waktu muka (Ts) gelombang. Namun tidak semua muatan dalam Cs ditampung pada Cb, karena sebagian muatan dibelokkan ke tanah melalui tahanan Re. Oleh karena itu nilai puncak tegangan impuls selalu lebih kecil dari tegangan pengisian DC (Uo). Rasio nilai tegangan puncak impuls dan tegangan pengisian dinyatakan dalam efisiensi tegangan . Setelah sela F terbuka, maka terbentuk jalur tertutup untuk pembuangan muatan dalam Cb ke tanah melalui Rd dan Re. Proses pembuangan muatan ini menentukan pembentukan punggung gelombang (Tr).
Rangkaian a
Rangkaian b
Gambar 4.2 Rangkaian pembangkit tegangan impuls Ada dua rangkaian pembangkitan tegangan tinggi impuls yang dapat dibangun di laboratorim tegangan tinggi Jurusan Teknik Elektro UB, yaitu menurut rangkaian a dan menurut rangkaian b. Bentuk gelombang impuls eksponensial ganda yang dibangkitkan menurut rangkaian a dan b dapat dinyatakan dalam persamaan, U T1T u(t) o (et / T1 et / T2 )
(4-1)
2
Rd Cb T1 T2 di mana ranglaian a: T1 (Re Rd )(Cs Cb ) T 2
Rd Re
C s Cb
R d R e Cs Cb Re Cs Rd Re Cs Cb
(4-1) (4-2) (4-3)
dan untuk rangkaian b : T1 Re (Cs Cb ) T2 R d
Cs Cb
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
(4-4) (4-5) 47
Cs Cb
Ts = k2T2
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
(4-6)
48
Tr = k1T1
(4-7)
dengan k1 = 0,73 dan k2 = 2,96 CS CS Cb
(4-8)
Besar medan pada rangkaian b berdasarkan hasil percobaan ialah didekati dengan rumus pendekatan sebagai berikut: U
UDSTM DGM
(4-9)
keterangan: UDSTM
= Nilai puncak tegangan impuls yang terbaca pada alat ukur DSTM (kV)
UDGM
= Nilai tegangan searah pada alat ukur DGM (kV)
Penentuan waktu muka (Ts) dan waktu punggung (Tr) dari suatu gelombang impuls eksponensial ganda menurut standar IEC ditunjukkan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Penentuan waktu muka dan waktu punggung menurut standar IEC 4.2.1 Pengujian Volt-Time Curve Arester Gelombang tegangan impuls yang melebihi kekuatan isolasi peralatan harus dipotong menggunakan arester sampai pada tingkat tegangan yang aman bagi peralatan listrik yang diamankan. Arester distribusi dan gelombang impuls terpotongnya ditunjukkan pada Gambar 4.4. Pemotongan tegangan impuls pada bagian muka gelombang lebih menguntungkan karena energi yang terbuang ke tanah lebih banyak daripada gelombang impuls yang terpotong di bagian punggung seperti ditunjukkan pada Gambar 4.5.
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
47
Gambar 4.4 Arester distribusi
Gambar 4.5 Gelombang impuls terpotong di muka dan punggung gelombang Votl-Time Curve merupakan tempat kedudukan titik potong gelombang tegangan impuls oleh suatu arester. Dengan demikian kurve ini merupakan karakteristik pemotongan tegangan arester. Kurva ini diimplementasikan untuk koordinasi isolasi antara arester sebagai peralatan pengaman tegangan lebih dengan peralatan listrik yang diamankan. Bentuk kurve V-t ditunjukkan pada Gambar 4.6.
Gambar 4.6 Kurve V-t sebuah arester 4.3 Pelaksanaan Percobaan 4.3.1 Rangkaian Percobaan
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
48
TU
RL
D1
EZK
D2
Rd
RM CS
Re
Cb PLOTTER
~
NTZ OSC DGM
ZAG
MF control desk
DSTM
Gambar 4.7 Rangkaian percobaan pembangkitan tegangan tinggi impuls
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
49
4.3.2 Komponen-komponen pada rangkaian percobaan Nilai-nilai/teraan dan fungsi komponen rangkain percobaan : 1.
HV transformer (trafo uji)
:
2.
RM (Resistor Pengukuran)
:
3.
Cs (kapasitor impuls)
:
4.
Sela bola
:
5.
Re (tahanan ke tanah)
:
6.
Rd (tahanan redaman)
:
7.
Cb (kapasitor beban/pembagi)
:
8.
NTZ
:
9.
RL
:
Teraan dan fungsi instrumen pengukuran pada rangkaian percobaan : 1. DGM
:
2. DSTM
:
3. Osiloskop
:
4. ZAG (Trigger Unit) : 4.3.3
Deskripsi Percobaan
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
50
4.3.4 Prosedur Percobaan Berikut ini langkah-langkah untuk melaksanakan percobaan: 1. Susun komponen-komponen rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 4.7. 2. Nyalakan control desk untuk memulai percobaan sesuai dengan prosedur penggunaan control desk. Nyalakan pula OSC dan setting besar time/div dan volt/div-nya. 3. Atur jarak sela s pada EZK sebesar 10 mm dengan memutar tombol MF pada control desk. 4. Naikkan tegangan primer TU hingga mencapai nilai tegangan UDSTM yang diberikan asisten. Catat besar UDSTM yang terbaca oleh DSTM pada Tabel 4.1. 5. Aktifkan EZK dengan men-trigger-nya menggunakan ZAG, lalu catat besar tegangan UDSTM yang terukur oleh DSTM pada Tabel 4.1. 6. Siapkan sebuah kertas milimeter pada plotter, kemudian aktifkan plotter untuk menggambar gelombang tegangan impuls yang terlihat pada OSC. 7. Selesai percobaan, matikan control desk sesuai prosedur penggunaan control desk dan kembalikan komponen percobaan pada tempatnya
4.4 Analisis Data Hasil Percobaaan 4.4.1 Data Hasil Percobaan Tabel 4.1 Data pengujian No
s (mm)
Udc (kV)
Uimpuls (kV)
td (s)
Uosc (V)
1 2 3 4
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
51
4.4.2 Tahap Analisis Data Hasil Data Percobaan Tata cara menganalisis data hasil percobaan adalah sebagai berikut: Hitung besar T1 dengan persamaan 4-4 dan T2 dengan persamaan 4-5. Kemudian
1.
hitung nilai waktu muka (Ts) dan waktu paruh punggung (Tr) secara teori dengan menggunakan persamaan 4-6 dan 4-7. 2.
Hitung pula nilai efisiensi medan secara teori menggunakan persamaan 4-8.
3.
Hitung nilai waktu muka (Ts) dan waktu paruh punggung (Tr) secara praktek berdasarkan gambar 4.3 menggunakan hasil gambar gelombang tegangan impuls dari osciloscop.
4.
Hitung pula nilai efisiensi medan secara praktek menggunakan persamaan 4.9.
5.
Catat semua nilai-nilai Ts, Tr, dan berdasarkan perhitungan teori dan praktik tersebut pada Tabel 4.2.
4.4.3 Perhitungan Data Percobaan Perhitungan Ts, Tr, dan secara teori T1 = T2 = Ts = Tr =
= Perhitungan Ts, Tr, dan secara praktik Ts = Tr =
=
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
52
Tabel 4.2 Perbandingan perhitungan Ts, Tr, dan secara teori dan praktek Ts (μs)
(%)
Tr (μs)
TEORI PRAKTEK
Tabel 4.3 Perbandingan pengukuran 𝐔𝐝𝐜 , dan 𝐔𝐢𝐦𝐩𝐮𝐥𝐬 pada berbagai jarak sela s (mm)
Udc (kV)
Uimpuls (kV)
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
53
4.4.4 Grafik Hasil Percobaan Grafik 4.1 Tegangan impuls petir fungsi waktu untuk penentuan Ts dan Tr
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
54
Grafik 4.2 Tegangan Impuls Petir dengan Menggunakan Arrester Sela Bola
time/div = volt/div =
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
55
4.4.5 Penjelasan Grafik 4.4.5.1 Grafik 4.2
4.4.5.2 Grafik 4.2
4.5 Kesimpulan
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
56
4.6 Tugas 1.
Jelaskan secara singkat prinsip kerja pembangkitan gelombang tegangan impuls petir! bagaimana cara mengubah nilai Ts dan Tr pada rangkaian impuls b?
2.
Jelaskan dengan disertai gambar, rangkaian pengali Marx 3 tingkat pada perluasan rangkaian b!
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
57
LABORATORIUM TEGANGAN TINGGI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG Periode.....................2020 Percobaan 5
: DISTRIBUSI TEGANGAN TINGGI AC PADA ISOLATOR RANTAI
Tanggal Percobaan
: ................./.................../..................
Asisten Pembimbing : ........................................................ NIM
: ........................................................
PERCOBAAN 5 DISTRIBUSI TEGANGAN TINGGI AC PADA ISOLATOR RANTAI 5.1 Tujuan
Mampu mengukur dan menentukan besar distribusi tegangan tinggi AC pada isolator rantai melalui pendekatan eksperimental (percobaan).
5.2 Dasar Teori Pada saluran udara tegangan tinggi, kawat penghantar (konduktor) yang bertegangan tinggi digantungkan pada isolator rantai. Susunan isolator rantai bersama menara penyanggah dan konduktor membentuk rangkaian kapasitif (kapasitansi bocor) seperti ditunjukkan pada Gambar 5.1. Kapasitansi ini terdiri dari kapasitansi ke tanah (C e), kapasitansi ke kawat penghantar (C h), dan kapasitansi susunan isolator itu sendiri (C). n=0
Ce
C
Ch
X
n=1
Ce
C
Ch
n=2
Ce
C
Ch
L
n=3
Ce
C
Ch
n=4
C n=5 Tanah atau menara penghantar Kawat penghantar bertegangan tinggi
Gambar 5.1 Sistem kapasitansi pada rantai isolator pada menara transmisi Untuk pembebanan tegangan tinggi ac, kehadiran kapasitansi bocor C e dan Ch menghasilkan distribusi tegangan yang tidak merata pada setiap isolatornya. Dengan demikian tekanan listrik pada setiap isolator menjadi tidak sama dan sangat menarik untuk dipelajari. Distribusi tegangan pada isolator rantai untuk berbagai variasi nilai Ce terhadap nilai Ch ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
57
ditunjukkan pada Gambar 5.2.
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
58
Gambar 5.2 Distribusi tegangan pada isolator rantai Dengan analisis rangkaian listrik dapat diperoleh distribusi tegangan pada isolator rantai: sinh K (1 ai ) 1 sinh Kai U (%) C i e Ch 1 (5-1) sinh Ce C h sinh K K dengan, ai X L
dan K
Ce Ch C
(5-2)
Ui(%) : Tengangan relatif isolator sepanjang Xi terhadap panjang L Distribusi tegangan pada isolator rantai dapat ditentukan melalui pengujian laboratorium. Dari Gambar 3.1, tegangan relatif jepitan i ke tanah (Ui) terhadap tegangan sistem (Un) dapat dihitung dengan menggunakan rumus : U U (%) i x100% i Un
(5-3)
Tegangan pada setiap isolator (pada isolator ke-i) dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Ui (%) Ui1 U i Ui (kV ) (Ui1 Ui )xU n
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
(5-4)
59
5.3 Pelaksanaan Percobaan
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
60
5.3.1 Rangkaian Percobaan
DSM
Gambar 5.3 Rangkaian percobaan penentuan distribusi tegangan tinggi AC pada isolator rantai dengan 5 buah isolator penyusun 5.3.2 Komponen-Komponen pada Rangkaian Percobaan Nilai-nilai/teraan dan fungsi komponen rangkaian percobaan: 1.
HV Transformer (Trafo uji) :
2.
CM (Pembagi kapasitif)
:
3.
Isolator rantai
:
4.
SB (Sela bola)
:
Teraan dan fungsi instrumen pengukuran pada rangkain percobaan:
DSM
:
5.3.3 Deskripsi Rangkaian Percobaan
5.3.4 Prosedur Percobaan ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
59
Berikut ini langkah-langkah untuk melaksanakan percobaan: 1.
Susun komponen-komponen rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 5.3.
2.
Pada percobaan, posisi ujung-ujung sela bola dihubungkan pada n = 5 dan n = 0 (ke sistem pembumian atau tanah) untuk setiap perubahan posisi jepitan A.
3.
Untuk kondisi pertama, hubungkan jepitan A pada posisi n = 5. Untuk setiap perubahan posisi jepitan A, posisi jepitan B (ke sistem pembumian) tetap terhubung pada posisi n = 0 dari isolator rantai.
4.
Nyalakan control desk untuk memulai percobaan sesuai dengan prosedur penggunaan control desk.
5.
Naikkan tegangan primer trafo uji hingga terjadi tembus listrik pada SB. Catat besar tegangan tembus Uac yang terbaca pada alat ukur DSM.
6.
Lakukan langkah e sebanyak tiga kali untuk setiap perubahan posisi jepitan A (n = 5, n = 4, n = 3, n = 2, dan n = 1), kemudian semua data hasil percobaan ditulis pada Tabel 5.1 (jangan lupa untuk mematikan control desk pada saat akan memindahkan posisi jepitan A).
7.
Selesai percobaan, matikan control desk sesuai prosedur penggunaan control desk dan kembalikan komponen percobaan pada tempatnya.
5.4 Analisis Data Hasil Percobaan 5.4.1 Data Hasil Percobaan Tabel 5.1 Hasil percobaan distribusi tegangan tinggi bolak-balik pada isolator rantai dengan 5 buah isolator penyusun No.
Uac (kV)
Jepitan A pada n ke-
1.
5
2.
4
3.
3
4.
2
5.
1
Data ke-1
Data ke-2
Data ke-3
U ac (kV)
5.4.2 Tahap Analisis Data Hasil Percobaan ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
60
Tata cara menganalisis data hasil percobaan adalah sebagai berikut: 2.
Hitung nilai tegangan tembus rata-rata U (≈ Un). Catat semua nilai-nilai tersebut pada d
Tabel 5.1. 3.
Hitung besar Ui(n) untuk setiap posisi jepitan A dengan menggunakan persamaan 5-3. Nilai U ialah tegangan tembus sela bola U d saat jepitan A terhubung pada posisi n = 5. Kemudian hitung pula besar ΔUn tiap isolator piring menggunakan persamaan 5-4. Catat nilai-nilai ΔUn dan Ui(n) tersebut pada Tabel 5.2.
4.
Gambar kurva Ui(n) fungsi n pada Grafik 5.1.
5.4.3 Perhitungan Data Hasil Percobaan Tabel 5.2 Perhitungan Ui(n) tiap posisi jepitan A No.
Jepitan A pada n ke-
Ui(n) (%)
Berdasarkan perhitungan Ui(n) di atas, maka dapat dicari besar distribusi tegangan ΔUn yaitu: ΔU5 = ΔU4 = ΔU3 = ΔU2 = ΔU1 =
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
61
Tabel 5.3 Data hasil perhitungan ΔUn pada isolator ke-n dan Uin tiap posisi jepitan A
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
62
No.
isolator ke-
ΔUn (%)
Jepitan A pada n ke-
Ui(n) (%)
1. 2. 3. 4. 5.
5.4.4 Grafik Hasil Percobaan Grafik 5.1 Ui(n) fungsi n (jepitan A ke-n)
5.4.5 Penjelasan Grafik ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
63
5.5 Kesimpulan
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
64
5.6 Tugas 1. Mengapa distribusi tegangan pada isolator rantai perlu diketahui? Pada isolator piring ke berapakah yang mendapat distribusi tegangan terbesar? Jelaskan! 2.
Sebutkan dan jelaskan jenis-jenis karakteristik tegangan yang terjadi pada isolator rantai selama dibebani tegangan tinggi bolak-balik!
3.
Bagaimana sebaiknya harga Ce dan Ch untuk suatu isolator rantai? Mengapa demikian!
4.
Usulkan cara-cara untuk mengatasi ketidakrataan distribusi tegangan pada isolator rantai!
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
65
ModUl PraktikUm dan Lembar Kerja LaboratoriUm Tegangan Tinggi
66
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
KARTU PESERTA PRAKTIKUM TEGANGAN TINGGI NAMA NIM PERIODE NO.
FOTO 3X4
: : : JUDUL PERCOBAAN
1.
PEMBANGKITAN DAN PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI AC
2.
FAKTOR HOMOGENITAS MEDAN LISTRIK PADA BEBERAPA BENTUK GEOMETRIS ELEKTRODA
3.
PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI DC DAN EFEK POLARITAS PADA ELEKTRODA JARUM-PIRING
4.
PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI IMPULS DAN PENGUJIAN VOLT – TIME CURVE ARESTER
5.
DISTRIBUSI TEGANGAN TINGGI AC PADA ISOLATOR RANTAI
TANGGAL PERCOBAAN
DISETUJUI ASISTEN PRAKTIKUM KONSEP REVIEW
Malang, KOORDINATOR ASISTEN
NIM.
KETERANGAN
