bab 2 Makanan Khas Daerah (1) docx
PERCOBAAN I
TEGANGAN TEMBUS AC ISOLASI UDARA
I.1
Tujuan percobaan
1. Dapat menentukan efisiensi kuat medan tembus udara dengan bermacam – macam sela
elektroda dengan jarak sela yang tetap.
2. Dapat menentukan tegangan tembus di udara sebagai fungsi dari diameter bola.
3. Dapat menentukan tegangan tembus udara sebagai fungsi jarak elektroda.
I.2
Teori Dasar
Tegangan Tinggi dalam dunia teknik tenaga listrik adalah semua tegangan yang
dianggap cukup tinggi oleh para teknisi listrik sehingga diperlukan pengujian dan pengukuran.
Standar tegangan tinggi di dunia umumnya berbeda-beda, tergantung kemajuan negaranya
masing- masing. Di Indonesia, level tegangan dibagi menjadi 4 macam, yakni : 1. Tegangan
Rendah ( 220 – 380 V), 2. Tegangan Menengah (7 – 20 KV), 3. Tegangan Tinggi ( 30 – 150 KV),
4. Tegangan Extra Tinggi ( 500 KV). Untuk Transmisi biasa digunakan Tegangan Tinggi dam
Tegangan Extra Tinggi sedangkan distribusi menggunakan Tegangan Rendah dan Menengah.
pengujian tegangan tinggi, dengan tujuan antara lain sebagai berikut:
1. Untuk menemukan bahan (di dalam atau yang menjadi komponen suatu alat tegangan
tinggi) yang kualitasnya tidak baik, atau yang cara pembuatannya salah.
2. Untuk memberikan jaminan bahwa alat-alat listrik dapat dipakai pada tegangan
normalnya untuk waktu yang tak terbatas.
3. Untuk memberikan jaminan bahwa isolasi alat-alat dapat tahan terhadap tegangan lebih
untuk waktu terbatas.
I.2.1 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.
Rangkaian pelipat ganda Greinacher 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 searah dilaboratorium pada umumnya menggunakan
diode semikonduktor tang terpasang seri pada kutub tabung hampa
Berdasarkan sifatnya, pengujian tegangan tinggi dibedakan menjadi pengujian
merusak dan tidak merusak.
Pengujian Destruktif ( Merusak ) terdiri dari 3 tahap:
1. Withstand test Pengujian ketahanan Sebuah tegangan tertentu diterapkan
untuk waktu tertentu, bila tidak terjadi lompatan api (flashover, disruptive
discharge), maka pengujiannya dianggap memuaskan.
2. Discharge test Pengujian pelepasan Tegangan yang dinaikan sehingga
terjadi pelepasan pada benda yang diuji, tegangan pelepasan lebih tinggi dari
tegangan ketahanan. Pengujian dapat dilakukan dengan suasana kering (udara
biasa) dan udara basah (menirukan keadaan hujan)
3. Breakdown Pengujian kegagalan Tegangan dinaikan sampai terjadi
kegagalan (breakdown) di dalam benda (specimen) yang diuji.
4. Pengujian Non Destruktif adalah pengujian yang tidak merusak bahan.
Contohnya uji tahanan isolasi, faktor – faktor rugi – rugi dielektrik, korona,
konduktivitas, medan elektrik.
Berdasarkan jenis tegangannya, pengujian tegangan tinggi dibagi menjadi
2 jenis, pengujian tegangan tinggi AC dan pengujian tegangan tinggi DC. Untuk
tegangan AC, dibedakan berdasarkan frekuensi tinggi atau Frekuensi Rendah..
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. Hal ini dilakukan karena tidak selamanya
tegangan yang diberikan ke peralatan tersebut stabil. Ada kalanya tegangan
yang diberikan melebihi batas nominalnya karena putusnya kawat saluran atau
hal lainnya.
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.
Isolasi adalah salah bentuk peralatan tegangan tinggi yang berfungsi
sebagai tahanan atau pelindung agar tidak terjadi tembus yang tidak diinginkan.
Secara umum isolasi dibagi menjadi 3 ( tiga ) macam yaitu padat, cair, dan gas.
Kemampuan isolasi menahan tegangan mempunyai batas- batas tertentu sesuai
dengan material penyusun dan lingkungan sekitarnya. Apabila tegangan yang
diterapkan melebihi kuat medan isolasi maka akan terjadi tembus atau
breakdown yang menyebabkan terjadinya aliran arus antara peralatan tegangan
tinggi.
Kekuatan
isolasi
gas
dipengaruhi
beberapa
hal
antara
lain
temperature,kelembaban, angina, tingkat kontaminasi udara dan besar tegangan
yang diterapkan. Adanya kondisi hujan asam,, hujan basah, hujan garam serta
hujan dipegunungan akan mempengaruhi kekuatan isolasi dalam mencegah
terjadinya tembus antara dua peralatan tegangan tinggi yang diisolasi.
Pemodelan peralatan tegangan tinggi dengan elektroda harum homogeny dan
elektroda bola homogen digunakan untuk mengetahui tegangan tembus gas
antara keduanya jika terjadi perubahan terhadap lingkungan sekitar, selama
pengujian isolasi di laboratorium tegangan tinggi. Contoh penggunaan peralatan
tegangan tinggi yang menyerupai elektroda jarum adalah archinghorn
( busurapi) yang dipasang di tiap ujung rentang isolator.
Teknik analisis data menggunakan cara analisis data kualitatif interplatif
dan analisis statistic secara elementer. Kedua metode ini digunakan sejak awal
penelitian
dimulai,
diantaranya
dalam
memilih
objek,
sampel,
mengklarifikasikan symbol sehingga kesimpulan akhir penelitian. Analisis data
secara statistic digunakan untuk menaksir presentasi tembus yang terjadi. Hasil
percobaan menunjukkan bahwa tegangan tembus udara berbanding lurus
dengan tekanan, persentase karbondioksida dan kelembaban udara tetapi
terbalik dengan kenaikan temperature.
I.2.1 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.
Ionisasi adalah proses fisik mengubah atom atau molekul menjadi ion dengan
menambahkan atau mengurangi partikel bermuatan seperti elektron atau
lainnya.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 electron bebas
mendapatkan energi yang cukup kuat menuju kearah anoda sehingga dapat
merangsang timbulnya proses ionisasi. Proses ionisasi ke muatan positif atau
negatif sedikit berbeda. Ion bermuatan positif didapat ketika elektron yang
terikat pada atom atau molekul menyerap energi cukup agar dapat lepas dari
potensial listrik yang mengikatnya. Energi yang dibutuhkan tersebut disebut
potensial ionisasi. Ion bermuatan negatif didapat ketika elektron bebas
bertabrakan dengan atom dan terperangkap dalam kulit atom dengan potensial
listrik tertentu. 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, ionisasikumulatif dan
efek γ n
sekunder.
b. Kehilangan ion dengan cara penggabungan (attachment)elektron,
rekombinasi dan difusi.
I.2.2 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 electron lebih banyak lagi. Ionisasi karena
benturan ini merupakan proses dasar yang penting dalam kegagalan udara
atau gas.
Sebuah elektron tunggal yang dibebaskan oleh pengaruhluar pada proses I
onisasi 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.
I.2.3 Mekanisme Kegagalan Gas
Proses kegagalan dalam gas ditandai dengan adanya percikan
secara tiba-tiba(spark breakdown), percikan ini dapat terjadi karena
adanya pelepasan yang terjadi pada gas tersebut. Mekanisme kegagalan
gas yang disebut percikan adalah peralihan dari pelepasan tak bertahan
sendiri ke berbagai pelepasan yang bertahan sendiri. 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.
Proses dasar yang paling penting dalam kegagalan gas adalah proses
ionisasi karena benturan, tetapi proses ini tidak cukup untuk menghasilkan
kegagalan. Proses lain yang terjadi dalam kegagalan gas adalah proses
atau mekanisme primer dan proses atau mekanisme sekunder. Proses yang
terpenting dalam mekanisme primer adalah proses katoda, pada 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.
I.2.4 Mekanisme Townsend
Pada mekanisme primer, medan listrik yang ada di antaraelektroda
akan menyebabkan elektroda yang dibebaskanbergerak cepat, sehingga
timbul energi yang cukup kuat untuk menimbulkan banjiran
elektron.Mekanisme Townsend menjelaskan tentang fenomena kegagalan
yang hanya terjadi pada tekanan yangrendahdibawah tekanan atmosfer.
Pada tekanan diatas tekanan atmosfer berlaku mekanisme strimer yang
mempersyaratkan adanya distorsi medan karena muatan ruang.
I.2.5 Mekanisme Streamer
Mekanisme strimer (streamer) menjelaskan pengembangan
pelepasan percikan langsung dari banjiran tunggal di mana muatan ruang (
space charge) yang terjadi karena banjiran itu sendiri mengubah banjiran
tersebut menjadi strimer plasma. Sesudah itu kehantaran naik dengan
cepat dan kegagalan terjadi dalam alur (channel) banjiran ini.
Ciri utama teori kegagalan strimer, disamping proses ionisasi benturan ( α
) Townsend, adalah postulasi sejumlah besar fotoionisasi molekul gas
dalam ruang didepan strimer dan pembesaran medan listrik setempat oleh
muatan ruang ion pada ujung strimer, dimana ruangan ini menimbulkan
distorsi medan dalam sela. Ion-ion positif dapat dianggap stasioner
dibandingkan dengan elektron-elektron yang bergerak lebih cepat, dan
banjiran terjadi dalam sela dalam bentuk awan elektron yang
membelakangi muatan ruang ion positif.
Ada dua jenis strimer :
1. Positif, atau strimer yang mengarah ke katoda
2. Negatif, atau strimer yang menuju ke anoda
I.2.6 Udara
Udara di alam yang secara umum terdiri dari 78% nitrogen, 21%
oksigen, dan 1% uap,karbondioksida,dan gas – gas lainnya. Gas ideal
adalah gas – gas yang hanya terdiri dari molekul – molekul netral, s
ehingga tidak dapat mengalirkan arus listrik.
I.2.7 Faktor Koreksi Keadaan Udara
Berdasarkan standard IEC Recomendation, Publication 52
dinyatakan bahwa untuk standard sela bola tertentu berlaku suatu tegangan
lompatan api tertentu. Dan berdasarkan Japanese Industrial Standard (JIS)
C-3801 dan Japanese Electrotechnical Committe, (JEC) standard 106,
dinyatakan bahwa :
- Tekanan barometer ............................. 760 mm Hg / (1018 mbar)
- Suhu sekeliling ............................. 20° C
- Kelembaban mutlak ............................. 11 gram / m3
Mengingat pengujian dilakukan pada kondisi suhu, tekanan udara
dan kelembaban udara di ruangan yang berbeda-beda dengan standard
tersebut di atas, maka untuk dapat membandingkan hasil-hasil pengujian
dengan tabel-tabel normalisasi yang ada, diperlukan rumus-rumus yang
dapat mengubah hasil-hasil tersebut dalam keadaan standard. Hal ini
diperlukan untuk dapat mengetahui apakah spesimen yang akan diuji
memenuhi syarat atau tidak.
I.2.8 Kotak Uji
Kotak uji terbuat dari bahan plastic acrylic. Kotak uji mempunyai
dimensi diluar yaitu panjang 60cm, lebar 40cm dan tinggi 80cm. Kotak uji
digunakan untuk meletakkan elektroda bola – bola sedang.
I.2.9 Elektroda Bola
Elektroda bola yang digunakan untuk pengukuran tegangan tembus
dielektrik udara dibuat dengan menggunakan bahan tembaga dengan diameter 2
cm. jarak elektroda akan mempengaruhi tegangan tembus yang diterapkan pada
isolasi gas. Jarak elektroda pada pengujian adalah bervariasi
Gambar I.2 Elektroda Bola
I.2.10 Temperatur pengujian
Temperature pengujian didasarkan pada data temperature rata – rata harian
dilaboratorium tegangan tinggi teknik elektro UMI, mulai dari 20° - 28°C.
I.3
Alat – Alat yang Digunakan
1. Trafo penguji 220 V/ 100 KV, 5 KVA, 50 Hz, Impedance Voltage 3.8%
2. Control Desk
3. Charging Resistor (R1) 10 Mῼ
4. Measuring capasitor (Cp) 100pF
5. Milliamparameter (mA)
6. Measuring spark Gap (MF)
7. Vessel for Vacum and Pressure (DKU)
8. Vacumpamp
9. Connecting Cup (K)
10. Floor Pedestal (F(s))
11. Connecting rod (v)
I.4
Gambar Rangkaian Percobaan
I.5
Prosedur Percobaan
1. Membuat rangkaian instalasi tegangan tinggi sesuai gambar percobaan, baik nilai
komponen dan posisi peletakan komponen harus sesuai pada gambar, dengan
acuan
asisten yang bertugas
2. Setelah instalasi tegangan tinggi sudah selesai, tutup pagar dan tongkat grounding
dikeluarkan dari pagar ( pastikan tidak ada manusia, peralatan kerja dan benda
– benda
yang berpotensi menimbulkan bahaya). Masukkan tegangan pada control desk
220 V.
3. mengaktifkan control desk dengan memutar ke-kanan kunci control switch dan main
switch pada control desk.
4. setting jarak sela elektroda dengan sakelar MF sebesar 0.5 Cm.
5. menutup switch primer ON ( S1 ). Memeriksa tegangan pada voltmeter. (pastikan
posisi tegangan nol, jika belum turunkan tegangan sampai nol).
6. menutup switch sekunder ON ( S2 ).
7. Menaikkan regulator tegangan secara bertahap dengan kecepatan 1 kV/s sampai udara
pada sela bola tembus.
8. saat udara pada sela bola tembus, buka switch sekunder ( OFF ). Catat penunjukkan
besar tegangan padavoltmeter serta penunjukan arus pada ampermeter.
9. menurunkan regulator tegangan TP sampai nol.
10. membuka switch primer ( OFF ).
11. mengulangi prosedur 6 s/d 9 jarak elektroda 0.5 cm, 1.0 cm, 1.5 cm.
12. Setelah selesai matikan sumber tegangan control desk.
13. ground / tanahkan semua terminal komponen didalam ruang instalasi tegangan tinggi
terutama pada capasitor ( Cs) dengan menggunakan tongkat grounding.
14. melakukan prosedur 3 s/d 13 untuk semua susunan elektroda :
a. Bola – bola ( Ground )
b. Jarum – Jarum ( Ground )
c. Plat – Plat ( Ground )
15. Meletakkan tongkat grounding pada trafo pengujian setelah semua percobaan telah
Selesai.
I.6
Analisis Hasil Percobaan
A. Tabel pengamatan Elektroda
> Elektroda Bola – Bola Sedang
Tabel I.1 Hasil Praktikum elektroda bola – bola
N
Jarak
Tegangan
Arus
o
(cm)
Primer
(A)
(V)
Keterangan di ruangan
Kelembaba
Tekanan
Suhu
n
(mbar)
( °c )
1018
26
(%)
1
0.5
10,1
9,8
9,9
13,1
12,7
13
71
2
1
3
1.5
4
2.0
12,3
14,3
17,6
17,6
26,6
26,0
15
25
25
26,0
B. Pengolahan Data
Pada percobaan ini digunakan trafo uji dengang kapasitas 100 kV,
sebanyak 2 (dua) buah yang disusun secara kaskade, jadi tegangan sekunder
menjadi 200 kV.
Vp max Vp terukur
=
Vs max Vs terukur
Vs terukur =
Vs max X Vp terukur
Vp max
1. Elektroda Bola – Bola Sedang
Menentukan tegangan tembus (Vb) dan tegangan tembus standar (Vbs)
pada elektroda dengan berbagai jarak :
Untuk jarak 0,5 cm
V 1+ v 2+ v 3
Vb Bola-bola =
3
10,1+ 9,8+ 9,9
=
3
= 9,93 kv
£ = 0,475
Vb rata−rata
Vbs
=
£
9,93
0,475
= 20,90 KV
Untuk Jarak 1 cm
V 1+ v 2+ v 3
Vb Bola-bola =
3
=
13,1+12,7+ 12,3
3
= 12,7 kv
£ = 0,475
Vb rata−rata
=
£
=
Vbs
12,7
0,475
= 26,73 KV
Untuk Jarak 1,5 cm
V 1+ v 2+ v 3
Vb Bola-bola =
3
14,3+17,6 +17,6
=
3
= 16,5kv
£ = 0,475
Vb rata−rata
Vbs
=
£
=
16,5
0,475
= 34,73 KV
Untuk Jarak 2 cm
V 1+ v 2+ v 3
Vb Bola-bola =
3
26,6 +26,0+26,0
=
3
= 26,3 kv
£ = 0,475
Vb rata−rata
Vbs
=
£
=
26,3
0,475
= 55,36 KV
=
TEGANGAN TEMBUS AC ISOLASI UDARA
I.1
Tujuan percobaan
1. Dapat menentukan efisiensi kuat medan tembus udara dengan bermacam – macam sela
elektroda dengan jarak sela yang tetap.
2. Dapat menentukan tegangan tembus di udara sebagai fungsi dari diameter bola.
3. Dapat menentukan tegangan tembus udara sebagai fungsi jarak elektroda.
I.2
Teori Dasar
Tegangan Tinggi dalam dunia teknik tenaga listrik adalah semua tegangan yang
dianggap cukup tinggi oleh para teknisi listrik sehingga diperlukan pengujian dan pengukuran.
Standar tegangan tinggi di dunia umumnya berbeda-beda, tergantung kemajuan negaranya
masing- masing. Di Indonesia, level tegangan dibagi menjadi 4 macam, yakni : 1. Tegangan
Rendah ( 220 – 380 V), 2. Tegangan Menengah (7 – 20 KV), 3. Tegangan Tinggi ( 30 – 150 KV),
4. Tegangan Extra Tinggi ( 500 KV). Untuk Transmisi biasa digunakan Tegangan Tinggi dam
Tegangan Extra Tinggi sedangkan distribusi menggunakan Tegangan Rendah dan Menengah.
pengujian tegangan tinggi, dengan tujuan antara lain sebagai berikut:
1. Untuk menemukan bahan (di dalam atau yang menjadi komponen suatu alat tegangan
tinggi) yang kualitasnya tidak baik, atau yang cara pembuatannya salah.
2. Untuk memberikan jaminan bahwa alat-alat listrik dapat dipakai pada tegangan
normalnya untuk waktu yang tak terbatas.
3. Untuk memberikan jaminan bahwa isolasi alat-alat dapat tahan terhadap tegangan lebih
untuk waktu terbatas.
I.2.1 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.
Rangkaian pelipat ganda Greinacher 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 searah dilaboratorium pada umumnya menggunakan
diode semikonduktor tang terpasang seri pada kutub tabung hampa
Berdasarkan sifatnya, pengujian tegangan tinggi dibedakan menjadi pengujian
merusak dan tidak merusak.
Pengujian Destruktif ( Merusak ) terdiri dari 3 tahap:
1. Withstand test Pengujian ketahanan Sebuah tegangan tertentu diterapkan
untuk waktu tertentu, bila tidak terjadi lompatan api (flashover, disruptive
discharge), maka pengujiannya dianggap memuaskan.
2. Discharge test Pengujian pelepasan Tegangan yang dinaikan sehingga
terjadi pelepasan pada benda yang diuji, tegangan pelepasan lebih tinggi dari
tegangan ketahanan. Pengujian dapat dilakukan dengan suasana kering (udara
biasa) dan udara basah (menirukan keadaan hujan)
3. Breakdown Pengujian kegagalan Tegangan dinaikan sampai terjadi
kegagalan (breakdown) di dalam benda (specimen) yang diuji.
4. Pengujian Non Destruktif adalah pengujian yang tidak merusak bahan.
Contohnya uji tahanan isolasi, faktor – faktor rugi – rugi dielektrik, korona,
konduktivitas, medan elektrik.
Berdasarkan jenis tegangannya, pengujian tegangan tinggi dibagi menjadi
2 jenis, pengujian tegangan tinggi AC dan pengujian tegangan tinggi DC. Untuk
tegangan AC, dibedakan berdasarkan frekuensi tinggi atau Frekuensi Rendah..
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. Hal ini dilakukan karena tidak selamanya
tegangan yang diberikan ke peralatan tersebut stabil. Ada kalanya tegangan
yang diberikan melebihi batas nominalnya karena putusnya kawat saluran atau
hal lainnya.
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.
Isolasi adalah salah bentuk peralatan tegangan tinggi yang berfungsi
sebagai tahanan atau pelindung agar tidak terjadi tembus yang tidak diinginkan.
Secara umum isolasi dibagi menjadi 3 ( tiga ) macam yaitu padat, cair, dan gas.
Kemampuan isolasi menahan tegangan mempunyai batas- batas tertentu sesuai
dengan material penyusun dan lingkungan sekitarnya. Apabila tegangan yang
diterapkan melebihi kuat medan isolasi maka akan terjadi tembus atau
breakdown yang menyebabkan terjadinya aliran arus antara peralatan tegangan
tinggi.
Kekuatan
isolasi
gas
dipengaruhi
beberapa
hal
antara
lain
temperature,kelembaban, angina, tingkat kontaminasi udara dan besar tegangan
yang diterapkan. Adanya kondisi hujan asam,, hujan basah, hujan garam serta
hujan dipegunungan akan mempengaruhi kekuatan isolasi dalam mencegah
terjadinya tembus antara dua peralatan tegangan tinggi yang diisolasi.
Pemodelan peralatan tegangan tinggi dengan elektroda harum homogeny dan
elektroda bola homogen digunakan untuk mengetahui tegangan tembus gas
antara keduanya jika terjadi perubahan terhadap lingkungan sekitar, selama
pengujian isolasi di laboratorium tegangan tinggi. Contoh penggunaan peralatan
tegangan tinggi yang menyerupai elektroda jarum adalah archinghorn
( busurapi) yang dipasang di tiap ujung rentang isolator.
Teknik analisis data menggunakan cara analisis data kualitatif interplatif
dan analisis statistic secara elementer. Kedua metode ini digunakan sejak awal
penelitian
dimulai,
diantaranya
dalam
memilih
objek,
sampel,
mengklarifikasikan symbol sehingga kesimpulan akhir penelitian. Analisis data
secara statistic digunakan untuk menaksir presentasi tembus yang terjadi. Hasil
percobaan menunjukkan bahwa tegangan tembus udara berbanding lurus
dengan tekanan, persentase karbondioksida dan kelembaban udara tetapi
terbalik dengan kenaikan temperature.
I.2.1 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.
Ionisasi adalah proses fisik mengubah atom atau molekul menjadi ion dengan
menambahkan atau mengurangi partikel bermuatan seperti elektron atau
lainnya.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 electron bebas
mendapatkan energi yang cukup kuat menuju kearah anoda sehingga dapat
merangsang timbulnya proses ionisasi. Proses ionisasi ke muatan positif atau
negatif sedikit berbeda. Ion bermuatan positif didapat ketika elektron yang
terikat pada atom atau molekul menyerap energi cukup agar dapat lepas dari
potensial listrik yang mengikatnya. Energi yang dibutuhkan tersebut disebut
potensial ionisasi. Ion bermuatan negatif didapat ketika elektron bebas
bertabrakan dengan atom dan terperangkap dalam kulit atom dengan potensial
listrik tertentu. 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, ionisasikumulatif dan
efek γ n
sekunder.
b. Kehilangan ion dengan cara penggabungan (attachment)elektron,
rekombinasi dan difusi.
I.2.2 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 electron lebih banyak lagi. Ionisasi karena
benturan ini merupakan proses dasar yang penting dalam kegagalan udara
atau gas.
Sebuah elektron tunggal yang dibebaskan oleh pengaruhluar pada proses I
onisasi 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.
I.2.3 Mekanisme Kegagalan Gas
Proses kegagalan dalam gas ditandai dengan adanya percikan
secara tiba-tiba(spark breakdown), percikan ini dapat terjadi karena
adanya pelepasan yang terjadi pada gas tersebut. Mekanisme kegagalan
gas yang disebut percikan adalah peralihan dari pelepasan tak bertahan
sendiri ke berbagai pelepasan yang bertahan sendiri. 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.
Proses dasar yang paling penting dalam kegagalan gas adalah proses
ionisasi karena benturan, tetapi proses ini tidak cukup untuk menghasilkan
kegagalan. Proses lain yang terjadi dalam kegagalan gas adalah proses
atau mekanisme primer dan proses atau mekanisme sekunder. Proses yang
terpenting dalam mekanisme primer adalah proses katoda, pada 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.
I.2.4 Mekanisme Townsend
Pada mekanisme primer, medan listrik yang ada di antaraelektroda
akan menyebabkan elektroda yang dibebaskanbergerak cepat, sehingga
timbul energi yang cukup kuat untuk menimbulkan banjiran
elektron.Mekanisme Townsend menjelaskan tentang fenomena kegagalan
yang hanya terjadi pada tekanan yangrendahdibawah tekanan atmosfer.
Pada tekanan diatas tekanan atmosfer berlaku mekanisme strimer yang
mempersyaratkan adanya distorsi medan karena muatan ruang.
I.2.5 Mekanisme Streamer
Mekanisme strimer (streamer) menjelaskan pengembangan
pelepasan percikan langsung dari banjiran tunggal di mana muatan ruang (
space charge) yang terjadi karena banjiran itu sendiri mengubah banjiran
tersebut menjadi strimer plasma. Sesudah itu kehantaran naik dengan
cepat dan kegagalan terjadi dalam alur (channel) banjiran ini.
Ciri utama teori kegagalan strimer, disamping proses ionisasi benturan ( α
) Townsend, adalah postulasi sejumlah besar fotoionisasi molekul gas
dalam ruang didepan strimer dan pembesaran medan listrik setempat oleh
muatan ruang ion pada ujung strimer, dimana ruangan ini menimbulkan
distorsi medan dalam sela. Ion-ion positif dapat dianggap stasioner
dibandingkan dengan elektron-elektron yang bergerak lebih cepat, dan
banjiran terjadi dalam sela dalam bentuk awan elektron yang
membelakangi muatan ruang ion positif.
Ada dua jenis strimer :
1. Positif, atau strimer yang mengarah ke katoda
2. Negatif, atau strimer yang menuju ke anoda
I.2.6 Udara
Udara di alam yang secara umum terdiri dari 78% nitrogen, 21%
oksigen, dan 1% uap,karbondioksida,dan gas – gas lainnya. Gas ideal
adalah gas – gas yang hanya terdiri dari molekul – molekul netral, s
ehingga tidak dapat mengalirkan arus listrik.
I.2.7 Faktor Koreksi Keadaan Udara
Berdasarkan standard IEC Recomendation, Publication 52
dinyatakan bahwa untuk standard sela bola tertentu berlaku suatu tegangan
lompatan api tertentu. Dan berdasarkan Japanese Industrial Standard (JIS)
C-3801 dan Japanese Electrotechnical Committe, (JEC) standard 106,
dinyatakan bahwa :
- Tekanan barometer ............................. 760 mm Hg / (1018 mbar)
- Suhu sekeliling ............................. 20° C
- Kelembaban mutlak ............................. 11 gram / m3
Mengingat pengujian dilakukan pada kondisi suhu, tekanan udara
dan kelembaban udara di ruangan yang berbeda-beda dengan standard
tersebut di atas, maka untuk dapat membandingkan hasil-hasil pengujian
dengan tabel-tabel normalisasi yang ada, diperlukan rumus-rumus yang
dapat mengubah hasil-hasil tersebut dalam keadaan standard. Hal ini
diperlukan untuk dapat mengetahui apakah spesimen yang akan diuji
memenuhi syarat atau tidak.
I.2.8 Kotak Uji
Kotak uji terbuat dari bahan plastic acrylic. Kotak uji mempunyai
dimensi diluar yaitu panjang 60cm, lebar 40cm dan tinggi 80cm. Kotak uji
digunakan untuk meletakkan elektroda bola – bola sedang.
I.2.9 Elektroda Bola
Elektroda bola yang digunakan untuk pengukuran tegangan tembus
dielektrik udara dibuat dengan menggunakan bahan tembaga dengan diameter 2
cm. jarak elektroda akan mempengaruhi tegangan tembus yang diterapkan pada
isolasi gas. Jarak elektroda pada pengujian adalah bervariasi
Gambar I.2 Elektroda Bola
I.2.10 Temperatur pengujian
Temperature pengujian didasarkan pada data temperature rata – rata harian
dilaboratorium tegangan tinggi teknik elektro UMI, mulai dari 20° - 28°C.
I.3
Alat – Alat yang Digunakan
1. Trafo penguji 220 V/ 100 KV, 5 KVA, 50 Hz, Impedance Voltage 3.8%
2. Control Desk
3. Charging Resistor (R1) 10 Mῼ
4. Measuring capasitor (Cp) 100pF
5. Milliamparameter (mA)
6. Measuring spark Gap (MF)
7. Vessel for Vacum and Pressure (DKU)
8. Vacumpamp
9. Connecting Cup (K)
10. Floor Pedestal (F(s))
11. Connecting rod (v)
I.4
Gambar Rangkaian Percobaan
I.5
Prosedur Percobaan
1. Membuat rangkaian instalasi tegangan tinggi sesuai gambar percobaan, baik nilai
komponen dan posisi peletakan komponen harus sesuai pada gambar, dengan
acuan
asisten yang bertugas
2. Setelah instalasi tegangan tinggi sudah selesai, tutup pagar dan tongkat grounding
dikeluarkan dari pagar ( pastikan tidak ada manusia, peralatan kerja dan benda
– benda
yang berpotensi menimbulkan bahaya). Masukkan tegangan pada control desk
220 V.
3. mengaktifkan control desk dengan memutar ke-kanan kunci control switch dan main
switch pada control desk.
4. setting jarak sela elektroda dengan sakelar MF sebesar 0.5 Cm.
5. menutup switch primer ON ( S1 ). Memeriksa tegangan pada voltmeter. (pastikan
posisi tegangan nol, jika belum turunkan tegangan sampai nol).
6. menutup switch sekunder ON ( S2 ).
7. Menaikkan regulator tegangan secara bertahap dengan kecepatan 1 kV/s sampai udara
pada sela bola tembus.
8. saat udara pada sela bola tembus, buka switch sekunder ( OFF ). Catat penunjukkan
besar tegangan padavoltmeter serta penunjukan arus pada ampermeter.
9. menurunkan regulator tegangan TP sampai nol.
10. membuka switch primer ( OFF ).
11. mengulangi prosedur 6 s/d 9 jarak elektroda 0.5 cm, 1.0 cm, 1.5 cm.
12. Setelah selesai matikan sumber tegangan control desk.
13. ground / tanahkan semua terminal komponen didalam ruang instalasi tegangan tinggi
terutama pada capasitor ( Cs) dengan menggunakan tongkat grounding.
14. melakukan prosedur 3 s/d 13 untuk semua susunan elektroda :
a. Bola – bola ( Ground )
b. Jarum – Jarum ( Ground )
c. Plat – Plat ( Ground )
15. Meletakkan tongkat grounding pada trafo pengujian setelah semua percobaan telah
Selesai.
I.6
Analisis Hasil Percobaan
A. Tabel pengamatan Elektroda
> Elektroda Bola – Bola Sedang
Tabel I.1 Hasil Praktikum elektroda bola – bola
N
Jarak
Tegangan
Arus
o
(cm)
Primer
(A)
(V)
Keterangan di ruangan
Kelembaba
Tekanan
Suhu
n
(mbar)
( °c )
1018
26
(%)
1
0.5
10,1
9,8
9,9
13,1
12,7
13
71
2
1
3
1.5
4
2.0
12,3
14,3
17,6
17,6
26,6
26,0
15
25
25
26,0
B. Pengolahan Data
Pada percobaan ini digunakan trafo uji dengang kapasitas 100 kV,
sebanyak 2 (dua) buah yang disusun secara kaskade, jadi tegangan sekunder
menjadi 200 kV.
Vp max Vp terukur
=
Vs max Vs terukur
Vs terukur =
Vs max X Vp terukur
Vp max
1. Elektroda Bola – Bola Sedang
Menentukan tegangan tembus (Vb) dan tegangan tembus standar (Vbs)
pada elektroda dengan berbagai jarak :
Untuk jarak 0,5 cm
V 1+ v 2+ v 3
Vb Bola-bola =
3
10,1+ 9,8+ 9,9
=
3
= 9,93 kv
£ = 0,475
Vb rata−rata
Vbs
=
£
9,93
0,475
= 20,90 KV
Untuk Jarak 1 cm
V 1+ v 2+ v 3
Vb Bola-bola =
3
=
13,1+12,7+ 12,3
3
= 12,7 kv
£ = 0,475
Vb rata−rata
=
£
=
Vbs
12,7
0,475
= 26,73 KV
Untuk Jarak 1,5 cm
V 1+ v 2+ v 3
Vb Bola-bola =
3
14,3+17,6 +17,6
=
3
= 16,5kv
£ = 0,475
Vb rata−rata
Vbs
=
£
=
16,5
0,475
= 34,73 KV
Untuk Jarak 2 cm
V 1+ v 2+ v 3
Vb Bola-bola =
3
26,6 +26,0+26,0
=
3
= 26,3 kv
£ = 0,475
Vb rata−rata
Vbs
=
£
=
26,3
0,475
= 55,36 KV
=