BAB II PENGUKURAN TEGANGAN PUNCAK DENGAN PERCIKAN SELA
II.1 Pendahuluan Percikan di sela elektroda bola-bola yang diisolasi oleh dielektrik udara dapat digunakan untuk mengukur amplitudo (puncak) tegangan di atas 10 kV. Peralihan yang cepat di sela elektroda bola-bola yang awalnya sebagai dielektrik ke keadaan konduksi yang tinggi dapat menentukan level tegangan. Pemanfaatan sela elektroda bola-bola untuk pengukuran tegangan tinggi hanya dapat digunakan jika mengikuti aturan-aturan dan petunjuk yang telah ditetapkan. Sumber tegangan tinggi harus mampu menyalurkan arus saat terjadi hubung singkat di antara sela meskipun arus dibatasi oleh resistor. Pemanfaatan percikan pada sela untuk mengukur tegangan tinggi dapat dianggap akurat karena telah dipertimbangkan dengan ukuran dasar yang diakui dalam keakuratan terbatas. Pemanfaatan sela elektroda bola-bola untuk pengukuran tegangan tinggi sering digunakan di laboratorium tegangan tinggi karena lebih murah dan mudah menggunakannya. Alat ukur rangkaian elektronik mahal meskipun dapat digunakan untuk pengukuran rutin. Tetapi, alat ukur ini sangat sensitif terhadap medan elektromagnetik sehingga kadang-kadang gagal bekerja.
Universitas Sumatera Utara
II.2 Sela Elektroda Bola-Bola Sela terdapat di antara dua elektroda bola-bola yang terpisah dengan jarak yang dibatasi. Jarak sela di antara elektroda bola-bola menentukan pengukuran nilai puncak tegangan DC, AC dan impuls. Sela elektroda bola-bola mampu merespon nilai puncak tegangan dalam durasi ( ≥ 1− 3 μs). Dua standar pengaturan sela di antara elektroda bolabola ditunjukkan pada Gambar 2.1dan 2.2.
Gambar 2.1 Susunan Elektroda Bola-Bola Vertikal [4]
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Susunan Elektroda Bola-Bola Horizontal [4]
Gambar 2.1 dan 2.2 menunjukkan jarak ruang di sekitar elektroda bola-bola. Objek yang diijinkan ada di sekitar elektroda bola- bola adalah dinding, langit-langit tertinggi, tangki transformator, generator impuls. Pada susunan vertikal elektroda bola yang dihubungkan ke terminal tegangan tinggi disebut elektroda bola tegangan tinggi sedangkan elektroda bola yang dihubungkan ke terminal tegangan rendah disebut elektroda bola tegangan rendah. Elektroda bola tegangan tinggi digantung oleh elektroda berbentuk silinder dan elektroda bola tegangan rendahnya disangga oleh elektroda yang terhubung ke tanah.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1. Jarak Ruang Sekitar Elektroda Bola
Diameter Elektroda bola-bola (mm) 62.5 125 250 500 750 1000 1500 2000
Nilai Minimum A
Nilai Maksimum A
Nilai Minimum B
7D 6 5 4 4 3.5 3 3
9D 8 7 6 6 5 4 4
14S 12 10 8 8 7 6 6
Tabel 2.1 menunjukkan jarak ruang di sekitar elektroda bola-bola, yaitu ketinggian titik percik di atas tanah dan jarak bebas elektoda bola tegangan tinggi dari objek luar. Batasan jarak sela dibatasi oleh distribusi medan pada sela yang harus tetap homogen sehingga tidak menimbulkan korona sebelum tembus listrik.
II.3 Elektroda Bola Elektroda bola dibuat dan dirancang dengan hati-hati supaya permukaannya halus dan lengkungannya merata. Bahannya terbuat dari tembaga, kuningan atau aluminium. Standar diameter elektroda bola mulai dari 2, 5, 6, 6,25, 10, 12,5, 15, 20, 25, 50, 75, 100, 150, dan 200 cm. Diameter elektroda bola tidak lebih 2 persen dari nilai nominalnya. Permukaan elektroda bola dijaga bersih dan kering, tidak boleh digosok dan berdebu, tidak boleh kena pernis, cat, minyak, atau lapisan lainnya. Jika terlalu banyak
Universitas Sumatera Utara
bintik akibat percikan yang berulang-ulang maka permukaannya harus dihaluskan. Elektroda berbentuk silinder digantung oleh isolator. Diameter elektroda berbentuk silinder tidak lebih dari 0,2D.
II.4 Tegangan Peluahan Muatan Tegangan peluahan muatan standar telah ditetapkan berdasarkan hasil pengukuran bersama tingkat internasional pada periode 1920 sampai 1955 sebagai nilai standar pengukuran. Kalibrasi data ini dihubungkan ke referensi kondisi atmosfer (temperature 20˚C, tek anan udara 101,3 kPa atau 760 mmHg). Jenis dan polaritas tegangan yang digunakan juga diperhatikan.
Berdasarkan hasil pengukuran ditemukan bahwa untuk setiap diameter elektroda bola, tegangan percik adalah fungsi tidak linier terhadap jarak sela. Hal ini dikarenakan perubahan distribusi medan listrik yang tidak homogen terhadap tembus listrik. Setelah semua kondisi di atas telah dipenuhi, maka diameter elektroda bola dan jarak sela percikan tegangan puncak yang nilainya mendekati nilai nominal ditunjukkan dalam Table 2.2.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Tegangan puncak lewat denyar AC, tegangan impuls negative (50 % untuk pengujian impuls), tegangan switching negative dan tegangan dc, dengan satu elektroda ditanahkan Jarak Sela (mm)
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 90 100 110 120 125 150 175 200 225 250 300 350 400 450 500 600 700 750 800
Tegangan puncak kV Diameter elektroda bola-bola (cm) 6.25 17.25 31.9 45.5 58.5 69.5 79.5 (87.5 95 101 107 112 116
12.5 16.8 31.7 45.5 59 72.5 85 97 108 119 129 138 146 154 161 174 185 195 203 212 214
25
72.5 86 99 112 125 237 149 161 173 184 206 226 244 261 275 282 314 342 366 385 400
50
75
100
150
200
138
138
138
138
202
203
203
203
203
263
265
266
266
266
320 373 420 460
287 443 492 585
330 390 443 510
330 390 450 510
330 390 450 510
530 585 630 670 700 730
585 665 735 800 850 895 970 1025 1040
615 710 800 875 945 1010 1110 1200 1230 1260
630 745 850 955 1050 1130 1280 1390 1440 1490
630 750 855 975 1080 1180 1340 1480 1540 1600
Universitas Sumatera Utara
Lanjutan Tabel 2.2
Jarak Sela (mm)
Tegangan puncak (kV) Diameter elektroda bola-bola (cm) 6.25
12.5
25
50
75
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000
100 1320 1360
150 1580 1660 1730 1800 1870 1920 1960
200 1720 1840 1940 2020 2100 2180 2250 2320 2370 2410 2460 2490
Kesalahan hasil pengukuran tegangan DC yang jarak selanya lebih kecil dari 0,4D diperkirakan ± 5 persen.
Kesalahan hasil pengukuran tegangan AC dan impuls untuk jarak sela di atas 0,5D diperkirakan ± 3 persen. Tabel 2.2 tidak valid untuk mengukur tegangan impuls di bawah 10 kV dan jarak sela lebih kecil dari 0,05D. Untuk jarak sela lebih besar dari 0,5D dipandang cukup akurat.
II.5 Petunjuk Penggunaan Sela Elektroda Bola-Bola Sebuah tahanan peredam dipasang di antara terminal trafo uji dan elektroda berbentuk silinder dengan jarak minimal dua kali lebih panjang dari diameter elektroda
Universitas Sumatera Utara
bola. Tahan peredam ini berfungsi untuk membatasi arus tembus listrik dan meredamkan osilasi yang tidak diinginkan ketika terjadi tembus listrik pada sela karena dapat menimbulkan kelebihan bintik pada permukaan elektroda (dalam kasus tegangan impuls). Besar tahanan peredam ini di antara 0,1 sampai 1 MΩ untuk tegangan AC frekuensi daya dan tegangan DC. Untuk tegangan frekuensi yang lebih tinggi yaitu tegangan impuls, drop tegangan akan meningkat pada tahanan peredam. Oleh karena itu, nilai tahanan peredam tidak lebih dari 500 Ω ( induktansi lebih kecil dari 30 μH). Umumnya, rapat udara selama pengukuran tidak tetap setiap saat sehingga tegangan tinggi pada sela yang terukur dinyatakan sebagai berikut: Vt = δ Vs
(2.1)
Di mana Vs adalah nilai dalam tabel standar dan k d adalah faktor koreksi rapat udara. Faktor koreksi δ dinyatakan dalam Tabel 2.3, merupakan fungsi tidak linier.
Tabel 2.3. Faktor Koreksi Rapat Udara Rapat udara Relatif
Faktor Koreksi
0.7
0.72
0.75
0.77
0.8
0.82
0.85
0.86
0.9
0.91
0.95
0.95
1
1
1.05
1.05
1.1
1.09
1.15
1.13
δ
Universitas Sumatera Utara
Jika rapat udara relatif diketahui maka faktor koreksi dapat diperoleh dengan menggunakan Tabel 2.3. faktor koreksi δ
dapat dihitung dengan menggunakan
Persamaan 2.2.
δ =
δ =
p ( 273 + t o ) pTo = p o ( 273 + t ) poT p (273 + t o ) (273 + 20) p = p o (273 + t ) 756 (273 + t )
δ = 0,386
p ( 273 + t )
(2.2)
Di mana po = standar tekanan udara (756 mmHg). p = tekanan udara pada waktu pengukuran. t o = 20˚C.
t
= suhu ruangan (˚c).
Dalam perhitungan faktor koreksi pengaruh kelembaban diabaikan seperti ditunjukkan pada Persamaan 2.2.
Universitas Sumatera Utara
