pengukuran tegangan tinggi ac, dc dan impuls

8/9/2019 Pengukuran Tegangan Tinggi Ac, Dc Dan Impuls

http://slidepdf.com/reader/full/pengukuran-tegangan-tinggi-ac-dc-dan-impuls 1/17

PENGUKURAN TEGANGAN DAN ARUS TINGGI

Pada pengujian di laboratorium dan industri, dituntut untuk melakukan

pengukuran tegangan dan arus yang akurat dan memberi jaminan

keamanan yang baik bagi personal dan peralatan terhadap over voltage dan

tegangan induksi berkenaan dengan Stray Coupling. Untuk itu penempatan

dan layout dari peralatan adalah hal yang penting dan bebas dari

interferensi electromagnetic pada pengukuran tegangan dan arus impuls.

Tabel di bawah ini memperlihatkan metode/teknik pengukuran tegangan dan

arus tingi

Tabel 1. Teknik Pengukuran tegangan tinggi

Jenis Tegangan Metode atau Teknik

a. Tegangan DC

b. Tegangan ACfrekwensi daya

c. Tegangan frekwensitinggi AC,

Tegangan impuls,dan Tegangan

lain yang berubahdgn cepat

(i). Series Resistance Microammeter(ii). Resistance Potential divider(iii). Generating Voltmeter(iv). Sphere and other Spark Gaps

(i). Series impedance ammeter(ii). Potential divider (resistance or

capacitance type)(iii). Potential Transformator(Electromagnetics or CVT)(iv). Electrostatic Voltmeter(v). Sphere Gaps

i). Potential divider with a cathode rayoscillograph

(Resistive or capacitive dividers)(ii). Peak Voltmeter(iii). Sphere gaps



Tabel 2. Teknik Pengukuran Arus tinggi

Jenis Arus Metode atau Teknik

a. Arus dc

b. Arus ac frekwensidaya

c. frekwensi tinggi ac,arus impuls,

dan Arus yangberubah dgn cepat

(i). Resistive shunts with Milliammeter(ii). Hall effect generators

(iii). Magnetic Links

(i). Resistive shunts(ii). Electromagnetic currenttransformer

(i). Resistive shunts(ii). Magnetic potensiometers orRogowski coils(iii). Magnetic Links(iv). Hall effect generators

Pengukuran Tegangan Tinggi DC

Pengukuran tegangan tinggi dc sebagaimana pada pengukuran

tegangan rendah umumnya dilakukan dengan menambah tahanan seri yang

besar, mengingat, Arus dalam meter biasanya dibatasi pada nilai 1-10

mikroampere untuk full scale deflection. Sedangkan untuk tegangan yang

sangat tinggi (1000 kV keatas), permasalahan yang muncul adalah disipasi

daya yang besar, arus bocor, perubahan resistansi berkenaan variasi

temperature, dll.

• High Ohmic Series Resistance with Microammeter



Tegangan tinggi dc biasanya diukur dengan menghubungkan tahanan

yang sangat tinggi (Beberapa ratus mega ohm) terhubung seri dengan

microammeter, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 7.1.

Arus I yang mengalir melalui Resistansi R diukur oleh moving coil

microammeter. Besar Tegangan sumber adalah :

V = I R

Dalam hal ini drop tegangan dalam meter diabaikan, olehkarena

impedansi meter sangat kecil dibanding dengan resistansi seri R. Peralatan

proteksi seperti paper gap, neon glow tube atau zener diode, merupakan

media proteksi bagi microammeter terhadap tegangan tinggi, ketika R

mengalami kegagalan atau flash over.

• Resistance Potential dividers

Resistance potential divider dengan sebuah elektrostatis atau high

impedance voltmeter ditunjukkan pada gambar 7.2.



Besar teganga tinggi dirumuskan sebagai berikut:

22

21 VR

R R V

+=

Dimana V2 adalah tegangan rendah yang terukur pada R2. Jika terjadi

perubahan tegangan secara tiba-tiba, seperti: proses switching, flash over

pada obyek uji, atau short ciruit, maka flash over atau kerusakan dapatterjadi pada divider elements berkenaan dengan stray capacitance yang

melalui elemen dan juga kapasitansi tanah. Untuk mencegah adanya

tegangan transien, maka voltage controlling capacitor dihubungkan pada

elemen.

Sebuah resistor seri yang terhubung dengan capasitor parallel digunakan

untuk linearisasi ditribusi potensial transien, sebagaimana ditunjukkan pada

gambar 7.3. Potential divider dibuat dengan ketelitian 0.05% hingga

tegangan 100 kV, ketelitian 0.1% hingga tegangan 300 kV

• Generating Voltmeter



Peralatan pengukuran tegangan tinggi yang menggunakan prinsip

pembangkitan sebagaimana pada Van de Graaff Generator . Generating

voltmeter merupakan variable capacitor electrostatic voltage

generator yang membangkitkan arus sebanding dengan tegangan

eksternal yang diterapkan. Peralatan ini digerakkan oleh sebuah external

synchronous atau constant speed motor dan tidak menyerap daya atau

energy dari sumber pengukuran tegangan

Prinsip Operasi

Muatan disimpan dalam capasintasi capasitor C yang diberikan oleh q

= CV. Jika kapasitansi kapasitor bervariasi dengan waktu saat dihubungkan

ke sumber tegangan V, maka Arus yang melalui kapasitor adalah:

dt

dVC

dt

dCV

dt

dqi +== (1)

Untuk dc, tegangan dV/dt = 0, olehkarena itu

dt

dCV

dt

dqi == (2)

Jika kapasitansi C bervariasi di antara limit Co dan (Co+Cm) secara sinusoidal,

sebagaimana:

C = Co + Cm Sin tω

Maka arus adalah:

im = im Cos tω , dimana im = V Cm ω

im adalah nilai puncak arus, maka nilai rms dari arus adalah:

2

VCi mrms

ω= (3)

Untuk frequensi sudut ω yang konstan, arus sebanding dengan tegangan

yang diterapkan V. Pada umumnya arus yang dibangkitkan disearahkan dan



diukur oleh moving coil meter. Generating Volmeter dapat digunakan untuk

pengukuran tegangan ac.

PENGUKURAN TEGANGAN TINGGI AC DAN IMPULSE

Pengukuran tegangan tinggi AC menggunakan metode konvensional

seperti: series impedance voltmeters, potential divider, potensial

transformer, atau electrostatic voltmeters. Akan tetapi designnya berbeda

dibanding meter-meter tegangan rendah, misalnya pada design isolasinya.

Jika hanya dibutuhkan pengkuran nilai puncak, maka peek voltmeters dan

sphere gap dapat digunakan.

Pengukuran AC frekwensi tinggi dan impuls, semuanya menggunakan

potential dividers dengan cathode ray ascillograph untuk merekam bentuk

gelombang tegtangan. Sphere gaps digunakan jika nilai yang dibutuhkan

hanya nilai tegangan puncak dan juga untuk keperluan kalibrasi.



• Series Impedance Voltmeter

Untuk pengukuran frekwensi daya, series impedance dapat berupa

resistansi murni atau reaktansi. Jika resistansi menyebabkan rugi-rugi daya,

biasanya capasitor dijadikan sebagai series reactance. Dan residual

inductance pada resistansi mengalami kenaikan pada impedansi yang

berbeda dari resistansinya. memberikan Selain itu pula untuk resistansi yang

tinggi, variasi resistansi terhadap temperature merupakan masalah.

Reaktansi yang tinggi untuk tegangan tinggi memiliki stray capacitance dan

karenanya resistansi mempunyai rangkaian eqivalen seperti pada gambar

7.8. Untuk setiap frekwensir ω dari tegangan AC, impedansi dari resistansi R

adalah:

CR j)LC1(

L jR Z

2ω+ω−

ω+= (5)

Jika ωL dan ωC kecil dibandingkan R, maka:

ω−ω

+= CR R

L j1R Z (6)

Dan total sudut phasanya adalah:

ω−ω

=φ CR R

Ltan (7)

Kondisi ini dapat dibuat 0 dan tidak bergantung pada frekwensi, jika:



L/C = R2 (8)

• Series Capacitance Voltmeter

Series capacitor digunakan sebagai pengganti resistor untuk

pengukuran tegangan tinggi AC. Diaagram skematik ditunjukkan pada

gambar 7.10. Arus Ic yang melalui meter adalah:

CV jIc ω= (9)

Dimana: C = Kapasitansi dari series capacitor

ω= Frekwensi sudut, dan

V = Tegangan AC yang diterapkan

Jika tegangan AC mengandung harmonic, maka akan terjadi perubhan pada

series impedance. Nilai tegangan rms V dengan harmonic diberikan oleh

persamaan:

2n

23

22

21 V...VVVV ++++= (10)

V1,V2,…Vn mempresentasikan nilai fundamental rms, harmonic ke 2 …danke n

Arus berkenaan dengan harmonisasi ini adalah:



nn

22

11

CVnI

,....CV2I

CVI

ω=

ω=

ω=

(11)

Olehkarenanya, resultante arus rms adalah:

2/12n

222

21 )Vn...V4V(CI +++ω= (12)

Dengan 10% harmonic kelima, maka arusnya adalah 11.2% lebih tinggi, dan

karenanya errornya 11.2% pada pengukuran tegangan. Metode ini tidak

direkomendasi jika tegangan ac bukan gelombang sinusoidal murni.

Capasitance Potential Dividers and Capacitance Voltage

Transformers

Error berkenaan dengan tegangan harmonic dapat dieliminasi dengan

mengunakan Capacitive Voltage dividers dengan Volmeter elektrostatis atau

meter impedansi tinggi. Jika meter dihubungkan melalui long cable, maka

kapasitansinya harus dimasukkan dalam perhitungan. Biasanya, kapasitor

yang digunakan sebagai C berupa tekanan udara atau gas standar (gambar7.11), dan C2 merupakan kapasitor besar (mica, paper, atau capasitor

dengan rugi-rugi yang kecil). C1 merupakan kapasitor 3 terminal dan

dihubungkan dengan C2 melalui shielded cable, dan C2 completely shielded

yang berada dalam box untuk menghindari stray capacitance. Tegangan

yang diterapkan dirumuskan dengan:

++=

1

32121

C

CCCVV (13)

Dimana Cm adalah kapasitansi meter , V2 merupakan pembacaan meter



Adapun ihtisar dari pengukuran bolak balik dapat dilihat pada tabel

dibawah ini;

pengukuran tegangan tinggi ac, dc dan impuls

Documents